怎么样理解宇宙

如题所述

【哲学分析 宇宙概念】
有些宇宙学家认为，我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸，而是整个宇宙自身的爆炸。但是，新提出的暴涨模型表明，我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分，暴涨后的区域尺度要大于10 26 厘米，而那时我们的宇宙只有10厘米。还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分。这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙，再扩展到大尺度宇宙那样，今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是某种更大的物质体系的一部分，大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸，而是那个更大物质体系的一部分的爆炸。因此，有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念。哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统。两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系。随着自然科学宇宙概念的发展，人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识。弄清两种宇宙概念的区别和联系，对于坚持马克思主义的宇宙无限论，反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论，都有积极意义。
宇宙的创生 有些宇宙学家认为，暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点，这种观点之所以在以前不能为人们接受，是因为存在着许多守恒定律，特别是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数有可能是不守恒的，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无，则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践，而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型，我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的，这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式，并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”，因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来，认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式，把“无”和“有”作为一对逻辑范畴，探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式，转化为“有”——已知的物质和能量形式，这在认识论和方法论上有一定意义。
时空起源 有些人认为，时间和空间不是永恒的，而是从没有时间和没有空间的状态产生的。根据现有的物理理论，在小于10 -43 秒和10 -33 厘米的范围内，就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量，因此时间和空间概念失效了，是一个没有时间和空间的物理世界。这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的。正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样，今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观。由于在大爆炸后10 -43 秒以内，广义相对论失效，必须考虑引力的量子效应，因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源。这些工作都是有益的，但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式，而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在。
人和宇宙 从本世纪60年代开始，由于人择原理的提出和讨论，出现了人类存在和宇宙产生的关系问题。人择原理认为，可能存在许多具有不同物理参数和初始条件的宇宙，但只有物理参数和初始条件取特定值的宇宙才能演化出人类，因此我们只能看到一种允许人类存在的宇宙。人择原理用人类的存在去约束过去可能有的初始条件和物理定律，减少它们的任意性，使一些宇宙学现象得到解释，这在科学方法论上有一定的意义。但有人提出，宇宙的产生依赖于作为观测者的人类的存在。这种观点值得商榷。现在根据暴涨模型，那些被传统大爆炸模型作为初始条件的状态，有可能从极早期宇宙的演化中产生出来，而且宇宙的演化几乎变得与初始条件的一些细节无关。这样就使上述那种利用初始条件的困难来否定宇宙客观实在性的观点失去了基础。但有些人认为，由于暴涨引起的巨大距离尺度，使得从整体上去观测宇宙的结构成为不可能。这种担心有其理由，但如果暴涨模型正确的话，随着科学实践的发展，一定有可能突破人类认识上的困难。
未来宇宙科学

宇宙科学大大深化了人们对宇宙结构、起源和演化的认识，为了解物质结构和相互作用提供了新的统一图景。在地外生命等重大问题的研究中，天文学将更进一步与物理学交叉，并与许多领域紧密地联系在一起。

