简述人类探索宇宙的历程。
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人类探索宇宙的历程
在古代，人们每天看到太阳、月亮和星星在西方升起和落下，就好像看到一个巨大的圆顶形“天空”在围绕着地球旋转。公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德提出了地球是球形的证据。他说地球其实是一个球体，一部分是陆地，一部分是海洋，外面被空气包围。还论证了朋友吃饭时的阴影是地球的投影，是一个弧，所以可以看出地球是一个球体或者近似球体。公元前270年，古希腊天文学家阿里斯塔克(Aristak)曾经测量了太阳和月亮之间距离的大概比例，提出了地球围绕太阳转的理论。但这种古老简单的“日心说”在当时是不被人相信的。在欧洲，基督教认为宇宙万物都是上帝创造的。据《圣经》记载，上帝用了六天时间“创造了世界”。1天，神来到了一个空旷黑暗的空间。他把它分为天和地，创造了光，把光明和黑暗分开，于是有了白天和黑夜。第二天，光被创造出来，光明和黑暗被分开，有了白天和黑夜。第二天，空气被创造出来，把天空和大地分开。第三天，他把地上的水收集起来，把陆地和海洋分开，这样陆地上就可以长出草、蔬菜和果树。第四天，他创造了太阳、月亮和星星来照耀大地。第五天，他创造了鸟和鱼，让世界更生动。第六天，上帝创造了昆虫、野兽和牲畜，但仍是美中不足。他还按照自己的形象创造了人来管理世界上的一切。他对自己的杰作非常满意。第七天，他休息了，把第七天定为圣日，也就是人们所说的礼拜(星期日)。公元2世纪，希腊天文学家说，地球是宇宙的中心，太阳、月亮和行星都绕着地球转。这种“地球中心论”满足了“上帝创世论”的需要，为其提供了“科学依据”。圣经成为当时检验真理的标准。任何宣传与圣经不同观点的人都是异端，是对“神”的亵渎，会受到宗教裁判所的严惩。因此，在漫长的历史时期，科学真理的传播被禁锢了。16世纪，波兰天文学家哥白尼在其著作《天体运行论》中首次提出地球不是宇宙的中心。像其他行星一样，地球绕着太阳转，地球也在不停地旋转。哥白尼写完这本书后，犹豫了36年才出版。这本书一出版，就遭到了罗马天主教会的激烈反对。他们宣称太阳中心是“异端邪说”，焚烧哥白尼的书籍，残酷迫害传播哥白尼学说的人。意大利思想家布鲁诺宣传和发展了哥白尼的思想。他说地球不是宇宙的中心，它只是一块绕着太阳运行的石头。太空浩瀚，宇宙无限，星辰是遥远的太阳。教会以反对《圣经》的罪名将布鲁诺送入监狱。布鲁诺坚强不屈，但最后还是被送到火场活活烧死。真理之声被源发烧了。布鲁诺去世9年后，德国天文学家开普勒出版了《新天文学》一书，首次指出行星的轨道是椭圆的，太阳的位置在椭圆的一个焦点上。意大利科学家伽利略站在威尼斯圣玛尔谷教堂的塔上，第一次用望远镜观察到浩瀚的天空。他发现了哥白尼假设的天文事实，四颗卫星一直围绕木星旋转。伽利略因此受到迫害。真理是杀不死的，哥白尼的理论已经被越来越多的科学家证实。地球一直在转。后来德国科学家开普勒发现了行星运动规律，英国科学家牛顿进一步证明了行星在“引力”的作用下绕太阳运行，从而进一步揭示了宇宙的秘密。现在，人们可以利用巨大的天文望远镜和先进的射电望远镜观测宇宙中遥远的天体。你还可以利用卫星、宇宙飞船和航天飞机将仪器和人送入太空或其他星球，探索更多的宇宙秘密。通过多年的探索，人们现在知道太阳不是宇宙中唯一的恒星。星星在天空中闪闪发光，都可以像太阳一样发光。它们离地球很远，最近的有4.22光年。(光年是测量天体间距离的单位，光的传播速度约为每秒30万公里。)有些星星太远了，肉眼分辨不出来。如果你通过天文望远镜观察，可以发现横跨天空的银河原本是由许多恒星组成的。这个庞大的恒星群约有6543.8+000亿到2000亿颗恒星，形成直径约6543.8+000亿光年的铁饼形状。人们称这个巨大的恒星群为银河系。我们的太阳系是银河系的一员，距离银河系中心大约30000光年，和很多恒星一起围绕银河系中心运动。银河系不是宇宙中唯一的恒星群。在银河系之外，还有很多像银河系一样的巨大的恒星群，比如仙女座星系和大犬座星系。我们把银河系外的恒星群称为河外星系。目前人类已经发现了大约6543.8+0亿个河外星系，这些河外星系也在运动。银河系和我们现在能观测到的所有河外星系，称为全星系。现在射电望远镜可以观测到1500亿光年外的空间情况，但是宇宙边缘还没有发现。
153浏览74722017-11-25
人类探索宇宙的历程是怎样的？
