书城教材教辅新课改·高一地理备课素材(上)
16781200000001

第1章 人类认识的宇宙

一、宇宙多大了?

如果星系目前正在彼此远离,那它们过去必定靠得很近,也就是说,较早时代的宇宙,物质密度会更高。继续这一推理就意味着过去必定存在一个有限的时刻,那时宇宙中的物质被压缩为极其高密的状态。

按照哈勃定律将星系的距离除以各自的速度,就可估计出那一时刻距今约100至200亿年。这段时间对所有星系来说是共同的,那一时刻通常被称为“大爆炸”,也就是我们宇宙的开端。如果这一推论不错,那么宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙龄”所界定的上限。

借助卢瑟福所开创的利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测量了地球上最古老的岩石——“阿波罗号”宇航员从月球上带回的岩石以及从行星际空间掉到地球上的陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。恒星的年龄可以从它们的发射功率和拥有的燃料储备来估计。

根据热核反应提供恒星能源的理论,人们估计出银河系中最老恒星的年龄为100至150亿年。用这两种完全不同的方法得到的天体年龄竟与“宇宙龄”协调一致,这对大爆炸宇宙模型当然是十分有力的支持。

二、有始无终的宇宙

宇宙有始而无终,这是英国著名物理学家斯蒂芬·霍金对宇宙的起源和归宿问题提出的最新解释。

目前普遍认可的宇宙诞生学说是所谓的“大爆炸”理论,它认为宇宙发端于距今约120亿年之前的大爆炸,大爆炸形成了时间、空间和物质。但大爆炸之前宇宙的图景如何,天文学家们至今莫衷一是。

据英国《星期日泰晤士报》报道,霍金与其合作者、英国剑桥大学数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为,宇宙最初的模样像一个豌豆大小的物体,悬浮于一片没有时间的真空,“豌豆”状的宇宙存在的时间与“大爆炸”相隔一个极短瞬间。

该理论认为,“豌豆”状的宇宙在“大爆炸”前的瞬间内经历了被称为“暴胀”的极其快速的膨胀过程。另外,霍金和图罗克还根据“开放暴胀”理论推断,宇宙最终将无限地膨胀下去,而不是像一些天文学家所认为的,膨胀到一定程度后会在引力作用下收缩。

霍金和图罗克的新理论在科学界引起了不同的反应。俄罗斯物理学家林德对霍金等的理论提出了批评。林德称,宇宙自始至终存在,试图发现一个起点和所谓的终点是没有意义的。

而英国的一些著名天文学家则出言谨慎。他们指出,霍金的新理论完全是按照物理学定律纯理论推算的结果,它是否揭示了宇宙的本质还有待于实际观测的考验。