宇宙起源（精选5篇）
宇宙起源 篇1
在我们探索宇宙是如何形成的时候, 我们将生命起源为何时假设定义宇宙形成时期及生命与宇宙同时刻形成, 因为我们不能将自身置身于宇宙之外定义为主观存在, 而将宇宙设定为客观存在, 所以寻探究宇宙起源的奥秘必须是研究包括我们生命在内, 并且从何而来, 如何产生, 制定完整的课题。并且在推理论证的过程中可以使用唯物辩证法的基本规律来论证, 也就是说用理论验证理论, 同时以宇宙大爆炸学说为假设合理的数据来论述, 生命与宇宙同时刻形成为论证标准数据。用元素周期规律与牛顿三大定律和宇宙大爆炸学说互相佐证期理论之间的关系, 这里要说明的物质基础元素和生命元素是完全不同但密切相关的两种逻辑依存关联概念。
第一, 宇宙形成早期的生命, 以单细胞为例。生命的起源就是相对存在的关系, 具备意识的奇点爆发创造了宇宙, 那么宇宙诞生的时刻在逐步形成宇宙之内天体运行秩序之后, 生命的存在便伴随着宇宙的形成而依附于宇宙之内的天体之中了。 (核裂变和核聚变产生的能量) 因为有了大爆炸产生光和热并与虚空物质的共同努力运行下就有了宇宙, 并在宇宙之中就存在了生命。就是同一时刻, 因为有了物质宇宙时候, 物质本身没有生命力, 而宇宙之内的光和热不具备创造生命的物质基础。因为门捷列夫编制的元素周期表从表面意义上是解释物质元素之间通过化合反应构成各种物质的规律, 这也是元素周期的已知其一, 表面下的另外一层涵义同样证明了一点便是物质元素是无法直接转化并产生生命的, 也可以理解为物质元素在相对静止的时空之中存在, 在无任何前提条件推动下连化合反应都不会之间进行。只不过物质元素是生命元素存在的基础, 本质上都是元素组成人类所已知的宇宙以及生命。所以对元素周期表的理解以及自然界存在元素的理解一定要划分本质定义, 不能只知其一不知其二, 要深层的剖析多层涵义与隐藏价值涵义。
那么根据存在的相对关系就证明了, 宇宙产生的时刻生命同时产生了, 例如人类成长的过程中对于宇宙的意识也伴随着生命的成长而发生变化。并且不会因为你看不到宇宙的改变而认定宇宙未发生改变, 也就是说当你看不到生物进化的时候不能否定生物在进化, 但没有充足的理论作为依据依然无法肯定进化论。
第二, 那么宇宙在你的心里, 摸不到就证明宇宙不存在吗?宇宙以客观物质的存在, 和主观的意识存在而同时存在人这个灵体之内。宇宙除了物质宇宙本体以外, 精神宇宙是你通过仰望天空映像到你的思想意识里而存在的, 那么你的存在也存在与宇宙的目光之内, 你所能看到的宇宙景象是通过你的眼睛呈现给你的宇宙观念, 那么那就是你的宇宙, 并在你的意识之内形成你的宇宙观, 而你眼前的宇宙可以看到, 那么你内心的宇宙是如何看到的呢?你内心的宇宙就是你的心灵视界和世界。这也就说明了人和人的宇宙观念不同理解的原因了, 同时看一个天体, 不同的人有不同的理解。
你没离开地球难道说明你不在宇宙之内吗?你在地球, 地球在宇宙之内, 那么你也在宇宙之内, 宇宙在你的心灵之内, 在你的思维之内, 当你生命开始的时候你的宇宙, 你的地球, 你的视界, 你的世界也就形成了。
这同时证明了, 人生命开始的时候就形成了属于这个人自己的宇宙, 每一个新的生命就为这个宇宙带来一个新的宇宙, 以人为主体的生命形式存在于自身的时空之内并存于伴随其共同存在的所有人们共同拥有的宇宙时空之内, 这就是相对存在的宇宙观。你的宇宙就是你的宇宙, 你的视界就是你的视界, 你的世界就是你的世界。而所有人的宇宙观和每个人独立宇宙同时汇聚在一个同时空的大宇宙之内。这也说明了大宇宙空间内无时无刻的在产生爆炸, 是大宇宙由于小宇宙的诞生而无限制的扩张。
第三, 假设宇宙形成的时候只有物质元素与各种粒子。
(1) 如果宇宙大爆炸形成初期, 整个宇宙只有物质元素没有生命元素, 那么按照元素周期表, 地球上的物质元素是不可能直接产生生命的, 因为当星球成型的时候, 宇宙中不可能再产生巨大的能量, 也就是说化合反应终止后, 所有的元素之间不会再发生化合反应, 终止能量产生, 那时宇宙之内的天体已经稳定运行。形成了物质元素星球后, 在不符合没有动能、能量产生的基础上是不会有生命存在于依附星球之上的。如果物质元素能够在具备光与水还有物质元素存在的地球上形成生命的话, 那么元素周期表对于元素之间的化学反应就需要我们从新研究了, 因为物质元素在没有任何生命元素甚至细胞存在的星球上是如何通过化学反应在光与水还有大气存在的地球上形成生命的, 如果物质元素形成了生命那么我们的元素周期表需要重新定义。
(2) 如果宇宙大爆炸形成初期没有生命元素体只有物质元素存在于宇宙之内的星体之上, 那么人类这个宇宙之内包括地球上的生命元素从哪里来?因为静止空间之内, 物质元素在无化合反应的前提下, 甚至无法假设人类是泥土演变或者进化而来的, 因为物质元素是生命存在的基础, 但是无法直接形成生命。这样的话除非我们目前的宇宙之外还存在另外一个宇宙空间将生命传递到我们目前所处的宇宙空间, 如果这样的话就证明了还有平行的宇宙空间。
