宇宙的神秘在人类的探索下，可谓是越来越难以理解了。原本人类为了更好地了解这个世界，认识我们存在的宇宙。却总是在进一步探索的时候发现更多宇宙的奥秘。广阔的宇宙从人类开始探索宇宙至今，其中有五个宇宙之谜，人类一直无法破解。每一个都让科学家们绞尽脑汁也无法得到答案，而其中最后一个宇宙之谜，甚至让不少人在细想之后都可能会害怕！究竟是哪五个宇宙之谜呢？我们一起来探索一番。“来一起来探索宇宙！”诡异的量子力学量子力学有多诡异，相信现在有很多人听到量子力学时都是一脸懵逼。因为就算是科学家也没有真正认识到量子力学。就拿量子力学大师费曼的话来说，量子力学就是造物主的终极秘密，没有人懂量子力学。量子力学如果你要在这里说你懂量子力学，那肯定不是真的。如果你在听了关于量子力学的讲解后，觉得很混乱，那你可能也就打开了，了解量子力学的大门。如果说宏观世界是1+1=2，那在量子世界就是2=1+1。量子力学的奥秘关于光是什么量子力学的源头实际上是科学家在研究“光”是什么时，而慢慢被引发出来的一个关于粒子运动规律的理论。当时关于“光是粒子”还是“光是波”，两派科学家进行了激烈的争论。主张光是粒子的主要有牛顿、爱因斯坦等，而主张光由波组成的则有赫兹、麦克斯韦等。后来在争论不休的情况下，科学家们齐聚一堂决定用实验来证明自己的观点。双缝干涉实验于是科学家就进行了一个双缝干涉实验，来验证光到底是什么。这个实验就是利用一个发射光子的机枪，对着两道缝隙进行扫射，然后观察光子穿过缝隙后在墙面上留下的痕迹。如果在墙面上显示的是两道杠，那么说明光由粒子组成。如果在墙面上显示的是一条条斑马纹，那么说明光由波组成。结果在第一次实验中，科学家们看到的是斑马纹，这就说明光是由波组成。但是粒派科学家显然不同意这个说法，提出光子应该是一颗颗发射出去，实验应该重新来一遍，于是就有了第二次实验。结果这次实验结果仍然显示的是斑马纹。原本波派的科学家应该很高兴得到这个结论，但事实上这又产生了新的问题。因为当光穿过缝隙时，应该只会通过其中一个，也就是说一个光子应该不能形成干涉，难道是光在穿过缝隙前分裂成了两个吗？“神奇的光束”结果科学家们又开始了第三次实验，这次分别在左右两边的缝隙装上了摄像机，结果发现，在摄像机中，光确实是只通过了一个缝隙。这时候科学家们发现，如果从摄像机中看，那么墙面就会形成两道杠，也就是说，光由粒子组成。如果不用摄像机看，那么墙面就会显示条纹，也就是光由波组成。于是科学家们将这个现象称为量子擦除。也就是说，当你得知量子路径时，它就不会产生干涉条纹，当你不知道量子路径时，它就会产生干涉条纹。爱因斯坦认为，或许存在一个隐藏的变量，只是我们还没有发现它。但到底这个变量是否存在我们也不得而知。在双缝实验里，光子被探测到的相对频率曲线图人类对量子力学苦苦追寻了百年，都没有探索出能令人说服的解释，但科学家们仍然没有放弃，他们依然在量子世界中不断追寻可能的答案。找不到的引力子万有引力定律早已被大家熟知，牛顿在300多年前就发现了这一定律。根据这个定律科学家们成功地解释了行星的运动、潮汐的形成以及月球的运动等等。如今我们在探索宇宙时，需要计算的人造卫星、宇宙飞船等航天器的轨道，仍旧离不开万有引力定律。潮汐的形成我们根据这个定律本身，可以知道不论两个物体相距多远，它们之间都会产生万有引力。当我们探索两个物质之间传导的速度时，发现竟然比光还要快。那么这种力究竟是由什么传递的呢？科学家对此做出了很多假设和猜测。量子理论在很多方面都可以用来解释其他现象，比如电磁学就可以用光子的量化来解释，这里用到的就是量子电动力学。而宇宙中的其他作用力，比如弱核力和强核力都可以用量子理论来解释。电磁学那么重力呢？是不是也存在着一种引力理论，可以将其发展为量子引力理论呢？1913年，爱因斯坦就针对这个问题提出了万有引力场论。他认为在所有的物体周围都存在一个引力场，这个引力场存在于一个弯曲的时空中，并且通过引力波传播，而引力波则通过引力子使两个物体相互吸引。引力波那么是否存在这个引力子呢？科学家们一直在宇宙中寻找着它的存在。在1974年-1978年底，科学家们利用天文望远镜对距离地球15000光年的射电脉冲双星观测，期间证实了引力子的存在。