浅谈宇宙的膨胀与收缩
摘要：本文认为宇宙是从收缩转化为膨胀的过程中诞生的，宇宙不是起源于“奇点”，也不是从绝对的“虚无”中创生的。宇亩演化向上发展的基本特征是膨胀占据矛盾的主导方面，从而使宇宙发生辐射温度从热到冷、物质密度从密到稀的变化，并改变着物质成分，推动宇宙从一个阶段过渡到另一个阶段。宇宙演化的基本规律是循环，它是由收缩和膨胀的相互转化造成的。
关键词：宇宙膨胀收缩
本文试图运用自然辩证法中吸引（收缩）与排斥（膨胀）这对范畴与大爆炸宇宙论的科学成果来分析宇宙的起源与演化过程，目的在于证明，在宇观物质层次上辩证法的规律也是自然界实在的发展规律。这里讲的“宇宙”是指“我们的宇宙”、“观测宇宙”，即总星系，是有限的宇宙，与哲学上讲的宇宙即无限的宇宙是不同的。
一、宇宙起源于收缩转化为膨胀
关于宇宙的起源，目前存在有以下几种看法:
第一种观点，认为我们的宇宙起源于“原始原子”或“原始火球”。1932年，勒梅特根据观测到的红移现象提出了宇宙膨胀的思想，并在这个基础上逆推回去，进一步探索宇宙的起源问题。他认为宇宙的全部物质，最初聚集在一个很小的“原始原子”里，它的密度极大，很不稳定，因而发生了蜕变，于是物质便向四面八方散开，产生了一个至今还在膨胀的宇宙。四十年代末，伽莫夫发展了勒梅特的思想，提出宇宙起源于一个温度和密度都高的“原始火球”。那里的物质以基本粒子形态出现，在基本粒子的相互作用下，发生一次巨大的爆炸，并且向四面八方均匀地膨胀下去。
第二种观点，认为宇宙起源于“奇点”。1970年，英国物理学家霍金从理论上严格证明了，在广义相对论中，“奇点”是不可避免的东西，致使许多大爆炸宇宙学的支持者认为，宇宙的起点是“奇点”，并且主张用“奇点”来描述“原始原子”或“原始火球”。所谓“奇点”，根据广义相对论是说，宇宙过去曾经有过这样的初始状态，那时候宇宙的年龄t=0，字宙的曲率半径R=0，宇宙的物质密度P=∞。这就是说，“奇点”是一个没有大小的几何点。t=0尚可以理解，因为“我们的宇宙”是有限的，任何有限的事物都有自己的发生和发展的历史，我们当然也可以把宇宙诞生时刻取做t=0。但是对R=0和P=∞的情形却是无法解
释的。因为不可能出现密度为无限大的所有的物质，最初都聚集在一个几何点里。因此“奇点”问题给大爆炸宇宙学带来很大的困难，因而遭到不少人的反对。例如，宇宙学家纳里卡认为，“S=0的物理意义是什么？回答是：在宇宙时间轴上标着t=0的时候，任何两个星系的距离是零。因此整个宇宙的体积为零。事实上是说，在零时刻的一次巨大爆发（因此叫‘大爆炸’）中，整个宇宙突然出现了。眼前星系都在退行就是这一时期激烈活动的迹象。但是，这个大爆炸是怎样发生的？为什么在这个时刻发生？在这以前又怎样？t=0以前物质存在吗？还是物质产生于这次大爆炸？如果是后者，那么物质是如何在明显违背物质和能量守恒定律的情况下产生出来？”温伯格甚至明确地指出：“宇宙从来就没有真正达到过无限大密度状态”。近年来，一些宇宙学家认为，“奇点”已经不能应用包括广义相对论在内的已知的物理规律，人们正在建立一种新的物理理论——量子引力理沦，去代替经典广义相对论。
第三种观点认为，宇宙是从“虚无”中创生出来的。1980年以来，美国物理学家古斯在他的爆胀宇宙模型中提出了一种大胆的主张：“膨胀模型最彻底改革的方面，也许是可观测宇宙中的所有物质和能量几乎都可能是从虚无中产生的观点。”这种观点与稳恒态宇宙论提出的宇宙中物质是从虚无中创造的不同之处在于，它是以大统一理论作为根据的。在古斯等看来，观测宇宙具有巨大的重子数和巨大的能量，如果这些重子数和能量仍然遵循守恒定律，那就不能说观测宇宙的物质和能量是从“虚无”中创生的，否则，上述观点就可以成立。古斯指出：第一，随着大统一理论的出现，重子数不守恒似乎是十分可能的，如果这个预言是正确的，那就不存在已知的守恒定律阻碍观测宇宙可以从虚无中演化出来，第二，宇宙中的能量总可以分成为引力部分和非引力部分。其中引力能可以粗略地说是负的，并且可以精确地抵消掉非引力能，使总能量为零。这就同宇宙是从虚无中演化出来是一回事了。
应当看到，爆胀宇宙模型在克服大爆炸宇宙学的一些困难问题（如均匀性问题、平度问题、磁单极问题等）以及在探索宇宙起源问题方面做出了待有的贡献。但是把观测宇宙中的所有物质和能量说成是起源于绝对“虚无”的观点，是不妥当的。即使根据膨胀宇宙模型自身所阐明的理论也得不出这个结论。因为爆胀宇宙模型认为，宇宙在大爆炸之后的10﹣43秒的瞬息中，曾经经历过一个急剧爆胀的短暂时期，这时候发生了从对称的假真空自发破缺到不对称的真真空的一级相变，就如同水冻成冰后放出潜热一样，它也将放出潜热，再一次使宇宙加热，然后再按大爆炸宇宙棋型冷却下去。在从假真空跃迁到不对称的真真空之前，宇宙中的物质是以真空能的形式存在着的，而不是空无一物，只是当一级相变发生时，
