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宇宙的起源演化論
宇宙（Universe）在物理意義上被定義為所有的空間和時(shí)間（統(tǒng)稱為時(shí)空）及其內(nèi)涵，包括各種形式的所有能量，比如電磁輻射、普通物質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量等，其中普通物質(zhì)包括行星、衛(wèi)星、恒星、星系、星系團(tuán)和星系間物質(zhì)等。宇宙還包括影響物質(zhì)和能量的物理定律，如守恒定律、經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論等。以下是小編幫大家整理的宇宙的起源演化論，歡迎大家借鑒與參考，希望對(duì)大家有所幫助！
宇宙的起源演化論
宇宙空間是無限永恒不的，空間既不會(huì)膨脹也不會(huì)收縮，更不會(huì)彎曲。物質(zhì)是無限的，在140多億年前，原始物質(zhì)充斥著整個(gè)宇宙空間，物質(zhì)和空間是一個(gè)混沌體，所有空間被原始物質(zhì)填充。原始物質(zhì)穩(wěn)定且蘊(yùn)含完整的能量。原始物質(zhì)比重很小，無色透明。原始物質(zhì)被壓縮在、宇宙無限空間內(nèi)，在宇宙壓強(qiáng)的作用下，原始物質(zhì)的密度是均勻的。原始物質(zhì)經(jīng)歷了無限長的時(shí)間，始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。宇宙空間內(nèi)沒有星系物質(zhì)，沒有塵埃，沒有光。宇宙空間內(nèi)只有原始物質(zhì)。直到140億年前的一天，宇宙孕育了一個(gè)空洞。由于宇宙空洞的出現(xiàn)，原始物質(zhì)的穩(wěn)定和萬有引力平衡被破壞，在萬有引力作用下，原始物質(zhì)以宇宙空洞為中心向外擴(kuò)散。由于原始物質(zhì)的擠壓、使得原始物質(zhì)內(nèi)部形成高溫高壓，當(dāng)原始物質(zhì)內(nèi)部的溫度和壓強(qiáng)，超過原始物質(zhì)臨界聚變爆炸的溫度和壓強(qiáng)時(shí)，原始物質(zhì)先后發(fā)生聚變爆炸，并高速向外延續(xù)，原始物質(zhì)聚變爆炸生成原子物質(zhì)、并釋放出宇宙微波背景輻射，宇宙壓強(qiáng)隨著溫度的降低而消失。在萬有引力作用下原子物質(zhì)慢慢匯聚成很多星系。星系之間并慢慢加速膨脹。我們今天看到的宇宙物質(zhì)大約已經(jīng)擴(kuò)散了140億年。宇宙星系物質(zhì)向外膨脹、是因?yàn)樾窍祪?nèi)的物質(zhì)少、星系外圍物質(zhì)多促成的。
現(xiàn)代宇宙學(xué)說的主流，是宇宙大爆炸理論，宇宙大爆炸理論的主要理論及數(shù)據(jù)觀測依據(jù)，包括有以下幾點(diǎn)：
1 多普勒效應(yīng)：多普勒效應(yīng)指出。波在波源移向觀查者時(shí)頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀測者時(shí)頻率變低。多普勒在1842年提出他的這一理論。
2 哈勃先生的觀測結(jié)果。美國天文學(xué)家哈勃先生在天文觀測中發(fā)現(xiàn)大部分星系光譜是紅移的。根據(jù)多普勒效應(yīng)，幾乎所有星系都遠(yuǎn)離我們而去。而且星系紅移的大小是和星系離開我們的距離成正比，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它離開我們運(yùn)動(dòng)的速度越快。他在1929年提出以上結(jié)論。