尽管已经捕捉到宇宙中传来的引力波“涟漪”，但科学家们仍然没有找到引力子的踪影。如果某一天，真的观测到了引力子，那么也将开辟出一个新的局面。科学家们对引力子的运用尤其期待，如果可以将引力子运用到通讯上，说不定就有机会与真正的外星人取得联系。物理极限：普朗克尺度目前人类能够精准测量的最小尺度，便是普朗克尺度（1.616229×10^-35米和5.39116×10^-44秒）。之所以会存在这个物理极限，也是因为量子力学。根据不确定性原理，长度越短，说明位置就越确定，而速度就越不确定。而时间越短，则表示能量越不确定。在能量越不确定，速度也越不确定的情况下，能量的平均值也就越高。黑洞结构而这个非常大的能量值局限在一个十分狭小的空间中，如此能量密度就会超过一个临界值，于是在这个极小的空间中就会形成一个超级小的黑洞。而这个黑洞的视界线大小就是普朗克尺度的大小。因为这个黑洞实在太小，因此人类无法从中获取信息。而在一定程度上，这个黑洞就是可能存在的最小的黑洞，而再小于这个尺度的物体，我们也没有办法再进行探测和研究。也就是说，我们对于宇宙的认知和对微观世界的认知都被量子力学锁死了。其实并不是说宇宙中不存在比普朗克尺度还小的东西，只是在量子力学和不确定性原理下，在我们可感知到的世界里，我们无法察觉到它们的存在。而科学家们目前同样没有突破普朗克尺度，找到更小的物质存在。浩瀚的宇宙宇宙诞生之谜宇宙的起源是一个极其复杂的问题，我们现存的宇宙是一个物质世界，每天都在不断地运动、变化和发展中。千百年来，科学家一直在探索宇宙的起源。宇宙是什么时候、又是通过什么方式形成的。关于宇宙的诞生，科学家们已经有了很多相关的假说与猜想。直到今天，很多科学家都认为，我们的宇宙形成于137亿年前的一次大爆炸。在那个超越了时间和空间的地方，有一个密度极大的奇点，以超越光速的速度膨胀爆发，形成了宇宙万物。宇宙大爆炸在这个奇点中，包含了宇宙中所有的物质和能量，这个物质与能量不断聚集收缩，直至形成一个体积巨小、温度巨高、中密度巨大的奇点。而这个奇点在爆炸时又将所有的物质四散出去，接着宇宙便开始以超越光速的速度膨胀。直到今天，宇宙经历了一百多亿年的反映，形成了现在的星系、恒星、行星以及生命。科学家将这些大爆炸产生的反应原理称为量子物理。但是在这个奇点之前有其他宇宙存在吗？如果没有别的宇宙，那么这个奇点又是如何存在的呢？我们处在的宇宙似乎也在不断地膨胀，那么它也会在经历膨胀-坍缩-再膨胀-再坍缩…的无限循环过程中吗？面对这些问题，科学家们似乎有些束手无策，直至今天，科学家们也没有确切的证据可以来证明宇宙就是这样诞生的。而未来人类也会带着这个问题一直探索下去。细思恐极：意识的本质意识从何而来，为什么同样由原子构成的无机物没有意识，而由原子构成的生物体就存在意识呢？物理学家玻尔曾说过，世界由人的意识决定。在二十世纪时，科学家们几乎闭口不谈意识，因为他们认为，神学与科学相互对立，而意识普遍存在于神学中，因此意识也就与科学相对立。原子然而随着科学家的不断探索，却发现，意识或许是更为深奥的科学。我们在前文提到过了量子力学中有过一次双缝干涉实验，在第三次实验中，观测者的存在似乎影响了光子的路径。当摄像头打开时，光子便以粒子的状态运动，当摄像头关闭时，光子又以波的状态运动。难道光子能够意识到是否被观测吗？而量子力学中还有一位著名的学者薛定谔，在没有人干涉的情况下，它的猫处于“又生又死”的状态。它最终的命运决定于开箱子的那一瞬间。薛定谔的猫在我们现存的世界中，我们知道人的意识处于最高级状态，而猫狗这类动物的意识又较之人类要弱，昆虫则相比猫狗更弱，最后便是最简单的生物形态。意识似乎随着生物的简繁而变化，如果意识存在于宇宙万物，那么像电子、粒子这些更为微小的物质是否也存在一定的意识？对于意识的本质，科学家到现在也没有合适的解释能来解答。甚至有些科学家们认为，我们现存的世界还只仅限于物质层面，除此之外还存在一个更大宽广的量子世界。而人死后，释放出来的量子信息又回归到量子场中。或许从某种意义上来讲，我们的意识是不朽的存在。宇宙中的未解之谜其实还有很多，而这五个宇宙之谜则是目前人类最为关注的问题。不管是量子力学还是意识本质的问题，未来还需要科学家竭尽全力继续探索。

