宇宙是人类永恒的浪漫,璀璨的星河让无数的文人墨客为之倾倒。遥望着浩瀚的星河,我们不禁想天穹之上到底是凌霄宝殿还是一片混沌?那些闪烁的星子哪位神君的府邸?我们对这些瑰丽神秘的现象充满了好奇心。
Tips:宇宙Universe,在物理意义上被定义为所有的空间和时间统称为时空及其内涵,包括各种形式的所有能量。
古人们给这片无垠的星河取名为汉,于是诞生了星汉灿烂,歌以咏志这样的浪漫壮丽的诗句,他们认为我们是世界的中心,万物的主宰。然而随着时代的进步,社会的发展,认知水平的提升,文明的火种越演越烈,我们从充满想象的浪漫年代进入了理性的严谨的科技时代。
科学无疑是严谨的,每个数字组合起来谱写出华美的乐章,将我们带入宏大、浩瀚的宇宙。人类实现了数千年来的梦想,我们登上了月球,虽然这里既没有嫦娥也没有玉兔,但是这代表着进步,代表着我们拿到了进入星辰大海的通行证。我们开始从直观的角度去看待宇宙,而不是仅凭想象。我们知道了地球不是世界的中心,宇宙无边无际,相较之下人类犹如恒河中的一粒沙。
Tips:月球是围绕地球旋转的球形天体,同时也是地球唯一的天然卫星。月球为地球挡住不知多少天体撞击灾难。
当我们进入宇宙这片大海时,我们固然会被它的浩瀚、绮丽所震撼,但是当我们愈发了解之后,一个个谜团接踵而来,宇宙是怎么诞生的?宇宙的年龄有多大?宇宙有边界吗?如果有外边是什么,一片虚无还是另一个的宇宙?
宇宙是一个哲学问题
远古时代的先民,在筚路蓝缕之中建立了最初的部落和城邦,在这个过程之中大家首先想到的就是布满刀光剑影的战争和层出不穷的算计,事实也正是如此。但这个过程却有一个看似毫不相干的人参与,那就是观星师。观星师有什么用呢?用处可大了去了。在夜晚行军时,观星能通过星象辨别方向,为军队指引方向,现代人都知道北斗星能够只是方向,却不知道这个现象是无数古代观星师所观测、实验而来的。
Tips:星象是一个汉语词汇,指星体的明、暗及位置等现象。古代中国人民据以占测人事的吉凶祸福。
观星师在古代的地位十分崇高,并不是因为他们在战场上的优势,而是因为他们是神灵的代言人。古代先民,对世界的认知十分浅薄,不知道刮风下雨打雷都是自然现象,他们找不到来源,又无法抵挡这些天灾,于是就将之归结为天罚或神怒。而观星师能够通过观察天上的星星的运行,来预测天象,预防灾难的发生,甚至还能制定历法指导农业生产。
这在古代,尤其是上古时期简直就是神一般的存在。神话中的月神羲和,就是黄帝时期的观星师有曦氏和和氏的神化。当时的人们,对宇宙的认识就是这是神灵的居所,是天河,是云汉。人们对宇宙最早的认识也是通过这些世代相承的观星师而了解,这一时期多带有神话色彩。
Tips:羲和,中国上古神话中的太阳女神与制定时历的女神。羲和的原始形态来源于远古神话,在时代的更迭中她由最初的“日母”演变成“日御”。
时间快进到春秋时期。春秋时期,周王室西迁,天子式微,群雄并起而逐鹿天下。各诸侯为了争夺土地与人口,列国之间伐交频频,战火纷繁。残酷的兼并战争虽然让周王朝分崩离析,百姓流离失所,但却促进了思想和学术的交流,诞生了中国学术最繁华、最鼎盛的诸子百家时代。
这一时期涌现了庄子、孔子、孟子、墨子等一大批先进的学者,催生出《庄子》、《春秋》、《诗经》、《尚书》等流传千载的经典,形成道家、儒家、阴阳家、墨家、农家、名家等上百个学派,故称诸子百家。
Tips:孔子是当时社会上最博学者之一,在世时就被尊奉为“天纵之圣”“天之木铎”,更被后世统治者尊为孔圣人、至圣、至圣先师、大成至圣文宣王先师、万世师表。
这一时期,人们对宇宙的认识有了长足的进步,神话色彩渐渐消失,转而上升到哲学的高度。老子在道德经对宇宙的诞生所处了最早的假设,他说:“道生一,一生二、二生三,三生万物。万物负阴而抱阳,冲气以为和”。意思是宇宙是由看不见摸不着的气组成,气体变化形成了世间万物。而后道家的另一巨擘庄子为宇宙下了一个定义,说宇指空间,宙指时间,宇宙是时间与空间的组合。
