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宇宙加速膨脹范文第1篇

自中微子問世的半個(gè)多世紀(jì)以來，中微子到底有沒有質(zhì)量一直是物理學(xué)界的一樁懸案。標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，中微子的質(zhì)量應(yīng)該嚴(yán)格等于零，但某些實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明中微子的質(zhì)量很可能又不是零。20世紀(jì)90年代，小柴昌俊小組終于給出了中微子有靜止質(zhì)量和振蕩的確鑿證據(jù)。這一成果在當(dāng)時(shí)的國(guó)際物理界引起了很大轟動(dòng)。

中微子的質(zhì)量找到了，現(xiàn)在我們就可以展開對(duì)宇宙膨脹機(jī)制的研討工作。前面說過，中微子的質(zhì)量非常微小，小到只及電子的百萬分之一。但其總量又異常巨大，據(jù)說甚至要比全部顯物質(zhì)量的總和還要大。與其他粒子相比，中微子的數(shù)量比它們要多出數(shù)十億倍。這是因?yàn)橛钪婺墚a(chǎn)生中微子的地方極多，比如超新星爆發(fā)、x射線雙星、高速質(zhì)子流、塞弗特星系和類星體等特殊天體，都是產(chǎn)生中微子的超級(jí)大本營(yíng)。除此之外，像遍布宇宙的太陽(yáng)之類的普通恒星，也同樣是中微子的發(fā)源地。雖然普通恒星的產(chǎn)量遠(yuǎn)不及特殊天體大，但由于此類恒星在宇宙中無可匹敵的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，就必然要成為本文脫穎而出的一群“黑馬”。我想如果通過大家對(duì)中微子的研究與探索，能從根本上改變?nèi)藗儗?duì)宇宙存在的總體認(rèn)識(shí)，那么這種工作的意義無論怎樣估價(jià)都不為過。

現(xiàn)在就從太陽(yáng)開始：當(dāng)太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變不停地向外輻射光和熱時(shí)，它的2個(gè)氫核碰撞會(huì)釋放出1個(gè)電子和1個(gè)中微子，4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)?個(gè)氦核時(shí)，會(huì)釋放出2個(gè)中微子。在整個(gè)太陽(yáng)內(nèi)部的聚變過程中，每秒所產(chǎn)生的中微子的數(shù)量竟然高達(dá)2×1038個(gè)之巨，然而這個(gè)數(shù)字所反映的只不過是太陽(yáng)在短短的一秒內(nèi)所產(chǎn)生的中微子量。如果改以日、月、年來計(jì)算，中微子的數(shù)量又該有多少?

中微子不帶電，其靜止質(zhì)量幾近于零，但核聚變所賦予它的勢(shì)能又非常之強(qiáng)大，以上三大特征使中微子具有其他所有粒子都不具備的極強(qiáng)的穿透力。更令人驚奇的是，它具有長(zhǎng)期保持其強(qiáng)度的特殊能力：據(jù)說中微子不管跨越多大的歷史時(shí)空，其超強(qiáng)勢(shì)頭一直不減，這當(dāng)然是既難得又極其罕見的特點(diǎn)。但也并不一定如某些物理學(xué)家所預(yù)言和贊美的那樣，說中微子甚至能一口氣連續(xù)穿越8千億個(gè)地球而毫發(fā)無損，這種說法肯定是錯(cuò)誤的。而且正是由于這類錯(cuò)誤的濫觴，阻礙了此后許多重大事件的發(fā)現(xiàn)。

中微子的長(zhǎng)處亦源于它極微小的尺度和極怪僻的個(gè)性：若論其小，任何原子對(duì)它來說都無疑于一座空曠的山谷；若談其怪，它除了對(duì)引力能產(chǎn)生微不足道的一點(diǎn)兒反應(yīng)之外，和其他任何粒子都老死不相往來。所以多年來盡管人們對(duì)它青眼有加，但若認(rèn)真想與其對(duì)話卻是難上加難。不過世上畢竟沒有絕對(duì)的事，中微子盡管桀驁不馴，卻終不免有失手露怯之處。專家測(cè)算，平均每100萬個(gè)中微子穿越地球之時(shí)，仍然有1個(gè)會(huì)與地球大氣產(chǎn)生反應(yīng)。如果這一推論正確，那么這百萬分之一的中微子，就有可能是我們打開宇宙之門的一把特殊的鑰匙。