3 1965年，彭基亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射。后來他們證實(shí)宇宙微波背景輻射是大爆炸時(shí)留下的遺跡，他們認(rèn)為，宇宙微波背景輻射給宇宙大爆炸理論提供了重要證據(jù)。宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙微波背景輻射是來自遙遠(yuǎn)的天體輻射來的光線，由于宇宙的膨脹紅移得更厲害，以致于現(xiàn)在只能作為微波輻射被我們所觀測。
4 1922年弗利德曼對(duì)于宇宙作出以下的假定，我們不論往哪個(gè)方向看，也不論在任何地方進(jìn)行觀察，宇宙看起來都是一樣的。
以上1，2，3點(diǎn)是基于科學(xué)觀測得出的結(jié)論和數(shù)據(jù)，是可以相信的，第4點(diǎn)是一個(gè)科學(xué)假設(shè)，目前還沒有什么人提出有力的反駁論點(diǎn)。一切似乎合情合理，而且都是根據(jù)可靠的觀測數(shù)據(jù)，大部分的星系光譜都是紅移的，星系紅移的大小也不是雜亂無章，而是和星系離開我們的距離成正比。星系越遠(yuǎn)，則它離開我們運(yùn)動(dòng)得越快。來自更遙遠(yuǎn)的光線甚至紅移得更厲害，以致于現(xiàn)在只能作為微波輻射被我們所觀測。由此推測，在時(shí)間上往回追溯，必定在過去某一時(shí)刻宇宙中的物質(zhì)集結(jié)在一起，密度極高。比利時(shí)的勒梅特、設(shè)想宇宙早期處于極端稠密的狀態(tài)，像一個(gè)巨大的發(fā)射性原子核。在1932年，他提出宇宙起源于這個(gè)被稱為原始原子的爆炸的想法。1948年，伽莫夫等人又將宇宙膨脹跟形成聯(lián)系起來。這就是宇宙大爆炸理論的前身。
宇宙大爆炸理論的缺陷和錯(cuò)誤：
1 如果有人說研究宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，不用考慮運(yùn)動(dòng)定律或萬有引力的因素，有科學(xué)常識(shí)的人，是不會(huì)接受這樣的說法，宇宙大爆炸理論，沒有考慮運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力的因素，或者說，這種學(xué)說得不到普適的運(yùn)動(dòng)原理和萬有引力原理的合理解釋。宇宙大爆炸之后，在萬有引力作用下星系物質(zhì)，應(yīng)該減速膨脹。宇宙物質(zhì)卻在加速膨脹，根據(jù)已知的任何力學(xué)知識(shí)，一個(gè)物體要做加速運(yùn)動(dòng)，必須要有一個(gè)力作用于它，沒有任何力的作用而做加速運(yùn)動(dòng)，顯然是不可思議的。這也明顯違背運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律。該理論將種種無法解釋的現(xiàn)象或原因，都?xì)w結(jié)為一種未知因素，而寧愿引入種種假設(shè)，使宇宙理論越來越復(fù)雜，顯然不是明智而可取的科學(xué)態(tài)度，如果僅僅為了某種假說的需要，甚至僅僅為了解釋某種現(xiàn)象，而必須放棄甚至不惜違背已知的普適的物理定律，不僅顯得蒼白無力，更是得不嘗失。
