相对论与宇宙的奥秘

《宇宙奥秘探索》课程论文

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完 成 时 间： 浅谈地外生命探索和接触

摘要

地外生命是否存在，是自人类发现头顶的宇宙以来就一直在讨论的问题，地外生命的发现不仅将成为年度最大新闻，甚至会成为本世纪最大发现。人类若有与地外生命进行第四类，或者第五类接触，这将会为人类的发展提供一个新的可能性。

首先本文讨论了地外生命存在的可能性、条件以及探索历程。本文结合人类进行地外生命探索（Extraterrestrial Life Exploration）的历史，总结了关于近现代探索地外生命的方法以及重点关注的对象。本文在传统地外生命的定义上加以扩展，比较全面地讨论了地外生命可能具有的形式和活动。最后从多角度本文阐明了对地外生命探索和接触应持有的态度。

关键词：地外生命探索；地外生命；天体生物学

一、地外生命存在的可能性、条件和探索历程。

（一）关于地外生命是否存在的争论。

一直以来，人们关于地外生命有着无限的遐想，我们大多数人秉持着一个观点：地外生命是存在的。而我们这样认为的理由很简单：地球只不过是无垠宇宙的一隅。我们的太阳在银河系的的边缘，在第三旋臂上，围绕银河系中心公转一周需要2.5亿年，不过是银河系1000亿颗恒星中普通的一颗黄色恒星。而银河系在宇宙中也只是沧海一粟，在它之上还有更大的宇宙结构：本星系群、室女座超星系团、拉尼亚凯亚超星系团……在这样的星辰大海中，唯独我们的地球受到了眷顾，诞生了生命，唯独地球是特殊的，这样的说法难以令人信服，而且现代研究表明，宇宙中还有许许多多环境类似地球的天体，所以，地外生命的存在应该是一个无可否认的事实。此外，我们心中还有另一个想法，那就是我们希望有地外生命的存在，否则，人类在浩瀚宇宙中未免也太孤单了。

但有的人对此持相反观点，认为地外生命的存在是荒谬的，除开那些宗教人士，他的许多人的理由也相当简单：如果宇宙中确实有无数的文明，其中有一些已经具备了星际航行的技术，那么为什么至今为止，没有一艘外星人的飞船造访过地球呢？

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揭开宇宙的奥秘

作者：齐宇

来源：《科学大观园》2018年第16期

天文知识绝不是晦涩难懂的专著，它可以是天文学科的入门读物，它可以是观星望月的科普手册，它还可以是寓教于乐、亲子共读的有力助手。

还记得今年1月31日的那次在线月食观测吗？根据有效数据统计，仅科普中国APP一家平台的月食在线直播，就吸引了13万的在线观看数。这个数据充分说明了普通人对于天文知识的巨大兴趣，也引出了人们对宇宙奥秘的无限好奇。

由科学普及出版社引进DK出版的《浩瀚的宇宙》就是一本专门献给天文爱好者的启蒙读物。

什么是宇宙空间？《浩瀚的宇宙》这本书用了整整20页内容来解释这一个问题，文字内容精练易懂又生动有趣，更易于天文爱好者入门和青少年读者理解;辅以精美绝伦的图片，让这个小问题变成了一场视觉盛宴。

中国是世界上天文学发展非常早的国家之一，几千年来积累了大量宝贵的天文资料，古观象台就是我们去了解古代天文学发展的课堂。而随着天文学的发展，人类了解到越来越多的宇宙知识，天文台、天文馆、观测站、观象台;射电天文学、天体物理学、空间天文学，都为人类发现宇宙中的秘密提供了更多的资料。《浩瀚的宇宙》这本书中，用了很大的篇幅为天文爱好者们，介绍了现代宇宙探索的那些“新式武器”。

与晦涩的教科书不同的是，《浩瀚的宇宙》中的天文知识更通俗易懂，它可以是天文学科的入门读物，它可以是观星望月的科普手册，它还可以是寓教于乐、亲子共读的有力助手。夸张？才不是！这才是写给普通人的天文科普书呢！

书中内容丰富而结构严谨，从“什么是宇宙空间”“宇宙空间探索”“太阳系”“彗星和流星”“宇宙空间之谜”“每个人的宇宙空间”六个方面展示了宇宙中的诸多“秘密”。这些内容不仅开启了读者对于宇宙空间奥秘的兴趣，也为未来伟大的天文爱好者开启了一扇大门。为了让读者能更好地理解天文学概念，书中还会对每一个概念延展出许许多多的小知识，例如，失重、真空、银河、星系等。为配合这些小知识，有丰富绚丽的插图和精致的页面排版与之对应，让整本书像一个精雕细琢的艺术品。

