宇宙生成論元與素
⑴ 組成宇宙的物質來自哪裡!元素是如何產生的!
宇宙最開始,沒有物質只有能量,大爆炸後物質由能量轉換而來(質能轉換E=mcc),當代粒子物理學告訴我們,在足夠高的溫度下(稱為「閾溫」),物質粒子可以由光子的碰撞產生出來.
下面是宇宙進化的詳細過程:
】宇宙誕生第1/10000秒(時標),溫度達幾十萬億開,大於強子和輕子的閾溫,光子碰撞產生正反強子和正反輕子,同時其中也有湮滅成光子.在達到平衡狀態時,粒子總數大致於光子總數相等,未經湮滅的強子破碎為「誇克」,此時誇克處於沒有任何相護作用的「漸進自由狀態」.宇宙中的粒子品種有:正反誇克,正反電子,正反中微子.最後,有十億分之一的正粒子存留下來;
】時標0.01秒溫度1000億開,小於強子閾溫大於輕子閾溫.光子產生強子的反應已經停止,強子不再破碎為誇克,質子中子各佔一半,但由於正反質子正反中子不斷湮滅,強子數量減少.中子與質子不斷相護轉化,到1.09秒時,溫度100億開,質子:中子=76:24;
】時標13.82秒,溫度小於30億開,物質被創造的任務完成.中子衰變現象出現,衰變成質子加電子加反中微子.這時質子:中子=83:17;
】時標3分46秒,溫度9億開,反粒子全部湮滅,光子:物質粒子=10億:1,中子不在衰變,質子:中子=87:13(一直到現在);這時出現了一個非常重要的演化:由2個質子和2個中子生成1個氦原子核,中子因受核力約束而保存下來.宇宙進入核合成時代.(如果沒有氦核產生,中子將全部衰變,也沒有以後其它的原子核)
】時標30萬—70萬年,溫度4000—3000開,能量和物質處於熱平衡狀態.開始出現穩定的氫氦原子核,宇宙進入復合時代.在後期宇宙逐步轉變為以物質為主的時代.(光子隨著溫度的降低而可以自由穿行,即今天的3開宇宙背景輻射!)
】時標4億—5億年,溫度100開.物質粒子開始凝聚,引力逐漸增大,度過「黑暗時代」後,第一批恆星星系形成.
】隨著第一批恆星的形成,原子在恆星的內部發生了核聚變反應,進而出現了氦,炭、氧、鎂,鐵等元素原子核.核聚變是指由質量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下 (如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式.
(值得注意的是,不同質量的恆星能引發的核聚變程度不同,太陽主要為氫—氦聚變,重一點的會引發炭—氧—鎂聚變,再重的會引發下一輪聚變.總的順序簡略依次為:氫—氦—炭—氧—鎂—硅—鐵.但無論恆星多重,最終的聚變結果只能是鐵,恆星內部不能產生比鐵更重的原子核!)
凡是元素周期表上有的(除人造元素外),都是在恆星大煉爐里形成的,鐵以後的原子核,只能在超爆中產生.
⑵ 宇宙是怎麼形成的
宇宙是由大約137億年前發生的一次大爆炸形成的。
宇宙內的所存物質和能量都聚集到了一起,並濃縮成很小的體積,溫度極高,密度極大,瞬間產生巨大壓力,之後發生了大爆炸,這次大爆炸的反應原理被物理學家們稱為量子物理。大爆炸使物質四散出去,宇宙空間不斷膨脹,溫度也相應下降,後來相繼出現在宇宙中的所有星系、恆星、行星乃至生命。
雖然整個宇宙的大小尚不清楚,但可以測量可觀測宇宙的大小,估計其直徑為930億光年。在各種多重宇宙論中,一個宇宙是一個尺度更大的多重宇宙的組成部分之一,各個宇宙本身都包括其所有的空間和時間及其物質。
(2)宇宙生成論元與素擴展閱讀:
宇宙的組成
宇宙幾乎完全由暗能量、暗物質和普通物質組成。其他包括電磁輻射(估計占宇宙總能量的0.005%或接近0.01%)和反物質。在宇宙的歷史中,所有類型的物質和能量的比例都發生了變化。在過去20億年中,宇宙中產生的電磁輻射總量減少了1/2。
當前包括原子、行星、恆星、星系和生命在內的普通物質僅占宇宙質能總量的4.9%。當前這類物質的總體密度非常低,大約為4.5×10-31g/cm³,相當於每4立方米體積中只有一個質子的密度。暗能量和暗物質的性質是未知的。暗物質是一種尚未被確認的神秘物質形式,占宇宙總量的26.8%。暗能量是來自虛無空間的能量,它導致宇宙的膨脹加速,占宇宙總量的68.3%。
⑶ 構成宇宙的四個基本元素是什麼
四元素說是古希臘關於世界的物質組成的學說。這四種元素是土、氣、水、火。這種觀點在相當長的一段時間內影響著人類科學的發展。
