宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀
——兼回答暗能量为什么存
亦民科
[摘 要] 宇宙总质量M C 有正、负解，M C =±(c 3/2H O G ）。其中的正质量有一部分
通过形成黑洞的方式转化成了负质量，使正、负质量在数量上失去了平衡。负质量有负能量、负体积、产生斥力，驱动宇宙加速膨胀；暗能量就是负质量所具有的能量；在观测事实的基础上，预言了宇宙中大约有26%的正质量转化成了负质量。
[关键词] 宇宙总质量 正、负质量 黑洞 负能量 宇宙加速膨胀
0 引言
面对已被观测确证的宇宙正在加速膨胀的事实，人们企图用宇宙常数λ给出解释。当把λ视为量子真空能时，则λ的理论值将比观测值大120个量级[1]。本文用宇宙总质量有正、负解的定性和定量结果，否定了“120个量级“带来的困扰，推出了宇宙必然加速膨胀的结论。
1 哈勃常数和塌缩宇宙的总质量
宇宙的临界密度ρc 定义为
ρc =G
H π832
0 （1） H 0——哈勃常数，G ——引力常数
现假定宇宙一个典型的区域，其体积为V ，内含质量M C ，则这个区域的平均密度
ρ0为
ρ0=V M c （2） 再进一步假定这个区域塌缩成黑洞，则体积V 是
V=
4 πR g 3 （R g ——引力半径） （3） 3
将（3）代入（2）得 ρ0= 3M C （4） 4πR g 3
令ρ0=ρc ，即令（4）=（1），化简得：
M c = H 02 R g 3 2G
R g 可表为
R g =2
2c GM c （6） 将（6）代入（5）化简得
M c =2
2064G H c =±G H c 03
2 （7） 宇宙总质量由H 0、G 、c 三个常数决定并有正、负解是耐人寻味的。
取 H 0=150公里/（秒·1千万光年）[2]（需化成CGS 制）
G=6.67×10-8厘米3·克-1·秒-2
c=3×1010厘米/秒
代入（7）算得
M C ≈±1.28×1056（克） （8）
相当于6.4×1022M ⊙的质量(M ⊙≈2×1033克)
致于M C 为什么是宇宙的总质量,不再给出解释。
从(7)式可知:若宇宙是静态的(H 0=0),则M C 将为±∞。故当H 0＞0，（7）式可视为
塌缩宇宙总质量有限的证明。
以上是笔者十年前写的一篇短文[3]，十年后又有新的理解，故将该文摘要抄出，作为论证宇宙加速膨胀的理论根据。致于如何从宇宙的塌缩模型推出宇宙必然加速膨胀的结论，本文将给出逻辑证明。
2 宇宙总质量有正、负解与具体的宇宙模型无关
采用宇宙的塌缩模型，M C 有正、负解；张邦固[4]也曾计算了宇宙的总能量，他的
结果表为 M=22
53Rc
GM +Kc -2+M 0 （9） M 也有正、负解。但文[4]的计算方法和采用的宇宙模型与笔者完全不同，这说明M 有正、负解与具体的模型无关，它是宇宙的一个内禀型性质。文[4]的定量结果是
（5）
M ≈8.36×1054(克) (10)
但文[4]认为“负质量没有物理意义”。
霍金（Stephen Hawking ）认为，宇宙大体有1080个重子质量[5]。若用质子质量代表重子质量，（质子质量≈1.6725×10-24克）,则1080个重子质量为
M ≈1.6725×10-24×1080=1.6725×1056(克) (11)
（8）、（10）、（11）三式给出的定量结果基本上是一致的，但霍金没有论及宇宙质量是否存在负解的问题。
3 关于黑洞
恒星演化因其质量不同有三种结局：白矮星、中子星和黑洞。白矮星和中子星分别靠电子简并压强和中子简并压强来维特稳定。质量超过能形成中子星天体的质量，其演化结局，根据目前的理论不存在使其稳定的机制。从而发生无限塌缩，形成体积为0，密度为∞的点状黑洞[6]。
4 点状黑洞令人惊异的性质
4.1关于黑洞不能发射引力的逻辑证明
鉴于宇宙中含有正、负质量，有必要说明形成黑洞的物质是正质量。当大质量天体塌缩形成黑洞时，要经过引力半径R g =2GM/c 2
这一点，但在这一点是不稳定的，会
进一步塌缩成体积V g =0、密度ρg =∞的点状黑洞。具体可表为
V g =63
3332c
M G π=0 =>M=0 (12) ρg =236
323M G c π=∞ =>M=0 (13) 从（12）、（13）两式可知，此时形成黑洞的正质量变成了0，0质量的天体当然不能发射引力（引力子），因而也就不存在引力场，形成黑洞的正质量退出了引力相互作用。这是点状黑洞令人惊异的性质（笔者曾与焦善庆教授合作，用另外的方法证明了黑洞不能发射引力，详见文[7]）。
黑洞不能发射引力证毕。
关于正质量变成0涉及的质量守衡问题，稍后将给出说明。
4.2 黑洞是正质量转化成负质量的途径
（12）、（13）两式表示的M=0，是指形成黑洞的正质量变成了0。根据质量守衡定律，正、负质量都是不能消灭的。正质量变成0，说明正质量转化成了绝对值相等
的负质量，宇宙总质量的绝对值并没有改变，所以，质量仍然守衡的，可称为宇宙总质量绝对值守衡定律。
点状黑洞具有负能量（负质量），还可以从霍金的观点中推出：霍金认为，一个接近黑洞的正能粒子，会变成负能粒子[5]。而与黑洞最接近的就是黑洞自身，所以黑洞也应该具有负能量，这个结论在逻辑上必定成立。
5 宇宙有正、负质量的物理意义
（1）代表宇宙在质量上的对称性。
（2）体现了自然界事物之间总是相互制约的普遍规律。正质量产生引力，负质量产生斥力，二者之间相互制约。
（3）正、负质量是宇宙的内禀性质，是与生（宇宙如果有过“生”的问题）俱来的。
（4）正、负质量代表宇宙的两极，是宇宙的整体性质。
6 正、负质量和相互作用
正质量之间相互吸引，如正质量的地球吸引正质量的物体（吸引是相互的）；负质量之间是相互排斥的，故负质量不能成团；正、负质量之间也是相互排斥的，原因是负质量有负体积，使空间扩展；正质量有正体积，使空间收缩。故二者必定相互排斥。
从逻辑上讲，正、负质量不能相遇，因为二者相互排斥，这是其一；其二是如果相遇，不是产生湮灭，而是相互抵消“中和”。如“两块”绝对值相等的正、负质量相遇，即有（+M）+（-M）=O。“中和”的结果是使二者都变成O。但这违反宇宙总质量绝对值守衡定律，因而是不可能的；再者，若“两块”绝对值不等的正、负质量相遇，“中和”的结果将剩下绝对值较大的那种质量，如（+M）+（-2M）=-M，但这仍然违反宇宙总质量绝对值守衡定律，故也是不可能的。正负质量之间只能相互转化，不能“中和”，以保证宇宙总质量绝对值守衡定律成立。乔奥·马古悠（JoaoMagueijo）[16]认为，光速改变理论提供了使真空能转换成宇宙物质的机制。
必须指出：正、负电子湮灭不是正、负质量之间的湮灭，因为二者的质量都是正的[8]。湮灭的生成物2γ光子仍然是正质量（正能量）。而正、负质量“中和”不存在生成物。如果正、负质量能够湮灭，当二者绝对值相等时生成物是正能量还是负能量？显然没有合理的答案，因而是不可能的。