2019年4月10日，人类首次拍摄到距离我们地球大约5500万光年远的一个黑洞图片。这是人类第一次观测到黑洞的真实面貌，同时也验证了爱因斯坦在世的时候有关预测黑洞存在的言论。2022年5月12日，中国科学院上海天文台首次公布了我们所处的银河系中心的人马座a黑洞。这个黑洞距离我们地球大约2.7万光年左右。这同样也是人类首次拍摄到银河系内部的黑洞图片。黑洞的存在已经成为了宇宙中一个不争的事实。那么黑洞到底是什么？黑洞在自然界中到底是以哪几种方式存在的？它们又是如何形成的天体？大家好，今天我们从五个方面一起来了解宇宙黑洞的不可思议。用最通俗易懂的方式一起来走进黑洞的世界。第一种原初黑洞。所谓的原初黑洞，它并不等同于我们传统观念里所认为的黑洞。我们平时经常听到的黑洞几乎都是由大质量的恒星天体最后在活跃度下降以后，在自身引力的作用下，坍缩形成的黑洞，而原初黑洞并不是这样形成的，它是在随着宇宙大爆炸初期而产生的黑洞。在大爆炸最初开始的那一段时间，宇宙中任何一个区域的物质分布都是不均匀的。在一些密度比较大的地方会慢慢地坍缩聚合成为一些密度极高质量极大的天体，我们把这一部分天体称作是原初黑洞。根据牛顿的万有引力定律我们可以得到，在宇宙中任何一个天体都有一个逃逸速度。拿地球来举例子。由于受到地球引力的作用，在地球表面的任何一种物体，如果它的速度不能达到一定程度的时候，它只能贴着地球表面行走。而如果想要环绕地球飞行的话，那么这个行器的速度最少要达到7.9km每秒。一旦达到7.9km每秒的时候，那么这个物体就可以绕着地球进行环形运动。当这个飞行器的速度继续增加，直到它的速度达到了11.2km每秒的时候，那么这个飞行器就可以逃脱地球的引力。我们把这个逃离地球引力束缚离开地球的速度称为地球的逃逸速度。在物理界也被称作是第二宇宙速度。继续再增加这个飞行器的速度，当这个飞行器的速度达到16.7km每秒的时候，那么这个飞行器就可以逃脱太阳引力的束缚，从而离开太阳系。所以说任何一个天体都存在着一个逃逸速度。只不过由于天体的质量大小不同所导致它们的逃逸速度快慢不同而已。依据这一个理论，我们大家仔细思考，如果某一个天体由于它的密度太大，质量太大，所以导致它的引力特别的大，以至于它的逃逸速度甚至都超过了光速，那么此时又会发生什么样的现象？根据爱因斯坦的相对论，我们可以得到，在自然界中任何存在静止质量的物体，它的速度都不可能超过光速，如果一个天体的逃逸速度都超过了光速，连光速在它的附近都不能逃离这个天体，那么此时这个天体就可以被我们定义为黑洞。由此我们可以把黑洞的定义等同于天体的逃逸速度来进行分析。简单地说就是，我们不管任何一个天体它的质量有多大。体积有多大？只要它的逃逸速度足够的大，那么就可以认为这个天体就是我们所说的黑洞。假设一只母鸡下了一个鸡蛋，那么这个鸡蛋它的密度足够大，质量足够大，大到甚至连光线都不能逃脱它的引力。那么此时我们也可以把这个鸡蛋理解为宇宙黑洞。霍金1971年在一篇名为《超小质量的引力坍缩物体》论文中就发表过这样的言论。他认为，在自然界中只要一个物体的质量达到了10的负5次方克，也就相当于一个细菌的大小，只要它的体积足够的小，那么最终都可以坍缩成为一个黑洞。由此我们会产生一个疑问，为什么宇宙会产生体积如此小，密度如此大的物体？它们到底是从哪里来的，学家进行分析之后推测，它们极有可能是宇宙大爆炸时所产生的一种物体。在宇宙大爆炸最初的几秒钟，宇宙中是不存在任何物体的，随着一声巨大的爆裂声，所有的物质瞬间被炸开。在这个时候，每一个区域的物体分布的密度都是不同的，霍金认为在密度特别大的地方，极有可能会形成我们所说的原初黑洞。那么为什么到目前为止我们并没有发现这些原初黑洞？它们到底去了哪里？于是科学家给出另外一个推测，这些物质很有可能就是我们所说的暗物质，在科学界中，有关暗物质的解释一共有两种定义。一种是弱相互作用的大质量粒子。它们不与我们自然界中存在的任何一种物体发生相互作用，所以也就导致了我们到目前为止根本无法观测到这些暗物质。第二种就是大质量天体物理紧密晕天体。这种物体它们的质量特别的大，自身也不会发射出任何光线，所以也就导致了我们无法观测到它们。