真空能才被释放出来，而变成通常的基本粒子态物质。可见，观测宇宙中巨大的物质和能量是从假真空中释放出的能量转化而来的，并且这种真空本身也是一种物质状态，用古斯的话来讲，“叫做假真空的特殊物质状态”所以，宇宙创生于绝对“虚无”的观点是不正确的，如果把这种“无”理解为相对的“无”，即尚未被观测到和认知到的某种特殊的物质形式和能量形式，那么宇宙创生于“无”的观点就无可非议了。
需要指出的是，虽然爆胀宇宙模型也主张宇宙是从原始火球开始的，但是并没有深入地研究过原始火球的来源问题，只是以原始火球这个起点为前提，着重阐明了在大爆炸之后头一秒钟这段时间内，观测宇宙的生成问题。由于它也主张用“点”模型去描述原始火球，因而在研究宇宙起源问题时同样摆脱不了“奇点”的困扰。
大爆炸宇宙模型与爆胀宇宙模型之所以常常陷入困境，除了科学发展水平的限制外，重要原因之一是不善于分析吸引（收缩）与排斥（膨胀）的辩证关系。当我们用这对范畴去考察宇宙的起源时，就会在下述几个方面有所发现。首先，收缩和膨胀是相互联系的、互为前提的。恩格斯说：“一切运动的基本形式是接近和分离，收缩和膨胀”。对膨胀的宇宙而言，它的起源必然有一个收缩过程作为补充，也就是说，在当前，宇宙不仅要经历一个膨胀阶段，而且在过去，它也应该经历过一个收缩阶段。其次，收缩与膨胀不仅是互相联系而且是相互转化的。恩格斯说：“吸引转变成排斥和排斥转变成吸引的过程是经常发生的，可见，观测宇宙就是在收缩转化为膨胀的过程中诞生的。温伯格说得好，“宇宙现在的膨胀可能开始于从前的一次收缩的末尾。”第三，运动和物质是不可分割的，在天体物质中，与收缩和膨胀两种运动的基本形式相对应，存在着两种基本的物质状态，即超密物质状态和弥漫物质状态。不难看出，原始火球这种超密物质，就是在收缩运动转化为膨胀运动中，伴随着弥漫物质状态转化为超密物质状态的过程中产生的。这样，原始火球既是膨胀宇宙的起点，也是收缩宇宙的终点。在这里，起点与终点是辩证的统一，是可以互相转化的。既然原始火球是两种基本物质状态的转折点，那么物质从它的弥漫状态转化为超密状态的过程中，不可能收缩为一个密度为无限大的“点”，只能收缩为一个有限密度的“球”。还是温伯格说得对，“当时宇宙的密度达到了一个非常髙的，但仍然有限的密度。”从而避免了“奇点”的出现。第四，原始火球发生爆炸的内因是吸引与排斥的相互作用。在相当长的时间内，原始火球中的吸引是矛盾的主要方面，排斥是矛盾的次要方面，使宇宙收缩在一个极小的体积内。但是在超髙温、超髙密的原始火球中，吸引与排斥始终激烈地斗争着，因而使原始火球越来越不稳定，在某个时刻，当排斥（因
温度和辐射而产生的向外推力）超过吸引（引力）最终失去控制时，原始火球中的物质迅速向外抛射，发展成巨大的爆炸，于是一个以收缩为主导地位的宇宙就转化为一个膨胀的宇宙。
宇宙的起源是一个正在探索中的十分复杂的问题，它会碰到许多困难，其中既有自然科学也有哲学的问题。如果能够将上述辩证法的观点与现代自然科学成果（如量子化的引力理论等）紧密地结合起来，将会有新的突破。
二、宇宙演化向上发展的基本特征是膨胀占据优势
恩格斯曾经指出，我们的宇宙演化过程要经历着“向下和向上的分歧”。所谓向上的分枝，是指我们的宇宙经历着产生和发展的过程，所谓向下的分歧是指我们的宇宙要过渡到衰亡的阶段。而在宇宙演化向上发展过程中，膨胀自始至终占据着优势。在这时期，随着宇宙的不断膨胀，辐射温度从热到冷、物质密度从密到稀地演化，物质成分也发生变化。随着这些条件的变化，在宇宙长时期的膨胀过程中，还会经常发生局部性的质的变化，从一个阶段过渡到另一个阶段。下面我们按照大爆炸宇宙学简要地考察一下，在膨胀成为矛盾主导方面的情况下，宇宙演化各个阶段的主要特征。
第一，基本粒子形成阶段，又叫宇宙的极早期阶段。在大爆炸后第一秒钟之内，宇宙便进入了基本粒子阶段，在这个阶段，主要是强子和轻子的生成和湮灭。首先，从奇点到普朗克时间，即从宇宙的零秒到10-43秒的阶段，这时候宇宙的温度极高，物质密度也极高，物质的存在形式一般说来不清楚。有人认为轻子（如介子、电子，中微子等），夸克（层子）和质子大概是这时候生成的。其次是强子生成的阶段。随着宇宙的膨胀，温度继续下降，在10-8秒时，宇宙中最活跃的是进行强相互作用的基本粒子强子，它包括介子和重子（如质子、中子、超子等）。再次是轻子起主导作用的阶段。在大爆炸发生后10-2秒时，宇宙中的温度下降到大约为1011K，物质密度下降到1011克/厘米3。这时候宇宙中物质成分以电子、中微子、介子为主，所以是轻子起主导作用阶段。这个阶段的主要特征是轻子的分解和正反粒子的湮灭，如中子衰变为质子，放出电子和中微子，电子和正电子相遇湮灭变成了光子。由于在这个过程中以上两个反映是不断进行的，因而产生了大量光子和中微子，以至当溫度降到1010K时，相对于实物粒子来讲，光子（辐射）占优势，于是宇宙的演化进入下一个阶段。