(3) 如果我们所处于的宇宙空间是独立存在, 那么我们的生命必须在宇宙大爆炸形成初期依附在地球之上, 否则就是我们的宇宙之内存在有外星生命, 而且是高等级的外星生命在我们的星球之上繁衍产生地球上的生命。如果这个假设论点成立的话, 宇宙之内就存在外星生命。
(4) 如果宇宙大爆炸形成所有天体结构的同时生命遍存在于适应生存的星球之上, 那么假设成立的话, 地球上的生命是在宇宙大爆炸同时遍存在于地球上, 但是众多的古代文明的存在却证实了我们的文明绝非来自我们目前所居住的星球或者我们地球在远古时期的文明高度发达, 因为我们无法解释我们人类上古文明的产生和高度发达。
(5) 如果按照唯物主义的时间和空间无始无终的观点, 其从理论意义上便定义了宇宙无始无终, 因为空间和时间存在时稳定的存在, 及没有起源, 那么就否定了宇宙大爆炸的假设理论, 同时无始无终的空间和时间中, 人类和其他生命共存的地球上, 按照进化论, 人类和其他物种之间都是在以劳动获取生命能量提供为基础, 处于平行存在空间, 那么人类的进化速度与其他物种在同时进化的过程中, 便不符合进化论的平行进化, 同时按照唯物主义观点意识是社会的产物来佐证人类的意识获取和其他物种的意识获取是同时进行, 而人类不符合平行进化的规则而跳跃式前进, 人类存在的事实论证了唯物主义观点和进化论之间存在的差异, 并且唯物主义理论也需要伴随时代与科技的发展而逐步完善了。
不过唯物主义定义的运动产生了生命着一点同样也通过哲学观点佐证了宇宙因为大爆炸产生了动能, 提供了宇宙万物乃至生命存在的基础能量, 也佐证了牛顿三大定律的相对于宇宙整体的客观性与普遍性宇宙真理所在。
(6) 假设宇宙大爆炸形成了天体, 地球上存在的物质元素在什么作用力之下形成了大气层以及适宜生命生存的自然环境, 并且这种适宜生命生存的自然环境最初始的样貌是如何的呢?天体是由大爆炸形成的, 那么爆炸形成后必然存在冷启的过程, 这个过程之中物质元素是否能够组合成为生命元素或者生命元素存在的基本需求类似氨基酸等等。如果按照元素周期表的内容解析, 物质元素在何种情况下形成了生命元素, 而且是如何形成生命元素的?如果宇宙大爆炸形成宇宙的时候生命元素就存在于宇宙之中, 那么爆炸的过程中是否会因为能量的释放而消亡或者转换为别的元素存在形式呢?并且地球形成之后能量趋于平衡逐步冷却, 假设地球上的生命在地球形成时便存在于地球之上, 那么通过高温形成的天体是否能使这些生命迹象存活呢?既然是大爆炸形成的地球天体等, 那么地球形成之后的热量如果没有生命的基础存在形式, 那么我们的生命包括地球上的所有生命从何而来呢?因为数千度的高温下生命如何存活?同样我们的生命不可能通过物质元素直接生成, 如果物质元素直接形成了地球上的生命, 那么元素周期表似乎就存在另一面的研究方向了。
第四, 宇宙在形成的过程中奇点具备了完整创造意识, 并合理的进行宇宙空间存在的一切我们已知和未知的逐步构建过程。这个过程从宏观意义存在的宇宙规律和现象, 延伸到微观意义存在的元素规律和现象都, 这些证明了奇点创造宇宙时候, 其奇点本身是具备完整逻辑顺序排列意识的, 而且逐步通过自身具备的意识释放能量从而创造宇宙, 以及存在宇宙之内万物的过程。那么比如宇宙的形成必须是先有宏观存在基础之后, 具备了其他存在的万物生存条件再而形成了生命体本体。并且我们要合理的意识到宇宙的第一次爆炸和能量释放是一种非常规的能量释放, 因为一般的常规或者非常规爆炸只会产生毁灭的能量而非创造的能量, 所以我们不难发现宇宙奇点的第一次爆炸用人类的科学是无法解释的, 最初的奇点由质量到能量, 再由能量到质量的转换非常的有秩序和顺序, 也就是说奇点爆炸产生的能量被合理的控制在人类所无法知晓的特定范围内。
总论:研究宇宙的形成必然不能将人类主观存在设定在宇宙之外, 而是需要结合宇宙与生命之间的关系来理解宇宙的形成过程以及生命的出现次第关联, 也就是说人类相对于宇宙来说, 生命存在于宇宙之内而且密切关联宇宙的存在, 所以在研究过程中不能将我们的生命存在形式安置在相对宇宙存在的主观概念之外, 而是需要结合宇宙形成到生命起源的过程来分析宇宙大爆炸是唯一的产生能量来源的关键所在, 也便于我们科学的认识宇宙大爆炸与生命起源之间的关系。从人与宇宙之间的关系, 推断生命与宇宙的关系, 再从对立存在之间的关系证明宇宙的形成以及生命是同时刻形成的逻辑关系, 再用牛顿三大定律和元素周期表佐证其逻辑关系的准确性。因为物质元素本身不具备自我创造的能力, 而精神宇宙的光和热也不具备直接创造的客观条件基础。用数学方程式中的数据存在为依据来进行将理论按照数据存在的形式包含理论本身、时间、空间和坐标关系套入逻辑公式来验证其准确性。
