《宇宙从何而来》这本书有哪些值得探讨的主题

发布时间: 2023-03-16 20:00:03 来源: 励志妙语 栏目: 读后感 点击: 91

宇宙从何而来详细宇宙大爆炸(Big,Bang)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,宇宙所有的物...

《宇宙从何而来》这本书有哪些值得探讨的主题

宇宙从何而来

详细
宇宙大爆炸(Big Bang)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,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。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。
大爆炸年表
  通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演,则可得出宇宙在过去有限的时间之前曾经处于一个密度和温度都无限高的状态,称之为奇点,奇点的存在意味着广义相对论理论在这里不适用。而仍然存在争论的问题是,借助广义相对论我们能在多大程度上理解接近奇点的物理学——可以肯定的是不会早于普朗克时期。宇宙极早期这一高温高密的相态被称作“大爆炸”,这被看作是我们宇宙的诞生时期。通过观测Ia型超新星来测量宇宙的膨胀,对宇宙微波背景辐射温度涨落的测量,以及对星系之间相关函数的测量,科学家计算出宇宙的年龄大约为137.3 ± 1.2亿年。这三个独立测算所得到的结果相符,从而为具体描述宇宙所包含物质比例的ΛCDM模型提供了有力证据。
  关于大爆炸模型中极早期宇宙的相态问题,至今人们仍充满了猜测。在大多数常见的模型中,宇宙诞生初期是由均匀且各向同性的高密高温高压物质构成的,并在极早期发生了非常快速的膨胀和冷却。大约在膨胀进行到10^-37秒时,产生了一种相变使宇宙发生暴涨,在此期间宇宙的膨胀是呈指数增长的。当暴涨结束后,构成宇宙的物质包括夸克-胶子等离子体,以及其他所有基本粒子。此时的宇宙仍然非常炽热,以至于粒子都在做着相对论性的高速随机运动,而粒子-反粒子对在此期间也通过碰撞不断地创生和湮灭,从而宇宙中粒子和反粒子的数量是相等的(宇宙中的总重子数为零)。直到其后的某个时刻,一种未知的违反重子数守恒的反应过程出现,它使夸克和轻子的数量略微超过了反夸克和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上,这一过程被称作重子数产生。这一机制导致了当今宇宙中物质相对于反物质的主导地位。
  随着宇宙的膨胀和温度进一步的降低,粒子所具有的能量也普遍逐渐下降。当能量降低到1太电子伏特(1012eV)时产生了对称破缺,这一相变使基本粒子和基本相互作用形成了当今我们看到的样子。宇宙诞生的10^-11秒之后,大爆炸模型中猜测的成分就进一步减少了,因为此时的粒子能量已经降低到了高能物理实验所能企及的范围。10^-6秒之后,夸克和胶子结合形成了诸如质子和中子的重子族,由于夸克的数量要略高于反夸克,重子的数量也要略高于反重子。此时宇宙的温度已经降低到不足以产生新的质子-反质子对(类似地,也不能产生新的中子-反中子对),从而即刻导致了粒子和反粒子之间的质量湮灭,这使得原有的质子和中子仅有十亿分之一的数量保留下来,而对应的所有反粒子则全部湮灭。大约在1秒之后,电子和正电子之间也发生了类似的过程。经过这一系列的湮灭,剩余的质子、中子和电子的速度降低到相对论性以下,而此时的宇宙能量密度的主要贡献来自湮灭产生的大量光子(少部分来自中微子)。
  在大爆炸发生的几分钟后,宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级,密度降低到大约空气密度的水平。少数质子和所有中子结合,组成氘和氦的原子核,这个过程叫做太初核合成。而大多数质子没有与中子结合,形成了氢的原子核。随着宇宙的冷却,宇宙能量密度的主要来自静止质量产生的引力的贡献,并超过原先光子以辐射形式的能量密度。在大约37.9万年之后,电子和原子核结合成为原子(主要是氢原子),而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播,这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。