正负质量性质对比
正质量性质负质量性质
显示引力（动力学效应）显示斥力（几何效应）
有正体积有负体积
成团弥漫
有正能量有负能量
压强为正压强为负
有形无形
有正密度有正密度（负质量比负体积）
使宇宙膨胀减速使宇宙膨胀加速
7 负质量的存在形式和性质
负质量以真空能的形式弥漫于整个空间，有正密度：用（-M）代替（+M），用（13）式计算出的就是负质量的密度，是正的；负质量有负体积：用（-M）代替（+M），用（12）式计算出的就是负质量的负体积，其物理意义为：负质量不仅不占有空间，反而使空间扩大。所以，负质量的斥力是以其具有的负体积来实现的。
（12）、（13）是描写负质量性质的两个公式，因为此时正质量已变成0，转化成了负质量。
负质量的物态方程（即真空的物态方程）为：
P=-ρ
c2 [2]（14）
v
反号，由（13）式知负质量有正密度，即负质量产生的压力（压强）是负的，P与ρ
v
前已述及。其负压力的表现形式就是其有负体积，使空间扩展膨胀，就是宇宙的膨胀。由此可知，宇宙膨胀是几何效应，而非动力学效应。
8 关于暗能量
所谓暗能量，实际上就是宇宙中负质量所具有的能量。这样，就使暗能量由推测它存在变成了有来历的存在，是宇宙内禀性质的存在。这比推测要可信得多。负质量所具有的负能量具备暗能量的全部性质，但它绝不含有“120个量级”的差距。
9 相关文献中的负质量问题
负质量概念在相关文献中早已有之，简述如下：
，压力文献[2]认为，真空具有负质量，负压力，并指出，如果真空有正密度ρ
v
P就是负的，负的压力相当于负的质量，负质量的作用是斥力，而不是引力。
文献[8]认为，存在反物质宇宙（文献[8]所指反物质即本文的负质量物质——笔者），哈勃发现的退行星系是由反物质组成的，反物质具有斥力性质。
文献[9]在论及由正物质（即本文的正质量物质）制造的飞船，如何才能安全地通过虫洞就涉及到“负压强”、“负能量区域”，并认为“没有人对这种负物质能否在自然界存在有丝毫的主意”。
负质量不是新概念，只是人们对它的认识还很不充分。
10 宇宙的平均密度
由于宇宙间有绝对值相等的正、负质量，且每种质量的密度都是正的，负质量有正的密度，不仅仅是本文用（13）式代入（-M）的计算结果，还见于文献[2]，但文献[2]并没有说明为什么负质量有正密度，本文用（13）式之计算结果为此提供了一种解释。要计算宇宙的平均密度ρ
，必须计及正、负质量的各自贡献。
已知M
c =±1.28×1056克（见（8）式），宇宙半径取R=200亿光年，算得的ρ
为：
ρ0≈9.0209×10-30（克/厘米3）（15）其中正、负质量各贡献50%。
由于宇宙总质量是常数，所以（15）式所表的ρ
0也是常数，是ρ
的理论值。
本文之所以对“120个量级”持否定态度，就是因为宇宙含有的正、负质量对宇宙平均密度的总贡献只有如（15）式所表之量级，又怎么可能从理论上算出相差120个量级的结果来？“120个量级”需要的宇宙总质量是多少？如何计算出来的？如果宇宙中根本不存在“120个量级”需要的质量，“120个量级”又从何而来？
文献[1]给出的暗能量密度ρ
λ值为：
ρλ∝10-29克/厘米3（16）
若与本文算出的ρ
0相比较，仍有ρ
<ρ
λ（见（15）式）。
11 正质量有26%转化成负质量的观测证据
观测证实：宇宙中普通物质（即本文的正质量物质）占4%；暗物质（亦为本文的正物质）占20%；暗能量（即本文负质量所具有的能量）占76%[10]。由此可以直接推知：暗能量超过50%的部分，即26%的暗能量必定是由正物质转化而来，因为暗能量原来只占50%。
由于约有26%的正质量转化成了负质量，这样，正、负质量对宇宙平均密度ρ
的贡献不再相等，ρ+与ρ-的数值大小，由它们在质量上所占比率决定，有
ρ+=ρ0×(4%+20%)
=9.0209×10-30×24%
=2.1650×10-30(克/厘米3) （17）
ρ-=ρ0×76%
=9.0209×10-30×76%
=6.8559×10-30（克/厘米3） （18）
二者的比值为：
ρ-
= 6.8559×10-30 ≈ 3.1740（倍） （19）
ρ+
2.1650×10-30
宇宙的临界密度ρc 为
厘米克/105833020c -?≈=G H πρ (20) 与本文（18）式计算的ρ-比较，有
ρ->ρc （21）
由此可知，宇宙必然加速膨胀。
由于负质量也有正密度，若用ρc 作为宇宙状态的判据，只能与本文的ρ-或ρ
+
进行比较，不能与宇宙的平均密度做比较。
12 对宇宙加速膨胀的新解释
本文推出宇宙加速膨胀之结论其逻辑过程是这样的：
（1）宇宙总质量有正、负解，正质量表现出引力，负质量表现出斥力，二者大小相等，方向相反，应该可以相互抵消，使宇宙既不收缩也不膨胀，维持一个静态稳定的宇宙。
（2）但这种稳定犹如一支笔尖朝下立在桌子上的铅笔，很容易因为微小的扰动而失去平衡。
（3）对静态宇宙的扰动来自正质量转化成负质量，打破了由正、负质量绝对值相等维持的平衡，可称为宇宙正、负质量的自发对称破缺。
（4）由于负质量绝对值的增加，且负质量具有负体积，从而使空间扩展，驱动
宇宙加速膨胀。这样，本文就对宇宙加速膨胀给出了新的解释。说它新，就新在宇宙总质量有正负解、正质量可以转化成负质量、负质量有负体积、黑洞是正质量转化成负质量的有效途径、提出了宇宙总质量绝对值守衡定律这几点上。这也正是本文的创新之点。
13 对本文隐含的一个悖论的解释
本文从宇宙的塌缩模型却推出了宇宙必然加速膨胀的结论，这可视为本文隐含的一个悖论，需要给出解释。
（1）塌缩模型是人强加给宇宙的，只是为了计算方便而作的假定，不能保证与宇宙的真实状态相符。宇宙也不会因为你假定它塌缩就一定塌缩。
（2）宇宙总质量有正、负解，就意味着宇宙可能有三种状态：静态、收缩或膨胀。具体由宇宙在演化过程中发生什么样的事件决定。
（3）宇宙在演化过程中发生了正质量转化成负质量的事件，这才是决定宇宙实际状态的关键，与具体的宇宙模型无关。
（4）鉴于以上（1）、（2）、（3），本文隐含的这一悖论不具逻辑上的真实性，这就是对本文表面上存在的悖论给出的解释。
14 宇宙总质量有正负解对宇宙学的影响
不管宇宙中有多少种物质形态，也不管每种物质形态的质量各是多少，都必定是宇宙正、负总质量中的一部分，都是从宇宙正、负总质量中演化而来。这应成为研究宇宙的出发点。宇宙学必须建立在宇宙总质量有正、负解的基础之上。
可以预见，宇宙总质量有正、负解对宇宙学的影响将是持久而深远的，笔者由于能力所限，暂不能作更为深入的讨论。如果本文能起到抛砖引玉的作用，笔者就十分欣慰了。
15 本文的主要结论和预言
（1）宇宙总质量有正负解