无论假设关系还是理论证明, 首先肯定的是宇宙必须是大爆炸形成, 再构成天体并运行天体的时候生命同时存在于宇宙天体之内。否则物质元素构成的宇宙在相对静止的情况下是绝对不会产生生命的。要么存在平行宇宙向我们所处的宇宙输送生命要么宇宙大爆炸同时形成生命。无数的生命构成了无数的宇宙观, 视界观, 世界观, 这就是人与宇宙的关系。
宇宙在你的精神记忆里, 宇宙的光在宇宙之内, 在你的体内, 你在宇宙的精神之光内, 宇宙的精神之光也存在于你的体内, 宇宙之光存在于所有的物体之内, 宇宙之灵魂与万物灵魂相连接, 宇宙之灵魂存在于所有生灵的灵魂之内, 与所有的灵魂连接。
所以通过一系列的使用理论论证理论的过程验证和辩证法, 也就是在无法建立实验基础上通过理论以理类推, 我们就可以准确的得知宇宙的形成必须是大爆炸形成, 那么宇宙的无始无终概念, 便属于相对人类存在的其他宇宙时空关联存在形式, 而不属于人类的空间和时间关系的存在了。
论证依据:
(1) 宇宙大爆炸学说 (假设成立) 使用假设来作为依据及数据来证明存在的关联构成因素。如果假设理论的使用和设定阶段性结论相结合分析理论之间的关联关系, 如果达到了逻辑佐证关联关系需求, 那么假设理论也就因为设定阶段性结论成立了, 如果达不到关联关系, 那么假设的理论数据和设定的阶段性结论, 以及其他所有的佐证理论都需要重新论证。
(2) 假设:设定阶段性结论, 生命也是宇宙大爆炸同期裂变聚变随宇宙的形成逐步形成, 否则按照门捷列夫的元素周期表再人类宇宙形成之后, 元素之间化合反应终止, 形成惰性元素后质量不变并不再产生能量和动量。
(3) 牛顿三大定律
(4) 宇宙法则
(5) 元素周期表:元素周期表的出现是证明了自然界中物质元素之间的化合反应规律, 那么另一层面也可以理解为自然界中的物质元素不会直接产生生命元素, 但物质元素的存在也是生命元素存在的基础与不生命存在不可缺少的重要组成部分。
附:我们已知的宇宙与我们生命之间的诸多关联问题
对于宇宙的形成我们按照无始无终的存在来理解的话, 宇宙之中的天体就存在是否有寿命的问题, 如果在无始无终的环境之中, 那么物质星球上就一直拥有生命而生命也没有起源, 因为物质元素构成的星球存在时候, 如果没有生命元素存在, 按照元素周期表对于元素之间的反应似乎存在了问题, 要么我们没有发现人类的生命是元素周期表上的元素通过长时间的化合反应而构成了生命, 那么元素周期表将被推翻, 而如果元素周期对于宇宙之内存在的元素表意正确的话, 那么我们的生命又如何而来呢?因为元素是不会在静止的时空之中没有任何作用力的情况下自然而然形成生命元素的, 即便地球上有光、有水以及太阳提供的热能, 但物质元素是不会直接作用制造生命的。
并且如果按照宇宙大爆炸形成宇宙的学说来理解的话, 宇宙爆炸只形成了物质宇宙, 那么我们人类的生命从哪里来呢?只有我们所认知的有限无边的宇宙存在的话, 那么生命在物质元素相对静止的情况下是不产生的, 那么我们的生命又是从何而来呢, 并且宇宙如果是无始无终的存在状态, 那么宇宙大爆炸从何而来。
宇宙大爆炸学说与元素周期表之间存在的问题是, 物质元素在何种情况下都不会产生生命, 那么宇宙大爆炸之后我们所已知的宇宙之内到底是何种状况呢, 而且如果宇宙大爆炸只产生了物质宇宙, 那么根据元素周期表对于物质元素的规律掌握, 我们的生命就不会是我们所已知的地球乃至我们已知的宇宙之内的生命了。而且无始无终的宇宙天体存在按照元素周期表来理解也是不可能直接产生生命的, 那么我们的生命从哪里来呢, 除非宇宙形成之时我们的生命遍逐步存在于地球之上, 否则的话, 从宇宙大爆炸学说到元素周期表, 到宇宙无始无终的所有人类观点便不成立了。
所以说按照逻辑顺序排列关系我们不难看出, 宇宙最初必须是存在奇点这个无法解释到底是物质还是意识的存在体, 在奇点释放了能量之后 (这种能量绝非人类所认知的自然界能量体现, 因为大爆炸产生的是宇宙而且有秩序的天体运行规律, 计算精确, 并且适合生命的存在) 因为人类所已知的常规与非常规爆炸都是无法通过控制能量释放来获得生命的, 只有毁灭与破坏的能力, 那么宇宙大爆炸的能量释放用人类的自然知识不难判断, 人类的自然理解与知识是无法解释完整宇宙大爆炸的过程的。这也就是说宇宙的形成必须是大爆炸提供能量基础, 并完整的设计好宇宙之中的天体星系之间的规律, 并且在我们所已知的地球上安置生命存在, 否则如果奇点爆炸只形成了物质宇宙, 安置元素周期表的理解, 我们地球上绝不会从物质元素中形成生命的, 而生命的存在离不开物质元素, 同时我们生命的存在伴随的各种需求也就在宇宙形成之后便形成了, 因为宇宙大爆炸只形成物质宇宙, 我们的生命存在的角度将被从科学的角度理解为虚幻的存在。