第二，辐射阶段，又叫元素起源阶段。这一阶段主要是考查在爆炸后宇宙演化的时间从一秒到三分钟期间宇宙演化的情况。
在大爆炸发生一秒钟时，宇宙中物质的密度降到107克/厘米3，这时候宇宙不仅在整体上膨胀占优势，而且各处都处于排斥（辐射）为主的阶段。
在辐射为主阶段的后期，实物（我们把光子称为辐射，其它粒子，如质子、中子、电子等称为实物粒子）已开始发生很大的变化，当温度降到109时，这时宇宙时约为三分钟，中子开始失去自由存在的条件，开始与质子合成重氢（氘）、氦等核素，于是就形成了几种不同的化学元索。因为原子核是由核子（质子和中子）合成的，所以这个阶段又叫核合成（即形成元素）的阶段。核合成结朿时，氦的含量按质量计算约占25-30%，氘占1%，其余大部分都是氢。由于氦十分稳定，所以这些氦能够一直保留到今天。
在元素核合成的辐射阶段，随着空间的不断膨胀，实物密度下降得比辐射密度慢，到了某一时刻，当实物密度占优势时，宇宙将从辐射阶段转入实物阶段。以后，宇宙变为透明的，今天所看到的背景辐射就是那时遗留下来的。
第三，实物阶段。大约在大爆炸以后一万年，随着宇宙的膨胀，温度下降到约为105K，实物密度大于辐射密度，辐射（排斥）退居次要位置。辐射（排斥）减退后，宇宙间主要是气状物质，由于这种实物物质不再受辐射的影响，当发生某种非均匀扰动时，有些气体物质在吸引（引力）的作用下凝聚成气体云，气体云再进一步收缩就产生了各种各样星的体系，成为我们今天看到的宇宙。在无数恒星演化中产生了太阳、太阳系。太阳系和地球继续演化，出现了生命、万物、最后产生了人类。在这里，我们不仅看到宇宙有整体性的膨胀，而且看到，在膨胀占优势时，在一定条件（如非均匀扰动）下，局部地区的收缩也可以占主导地位。这种具有鲜明特色的收缩与膨胀的对立统一关系，是自然界辩证法的又一个生动的体现。正是遵循这个规律，才使我们的宇宙及其中一切具体事物，从原始星云到太阳系，从无机界到有机界，从原生生物到人，经历了—个由简单到复杂、由低级到高级的发展过程。
以上就是大爆炸宇宙学为我们描绘的宇宙演化向上发展的大致图景。这幅图景尽管还有不少推测性，但是它却得到了以下重要观测事实的有力支持：第一，河外星系的谱线红移是宇宙膨胀的观测根据，红移是怎样产生的？有许多机制都能引起谱线红移，其中只有一种机制能够比较全而地解释河外天体谱线红移的持点，这就是多普勃效应。这个效应表明，当发光的物体内远离我们的方向运动时，我们接收到的光就要发生红移，并且远离的速度越大，红移量也越大。
笫二，观测发现氦丰度相当高，是宇宙大爆炸的另一个重要事实根据。我们知道已发现的天然的化学元素有110多种，它们在自然界中的含量是很不均匀的，从天体的尺度来贵，氢的丰度占70%，氦的丰度约占30%，其余元索的总和仅仅占约1%。宇宙空间为什么含冇这么多的氦？令人困惑不解。如果按普通
已知的热核反应方式（即在高温高压条件下，由四个氢原子核聚变成一个氦原子核）来解释，就会出现以下两个矛盾：首先，天体上目前不可能含有这么多氦；其次，不同年龄天体上氦的含量就应当不一样。如果用大爆炸的观点加以说明，问题就容易迎刃而解。因为在宇宙的早期，温度极高，这个阶段也可以生成氦，在大约半小时内，就可以将宇宙中三分之一的物质变成氦，而氦又非常稳定，所以能够一直保留到今天。
第三，宇宙微波背贤辐射的发现，是大爆炸最有力的根据。大爆炸中宇宙论认为不同时期宇宙部有一个确定的温度。根据宇宙膨胀的速度和氦的丰度等，可以计算出宇宙在各个时期的温度数值。本世纪四十年代末，阿尔费尔和赫尔曼就曾根据这个道理和盖莫夫的宇宙大爆炸起源说提出一个重耍科学预言：做为大爆炸遗迹，今天宇宙中应该存在溫度为5k的黑体背景辐射。1965年，美国的两位科学家彭齐亚斯与威尔逊果然在微波波段上探测到了具有热辐射性质的背景辐射及相应宇宙温度大约是3k。这个结果与过去的预言大致相符的，因而是大爆炸宇宙论的又一个有力的证据。
三、宇宙演化的基本规律是物质的循环律