大家仔细思考第二种对于暗物质的解释，不正是我们所说的黑洞吗？而原初黑洞很有可能就是这些暗物质的最小黑洞。到目前为止，原初黑洞的理论并没有被科学家给出确凿的证据。我们也并没有观测到原初黑洞的真实面貌。但是，据天文学家观测，在海王星轨道附近存在着一个神秘天体。这个神秘天体很有可能就是原初黑洞。那么说到这里，有一部分人可能会产生质疑。如果在太阳系内部存在着一个黑洞，那么在未来的某一天，我们太阳系的所有天体会不会都被它吸到里面。其实这种现象完全不会发生。因为这个神秘天体它的质量特别的小，几乎只等同于几个地球的大小，而体积也仅仅只比乒乓球稍微大一点儿而已，在之前的话题中，我们曾经说到过史瓦西半径的概念。任何一个黑洞都有一个史瓦西半径的范围。只要超出史瓦西半径范围的距离足够的远都不会受到这个黑洞的影响。如果这个假说在未来的某一天被科学家证实的话，那么这个袖珍版的神秘天体很有可能就是太阳系的第九大行星。第二种大质量恒星黑洞。这种黑洞也是我们到目前为止大家看到的最多的一种黑洞存在的方式。当一个大质量的恒星在最后活跃度下降以后快死的时候，无法对抗自身的引力，会迅速地向内核坍缩。从而变成一个奇点，也就形成了我们所说的大质量恒星黑洞。在形成恒星黑洞的时候，这个大质量的恒星会释放它内部最后的能量，发生最后一次恒星爆炸。在爆炸的时候，它会迅速地把外壳的物质全部都喷射出去。以我们人类现有的科学技术完全可以观测到这些恒星黑洞。下面给大家介绍三种我们观测到恒星黑洞的方法。首先第一种就是X射线。当一个恒星黑洞在它附近距离的不远处有一个正常的恒星时，那么这个恒星黑洞就会拼命地吸附它旁边的这一颗正常的恒星。在吸附的时候就会产生大量的X射线。这种X射线的释放也就会轻而易举的被我们人类观测到。第二种方法就是利用黑洞可以扭曲光线的这一原理。当一个黑洞在经过某一个恒星的前面时，我们会观测到这个黑洞会瞬间发出耀眼的光芒。当然，我们地球人类观测到这个黑洞瞬间发射出光芒的现象时，已经可能是几万年甚至几十万年以后了，因为这些黑洞距离我们地球特别的遥远。仅凭借着光速传递30万km每秒的速度，也要很长一段时间我们才能看到这种现象的发生。那么说到这里，大家又会产生出另外一个问题，不是说黑洞会吸收光线吗？为什么当它经过恒星的前面的时候，会突然发射光线，变得瞬间更亮？其实出现这种现象的原因也特别容易解释。虽然黑洞可以吸附光线，这已经是被科学家证实的一种理论，但是它吸附光线的时候，也有一部分光线只是被黑洞改变了它们原本的运行轨迹。简单地说只是扭曲了一下而已，并没有被吸附到黑洞里面。这时的黑洞对于那些没有被吸附到里面的光线来说，只是起到了一个聚合光线的作用。大量的光线被黑洞汇集到黑洞的周围，所以说会出现短暂的发射出耀眼光芒的现象。第三种探测恒星黑洞的方法就是利用引力波。天文学家观测在2015年的时候，一个36倍太阳质量的恒星黑洞和一个29倍太阳质量的恒星黑洞在13亿光年之外的地方相互碰撞，最后形成了一个巨大的新型黑洞。在它们相互碰撞聚合成为一个新的黑洞的时候，引力发生了巨大的变化，这种变化以波的形式最后被我们地球人类探测到。第三种，超大质量黑洞。恒星黑洞它们的质量一般都在太阳质量的100倍以下。我们可以把这些黑洞理解为大型恒星在宇宙中的另外一种表现方式。相对于这些大质量的恒星来说，我们的太阳就显得特别渺小了，并没有资格在宇宙中留下这种以黑洞形式存在的可能。在宇宙中还有一些超乎我们想象的超大质量的黑洞。它们的质量甚至可以达到阳质量的10万倍到1亿倍之间。这些超大质量的黑洞一般会出现在每一个星系的中央。例如2022年5月12日公布的人马座a星，就是我们银河系中心的一个超大质量黑洞。2019年4月10日人类首次拍摄到的黑洞图片，就是m87星系中心的一个超大质量黑洞。就拿我们银河系中心的人马座a星黑洞来说，在距离人马座a星周围不远的恒星，围绕这个黑洞公转一周的时间大约是16年左右。而我们太阳系属于银河系较边缘的位置处，所以绕着这个大质量黑洞运行一圈的时间大约要花费2.25亿年以上。这一圈的时间被科学家称作是一个宇宙年。我们大家都知道地球围绕太阳公转一周的时间，我们定义为地球的一年。到目前为止，太阳诞生的年龄大约是46亿年左右。