因为我们的生命绝对不会从纯净水里出来, 但是离不开水的存在, 同时我们的生命也绝对不会从泥土里爬出来, 因为假设从泥土里或者物质元素中直接出现就会否定元素周期表对于元素规律的阐述。
按照宇宙大爆炸形成宇宙到以人类生命形式存在的顺序:奇点 (无法解释是超自然的生命还是物质组成) ———宇宙形成第一层秩序———大型星系以及排列秩序———恒星系天体的排列———地球 (物质元素构成基础) ———地球上适宜生命存在的各种植物生命与生存环境基础———灵体生命。
宇宙起源 篇2
科学（浙教版）九年级下册 第1章第1节
教学准备：PPT课件，气球
教学目标
1.知识与技能
知道古代人类关于宇宙起源的神话传说；知道宇宙膨胀的现象和证据（哈勃研究星系光谱的发现）；尝试根据证据建立假说；了解大爆炸宇宙论的主要观点；知道霍金及霍金对于宇宙研究的理论成果。2.过程与方法
通过视频提出关于宇宙的问题，并通过探究宇宙起源的问题，搜索古代人类对于宇宙起源的认识，当代科学界关于宇宙起源的理论，建立初步的宇宙大爆炸论的模型。3.态度、情感与价值观
促使学生形成科学宇宙观，宇宙起源学说是随着科学的发展和人类对宇宙的认识的不断深入而发展和完善的。
教学重点、难点
重点：宇宙大爆炸理论
难点：根据星系运动的特点建立星系运动模型、实验探究引导
设计说明
《宇宙的起源》属于科学天文学知识，本节内容离学生的生活较远，也比较抽象，学习中很难找到直观的实验和真实的模拟支持，对初三学生来说难度较大，但同时也为学生发展想象力和培养创新精神，提供了广阔的空间。所以在备课过程中我主要从三个方面入手处理教材。(1)反复研读文本，制定合理教学目标；(2)通过模拟实验，让学生体会建模思想；(3)学以致用，注重培养学生的动手和思考能力。
学情分析：学生在宇宙方面的基础知识是很缺乏的，教学过程中也很难找到直观的实验和真实的模型支持，学生理解起来比较困难，但同时学生对未知的宇宙充满了好奇。这节课开始带领学生进入神秘的宇宙，为学生发展想象力和创新精神，提供了广阔的空间。
教学手段：师生共同参与、学生实验探究式学习法；媒体辅助教学
教学过程
引入： 千百年来，人类一直在探索宇宙的秘密：太阳的光和热与昼夜交替，月亮的柔和与相位变化，满天星斗的旋转循回，寒暑变换的周而复始，流星的出没，日月食的奇迹，彗星的来临，天有无边际，天是什么时候、如何形成的，今天，人类已亲自登临月球„„神秘宇宙的面纱已徐徐掀开，第一章《演化的自然》向同学展现一个已知的自然世界，浩淼太空和生命的孕育还有更多更多的秘密等着你们去探寻！今天我们一起来学习第一节《宇宙的 起源》。
一、宇宙
师：什么是宇宙？ 生：回答„ 归纳:1.概念：宇宙是广漠空间和存在的各种天体以及弥漫物质的总称。
2.包括：宇宙中有上千亿的星系，平均每个星系又有上千亿的恒星和各类天体。师: 宇宙从哪里来？它的过去是怎样的呢?（通过这一形式锻炼学生的口头表达能力和交流能力。同时活跃学习气氛，提高学生的学习兴趣）
3、古代宇宙论
生:
1、盘古开天辟地；
2、女娲补天
3、上帝创造天地和万物
4、突厥人的宇宙起源的神话；
5、日本人的创世传说等
思考：纵观古代与近现代人对宇宙的描述，为什么古代人会对宇宙有这样的认识？ 师总结：肯定的是古代人能够比较形象的、直观的解释这些自然现象，也具有一定的探索精神；古代观察天空的工具仅是眼睛，而现代科学家呢，借助科技对宇宙的起源有了更深入的研究，发现了许多关于宇宙起源的证据。
二、星系运动
介绍哈勃发现红移现象，说明发现星系远离我们的事实。
思考：你是怎样理解哈勃发现的关于星系运动的特点的？你能想象出宇宙中的星系在怎样运动？（本讨论意在引起学生实验探究“宇宙大爆炸原理”，引导学生从大尺度层次以“星系”作为运动单位，讨论星系间相互远离是怎样的一种运动）
师：对学生的回答表示理解和支持。由于宇宙太大，无边无际，难以直接研究，为了更好地研究和理解星系运动，可以建立星系运动模型。
探究实验：建立星系运动模型（应由学生得出“宇宙在不断膨胀”的结论，避免直接灌输。）
(1)准备一只气球，在其表面画上几个黑点；(2)向气球充气，使气球不断膨胀；(3)观察气球在膨胀过程中小黑点间及小黑点与球心间的距离变化的特点；(4)分析归纳球在膨胀过程中小黑点间及小黑点间与球心间距离变化的特点。（教师介绍学生活动要求，并分组实验，教师巡视指导）
[学生思考]所有星系都在远离我们而去，难道我们处在宇宙中心吗？
[教师分析解释]到其它星系上观察别的星系，也是在远离观察者，如果我们处在宇宙中心，那么，其他任何星系都可以成为宇宙中心，即等于没有中心。
三、大爆炸宇宙论
师：如果时光倒流，最初的宇宙是怎么样的呢？现在的宇宙又是怎样产生的呢？未来宇宙的命运又将如何？