  虽然宇宙在大尺度上物质几乎均一分布,但仍存在某些密度稍大的区域,因而在此后相当长的一段时间内这些区域内的物质通过引力作用吸引附近的物质,从而变得密度更大,并形成了气体云、恒星、星系等其他在今天的天文学上可观测的结构。这一过程的具体细节取决于宇宙中物质的形式和数量,其中形式可能有三种:冷暗物质、热暗物质和重子物质。来自WMAP的目前最佳观测结果表明,宇宙中占主导地位的物质形式是冷暗物质,而其他两种物质形式在宇宙中所占比例不超过18%。另一方面,对Ia型超新星和宇宙微波背景辐射的独立观测表明,当今的宇宙被一种被称作暗能量的未知能量形式主导着,暗能量被认为渗透到空间中的每一个角落。观测显示,当今宇宙的总能量密度中有72%的部分是以暗能量这一形式存在的。根据推测,在宇宙非常年轻时暗能量就已经存在,但此时的宇宙尺度很小而物质间彼此距离很近,因而在那时引力的效果显著从而减缓了宇宙的膨胀。但经过了几十上百亿年的膨胀,不断增长的暗能量开始让宇宙膨胀缓慢加速。表述暗能量的最简洁方法是在爱因斯坦引力场方程中添加所谓宇宙常数项,但这仍然无法回答暗能量的构成、形成机制等问题,以及与此伴随的一些更基础问题:例如关于它状态方程的细节,以及它与粒子物理学中标准模型的内在联系,这些未解决的问题仍然有待理论和实验观测的进一步研究。
  所有在暴涨时期以后的宇宙演化,都可以用宇宙学中的ΛCDM模型来非常精确地描述,这一模型来自广义相对论和量子力学各自独立的框架。如前所述,目前还没有广泛支持的模型能够描述大爆炸后大约10^-15秒之内的宇宙,一般认为需要一个统合广义相对论和量子力学的量子引力理论来突破这一难题。如何才能理解这一极早期宇宙的物理图景是当今物理学的最大未解决问题之一。
粒子及各物质元素形成过程
  宇宙最开始,没有物质只有能量,大爆炸后物质由能量转换而来(质能转换E=mcc),当代粒子物理学告诉我们,在足够高的温度下(称为“阈温”),物质粒子可以由光子的碰撞产生出来。下面是宇宙物质进化的详细过程:
  宇宙诞生第1/10000秒(时标),温度达几十万亿开,大于强子和轻子的阈温,光子碰撞产生正反强子和正反轻子,同时其中也有湮灭成光子。在达到平衡状态时,粒子总数大致于光子总数相等,未经湮灭的强子破碎为“夸克”,此时夸克处于没有任何相护作用的“渐进自由状态”。宇宙中的粒子品种有:正反夸克,正反电子,正反中微子。最后,有十亿分之一的正粒子存留下来;
  时标0.01秒温度1000亿开,小于强子阈温大于轻子阈温。光子产生强子的反应已经停止,强子不再破碎为夸克,质子中子各占一半,但由于正反质子正反中子不断湮灭,强子数量减少。中子与质子不断相护转化,到1.09秒时,温度100亿开,质子:中子=76:24;
  时标13.82秒,温度小于30亿开,物质被创造的任务完成。中子衰变现象出现,衰变成质子加电子加反中微子。这时质子:中子=83:17;
  时标3分46秒,温度9亿开,反粒子全部湮灭,光子:物质粒子=10亿:1,中子不在衰变,质子:中子=87:13(一直到现在);这时出现了一个非常重要的演化:由2个质子和2个中子生成1个氦原子核,中子因受核力约束而保存下来。宇宙进入核合成时代。(如果没有氦核产生,中子将全部衰变,也没有以后其它的原子核)
  时标30万—70万年,温度4000—3000开,能量和物质处于热平衡状态。开始出现稳定的氢氦原子核,宇宙进入复合时代。在后期宇宙逐步转变为以物质为主的时代。(光子随着温度的降低而可以自由穿行,即今天的3开宇宙背景辐射!)
  时标4亿—5亿年,温度100开。物质粒子开始凝聚,引力逐渐增大,度过“黑暗时代”后,第一批恒星星系形成。
  随着第一批恒星的形成,原子在恒星的内部发生了核聚变反应,进而出现了氦,炭、氧、镁,铁等元素原子核。核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下 (如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。
  (值得注意的是,不同质量的恒星能引发的核聚变程度不同,太阳主要为氢—氦聚变,重一点的会引发炭—氧—镁聚变,再重的会引发下一轮聚变。总的顺序简略依次为:氢—氦—炭—氧—镁—硅—铁。但无论恒星多重,最终的聚变结果只能是铁,恒星内部不能产生比铁更重的原子核!)
  凡是元素周期表上有的(除人造元素外),都是在恒星大炼炉里形成的,铁以后的原子核,只能在超爆中产生。
建议你去搜索节目《宇宙是怎么运行的?》
宇宙学说认为,我们所观察到的宇宙,在其孕育的初期,集中于一个体积极小、温度极高、密度极大的奇点。在141亿年前左右,奇点产生后发生大爆炸,从此开始了我们所在的宇宙的诞生史。