恩格斯曾经指出，物质运动的循环律是自然界的基本规律，他说：“整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着”。在《自然辩证法》“导言”中，恩格斯在恒星（包括太阳系）的物质层次上论证了宇宙演化的永恒循环规律。现代宇宙论在宇宙（总星系）层次上也为这一规律提供了新的证据。
首先，未来宇宙有两种可能衰亡的途径。我们的宇宙从爆炸开始以后，迄今已经有大约200亿年的演化历程了，宇宙未来衰亡的可能途径，将取决它属于那种宇宙模型。本世纪二十年代，弗里德曼、罗伯逊、沃克在解爱因斯坦引力场方程时，得到三个非静态解，即三种宇宙模型。第一种宇宙模型的空间曲率为负值，第二种为零，第三种为正值。笫一、二种叫开模型，对于开模型，宇宙将一直膨胀下去，其中的所有恒星和星系将因它们内部核燃料日益减少而变得越来越衰老，最后耗尽了核燃料，宇宙便变成一个黑暗世界。第三种叫闭模型，对于闭模型，宇宙膨胀到某一最大体积后，开始转化为收缩，温度也随之回升得越来越商，终于又恢复到原来的原始火球（或奇点）状态。然后在一定条件下，宇宙又一次进行爆炸，又一次膨胀。随着膨胀和收缩的无限更替，我们的宇宙不断有生有灭，再生再灭，所以人们把它称之为振荡式宇宙。我们的宇宙究竟按照哪种模型走向衰亡，天文学界还没有一致的认识。
其次，在确定了宇宙未来衰亡途径的质量密度的条件之后，我们再来进一步研究宇宙演化的基本规律——循环律不同的表现方式。
笫一种方式，对于闭模型的宇宙而言、“宇宙的永远童复的连续更替”，即物质演化的循环律是非常明显的。因为在这种模型中，生与死，收缩与膨胀是无限转化的，因此我们的宇宙并设有什么绝对的起点，这一代宇宙起源于上一代宇宙的末日，而这个结局又为下一代宇宙开创了新的起点。不难看出，闭模型宇宙的循环具有两个特点：一、在这个循环中，基本上是一个“我们的宇宙”在不断的振荡中自我更新着；二、由于初始大爆炸具体条件不同、所以各代宇宙演化的过程就不完全相同，这就避免了形而上学的简单循环论。
第二种方式，对于开模型的宇宙而言，虽然实现物质演化的循环律要困难得多，但是从理论上讲，并不是不可能的。这是因为，首先，吸引与排斥，收缩与膨胀是相互联系的，不可分割的。正像恩格斯所指明的，吸引与排斥、收缩与膨胀“这两极的分离和对立、只存在于它们的相互依存和相互联系之中，反过来说，它们的相互联系，只存在于它们的相互分离之中，它们的相互依存、只存在于它们的相互对立之中。”这样一来，宇宙中永远只有膨胀运动，而没有收缩运动的情形就不存在了。其次、吸引与排斥，收缩与膨胀又是相互抵偿、相互补充的。恩格斯又指出，一切运动都存在于吸引（收缩）和排斥（膨胀）的相互作用中，“然而运动只是在每一个吸引被另一个地方的与之相当的排斥所抵偿时，才有可能发生。否则一个方面会逐渐胜过另一个方面。于是运动最后就会停止。”因此，“运动既不能消灭也不能创造这一定律，就采取这样的表达方式：宇宙中有一个吸引运动，就一定打—个与之相当的排斥运动来补充，反过来也一样。”根据这样表述的运动不灭定律，不难得到下面的推断，在此处，“我们的宇宙”在膨胀、在排斥，在别处，另外的“宇宙”在收缩、在吸引。而这个另外的“宇宙”，既可能发生在“我们的宇宙”的过去，使得目前正在膨胀的宇宙开始于从前一次收缩的末尾；又可能发生在未来，使得走向衰亡的“我们的宇宙”放射到无限太空中去的物质和能量的一部分，参与到这个另外的正在收缩的“宇宙”中去，重新转化为一个新的原始火球，并在—定的条件下，发生新的爆炸、新的膨胀。如此有生有灭，再生再灭，永不停息。
在自然科学中，吸引与排斥，收缩与膨胀相互抵偿、相互补充的情形，在一定裎度上也得到了证明。例如，有人认为，原始火球是由非常稀薄的气体组成的宇宙，这种极稀薄的气体出于受到它的自身范围里分布的引力场的作用。慢慢地在几十亿年时间里，因气体不断收缩而使这种宇宙变得越来越“紧凑”。当这种宇宙的物质分布变得更加紧密时，引力场就变得比以前更强大，再经过几十亿年，宇宙就以巨大的速率收缩着。根据亥姆霍兹的理论，这样的收缩必然对宇宙加热，当物质压缩成越来越小的体积时，温度越来越高，温度升高增加了反抗引力收缩