我们现在观测的宇宙边界大约是654.38+000亿光年。它由许多星系组成。地球是太阳系中一颗有生命的普通行星，太阳是银河系中一颗普通的恒星。我们观测到的恒星、行星、彗星、星系是如何形成的？根据宇宙理论，我们观测到的宇宙在孕育初期集中在一个体积小、温度极高、密度极大的奇点。大约141亿年前，奇点产生后发生了大爆炸，我们宇宙的诞生史开始了。大爆炸后0.01秒，宇宙温度约为1000亿度。物质的主要形式是电子、光子和中微子。之后物质迅速扩散，温度迅速下降。大爆炸后1秒，降到10亿度。大爆炸后14秒，温度约30亿度。35秒后，在3亿度的高温下，化学元素开始形成。温度不断下降，原子不断形成。宇宙充满了气体云。在引力的作用下，它们形成了一个恒星系，恒星系经过漫长的演化，成为了今天的宇宙。物质现象的总和。广义上是指物质世界的无限变化和永恒发展，狭义上是指某个时代观测到的最大天体系统。后者通常被称为哈勃体积，我们的宇宙，现在相当于天文学上的“主星系”。2003年2月，美国国家航空航天局向世界公布了他们关于宇宙年龄的研究成果。根据公布的数据，宇宙的年龄应该是654.38+037亿岁。2003年6月，国际天体物理研究组宣布宇宙的确切年龄应为654.38+04.5亿岁。地球的形成大约是在45亿年前。词源考察宇宙一词最早出现在中国古籍中是由庄子的齐物论。“于”的意思包括各个方向，比如东西南北的所有地方。“周”包括过去、现在、白天和黑夜，即所有不同的具体时间。战国末期，士教曰:“四方上下，过去即现在。”“于”是指空间，“周”是指时间，“宇宙”是时间和空间的统一。后来“宇宙”一词被用来指代整个客观现实世界。相当于宇宙的概念有“天地”、“乾坤”、“六合”，但这些概念只是指宇宙的空间方面。《管子》中的“周和”是指时间，“和”是指空间，是最接近“宇宙”的概念。在西方，宇宙这个词英文叫cosmos，俄文叫кocMoc，德文叫kosmos，法文叫cosmos。都源于希腊语κoσμoζ。古希腊人认为宇宙的创造是为了从混沌中产生秩序，κoσμoζ的本意是秩序。但在英语中，更常用来表示“宇宙”的单词是universe。这个词和universitas有关。在中世纪，人们把一群朝着同一个方向和同一个目标一起行动的人叫做universitas。从最广泛的意义上来说，universitas也是指由一切现成事物构成的统一整体，即宇宙。宇宙和宇宙往往表达相同的意思，但区别在于前者强调物质现象的总和，后者强调整个宇宙的结构或构造。宇宙概念的发展宇宙结构概念的发展在古代，人们对宇宙结构的认识处于非常幼稚的状态，通常会根据生活环境对宇宙结构做出幼稚的推测。中国西周时期，生活在中国大地上的人们提出了早期的遮天理论，认为天像一个锅，倒放在平地上；后来发展到后来的遮天论，认为地球的形状也是拱形的。公元前7世纪，巴比伦人认为天空和地球是拱形的，地球周围是海洋，山在中心。古埃及人把宇宙想象成一个大盒子，天空是盖子，地球是底部，尼罗河是地球的中心。古印度人想象圆盘状的地球丢在几头大象身上，而大象站在巨大的乌龟背上。公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为地球是一个漂浮在水面上的巨大圆盘，上面覆盖着拱形的天空。是古希腊人首先意识到地球是球形的。公元前6世纪，毕达哥拉斯从美学角度出发，认为最美的立体图形是球形的，主张天体和我们居住的地球都是球形的。这个观念后来被很多古希腊学者继承，但直到1519 ~ 1522年葡萄牙的F·麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行，地球是球形的这个观念才最终得到确认。公元2世纪，托勒密提出了完整的地心说。这种理论认为，地球在宇宙中心是静止不动的，月球、太阳、行星和最外层的恒星都在以不同的速度围绕地球旋转。为了解释行星视运动的不均匀性，他还认为行星在这一轮绕其中心旋转，而这一轮的中心则沿着均匀的轮子绕地球旋转。地心说在欧洲流传了1000多年。1543年，n .哥白尼提出了科学的日心说，认为太阳位于宇宙的中心，地球是一颗普通的行星，以圆形轨道围绕太阳运行。1609年，开普勒(J. Kepler)揭示了地球和行星以椭圆轨道围绕太阳旋转，发展了哥白尼的日心说。同年，伽利略·伽利莱率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，我牛顿提出万有引力定律，深刻揭示了行星围绕太阳运动的力学原因，给了日心说坚实的力学基础。之后，人们逐渐建立了太阳系的科学概念。在哥白尼的宇宙形象中，恒星只是最外层星空中的光点。1584年，乔尔达诺·布鲁诺大胆地取消了这层恒星天空，认为恒星是遥远的太阳。