科普 |《极简宇宙史》：霍金亲传弟子带你穿越50亿年，一本书读懂宇宙学的一切

宇宙科普知识 宇宙科普知识

看《时间简史》去吧

宇宙科普知识宇宙科普知识

围绕一个问题弄得哦，够不？ 宇宙知识——宇宙在膨胀吗？ 夏日夜空，繁星闪烁，不禁使人陷入对宇宙的遐想之中。20世纪10～20年代，天文学家发现远星系光谱线的频率随着它离我们距离的远近而有规律地变比，即谱线红移。1929年哈勃总结出谱线红移的规律是：对遥远星系，红移量与星系离我们的距离成正比，比例系数H叫哈勃常数，这红移叫宇宙学红移。此后，在红外及整个电磁波波段都观测到了这个规律。它被解释为是由星系系统地向远离我们的方向运动时的多普勒效应产主的。这就像火车远离我们行驶时汽笛的声调（即频率）比静止不动时的声调更低一样，由此得出星系都在做远离我们的运动，离我们越远运动速度越快的结论。这就好像是掺有葡萄干的面包在烤箱中膨胀起来一样。这个模型叫宇宙膨胀模型或大爆炸模型。近年来在宇宙膨胀的基础上又提出了爆胀宇宙等多种改进模型。 从宇宙膨胀的观点出发，利用哈勃公式反推到过去宇宙中所有天体应该聚集于一点，由于某种原因在它内部产生了"大爆炸"。诞生了现在的宇宙，从而得出了时间是有开端，空间是有限的结论。宇宙从大爆炸到现在究竟经过了多少时间，即宇宙的年龄是多少，这取决于哈勃常数H的大小。最初哈勃常数仅500（公里／秒／百万秒差距），这样算出的宇宙年龄比地球的45亿年的年龄小很多。以后改为50～100之间。若取100，宇宙的年龄只有100亿年，而银河系的球状星团的年龄是150亿年，矛盾很大。若取50，宇宙年龄为200亿年，矛盾不那么明显，因此被大爆炸宇宙论者所赞同，但在观测上，这个数值有些勉强。究竟是多少，一直没有定论。近年来用哈勃太空望远镜观测的结果倾向于取80。这样算出的年龄为120亿年，矛盾还很明显。宇宙将来是一直膨胀下去还是又收缩回来，这要取决于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前还不能确定，因为观测的距离越远，平均密度越小，下限有没有还不能确定。1965年发现了宇宙空间的2.7K微波背景辐射，被大爆炸论者解释为大爆炸时期的光经过上百亿年后的遗迹，是大爆炸宇宙的一大证据，但这种解释并不是唯一的，因为宇宙空间中充满介质，2.7K微波背景辐射具有黑体辐射的性质，可以解释为宇宙空间中介质发出的温度是2.7K的热辐射。 仔细分析起来，问题可能出在将光谱线的红移都解释为星系运动的多普勒效应上。过去，人们曾用多普勒效应解释了银河系内恒星的光谱线移动，从而成功地确定了星系内存在自转现象。但现在天文观测中却发现一些红移现象，若用运动的多普勒效应解释就存在许多困难，这促使人们考虑到必然还有其他机制能产生红移，这里列举几种观测结果。 ①多普勒效应对同一个天体，其红移量与光谱线的频率无关，因此观测每个星系中不同谱线的红移量，比较它们是否一致，就是鉴别红移是否由多普勒效应产生的一种依据。如果一致，就表示有可能是由多普勒效应产生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效应产生的。1949年威尔逊对星系NGC4151的观测结果表明，虽然不同频率的红移量差别不大，但也超出了观测的误差范围，频率越高，红移量越小。这样至少可以认为宇宙红移不完全是由多普勒效应产生的。 ②从太阳中心到边缘各点发出的同一种谱线，在扣除了各种已知的运动效应后，越靠近边缘的地方红移量越大，在太阳半径90％左右的地方，红移量急剧增加。这意味着太阳上还有某种未知的因素在产生红移。 ③先驱6号宇宙飞船发射的遥测信号中心频率为2292兆赫，当飞船绕到太阳背面经过太阳边缘时观测到异常红移现象。 ④类星体红移量一般都很大，如果把这都归结为多普勒效应，算出的距离一般在100百万秒差距以上。由此推算出它发出的总光能力为银河系的100倍；射电能为银河系的10万倍。 