水元素:西方第一位哲學家泰勒斯(約公元前625-547)認為宇宙萬物都是由水這種基本元素構成的。 氣元素:泰勒斯的學生阿那克西曼德(約公元前610-546)認為基本元素不可能是水,而是某種不明確的無限物質。阿那克西曼德的學生阿那克西美尼(約公元前585-525)進一步解析到基本元素是氣,氣稀釋成了火,濃縮則成了風,風濃縮成了雲,雲濃縮成了水,水濃縮成了石頭,然後由這一切構成了萬物。 火元素:赫拉克利特(約公元前535-475)認為萬物由火而生,所以永遠處於變化之中。 土元素及四元素說的形成:恩培多克勒(約公元前490-430),綜合了前人的看法,再添加「土」,遂有水、氣、火、土四元素。 四元素形象化(象數派):柏拉圖(公元前427-347)將四元素形象化,用幾何觀點看待,認為組成四元素的原子形狀分別是體現其性質的一種正多面體:火原子是最為銳利的正四面體,氣原子是幾乎讓人感覺不到的正八面體,水是像小球一樣滑溜的正二十面體,土是能夠堆砌起來的立方體。正多面體共有5種,還剩下一種正十二面體沒有元素可與之對應,柏拉圖說它是神用來排列天空的星座的。 四元素說的發展:柏拉圖的學生亞里斯多德(公元前384-322)認為組成天體的元素與地球不同,是純粹的「以太」,是第五元素,對應於正十二面體。亞里斯多德在他老師四元素幾何化的基礎上,將四元素說發展成為一種體系:土最重,組成了地球的核心;水較輕,覆蓋在地球的表面;氣、火更輕,籠罩著地球或向上飄揚;以太最輕,位於天上,繞著地球運行。這個思想體系有效的支撐了地心說。
歷史起源
大約自西元前六世紀起的希臘,開始出現了對於事物構成來源的討論與說法。 四元素說
首先,希臘第一位哲人泰利斯Thales由推論及觀察中,提出了水是構成宇宙的原質。他認為,水可以變成硬如石頭的固體,也可以變成看不到、摸不到,卻無所不在的氣體,因此它的變化包含了所有物質的存在狀態(固體、液體、氣體三態);而且許多生物都生活在水中,而所有的生物沒有水都無法生活,所以,所有的物質或許就是有水產生的。但泰利斯認為他的結論並非就是真理,並告訴學生:「這是我的看法,我的想法,你們要努力改進我的教導。」 米利都派哲學家阿那克西曼德Anaxiruander則認為萬物都出於一種簡單的原始物質,但是那並不是泰勒斯所提出的水,或者是我們所知道的任何其他的實質。它是無限的、永恆的而且無盡的,而且它包圍著一切世界——因為他認為我們的世界只是許多世界中的一個。元質可以轉化為我們所熟悉的各式各樣的實質,它們又都可以互相轉化。關於這一點,他作出了一種重要的、極可注意的論述:萬物所由之而生的東西,萬物消滅後復歸於它,這是命遼規定的,因為萬物按照時間的秩序,為它們彼此間的不正義而互相償補。而這個論點,即衍生出來五芒星頂端的靈魂元素;在煉金術中也指出,萬物的原始來自於prime matter(天地之心)。原始物質之下,他承襲了巴比倫人和埃及人把水、空氣和土看成是世界的主要組成元素的論點,再加上第四元素火,形成了四元素說法的前身。四大元素由這種原始物質形成之後,就以土、水、氣、火的次序分為四層。火使水蒸發,產生陸地,水氣上升把火圍在雲霧的圓管里。人們眼中看見象是天體的東西,就是這些管子的洞眼,使我們能從洞眼中望見裡面的火。 後來,另一個米利都派哲學家,也是泰利斯教育出的一位勇於批評的學生——阿納西米尼Anaximenes認為空氣是構成宇宙的原質。他的論證是,空氣從嘴裡呼出來是熱的,而在壓力下噴出來時則感到是冷的。同樣,通過凝聚的過程,氣先是變成水,然後變成土。這些元素之間的差異只是量變的結果,元素只是凝聚或稀薄到不同程度的空氣。 詩人兼哲學家赫拉克利特Heraclitus對阿那克西曼德和阿那克西米尼的唯物主義的傾向,表示輕蔑。在他看來,乙太火才是基本元素或實在,這是一種靈魂材料,一切都用它造成,也都要回到它那裡去。在這個世界中,對立面——如睡與醒,死與生,不斷的交替就構成了這個永不熄滅的火的永不停止的節奏。萬物都在有秩序地運動,一切都處在流動——xavTaoEi的狀態中。 也有人提出了土為構成宇宙的原質,但其來源資料似乎已不可考。 著名的希臘大數學家兼哲人畢達哥拉斯Pythagoras,和他的學派放棄了單一元素的觀念,提出了最初的四元素說。他們以為物質是由土、水、氣、火四者組成,而這四者又由冷、熱、濕、燥四種基本物性兩兩組合而成,例如水是冷與濕的組合,火是熱與燥的組合。畢達哥拉斯並認為,宇宙中所有的事物都尊循著一個規則,而數字的規律正是這個規則中心。這個說法後來變形成了數字學。 恩貝多克斯Empedocles將前人們的說法加以整理以後,提出了更為明確的四元素看法。