（2）给出了宇宙从无中创生的方程，该方程体现了宇宙创生遵守质量（能量）守衡定律。
（3）负质量产生的斥力和正质量产生的引力同时创生，相互作用的真正“大统二”发生在宇宙的创生时刻，只有斥力和引力。不存在大统一（统一于一种相互作用）。
（4）负质量的能量就是暗能量，是宇宙总能量的一个数学—物理解。
（5）解释了在宇宙极早期为什么有Ω=1。
（6）计算表明，与宇宙学常数和暗能量有关的“120个量级”的困难并不存在。
（7）对宇宙加速膨胀给出了新解释。
（8）提出了宇宙总质量绝对值守衡定律。
（9）奇点黑洞是正质量转化成负质量的途径。
（10）宇宙中所有物质形态的存在，都必定是由正负质量演化而来。
（11）宇宙整体上的对称性是正负质量的对称。
（12）对大型强子对撞机实验结果的预言。
①大爆炸是独一无二的顶级高能事件，有无中生有、有生于无的事件；实验是有生有的实验，二者不能相提并论，大爆炸不能模拟。
②如果能产生奇点小黑洞，可能使正质量转化成负质量。
③正反物质不是最基本的对称性，是正质量物质内部的对称性，实验可能产生反物质。
④如果存在超对称伙伴粒子，必定由负质量构成，实验不可能直接检测到，这就是至今没能发现一个伙伴粒子的原因。
16 几点说明
本文完成后，笔者又查阅了以下诸文献，现将有关结果列出，作为支持本文的证据。
（1）文献[11]指出：关于“120个量级”的计算，由于引入了不合理的假定条件，才产生这一差距。虽然与笔者否定“120个量级”的理由不同，但仍可视为对本文观点的支持。
（2）文献[12]认为，宇宙的质量为M=1022M
⊙，这与笔者算出的M
C
在量级上相同；
文献[13] 给出的数值为M=1056克，与笔者的结果在量级上一样；文献[14]给出的结果为M=1021M
⊙
，与笔者的结果相差一个量级。这些结果在相当高的程度上支持了本文关于宇宙总质量的计算。但以上诸文献都没有论及宇宙总质量有负解的问题。
（3）文献[15]在论述天体收缩形成黑洞的过程时指出：“……最终的结果是所有的物质都集中在中心，这时它们就不受引力的作用”。笔者对此的理解是：形成黑洞的物质不再受引力的作用，相当于点状黑洞没有引力效应，可视为对本文认为的形成黑洞的正质量退出了引力相互作用这一观点的支持。
文献[15]在讨论真空的性质时，认为“每一能量对应着一个特定的质量，因此，质量密度将和真空能量密度一起出现”。笔者对此的理解是：质量（正质量）和真空能量（即本文负质量所具有的能量）一起产生，这正是对宇宙总质量有正、负解的支持。
请专家学者们赐教。
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宇宙加速膨胀世纪天澜假象 宇宙大爆炸学说与暗能量学说 是宇宙加速膨胀假象推出的荒诞理论 刘叙义2020年11月声源相对人的位置前后做快速（声速以内）运动，人耳听到的声波频率（声调）也有相对变化反应，十九世纪奥地利物理学家天文学家多普勒发现了这一现象，这就是著名的“多普勒效应”。光也是波应该也有光波的多普勒效应，光源相对人的位置前后做快速（光速以内）运动，人眼看到的光波频率（颜色）也应该有相对变化反应。 1929年,E.P.哈勃发现河外星系视向退行速度V与距离d成正比例,即：V = H 0×d。数值 H 为71 ± 4 km s Mpc，在2006年又修正为77 km s Mpc。 这个关系式也称“哈勃定律”，是关于宇宙星系运动的权威理论。这条定律 是哈勃和米尔顿·修默生在接近十年的观测之后，于1929年首先公式化，被认为是在扩展空间范例上的第一个观察依据，经常被援引作为支持宇宙大爆炸的一个重要证据。随着哈勃定律的提出，宇宙膨胀的观念逐渐确立。 物理学家索尔·珀尔马特(加州大学伯克利分校)、布莱恩·施密特(澳大利亚国立大学)与亚当·里斯(约翰·霍普金斯大学)"透过观测遥远超新星而发现了宇宙加速膨胀"，共同荣获2006年邵逸夫天文学奖与2011年诺贝尔物理学奖。 哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的，从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。 哈勃定律百年来成为观测研究宇宙星系运动的主流理论，与光的多普勒效应配合，成为权威的天文理论，现在还能质疑它的正确性吗？ 宇宙星系的星光越远越红的天文观察，比照声音的多普勒效应移植到光线里来，推出这是光线的多普勒效应，推出遥远星系都是背离我们地球做分离运动，并且距离越远退行速度越快。把星系光谱的红移原因认定多普勒效应，由此从时间往前推出了宇宙大爆炸学说，从空间往外推出了宇宙外围存在暗能量学说。 宇宙大爆炸理论成为目前解释宇宙起源的主流理论，它描述我们身处的这个宇宙是由一个无限微小奇点爆炸产生，生成宇宙万物生出万亿星系，宇宙以指数规律加速膨胀，星系之间相互分离，并且分离速度越来越快。
宇宙起源与大爆炸学说（两讲）单元测试 返回 本次得分为：10.00/12.00, 本次测试的提交时间为：2017-11-13, 1 ( ? ?)较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 ? A. 广阔恒星世界的发现 ? B. 托勒密的地心说 ? C. 哥白尼的日心说 ? D. 银河的系发现 2 1718年，（? ?）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，约90-168）时代的天文观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 ? A. 勒维特 ? B. 斯特鲁维 ? C. 哈雷
? D. 哈勃 3 类星体、恒星、行星及生命出现的年代大约距大爆炸的起点时刻（?）。? ? A. 120亿年 ? B. 100亿年 ? C. 1亿年 ? D. 10亿年 4 根据目前的观测与对哈勃常数的计算，宇宙的年龄大约（?）。 ? A. 137亿年 ? B. 200亿年 ? C. 180亿年 ? D.
150亿年 0.00/2.00 5 目前所知的“宇宙大爆炸”理论的最强有力的证据是（? ）。 ? A. 古老恒星的年龄 ? B. 星系光谱的普遍红移 ? C. 轻元素的丰度 ? D. 宇宙微波背景辐射 6ccc 迄今所知，整个宇宙中真实可见的重子物质约占宇宙总体的73%以上，而人类一无所知的暗物质和暗能量却只占了不足27%。 ? A. ? B. 宇宙起源与大爆炸学说（两讲）单元测试 返回 本次得分为：10.00/12.00, 本次测试的提交时间为：2017-11-13, 1 ( ? ?)较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 ?