师：根据宇宙膨胀现象，说明宇宙膨胀初期各星系是会聚在一起的，这种观点就是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说—大爆炸宇宙论。下面请同学观看宇宙大爆炸视频：
指导学生读图1-3提问：
1、图中所示的圆圈是微观粒子还是恒星或行星等宇宙天体？
2、你认为宇宙大爆炸始于什么结构？它有什么特点？ 生：大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以粒子的形式、极高的温度、极大的密度，被挤压在一个“原始火球” 中。
师：用大爆炸宇宙论解释宇宙的起源，你觉的还有疑问吗？ 生：„„„
师：大爆炸宇宙论能够科学地解释很多现象。但也有不足之处。如宇宙的起点怎样产生的？为什么会爆炸？宇宙的将来又将怎样变化等等。同学们有没有新的见解或提出假设？
师：对这些问题，科学界也没有统一的看法，许多科学假说都有待于科学家去探索和证实。
师：宇宙还在持续不断的膨胀中，哪么宇宙将来究竟会怎样？请同学们思考，大胆提出猜想？视频播放：宇宙的未来。
宇宙的未来：永远膨胀下去或者会塌缩而在大挤压处终结
画面展示：介绍霍金的黑洞理论和宇宙无边界设想（学生感受科学家的探索精神）小结：师生共同归纳本节知识结构 练习见PPT 作业：配套作业本
教学反思
《宇宙的起源》这一课是属于浙教版科学九年级第六册第一章的内容，由于学生在前面的学习中已经学习了太阳、地球、月球等天体的一些基本知识，这些为学生学习这节课奠定了很好的基础，而本节课是学生的宇宙观的又一次飞跃。通常来说，天文方面的知识是很多学生所向往的，所以学生在这节课中的学习兴趣是不用老师怎么去动员的，教师可以很好地利用这一点为这节课的教学服务。上完这节课后，我感觉还有很多遗憾的地方，现反思如下：
1、课堂提问及问题的设计比较随意。如引入的一个问题：“你知道宇宙这两个字有什么涵义吗？”学生一下子回答不出来，课堂出现了冷场。于是我见势不对，改口“你对宇宙了解多少”，这时候，学生才陆陆续续的回答了出来，气氛也慢慢好转。
2、学生活动方面。本节课中有一个学生的活动：建立星系运动模型。我把书上的内容稍改动了一下，课前已经在气球上描上了点，这样在一定程度上降低了学生操作的难度和操作时间。但节省下来的时间没有在随后的课堂中完全利用起来，不能不说是一个不小的遗憾。
3、学生的主动举手发言偏少。初三学生很少有举手主动发言的习惯，这是老大难的问题，如何让这部分学生的思维也能够动起来，已经不是简单的设计教学环节提高学生学习兴趣的问题了，由此下去，这部分学生必然拖全班的后腿。
弦、超弦和宇宙起源 篇3
我们来探讨一下这些其他维度。首先来了解一些背景知识。早在1907年，爱因斯坦正因发现狭义相对论而春风得意，他决定做一个新课题，试图充分理解广泛存在的重力。在当时，他周围的很多人都以为这个问题早已得到了解决。17世纪后期，牛顿提出了重力理论。这个理论在当时通行无阻，它不但正确地描述了行星和月球的运动，而且对我们身边的所有运动都能很好地描述。
但爱因斯坦意识到还有些问题牛顿没有解决，因为牛顿自己曾经承认，虽然他知道如何计算重力的效果，但是他搞不清楚重力究竟是如何起作用的。比如说，太阳距离地球1.5亿千米，在这么大的尺度上，它是怎样影响地球运动的？太阳如何穿越广袤的空间施展它的影响力？爱因斯坦把这个问题作为自己探讨的对象，研究重力如何发挥作用。
他发现了什么？他发现传递重力的媒介就是空间本身。这个想法的本质是将空间想象为万物的基质。爱因斯坦说，在没有物质存在的情况下，空间是平坦的；可是一旦有了物质存在，比如说太阳，空间的结构就会扭曲，形成弯道，这便导致了重力的产生。就连地球也在扭曲它周围的空间，让月亮在其轨道上不停地运行。按照这个想法，太阳、地球和月亮由于自身的存在，在各自所处的空间造成了扭曲，在“碾”出来的“山谷”中运行。太阳的存在产生了一个弯道，使得地球沿着这个弯道运转。这就是重力作用的新观念。
1919年的天文观测肯定了这个观点。爱因斯坦因而举世闻名，卡鲁扎也因此动起了脑筋。他和爱因斯坦一样，也在寻找所谓的统一理论，这个理论可以用来描述自然界的所有力，是一整套思想、一整套原理，或者一个万能的公式。卡鲁扎觉得，既然爱因斯坦能够用空间上的翘曲来描述重力（精确地说就是时空），或许他也可以用相同的游戏规则描述其他已知的力，即当时人们所知的电磁力。
但是这里产生了一个问题：爱因斯坦已经用时空和翘曲描述了重力，似乎没有别的什么还能实现翘曲。因此卡鲁扎说，空间也许还有更多的维度，每描述另外一个力，都需要增加一个维度，电磁力就是第四维度的翘曲。问题的关键就在这里：他写出方程组来描述四维空间的翘曲，结果发现它就是科学家一直以来描述电磁力的那个公式，而不是别的什么。这个发现让他激动得不得了，他围着房子边跑边叫：“我胜利喽！我胜利喽！”他认为自己已经发现了统一理论。