他延續了畢達哥拉斯的四元素說法,並認為這四種元素在整個宇宙中,受到兩個對立的神力的影響,以各種不同的比例結合起來;所謂兩個對立的神力,一是相引力,一是相斥力,即「愛」和「恨」的作用而使得元素相互混合和分離。 而四元素的說法,則是經過亞里士多德的發揚光大,才得以有系統的確立。他反對德莫克利特的原子論(即物質是由一不可分割的最小粒子所組成),而大力提倡四元素說。認為一切物質都由土;水;空氣和火而組成。它們被視為具有乾;濕;冷和暖等特徵的結合體。乾和冷產生土,而水的成份是濕和冷。亞里士多德認為,光是暖和濕的混合物;而暖和乾形成火!若按照四元素的理論看來,一棵破土而出的植物,是石頭(土)和水同太陽光中的火的一種結合。樹木被砍伐並曬干後,便失去水元素,這樣就能燃燒了。而在燃燒後變成了石頭(也即灰)和火。這樣的解說比德莫克利特那不可見的原子假想來得易於理解。於是接下來的幾個世紀,四元素說幾成原始實體的定論。 在中世紀,四元素說曾經作為了煉金術的理論依據。煉金術士們認為只要改變物質中這四種原始性質的比例,即可使普通金屬變為黃金。 相較於東方的五行學說,四元素說也是西方神秘學理論的基礎。 四元素說承認了世界的物質性,是其進步的一面。但是卻使化學的發展長期受到了阻礙。直到羅伯特.波義耳才否定了四元素說的錯誤,使得化學得以迅速發展。後來又經三百多年的發展,直到20世紀初近代物理學的發展,才讓我們逐步看清物質的真實面目。
爭議一
四元素學說滲透進了西方傳統學術的各個方面,影響最為深遠的,是西方醫學之父希波克拉底(約公元前460~370)據此提出的四體液學說。它認為人體有四種體液分別與四種元素相對應:由肝製造的血液(氣),肺製造的黏液(水),膽囊製造的黃膽汁(火)和脾製造的黑膽汁(土)。人之所以會生病,是由於四種體液失去了平衡所致,治病就是要讓體液恢復平衡,因此衍生出了放血、發汗、催吐、排泄等療法。西方傳統醫學用整體的觀念看待人體和疾病,主要用草葯入葯,認為不同的草葯有不同的冷-熱、干-濕屬性,可以藉助它們讓體液恢復平衡。處方往往同時用很多味草葯,講究不同草葯之間的相互搭配。這些觀念和做法都與中國傳統醫學很相似。 第一個認真地質疑四元素學說的學者是英國化學家波義耳(公元1627~1691)。他在1661年發表《懷疑派的化學家》,對古代元素學說進行了批判,認為它們都不是真正的元素。他提出,元素應該是指既不能由其他物質生成,也不能相互轉換,無法再分解的某種原始、簡單的東西。他並提出,元素的種類有很多,什麼東西能被算是元素,要用實驗來確定。對古代元素學說的否定,可以視為化學創建的一個標志。四體液學說的壽命還要長一些,直到19世紀還有很多醫生相信,隨著現代醫學的興起才遭到了徹底的否定。現在西方學界實際上已無人還相信四元素學說,但是在民間還有人信奉,例如星相術仍然把它當成理論依據之一。 四元素說其實並不是很離譜,可以把它看做四種物質形態的象徵:土、水、氣、火分別對應著固態、液體、氣態、等離子態。但是那畢竟只是古人對世界本源的一個充滿臆想的樸素看法,不管其體系是多麼的博大精深,在現代科學興起後,在西方就被無情地拋棄。現代實證科學也有很多弊病,因為實證科學需要對宇宙規律實現全部枚舉的時候才能是完美正確的,但人類的實踐遠遠不足!幾百年所形成的實證科學觀已經對地球形成了深刻的傷害,同時形成的人類新價值觀對世界乃至人類本身的資源掠奪已經觸目驚心。世界的和諧已經被人類的新型無知所摧毀!樸素的元素觀盡管粗陋,但天人合一的思想依然是值得遵循的。人從屬於這個宇宙,而不是背天換地成為宇宙的主宰,這才是人類保存之道! 爭議二 近年來國內有不少人倡導把中國傳統文化中的某些內容(例如卜卦、風水、中醫)樹立為「東方科學」,以與被稱為「西方科學」的現代科學相對抗。「東方科學」的主要特色,就是建立在陰陽五行的基礎上的。「東方科學」在國際上沒能獲得承認的原因,據說是由於西方人理解不了陰陽五行。其實在西方歷史上,也曾經流行過類似陰陽五行的學說,統治西方思想界達兩千年之久,那就是源自古希臘哲學的四元素學說。這個思想體系非常精緻、巧妙而龐雜,其「博大精深」的程度絲毫不比陰陽五行說遜色。 這個思想可以一直追溯到西方第一位哲學家泰勒斯(約公元前625~547),他是第一個嘗試完全用自然因素解釋自然現象的人,並提出了這么一個大問題:物質歸根結底是由什麼構成的?他猜測宇宙萬物都是由同一種基本元素構成的,那就是水。 其他古希臘哲學家都跟著思考這個問題,但是分別給出自己的答案,連師生都會為此互相吵架,真正是「吾愛吾師,吾更愛真理」。例如泰勒斯的學生阿那克西曼德(約公元前610~546)認為基本元素不可能是水,而是某種不明確的無限物質。阿那克西曼德的學生阿那克西美尼(約公元前585~525)則認為基本元素是氣,氣稀釋成了火,濃縮則成了風,風濃縮成了雲,雲濃縮成了水,水濃縮成了石頭,然後由這一切構成了萬物。那位留下了「人不能兩次走進同一條河流」這一名言的赫拉克利特(約公元前535~475)認為萬物由火而生,所以永遠處於變化之中。