2 宇宙大爆炸理論存在另外一個(gè)明顯的問題。研究宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不用考慮速度和動(dòng)能的因素，一定不會(huì)被科學(xué)所認(rèn)同。根據(jù)宇宙大爆炸理論，宇宙物質(zhì)在過去某一時(shí)刻，集結(jié)在一起，目前的科學(xué)家們普遍認(rèn)為這一時(shí)刻在137億年前，科學(xué)家們普遍認(rèn)為這就是宇宙的年齡。我們現(xiàn)在假設(shè)這個(gè)理論是正確的，看我們會(huì)推導(dǎo)出什么樣的結(jié)論。根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙大爆炸的那一刻，地球物質(zhì)和所有天體物質(zhì)處在同一位置，宇宙大爆炸之后，經(jīng)過漫長的演化過程，宇宙成為目前我們觀測到的現(xiàn)狀。又根據(jù)我們目前的精密觀測儀器，我們可以觀測到離我們130多億光年的天體，同時(shí)我們?cè)诘厍蛳鄬?duì)應(yīng)的一側(cè)也能觀測到一個(gè)130多億光年的天體。也就是說，這兩個(gè)星系在130多億年前，以距離地球現(xiàn)在的位置130多億光年，或者說在130多億年前，這兩個(gè)天體已經(jīng)分離了260億光年的距離。在137億年前宇宙還沒有爆炸，那么這兩個(gè)天體分開260億光年，用了大約7億年的時(shí)間，它們分開的速度至少比光速還快39倍�，F(xiàn)在我們觀測到130億年前那些遙遠(yuǎn)的星系，是在加速膨脹，也就是說在這之前是越來越慢的，這樣使得理論和現(xiàn)實(shí)觀測完全不符。
3 宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，作為宇宙大爆炸理論的重要證據(jù)，讓人無法理解，我們知道，根據(jù)宇宙大爆炸理論，宇宙膨脹之初溫度一定超高，宇宙微波背景輻射一定超強(qiáng)，宇宙越膨脹溫度越低，宇宙微波背景輻射一定會(huì)越弱。銀河系高速移動(dòng)，證實(shí)銀河系沒有在宇宙大爆炸中心位置，那么我們測得的宇宙微波背景輻射各個(gè)方向一定不是相同的，宇宙大爆炸起點(diǎn)方向,宇宙微波背景輻射一定很強(qiáng)，在地球相對(duì)一側(cè)宇宙微波背景輻射一定很弱。我們不知道宇宙膨脹用了多少時(shí)間，可宇宙膨脹之初的強(qiáng)大宇宙微波背景輻射一定還在傳播�？墒俏覀兘裉煊^測的宇宙微波背景輻射，各個(gè)方向幾乎完全是相同的，理論和實(shí)際觀測完全不符。
宇宙起源理論主要理論及數(shù)據(jù)觀測依據(jù)，包括有以下幾點(diǎn)：
1 光速定律，如果光源高速遠(yuǎn)離觀測者，觀測者到光源的這段距離，光的傳播速度會(huì)減慢。光的頻率會(huì)降低。如果光源高速移向觀測者，觀測者到光源的這段距離，光的傳播速度會(huì)加快，光的頻率會(huì)增高。也就是說我們和宇宙微波背景輻射源，沒有137億光年遠(yuǎn)。 2 哈勃先生的觀測結(jié)果。美國天文學(xué)家哈勃先生在天文觀測中發(fā)現(xiàn)大部分星系光譜是紅移的。幾乎所有星系都遠(yuǎn)離我們而去。而且星系紅移的大小是和星系離開我們的距離成正比，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它離開我們運(yùn)動(dòng)的速度越快。他在1929年提出以上結(jié)論。
3 1965年，彭基亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射。 宇宙微波背景輻射是來自、高速遠(yuǎn)離我們的天體輻射，由于輻射時(shí)物質(zhì)高速移動(dòng)，以致于現(xiàn)在只能作為微波輻射被我們所觀測。
4 根據(jù)反萬有引力定律。當(dāng)物質(zhì)的密度小于外圍空間的物質(zhì)密度，物質(zhì)之間就會(huì)相互排斥。當(dāng)物質(zhì)的密度大于外圍空間的物質(zhì)密度，物質(zhì)之間就會(huì)相互吸引，星系之間膨脹，是因?yàn)樾窍档奈镔|(zhì)密度小于宇宙的物質(zhì)密度。