显然，卡鲁扎这个人很看重理论。有一个关于他的故事：当年他想学游泳，就买了一本教游泳的书，看完之后他就跳进了大海。这个人愿意为了理论拿生命冒险。像我们这样比较注重实践的人，可以立刻从他的方程中发现两个问题：①如果空间有更多的维度，那么这些维度在哪里？我们为什么看不到？②如果用这个理论解释我们周围的世界，把它应用于实践，会不会有什么问题出现？
第一个问题是由瑞典物理学家奥斯卡·克莱因于1926年解答的。他把维度分为两类：一类是大的维度，容易看见；另一类维度可能非常非常小，蜷缩在某个地方，即使存在于我们周围，我们也看不到。但是，我们可以充分发挥自己的想象力。设想你正在看一根电缆：从远处看，电缆只有一维，但是根据常识，我们知道电缆是有一定粗细的；从远处看很难知道它的粗细，但是如果我们把焦距拉近，或者设想上面有只蚂蚁，一会儿直线爬行，一会儿绕行，或者顺时针，或者逆时针。
这说明维度可以有两类：大的维度和小的维度。我们身边的大维度是很容易看到的，但是也可能有其他维度蜷缩在什么地方，就像电缆上盘绕着的钢丝那样，如果不就近观察，就不会有人看见。可是对蚂蚁来说就不同了，电缆相对它是很大的空间，电缆上盘绕的钢丝也同样非常显著，也许它还能看见更微小的维度。所以对我们来说，如果把空间无限放大，应当会有更多的维度。
再来看第二个问题。用这个理论解释真实世界，能行得通吗？其实，爱因斯坦、卡鲁扎以及其他许多科学家当时都在试图优化这个框架，用它来解释宇宙的物理，虽然研究都很深入，但是不管用。比如说，用这个理论就无法获得正确的电子质量。因此，尽管当时许多人都致力于此项研究，但截至20世纪四五十年代，这个奇怪但让人着迷的统一物理定律已经烟消云散。现在，所有物理学家都在追寻一种新的理论，试图对物理定律进行统一，这种理论被称为超弦理论。超弦理论的奇妙之处在于，乍一看与更多维度没有什么关系，但是进一步研究超弦理论就会发现，更多维度以一种闪耀的新形式复活了。
超弦理论试图解答这个问题：在我们周围的这个世界，构成万事万物最基础、最根本、不可再切分的最小成分是什么？设想我们观察一个熟悉的物体，比如说一根蜡烛，然后我们试图弄明白它的构成。深入其内部，我们可以看到它的原子，但这还不是最小的，因为我们知道原子中央有个原子核，它周围有电子围绕它旋转，原子核里还有中子和质子，中子和质子里还有更小的微粒，叫作夸克。常规的概念就到这里为止。
在这些粒子的深处，还有其他成分——一种舞动着的丝状能量，看上去就像振动着的弦，弦理论也因此而得名。这些“弦”就像大提琴上的弦，只要拨动就会以不同的模式振动，但它们的振动产生的不是不同的音符，而是构成我们世界的粒子。因此，如果这个理论正确的话，宇宙的极微观景象就应该是这个样子：由大量这样的振动能量丝组成，并以不同的频率振动。不同的频率产生不同的粒子，不同的粒子造就了我们周围这个世界的多样性。
在这里，我们看到了统一性，因为物质粒子、电子、夸克、射线粒子、光子、引力子，都是由一种实体构成的，所以物质和自然力都是由这些振动着的“弦”组成的，这就是我们所说的统一理论。还有一个绝妙之处：研究弦理论的数学就会发现，它在只有三维空间的宇宙里不能成立，四维、五维或六维也不能成立。那么，怎样才能成立呢？科学家认为，只有在十个空间维度和一个时间维度中才行得通。这就又回到了卡鲁扎和克莱因的观点：要想恰当地描述我们的世界，它的维度就应该比我们看见的多。
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这样一来就又产生了一个问题：是这些其他维度隐藏起来了，还是我们的世界拥有一些其他奥秘？下面让我们看看这些其他维度的两个特点。首先，我们中间有很多人相信这些其他维度可以用来解答理论物理中最深层的问题。在过去几百年中，科学家得出了20来个数字，可以用来真正地描述我们这个宇宙，包括电子和夸克等的质量、引力的强度、电磁力的强度等，精确得令人难以置信。可是，没有人能够解释这些数字，没有人知道它们为什么拥有那些具体的值。
弦理论能给出答案吗？现在还不能，但是我们相信这个问题的答案可能要依赖这些其他维度。非常奇妙的一点是，如果这些数字不是现在的值而是其他什么，那么我们所知的宇宙就不会存在。这个问题很奥。这些数字为什么会如此适合恒星发光和行星形成？如果拨弄这些数字，整个宇宙就会灰飞烟灭。弦理论认为，这20来个数字与其他维度有关联，这些维度的几何结构极其丰富，错综复杂。
以卡拉比丘的形状为例，我们可以看到其他维度蜷缩在一起，相互缠绕，形状和结构都非常有趣。如果其他维度就是这个样子，那么我们所处的宇宙的微观景象就是这种极微小的微缩形状，你的手一摆，周围的这些维度就会不停地移动。那么，这20来个数字隐含着什么物理意义呢？