宇宙中各种神奇的现象大盘点 宇宙有很多东西都会让我们发现到更加多的不解问题，而关于宇宙的一切，相信很多科学家都在因此在不断的探索。下面是分享的太空中神奇现象，一起来看看吧。 冥王星上的冰比钢铁还要坚硬 冥王星，因为距离太阳最远，所以也是太阳系里最冷的天体。最低温度可降到华氏-390度。毋庸置疑，冥王星的表面全是冰，但是它跟地球上的冰还是有一点点区别的。因为极度的寒冷冥王星特别僵硬，事实上它比钢铁还要坚硬。 天比年长 众所周知，地球绕地轴一周是一天的时间，绕地球一周是一年的时间。每一个行星这样运转所需要的时间是不同的。一个诡异的事实是金星需要243个地球日才能绕自己的轴运动一周，但是围绕太阳却只需要225个地球日。在新的一天来临之前，一年已经过去了。 在太空里暴露肌肤会出现什么情况 人的肉体直接暴露在太空中会发生什么状况是个谜。官方的的理论是当你在太空里待上90秒以后，许多东西会伤到你的肉身。首先，太空中的气体会像刺一样膨胀，形成的气泡可以立刻让人毙命。身体里的水会汽化，嘴巴和眼睛里的水分会沸腾，肌肉里的水分则会蒸发导致膨胀。失明、冻掉鼻子、皮肤会烧伤。有趣的是，心脏和大脑还
会继续工作90秒钟。理论上来讲，在后九十秒钟以前吸一些液压氧气会让轻伤完全恢复。 地球的重量 地球的重量不是一成不变的。虽然科学家在确切的重量上还达不成一致，但是他们都同意地球因为有陨石、大气灰尘和彗星星尘每一天都在变重。据说每一年地球的重量都会增加10000-100000吨。 在太空呆着会长个儿 当一个人在太空中的时候他会长个儿。在地球上的时候，脊椎会因为重力而被压缩。但是当一个人在真空的太空中时，脊椎会尽最大可能变长。每一个宇航员在太空中大约会长2英尺。 心脏会变 除了脊椎以外，人的心脏也会改变一些才能适应太空的环境。根据太空生物学家的说法，心脏会变小，抽送的血液也会变少。当一个宇航员处于一个重力比较小的环境时，血液会从较低的部分流向心脏和大脑，这会让心脏暂时变大。这会导致血容量变大，多余的液体会以尿液的形式排出体外。但是这时心脏也会变小，抽送的血液也会变少。这就是许多宇航员回到地球以后会头晕的原因。 盘点宇宙神秘现象该领域最权威的两大专家、物理学家安德烈-林德和阿兰-古思认为，即便存在其他的宇宙，也是在离我们非常遥远的空间，我们永远不会与其发生接触;他们的同行保罗-J-斯坦哈特和尼尔-图罗克择坚持认为平行宇宙存在于不同的时间点;而马克斯-特格马克和已故科学家丹尼斯-夏默则认为其他的宇宙与我们所在的
2019年精选华师大版科学九年级下册第一章宇宙的起源3 恒星的一生课后辅导 练习【含答案解析】第五十三篇 第1题【单选题】 在恒星的演化过程中不可能形成的是( ) A、行星 B、中子星 C、黑洞 D、红巨星 【答案】： 【解析】： 第2题【单选题】 人们对事物的认识常需经历一个不断修正和发展的过程，人类对宇宙的探索和认识也是如此。根据已学知识，下列有关观点中你认同的是( ) A、太阳表面没有大气层 B、宇宙在不断地膨胀 C、地球是宇宙大爆炸的中心 D、恒星就是永恒存在的星球 【答案】： 【解析】：
第3题【单选题】 夜晚，我们肉眼看到的最亮的星中，许多都属于同一类恒星，如猎户座的参宿四、金牛座的毕宿五、牧夫座的大角、天蝎座的心宿二等著名的星。实际上，它们都有共同的特点：体积特别大，而且呈红色。据此推断它们可能是( ) A、白矮星 B、中子星 C、黑洞 D、红巨星或超红巨星 【答案】： 【解析】： 第4题【单选题】 下列有关恒星的说法正确的是( ) A、“白矮星”相当于太阳的中年阶段 B、“恒星”即“永恒不变的星”，它在宇宙中的位置和形状都是固定的 C、恒星离我们实在太遥远了，以至于恒星在天空中的变动我们很难察觉 D、远处观察者能够看到来自黑洞的光，因此天文学家能够测出黑洞的存在 【答案】： 【解析】：
第5题【单选题】 2011年的诺贝尔物理学奖被授予三位天体物理学家，以表彰他们通过观测遥远的超新星而发现了宇宙在加速膨胀这一卓越成果。超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了哪个阶段？( ) A、诞生期 B、死亡期 C、存在期 D、任何时期都可能 【答案】： 【解析】： 第6题【单选题】 2011年的诺贝尔物理学奖被授予三位天体物理学家，以表彰他们通过观测遥远的超新星而发现了宇宙在加速膨胀这一卓越成果．超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了哪个阶段？ A、诞生期 B、死亡期 C、存在期 D、任何时期都可能 【答案】： 【解析】： 第7题【单选题】
宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀 ——兼回答暗能量为什么存 亦民科 [摘 要] 宇宙总质量M C 有正、负解，M C =±(c 3/2H O G ）。其中的正质量有一部分 通过形成黑洞的方式转化成了负质量，使正、负质量在数量上失去了平衡。负质量有负能量、负体积、产生斥力，驱动宇宙加速膨胀；暗能量就是负质量所具有的能量；在观测事实的基础上，预言了宇宙中大约有26%的正质量转化成了负质量。 [关键词] 宇宙总质量 正、负质量 黑洞 负能量 宇宙加速膨胀 0 引言 面对已被观测确证的宇宙正在加速膨胀的事实，人们企图用宇宙常数λ给出解释。当把λ视为量子真空能时，则λ的理论值将比观测值大120个量级[1]。本文用宇宙总质量有正、负解的定性和定量结果，否定了“120个量级“带来的困扰，推出了宇宙必然加速膨胀的结论。 1 哈勃常数和塌缩宇宙的总质量 宇宙的临界密度ρc 定义为 ρc =G H π832 0 （1） H 0——哈勃常数，G ——引力常数 现假定宇宙一个典型的区域，其体积为V ，内含质量M C ，则这个区域的平均密度 ρ0为 ρ0=V M c （2） 再进一步假定这个区域塌缩成黑洞，则体积V 是 V= 4 πR g 3 （R g ——引力半径） （3） 3 将（3）代入（2）得 ρ0= 3M C （4） 4πR g 3 令ρ0=ρc ，即令（4）=（1），化简得：
M c = H 02 R g 3 2G R g 可表为 R g =2 2c GM c （6） 将（6）代入（5）化简得 M c =2 2064G H c =±G H c 03 2 （7） 宇宙总质量由H 0、G 、c 三个常数决定并有正、负解是耐人寻味的。 取 H 0=150公里/（秒·1千万光年）[2]（需化成CGS 制） G=6.67×10-8厘米3·克-1·秒-2 c=3×1010厘米/秒 代入（7）算得 M C ≈±1.28×1056（克） （8） 相当于6.4×1022M ⊙的质量(M ⊙≈2×1033克) 致于M C 为什么是宇宙的总质量,不再给出解释。 从(7)式可知:若宇宙是静态的(H 0=0),则M C 将为±∞。故当H 0＞0，（7）式可视为 塌缩宇宙总质量有限的证明。 以上是笔者十年前写的一篇短文[3]，十年后又有新的理解，故将该文摘要抄出，作为论证宇宙加速膨胀的理论根据。致于如何从宇宙的塌缩模型推出宇宙必然加速膨胀的结论，本文将给出逻辑证明。 2 宇宙总质量有正、负解与具体的宇宙模型无关 采用宇宙的塌缩模型，M C 有正、负解；张邦固[4]也曾计算了宇宙的总能量，他的 结果表为 M=22 53Rc GM +Kc -2+M 0 （9） M 也有正、负解。但文[4]的计算方法和采用的宇宙模型与笔者完全不同，这说明M 有正、负解与具体的模型无关，它是宇宙的一个内禀型性质。文[4]的定量结果是 （5）