的倾向，收缩开始放慢。当收缩达到超过温度效应刚好与引力平衡界限时，最后这个原来由宠大的稀薄的气体云组成的宇宙就收缩为原始火球。此后，在某个时刻，温度和辐射的向外推力最终失去控制，宇宙物质向外抛出，并迅速发展成爆炸，再转化为膨胀。这是为开模型的宇宙实现循环律提供了一个科学依据。再次，上面关于开模型的宇宙实现循环律的论述，是以这样的假定为前提的，即承认在“我们的宇宙”之外，还存在有许多其它类似的“宇宙”。对此，恩格斯早已做过科学的预言，他指出，既然整个宇宙是无限的，因此在“我们的宇宙以外”，必定还有“无限多的宇宙”。近些年来，天文学家安姆巴楚勉扬也提出了多宇宙原理。他认为，“我们的宇宙”只是很多类似的“宇宙”中的一个，这些宇宙的起源是没有什么本质区别的。最近，布里厄也指出，广义相对论并不排除多个有限无界的宇宙的存在，并在理论上提出了超宇宙的概念，这些都为上述看法提供了一定的科学依据。既然“宇宙”是多种多样的（包括处在不同收缩时刻的“宇宙”和处在不同膨胀时刻的“宇宙”，它们具有不同的物质和能量，不同的演化路径等等），因而“宇宙”循环的具体方式也必然是丰富多采的。正如同在恒星的起源和演化中，大量不同的恒星决定着它们有不同的循环方式一样。
应当看到，上述关于宇宙大循环的过程，实际上是一个否定之否定的过程。因为在宇宙的演化中，收缩与膨胀经过两次否定、两次转化，就表现为一个循环周期，宇宙演化的周期性，由于受前进性与不可逆性的制约，因而不是纯粹封闭的，而是开放的，每一周期的终点，同时是下一个周期的开端。宇宙的演化就是一个周期接着一个周期、循环往复，以至无穷，形成一个莫比乌斯环。
自然界是辩证法的试金石，以上关于宇宙的膨胀和收缩过程的考察，再次证明这个颠扑不破的真理。
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。 ?
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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
第4章色彩与视觉生理 本章要点： ·了解眼睛的构造 ·了解视界与色域的概念及作用 ·掌握视错性的形成原因及规律 第一节视觉的生理特征 人们对世界上一切事物的形状、位置、空间、色彩等的区别，都是通过视觉器官形成的一种视觉信息和感受。因此，视觉是人们认识这个多彩世界的一个重要因素，我们必须了解视觉器官所形成的生理特性和功能。 一、眼睛的主要组成部分（自学） 人的眼睛就像一部照相机，眼球前部好比照相机镜头，内部好比暗箱，视网膜相当于相机的底片。但是，眼球结构比照相机复杂得多、灵活得多。人眼因外形近似球状， 故称眼球。眼球内具有特殊的折光系统，使射 入眼内的可见光汇聚在视网膜上，视网膜上含 有感光的杆体细胞和锥体细胞，这些感光细胞 把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视 神经传到大脑皮层的枕叶视觉中枢神经，产生 色彩感。 (1)角膜，角膜的作用是光由这里折射进 人眼球而成像。 (2)虹膜又称彩帘，虹膜作用是能控制瞳孔的大小，光弱时大，光强时小，像照相机中的光圈，虹膜能调节进入眼球的光量。 (3)水晶体。其作用相当于透镜，可以起到调节焦距的作用。光通过水晶体的折射传给视网膜。近视眼、远视眼、老花眼以及对色彩与形态的错觉等，大都是由于水晶体的伸缩作用而引起的。 水晶体内含有黄色素。黄色素的含量随年龄的增加而增加，它影响人对色彩的识别。 (4)玻璃体。光必须通过它才能到达视网膜，玻璃体带有色素，色素随着人的年龄和环境的不同而变化。 (5)黄斑与盲点。黄斑是视网膜中感觉最特殊的部分，呈浅黄色，黄斑位于锥体细胞和杆体细胞最集中的地方，是视觉最敏感的位置，人对色彩感觉之所以有很大的差异，与黄斑有直接关系。
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】
浅谈宇宙大爆炸理论 机械12-1 121014122 孙静 我们从哪里来？宇宙是什么样的？这自有人类以来的永恒疑问。从西方的海龟驮大陆，到中国的天圆地方，诞生了远古的神话和宗教。十七世纪，开普勒、胡克等人继续为太阳系勾勒大概的轮廓。最终伟大的牛顿建立了完美的经典力学大厦。那时人们确信宇宙间所有的规律都已发现殆尽，所有星系的运动都可纳入牛顿力学的体系中。这一时期人们相信宇宙是无限广大和永恒的存在，也许这使人有某种安全感。但是用牛顿力学解释宇宙有个致命的疑问，如果万有引力是正确的，为什么星系不会因为万有引力聚拢到一起？无论宇宙有没有一个中心，只要时间足够长，星系总会慢慢靠拢，最后碰撞、毁灭。这给现代天文学提出了挑战，但是即使是当时最具有革命精神的人，也无法想象今后的颠覆性的发现。 大爆炸理论（Big Bang）是天体物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论，宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型，宇宙空间可能膨胀。