观察一件乐器，比如法国圆号，注意气流受乐器形状影响而产生的振动。弦理论中所有这些数字反映的是“弦”的振动方式，就像气流受乐器棱角、弧坡的影响一样，“弦”本身也受到它所处的结构中振动模式的影响。所以，如果我们能准确知道其他维度是个什么样子，就可以计算出所有可能的音符或振动模式。更进一步说，如果能够计算可能的振动模式，就可以计算出这20来个数字。如果我们计算得出的答案与那些通过实验验证了的数字相符，在很多方面，这将成为对宇宙结构现状的首次基本解释。
其次，如何更直接地证明这些其他维度的存在？这只是一个有可能解释世界上从未得到解释的特征的有趣数学结构，还是能够在现实中验证其他维度存在的完整理论？我们认为，欧洲核子研究所的大型强子对撞机可以为我们验证这些其他维度是否存在。这台对撞机会使粒子以接近光速在隧道内正反双向运动，这些粒子时不时会正面碰撞。这样做是希望撞击的能量足以使一些残骸从我们所知的维度中迸出，迫使它进入其他维度。怎样才能知道结果呢？我们将测量撞击后的能量，将其与撞击前的能量做比较，如果撞击后能量减少了，就证明能量发生了逃逸；如果我们可以计算出逃逸的模式，就能够证明其他维度的存在。
想象一下，现在有一种叫作引力子的粒子，我们期望它能够迸出来，条件是真的存在其他维度。这将是一段了不起的历史，一次了不起的机会。回顾牛顿时代的绝对空间，它仅仅为宇宙中的事物发生提供了一个舞台。后来爱因斯坦说时空是可以翘曲的，这就是重力。然后又出现了弦理论，它告诉我们可以把重力、量子力学和电磁理论统一起来，但是需要拥有更多的维度。这将是我们有生之年极力验证的一个问题，有一定的可能性，也非常神奇！
布莱恩·葛林（1963年2月9日—）是美国著名的理论物理学家，1996年任哥伦比亚大学弦论、宇宙学和天体粒子研究中心
（ISCAP）教授。1999年，他出版了第一本科普书《宇宙的琴弦》，之后撰写了《宇宙的构造》《隐遁的事实》。在著名美国喜剧《生活大爆炸》（第四季）第20集中，葛林出演了他自己。
宇宙起源 篇4
这部超级计算机连接在跨越1900平方英里的“平方公里望远镜天线阵列”, 该望远镜天线阵列将用于洞察130亿年前宇宙的历史, 追溯至宇宙大爆炸和宇宙黎明时分。
IBM超级计算机的运算能力相当于现今最快速计算机的百万倍, 其处理信息量是大型强子对撞机信息输出的100倍。IBM研究员唐-安格本森说:“平方公里望远镜天线阵列每天所收集的数据相当于当前每天全球互联网信息总流量的两倍。”
预计在2024年这个望远镜天线阵列建造完毕, 它将用于探索星系进化、暗物质, 甚至追溯到130亿年前的宇宙起源。IBM使用3D“堆叠式”计算机芯片来实现庞大的信息处理能力, 这个超级强大的望远镜拥有数百万个天线用于收集无线电信号, 形成一个相当于1平方公里的信息收集区域, 但却跨越了巨大的表面区域, 大约是美国大陆的宽度。
平方公里望远镜天线阵列是之前任何无线电装置灵敏度的50多倍, 比当前天文观测仪器运行速度快至少1万倍。每年需要存储的观测数据在300-1500千兆兆字节之间。相比之下, 大型强子对撞机每年可产生大约15千兆兆字节, 平方公里望远镜天线阵列的数据处理能力相当于大型强子对撞机的100倍。
4月3日, 平方公里望远镜天线阵列的项目主管在荷兰首都阿姆斯特丹召开会议, 共同探讨这个巨大望远镜阵列的安置地点, 它将散布在地球表面大约1900平方英里的区域, 计划于2016年开始建造。
该项目临时总干事迈克尔-范-哈勒姆 (Michiel van Haarlem) 说:“这将对于我们理解地球在宇宙中重要影响, 以及如何理解地球的历史和未来。我们正在逐渐接近新的太空发现!”
这个望远镜天线阵列包含着上千个盘状望远镜, 跨越1900英里, 信息收集的总表面积为1平方公里, 它将为天文学家提供更多的数据有助于完全改变我们对宇宙的认知和理解。
英国科学探索中心协会的伊恩-格里芬 (Ian Griffin) 博士说:“平方公里望远镜天线阵列项目将为天文学家提供一个奇特的新型工具, 有助于我们彻底改变对宇宙的理解。基于这个望远镜阵列将显示星系的详细资料, 通过研究黑洞等令人兴奋的神秘天体, 有助于测试相对论, 并使天文学家掌握更多关于宇宙早期历史的信息。”预计该望远镜天线阵列有望于2016年开始建造, 8年之后盘状望远镜将联网工作。
(中国科技网)
科学家称太阳系存在四个地球
大的神秘天体
新行星假想图
九大行星或再现
人类寻找太阳系家族其他成员的脚步一直未停, 据外媒今晨报道, 巴西天文学家日前通过计算得出, 太阳系中可能存在第九大行星, 暂时被称为“X星”。
巴西天文学家罗德尼戈梅斯日前在美国天文学会会议上指出, 在海王星以外运行的小型冰块轨道出现摄动, 表明太阳系边缘存在一颗未知的、体积相当于四个地球大小的行星。
小行星偏离轨道系神秘星球作用?