不過這“唯一”的一把鑰匙也只能給人一點(diǎn)兒?jiǎn)⑹径鵁o任何實(shí)際用途。因?yàn)榻?jīng)過計(jì)算，我發(fā)現(xiàn)利用大氣原子來阻擋中微子的沖擊根本行不通：對(duì)于中微子那極微小的尺度，即便鎢和鉛那樣致密的金屬都形同無物，空氣中疏松的分子、原子、質(zhì)子、中子和電子如何能擋得住中微子的腳步?可是，中微子就真的能夠在龐大的宇宙中橫行無忌嗎?

時(shí)至今日，現(xiàn)代天文物理學(xué)確實(shí)是這么認(rèn)為的。他們當(dāng)然不無道理，因?yàn)闊o論其尺度和勢(shì)能，中微子的確具有橫行宇宙獨(dú)步天下的能力。

但是他們忘記了其中最重要的一點(diǎn)：即“不管中微子有多么微小，它畢竟不為零，只要其質(zhì)量不為零，就不可能逃脫物理法則即引力對(duì)它的約束”。換句話說，憑借其極其細(xì)微的尺度，哪怕它能夠輕易穿越恒星內(nèi)部最致密的空間，甚至有本事穿越連原子甚至質(zhì)子都能被壓碎的白矮星和中子星，也絕不可能無視大質(zhì)量恒星的引力中心。與大質(zhì)量恒星的引力中心那勢(shì)力超凡的引力場(chǎng)相比，中微子再?gòu)?qiáng)的勢(shì)能也顯得微不足道。所以盡管現(xiàn)在尚未曾做過任何一項(xiàng)哪怕最基本的物理實(shí)驗(yàn)，我仍然有絕對(duì)的把握斷言：一切恒星中心的引力場(chǎng)，都是中微子所無法逾越的天然障礙。因此在引力尚占主導(dǎo)地位的星球星系，一束中微子不遠(yuǎn)萬里地從宇宙深處飛來，突然在大質(zhì)量恒星中心的引力場(chǎng)中碰壁，從而在該恒星與其出發(fā)點(diǎn)之間產(chǎn)生了一個(gè)力矩。于是，宇宙的膨脹之門便從這里開啟。

物理學(xué)家計(jì)算，星際空間平均每立方厘米每秒通過330個(gè)中微子，其密度僅次于光子，但其單位勢(shì)能卻是光子的千百倍。所以當(dāng)每秒千百萬億的中微子與恒星的質(zhì)量中心不斷產(chǎn)生斥力矩，其排斥力即推力之大是可想而知的。

那么導(dǎo)致宇宙膨脹的中微子量又該如何統(tǒng)計(jì)和計(jì)算呢?這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，不妨仍以太陽(yáng)為例，設(shè)：

太陽(yáng)每秒約產(chǎn)生2×1038個(gè)中微子，以上的乘積先乘以銀河系恒星的數(shù)量2000億，再乘以總星系的數(shù)量500億，以上的得數(shù)再加上特殊天體所貢獻(xiàn)的20％，這個(gè)數(shù)據(jù)就應(yīng)是整個(gè)宇宙已知天體每秒所貢獻(xiàn)的全部中微子量。