46亿年÷2.25亿年每圈。最后计算下来的圈数正好是20圈出头。也就是20个宇宙年。所以我们可以这样理解。太阳系在银河系中相当于一个二十多岁出头的年轻力壮的小伙子。现在内部的活跃度正是在最鼎盛的时期。第四种中等质量黑洞。恒星黑洞的质量是小于等于100倍的太阳质量，超大质量黑洞是大于等于10万倍的太阳质量。那么当然处在这样一个区间内部的黑洞，我们也称之为中等质量黑洞。科学家的确曾经也给出过这样的定义，他们认为质量大约在太阳质量1000倍到1万倍这个区间段内部的黑洞为中等质量黑洞。2005年科学家在观测ngc4395螺旋星系时就发现了一个中等质量黑洞。这个黑洞大约是太阳质量的36000倍，2019年科学家又分别观测到两个太阳质量66倍和太阳质量85倍的两个黑洞合并之后的黑洞。合并之后，黑洞的质量大约是太阳质量的142倍。从理论上来讲，这个黑洞并不属于一个典型的中等质量黑洞，于是科学家就勉强的给出这样一个结论，36000倍太阳质量的黑洞属于一个较小的超大质量黑洞。而142倍太阳质量的黑洞定义为较大的恒星黑洞。直到现在为止处在1000倍太阳质量和1万倍太阳质量的黑洞我们依然没有找到一个典型的例子。也是一直困扰我们科学界的一个谜团，说到这里，我们试着用超大质量黑洞的诞生方式来推理一下。中等质量天体，我们到目前为止不能探测到的原因到底是什么？大家思考一下，如果超大质量的黑洞是由恒星黑洞慢慢地合并吞噬，逐渐由小变大而形成的。那么它就像是一个贪食蛇的游戏一样。随着时间的推移，逐渐的会一步一步的慢慢变大，那么它终究会有一个过渡期，也一定存在着我们所说的中等质量黑洞。但是如果超大质量黑洞并不是由这些恒星黑洞合并吞噬而演化来的，而是由和原初黑洞一样经过宇宙大爆炸初期就已经产生了这样的超大质量黑洞。那么我们也可以认为，中等质量黑洞其实就是我们自己的一种假想黑洞，它可以不存在。这两种推理方式看似无关紧要，但是如果我们仔细推敲的话，就会发现它们却是两种完全颠覆宇宙生死观的不同结果。假设宇宙中的恒星黑洞不断的吞噬，不断的合并，慢慢的形成了超大质量黑洞。在逐渐地以这个超大质量黑洞为中心形成了一个星系。我们这时候就可以推测，这个超大质量黑洞的最终结果是要吞噬整个星系的所有物质。可以把这个超大质量黑洞理解为整个星系的终结之地，整个星系的文明终结之地，最终所有的一切生命物质都要归于这个黑洞。但是如果超大质量并不是由恒星黑洞慢慢的吞噬合并逐渐形成的，而是在宇宙大爆炸初期形成的类似于原初黑洞一样的黑洞，那么这个超大质量的黑洞并不是地狱，也不是文明以及星系内部所有物质的终结之地，而是生命的源泉，是天堂，是它创造出了一个又一个的恒星，一个又一个的生命系统在不停地围绕着它自己旋转。第五种类星体。说到这里，我们接着上一个话题，说到这里，我们接着上一个话题，既然超大质量黑洞有可能是宇宙万物的源头，是生命的源泉，那么它到底是如何制造的恒星？大约在一百多年前的时候，天文学家在观测宇宙时发现了一些奇怪的星星，这一些星星的光谱有着独特之处，它不同于普通星星的光谱，于是科学家就把它们定义为类星体。1962年荷兰科学家马尔腾施密特在观察类星体时，发现了这些类星体的光谱与氢元素的光谱极其的相似。唯一不同的是这些类型体的光谱产生了大量的红移，在之前的话题中我们也提到过有关红移的概念。出现红移意味着什么？意味着这些类星体正在飞速地离我们远去，说明它离我们地球的距离特别的远。这就让人感觉到不可思议了，既然这些星星离我们特别的远，并且还会产生如此让科学家都震撼的亮度，甚至这些亮度都让科学家误以为他离我们不远。大家仔细思考一下，这说明了什么？说明了这些类星体的亮度要远远超出我们人类的想象。从2019年科学家公布的黑洞的照片，我们可以看到，在黑洞的周围有一圈特别明亮的区域。这就是周围的物体在黑洞引力的作用下，飞速旋转所产生的光线。这些超大质量黑洞周围的物质在不断吞噬的过程中会飞速的旋转。旋转的过程中会发热，发亮，发射出X射线，电磁波等等，把整个星系似乎都可以点亮。回到我们所提到的问题。黑洞是如何制造的恒星的？超大质量的黑洞在吞噬周围的物质时，同时会释放出巨大的能量，这些巨大的能量会推开它周围的气体云。