爭議三
恩培多克勒(約公元前490~430)對此來個兼容並包,綜合了前人的這些看法,再添加「土」,就有了水、氣、火、土四元素。特別看重幾何學的柏拉圖(公元前427~347)把四元素幾何化,認為組成它們的原子形狀分別是體現其性質的一種正多面體:火原子是最為銳利的正四面體,氣原子是幾乎讓人感覺不到的正八面體,水是像小球一樣滑溜的正二十面體,土是能夠堆砌起來的立方體。 正多面體共有5種,還剩下一種正十二面體沒有元素可與之對應,柏拉圖說它是神用來排列天空的星座的。柏拉圖的學生亞里士多德(公元前384~322)認為組成天體的元素與地球不同,是純粹的「以太」。多了這一第五元素,各種元素倒是可以和各種正多面體一一對應了。不過亞里士多德不像他的老師那樣痴迷幾何學,對這種做法並不感興趣。 亞里士多德把四元素學說發展成了一個能自圓其說的體系,看上去很迷人。例如,這個學說能解釋為何宇宙以地球為中心,井然有序:土最重,組成了地球的核心;水較輕,覆蓋在地球的表面;氣、火更輕,籠罩著地球或向上飄揚;以太最輕,位於天上,繞著地球運行。 亞里士多德認為,四種兩兩互相對立的原始性質才是世界萬物的本原:冷-熱、干-濕。不同的元素是由這些性質按不同比例組合而成的。火是熱加干,氣是濕加熱,水是冷加濕,土是干加冷。因此元素之間是可以相互轉化的。例如,把水加熱,水中的冷被熱取代,水就變成了氣。
社會影響
四元素學說對西方傳統學術影響極其深遠,以西方傳統醫學為甚。西方傳統醫學與中醫類似,用整體的觀念看待人體和疾病。在病症看視方面,由西方醫學之父希波克拉底(約公元前460-370)提出的四體液學說認為人體有四種體液分別與四種元素相對應:由肝製造的血液(氣),肺製造的粘液(水),膽囊製造的黃膽汁(火)和脾製造的黑膽汁(土)。人之所以會生病,是由於四種體液失去了平衡所致,治病就是要讓體液恢復平衡,因此衍生出了放血、發汗、催吐、排泄等療法。其中處方配製方法與中醫相似,主要用草葯入葯,認為不同的草葯有不同的冷-熱、干-濕屬性,可以藉助它們讓體液恢復平衡,處方往往同時用很多味草葯,講究不同草葯之間的相互搭配。 隨著時代的進步和科學的昌明,人們開始認真地質疑四元素學說。英國化學家波義耳(1627-1691)在1661年發表《懷疑派的化學家》,對古代元素學說進行了批判,認為它們都不是真正的元素。他提出,元素應該是指既不能由其他物質生成,也不能相互轉換,無法再分解的某種原始、簡單的東西。他並提出,元素的種類有很多,什麼東西能被算是元素,要用實驗來確定。 對古代元素學說的否定,被視為近現代化學創建的一個標志。但四元素說仍被星相術當成理論依據之一,在現代科學觀中仍有將四種物質形態的象徵:土、水、氣、火分別對應著固態、液體、氣態、等離子態的看法。
⑷ 宇宙中的基本元素如何形成
你是否知道,我們身體肌肉里的碳,骨骼中的鈣,血液里的鐵,DNA中的磷……以及周邊的一切都是來自太空的獨特元素。要想了解這些元素,必須知道元素是如何形成的。
今天,學界普遍認同的觀點是,我們的宇宙源於138億年前的大爆炸(Big Bang)。元素的形成是恆星演化(Evolution of stars)的結果。大爆炸學說的框架是由美籍俄裔物理學家伽莫夫(George Gamow)在上世紀40年代提出的,英國天文學家霍伊爾(Fred Hoyle)提出了恆星演化的理論。
一、宇宙中輕元素(氫、氦)的形成
如果大爆炸理論正確,那麼大爆炸後空間迅速膨脹,物質密度和溫度都迅速下降。當宇宙溫度降到10MeV以下(大約幾百億度),質子和中子開始在空間中大量地產生。所謂氫原子核,其實就是質子。從這個意義上講,宇宙在這個時候已經形成了最輕的原子。隨著硅被耗盡,恆星的核能失去了來源,因為鐵鎳核不能自發聚變成更重的元素。頃刻間,恆星核心坍縮為一顆中子星,外殼(恆星的大部分質量集中於此)將會以爆破的姿態進入太空,這就是令人恐怖的超新星爆發(supernova explosion)。如果我們把這顆恆星切開,看起來就像一個洋蔥。其核心是鐵和鎳,但不是固體金屬的形式,而是氣體,並處於極高的密度和溫度水平。包圍在鐵鎳核外的是硅和硫的殼層,往外是氧、氖和鎂的殼層。再往外依次是氧、碳、氦和氫的殼層。雖然此時大部分的氫已經被吹到了太空中,但在殼層之間,低溫的核聚變反應仍然在繼續。這顆恆星“洋蔥”充滿了核能。
