探索宇宙奥秘丨揭秘宇宙中的微观世界 (科学百科知识视频专题)

文章编号：13022 / 更新时间：2024-03-01 22:49:03 / 浏览：次

本期为大家带来： 《你知道吗——现代科学中的100个问题》 ，这本书是阿西莫夫的杰作之一。作者用通俗易懂的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端议题。有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿领域，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。作者对这些问题的由来、当前状态以及是否有望解决等问题都作了回答。

第九个问题：宇宙中到底有多少粒子？实际上，这个问题不可能有肯定的答案，这首先是因为没有人能确切地知道宇宙有多大。但是，我们可以做一些假设。有人曾提出一个估计，认为在我们这个宇宙中大约有10^11（即100亿）个星系。这些星系，平均来说，每一个的质量都比太阳的质量大10^11倍。这意味着，宇宙中的物质总量相当于太阳质量的10^22倍。换句话说，宇宙中的全部物质足够形成10^22个太阳。太阳的质量是2x10^33克。这意味着，宇宙中的全部物质的质量是10^22 x 2 x 10^33（即2 x 10^55）克。这个数字可以写为20后面跟着55个零克。

现在让我们换个角度来看。宇宙中的质量几乎完全集中在它所含有的核子中（核子是构成原子核的主要粒子）。核子非常微小，需要有6 x 10^23个核子才能组成一克物质。既然需要有6 x 10^23个核子才能构成一克物质，而宇宙中含有2 x 10^55克物质，那么宇宙中总共应该有6 x 10^23 x 2 x 10^55（或者说12 x 10^78）个核子。为了简便起见，我们可以将这个数字写作1.2 x 10^79。天文学家认为，宇宙中有90%的原子是氢，9%的原子是氦，剩下的1%是其他更复杂的元素。也就是说，在包含100个原子的典型样本中，应该包含90个氢原子，9个氦原子和1个其他原子（比如一个氧原子）。

我们知道，每个氢原子的原子核含有一个质子。每个氦原子核含有4个核子，即2个质子和2个中子。每个氧原子核含有16个核子，即8个质子和8个中子。因此，这100个原子总共应该含有142个核子，即116个质子和26个中子。这两类核子有一个区别：中子不带电荷，因此不需要考虑与之伴随的电子。质子带正电荷，因此，既然整个宇宙被认为是电中性的，只要有一个质子存在，就应该有一个带有负电荷的电子与之伴随。这意味着，每有142个核子，就应该有116个电子（以保持质子和电子的平衡）。根据这一比例，宇宙中的1.2 x 10^79个核子就应该伴随着1 x 10^79个电子。将这些核子和电子加在一起，我们得到宇宙中全部物质所含粒子总数应为2.2 x 10^79。我们可以将这个数字写作22后面跟着79个零。

如果宇宙是由一半物质和一半反物质组成，那么，这些粒子中应当有一半是反核子和正电子。但是，这并不影响总数。宇宙中大量存在的其他粒子包括光子、中微子，也许还有引力子，但它们都是没有质量的粒子，因此未计入其中。因此，我们的宇宙共有22 x 10^78个粒子，构成了一个相当庞大的宇宙。

宇宙的奥秘的资料

宇宙的定义是地球大气层以外的空间和物质。在宇宙中，地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球。

宇宙的创生：

爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

不断膨胀：

暗能量占据宇宙全部物质的74%，它是宇宙加速膨胀的推手。宇宙的膨胀进程处于两种相克的力量平衡之中，如同阴阳相克。其中的一种力量是引力，它们的作用使膨胀减速，而另一种强大的反制力量则是暗能量，它使宇宙加速膨胀。而现在看来，暗能量胜出了。宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片，如果不是存在一种神秘而不可见的物质，星系早就分崩离析。科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。

加速膨胀：

研究人员计算出目前的宇宙膨胀速度，即所谓哈勃常数，约为73.2公里/（秒·百万秒差距）。每百万秒差距相当于326万光年，因此一个星系与地球的距离每增加百万秒差距，其远离地球的速度每秒就增加73.2公里。这意味着，在98亿年内，宇宙天体间的距离将扩大一倍。

宇宙的结局：

热力学定律不会让宇宙获得永生，新的恒星无法继续形成时，宇宙抵达热寂平衡点，宇宙的状态如同诞生之初的那一碗汤状时空。热寂是热力学上的终点，整个宇宙任何一处的温度都仅仅比绝对零度高一些，这意味着没有东西会幸存下来。少部分科学家认为，宇宙结局如果是大坍缩，所有的物质最终都会变成原子状态，再经过一次偶然的量子涨落，新一轮的大爆炸又形成了，下一个宇宙诞生。

扩展资料：

太阳系：

太阳系是以太阳为中心，和所有受到太阳的引力约束天体的集合体。包括八大行星（由离太阳从近到远的顺序：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、以及至少173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。