被推开的气体云在远处最后在引力的作用下合并，不断地抱团，最后形成恒星。科学家在观测130亿光年之外的类星体j0313-1806时推测。在宇宙诞生之初，很有可能极大一部分恒星就是以这样的方式形成的。当这些超大质量的黑洞把它周围的物质都吞噬得差不多的时候，它所释放出来的能量也在逐渐地减少，因此被它推开的气体云也在减少，从而使得诞生恒星的速度逐渐的放慢。所以由此我们也可以得出一个结论。类星体可以说是整个星系的源泉，恒星生命的源头。也可以说是整个星系万物的终结之地。好了，本期话题就到这里了，大家对于黑洞有什么样的看法呢？欢迎大家在评论区留言讨论，我们下期再会。

在我们生活着的地球之外，是一个广阔无边的星星世界。这个世界叫做“宇宙”。宇宙是一个无边无际、无始无终的世界，无论使用多么先进的望远镜，我们的视线也不能到达宇宙的尽头；不论我们懂得多少知识，也无法全部了解宇宙的所有奥秘。 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。 宇宙是如何起源的？空间和时间的本质是什么？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的 探索 宇宙三部曲，宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩，而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。 直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理学家伽莫夫等人，又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后，经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。 “大爆炸宇宙论”是现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。 根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。 宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。 人类对宇宙的认识，最早是从地球开始的，再从地球扩展到太阳系，从太阳系扩展到银河系，从银河系扩展到河外星系、星系团、总星系。 地球只是太阳系中一颗普通的行星。太阳系的成员除了太阳外，还包括地球在内的九大行星，几十颗像月亮一样的卫星，神秘莫测的彗星，数以千计的小行星，数不清的流星以及各种星际物质等。如果把距太阳最远的冥王星的轨道作为太阳系的边界的话，那么，太阳系所占的空间直径约有12太米。在广阔无边的宇宙中，整个太阳系又不过是像大海中的一滴水珠。庞大的太阳系家族，在茫茫星海中只能算是一个小小的家庭。 比太阳系更大的是银河系。银河系的直径有10万光年。在银河系里，大大小小的恒星有一千多亿颗。银河系还不算最大的，今天已经发现10亿多个和银河系同样庞大的恒星系统，我们叫它“河外星系”。所有的河外星系又构成更为庞大的总星系。总星系在宇宙中也不过占了一个微不足道的角落。目前，天文学家使用最先进的天文望远镜,已经观测到距离我们大约200亿光年的特别明亮的个别天体。 宇宙空间充满着无穷的奥秘：地球之外的星球上是不是也有人类存在？流星是怎么一回事？有的星为什么会突然大爆炸？有的星体离我们十分遥远，为什么却那么明亮？……这些都有待我们去研究、去 探索 。 宇宙中的生命是怎样产生的? 大千世界，芸芸众生。缔造无数辉煌的人与动物、植物、微生物等有生命之物体，都呈现勃勃生气，可是，鸿蒙新始，宇宙中的生命又是怎样产生的呢? 早在1953年，芝加哥大学化学系一位青年学生斯坦利·米勒曾产生过一个当时被人们认为是荒诞的想法：世界基本物质中的矿物元素能否必然产生生命?要是米勒不去大胆地进行实验，这个一时受嘲弄的所谓“不可思议”的设想恐怕只能永远成为争论的话题。他的老师尤赖不无耻笑地叫米勒试试，并跟他打了1000美元的赌，担保他“不会成功”. 