宇宙起源假说，挑战你的思想 仔细一想，感觉什么东西都是有起源的。 比如：几十年前，我们没有来到这个世界上，我们从哪里来？全都是父母生养的；家里养的狗猫都是狗猫妈妈生的；家里的电视机都是从商店买来的，商店里面的电视机都是电视机厂生产的；你的知识都是老师教给你的；你用的钱是你打工赚来的。 可能人们就会形成一种思维定势：一切东西都是有起源的。 但是，我认为这个命题是错误的，至少有一些事物就没有起源，它们一直永永远远是老样子。 对于宇宙来说，可能宇宙就没有起源，可以说：这个思维定势不适用于宇宙。 宇宙的科学定义是什么呢？对于宇宙，科学家是如何认识的呢？ 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。 科学家们确信：宇宙是由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大（称为奇点），瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。 大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 关于宇宙是如何起源的？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。 大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。
星海求知：天文学的奥秘苏宜 《星海求知：天文学的奥秘》期末考试（20） 成绩：100.0分 一、单选题（题数：50，共50.0 分） 1以下关于哈勃关系的陈述，不正确的是（）。1.0 分 A、 哈勃常数的单位是1/s B、 天体不分远近，退行速度一样 C、 越远的天体退行速度越快 D、 退行速度由测量光谱线的红移而算出 我的答案：B 2仅根据维恩公式，对一颗恒星进行分光光度测量，就可以间接获得它的（）。1.0 分A、 表面温度 B、 光谱型 C、 质量大小 D、
与太阳系的距离 我的答案：A 3哈勃星系分类中，形状最不规则的一类的表示符号是（）。1.0 分 A、 E B、 S C、 SB D、 Irr 我的答案：D 4美国官方和军方终止对UFO的兴趣和调查的年代是（）。1.0 分 A、 1940年代 B、 1950年代 C、 1960年代 D、 1970年代 我的答案：C 5中国古人记载的公元185年超新星爆发的文字中，有可能反映了恒星化学组成的变化的语句是（）。1.0 分
A、 客星出南门中 B、 大如半筵 C、 五色喜怒 D、 至后年六月消 我的答案：C 6古代历法定制最大的意义是指导农业生产，因此其最依赖的天体是（）。1.0 分A、 太阳 B、 月亮 C、 五大行星 D、 彗星 我的答案：A 7天文单位指的是（）与太阳的平均距离。1.0 分 A、 地球 B、
月球 C、 水星 D、 冥王星 我的答案：A 8按比例把太阳缩小到芝麻、绿豆的尺寸，则太阳与比邻星相距40km，从而可知太阳直径与太阳-比邻星间距离这两个长度相差（）个数量级。1.0 分 A、 6 B、 7 C、 8 D、 9 我的答案：B 9太阳周年视运动方向是（）运动的反映。1.0 分 A、 地球自转 B、 地球公转 C、 月球公转
1（）较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 A.托勒玫的地心说 B.哥白尼的日心说 C.银河的系发现 D.恒星世界的发现 正确答案：B你选对了 2科学家根据拍照发现，几乎所有宇宙星系的某种元素的光谱线，相对于地球实验室内同种元素的广谱线，都具有明显而普遍的（）现象，于是根据物理学的多普勒效应，科学家进一步得出了“目前宇宙正在膨胀”的结论。 A.减弱 B.增强 C.红移 D.蓝移 11718年，（）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，约90-168）时代的天文观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 A.哈雷 B.哈勃 C.斯特鲁维 D.勒维特 正确答案：A你选对了 218-19世纪中期，（）兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出“银河是一个星系”的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。 A.伽利略 B.哈雷 C.威廉·赫歇尔 D.哈勃 正确答案：C你选对了 宇宙起源与大爆炸学说（上）单元测试返回 本次得分为：7.00/10.00, 本次测试的提交时间为：2020-04-04, 如果你认为本次测试成绩不理想，你可以选择再做一次。 1单选(2分) 18-19世纪中期，（）兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出“银河是一个星系”的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。 得分/总分 A.伽利略 B.威廉·赫歇尔 2.00/2.00 C.哈勃 D.哈雷 2单选(2分)1718年，（）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，
关于宇宙形成与演化的几种理论 引言：宇宙学是一门年轻又古老的学科，人类对宇宙的起源在不断地探索着。 当我们回望人类漫长的探索宇宙的进程时,在我国历史上最早认识宇宙，是有“科圣”之称的伟大的科学家张衡。也可以说是人类历史上认识宇宙的先驱。在后来主要是西方国家对宇宙探索有很大的进展，尤其是近几百年，其中对宇宙的形成与演化有很多的著名的观点，主要形成的观点有相对论原理、宇宙膨胀模型、大爆炸宇宙论等。霍金在《时间简史》中比较全面的描述了整个宇宙的图景，他还还提出了自己的很多观点，本着一种好奇心,想了解一下关于宇宙学的观点 , 所以借助史蒂芬·霍金的《时间简史》及其他书籍，将宇宙学的一些观点在这里罗列出来。在这里主要写了膨胀中的宇宙、大爆炸宇宙理论以及黑洞中的奇点与量子效应观点，这些观点在宇宙学中都具有重大的意义。 希望我们对宇宙理论有更多的认识和了解，宇宙学是一门古老而年轻的学科, 希望更多的人去了解宇宙学、研究宇宙学、了解我们所处的宇宙空间。让我们更早的回答出我们一直想知道的问题：我们从何而来，又到何处去? 1、宇宙膨胀模型 在人们认为宇宙是膨胀之前爱因斯坦曾提出过静态的宇宙模型。广义相对论主要的是把强大的引力场解释成为时空弯曲的几何特征，所以它也是一种引力理论。爱因斯坦根据自己建立的广义相对论对宇宙进行了考察，他引入了一个常数——“反引力”，此力和其他力是不一样，没有什么源引起，是时空中固有的。爱因斯坦认为时空有膨胀的趋势，但刚好可以用此力平衡宇宙中所有物质与物质间的作用力，因此爱因斯坦设想这样一个有限无边的静态宇宙模型。 在宇宙空间中，物质分布是均匀的，宇宙大尺度特征不随时间变化而变化（又物质没运动）[1]。静态宇宙模型虽与事实不相符合，但它为现代宇宙学研究开启了新的起点。就在爱因斯坦和其他一些物理学家讨论非静态宇宙的预言时，1922年俄国物理学家、数学家弗里德曼用广义相对论着手解释它，他根据广义相对论方程解得的动态解，认为宇宙是不稳定的，有可能是脉动的。（他曾对宇宙提出过一个非常简单的设想：我们不管从哪个方向看，也不管从何地进行观察，宇宙看起来都是一样的。弗里德曼指出，仅从这两观念出发，就可以预言宇宙是不稳定的。此观点在后来不久被哈勃证明了。[2]）后来天文学家勒梅特又一次独立的的到这样一个模型：得到宇宙中的物质在均匀的同时在向各个方向膨胀或者是在收缩的宇宙模型。 1924年现代宇宙图像才被奠定，这一年哈勃证明了除我们所处的这个星系，还有许多其他的星系，在他们之间是一个巨大的空虚的空间，也称为太空。哈勃用100英寸的望远镜在威尔孙山对太空进行观测时，埃德温·哈勃发现恒心在整个空间之中不是均匀分布的，而是有很多的恒心大量地集中在星系之中。埃德温·哈勃对来自星系的光利用多普勒效应进行了测量，这样就可以对星系是蓝移还是红移进行确定。哈勃曾预想对于我们现在正所处在的星系中来看宇宙中的其他星系，飞向我们星系和离开我们星系的其他星系是一样多的。这是存在于一个不变的宇宙中应该有的，但是事实总是给人惊奇，埃德温·哈勃测量出的结果发现，所有的星系几乎都是在红移，而且，哈勃发现当星系离我们越远时，他离我们而去的速度越快，也就是说红移的大小与星系离我们的距离是正比，这也是著名哈勃定律。[3]也就是说，宇宙不是人们想象的那样宇宙是静态的，它是随着时间在不断的变化，它是在膨胀，所有的星系之间的距离不断的增加。从而静态