庄子为宇宙下了定义之后,人们还是探索天与地的形状以及宇宙观。早期人们通过观察太阳的东升西落和其他自然现象认为天是圆的,地是方的,地球就是一个倒扣的碗。还有人以此订立等级,谓之:天道圆,地道方,圣人法之,所以立上下。这就是天圆地方说的。
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Tips:地球为太阳系由内及外的第三颗行星,也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星,距离太阳约1.496亿千米。新研究发现每年5000多吨外星尘埃落在地球上。
但是这个学说得到了不少人的质疑,人们认为天与地并没有连接到一起,这个学说有巨大的缺陷。于是古代学者在此基础上又提出了另一个版本的学说,浑天说。这个学说来自于东汉科学家张衡的浑天仪,张衡在《浑天仪图注》中阐释了这一理论:“浑天如鸡子,天体浑圆如弹丸,地如鸡中黄”,意为我们生活的地球是个形似鸡蛋的圆球,大地是鸡蛋里的蛋黄。这个学说和近代学者对地球的认识比较接近。
汉代除了浑天说以外还诞生了十分超前的宇宙论,即宣夜说。宣夜说认为:“天了无质,仰而瞻之,高远无极......日月众星,自然浮生虚空之中,其行其止皆须气焉”。宣夜说否定了浑天说与天圆地方说,认为天是虚无的,是一团无形无质的气体,日月星辰漂浮在其中,并且认为宇宙是无限的。
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Tips:浑天仪,是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器,而浑象是古代用来演示天象的仪表。浑仪和浑象是反映浑天说的仪器。
元代的思想家邓牧还发展性地提出了:“天地大也,其在虚空中不过一粟耳。......谓天地之外无复天地,岂通论耶!”得天外有天的思想学说。这是人类最早的对宇宙边界和宇宙外部的假说。
近代之后,由于主政的清王朝实行文字狱与愚民政策,我国的学术发展遭到了空前的打击,国家的科技实力倒退被西方超越。西方世界此时正处于大航海之后的兴盛期,经济、军事、科学都得到了空前的进步,天文领域的发展更是突飞猛进。天文学家通过望远镜发现了广袤无垠、灿烂无比的星空,地球只是芸芸众星中不起眼的一颗。
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Tips:望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像,再经过一个放大目镜而被看到。
19世纪,著名天文学家哈勃观测到了红移现象,并以此提出了一个极具创造性的学说,宇宙膨胀学说。此后出现了宇宙大爆炸等学说。20世纪,在科学技术和理论的支撑下,人类冲出了地球迈向了神秘的宇宙,我们登上了月球,往金星和火星发射了探测器,还要进行星系穿越的宇宙飞船。美国所发射的旅行者1号飞船,至今已经在太空中飞行了44年,即将抵达太阳系的边界,奥尔特星云。
只是当我们对宇宙的了解越发深入,宇宙的形象就越发模糊,就像在雾里观山,若隐若现。
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Tips:红移现象在物理学和天文学领域,指物体的电磁辐射由于某种原因频率降低的现象,在可见光波段,表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离,即波长变长、频率降低。
宇宙一直在膨胀,一直在往前走,但是我们并不能跟上宇宙往前跑的速度,我们所观测到的范围只有那么一点,观测到的现象都是过去的。那么宇宙有没有边界?宇宙之外是什么?
宇宙是有没有边界?