而由光变周期算出它的直径只有一光年左右，这意味着类星体的辐射密度非常高，但目前一直找不到产生这样高辐射密度的物理机制。有些天文学家认为，类星体的红移中至少有一部分不是由多普勒效应产生的，因而类星体离我们的距离较现在推算的要近得多。 ⑤星系、类星体相互之间都有成协的现象，即这些天体两两或更多相距较近并有物理联系。观测表明，有些成协天体间红移值相差较大，有些类星体光谱中的吸收线与发射线互不相同，而且不同的吸收线有各不相同的红移值，称为多重红移。 既然这些红移不能用多普勒效应解释，那么它产生的原因究竟是什么呢。光在发射时固然有许多因素影响它的频率，但宇宙中这么多天体都如此有规律地只随着远离我们的距离而变化，就难以理解了。光在它漫长的传播路径上经历了几亿至上百亿年的岁月，这期间必然比它在发射的一瞬间有更多的因素影响着它的频率。现在人们了解到，在星系际空间中存在着星系际介质，它的密度在10E-29克／立方厘米以下。成分与银河系的大致相同。除了有能对星光产生可见效应的星系际气体、尘埃和固态物质、低光度星体外，还有大量的基本粒子。 据估计，星系间基本粒子的质量占了整个宇宙总质量的绝大部分，它们是看不见的。 光与介质的相互作用是复杂的，介质不仅能吸收光，还能再发射光；再发射的光，其频率不仅仅只是原有的频率，还有其他的频率，只是在原有频率及其附近强度最大。其实，人们早已熟知光子在传播过程中由于与介质的相互作用会逐渐转变成低频的光子。但过去人们认为这只会使谱线衰减而不会产生红移。 由惠更斯原理知道，波前上所有粒子产生的子波叠加后能形成具有新频率的平面波。新产生的频率叠加在原有频率上的结果，不像通常认为的那样谱线会被平滑而消失，而是谱线被整体地移动，在远距离传播中，光的频谱的变化就好像在谱卒域中传播的波一样。这里频率域相当于弦，光谱的强度相当弦的振幅，一条谱线对应于弦上的一个波峰，弦上波峰的传播对应于谱线在频率域中传播。这种新型的波叫频域波。如果新产生的频率电较原来频率低的能量大于较原来频率高的能量，频域波向低频端传播，形成谱线红移；反之，频域波向高频端传播，形成谱线紫移。由实际经验知道，通常总是低频成分多于高频成分，所以实际上常观测到红移。 星系际空间是充满介质的，星光必须通过介质才能到达地球，所以光谱线必定会红移，而且距离越远红移量越大，这与哈勃公式是一致的。对宇宙红移来说，应先扣除介质产生的红移效应，剩余部分才可能解释成多普勒效应，这是处理观测数据所必需的步骤。但以前在得出膨胀宇宙模型时，并没有做这件工作，扣除后的结果无非是3种情况：①全部扣完，宇宙是稳定的。②还有剩余，宇宙是膨胀的。不过，这时膨胀速度要比现在认为的速度慢得多，宇宙的年龄也比现在算出的大许多。③是负值，宇宙正在收缩。由于我们目前对宇宙空间的情况了解甚少，虽然对地球上的介质与波的相互作用知道一些，但毕竟对在星系际空间中实际发生的情况知道甚微，也许还有些重要的相互作用没有认识到，介质产生红移扣除的结果很难认为是已经完成。也许我们应当反过来，即从宇宙红移来反推星系际介质的情况，这是因为，我们所看到的宇宙是有层次的，有行星、恒星、星团、星系，星系团，总星系等，它们的平均密度呈指数下降，这些都说明宇宙是不均匀的。地球绕太阳转动，太阳绕银河系中心转动，银河系绕本星系团的中心转动，星系团又绕以宇宙背景辐射所表征的经过平均后的星系际空间的介质运动，宇宙也不是各向同性的。这是我们所能看见的最远的宇宙的情况。 大家知道。对于一个引力系统来说，只有具有一定的角动量（旋转）才可能维持比较稳定的结构。因此，我们观察到的宇宙是比较稳定的，可以认为宇宙红移主要是光通过星系际介质时的频域波。正如上面谈到的，宇宙是膨胀的，稳定的还是收缩的，要扣除星系际介质的效应后才能确定。而扣除介质的效应需要对星系际介质有较详细的了解，这在目前还难以做到。也许应该从我们所观测到的宇宙是较稳定的旋转系统出发，用红移资料来反推介质的情况。人类就是这样在不断探索中来认识宇宙的。