行星际物质：

除了光，太阳也不断的放射出电子流，也就是所谓的太阳风。这条微粒子流的速度为每小时150万公里，在太阳系内创造出稀薄的大气层（太阳圈），范围至少达到100天文单位（日球层顶），也就是我们所认知的行星际物质。太阳的黑子周期和频繁的闪焰、日冕物质抛射在太阳圈内造成的干扰，产生了太空气候。伴随太阳自转而转动的磁场在行星际物质中所产生的太阳圈电流片，是太阳系内最大的结构。

地球的磁场从与太阳风的互动中保护著地球大气层。水星和金星则没有磁场，太阳风使它们的大气层逐渐流失至太空中。太阳风和地球磁场交互作用产生的极光，可以在接近地球的磁极（如南极与北极）的附近看见。

宇宙线是来自太阳系外的，太阳圈屏障著太阳系，行星的磁场也为行星自身提供了一些保护。宇宙线在星际物质内的密度和太阳磁场周期的强度变动有关，因此宇宙线在太阳系内的变动幅度究竟是多少，仍然是未知的。

行星际物质至少在在两个盘状区域内聚集成宇宙尘。第一个区域是黄道尘云，位于内太阳系，并且是黄道光的起因。它们可能是小行星带内的天体和行星相互撞击所产生的。第二个区域大约伸展在10～40天文单位的范围内，可能是柯伊伯带内的天体在相似的互相撞击下产生的。

参考资料：

宇宙--网络百科

宇宙探索奥秘

在老子的《道德经》中有这么一句，“无，名万物之始；有，名万物之母。 ”意思是说，无是宇宙万物的起源，有是万物的开端首先咱们说宇宙，“宇”指的是时间，“宙”指的是空间，“宇”和“宙”合起来就是万事万物的时间和空间。宇宙形成之前是没有时间和空间的，这个状态也就是老子《道德经》中所说的“无”。宇宙就是“无”中源生出来的，形成了“有”，而这个“有”就是万物之母，万物由此孕育而生。而整个这个过程也即是“无中生有”。看到此，是不是和我们现代的天体物理学关于宇宙起源的说法有几分相似？按照主流科学界的说法，我们的宇宙起源于大爆炸，是由一个密度极大、温度极高的奇点爆炸而来的。在爆炸之后，宇宙开始膨胀，有了时间和空间，也形成了物质，并经过不断地演化形成了我们今天的宇宙。不过，科学界对于宇宙爆炸之前的那个奇点，以及这个奇点为什么会爆炸并没有一个非常合理的解释，而仅仅是对其进行了一个物理学上的描述，认为那是一个质量无限大而体积无限小的炙热的存在。但是这样的解释与我们现有的物理学常识相悖，因为质量越大的物体引力就越大，而奇点作为质量无限大的存在，按理说其引力也是无限大的，那么这样的存在怎么会发生了爆炸呢，就算爆炸了，由于其巨大的质量也应该在爆炸瞬间再次聚合的才对啊，那到底是什么力量能够与巨大的引力相抗衡，使其在之后的漫长时间里不断膨胀至今呢？在这咱们开一个脑洞，按照老子的《道德经》我们知道，宇宙起源于“无”，没有时间、没有空间也没有万物。那么，我们权且把科学上所说的那个奇点看作没有质量也没有体积的一种“无”的状态，这样就不存在所谓质量和引力关系的问题，因为万有引力本身是物质世界的定律，对于非物质的“无”的状态未必适用。那么，如果那个奇点就是“无”，宇宙又是如何“无中生有”的呢？《易经》有云，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦。而其中的两仪指的就是阴阳，也就是说太极生阴阳。而在老子的《道德经》中也有“道生一，一生二，二生三，三生万物”的说法。意思是，道是宇宙万物的本源，道生成阴阳二气，阴阳二气相交而形成有形之物，万物正是这样生成的。万物背阴而向阳，在阴阳二气的相互激荡中形成和谐匀适的状态。如果用这种思想来解释宇宙起源的话，那么宇宙很可能是由那个“无”的奇点开始，生成阴阳二气，阳指的是正物质和正能量，而阴则是反物质和负能量。万物背阴而向阳，或许说的就是我们可见的物质世界其实是所谓的正物质，而反物质是我们不可见的。而阴阳二气的相互激荡中形成和谐匀适的状态，和我们现代科学所描述的正反物质相撞发生泯灭并释放能量的过程极为相近。正反物质相撞发生泯灭而释放能量，那么反过来能量就可以分化为正物质和反物质。也就是说，科学上所说的那个奇点并非是极为致密的有型的存在，而是以纯能量形式的存在，并基由这个能量生出正反物质，进而形成宇宙万物。如果这样的假设成立，那么我们的宇宙很可能真的如我们的老祖宗所描绘的那样，起源于“无”，而宇宙之中的万物正是“无中生有”来的。当然，这可能仅仅是笔者的臆测，又或者是我们的老祖宗真的早已参透了宇宙的奥秘，你觉得呢？