宇宙是一个包含空间、时间和所有物质的集合。要谈论宇宙有无边界,就要从宇宙的诞生和演化说起。1929年,哈勃在观测到红移现象后,根据得到的数据总结出了著名的哈勃定律,即宇宙中离我们越远的星系以越快的速度远离我们。这个结论说明宇宙一直在向外膨胀,各星系之间的距离增大。宇宙一直在膨胀,那么原来的宇宙一定是很小的,所以才能膨胀到现在的宇宙,于是一种崭新的学说诞生了。
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Tips:哈勃–勒梅特定律,指遥远星系的退行速度与它们和地球的距离成正比。这条定律原先称为哈勃定律Hubble's law,以证实者埃德温·哈勃的名字命名。
根据宇宙膨胀理论,人们认为宇宙在最初的时候一定非常的小,所有的星系都重叠在一起,这个小点的体积无限小、质量却无限大,并温度十分的高。于是在高温的作用下,这个小点就发生了巨大的爆炸。这个过程中无数的星系都成了爆炸的助燃剂,所有的星系都被炸碎,变成物质喷涌出去。
爆炸之后的一秒钟,电子、中子、质子等基本粒子就出现了,又过了两秒钟氢、氦等元素出现,3分中后宇宙的基本元素差不多都粉墨登场了。大概50亿年后银河系演化,100亿年后太阳系形成,同时地球也开始在太阳系中形成。这就是目前最权威的宇宙图景学说,宇宙大爆炸。
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Tips:大爆炸宇宙论The Big Bang Theory,是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。
宇宙之外到底存在着什么,目前我们只能进行合理猜测。宇宙太过庞大,我们所看到的只是冰山一角,还需要更多的时间去探索、去寻找。
根据宇宙大爆炸理论,宇宙一直在膨胀,有人认为当宇宙膨胀到一定程度,就会开始坍缩,最终形成一个小点,一切开始轮回,也有的认为宇宙会一直膨胀下去。这二者之间,前者认为宇宙有尽头,后者认为宇宙无限,但得都没有说明宇宙的边界问题。
如果按照宇宙无限理论,那么宇宙就不存在边界一说,那么宇宙到底是不是无限大的?由于我们的技术无法到达太阳系之外的星系,所以我们对宇宙的大小难以从数学层面界定,目前对宇宙大小的界定多是以理论为主。
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Tips:太阳系的形成大约始于46亿年前一个巨型星际分子云的引力坍缩。 [6] 太阳系内大部分的质量都集中于太阳,余下的天体中,质量最大的是木星。
根据天才物理学家爱因斯坦的广义相对论,我们知道光速是不可超越的,但是宇宙又处于膨胀之中,那么在光速和持续的膨胀中,会导致宇宙中的某一部分区域永远无法与人类产生交集。即从地球中发出的无线电信号,即使宇宙一直存在,也可能永远都到不了宇宙的某些区域。
虽然宇宙中存在人类无法抵达和交流的区域,但这些区域仍是宇宙的一部分。科学家将光速之内人们可以观察到的宇宙空间称作可观测宇宙。以可观测宇宙为模型,由于光速是宇宙中信息传播的最高速度。根据哈勃用来计算宇宙大小的公式,可以用四维时空的曲率半径来计算宇宙的大小。
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Tips:无线电波是指在自由空间包括空气和真空传播的射频频段的电磁波。无线电波的波长越短、频率越高,相同时间内传输的信息就越多。
最后天文学家得出宇宙是一个近似平坦的空间,接近于无限大。关于宇宙是否有边界这个问题还存在着争论。那么假设宇宙有边界,那么外面是什么情境呢?
宇宙外部是什么?
宇宙之外是什么?如果是古代人,那么按照老子的宇宙观,这里就是一片混沌的气海,除了气什么都不存在。按照神话演义,这里就是诸天神佛的道场,有无数的宫殿楼宇和神兽祥瑞。但是这都是没有理论支撑的空想。
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Tips:著名的天文学家卡尔·萨根,即卡尔·爱德华·萨根。小行星2709、火星上的一个撞击坑以他的名字命名。
有科学家提出了超弦理论,并在此基础上提出了膜宇宙理论。根据超弦理论,我们的时空不止四维而是十维。我们的宇宙只是十维空间中的一个四维超曲面,就像一层薄膜。这种膜不止存在四维空间中,还有二维、三维、五维等维数的膜。根据这个理论,那么宇宙之外就存在着更多的宇宙。
结语
宇宙之外到底存在着什么,目前我们只能进行合理猜测。宇宙太过庞大,我们所看到的只是冰山一角,还需要更多的时间去探索、去寻找。