1929年,天文学家哈勃公布了一个震惊科学界的发现。这个发现在很大程度上导致这样的结论:所有的河外星系都在离我们远去。即宇宙在高速地膨胀着。这一发现促使一些天文学家想到:既然宇宙在膨胀,那么就可能有一个膨胀的起点。天文学家勒梅特认为,现在的宇宙是由一个“原始原子”爆炸而成的。这是大爆炸说的前身。俄裔美国天文学家伽莫夫接受并发展了勒梅特的思想,于1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸学说。
伽莫夫认为,宇宙最初是一个温度极高、密度极大的由最基本粒子组成的“原始火球”——引力奇点。根据现代物理学,这个火球必定迅速膨胀,它的演化过程好像一次巨大的爆发。由于迅速膨胀,宇宙密度和温度不断降低,在这个过程中形成了一些化学元素,然后形成由原子、分子构成的气体物质。气体物质又逐渐凝聚成星云,最后从星云中逐渐产生各种天体,成为现在的宇宙。
这种学说一般人听起来非常离奇,不可思议。在科学界,也由于这个学说缺乏有力的观测证据,因而在它刚刚问世时,并未予以普遍的响应。
到了1965年,宇宙背景辐射的发现使大爆炸说重见天日。原来,大爆炸说曾预言宇宙中还应该到处存在着“原始火球”的“余热”,这种余热应表现为一种四面八方都有的背景辐射 。特别令人惊奇的是 ,伽莫夫预言的“余热”温度竟恰好与宇宙背景辐射的温度相当。另一方面,由于有关的天文学基本数据已被改进,因此根据这个数据推算出来的宇宙膨胀年龄,已从原来的50亿年增到100—200亿年,现在最准确的是137亿年,这个年龄与天体演化研究中所发现的最老的天体年龄是吻合的。由于大爆炸说比其他宇宙学说能够更多、更好地解释宇宙观测事实,因此愈来愈显示出它的生命力。现在,大多数天文学家都接受了大爆炸说的基本思想,不少过去不能解释的问题正在逐步解决,它是最有影响、最有希望的一种宇宙学说。

我已经回答过类似的问题,请参照 http://zhidao.baidu.com/question/105264134.html

同时,百度百科也提供了相应的词条 “宇宙起源”http://baike.baidu.com/view/298574.htm
里面还提到了其他的起源学说,并进行了比较。
希望回答对您有帮助
总是问这种现在还没有答案的问题

宇宙中的物质从何而来?

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书名:宇宙从何而来

豆瓣评分:8.4

作者: 傅渥成 

出版社: 湖南科学技术出版社

出版年: 2021-6

页数: 328

内容简介:

《宇宙从何而来?》为[科学家]书系03#作品。

起点与终点、生命与信息,

物质与能量、时间与宇宙,

不要被这些词语所吓倒。

我向你保证,

这个世界并没有我们想象的那么难以理解,

只要你认真的看完《宇宙从何而来?》。

从混沌到宇宙诞生,从气态到固态;

从原子分子到生命形成,从原始生产到人工智能。

霍金向人类发问:我们为何在此?我们从何而来?