中国的载人飞船和空间站何时能够遨游太空？在新千年即将来临之际，67岁的飞船总设计师戚发轫教授发表了谈话。

试验飞船发射入轨并圆满返回到预定区域，为我国在21世纪前十年内实现把宇航员送上太空并安全返回打下了坚实的基础。

21世纪，人类开发利用丰富的空间资源将成为必然。空间资源主要有轨道资源、环境资源和物质资源。开发利用空间资源，人必须要较长时间在空间环境工作，并要往返于地球和空间站之间。载人飞船只是往返天地之间的运输工具，最终必须依赖长期在空间工作的空间站。建立空间站，一要解决太空人出舱，二要解决飞船与空间站的相互交会对接等技术难题。下个世纪，我国掌握空间站的关键技术应该不成问题。
“宇宙”一词，最早大概出自我国古代著名哲学家墨子（约公元前468-376）。他用“宇”来指东、西、南、北，四面八方的空间，用“宙”来指古往今来的时间，合在一起便是指天地万物，不管它是大是小，是远是近；是过去的，现在的，还是将来的；是认识到的，还是未认识到的……总之是一切的一切。
从哲学的观点看。人们认为宇宙是无始无终，无边无际的。不过，对这个深奥的概念我们不打算做深入的探讨，还是留给哲学家们去研究。我们不妨把眼光缩小一些，讲一讲利用我们现有的科学技术所能了解和观测的宇宙，人们把它称为“我们的宇宙”或“总星系”。
从最新的观测资料看，人们已观测到的离我们最远的星系是130亿光年。也就是说，如果有一束光以每秒30万千米的速度从该星系发出，那么要经过130亿年才能到达地球。这130亿光年的距离便是我们今天所知道的宇宙的范围。再说得明确一些，我们今天所知道的宇宙范围，或者说大小，是一个以地球为中心，以130亿光年的距离为半径的球形空间。当然，地球并不真的是什么宇宙的中心，宇宙也未必是一个球体，只是限于我们目前的观测能力，我们只能了解到这一程度。
在这个以130亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个，而每个星系又拥有像太阳这样的恒星几百到几万亿颗。因此只要做一道简单的数学题，你就不难了解到，在我们已经观测到的宇宙中拥在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中，真如沧海一粟，渺小得微不足道。
一直以来， 天文学家和我们一样，想知道宇宙究竟有多大。最近，美国的太空网报道，经过艰苦的计算工作，天文学家发现宇宙超乎寻常的大，其长度至少为1560亿光年。“这样一个有关宇宙大小的发现，显然是以‘宇宙是球形的，是有限无边的’为前提条件的。”中国国家天文台的研究员陈大明在接受记者专访时说，“长期以来，宇宙学研究领域一直有这样一个争论，宇宙究竟是球形的、马鞍形的、还是平坦的。”北京师范大学副教授张同杰说：“国际主流宇宙学普遍认为宇宙是平坦的，是无限的。”那么，围绕宇宙的争论从何而来？理据何在？一种最为普遍的观点：在大爆炸之后，宇宙诞生了。“根据现代宇宙学中最有影响的大爆炸学说，我们的宇宙是大约137亿年前由一个非常小的点爆炸产生的，目前宇宙仍在膨胀。”陈大明研究员说，“这一学说得到大量天文观测的证实。”这一学说认为，宇宙诞生初期，温度非常高，随着宇宙的膨胀，温度开始降低，中子、质子、电子产生了。此后，这些基本粒子就形成了各种元素，这些物质微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，这些团块又逐渐演化成星系，恒星、行星，在个别的天体上还出现了生命现象，能够认识宇宙的人类最终诞生了。宇宙是球形的、有限无边的？“认为宇宙是球形的观点在很长时间内存在着，尽管不是国际宇宙学界的主流。”陈大明介绍说，“它的每一次提出，都会引起人们的关注，就是因为这一观点很奇特。”一个最为明显的例子就是不久前，由美国数学家杰弗里·威克斯构建的宇宙模型：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫。“形如足球”的模型令科学界震惊，因为这一学说宣称，宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。威克斯认为，人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为宇宙在无限伸展。这一惊人推断后来被《新科学家》杂志收录，同时作为一种“奇谈”在民间广为流传着。
民间奇谈