关于虚物质的设想和思考 李友松1 石益祥 2 （1. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001； 2. 浙江海洋学院，浙江 舟山 316004） 摘要：回顾了虚物质概念的提出过程，并从对立统一角度再次提出（纯）虚物质概念。给出了虚物质的基本特性，并用科学的事实论证了虚物质的存在。叙述了虚物质概念的基本涵义，找出了相对论和量子力学的适用范围，并提出了协调相对论和量子力学的方法。 关键词： 实物质 虚物质 虚数 非定域性 超光速 相对论 中图分类号：N031 宇宙——物质的系统是一个对立统一体，复数系统也是一个对立统一体，两者有着对立统一的相似[1]。 人们已从物理学的发展史发现，对于经典物理学“实数就是一切”，而对于现代物理学则“离不开复数”。 从两个对立统一体的相似，我们推出了结论 “实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数则是时空的数量关系”。[2]这是复数关于时空的本体论意义，而复数关于物质的本体论意义是，复数系统是物质系统的对立统一影子。 从两个对立统一体的相似进一步推出以下结论：第一，复数系统有实数和纯虚数的对立，物质系统应该有实物质和虚物质的对立；第二，数系因引入虚数而得以完备，物质系统也应该因引入虚物质而完备；第三，虚数的引入解决了许多在实数范围内解决不了的问题，如代数基本定理等，同时也使数学理论变得简单和完美，虚物质概念的引入也将能够解决当今物理学存在的许多谜一样的基本问题，如相对论和量子论的协调问题；亚光速和超光速的对立，或局域性和非局域性的对立问题等等，同时也将使物理理论变得简单和完美。 然而，人类习惯于将自己的思维方式局限在实的、可见的、可测的物质上，而对虚的、不可见的、不可测的物质很少表现出兴趣。虽说虚物质概念已在六十年代引入了，但迄今为止，很少有人注意、研究它，更不用说用它去解决实际问题了。 科学界这种重实轻虚的倾向，造成了物理学对物质的研究总是囿于实的局面。事实也确实如此，相对论研究实物质的运动，量子论的波函数虽然是复变函数，但至今仍用实物质的东西作解释，如对波函数)sin()cos(),(t kx i t kx t x p ωωψ-+-=最新解释：虚部表示看不见的实的平面波。[3] 同时，实物质概念缺少了对立方，造成了物质系统的概念体系的不完备，使得人们无法运用对立统一这个根本规律去思考问题，从而使当今科学留下了许多谜一样的问题。 1虚物质概念的提出 虚物质概念可以溯源到科学家们对光速最大结论提出的挑战。Eienstein 在论文“论动体 的电动力学”[4]中对公式因子221c v -加了一个人为限制：不允许其取纯虚数值，于是 得到c v ≤，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么应有c v >，光速就不是最
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平? (中国科学院国家天文台 北京 100012 2015-05-19收到 ?email :wxp@https://www.doczj.com/doc/4514333448.html, DOI :10.7693/wl20150610 1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天” 的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和 Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文 实 科学家沙龙
宇宙加速膨胀完整图文解读 Steed发表于 2011-10-06 “有人说世界将终结于烈火，有人说将终结于寒冰……” 宇宙最终的命运是什么？或许它将终结于寒冰，如果我们打算相信今年的诺贝尔物理学奖的话。他们已经仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星”（supernova）的爆炸恒星，得出了宇宙正在加速膨胀的结论。 即便是对这些获奖者而言，这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象，就好比是把一个小球抛向了空中，却没有看到它落回来，反倒看着它越来越快地上升，最终消失在了空中，仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。
[世界正在膨胀。宇宙的膨胀始于140亿年前的大爆炸，但在最初几十亿年里，宇宙膨胀的速 度是越来越慢的。但最终，它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的，这种暗能 量起初只占宇宙的一小部分。但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释，暗能量变得越来越显 著。] 宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分 崩离析。这种所谓的“暗能量”（dark energy）占据了宇宙成分的绝大部分，含量超过70%。它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。所以难怪，当两个不同的研究 团队在1998年公布相似的结果时，宇宙学的根基被撼动了。 索尔?佩尔穆特（Saul Perlmutter）领导着其中一个团队，即1988年启动的“超新星宇 宙学项目”（Supernova Cosmology Project）。布莱恩?施密特（Brian Schmidt）领 导着另一个团队，即1994年启动的“高红移超新星研究组”（High-z Supernova Search Team）展开竞争，亚当?里斯（Adam Riess）在其中起到了至关重要的作用。 两个研究团队通过寻找遥远空间中爆发的超新星，展开了绘制宇宙“地图”的竞赛。通过确 定这些超新星的距离和它们离我们而去的速度，科学家希望能够揭开我们宇宙的最终命运。
从均匀膨胀宇宙模型推导证明出的红移－距离关系式 （河北邯郸 薛世康 2012-7-2 ， 2012-12-16修改） １．首先，由熟知的罗伯逊—沃尔克（Robertson －Walker ）度规： ｝ ｛2 222 22 22 2 2 sin 1) (φθθ d r d r kr dr t R dt ds ++--= 推导出重要关系式：｛ １＋ｚ＝ 1 0λλ＝ ) ()(10t R t R ｝ 其中：r ，θ，φ为共动坐标； r 为径向共动坐标，它不随时间变化（宇宙膨胀）而变化，是无量纲量。 t 为宇宙时（cosmic time ），它是在共动坐标系中静止的观察者所测到的原时。 k 是一常数，适当选取r 的单位，可使k 取＋１，０，－１，分别对应于闭合的宇宙（k ＝＋１），平坦的宇宙（k ＝０）和开放的宇宙（k ＝－１）。 )t (R 随时间变化，称为宇宙尺度因子,具有长度的量纲。 对于θ，φ 固定，r ＝０和r ＝1r 的两点间的固有距离为， ? -=1 2 1)()(r p kr dr t R t d =1 01 sinh )()(sin )(111 1 1-===?? ???--k k k r t R r t R r t R )1.1( 此处所讨论的情形为球坐标，可将上述的一般关系进一步简化如下。 ２．从球坐标转换为一维直线情形，以使问题得以简化： 考虑一列沿-ｒ方向朝我们而来的光波包，其频率为1ν，在宇宙时1t 和1t ＋1t ?时刻从一个遥远的星系（共动坐标r ＝1r 处）发出，在0t 和0t ＋0t ?时刻被我们（r ＝０）接收到。 由于光子的运动方向为零测地线，2 ds ＝０，又由于只沿径向运动，θd ＝０，φd ＝０，所以有 2 22 2 2 1) (0kr dr t R dt ds --== 即 ? ?-=1 1 2 1)(r t t kr dr t R dt ， （１．２）