三、科學給我們講的故事
被星風吹到太空中,在行星狀星雲里,以及通過超新星爆發,元素以這些方式進入星際空間。小部分重元素,比如銅、鋅、金、銀、鉑、鈾等在超新星爆發後或者在中子星的災難性碰撞中被創造出來。
開頭提到的我們的身體,包含了許多的重元素,比如,碳、氧、氮、鈉、鈣、磷、鎂和鐵等。所有這些元素在宇宙誕生至今的138億年中、在恆星的內部被“製造”出來。它們只佔宇宙原子總質量的約1%,但卻影響重大。
這便是科學給我們講的元素形成的美妙故事。我們周圍的一切,包括人類自身,都是遙遠的恆星核聚變形成的。我們與恆星緊密相連,並與宇宙同在。
⑸ 周敦頤的宇宙生成論是如何形成的
周敦頤所說的由無極而為太極,實際上是老子有生於無的翻版。他認為宇宙就是由無極中生出太極而形成的。由太極運動生陽,運動到了極點,轉而為靜,由靜而生出陰;靜到極點,又轉為動。這樣的一動一靜,動根於靜,靜根於動。由此分出陰陽,於是天地就形成了。由陽變陰合,從而產生水、火、木、金、土五行,由五行之氣的順序流布,從而推動春、夏、秋、冬四季的運動。五行就是陰陽,陰陽就是太極,而太極又本於無極。這就是周敦頤的宇宙生成論。
⑹ 宇宙中元素的起源
伽莫夫等人建立這一理論的最初目的,是為了說明宇宙中元素的起源的。因此他們將宇宙膨脹和元素形成聯系起來,提出了元素的大爆炸形成理論。按照這一理論,宇宙大爆炸初期生成的氦豐度為30%,而由恆星內部核合成的氦豐度只有3%-5%。其餘的氦豐度只能來自宇宙大爆炸時的核合成,從而證實了熱大爆炸宇宙學的理論預言。
熱大爆炸宇宙學認為,宇宙膨脹是按「絕熱」的方式進行的,宇宙是從熱到冷演變的。在宇宙早期,輻射和物質的密度都很高,光子經過很短的路程就會被物質吸收或散射,然後物質再發射出光子,輻射和物質頻繁地相互作用。宇宙對輻射是不透明的,達到熱平衡狀態,輻射符合黑體輻射的規律。當宇宙溫度下降到大約3000K時,質子與電子結合成為氫原子,物質對輻射的連續吸收大大減少,物質跟輻射幾乎不再相互作用了,宇宙對輻射變得透明,光子可以在空間自由地穿行。宇宙的熱輻射主要是可見光和紅外線。時至今日,由於宇宙膨脹帶來的紅移,使溫度為3000K的宇宙輻射的最大強度移到微波波段,稱為宇宙微波背景輻射。阿爾弗等人計算出與微波背景輻射相對應的溫度為5K左右。1965年,美國科學家彭齊亞斯和威爾遜在7.35厘米波長上接收到了各方向的來自宇宙的微波雜訊,雜訊的信號強度等效於溫度為3.5K的黑體輻射。微波背景輻射的發現,有力地支持了熱爆炸宇宙模型。因此,大爆炸宇宙學得到大多數科學家的認同。
2、宇宙物質能從虛無中產生嗎
1948年後期,英國科學家邦迪·戈爾德和霍伊爾建立了一種標型,這一模型建立在完全宇宙學原理之上,即除了宇宙是均勻的、各向同性的假設之外,還增加了宇宙不隨時間變化的假設。在這種宇宙模型中,宇宙是無限的,沒有開端也沒有終結,而且一直保持同樣的狀態。無論在什麼地方和什麼時候觀測者看到的宇宙總是相同的。這種宇宙模型中,宇宙起源的問題是不存在的。面對宇宙膨脹的事實,怎樣能使宇宙的狀態不變呢?邦迪等人認為,宇宙中不斷產生新的物質,其產生率和因宇宙膨脹造成的密度減小度相等,從而使宇宙物質密度保持恆定,不隨時間變化。這種模型叫做穩恆態宇宙模型。
⑺ 宇宙是怎麼形成的
直到現在,很多西方人還認為地球和天空是在6000年前是經超自然的創造形成的(至今很多人仍然堅信這一結
論,盡管這樣做了以後他們的智力看起來就和那些相信地球是平面的人一樣)。無論如何,現在大多數科學家都接
受這樣一個事實,即太陽系是在46億年前由塵埃雲和氣體雲經過一個自然過程後形成的,而且也許在150 億年以前
宇宙形成後這些雲就已經存在了。
在宇宙的開端,在時空誕生後的最初30萬年裡,宇宙是不透明的。隨著質子和電子互相結合成原子,輻射就可
以自由的通過了,於是就形成了一個可觀測的宇宙。
但是如果我們回到大爆炸的時候並假設宇宙的所有物質和能量都集中在一個相當稠密的小球中,這個小球非常
熱,它發生爆炸形成了宇宙,那麼這個小球是從哪來的呢?它是怎麼形成的呢?我們一定要假設在這一階段里有超
自然創造嗎?