就在最近，美国太空网传出类似的惊人消息，一位作家在采访了该国著名的天体物理学家后获知，宇宙的长度为1560亿光年。在这项新的研究中，研究人员检测了大爆炸之后，遗留在广漠宇宙中的原初辐射。他们得出结论：在宇宙中可能存在着一些神奇的宇宙“镜室”，使得一个物体在两个地方都能够看到。因为这样一种结论，他们成了“球形宇宙论”的支持者。长度为1560亿光年？宇宙的大小为什么是一个你从未听说过的数字？他们的解释是这样的：宇宙的年龄大约是137亿年。光从最早已知的星系到达我们地球要穿行130亿年以上。因此我们可以假定宇宙的半径是137亿光年，那么整个宇宙的长度是宇宙半径的2倍，即274亿光年。但是自创生以来一直在不断的膨胀，并且理论学家相信宇宙起源于一个密度无限大的点。美国蒙大拿州立大学的天体物理学家尼尔·科尼什教授解释说：“早期宇宙中光所穿行的距离随宇宙的膨胀而增大，就像银行中的复利一样。”他建议，可以想象宇宙从诞生后只有100万年的年龄。光穿行一年，所覆盖的距离1光年。他说：“那时宇宙的大小比现在小大约1000倍，因此1光年伸展到现在是1000光年。”所有距离加起来是780亿光年。他说，光还没有穿行那么远，“但是穿行137亿年到达我们地球的光子的起点到现在是780亿光年远。这是宇宙的半径，那么直径是156亿光年。这只是基于光线返回时所用时间的95%，因此宇宙实际的长度可能会更长一些。科学家研究了大爆炸后38万年时形成的宇宙微波背景辐射(CMB)，这时宇宙充分地膨胀并冷却以致形成了原子的物质。在天空中不同方向这种辐射温度的差别可以用来提示宇宙的年龄和约束许多重要的宇宙学参量。宇宙微波背景辐射是宇宙婴儿时的图像，这时还没有恒星的形成。美国《物理评论通讯》在2004年5月21日发表了这项新的研究工作，其焦点在于利用宇宙微波背景辐射数据寻找表明宇宙像镜室一样成对圆球现象。据此，宇宙中同一个物体的多个图像可以在与时空中不同的地方呈现出来。镜室效应可能意味着宇宙本来是有限的，但却产生宇宙是无限的感觉。他告诉记者,“没有迹象表明宇宙是有限的，但是也没有证明它是无限的。”宇宙结构的争论，宇宙是球形的，马鞍形的，还是平坦的？关于宇宙的结构和未来，现代宇宙学说认为，如果宇宙总质量大于某一临界质量，那么宇宙的结构是球形的，并且总有一天会在引力作用下收缩。如果宇宙总质量小于临界质量，那么宇宙的结构是马鞍形的，宇宙内部的引力无法抵消宇宙膨胀的速度而使宇宙一直膨胀下去。如果宇宙总质量恰好等于临界质量，那么宇宙的结构是平坦的，宇宙也将像现在这样一直膨胀下去。宇宙的结构实际上是时间和空间的结构，普通人很难想像。不过科学家提出一个衡量宇宙结构的标准：如果两束平行光线越来越近，那么宇宙结构是球形的；如果两束平行光线越来越远，那么宇宙结构是马鞍型的；如果两束平行光线永远平行下去，那么宇宙结构则是平坦的。平坦宇宙的结构可以用欧几里德几何解释。平坦宇宙学的几个证据。宇宙结构是平坦的这一结论是参加“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”的多国科学家得出的。这一项目的目的是研究宇宙背景辐射的详细情况。科学家在1998年底将一些射电天文望远镜放置在氦气球顶部，随氦气球上升到距地面约40公里的高空，在那里对特定宇宙区域进行了11天的观测，获得了迄今关于宇宙早期辐射最详实的数据。经过研究，科学家发现，在大尺度上，宇宙最初发出的光线并没有发生弯曲现象，也就是说当初的两束平行光线一直保持平行状态，这说明宇宙结构是平坦的，也就是说宇宙总质量恰好等于临界质量，宇宙将像现在这样一直膨胀下去。早在1965年，科学家就已探测到宇宙空间中均匀分布着的宇宙背景辐射，其温度为零下270摄氏度。大爆炸学说认为，这种辐射是宇宙大爆炸后的“余烬”。从这些“余烬”中，科学家可以推测大爆炸初期的情景。1991年，美国宇宙背景探测卫星发现，宇宙背景辐射中存在着微小温度波动，如同在“余烬”中闪动着的微弱“火光”，这表明那时宇宙内已存在密度非常小的物质云团。正是这些云团逐渐收缩形成了后来的星系。“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”是在该卫星发现的基础上进行观测的。此外，分别于1990年4月和1991年4月进入太空的“哈勃”天文望远镜和伽马射线探测器以及其他一些观测仪器也对宇宙的结构和演化进行了观测，取得了大量成果。这些成果较为一致地认为宇宙将一直膨胀下去。人类对宇宙诞生和演化的观测研究刚刚起步，关于宇宙结构和未来的推测也仅仅是初步结论。未来几年，科学家计划发射两颗卫星更精确地观测宇宙早期辐射的情况，此外，科学家还将采取其他多种手段观测宇宙，宇宙诞生和结构之谜将被进一步揭开。

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