18世纪上半叶，由于E哈雷对恒星的自我发展和J布拉德利对恒星遥远距离的科学估计，布鲁诺的推测被越来越多的人认可。18世纪中期，T. Wright、I. Kant和J. H. Lambert推测全天覆盖的恒星和星系构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔首先用抽样统计的方法，用望远镜统计了天空中大量选定区域的恒星数量以及亮星与暗星的比例。1785年，他首次获得了一张轮廓不均匀、以太阳为中心的银河系平而平的结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在接下来的一个半世纪里，在H. shapley发现太阳不在银河系中心，J. H. Oort发现银河系的自转和旋臂，很多人测量了银河系的直径和厚度之后，银河系的科学概念才最终确立。18世纪中期，康德等人还提出，在整个宇宙中，有无数个像我们这样的天体系统(指银河系)。当时看起来像云的“星云”很可能就是这样一个天体系统。此后经历了170年的曲折探索过程。直到1924年，E.P .哈勃用造父视差法测量仙女座大星云的距离，才证实了河外星系的存在。半个世纪以来，通过对河外星系的研究，人们不仅发现了星系团、超星系团等更高级别的天体系统，还将我们的视野拓展到了远至200亿光年的宇宙深处。宇宙演化的概念是在中国发展起来的。早在西汉时期，《淮南子·镇训》就指出:“有始有终，有始有终，有夫有始。”它认为世界有它的开放时间，有它的预开放时期，有它的预开放时期。《淮南子·田字荀》还具体地勾勒了世界从无形的物质状态到混沌状态再到天地万物的生成和演变的过程。在古希腊，也有类似的观点。例如，留基伯提出，由于原子在真空中的旋转运动，轻物质逃逸到外层空间，而其余的物质构成了球形天体，从而形成了我们的世界。太阳系的概念确立后，人们开始从科学的角度探索太阳系的起源。1644年，R·笛卡尔提出了太阳系起源的涡旋理论；1745年，G.L.L .布丰提出了一个太阳系起源的理论，这个理论是由大彗星和太阳的碰撞引起的。1755和1796年，康德和拉普拉斯分别提出了太阳系起源的星云学说。探索太阳系起源的现代新星云理论是在康德-拉普拉斯星云理论的基础上发展起来的。1911年，E. hertzsprung建立了该星系团的第一张彩色星等图；1913年，伯特兰·恒慕义·罗素画出了恒星的光谱-光度图，也就是赫罗图。在获得这张星图后，罗素提出了恒星从红巨星开始，先收缩到主序，再沿着主序下滑，最后变成红矮星的恒星演化理论。1924年，亚瑟·斯坦利·爱丁顿提出了恒星的质量-光度关系；从1937到1939，C.F .魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能量来源于氢聚变为氦的核反应。这两个发现导致了对罗素理论的否定，诞生了恒星演化的科学理论。星系起源的研究起步较晚。目前普遍认为，它是在我们宇宙形成的后期，由原始星系演化而来。1917年，a .阿尔伯特·爱因斯坦利用他新创立的广义相对论，建立了宇宙的“静态、有限、无界”模型，奠定了现代宇宙学的基础。1922年，G.D .弗里德曼发现，根据阿尔伯特·爱因斯坦的场方程，宇宙不一定是静止的，它可以是膨胀的，也可以是振荡的。前者对应开放的宇宙，后者对应封闭的宇宙。1927年，克·勒迈特也提出了一个膨胀的宇宙模型。1929年，哈勃发现星系的红移与其距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对宇宙膨胀模型的有力支持。20世纪中期，G·加莫夫等人提出了热大爆炸的宇宙学模型，他们还预言，根据这个模型，我们应该能够观测到太空中的低温背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。此后，很多人把大爆炸宇宙模型作为标准宇宙模型。1980年，美国的Gus在大爆炸宇宙模型的基础上进一步提出了暴涨宇宙模型。这个模型可以解释目前已知的大部分重要观测事实。当代天文学的研究成果表明，宇宙是一个具有层次结构、物质形态多样、不断运动发展的天体系统。等级行星是最基本的天体系统。太阳系有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。除了水星和金星，所有其他行星都有卫星围绕它们运行。地球有一颗卫星，月球，土星卫星最多，已确认17颗。行星、小行星、彗星和流星体都围绕着中心天体太阳旋转，形成了太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%，直径约654.38+0.4万公里，最大行星木星直径约654.38+0.4万公里。