延伸到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点，但物理学家对此意见并不统一。 “大爆炸宇宙论”认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。[1] 1927年，比利时天主教神父勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成。 大爆炸一词在狭义上是指宇宙形成最初一段时间所经历的剧烈变化，这段时间通过计算大概在距今137亿（1.37 ×10^10）年前；但在广义上指当今流行的揭示宇宙起源和膨胀的理论。这一理论的直接推论是我们今天所处的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根据这一理论，乔治·伽莫夫在1948年预测了宇宙微波背景辐射的存在。1960年代，这一辐射被探测到，有力地支持了大爆炸理论，从而否定了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。 大爆炸理论是通过实验观测和理论推导发展的。 1910年代，维斯特·斯里弗尔（Vesto Slipher）和卡尔·韦海姆·怀兹（Carl Wilhelm Wirtz）证实了大多数旋涡星系正在退离地球，不过他们并没有因此联想到这对宇宙学意味着什么，也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。同时在理论上，爱因斯坦的广义相对论成功建立并推出没有稳定态宇宙。通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩，爱因斯坦认为他自己解错了，并加入了一个宇宙学常数来进行改正。第一个不
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）
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
现在我们就用马克思主义检验一下宇宙大爆炸理论。 先来认识一下什么是宇宙大爆炸理论。 “宇宙大爆炸学说”作为现代天文学宇宙论中的一个学派, 是研究回答宇宙的发生和发展的问题的。这个学说, 是在1 9 4 8 —1 9 4 9 年间, 阿尔法、贝特和伽莫夫以及赫曼等人共同发展的一种宇宙论。由于这几位创始人的姓名偶然地和希腊字母a 、β、r 谐音, 所以又称为a 一β一r 的理论。这个学说的主要观点认为, 我们的宇宙曾有过一段从密到稀, 从热到冷的演变史。在这个时期内, 宇宙体系在不断地膨胀, 而且这一膨胀过程, 开始时十分迅猛, 如同一次规模巨大的爆炸。具体说, 大约在l的多亿年前, 宇宙升始发生大爆炸。其过程是: 在宇宙的早期, 温度10 0 亿度以上, 物质处于高密状态, 宇宙间只有电子、光子、中微子和少量的中子，质子等基本粒子形态的物质。由于整个体系在膨胀, 所以温度很快下降。当温度降到10 亿度左右时, 化学元素从这一时期开始形成。当温度降到1 0 万度后, 早期形成化学元素的过程结束, 宇宙间的主要物质是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到儿千度时, 电子与氢核组成原子, 这样组成的气体在引力的作用下凝聚成气云, 最后逐渐形成今日宇宙里各种各样的星系和恒星。 从物质方面分析: 1:按照马克思唯物主义，根本就没有什么造物主或者上帝，客观世界都是物质的，任何现象都可以用物理定律来解释，科学唯物主义可以解释宇宙中大部分现象，日月星辰，人体动物、力学光学等!宇宙大爆炸学说, 既然认为宇宙是因为其本身体积、温度的变化而产生的爆炸,并且爆炸产生以后, 它的发生、发展只受其物理学规律的支配, 神或上帝并不能进行干预, 因此这个学说与辩证唯物主义的宇宙观念是一致的, 它在一定程度上支持了世界是统一的物质世界的观点。 2:物质是守恒的, 即物质不能创生, 不能消灭, 整个世界就是物质的世界, 根本不存在物质世界之外的一个什么东西。物质世界从宇观上说是至大无外的, 而从微观上说是至小无内的。整个物质世界也无所谓开端和结束.很多人认为宇宙大爆炸是一切世间物质的起源,我们小组不大同意这个观点.根据宇宙大爆炸学说,物质从头到尾都是存在的.它并没有提及一个从无到有的诞生过程.只是解释了物质如何密度从低稀到高密,从电子,光子发展到中子，质子的过程.从这一点来说,它符合了物质的守恒性.