5 原始物質(zhì)的聚變是在向外高速擠壓時(shí)爆炸，釋放的宇宙微波背景輻射。宇宙微波背景輻射源是高速遠(yuǎn)離我們的。當(dāng)原始物質(zhì)在爆炸時(shí)、把物質(zhì)往回推，使得這些物質(zhì)形成星系時(shí)的紅移，遠(yuǎn)比宇宙微波背景輻射紅移的要少。
6 原始物質(zhì)大爆炸是連鎖推進(jìn)的，爆炸的力度都一樣，他所釋放的宇宙微波背景輻射，各個(gè)方向一定是相同的。這和我們今天的檢測結(jié)果完全一致。
宇宙的起源與演化理論：
宇宙空間是無限永恒不的，空間既不會(huì)膨脹也不會(huì)收縮，更不會(huì)彎曲。宇宙物質(zhì)是無限的，在140多億年前，原始物質(zhì)充斥著整個(gè)宇宙空間，物質(zhì)和空間是一個(gè)混沌體，所有空間都被原始物質(zhì)填充。原始物質(zhì)穩(wěn)定且蘊(yùn)含完整的能量。原始物質(zhì)比重很小，無色透明。原始物質(zhì)被壓縮在、宇宙無限的空間內(nèi)，在宇宙壓強(qiáng)的作用下，原始物質(zhì)的密度是均勻的。原始物質(zhì)的萬有引力，始終保持平衡狀態(tài)。原始物質(zhì)經(jīng)歷了無限長的時(shí)間，始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。宇宙空間內(nèi)沒有星系物質(zhì)，沒有塵埃，沒有光。宇宙空間內(nèi)只有原始物質(zhì)。直到140億年前的一天。因特殊原因，使得宇宙空間內(nèi)原始物質(zhì)的某一區(qū)域，形成一個(gè)宇宙空洞�？斩磧�(nèi)原始物質(zhì)減少，空洞內(nèi)萬有引力也隨之消弱，當(dāng)內(nèi)外萬有引力的差值超過宇宙壓強(qiáng)時(shí)，萬有引力鏈條斷裂，原始物質(zhì)開始遠(yuǎn)離宇宙空洞方向擴(kuò)散，這樣宇宙空洞就會(huì)逐漸加大，打破宇宙原有原始物質(zhì)的萬有引力平衡狀態(tài)。在萬有引力作用下原始物質(zhì)向外擠壓，使得宇宙空洞周圍很大區(qū)域的原始物質(zhì)，處于高溫高壓狀態(tài)，當(dāng)原始物質(zhì)的某個(gè)位置，溫度和壓強(qiáng)超過臨界聚變爆炸的溫度和壓強(qiáng)時(shí)，原始物質(zhì)發(fā)生聚變爆炸，聚變產(chǎn)生超高溫高壓，釋放出宇宙微波背景輻射，聚變是在原始物質(zhì)溫度最高，壓強(qiáng)最大位置。聚變使得物質(zhì)急劇膨脹壓強(qiáng)急劇升高，外圍原始物質(zhì)高速向外連鎖聚變。宇宙空洞內(nèi)沒有原始物質(zhì)，也就是說宇宙空洞沒有聚變發(fā)生，更不會(huì)有宇宙微波背景輻射。原始物質(zhì)聚變生成氘，氚，氦等原子物質(zhì)，因氘、氚、氦粒子占用空間很小，聚變后的宇宙空間，宇宙壓強(qiáng)消失，聚變空間內(nèi)的氘，氚，氦粒子占用空間很小，這些物質(zhì)處在自由漂浮狀態(tài)，在萬有引力作用下先后匯聚成恒星和星系，這些恒星和星系經(jīng)過漫長的演化，我們的太陽和地球誕生了。有些原始物質(zhì)沒能發(fā)生聚變，就是今天的暗物質(zhì)。宇宙空洞和原始物質(zhì)聚變，使得星系內(nèi)的物質(zhì)密度降低，在萬有引力作用下。星系物質(zhì)會(huì)慢慢向物質(zhì)多的方向漂移。使得星系物質(zhì)之間慢慢加速膨脹。星系物質(zhì)已經(jīng)擴(kuò)散了140億年。從原始物質(zhì)聚變開始，慢慢形成今天的宇宙。