太阳系的大小约为6543.8+02亿公里。有证据表明在我们的太阳系之外还有其他行星系统。2500亿颗类太阳恒星和星际物质构成了一个更大的天体系统——银河系。银河系中的大部分恒星和星际物质都集中在一个扁圆形的空间里，从侧面看像个铁饼，但是从正面看呢？它呈旋涡状。银河系直径约654.38+百万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距离银河系中心约3万光年。银河系之外还有很多类似的天体系统，称为河外星系，也就是我们常说的星系。据观察，大约有10亿。星系也聚集成大大小小的群体，称为星系团。平均每个星团有100多个星系，直径数千万光年。已经发现了成千上万个星系团。由包括银河系在内的约40个星系组成的小星系团称为本星系团。多个星系团聚集在一起，形成一个更大更高级别的天体系统，称为超星系团。超星系团往往具有扁平的形状，其长直径可达数亿光年。通常情况下，超星系团只包含几个星系团，只有几个超星系团有几十个星系团。由本星系团和附近大约50个星系团组成的超星系团称为局部超星系团。目前，天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，称为总星系。天体的多样性千差万别，宇宙中的物质五花八门。在太阳系的天体中，水星和金星的表面温度约为700K，遥远的冥王星朝向太阳的温度最高只有50 K。金星表面覆盖着浓密的二氧化碳大气和硫酸云，气压在50个大气压左右，而水星和火星表面大气极其稀薄，水星的大气压甚至不到2×10-9毫巴。类地行星(水星、金星和火星)都有一个固体表面，而类木行星是流体行星。土星的平均密度为0.70g/cm3，比水的密度小；木星、天王星和海王星的平均密度略大于水，而水星、金星和地球的密度是水的5倍以上；大多数行星正向旋转，而金星反向旋转。地球表面生机勃勃，而其他星球则是一片空旷荒凉的世界。太阳是恒星世界中常见而典型的恒星。人们发现，一些红巨星的直径是太阳的几千倍。中子星的直径只有太阳的几万倍；超巨星的光度高达太阳的几百万倍，而白矮星的光度不到太阳的几十万倍。红色超巨星的密度小至水的百万分之一，而白矮星和中子星的密度可分别高达水的10万倍和1000亿倍。太阳表面温度约6000K，O星表面温度30000K，红外星表面温度只有600 K左右..太阳的平均磁场强度为1×10-4特斯拉，一些磁性白矮星的磁场通常为几千或几万高斯(1高斯= 10-4特斯拉)，而脉冲星的磁场强度可高达10万亿高斯。有些恒星光度基本不变，有些则不断变化，称为变星。有些变星有周期性的光度变化，从1小时到几百天不等。一些变星的光度变化是突然的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，它们的光度可以在几天内增加数万倍甚至上亿倍。恒星往往聚集成双星或星团，可能占恒星总数的1/3。还有几十颗、几百颗甚至几十万颗恒星的星团。宇宙物质不仅以致密的形式形成恒星和行星，还以弥散的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，在高度密集的地方形成各种不同形状的星云。宇宙中除了发出可见光的恒星和星云，还有紫外天体、红外天体、X射线源、伽马射线源和射电源。星系可分为椭圆星系、螺旋星系、棒状螺旋星系、透镜星系和不规则星系。20世纪60年代发现了许多河外天体，它们正在经历爆炸或抛出巨量物质，统称为活动星系，包括各种射电星系、赛弗特星系、N型星系、马卡里恩星系、布特斯BL型天体、类星体等。许多星系核都有大规模的活动:速度为每秒几千千米的气流，总能量为65，438+0，055焦耳的能量输出，大质量和粒子的喷射，强烈的光变化等等。宇宙中存在各种极端物理状态:超高温、超高压、超高密度、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速旋转、超大规模时空、超流性、超导性等等。它为我们了解客观物质世界提供了理想的实验环境。运动和发展宇宙中的天体处于永恒的运动和发展中，天体的运动形式多种多样，如自转、自身空间运动(局部运动)、绕系统中心公转和参与整个天体系统的运动等。月亮一方面绕着地球转，同时也跟着地球绕着太阳转。太阳一方面自转，一方面以20 km/s的速度向五贤方向运动，同时以250 km/s的速度带着整个太阳系绕银河系中心运行一周，大约需要2.2亿年，银河系也在自转，同时相对于邻近星系运动。局部超星系团也可能在膨胀和旋转。