不一定,科學家們在1920年推出了一門叫量子力學的學科,它太復雜了以至於我們無法在這里解釋它。這是一
個非常成功的理論,它恰當地解釋了其他理論無法解釋的現象,而且還可以預測新現象,所預測的新現象和實際上
發生的完全相同。
1980年,一個美國物理學家阿蘭。古司開始用量子力學研究了有關大爆炸起源的問題。我們可以假想在大爆炸
發生以前,宇宙是一個巨大的發光的海,裡面什麼都不存在。很明顯這種描述是不準確的,這些不存在包含著能量,
所以它不是真空,因為按定義真空里應該什麼都沒有。前宇宙含有能量,但它的所有組成部分和真空的成分相似,
所以它被叫做假真空。
在這個假真空里,一個微小的質點存在於有能量的地方,它是通過無規律變化的無目的的力量形成的。事實上,
我們可以把這個發光的假真空想像成一個泡沫狀的泡泡團,它可以在這兒或在那兒產生一小片存在物,就像海浪產
生的泡沫一樣。這些存在物中有的很快就消失了,回歸到假真空;而有的正相反變得很大或者經過大爆炸形成像宇
宙那樣的物體。我們就住在這樣一個成功存在下來的泡泡里。
但是這個模型有很多問題,科學家們一直在彌補和解決它們。如果他們解決了這個問題,我們會不會有一個更
好的觀點來解釋宇宙從何而來呢?
當然,如果古司理論的一部分是正確的,我們可以簡單地往回走一步問假真空的能量最初是從哪來的。這個我
們說不出來,但這並不能幫助我們證實超自然物質的存在,因為我們還可以再往回走一步問超自然物質是從哪來。
這個問題的答案令人震驚,即「它不來自任何地方,它總是這樣存在的」。這是很難想像的,也許我們得說假
真空中的能量也是從來都這樣存在的。
⑻ 宇宙是怎麼形成的 宇宙的起源與演化過程解密
從「奇點」始,大約在膨脹進行到10^-37秒時,產生了一種相變使宇宙發生暴漲,在此期間宇宙的膨脹是呈指數增長的.當暴漲結束後,構成宇宙的物質包括誇克-膠子等離子體,以及其他所有基本粒子.此時的宇宙仍然非常熾熱,以至於粒子都在做著相對論性的高速隨機運動,而粒子-反粒子對在此期間也通過碰撞不斷地創生和湮滅,從而宇宙中粒子和反粒子的數量是相等的(宇宙中的總重子數為零).直到其後的某個時刻,一種未知的違反重子數守恆的反應過程出現,它使誇克和輕子的數量略微超過了反誇克和反輕子的數量——超出范圍大約在三千萬分之一的量級上,這一過程被稱作重子數產生.這一機制導致了當今宇宙中物質相對於反物質的主導地位.
隨著宇宙的膨脹和溫度進一步的降低,粒子所具有的能量也普遍逐漸下降.當能量降低到1太電子伏特(10^12eV)時產生了對稱破缺,這一相變使基本粒子和基本相互作用形成了當今我們看到的樣子.宇宙誕生的10^-11秒之後,大爆炸模型中猜測的成分就進一步減少了,因為此時的粒子能量已經降低到了高能物理實驗所能企及的范圍.10^-6秒之後,誇克和膠子結合形成了諸如質子和中子的重子族,由於誇克的數量要略高於反誇克,重子的數量也要略高於反重子.此時宇宙的溫度已經降低到不足以產生新的質子-反質子對(類似地,也不能產生新的中子-反中子對),從而即刻導致了粒子和反粒子之間的質量湮滅,這使得原有的質子和中子僅有十億分之一的數量保留下來,而對應的所有反粒子則全部湮滅.大約在1秒之後,電子和正電子之間也發生了類似的過程.經過這一系列的湮滅,剩餘的質子、中子和電子的速度降低到相對論性以下,而此時的宇宙能量密度的主要貢獻來自湮滅產生的大量光子(少部分來自中微子).