我們熟悉的物質(zhì)被地球吸引，地球被太陽吸引，太陽被銀河系吸引，我們從以上經(jīng)驗(yàn)分析，在萬有引力作用下、宇宙中所有物質(zhì)都應(yīng)該向一起收縮。然而宇宙星系的運(yùn)動(dòng)卻和我們的經(jīng)驗(yàn)完全相反，星系之間是向外膨脹。宇宙星系物質(zhì)的移動(dòng)是向外的。這一現(xiàn)象、是因?yàn)樾窍祪?nèi)的物質(zhì)少、星系外圍物質(zhì)多促成的。在140多億年前、原始物質(zhì)被均勻地壓縮在、宇宙無限的空間內(nèi)，原始物質(zhì)蘊(yùn)含著完整的能量，由于宇宙空洞的出現(xiàn)，打破宇宙原始物質(zhì)的萬有引力平衡狀態(tài)，使得原始物質(zhì)的能量被逐級(jí)釋放，最終形成今天的宇宙。我們看到，星際之間加速膨脹，不需要牽強(qiáng)的附加假設(shè)條件，不需要暗能量的推力，在萬有引力的作用下，星系物質(zhì)的移動(dòng)不會(huì)停止，只是方向上在我們看來是向外的。宇宙的起源與演化理論，是建立在前人不斷積累的實(shí)踐觀測數(shù)據(jù)，和已知科學(xué)理論上的唯物辯證的宇宙觀。
宇宙的起源演化論 篇1
中微子，關(guān)乎宇宙起源之謎
曹俊
�、偃毡尽绊敿�(jí)神岡”中微子探測器項(xiàng)目已正式啟動(dòng)，計(jì)劃于2027年開始收集數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目由日本主導(dǎo)、英國和加拿大等國參與，目的是闡明物質(zhì)的起源及基本粒子的“大統(tǒng)一理論”，揭開宇宙起源之謎。
�、谥形⒆邮怯钪嬷袛�(shù)量最多的基本粒子之一�；玖Ｗ邮且阎淖钚×Ｗ樱鼈儾荒芟裨幽菢颖环殖筛〉牧Ｗ�，是構(gòu)造宇宙中一切的基本元素。而中微子又是最輕的物質(zhì)粒子，迄今還未能測出它的確切質(zhì)量，但至少比電子還要輕100萬倍。它們無處不在，如太陽發(fā)光、核反應(yīng)堆發(fā)電、巖石的天然放射性衰變等核物理過程中都會(huì)產(chǎn)生，就連我們每個(gè)人也會(huì)因體內(nèi)的鉀-40衰變而每天發(fā)射約4億個(gè)中微子。
�、壑形⒆拥淖畲筇攸c(diǎn)就是幾乎不與任何物質(zhì)反應(yīng)。不管是人體還是地球，在它看來，都是極為空曠、可以自由穿梭的空間。我們感覺不到它的存在，科學(xué)上探測也極為困難。因此，中微子的發(fā)現(xiàn)和研究過程，飽含著幾代科研人員的心血。
�、�1930年，奧地利科學(xué)家泡利為了解釋原子核衰變中能量似乎不守恒的現(xiàn)象，預(yù)言了中微子的存在，認(rèn)為就是這種“永遠(yuǎn)找不到的粒子”偷偷帶走了能量。經(jīng)過20多年的尋找，美國科學(xué)家科萬和萊因斯終于在核反應(yīng)堆旁探測到中微子，證明了它的存在。萊因斯因此獲得了1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
�、�1968年，美國科學(xué)家戴維斯在地下1500米深的廢棄金礦中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，首次探測到了來自太陽的中微子，證實(shí)太陽無窮無盡的能量來自氫核聚變。1987年，日本科學(xué)家小柴昌俊在第一代神岡實(shí)驗(yàn)中，探測到了來自超新星的中微子。他們二人因此都獲得了2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，戴維斯進(jìn)一步提高測量精度，卻發(fā)現(xiàn)太陽中微子的數(shù)量比理論預(yù)言的要少得多，被稱為“太陽中微子失蹤之謎”。此后，小柴昌俊的學(xué)生梶田隆章發(fā)現(xiàn)，宇宙射線在大氣層中產(chǎn)生的中微子也比預(yù)期少，稱為“大氣中微子丟失之謎”。