色彩的错觉与幻觉(一) 摘要：物体是客观存在的，但视觉现象并非完全是客观存在，而在很大程度上是主观的东西在起作用。当人的大脑皮层对外界刺激物进行分析、综合发生困难时就会造成错觉；当前知觉与过去经验发生矛盾时，或者思维推理出现错误时就会引起幻觉。色彩的错觉与幻觉会出现一种难以想象的奇妙变化。美术工作者在从事美术实践时常常会碰到以下几种情况： 关键词：色彩错觉幻觉 挡人的大脑皮层对外界刺激物进行分析、综合发生困难时就会造成错觉；当前知觉与过去经验发生矛盾时，或者思维推理出现错误时就会引起幻觉。色彩的错觉与幻觉会出现一种难以想象的奇妙变化。美术工作者在从事美术实践时常常会碰到以下几种情况： 1.视觉后像当视觉作用停止之后，感觉并不立刻消失，这种现象叫视觉后像。 这种后像一般有两种： a、正后像：如果你在黑暗的深夜，先看一盏明亮的灯，然后闭上眼睛，那么在黑暗中就会出现那盏灯的影像，这种叫正后像。日光灯的灯光是闪动的，它的频率大约是100次/秒，由于眼睛的正后像作用我们并没有观察出来。电影也是利用这个原理，所以我们才能看到银幕上物体的运动是连贯的。 b、负后像：正后像是神经在尚未完成工作时引起的。负后像是神经疲劳过度所引起的，因此其反应与正后像相反。当你在阳光下写生一朵鲜红的花，观察良久，然后迅速将视线移到白 注例]：斑马的保护色与其他动物的保护色不同，其他动物一般将自身的色彩尽量接近所生长的环境色，使对方难以辨认。而斑马则采用同时对比时的错视和视觉后像效果来保护自己。原理是：当斑马在快速飞奔，使追逐捕捉它的狮子在观看时，由于同时对比的错视作用，身体的前一个视觉印象还没有消失时，身体已经飞奔出，使狮子不能正确判断斑马的位置，所以往往捕空。这是它保护自身的方法。 纸上，这时你会发现白纸上有一朵与那朵红花形状相同的绿花。这种现象在生理上解释为：当人们观看红色光持久时红色视锥细胞产生疲劳，要保持这种不变的红色印象，在视网膜上映有红花的这个区域的视锥细胞的感红蛋白，只有大量红光才能继续激起它们产生红色信息。当你将视线迅速移到白纸上，白纸上反映到视网膜上原红花影像的那个区域中的白光中所含的那部分红光，其量不能激起这个区域疲劳过度的红色感色蛋白的迅速合成，也就是不能激起那个区域红色视锥细胞产生红色信息，而恰恰在这时，原在这个区域一直处于抑制状态的那部分绿色视锥细胞在仅有白光中的那部分绿色光的刺激下格外活跃，所以这个区域给人的印象是绿色的。当然这种现象瞬间即消失了。这种负后像色彩错觉一般都是补色关系的，如：红-绿、黄-紫、橙-青紫。黑与白也同样会产生这样的现象，其原理相同。 2.同时对比同时对比是指眼睛同时受到色彩刺激时，色彩感觉发生相互排斥现象。刺激的结果使相邻之色改变原来性质的感觉向对应方面发展。当我们用色彩构图时，同一灰色在黑底上发亮，在白底上变深；同一灰色在红底上呈现绿味，在绿底上呈现红味，在紫底上呈现黄味，在黄底上呈现紫味；同一灰色在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫不同底色上呈现补色感觉。红与紫并置，红倾向于橙，紫倾向于青；红与绿并置，红显得更红，绿显得更绿；各种相邻的色在交界处，对比表现得更为强烈。（参见彩图39、40、41、61）由此可见，色彩同时对比可得如下规律： a、亮色与暗色相邻，亮色更亮，暗色更暗；灰色与艳色并置，艳色更艳，灰色更灰；冷色与暖色并置，冷色更冷，暖色更暖。 b、不同色相相邻时，都倾向于将对方推向自己的补色地位。 c、补色相邻时，由于对比作用，各自都增加了补色光，色彩的鲜艳度同时增加。 d、同时对比效果，随着纯度增加而增加，相邻之处，即边缘部分最为明显。
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
学院：数学学院学号：20120510293 姓名：陈椿文 简述大爆炸宇宙学所描述的宇宙演化过程大爆炸理论（Big Bang）又称大爆炸宇宙学，是当代关于宇宙起源的理论。也是现代宇宙学中最有影响的一种学说。与其他宇宙模型理论相比，大爆炸宇宙学更能说明一些观测事实。其主要观点是，认为我们的宇宙曾经有过一段从热到冷的演化过程。宇宙并非静止的，而是在不断地膨胀，物质密度从密到稀，就如同一次巨大的爆炸一样。 1927年，比利时天文学家乔治〃勒梅特首次提出了“大爆炸”的概念，认为宇宙开始于一个极小的原始“超原子”（现称为“原始火球”）的灾变性爆炸。1948年，美籍俄裔天体物理学家乔治〃伽莫夫将广义相对论引入到宇宙理论中，提出了宇宙起源的大爆炸模型，其理论出发点是埃德温〃哈勃发现的星系退行速度与距离的关系。既然各星系目前正在彼此退离，那么它们过去必然是彼此互相靠近的。照此追溯下去，大约150亿年（近年来修正为137亿年）前的某一时刻，一个密度极大、温度为10（32次方）K、尺度为10（负36次方）的“原始火球”爆炸，这个无限小点称为“奇点”。从这里诞生了时间和空间、质量和能量，于是宇宙从“无”中诞生。而爆发之“前”，时间和空间毫无意义，因为时间和空间是从奇点开始的。在10（负34次方）秒的极短时间内，宇宙膨胀了10（100次方）倍。极大热能的一部分转化为物质和反物质，包括夸克、反夸克、电子、反电子等基本粒子。物质和反物质碰撞而湮灭并放出光。由于物质远远多于反物质，在10（负5次方）秒后，剩余的物质随着膨胀减速和温度下降，夸克凝聚成中子和质子，进而形成氢核与氦核。此后的30万年间，温度继续下降至5000～4000K，原子核捕捉到曾经无序飞散的电子，构成原子。宇宙变得不透明，进入黑暗时代，这样持续了大约9亿年。此时的宇宙大体上是均匀的，但也存在大约10万分之一的不均匀度。这导致物质凝聚，形成恒星，聚集成星系，星系集结成星系团，更进而聚合成超星系团以及介于其间的超级空洞。现在我们能够通过各种手段观测到的距离100多亿光年宇宙深处的天体，就是宇宙大爆炸后形成的原始天体。 大爆炸学说能较好地解释一些观测事实，也显示了一定的生命力，并且成为目前关于宇宙形成、演化的主流学说。因而取代了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。
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/c515369274.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