银河系也在膨胀。现代天文学揭示了天体的起源和演化。当代关于太阳系起源的理论认为，太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体(原始太阳星云)由于引力收缩而形成的(见《太阳系起源》)。恒星由星云产生，其生命经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期和垂死阶段。星系的起源与宇宙的起源密切相关。流行的观点是，大爆炸后40万年，温度下降到4000K，宇宙从辐射主导的时期转变为物质主导的时期。此时，由于密度波动引起的引力不稳定性或宇宙湍流的作用，原星系逐渐形成，进而演化为星系团和星系。大爆炸的宇宙模型描述了我们宇宙的起源和演化历史:我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸，当时温度极高，密度极高。随着宇宙的膨胀，经历了从热到冷，从稠密到稀薄，从以辐射为主到以物质为主的演化过程，直到1 ~ 20亿年前才进入大规模星系形成阶段，然后逐渐形成了我们今天看到的宇宙。1980提出的暴涨宇宙模型是对热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙非常早期，大约在我们宇宙诞生后的10-36秒，经历了一个暴涨阶段。宇宙概念的哲学分析一些宇宙学家认为我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在空间的任何一点爆炸，而是整个宇宙本身的爆炸。但新提出的暴胀模型表明，我们的宇宙只是整个暴胀区域的极小一部分，暴胀后的区域尺度大于1026 cm，而当时我们的宇宙只有10 cm。也有可能这个暴涨的区域是从混沌状态开始的更大物质系统的一部分。这种情况就像科学史上人类认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙再到大尺度宇宙一样。今天的科学正试图把人类的认识进一步推向一些探索“暴涨的宇宙”和“不规则的混沌宇宙”。我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是一个更大的物质系统的一部分。大爆炸不是整个宇宙本身的爆炸，而是那个更大的物质系统的一部分的爆炸。因此，有必要区分哲学和自然科学。宇宙的哲学概念反映了无限多样和不断发展的物质世界；自然科学中的宇宙概念，涉及到某个时代人类观测到的最大的天体系统。宇宙的两个概念是一般和个别的关系。随着自然科学中宇宙概念的发展，人们对无限宇宙的认识会逐渐加深和接近。认清这两种宇宙概念的区别和联系，对于坚持马克思主义宇宙无限论，反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学替代论和取消论，具有积极意义。宇宙的创造一些宇宙学家认为，对膨胀模型最激进的改革可能是观察到宇宙中所有的物质和能量都是从无到有产生的。这个观点之前不被人们接受是因为有很多守恒定律，尤其是重子数守恒和能量守恒。但随着大统一理论的发展，重子数可能是不守恒的，宇宙中的引力能大致可以说是负的，精确地抵消了非引力能，总能量为零。所以不存在已知守恒定律阻止从无到有观察宇宙演化的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论。认为“无”就是绝对的虚无是错误的。这不仅违背了人类已知的科学实践，也违背了暴胀模型本身。根据这个模型，我们研究的观测宇宙只是整个暴涨区域的一小部分，在观测宇宙之外并不是绝对的“一无所有”。目前观察宇宙的物质是由假真空状态释放的能量转化而来的。这种真空能量只是物质和能量的一种特殊形式，并不是从绝对的“无”中创造出来的。如果进一步说，这种真空能量来源于“无”，那么整个观测宇宙归根结底来源于“无”，那么这种“无”只能是一种未知形式的物质和能量。②认识论和方法论。暴胀模型中涉及的宇宙概念是自然科学中的宇宙概念。再庞大的宇宙，作为一个有限的物质系统，也有其产生、发展、消亡的历史。暴胀模型将传统的大爆炸宇宙学和大统一理论结合起来，认为观测到的宇宙中物质和能量的形式不是永恒的，应该研究它们的起源。它把“虚无”看作是未知的物质和能量形式，把“虚无”和“存在”看作是一对逻辑范畴，讨论了我们的宇宙是如何从“虚无”——一种未知的物质和能量形式，变成“存在”——一种已知的物质和能量形式的，在认识论和方法论上有一定的意义。时空的起源有人认为时空不是永恒的，而是从一种没有时空的状态中产生的。根据现有的物理理论，在不到