⑥中微子為什么比預(yù)計(jì)的.少？1998年，梶田隆章在升級(jí)后的第二代神岡實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大氣中微子比預(yù)期少，是因?yàn)樵陲w行過程中自發(fā)變成了其他種類的中微子，這一現(xiàn)象就是中微子振蕩。他也因此獲得了2015年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
�、咧形⒆诱袷幀F(xiàn)象證明了中微子有質(zhì)量，盡管質(zhì)量極其小，但會(huì)影響宇宙的起源和演化。根據(jù)已知的物理規(guī)律，在宇宙早期，正反物質(zhì)應(yīng)該成對(duì)產(chǎn)生，數(shù)量是一樣的。但在現(xiàn)在的宇宙中，并沒有發(fā)現(xiàn)大量反物質(zhì)存在的跡象。為什么宇宙只由正物質(zhì)構(gòu)成？反物質(zhì)到哪里去了？這是宇宙起源必須回答的關(guān)鍵問題。中微子振蕩會(huì)帶來一個(gè)意外的結(jié)果，即正反粒子的行為可以不一樣，很有可能造成反物質(zhì)消失。因此，全面了解中微子振蕩，是破解“反物質(zhì)消失之謎”的重要一環(huán)。
�、嘤捎谥形⒆与y以探測，解決這些謎團(tuán)需要巨大的探測器，獲取更精確的數(shù)據(jù)。日本前兩代神岡實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持自己的優(yōu)勢方向，掌握核心技術(shù)，持之以恒地探索，取得了巨大突破。此次啟動(dòng)的第三代實(shí)驗(yàn)“頂級(jí)神岡”將建造一個(gè)26萬噸的水探測器，造價(jià)約8億美元。此前，中國的江門中微子實(shí)驗(yàn)和美國的深層地下中微子實(shí)驗(yàn)也已開始建設(shè)。三個(gè)實(shí)驗(yàn)間既競爭又互補(bǔ)，聯(lián)合分析能顯著提高發(fā)現(xiàn)能力。新一代的中微子實(shí)驗(yàn)，也許有一天可以揭開宇宙起源的謎題。
12．下列對(duì)本文的理解和分析，正確的一項(xiàng)是（ ）（3分）
A．基本粒子中微子最大的特點(diǎn)是不與任何物質(zhì)反應(yīng)，科學(xué)上探測也極其困難。
B．科學(xué)家科萬和萊因斯探測到中微子，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了原子核衰變中能量不守恒的現(xiàn)象。
C．“太陽中微子數(shù)量比理論預(yù)言少得多”的發(fā)現(xiàn)，被稱為“大氣中微子丟失之謎”。
D．文中幾位科學(xué)家獲諾貝爾獎(jiǎng)的事例，體現(xiàn)了大膽預(yù)言、小心求證的科學(xué)探索精神。
13．簡析第②段中畫線句的作用？（2分）
14．請(qǐng)解釋“中微子振蕩現(xiàn)象”，并說明其可能產(chǎn)生的結(jié)果。（4分）
答案：
12．D
13．劃線句采用作比較的說明方法，將中微子質(zhì)量和電子質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，突出說明了中微子是最輕的粒子的特點(diǎn)。
14．中微子震蕩現(xiàn)象是指大氣微子在飛行過程中自發(fā)變成其他種類中微子的現(xiàn)象。其可能產(chǎn)生的結(jié)果有：證明了中微子有質(zhì)量，會(huì)影響宇宙的起源與演化；中微子震蕩可能會(huì)造成反物質(zhì)消失；也許有一天會(huì)揭開宇宙起源之謎。
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