2013年“开信杯”广东省第九届中小学生 天文奥林匹克竞赛试题（高年组） 注意事项： 1、本卷为闭卷考试，请答卷人按照自己的真实水平独立完成。在监考老师宣布考试结束时应停止答卷。交卷时只须将答题卡交回。 2、选择题全部为单项选择，选择一个最接近正确的答案，答错不扣分。用2B铅笔将答题卡上相应的答案选框涂黑涂满，并用钢笔或签字笔在答题卡上写上姓名、学校、考号等信息。切勿用钢笔、圆珠笔或自动铅笔涂答题卡，以免影响成绩。答题卡采用机器阅卷，由答卷人填涂答题卡失误或不规范造成的失分由其本人承担。 3、总分100分，每题2分，考试时间90分钟。 4、比赛结果将在广东天文学会网站https://www.doczj.com/doc/4514333448.html,公布。 Part 1 天文热点 1. 这是一则今年@央视新闻微博发布、后被广泛转载的天象预报： “【六月最浪漫的时间表】6月13日和21日，我们光用肉眼就能看到水星！水星可是400多年前哥白尼一生都未见过的行星，极难观测。6月23日，超级月亮将美到窒息！16日和27日分别是天琴座和牧夫座流星雨，后者据说每小时上百颗，听上就很诱人有没有！如此美好的初夏夜空，你期待吗？” 这则信息中最符合实际情况的是（ D ） A. 关于水星的描述 B. 关于超级月亮的描述 C. 关于流星雨的描述 D. 都不符合实际 2. 2013年3月21日，普朗克研究团队公布了普朗克天文卫星的观测结果。结合WMAP 卫星等的观测数据，测得现今最精确的宇宙学参数。关于其成果，下面哪一项不正确( D ) A. 宇宙年龄约138亿年 B. 现在的哈勃常数为67.8km/s/Mpc C. 正常物质、暗物质、暗能量约占宇宙总能量的4.9% 、26.8% 、68.3% D. 宇宙膨胀速度有减慢趋势
宇宙演化史(课前教育)：江西、南昌、青山湖、南钢学校：蔡林 我们的宇宙产生之前，有一个巨大的原始黑洞，黑洞里面密度极大，温度极高，并不断吸收周围的能量；黑洞中有许多平行宇宙，由于黑洞不断吸收能量，体积越来越大，当能量达到超载时，黑洞就会释放能量，被称为“霍金射线”，产生虫洞，释放奇点，并产生大爆炸，形成今天的宇宙。 大约在137亿年前，宇宙由一个奇点大爆炸形成，（这是科学家根据大量星系快速远离我们而去的逆向思维得出的理论。）爆炸到0.1秒时，产生了1000亿度的高温，这时宇宙中什么也没有，但时间开始了，空间也不断膨胀。136.5亿年前，宇宙温度先快后慢的冷却，宇宙中出现了最早的元素：氢和氦，氢和氦是构成宇宙最基本、也是最重要的元素；136亿年前，宇宙中产生了许多大质量的恒星，由于大质量的恒星消耗能量多，灭亡得也快，经过了几十亿年后，大质量恒星不断毁灭，在宇宙中产生了许多星云、星团和生命元素。135亿年前，宇宙中产生了最早的星系及银河系，110亿年前，宇宙中产生了氮、氧、铁等元素，90亿年前，产生了大量星云、星团，70亿年前，产生了大量恒星。星云、星团、星系、黑洞、恒星、超新星、中子星、黑矮星、白矮星、红巨星、行星、矮行星、卫星、小行星、流星、彗星、暗物质、暗能量等物质，是逐渐并不断产生的。 人类进化史可以追溯到太阳系的产生。大约在45亿年前，距银河系中心（黑洞）三万光年的地方产生了太阳系，44亿年前，在太阳系中产生了地球，43.7亿年前，一颗像火星大小的行星撞击在地球的太平洋处，使之飞出去一块，形成了地球的卫星——月球。地球最早是一个火球，逆时针旋转很快，40亿年前，宇宙中的冰陨石带着生命元素到达地球，并形成海洋；36亿年前，海洋中的水、火山温度、海底火山喷发出来的少量的氧，激活了海水中的生命元素——氨基酸，形成了地球上最早的生命——蓝藻，29亿年前，最早的植物：藻类植物产生，23亿年前，最早的动物：史前海母产生，15亿年前，史前海洋生物达到了繁荣时期。 那么，我们人类是怎样进化来的呢？大约在5亿年前，棘鱼（史前鲨鱼）产生，被科学家认为是迄今为止所知的最早的人类祖先。3亿年前，史前鲨鱼进化成了史前三角鱼，2亿年前，又进化成了两栖动物——史前螈鲵鱼，1亿年前，进化成了爬行动物——似鸡龙，6500万年前，一颗直径十千米的小行星撞击在墨西哥的尤卡坦半岛，地球环境变得异常恶劣，引起了地球物种大灭绝，4500万年前，人类进化成了啮齿类动物——史前地波鼠，1500万年前，进化成了哺乳动物——猿猴，700万年前，进化成了直立动物——智人，500万年前，进化成了高智商生物——现代人。 目前人类可以用射电望远镜观测到150亿光年以内的宇宙，已经发现了1000亿个像银河系这样的星系，但还没有发现宇宙的边缘。宇宙还在像吹气球那样不断膨胀。宇宙膨胀是先快、（爆炸能量大于暗能量）后慢、（爆炸能量等于暗能量）再快。（暗能量大于爆炸能量）最后宇宙会发生大撕裂。黑洞是大质量的恒星超新星爆发形成的，形成后会吞噬周围的星际物质，连光也不放过，然后，大黑洞吞并小黑洞，大约在550亿年后，宇宙将回到原始平行宇宙，一切终结后又会从新开始。 三年级科学上复习 植物 1、在大树前看到了什么？ 树瘤、果实、小动物、鸟巢、小草、藤蔓等。 2、观察：就是带着目的用眼睛、感觉、仪器去看去想。 3、感觉：包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，还有错觉、直觉、幻觉、预感、灵感、通
宇宙加速膨胀与天文观测 廖?恺?朱宗宏 （北京师范大学天文系 100875） 一、背景介绍 宇宙加速膨胀深刻地影响了现代宇宙学研究，同时对于基础物理也提出了重大的挑战。它的发现荣获了2011年的诺贝尔物理学奖。在理论上，它与基础物理的统一紧密相连，为理论物理学家带来了机遇和挑战；在观测上，越来越多的项目投入到它的研究中来，观测技术、测量方法各方面都蓬勃发展。宇宙加速膨胀问题或者是暗能量问题不仅仅让人们重新认识宇宙演化历史，它也关系到宇宙的最终宿命。 宇宙加速膨胀的相关历史可以追溯到爱因斯坦提出广义相对论的时代。1917年爱因斯坦在创立著名的场方程时考虑到了引力在宇宙尺度上的影响。结合当时的天文观测资料，他认为所有的天体都在进行各自的本动，它们的平均状态是维持静止的，即宇宙是静态的。因此，有必要在场方程中引入一个常数，即宇宙学常数Λ来给出一个静态的有限的宇宙学模型解。然而在1929年，天文学家哈勃观测到了星系“发红”效应，即观测到的辐射谱线波长变长。我们令观测波长与发射时的波长比为1+z 。根据多普勒效应，红移z 是星系速度和光速的比：z v /c 。这种红移现象表明所有远距离天体正在离我们远去。另一方面，天体物理的研究表明，星系中的造父变星的绝对亮度可以通过测量光变周期得到，进一步通过测量变星的暗弱能够得到这些星系离我们的距离。这就好比已知蜡烛的亮度，观测到它的暗弱明亮表明了它离我们的远近。在这个原理下，哈勃也测量了这些星系到我们的距离并且注意到了星系相对我们的退行速度随着离我们距离的增大而增大，并把这一结论以哈勃图的形式给出。这一现象正是膨胀宇宙的表现。随后爱因 斯坦放弃了宇宙学常数，并且称引入这个常数是犯下的最大错误。值得一提的是，宇宙学常数在历史上被排除和重新引入了几次。在哈勃发现宇宙膨胀后，宇宙学家们都努力尝试测量膨胀速度是怎样减慢的。因为当时认为一般物质产生引力的吸引作用会使得这种膨胀速度减慢。人们甚至定义出了一个减速因子q 0来刻画膨胀速度变慢程度。 在20世纪末，人们对一种特殊的恒星演化阶段，即超新星爆发，有了很深入的研究。超新星爆发是指某些恒星在演化晚期所经历的一种剧烈的爆炸，它的亮度甚至可以和整个星系发出的光相比。特别地，一种分类为Ⅰa 型的超新星，由白矮星吸收其伴星质量达到钱德拉塞卡极限后发生坍缩爆炸，其光度几乎恒定，可以当作所谓的“标准烛光”。1998年，两个独立的团队观测到了比预期要暗弱的Ⅰa 型超新星，由此揭示了我们的宇宙正处在加速膨胀的状态，彻底地改变了人们对宇宙的认识。 宇宙加速膨胀的起源仍然是一个谜。根据广义相 图1 当前最为广泛接受的宇宙学模型ΛCDM ，即带有宇宙学常数的冷暗物质宇宙所给出的宇宙的演化历史 DOI:10.13405/https://www.doczj.com/doc/4514333448.html,ki.xdwz.2015.05.006