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宇宙的奥秘——人类诞生后十个影响力最大理论

宇宙大爆炸想象图

我们如何审视这个世界，是由某些确定的问题决定的，比如，宇宙是如何开始的？物质是由什么组成的？我们的星球为什么是今天这个样子？对于这些问题，我们都觉得很深奥，但并没有把它们当回事儿。近日，英国《新科学家》杂志评出了人类自诞生以来提出的十个影响最大的“理论”。

1．宇宙大爆炸

宇宙学家们指出，他们知道大爆炸之后几秒钟宇宙的变化：气温骤升至100亿度，辐射物、质子、中子和“暗物质”以已知比例到处存在。一切物质非常缓慢地变冷：平衡性的偏差还不到十万分之一。这些描述全部是在对那个时期“化石”（如辐射物本身以及宇宙中氢、氦、氘的比例）的确凿观察基础之上得出的。

揭开宇宙大爆炸的谜底我们就能掌握宇宙起源的根源，而其他无数问题也会呈现出来，解答我们事实上希望回答的问题。

2．进化论

整个世界分为看上去事先设计好的事物（鸟和客机）和原始事物（岩石和山）。而看上去事先设计好的事物又分成确实设计过的事物（潜艇和开罐器）和确实没有设计过的事物（鲨鱼和刺猬）。

1859年，达尔文宣布了人类所能想出的最宏伟的理论之一：自然选择所决定的累积进化。生存的繁复性其实是无法估量的。不积跬步，无以至千里。只有到达一定量，才会发生质变。这种积累性的发展就是进化，其驱动力就是自然选择。

3．量子力学

量子理论让我们对物理世界有了最深入的了解，其对亚原子粒子运转过程的预测无与伦比。

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对于许多基本问题来说，量子理论表明所有常识性的答案全部是无稽之谈。

比如，常识通过连贯性部分地定义“一个人”：你今天之所以是“你”，是因为你主要由你昨天所拥有的同一批原子所构成；由例外原子构成的“身份拷贝”可能就不是你。但量子理论指出，在某些情况下，哪种原子是原始原子以及哪种是新原子的概念不会产生。

4．万物理论

在物理学家看来，普通人显然搞不懂万物理论。但是，许多物理学家对我们最终达到这一步表示乐天。他们如此乐天的一个原因就是“弦论”的出现。

相对论与宇宙相对论的基本原理与宇宙的起源

相对论是由爱因斯坦于20世纪初提出的一种重要的物理理论，它对于我们理解宇宙的本质和起源起到了关键作用。宇宙相对论则是相对论在宇宙学中的应用，探讨了宇宙的起源和演化。本文将详细讨论相对论及宇宙相对论的基本原理与宇宙的起源。

一、相对论的基本原理

相对论是建立在两个基本原理之上的，即狭义相对论和广义相对论。

狭义相对论是在特定的参考系中描述物理现象的理论。其核心观点是相对性原理，即物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。此外，狭义相对论还引入了时间与空间的相对性，即时间与空间的间隔是依赖于观察者的参考系的。爱因斯坦还提出了著名的质能等价原理，即E=mc²，奠定了质能关系的基础。

广义相对论是相对论的扩展，引入了引力的概念。广义相对论的核心观点是等效原理，即任何参考系中的重力场可以通过加速度与惯性力等效。爱因斯坦通过引入度量张量来描述了时空的弯曲，并提出了著名的爱因斯坦场方程，描述了质量与能量如何影响时空的几何结构。

二、宇宙相对论的基本原理

宇宙相对论是将相对论应用于宇宙学的理论。它研究了宇宙的起源、演化以及其中的物质和能量分布。 宇宙相对论的基本原理包括以下几个方面：

1. 宇宙的均匀性和各向同性：观测结果表明，大尺度上宇宙呈现出均匀且各向同性的特征。这意味着在宇宙中的任何一个点，在大尺度上都可以看到相同的物理性质，且各个方向上是等同的。

2. 引力对宇宙的影响：广义相对论告诉我们引力是由质量和能量的物体产生的，它会曲折时空，影响物质和光的传播。在宇宙相对论中，引力对宇宙的演化产生了重要的影响，决定了宇宙的膨胀速度和结构的形成。

3. 宇宙的膨胀：观测结果表明，宇宙正在以加速的速度膨胀。这个发现引入了暗能量的概念，它是一种未知的能量形式，可以解释宇宙加速膨胀的原因。

4. 宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后遗留下来的辐射，被认为是宇宙起源的证据之一。这种辐射是由于宇宙初始状态的高温导致的，经过13.8亿年的膨胀扩散，现在仍然可以探测到。