斯坦利·米勒的设想和实验似乎过于简单，因此，尤赖教授的怀疑态度是可以理解的。米勒设想，把构成我们地球的最原始的矿物质放在一个庞大的试管里进行实验。这些矿物元素有甲烷、氨、氢和水气。米勒排除了种种干扰，勇敢地开始了 探索 。他在试管里把这些无机物质混和在一起。然后向试管通电，放出电火花，大家知道，40亿年前，构成地球的所渭“原汤"上空，经常发生强大的雷雨。经过一个星期的操作．米勒停止了实验。当他仔细观察试管时．发现底部有一种淡红色的奇异物质。米勒又惊又喜，立即对这种物质进行了化验分析，结果证明，那是氨基酸。大家都晓得，氨基酸是生命的要素。当然，米勒从无机物质中没有创造出生命来．甚至连最基本、最原始的生命形式也没有制造出来。但是他发现了一个化学程序，可能导致生命的出现。请不要忘记，米勒的实验只用了一个星期的时间，而地球却花了40亿年的工夫才有生命的出现…… 应当说，是前苏联生物化学家奥帕里涅于1924年提出的一个具有革命意义的假设，才导致了米勒的极其天才的实验。奥帕里涅对地球上出现生命的过程做过如下描绘：40亿年前，在太阳紫外线的作用下．地球表面出现了第一批氨基酸，这些生命的原始物质掉进了海洋，便形成了所谓的“原汤”c随着时间的推移，生命的原始物质不断她进行结合，其结构越来越复杂，最后就产生了生命。这位前苏联生物化学家认为他的这个描绘并非是想入非非的事。他自己曾观察到，在注人大量溶剂的浓胶状态溶液中，蛋白质很容易结合起来。米勒1953年的实验表明，科学家们的思想已有了一个飞跃。当时有许多科学家认为，生命是只产生于我们地球表面的、自发的、例外的现象。米勒的发现极大地震撼了这些科学家的心灵。米勒以实验证明，一定物质的化学结合，必然会导致生命的出现。这个理论使生命是自发和例外地出现的学说顷刻瓦解了。 继米勒之后，诺贝尔化学奖获得者梅尔文和卡尔文把实验推进了一步，他们用回旋加速器发射的电子来代替紫外线。后来，另一名科学家福克斯又对‘‘原汤"的各种条件进行了模拟实验。40亿年以前，火山爆发向地球表面喷吐着大量的火焰，熊熊燃烧着的岩浆直接流入了海洋。福克斯把模拟的“原汤’’同岩浆接触，然后加热，使温度升到107 ，同时加进18个氨基酸分子。得到的结果表明，生命是必然出现的，因为福克斯的实验产生了类似多肽的物质．，换句话说，他获得了由几百个分子组成的氨基酸链。从此就形成了一门新学科：生源说。自1953年以来，实验室的实验越来越复杂了，科学工作者人工制造出了越来越高级的氨基酸和分子。到了1970年，人们竟研制成了去氧核糖核酸分子。 在取得这些地面新发现的同时，天体物理学家们也在宇宙空间找到了各种各样的分子。随着这些新的发现，也出现了一门新的学科：天体化学。这是一门完全崭新的学科，它产生于20世纪70年代。的确，天体物理学家们1972年在宇宙间发现了24种分子，而在1977年又找到了45种分子。 1977年5月23日，星期一。天文学家雅克·勒凯向法兰西学院介绍了在宇宙里发现的最新的分子，即由9个原子组成的分子：C2H2CN.这个字宙化学的新证据是默东天文台于1977年5月22日分析得出的，它表明宇宙中会产生越来越复杂的化学反应和化学结合。 不过，有人曾经认为，除原子和粒子外，宇宙不会孕育出别的东西来。可是事实恰恰相反，科学家们发现了越来越多的化学成份十分复杂的物体。有人甚至认为已经发现了由83个原子组成的卟啉分子，但至今没有得到证实。业已发现的相当高级的分子在宇宙里的生命发展中起着重大的作用。它们像蘑菇的孢子一样．驾着宇宙里的风或坐着冰冷的彗星迁居到各个星球上去。一些科学家认为这是十分可靠的假设。结论是：像地球上一样，化学在宇宙里似乎必然会导致一个越来越复杂的结构，这个结构又必然会导致生命的出现。 银河系至少有五个“地球” “飞流直下三千尺，疑似银河落九天。”中国古代文化视银河为天河，把注意力扩大到河东和河西的牛郎织女两个 星座 ，想象编造出牛郎织女爱情的故事。那么美好的爱情，中间偏偏出现个天帝，从中作梗，女子们没有力量反抗，只好通过鹊桥相会和“乞巧”的方式，获得精神上的寄托和安慰，东方文化就这样委婉含蓄。唐朝顾况的《宫词》中便有一句“水晶帘卷近秋河”，这里的“秋河”说的就是银河。