宇宙起源 篇5
“普朗克”的使命——发掘“创世遗迹”
在“普朗克”卫星之前，人类发射过考察宇宙微波背景的航天器。“宇宙背景探测器”于1989年11月18日发射，它确定了宇宙微波背景呈现的各向异性，该卫星拍到的全天域宇宙微波背景辐射图是一张宇宙只有38万岁时的“婴儿照片”，忠实再现了那时候太空最为古老的辐射现象，把人类与宇宙的早期直接联系了起来。不过遗憾的是，“宇宙背景探测器”缺乏足够的分辨率去回答一些重要问题，无法提供给宇宙学家一些失落的细节。2001年6月30日发射的“威尔金森微波各向异性探测器”对宇宙微波背景进行了更详细的测量，但其分辨率仍然不够高，没有解答人们心头所有的疑问，需要科学家对宇宙微波背景辐射做进一步精细测量和精确研究。
根据现代宇宙学中最有影响的“大爆炸”学说，我们的宇宙是大约137亿年前由一个非常小的点爆炸产生的，目前宇宙仍在膨胀，这一学说已得到大量天文观测的证实，然而它并没有解决宇宙的形状、结构和未来等问题。2004年5月，美国《物理评论通讯》发表了蒙大拿州立大学天体物理学家尼尔·科尼什教授的一项新的研究工作，就是利用宇宙微波背景辐射的数据寻找能表明宇宙像球状镜室的证据。他认为，宇宙中同一个物体的多个国像可以在与时空中不同的地方呈现出来。镜室效应可能意味着宇宙本来是有限的，但却产生宇宙是无限的感觉。科尼什说：“没有迹象表明宇宙是有限的，但是也没有证明它是无限的。”
看来，要想揭开宇宙的起源和演变之谜，就必须深入研究分析隐藏在它早期发出的微波辐射中的线索，科学家们急切盼望着能获得更清晰的天体背景辐射图像，以便证实“暴涨宇宙”学说有关背景辐射中光子偏振的预言，更好地分析判断早期宇宙的属性，诸如质子和电子的密度，以及物质和辐射之间的能量分配问题，消除有关对宇宙演化理论的分歧。这一切部有待于新一代宇宙微波背景辐射探测卫星“普朗克”的发射升空。
“普朗克”的独特之处
“普朗克”卫星计划最早起源于欧洲空间局在1994年提议的两个研究项目，原来分别叫“宇宙背景辐射各向异性卫星”和“背景各向异性测量卫星”。由于它们的目标相似，在1996年被合并为一个探测任务，并以德国著名科学家普朗克的名字命名。
“普朗克”卫星的主体结构呈圆柱形，高4.2米，最大直径4.2米，发射质量约1.9吨，包括服务舱和有效载荷舱。服务舱装有电源、姿态控制、数据处理和通信等系统，以及对温度要求不高的科学仪器；有效载荷舱包括望远镜、光学操作台、一部分需要冷却的仪器及冷却系统。
探测宇宙温度
“普朗克”卫星将搜寻整个太空，研究宇宙物质，以前所未有的精度测量宇宙微波背景辐射温度的细微变化，因为温度的差异揭示了早期宇宙不同地区密度的差异，高密度区域最终会形成我们今天所看到的星系或星系群等宇宙大尺度结构，帮助天文学家发展和验证现有的宇宙学理论。为了完成这一任务，“普朗克”卫星携带了1.5米口径的望远镜，望远镜能利用安放在舱内名为“低频仪器”和“高频仪器”的高灵敏传感器收集宇宙微波背景辐射，瞬息敏感度比“宇宙背景探测器”高10多倍。
携带最冷的探测器
为了能准确测量微波背景辐射的温度，“普朗克”卫星上的探测器必须冷却到接近绝对零度。由法国天体物理研究所研制的低频仪器在－253℃下工作；而由意大利地外辐射技术研究所研制的高频仪器在－272.9℃下运行。要想保证仪器处于如此低的温度，技术人员采用了复杂的冷却系统。卫星表面安装了一个黑色遮挡板，它实际上就是一个有效的散热器，能把探测器冷却到60K；接着一台氢吸附冷却器能将探测器冷却到20K；然后探测器被一台机械冷却器冷却到4K；最后通过混合正常氦与稀有氦同位素将探测器冷却到约100mK。
拥有最敏锐的“视觉”
“普朗克”卫星具有更高的角分辨率，比“宇宙背景探测器”高了50多倍，该卫星可绘制宇宙微波背景图，角分辨率在10弧分以上，能确定宇宙的空间曲率，并能分辨某处天区中百万分之一度的温度差异，而且绘制的宇宙微波背景图能够自动将来自银河系和河外星系的光谱辐射从宇宙背景信号中去除。
距离地球一百多万千米
“普朗克”卫星由阿里安-5火箭发射后不久将与火箭分离，在发射4个月～5个月之后，卫星将进行一次机动，直接到达日地系统的L2，进入围绕L2的利萨如轨道。卫星的轨道周期大约6个月，设计寿命为2年。
L2实际是太空中的一个虚点，距离地球大约115×106km。卫星处于L2的环境中时，能够与地球保持稳定的无线电通信，并能保证观测时间的不见断，因此L2成为国际天文观测计划选定的最佳位置。
位于达姆施塔特的欧洲空间操作中心将通过澳大利亚附近的新诺斯地面站与卫星进行通信。运行在围绕L2轨道上的卫星每天有3小时的时间能与地面取得联系，这时前一天记录下来的科学数据被发回地面，同时下一个自主控制期的指令被传到卫星上。
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马克斯·普朗克(1858～1947)近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。普朗克在物理学上最主要的成就是提出了著名的普朗克辐射公式，创立能量子概念。19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了著名的所谓“紫外灾难”。虽然瑞利·金斯(1877～1946)和维恩(1864～1928)分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利·金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有3页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》，第一次提出了黑体辐射公式。12月14日，在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中，他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是v的能量的最小数值ε=hν。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中，系统地总结了他的工作，为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。