宇宙基础知识（1）
胡经国
本文全文目录
一、前言
二、宇宙的基本概念
三、宇宙的组成与结构
四、宇宙的年龄
五、宇宙大爆炸起源概说
六、宇宙大爆炸学说
七、大爆炸宇宙模型
八、宇宙大爆炸理论的论据
九、宇宙有中心吗？
十、宇宙大爆炸学说评价
十一、十大可能外星生命发源地
下面是正文
一、前言
1、关于宇宙微波背景辐射图的报道
宇宙微波背景辐射，又称3K背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射特征绝对温标2.725K的黑体辐射相同频率微波范围。亦称开氏温标，用符号K表示。是热力学温标。规定摄氏零下273.15为零点，称为绝对零点。其分度法与摄氏温标相同即绝对温标上相差1K时，摄氏温标上相差1；所不同的只是绝对温标上水的冰点定为273.15K，沸点定为373.15K。绝对零度273.15℃，约等于零下273℃。
2009年5月14日，在法属圭亚那库鲁航天中心，欧洲阿丽亚娜5-ECA型火箭发射升空。格林尼治时间14日13时12分（北京时间14日21时12分），欧洲阿丽亚娜5-ECA型火箭携带欧洲航天局两颗科学探测卫星“赫歇尔”和“普朗克”，从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。
“普朗克”科学探测卫星是以德国物理学家马克斯·普朗克的名字命名的它携带了一系列敏锐度极高的仪器，能够对宇宙微波背景辐射进行深入探测。“普朗克”探测器主要用于对宇宙辐射进行观测。“普朗克”的个头比“赫歇尔”小了许多，高度只有1.5米。
目前科学界普遍认为，宇宙诞生于距今137亿年前的一次大爆炸，作为大爆炸的“余烬”，微波背景辐射均匀地分布在整个宇宙空间。因此，“普朗克”的探测结果将有助于科学家研究早期宇宙的形成和物质起源的奥秘。
马克斯·普朗克教授德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖的获得者。普朗克的伟大成就，创立了量子理论这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。
3、本文作者的话
1、宇宙的概念
宇宙（Universe）是由空间时间物质能量所构成的统一体是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指所存在的一个时空连续系统，包括其的所有物质、能量和事件。宇指空间宙指时间宇宙就是在空间上无边无际时间上无始无终的按客观规律运动的物质世界
宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。宇宙是物质世界，不依赖人的意志而客观存在，并处于不断运动和发展中。宇宙是多样又统一的。宇宙的形状
宇宙的形状现在还是未知的大胆想象。有的宇宙是类似人的这样一种生物的一个小细胞有宇宙是一种拥有比人类更高智慧生物所制造出来的电脑的一个程序或一个小小的原件宇宙是无形的，它时刻都在变化着
总之宇宙的形状是人类未解的一个心锁。科学家推算宇宙直径约300亿光年。宇宙的有限无限
宇宙是无限的意思是指：宇宙从开始到结束然后又从开始到结束，不断循环。所以说宇宙时空是无限的。
宇宙是有限的意思是指：宇宙开始到结束一轮，有起始有终点宇宙时空是有限的。，有限与无限是相对的宇宙是有限与无限的矛盾结合体有限和无限是建立在宇宙时空这个共同的支点上的。宇宙组成结构宇宙是有限的还是无限的？宇宙有没有中心有没有边？它有没有“生老病死”有没有年龄？这些恐怕是自从有人类活动以来一直被关心的问题。为了有一个更清楚的答案，让我们先组成结构。行星
恒星是由炽热气体组成的能自己发光的球状或类球状天体。由于恒星离我们太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人认为是定不动的星体。我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。晴朗无月的夜晚，无光污染的地区，一般人用肉眼大约可以看到6000多颗恒星。晴夜，我们用肉眼看到许多闪闪发光的星星，绝大多数是恒星借助望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。估计银河系中的恒星大约有一、二千亿颗。
行星通常指自身不发光环绕着恒星的天体。一般来说行星需具有足够大（相对于月球）近似圆球状，自身不能像恒星那样发生核聚变反应。
太阳系（SolarSystem）就是我们现在所在的恒星系统。它是以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体
我们居住的地球是太阳系的一颗大行星。太阳系共有大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。
所谓太阳系“九大行星”是历史上流行的一种说法，即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。2006年8月24日布拉格举行的第26届国际天文联会通过的第5号决议中，冥王星被划为矮行星，并命名为小行星134340号，从太阳系九大行星中除名。至少165颗已知的卫星和数以亿计的太阳系小天体。这些小天体包括小行星、柯伊伯带的天体、彗星和星际尘埃。们都是离我们地球较近的是人们了解较多的天体。
小行星（Asteroid）是太阳系类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。太阳系中大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间，称为小行星带。另外在海王星以外也分布有小行星，这片地带称为柯伊伯带（KuiperBelt）。
