物理——宇宙学说

宇宙学说
严奕鹏 宗国创
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。 质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。千百 年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、 年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成 直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年 的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年 前发生的一次大爆炸形成的。 前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前， 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， 了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大， 之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击， 之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间 不断膨胀，温度也相应下降， 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， 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。 冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释， 然而，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” “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？ 么东西？
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙 1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来 通过几十年的努力， 年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来， 学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史： 学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史： 大爆炸开始时， 137亿年前 极小体积，极高密度，极高温度。 亿年前， ※ 大爆炸开始时， 约137亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。 大爆炸前10 43秒 宇宙从量子背景出现。 10※ 大爆炸前10-43秒， 宇宙从量子背景出现。 大爆炸前10 35秒 同一场分解为强力、电弱力、电弱力和引力。 大爆炸前10 1010万亿度 质子和中子形成。 万亿度， ※ 大爆炸前10-5秒， 10万亿度，质子和中子形成。 大爆炸后0 01秒 1000亿度 光子、电子、中微子为主， 亿度， ※ 大爆炸后0.01秒， 1000亿度，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，温度和密度不断下降。 10亿分之一 仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。 大爆炸后0 秒后， 300亿度 中子质子比从1 下降到0 61。 亿度， ※ 大爆炸后0.1秒后， 300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。 大爆炸后1秒后， 100亿度 中微子向外逃逸， 亿度， ※ 大爆炸后1秒后， 100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出 核力尚不足束缚中子和质子。 现，核力尚不足束缚中子和质子。 大爆炸后13 秒后， 30亿度 13. 亿度， 氦类稳定原子核（化学元素） ※ 大爆炸后13.8秒后， 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形 成。 大爆炸后35分钟后， 亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。 35分钟后 ※ 大爆炸后35分钟后， 3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。 大爆炸后30万年后， 3000度 化学结合作用使中性原子形成， 30万年后 ※ 大爆炸后30万年后， 3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙 主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块， 主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块， 直至恒星和恒星系统。 直至恒星和恒星系统。
在中世纪的欧洲，托勒密的地心说 在中世纪的欧洲， 一直占有统治地位。 一直占有统治地位。因为地心说符合 神权统治理论的需要， 神权统治理论的需要，它与基督教会 所渲染的“上帝创造了人， 所渲染的“上帝创造了人，并把人置 于宇宙中心”的说法不谋而合。 于宇宙中心”的说法不谋而合。如果 有谁怀疑地心说，那就是亵渎神灵， 有谁怀疑地心说，那就是亵渎神灵， 大逆不道，要受到严厉惩罚。 大逆不道，要受到严厉惩罚。日心说 把地球从宇宙中心驱逐出去， 把地球从宇宙中心驱逐出去，显然违 背了基督教义，为教会势力所不容。 背了基督教义，为教会势力所不容。 为了捍卫这一学说，不少仁人志士与 为了捍卫这一学说， 黑暗的神权统治势力进行了前仆后继 地斗争，付出了血的代价。 地斗争，付出了血的代价。意大利思 想家布鲁诺，为了维护日心说， 想家布鲁诺，为了维护日心说，最终 被教会用火活活烧死； 被教会用火活活烧死；意大利科学家 伽利略， 伽利略，也因为支持日心说而被宗教 法庭判处终身监禁；开普勒、 法庭判处终身监禁；开普勒、牛顿等 自然科学家， 自然科学家，都为这场斗争作出过重 要贡献。 要贡献。
“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 大爆炸理论”是伽莫夫于 年创建的。 大爆炸理论 年创建的
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多 地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。 克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。 克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。 托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、 托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、 水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆形轨道上绕地球运转。 水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆形轨道上绕地球运转。 其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动， 其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又 沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球—— 沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球—— 恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。 恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。 地心说是世界上第一个行星体系模型。 地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是 错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形” 错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并 把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律， 把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着 人类对宇宙认识的一大进步。 人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的 运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念， 运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮 模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算， 模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所 在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里， 在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在 一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。 一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。
尼古拉· 尼古拉·哥白尼积极推动日 心说， 心说，作为解释行星运动的 模型
日心说（下图） 日心说（下图） 与地心说（上 与地心说（ 图）二者模型 之比较
仅仅是一种学说， 仅仅是一种学说 ， 是根据天文观测研究后得到 的一种设想。 大约在150亿年前， 150亿年前 的一种设想。 大约在 150亿年前，宇宙所有的物质 都高度密集在一点，有着极高的温度， 都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了 巨大的爆炸。 巨大的爆炸。 大爆炸以后， 物质开始向外大膨胀， 大爆炸以后 ， 物质开始向外大膨胀 ， 就形成了 今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的， 今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的， 现在只能从理论研究的基础上， 现在只能从理论研究的基础上， 描绘过去远古的宇 宙发展史。 在这150 亿年中先后诞生了星系团、 150亿年中先后诞生了星系团 宙发展史 。 在这 150 亿年中先后诞生了星系团 、 星 我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。 系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。 现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质， 现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质 ， 形成了当今的宇宙形态， 形成了当今的宇宙形态 ，人类就是在这一宇宙演变 中诞生的。 中诞生的。
地心说中的本轮均轮模型， 地心说中的本轮均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑 出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度， 出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使 这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期， 这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期，随着观察仪器 的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确， 的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位 置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。 置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。 但是， 但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误 造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。 造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。起初这种办法还能勉强应 后来小本轮增加到八十多个， 付，后来小本轮增加到八十多个，但仍不能满意地计算出行星的准确位 这不能不使人怀疑地心说的正确性了。到了16世纪，哥白尼在持H 16世纪 置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。到了16世纪，哥白尼在持H 心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说” 心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。 从此，地心说便逐渐被淘汰了。 从此，地心说便逐渐被淘汰了。
日心说是一个学说，在证明地球是围绕太阳 日心说是一个学说， 转的同时，也有错误： 转的同时，也有错误： 太阳并非宇宙中心，而是太阳系的中心。 1.太阳并非宇宙中心，而是太阳系的中心。 地球并非是引力的中心。 2.地球并非是引力的中心。 天空中看到的任何运动， 3. 天空中看到的任何运动 ， 不全是地球运动 引起的。 引起的。 4. 地球和其他行星的运行轨道是椭圆而不是 不做圆周运动。 圆，不做圆周运动。 因为这些错误， 所以日心说只能算是学说， 因为这些错误 ， 所以日心说只能算是学说 ， 而较地心说，却相对好一些。 而较地心说，却相对好一些。因为它证明了地球 是围绕太阳进行公转。 是围绕太阳进行公转。