在大爆炸發生的幾分鍾後,宇宙的溫度降低到大約十億開爾文的量級,密度降低到大約空氣密度的水平.少數質子和所有中子結合,組成氘和氦的原子核,這個過程叫做太初核合成.而大多數質子沒有與中子結合,形成了氫的原子核.隨著宇宙的冷卻,宇宙能量密度的主要來自靜止質量產生的引力的貢獻,並超過原先光子以輻射形式的能量密度.在大約37.9萬年之後,電子和原子核結合成為原子(主要是氫原子),而物質通過脫耦發出輻射並在宇宙空間中相對自由的傳播,這個輻射的殘跡就形成了今天的宇宙微波背景輻射.
雖然宇宙在大尺度上物質幾乎均一分布,但仍存在某些密度稍大的區域,因而在此後相當長的一段時間內這些區域內的物質通過引力作用吸引附近的物質,從而變得密度更大,並形成了氣體雲、恆星、星系等其他在今天的天文學上可觀測的結構.這一過程的具體細節取決於宇宙中物質的形式和數量,其中形式可能有三種:冷暗物質、熱暗物質和重子物質.來自WMAP的目前最佳觀測結果表明,宇宙中佔主導地位的物質形式是冷暗物質,而其他兩種物質形式在宇宙中所佔比例不超過18%.另一方面,對Ia型超新星和宇宙微波背景輻射的獨立觀測表明,當今的宇宙被一種被稱作暗能量的未知能量形式主導著,暗能量被認為滲透到空間中的每一個角落.觀測顯示,當今宇宙的總能量密度中有72%的部分是以暗能量這一形式存在的.根據推測,在宇宙非常年輕時暗能量就已經存在,但此時的宇宙尺度很小而物質間彼此距離很近,因而在那時引力的效果顯著從而減緩了宇宙的膨脹.但經過了幾十上百億年的膨脹,不斷增長的暗能量開始讓宇宙膨脹緩慢加速.表述暗能量的最簡潔方法是在愛因斯坦引力場方程中添加所謂宇宙常數項,但這仍然無法回答暗能量的構成、形成機制等問題,以及與此伴隨的一些更基礎問題:例如關於它狀態方程的細節,以及它與粒子物理學中標准模型的內在聯系,這些未解決的問題仍然有待理論和實驗觀測的進一步研究.
所有在暴漲時期以後的宇宙演化,都可以用宇宙學中的ΛCDM模型來非常精確地描述,這一模型來自廣義相對論和量子力學各自獨立的框架.如前所述,目前還沒有廣泛支持的模型能夠描述大爆炸後大約10^-15秒之內的宇宙,一般認為需要一個統合廣義相對論和量子力學的量子引力理論來突破這一難題.如何才能理解這一極早期宇宙的物理圖景是當今物理學的最大未解決問題之一.
宇宙最開始,沒有物質只有能量,大爆炸後物質由能量轉換而來(質能轉換E=mcc),當代粒子物理學告訴我們,在足夠高的溫度下(稱為「閾溫」),物質粒子可以由光子的碰撞產生出來.下面是宇宙物質進化的詳細過程:
宇宙誕生第1/10000秒(時標),溫度達幾十萬億開,大於強子和輕子的閾溫,光子碰撞產生正反強子和正反輕子,同時其中也有湮滅成光子.在達到平衡狀態時,粒子總數大致於光子總數相等,未經湮滅的強子破碎為「誇克」,此時誇克處於沒有任何相護作用的「漸進自由狀態」.宇宙中的粒子品種有:正反誇克,正反電子,正反中微子.最後,有十億分之一的正粒子存留下來 .
時標0.01秒溫度1000億開,小於強子閾溫大於輕子閾溫.光子產生強子的反應已經停止,強子不再破碎為誇克,質子中子各佔一半,但由於正反質子正反中子不斷湮滅,強子數量減少.中子與質子不斷相護轉化,到1.09秒時,溫度100億開,質子:中子=76:24 .
時標13.82秒,溫度小於30億開,物質被創造的任務完成.中子衰變現象出現,衰變成質子加電子加反中微子.這時質子:中子=83:17 .
時標3分46秒,溫度9億開,反粒子全部湮滅,光子:物質粒子=10億:1,中子不在衰變,質子:中子=87:13(一直到現在);這時出現了一個非常重要的演化:由2個質子和2個中子生成1個氦原子核,中子因受核力約束而保存下來.宇宙進入核合成時代.(如果沒有氦核產生,中子將全部衰變,也沒有以後其它的原子核).
時標30萬—70萬年,溫度4000—3000開,能量和物質處於熱平衡狀態.開始出現穩定的氫氦原子核,宇宙進入復合時代.在後期宇宙逐步轉變為以物質為主的時代.(光子隨著溫度的降低而可以自由穿行,即今天的3開宇宙背景輻射!).
時標4億—5億年,溫度100開.物質粒子開始凝聚,引力逐漸增大,度過「黑暗時代」後,第一批恆星星系形成.
隨著第一批恆星的形成,原子在恆星的內部發生了核聚變反應,進而出現了氦,炭、氧、鎂,鐵等元素原子核.核聚變是指由質量小的原子,主要是指氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式.