彗星（Comet），中文俗称“扫把星”，是太阳系中小天体之一类。由冰冻物质和尘埃组成。当它靠近太阳时即为可见。太阳的热使彗星物质蒸发，在冰核周围形成朦胧的彗发和一条稀薄物质流构成的彗尾。由于太阳风的压力，彗尾总是指向背离太阳的方向。
那么，除了这些以外，茫茫宇宙空间还有一些什么呢？和星云
恒星往往成群分布常常爱好群居有许多是成双成对地紧密靠在一起的，按照一定的规律互相绕转着，称为双星。还有一些是3颗、4颗或更多颗恒星在一起，称为聚星。假如是颗以上，甚至成千上万颗星聚在一起，形成一团星，星团。银河系里发现1000多个这样的星团。把恒星数在个以上而且在物理性质上相互联系的星群叫做星团如金牛座中的昴星团、毕星团，巨蟹座的蜂巢星团等。
星云（Nebula）是由星际空间的气体和尘埃结合成的云雾状天体。包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体。的主要成份是氢，其次是氮，还含有一定比例的金属元素和非金属元素。近年来的研究还发现含有有机分子等物质
星云里的物质密度是很低的，若拿地球上的标准来衡量的话，有些地方是真空的。可是星云的体积十分庞大，常常方圆达几十光年。所以，一般星云太阳要重多。
星云的形状是多姿多态的。星云和恒星有着“血缘”关系。恒星抛出的气体将成为星云的部分，星云物质在引力作用下压缩成为恒星。在一定条件下，星云和恒星是能够互相转化的。银河系及河外星系
随着测距能力的逐步提高，人们逐渐在越来越大的尺度上对宇宙的结构建立了立体观念。这里第一个重要的发展，是认识了银河。它包含两重含义，一是了解了银河的形状，二是认识了河外天体的存在。
银河系（MilkyWay）因其主体部分投影在天球上的亮带被国称为银河而得名。是一个由2000多亿颗恒星、数千个星团和星云各种类型的星际气体和星际尘埃组成的盘状恒星系统，是太阳系所的星系。它的总质量是太阳质量的1400亿倍。它的直径约为光年，中间最厚部分约12000光年。
银河系呈状，它有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。太阳位于一条叫做猎户臂的旋臂上，逆时针旋转太阳绕银心旋转一周约需要2.5亿年。距离银河系中心约为2.6万光年。
依据欧洲南天天文台（ESO）的研究报告，估计银河系的年龄约为136亿岁，差不多与宇宙一样老。由天文学家LucaPasquini，PiercarloBonifacio，SofiaRandich，DanieleGalliandRaffaeleG.Gratton所组成的团队在2004年使用甚大望远镜（VLT）的紫外线视觉矩阵光谱仪进行的研究，首度在球状星团NGC6397的两颗恒星内发现了铍元素。这个发现让他们将第一代恒星与第二代恒星交替的时间往前推进了2～3亿年估计球状星团的年龄134±8亿岁，因此银河系的年龄不会低于136±8亿岁。
河外星系，简称为星系，是位于银河系之外、由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。之所以称之为河外星系，是因为们全部都存在于银河系之外，即银河系之外的所有天体系统被称为河外星系。
银河系与河外星系组成了天文学对于天体的最高称呼总星系。银河系也只是总星系中的一个普通星系。人类估计河外星系包含的天体及天体系统总数在千亿个以上它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿，故也被称为宇宙岛
目前哈勃在1926年提出的，分为：太阳系所处的银河系是一个漩涡星系星系团
当我们把观测的尺度再放大，宇宙可看成由大量星系构成的介质。
在遥远的银河外星系，天文学家通过大望远镜已经发现了上千亿个星系它们并不是孤立地分散在宇宙之中，而是聚集起来形成一个个集团。科学家力学方法对星系集团的质量进行测定，发现这些星系集团的质量远远大于星系和气体质量的总和，些质量的来源被称为暗物质。这种由星系、气体和大量暗物质在引力的作用下聚集而形成的庞大的天体系统就星系团。十几个、几十个、乃至上千个星系组成的星系集团大尺度结构
今天人们把10Mpc（1Mpc＝3.26百万光年以上的结构称为宇宙的大尺度结构目前观测到的宇宙的大小是104Mpc＝。
至今大尺度上的观测事实远不是十分明确的。有趣的是，有迹象表明，星系在大尺度上的分布呈泡沫状。有许多看不到星系的空洞区，而星系聚集在空洞的壁上，呈纤维状或片状结构。这一层次的结构叫超星系团。
总之，若把星系看成宇宙物质的基本单元，星系的分布状况就是宇宙结构的表现。现在看来，直至50Mpc的尺度为止，星系的分布呈现有层次的结构。这就是我们对宇宙的基本认识。
6、暗物质与黑洞
在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4％，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。
21世纪初科学最大谜是暗物质和暗能量。它们的存在，向全世界年轻的科学家提出了挑战。暗物质存在于人类已知的物质之外，人们目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。
暗能量更是奇怪以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上。
围绕暗物质和暗能量，李政道先生阐述了他最近发表文章探讨的观点。他提出“天外有天”，并且指出“因为暗能量，我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我们的宇宙在加速地膨胀”而且“核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连”。
2010年月日
7
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