关于宇宙的科普小笑话

加拿大航天部门开始首次将宇航员送上太空，但他们很快得到报告，宇航员在失重状态下用圆珠笔根本写不出字来。于是，他们用了10年时间，花了120亿美元，科学家们终于发明了一种圆珠笔。这种笔适用于失重状态、身体倒立、水中、任何平面物体、摄氏零下300度。 而俄罗斯人在太空一直用铅笔。

关于宇宙，太空的科普

重力就是万有引力。万有引力的适用范围远远地超过了地球本身，它适用于宇宙中的任何天体，包括太阳、月球、星星和地球。 在远离地球的太空中，重力会大大减弱，在足够远的距离上，地球的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体，众多天体的引力会形成一个引力场。因此，太空不会是失重环境。当然，就局部地区说，如在地月系统中，只考虑地球与月球的引力，在地球与月球之间的某些点上，地球与月球的引力相互抵消，重力为零。在日地之间也有引力平衡点。绕地球飞行的载人飞船，离地面一般只有几百千米，那里的太空当然不会是零重力环境，即使在36000千米高空绕地球飞行的航天器，其周围太空也不会是零重力，而只能是轻重力，即重力比地球表面上小（几乎可以忽略不计）。 （资料摘自网络）

关于宇宙的科普节目

中央电视台科教频道---《科学特别节目---斗转星移》，石琼璘主持。

宇宙探索科普，哪些你不知道的，宇宙知识

1 地球的重量不是一成不变的。 虽然科学家在地球确切的重量上还达不成一致，但是他们都同意地球因为有陨石、大气灰尘和彗星星尘每一天都在变重。据说每一年地球的重量都会增加10000-1000****吨。 2 冥王星上的冰比钢铁还要坚硬。 冥王星因为距离太阳最远，所以也是太阳系里最冷的天体。最低温度可降到华氏-390度。毋庸置疑，冥王星的表面全是冰，但是它跟地球上的冰还是有一点点区别的,那就是冥王星上的冰比钢铁还要坚硬。 3 金星一天比一年长。 众所周知，地球绕地轴一周是一天的时间，绕太阳一周是一年的时间。每一个行星这样运转所需要的时间是不同的。一个诡异的事实是金星需要243个地球日才能绕自己的轴运动一周，但是围绕太阳却只需要225个地球日。金星在新的一天来临之前，一年已经过去了。 4 在太空里暴露肌肤会出现什么情况? 　 　人的肉体直接暴露在太空中会发生什么状况是个谜。官方的的理论是当你在太空里待上90秒以后，许多东西会伤到你的肉身。首先，太空中的气体会像刺一样膨 胀，形成的气泡可以立刻让人毙命。身体里的水会汽化，嘴巴和眼睛里的水分会沸腾，肌肉里的水分则会蒸发导致膨胀。失明、冻掉鼻子、皮肤会烧伤 5 在太空呆着会长高。 当一个人在太空中的时候他会长个儿。在地球上的时候，脊椎会因为重力而被压缩。但是当一个人在真空的太空中时，脊椎会尽最大可能变长。每一个宇航员在太空中大约会长2英寸。 6 在太空心脏会变小。 　 　除了脊椎以外，人的心脏也会改变一些才能适应太空的环境。