. . 色彩生理理论：色彩的膨胀与收缩感 据说法兰西国旗一开始是由面积完全相等的红、白、蓝三色制成的，但是旗帜升到空中后在感觉是三色的面积并不相等，于是召集了有关色彩专家进行专门研究，最后把三色的比例调整到红35％、白33％、蓝37％的比例时才感觉到面积相等。这究竟是什么原因呢？ 因为当各种不同波长的光同时通过水晶体时，聚集点并不完全在视网膜的一个平面上，因此在视网膜上的影像的清晰度就有一定差别。长波长的暖色影像似焦距不准确，因此在视网膜上所形成的影像模糊不清，似乎具有一种扩散性；短波长的冷色影像就比较清晰，似乎具有某种收缩性。所以，我们平时在凝视红色的时候，时间长了会产生眩晕现象，景物形象模糊不清似有扩张运动的感觉。如果我们改看青色，就没有这种现象了。如果我们将红色与蓝色对照着看，由于色彩同时对比的作用，其面积错视现象就会更加明显。 色彩的膨胀、收缩感不仅与波长有关，而且还与明度有关。由于“球面像差”物理原理，光亮的物体在视网膜上所成影像的轮廓外似乎有一圈光圈围绕着，使物体在视网膜上的影像轮廓扩大了，看起来就觉得比实物大一些，如通电发亮的电灯钨丝比通电前的钨丝似乎要粗得多，生理物理学上称这种现象为“光渗”现象。歌德在《论颜色的科学》一文中指出：“两个圆点同样面积大小，在白色背景上的黑圆点比黑色背景上的白圆点要小1／5。”同一个人。日出和日落时，地平线上仿佛出现一个凹陷似的，这也是光渗作用而引起的视觉现象。 宽度相同的印花黑白条纹布，感觉上白条子总比黑条子宽；同样大小的黑白方格子布，白方格子要比黑方格略大一些。超市中，小商品、小包装若要使它显眼一些，宜采用鲜艳的浅色；如果要它显得高贵精致，宜采用沉着的深色或黑色。为了扩大建筑或交通工具的室内空间感，色彩设计宜采用乳白、浅米、象牙等淡雅明快的色调，像卫生间等特别狭小的空间还可以利用镜子作墙面，利用镜子的反射来增加面积的宽畅度和明亮度。
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。
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/c515369274.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
第三章宇宙的起源与宇宙大爆炸 教学目的：了解古今描述宇宙的模型，掌握银河系和宇宙膨胀的发现，理解大爆炸的证据 教学重点：宇宙的起源，宇宙的演化，宇宙大爆炸 教学难点：宇宙的起源 课时分配：一、人类对宇宙的认识0.5课时 二、宇宙的起源0.5课时 三、宇宙的演化0.5课时 四、宇宙大爆炸0.5课时 课后讨论：1．叙述“哈勃定律”的内容和公式，谈谈它的作用和意义。 2．简述发现宇宙膨胀的原理及途径。 3．试论述从现代宇宙理论的创立到宇宙大爆炸模型的建立过程及重要人物。 一、人类对宇宙的认识 1．宇宙的概念 早在2300多年前，我国战国时代的思想家庄子（大约公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和“栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四方（空间）、古往今来（时间）的总称。它超越了东西南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法，也是时间（世代）和空间（边界）的合称。 在西方，以英语为例也有两个词表达“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申为“有秩序的宇宙体系”；university则表示包罗万象、无所不容的宇宙全体。 2．人类对宇宙的认识 (1).局限于太阳系的宇宙说──地心说 古代的人们首先注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空背景上的移动等等，实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映。因此，以这些现象为基础建立起来的宇宙理论，无论是中国古代“天圆如张盖，地方如棋局”的盖天说，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄”的浑天说，还是古希腊以地球为中心，依次排列月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心说，都没超出太阳系的范围。恒星在这些宇宙理论中的地位，只不过是个一成不变的布景或陪衬。 (2).局限于太阳系的宇宙说──日心说 16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。这不仅直接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，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。它作为自然科学第一次从神学桎梏下解放出来的“独立宣言”，在人类思想史以至社会发展史上作出了不可磨灭的贡献。 (3).从太阳系到广阔的恒星世界 18，19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。借望远镜的帮助，人们不仅发现了天王星、大量的小行星、行星卫星等太阳系成员，还根据天王星实际观测位置与理论计算位置的偏差，用天体力学理论准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时的宇宙理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。 17l8年，哈雷将自己的观测同1000多年前托勒玫时代的观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 1837年，斯特鲁维测定了织女星的周年视差（由于地球绕日公转而产生的天体方向变化）为0.125角秒，这意味着它与太阳的距离为日地距离（1．5亿公里）的165万倍，远远超出了太阳系的边界（日地距离的40倍）。 1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的遥远恒星集团的距离成为可能。 6年后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的距离和视分市资料，得出银河系是一个直径达10万光年的庞大的透镜形天体系统，太阳并不处于其中心的正确结论。
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/c515369274.html,ki.xdwz.2015.05.006