本书作者傅渥成在这里告诉大家,时间永远向前。

宇宙、生命、文明,不断进化,不断演生。

物理学家不断探索宇宙的意义,

亦是在寻找天地万物的来时之路。

作者简介:

傅 渥 成

本名唐乾元。

「诺贝尔奖获得者大会」中国博士生代表。

南京大学物理学院博士、东京大学博士后,东京大学综合文化研究科特任研究员

曾于物理学重要期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表学术论文。

知乎ID:傅渥成

知乎物理领域、生物学领域,优秀回答者

知乎“盐CLUB”荣誉会员

宇宙从何而来?

宇宙空间广袤无垠,绝大部分都是巨大的虚空,这些空无一物的虚空到底是从何而来的?

在137亿年前,我们的宇宙还是一个温度极高,密度极大的奇点,随后发生了一场大爆炸。在大爆炸之后的最初一段时间,物质只能以中子、质子、电子等基本粒子的形态存在。之后,随着空间的膨胀,温度逐渐降低,原子、分子开始出现,再然后,宇宙中出现了星云,接着,星云进一步形成恒星、星系,最终,宇宙变成我们现在看到的样子。

在物质逐渐演变的同时,宇宙的空间也在不断膨胀,而且膨胀的速度远远大于物质形成的速度。其中,在大爆炸之后不久,宇宙经历了一次被称为暴涨的膨胀过程,在10^-34秒内,宇宙迅速膨胀了10^78倍。因此,在物质与物质之间,就出现了巨大的虚空。

既然如此,宇宙会一直膨胀下去产生越来越多的虚空吗?这个还真不好说。

如果宇宙中的物质(包括暗物质)足够多的话,由于引力的作用,宇宙的膨胀速度将会逐渐减缓,直至停止,最后会发生坍缩,所有物质重新归于一点。这种结局叫“大坍缩”。

目前宇宙不仅在膨胀,而且还在加速膨胀,这是因为暗能量的存在抵消了引力的作用。如果宇宙中的暗能量足够强大,宇宙将会不停地加速膨胀,最终宇宙将会被撕裂,连原子都不复存在。这种结局叫“大撕裂”。

当然,更大的可能性是暗能量与物质的引力作用势均力敌,宇宙将会缓慢但无限地膨胀下去。最终,宇宙中的熵将会变得无限大,任何一处的温度将没有差别,宇宙进入“黑暗时代”,什么事情也无法发生。这种结局被称为“热寂”。

宇宙虽命中注定要终结,但那也是极其遥远的未来了,现在还不到我们杞人忧天的时候。

奇点大爆炸。因为宇宙是起点大爆炸之后慢慢形成的,所以宇宙是奇点大爆炸而产生的。

宇宙中的物质从何而来呢?

宇宙的诞生是源自于一次大爆炸产生的,这次大爆炸产生了空间,时间和粒子。这些粒子在空间时间里,相互发生互相吸引,融合和爆炸,最终形成了恒星和各种星系。

天道循环往复,有无相生。

《有无相生》

人们莫不认为,一切都有开端。所以,古今无数智者哲人,冥思苦索,都想弄明白:宇宙究竟是怎样诞生的?

若不能悟透“有无相生”,则无法看清一切存在的最初面貌。如此,唯有请“上帝”出来开天辟地,才能解释:为什么我们能够存在?

但是,“上帝”可以出场,却不能圆场:这伟大的宇宙的缔造者,又是怎样诞生的?诞生其的道体(指一切存在的统称,亦可特指某一具体的存在),又从何而来?

——这思路,恰似环形跑道;无论是谁,都找不到路的尽头。若执迷不悟,便终无出路。

 

文不在多,以精为贵。

反者道之动,弱者道之用——只此一句,便是《道德经》的核心所在,也是人类智慧最为高贵的结晶。

任何事物,有始必有终,无终必无始。天道(指宇宙的衍化)循环往复:如此,没有终结;当然,也不会有开端。

可借时间加以说明:对人类而言,日复一日,年复一年;每日每年,都有始有终;但日日年年,无始无终。并且,上一日(年)的终点,便是下一日(年)的起点。

古人有副对联,可谓言简意深:年年年头接年尾;月月月圆逢月缺。

至阴即至阳,至无即至有——可以说,这是天地间最为深奥的道理;即便是我,也只知其然,而不知其所以然。

 