根据太空生物学家的说法，心脏会变小，抽送的血液也会变少。当一个宇航员处于一个重力比较小的 环境时，血液会从较低的部分流向心脏和大脑，这会让心脏暂时变大。这会导致血容量变大，多余的液体会以尿液的形式排出体外。但是这时心脏也会变小，抽送的 血液也会变少。 7 寂静的太空是没有声音的。 太空的寂静无止境，就像太空没有边界一样。在地球上声音以波的形式通过空气振动而传播。但是在真空的太空里，没有粒子来感知声音，所以在那声音就像不存在一样。即使太空飞船爆炸，那也会寂静无声。 8 照耀到我们的太阳光是在恐龙世纪形成的。 光是速度最快的，但它好像没有我们想象的那么快。今天照耀我们的太阳光已经有30000年的高龄了。那是从太阳的核心穿行到太阳表面所需要的时间。光线到了太阳表面以后，只需要8分钟的时间可以到达地球 也就是说我们现在的光线是在恐龙世纪形成的。 9 太空里的金属极易熔化。 地球的大气层给已经用氧化物给金属罩上了一层外衣，但是在氧气稀薄的地方，金属很难被氧化。在空气稀薄的条件下，如果两块金属被挤压在一起，它们会很好地被焊接在一起。这就是NASA为什么要给飞船的表面焊上金属外壳的原因。 10 将来月亮会溜走。 在行星和它的卫星之间会有一种物理的过程叫做潮汐加速度。比如说地球在一个世纪里自转的时间会慢0.002秒，但是月亮会加速运转。每年会远离地球大概3.8厘米。

推荐几本好看的科普书籍，类似时间简史和果壳中的宇宙

银河帝国 基地

宇宙有多大,宇宙哲学,宇宙科学,宇宙是什么

1、宇宙不能用“大小”来衡量。或形容。 2、哲学认为：宇宙是：“客观于主观的一种‘反映’”、“物质与意识的一种‘互动’的结果”。。。等等。 3、物理科学认为：宇宙是一种能量的存在，这种能量“不生不灭”、“永远守恒”。。。等等。（注意：哲学也是科学的一种。） 4、宇宙以“能量”的形式存在。（物理学的形容）；宇宙以“意识”的形态存在。（哲学的观点之一） 5、人的自我意识，是宇宙意识的一部分。宇宙意识，就是那个你可以用很多不同的词汇来表示，所以在这里我不知道用哪个来表示的“东西”。 6、宇宙，就是宇宙。

霍金宇宙学说

霍金的意思为宇宙是有一个界限的，不论膨胀的有多快。但是你找不到他的边。而书本上的的定义就是宇宙无限大，既然无限大，那什么边界也就没意义了

谁来推荐几个宇宙科普视频？

那些都是一些糊弄人的理论，还是不要去找了，建议你去看一下现在的实验物理的一些成就。 你去找一下华裔科学家丁肇中的一些讲课视频，我觉得他说的很客观，他的一些成就已经也很切合实际，别的话，世界还没有什么突破性的进展，基本还保持着你所了解的低端水平，很多现在的理论都只是猜测，也没有实际的使用价值，要说有的话都是在纳米以及无线电领域，这些也比较热门，你还是早这些视频比较好。 这个学期我学了物理学与人类文明，老师也在课堂上放了很多这样的视频，也讲了许多，说实话，没多大意思。