⑼ 1.《周易》 宇宙生成論 中有哪些合理的因素
你的問題其實比較深刻,可以看出你是個喜歡古典哲學的朋友。。回答起來內容比較多了。中國哲學中最深刻的本體論觀念,源於《易經》中的陰陽理念。 《易經》歷代的傳注者均認為,陰與陽,黑暗與光明並不是兩種物質。黑暗乃是光明的 缺失而不是異於光明的另一物質。所以陰陽理論不是二(或多)元論,而是一元論。朱熹說,不是同時有陰陽兩種不同物,而是 說陰去則陽生,陽去則陰生。同一個本體,生化出兩種現象:陰和陽。這是一元論,而且是 符合易經哲理的一元論。陰陽統一於"太素","太極"。太素就是極小、無限小,而太極就是本原。所以"太素生太極,太極生兩儀"(陰/陽)。
古人認為,宇宙是光明與黑暗,即陰與陽兩種范疇交替運動和循環的產物,這就是所謂"一陰一陽之為道"。 在中國學術中,最早"陰"與"陽"是作為一對天象、天文和歷法中的范疇。在《易傳》和老子哲學中,發展成宇宙本體論的范疇。這兩個范疇都不具有物質實體的涵義,而是抽象的哲學理念。 陽,就是顯現,是實在。陰,則是非顯現,是潛在的東西。潛在的東西生化為實在的東西,實存的東西內化為潛在的東西,這是陰陽轉化的實質。
道至少有三層涵義:1、語言("道可道,非常道。"道者,禱也,祝也,咒也,誦也。)2、另一層涵義是規范、秩序(道理),道路。3、第三層涵義是運動、動力(導,引導,導動,推動)。 "道"作為哲學的概念,起源於"天道",即天體運行的軌道。中國古代哲學與天文學有直接和密切的聯系,所以古代哲人首先正是從天文軌道的周期性、秩序性、可重復性上認識了宇宙萬物現象之內存在著秩序和組織的理念。在表面的無序之下,存在著秩序和組織的超級理性。這種理性,就被古人歸納為"天道"和"道"的概念。
孔子的最大功績在於整理和保存了上古的五大經典:易經、尚書、禮樂、詩經、春秋。這五大經典代表了上古學術的五大傳統:"易經"是天道陰陽之學、"尚書"是政治典章,"禮"書是禮樂制度,"詩經"是文學藝術,"春秋"是歷史。 這些書在孔子的時代,其意義已經暗昧。孔子為搞通它們不羞上問(如問天道於老子),也不恥下問。他的苦學使他自我修養成為當時列國中最博學的人。 孔子把中國古代的禮樂典章,通過這五部典籍的講述解說而傳授於弟子,而他的弟子又一代一代地傳習下去,甚至秦始皇焚書坑儒這樣的政治大舉動,都不能使這一學術的傳承系統中斷。所以太史公說:"六藝者,折衷於孔子,可謂聖矣!" 到漢武帝時正式立儒家為儒教,為正統,才成為"主流意識形態。" 在某種意義上,我們的確可以說,如果沒有孔子與儒家,中國歷史、中國文化不可能保持夏商周以下5000年一而貫之的偉大傳統,保持一種舉世無雙的連續性和完整性。
⑽ 宇宙中有多少種元素元素是怎麼形成的各元素在什麼條件下可相互轉換
自然界中的化學元素有不到100種(目前認為),核素有300多種,1934年以後人工又合成了2400多種核素,理論上如果沒有放射性衰變,質子和種子總共可以有8000多種組合方式,也就是有8000多種核素。它們可能存在於超新星的余暉中。
宇宙大爆炸之初,合成了氫核和氦核,還有少量鋰核。氫核通過核聚變最終成為鐵核,宇宙會慢慢向重元素轉化,但是並不會終結於最重的元素。這是因為其間有一個非常特殊的元素——鐵元素的存在。
核聚變將輕元素轉化為重元素的過程中釋放能量發光放熱,其中氫元素聚變時釋放出的能量最多,隨著原子質量的增加,聚變效率越來越小,而鐵元素是一個臨界點,鐵元素聚變時,需要的能量與釋放的能量相等,而鐵元素以後的重元素聚變時反而要吸收能量,這樣一來恆星就會逐漸走向滅亡了。
重元素衰變剛好相反,要放能量,元素越重,放出能量越多,而鐵又是一個臨界點。所以無論是聚變還是裂變,其趨向都是鐵元素,鐵在元素周期表中處在一個非常特殊的位置。
但質子和中子在游離狀態中同樣會受到強核力作用聚合在一起形成更重的核。重核又會在α衰變和β衰變中分解較小的核,所以最重的核反而是最不穩定的。甚至在地球上,92號之後的天然元素幾乎都滅絕了。
高能狀態下輕元素的核可以聚變成重元素,如4個氫核聚變成1個氦核,3個氦核聚變成1個碳核等。但這個聚變其實不是簡單的碰撞融合,而是有一系列復雜的過程,所以核聚變的條件是很苛刻的。超新星爆發時的巨大能量使幾乎所有的元素在一瞬間合成。重元素可以衰變成輕核,如鈾核吸收1個中子後衰變成1個鋇核和1個氪核。