宇宙生了又亡,亡了又生。其生亡无始无终——但是,它每一轮的生亡,都有始有终。

所以,宇宙第一次衍生(指特定道体刚经其它道体释放,或由其它道体构成,从“不存在”衍化为“存在”,可简称为生)时的情况,我们不必冥思;它最后一次消亡(指特定道体的构成发生质变,由“存在”衍化为“不存在”,成为其它道体,可简称为亡)时的景象,也无须苦想——这所谓的“第一次”或“最后一次”,并不存在。

我们能够考虑的,便是宇宙每一轮由生而亡的衍化(指特定道体由生而亡的变化)。

 

《道德经》有云:“天下万物生于有,有生于无。”

《庄子》有云:“万物出乎无有。有不能以有为有,必出乎无有。而无有一无有;圣人藏乎是。”

本来无一物,何处惹尘埃?道体最初的面貌,即为一无所有的状态——当然,一无所有,便是无所不有。

古人所说的“混沌”,即是阴阳一体、有无不分的状态。其至阴亦至阳,至无亦至有——这正是道体每一轮衍化的起点;当然,也是终点。

借助数学,可以更好地理解天道学(指人类对于天道的领悟与认识)。无穷大(∞)与无穷小(0),两者在数轴上,对应着同一位置。

 

我们所说的“有”“无”,其内涵,便是道能(指能量和道律的合体,亦可特指某一具体的、能量和道律的合体;可将其仅视为能量来理解)或能量。

阳极,是蕴含无穷多道能的道体;阴极,是没有蕴含任何道能的道体。阳极与阴极的合体(指由阴阳两道体融合形成的道体),是为太极。

《道德经》有云:“有物混成,先天地生。”阴阳两极混融(指两道体绝对混合均匀,融为一体,不分彼此)而成的道体,是为无极(亦即混沌)。此时,阴阳两极尚未分离,既可说其存在,亦可说其不存在。而后,阴阳两极相互分离,无极衍化为太极。

 

《道德经》有云:“道可道,非恒道;名可名,非恒名。”任何道体,皆非永恒;生长衰亡,唯变不变。所以,严谨说来:当下之我,非昔时之我;明朝之物,非今夕之物。

古希腊哲学家赫拉克利特说过:“人不能两次踏进同一条河流。”——这的确是至理名言;但是,若我们始终以如此理念,来审视世界,则不能认识任何事物。

所以,要想论述我与物,必须舍其小而就其大,执其不变而论其变。

 

太极一如无极,亦即生即亡。阳极在衍生的同时,便发生均解(指特定道能消亡,并均匀地分解为若干全同道能(指完全相同的道能));而均解的发生,将伴随道能的消减(指特定道体所蕴含的能量或(和)道律的强度降低),使得极少量源于阳极的道能,归终(指来源于阳极的道能,消亡归于阴极(阴沌))于阴极。

所有来源于阳极,且未归终于阴极(阴沌)的道能的统称,是为宇宙。接纳来自阳极的道能后的阴极,是为阴沌。

显然,宇宙,是阳极消亡后的遗物;阴沌,是阴极消亡后的遗物。宇宙和阴沌,一如阳极与阴极,对立而统一,均同生同亡;两者的合体,是为沌宙。

宇宙衍生后,所蕴含的道能将逐渐消减,最终尽数归于阴沌。

当所蕴含的道能全部归终时,宇宙便衍化为阴极;同时,来源于阳极的全部道能,皆被阴沌接纳,后者便衍化为阳极——此即阴阳互化,有无相生。

 

完成相互转化的同时,阴阳两极混融,归根(指某一道体消亡,并转化为另一道体,且后者可衍生前者)于无极,进而开启新一轮的衍化。

道体的每一轮始于无极、复终于无极的衍化,是为道轮。显然,道轮无穷无尽;而每一轮的道轮,都有始有终。并且,不同的道轮,都上演着相同的衍化——仿佛循环放映着同一部电影。

《道德经》有云:“道生一,一生二,二生三,三生万物。”其“一”,即无极;“二”,即太极;“三”,即宇宙。

无极衍生太极,太极衍生沌宙,沌宙归根太极,太极归根无极:如此循环往复,永无穷尽。

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