不连续时空观的探讨及发展 翟帅 摘要：目前国内研究的大多是爱因斯坦的四维连续时空，而本文的工作是以圈量子理论为主要依据，并进一步发展，使之成为描述时空特点的完善的理论。为什么时空总是和热力学产生那么多深刻的联系呢，因为能量是时空产生的原因，而热即是能量的一种。 关键词：不连续时空能量芝诺悖论圈量子理论 一、目前时空的理论 1、广义相对论 爱因斯坦的时空是四维的弯曲连续时空，在这个时空，没有直线。引力和电磁力都可以用时空弯曲来解释。毋庸置疑，这是天才的理论，它极其深刻的说明了引力和电磁力，使人类向大统一场迈了一大步。可以把爱因斯坦的时空模型比做一种流体，这样就直观的体现了爱因斯坦时空的特点，大质量的物体会引起超流体的局部变形，变形的程度取决于物质的质量。每次新的理论的产生，不是完全的否定过去，而是将原来的理论发扬光大。 2、弦理论 20世纪，物理学最恢弘的战斗发生在广义相对论和量子论之间，广义相对论在大的空间尺度、大的质量环境下体现出了它的正确性，而从微观角度，量子力学体现出了它的正确性，为了使这两个理论统一，物理学家们提出了弦理论，这个理论认为世间万物都是由微小的弦组成，吸引了大批物理学家并取得了一些成果，但是这仍然是一个不成熟的理论，弦理论预言的大量新的基本粒子和各种力并没有被观测到。 3、混沌分形理论
有人把混沌论、量子论、相对论称作21世纪最伟大的三个学说，混沌论产生于非线性空气动力学，后来发展到宇宙学领域，它认为空间是破碎的，是不确定的，在这个时空，甚至无法测量线段的长度。分维数的不断迭代产生拉压，折叠，扭曲产生了时间和空间，它指出了时空的不连续特性，但是这个理论并不能说明时间和空间的本源。 4、圈量子理论 一些新锐的科学家，在那些经过实验检测的结论上，利用自创的数学语言，几位科学家经过计算发现，时空是量子化的，或者说是离散而非连续的，时间和空间是由极小的圈组成，圈之间的相互作用，形成了所谓的自旋网络，也就是说时空很像一堆泡沫。圈量子理论提出后，一些科学家对它进行了检验，发现广义相对论在某种上和圈量子理论很相似，此外，圈量子理论还可以很好地解释黑洞的一些现象。 二、这些理论的纰漏 1、无法解决的芝诺悖论 芝诺悖论最为著名的是阿基里斯和乌龟的赛跑，假设开始时乌龟位于前方的100米远处，而阿基里斯的速度是乌龟的一百倍。当阿基里斯跑了100米时，乌龟移动了1米，而阿基里斯再前进1米时，乌龟前进了1厘米，如此，阿基里斯永远追不上乌龟。尽管有些人号称用无穷积分可以解这个悖论，但事实上积分学本身就避开了这个悖论的逻辑，这个悖论在连续时空的前提下是无解的。 2、狭义相对论前提没有明确 狭义相对论的假设是在飞驰的火车上，而我们知道如果火车的速度没有达到光速，那么它只是在做相对运动，而相对运动可以看做静止，因此在飞驰的火车和静止的火车上并没有区别。之所以出现这个问题，是因为影响火车内时间和空间的因素不在于
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4514333448.html, 科学家找到宇宙加速膨胀新证据 作者：毛磊 来源：《发明与创新(学生版)》2005年第02期 英美天文学家借助美国宇航局“钱德拉”X射线天文望远镜进行观测，找到了宇宙在距今60亿年前开始加速膨胀的新证据。 天文学家们利用“钱德拉”望远镜对26个遥远的星系团进行了观测，其中每个星系团包含着数百个星系以及大量超高温气体。观测星系团发出的x射线使天文学家得以确定热气体和暗物质在每个星系团中所占的比例。他们随后经过一系列推算得出星系团与地球的距离，并将其与理论假设的推算结果进行比较，最终发现宇宙大概在60亿年前从减速膨胀转而开始加速膨胀。 从1998年开始，其他一些科学家分别通过观测超新星和宇宙微波背景辐射等发现了宇宙加速膨胀的迹象，并用暗能量来解释这一现象。暗能量据认为可以产生与引力相反的排斥力。英美天文学家观测的新结果与此前利用其他方法得出的结果基本吻合。天文学家们说，新结果意味着，观测星系团发出的X射线有望成为探测和研究暗能量的一种强有力的新方法。它不 仅可以用来对其他方法进行补充和独立验证，而月．找到的证据也更加直接。 英美天文学家将“钱德拉”望远镜和美宇航局“威尔金森微波各向异性探测器”的观测结果结合起来分析后，对宇宙的构成比例给出了新的估计。他们发现，宇宙中暗能量可能占到75％，暗物质为21％，剩下4％是可见物质。 “钱德拉”的新观测结果还显示，暗能量密度似乎不会随时间推移而发生快速变化，而是比较稳定，或者说与爱因斯坦所假设的“宇宙常数”相一致。但天文学家们对此并不能肯定。他们说，根据“钱德拉”的新观测分析结果，暗能量密度随着时间推移而增大的可能性也是存在的。有理论认为，暗能量的特性关乎宇宙的最终命运，如果暗能量能一直稳定存在，那么宇宙将会永远加速膨胀下去；而如果暗能量本身不稳定，强度不断增大或减小，那么宇宙可能最后会走向动荡的“大分裂”或“大坍塌”。
宇宙的形成和演变 首先，宇宙是由空间，时间，物质和能量所构成的统一体，用一切美好的形容词来形容它都不足为过。佛教认为没有东西 是永恒的，同样，宇宙是有限的而不是无限的，所有的事物都 有它自己的轮回，一轮循环，宇宙开始到结束是一轮，这一轮 有起始有终点，所以它的时空是有限的。 从人类文明的起源开始，我们就一直在追寻着关于宇宙的 奥秘，中国古代天文中有丰富的关于宇宙结构的设想，西周时 期便有了“盖天说”，即“天圆如张盖，地方如棋局”.同样，古埃及人则认为大地是漂浮在水上的，古希腊人认为大地之下有柱子 在支撑。而卧认为最特别的是印度流传的梵天，世上的所有都 是一场梦，当他醒来时，一切都不复存在，而他再次睡着后， 世界从头开始，这便是轮回的奇妙之处。 随着文明的进步和科技的发展，我们对宇宙的认识也慢慢 地步入了正轨至少得到了部分的证实，公元2世纪，托勒密提 出了一个完整的地心说，1543年，哥白尼提出了科学的日心说。1609年，开普勒发展了日心说，伽利略则用望远镜从事实的角 度证实了其的正确性。 宇宙是一个有层次结构，物质形态多样性的，不断运动发 展的天体系统，这是我们当代天文学的研究成果。 关于宇宙的形成，首先映入脑海的肯定是大爆炸理论： 大爆炸模型认为，最初的宇宙是超高温，高密度的一点。 大约180亿年前，这一点突然爆炸了，仅用了10---36秒，这
一点进行了几十个数量级的膨胀。形成了一厘米规模的宇宙， 之后经过漫长的演变，形成了今天的宇宙。 而爱因斯坦广义相对论本身也预言了：空间-----时间在大 爆炸奇点处开始，并在大挤压奇点处或在黑洞中的一个奇点中 结束。 而大爆炸理论也验证了我们思想家的直觉，正如柏拉图的“从一发散”以及《道德经》中的“一生二，二生三，三生万物”， 宇宙大爆炸伊始，只有能量。而这里的“一”便是能量。 从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年 的发展，我们得到了这样一部宇宙的历史： 大爆炸开始时：150亿——200亿年前，极小体积，极高 密度，极高密度。 大爆炸后10—43秒：宇宙从量子背景出现。 大爆炸后10---35秒：同一场分解为强力，电弱力和引力。 大爆炸后5—10秒：温度10万亿度，质子和中子形成。 大爆炸后0.01秒：温度有1000万亿度，光子，电子，中 微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度急剧下降。 大爆炸0.1秒后：温度300万亿度，中子质子比从1.0下 降到0.61。 大爆炸1秒后：温度100万亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足以束缚中子和质子。