再如李商隐的《嫦娥》中有“长河渐落晓星沉”。 银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳系位于银河系欣赏(20张)距银河系中心约2.6万光年处。鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片。银河系俯视呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。(比较大的旋臂有4条，但最近研究表明主要的旋臂只有两条，另两条都未发育完全)有9460800000亿公里。中间最厚的部分约12000光年。太阳位于一条叫做猎户臂的支臂上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周约需要2.5亿年）。银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成。而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。而科学界认为宇宙诞生的“大爆炸”大约发生137亿年前。另一说法，银河直径约为8万光年。 长期以来，科学家一直都在致力于 探索 地球以外的行星世界，开普勒太空望远镜的发明与应用，则把这一梦想变成了现实。2009年5月至9月间，开普勒太空望远镜对银河系15.6万颗恒星进行搜索，对银河系行星进行首次“人口普查”。当有行星经过恒星时，开普勒将观察记录到恒星亮度有微量减弱。由于这种情况一年只发生一次，科学家们需要3年的数据才能最终确认围绕与太阳类似的恒星运行的行星的存在并确定其位置。开普勒这次行星普查的主要使命并不是要弄清每一颗行星的具体状况，而是要让天文学家对银河系究竟有多少行星、特别是有多少像地球一样适宜人类居住的行星有初步的感觉。 初步研究发现，银河系恒星中，至少每两颗恒星中就有一颗拥有行星，每200颗恒星中就有一颗恒星拥有的行星位于“宜居带”。科学家目前发现了1235颗候选行星，其中68颗与地球大小相似，288颗远远大于地球。在54个可能适宜人类居的行星中，5个可能与地球大小类似，所环绕运行的恒星与太阳相比，体积要小，温度较低，其中一些可能有月球环绕，并存在液态水。 该项目首席科学家威廉博鲁茨基在宣布这一结论时称，科学家们是根据已经观察到的行星出现的频率，得出全部行星的大致数字。目前关于银河系行星数量的推断可能还是“最保守的估计”，因为这些恒星可能有不止一个行星，开普勒目前进行的搜索也未能顾及那些远离恒星的行星。他举例说，如果开普勒从距离地球1000光年远的地方遥望太阳，它能注意到金星划过夜空，但只有1/8的机会看到地球。他表示，开普勒目前搜索的范围只占茫茫夜空的1/400，在如此小的区域内却发现如此众多的候选行星，使我们禁不住认为，我们生活的银河系中还有多少行星在环绕着类似太阳的恒星轨道上运行？ 天文学家史蒂文·麦兰认为，这些关于银河系行星数量的科学推断说明，用数以百亿形容银河系是准确的。而这仅仅是人类目前生活的银河系，科学家们认为宇宙中存在1000亿个银河系。而银河系中究竟有多少类似太阳的恒星存在还无定论。多年来，科学家们倾向认为银河系有1000亿颗恒星，但去年，一名耶鲁科学家认为，这一数字接近3000亿。 既然可能有适宜人居的行星，科学家的新发现必然引发人们对宇宙中存在其他生命存在的联想。随之而来的问题是：“外星人”为什么至今没有造访地球？发布会现场，博鲁茨基感到很遗憾，因为这是一个他和同事们目前都不知道答案的问题。但他表示，太多的未知正是人类太空 探索 的动力所在，这一 探索 的意义，既然可能有适宜人居的行星，科学家的新发现必然引发人们对宇宙中存在其他生命存在的联想。随之而来的问题是：“外星人”为什么至今没有造访地球？发布会现场，博鲁茨基感到很遗憾，因为这是一个他和同事们目前都不知道答案的问题。但他表示，太多的未知正是人类太空 探索 的动力所在，这一 探索 的意义，将使人类对自己在宇宙中的地位有进一步的认识。
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