中微子的總量得到了，下面再來看看中微子究竟是如何導(dǎo)致宇宙的加速膨脹的：在三維立體四維時(shí)空的宏觀宇宙中，在300億光年那碩大無比的空間之內(nèi)，到處都分布著星云星系，到處都充斥著勢(shì)力超群的中微子源?，F(xiàn)在我們不妨設(shè)想一下：如果銀河系以其2000億顆恒星共同組成一個(gè)統(tǒng)一的斥力維，宇宙其他方位的500億座龐大的星系形成另外500億個(gè)斥力維，當(dāng)這些斥力維在宇宙的各方位、各角度同時(shí)在其核反應(yīng)的過程中向外噴射超強(qiáng)勢(shì)的中微子流時(shí)，這500億條每條都寬達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)十萬光年的中微子長(zhǎng)河，就會(huì)在整個(gè)宇宙空間中交織出一張碩大無比的密密麻麻的“天網(wǎng)”。在這座“天網(wǎng)”中，眾星系都利用自己“手”中的中微子“大炮”不停地向外轟擊：它們互相進(jìn)攻，互相沖鋒，互相推搡，互相排斥，它們你推我、我推你，大家合力往外推，于是星系開始分離，宇宙開始膨脹。

那么宇宙究竟是何時(shí)開始加速膨脹的呢?其實(shí)在星系剛剛分離的那一刻就已經(jīng)開始了，不過初始加速的幾率相對(duì)較低而已。其具體機(jī)制是：由于中微子的斥力線極長(zhǎng)，而星系的引力線相對(duì)較短。因此隨著星系距離的逐步加大，星系間的引力線衰減較快，中微子的斥力線則衰減較慢，所以所謂的宇宙加速膨脹，不過是引力與斥力二者間比例失衡的結(jié)果――引力逐漸勢(shì)微，斥力仍然強(qiáng)勁，星系的移動(dòng)速度自然呈遞增態(tài)勢(shì)。于是宇宙加速膨脹的效應(yīng)逐漸開始顯現(xiàn)?？墒切窍祮柕某饬δ軌?qū)е掠钪媾蛎?，恒星之間的斥力為什么就不能讓星系膨脹，最后分崩離析呢?這的確是個(gè)問題，不過此問題倒不難解答：第一，星系間的空間大，相互間的引力弱，而中微子的斥力又較少受距離的影響，因此星系之間就比較容易分離；第二，星系內(nèi)的空間小，恒星間的引力大，而中微子的斥力又不足以抗衡星系質(zhì)量中心的強(qiáng)大引力，所以星系才得以維持原狀，不至于被斥力所拆散。

當(dāng)然正是由于中微子的作用，星系才沒有被引力所塌陷，人類才得以存在。所以我覺得人們?nèi)羲几卸?，最?yīng)感謝的就是微不足道的中微子：沒有中微子，咱們?nèi)祟愔两駴]準(zhǔn)還窩在量子世界里打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，一切都談不上了。

話到此處，我覺得不說也會(huì)明白，其實(shí)所謂的中微子，就是人們到處尋找卻一直找尋不到的暗能量。因?yàn)樵诂F(xiàn)今世界上，似乎也只有中微子這種極特殊、極乖戾的粒子，才具有暗能量所需要的全部特征：極大的總量；極小的單位；極高的速度；極強(qiáng)的勢(shì)能；極長(zhǎng)的壽命；極孤僻的個(gè)性。

通過上面的論述可以看出，我們現(xiàn)在所討論的乃是理論上的純粹的暗能。除此之外，還有一種實(shí)際存在也正在起作用的廣義的暗能量：這個(gè)暗能量的概念就是除中微子外，整個(gè)大宇宙從伽馬射線到射電波的全波段的電磁輻射。因?yàn)樗羞@些發(fā)射性粒子都帶有天然的斥力矩，所以它們甚至包括無所不在的明亮的光子在內(nèi)，都應(yīng)該收在我們的暗能量之列。

宇宙加速膨脹范文第2篇

周堅(jiān)，解析宇宙學(xué)的創(chuàng)始人，用代數(shù)方法解釋宇宙的開拓者。他不僅基于1998年的兩個(gè)研究小組研究高紅移ia超新星發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹建立了周堅(jiān)紅移定律，而且基于周堅(jiān)紅移定律的應(yīng)用獲得了完整的描述宇宙的解析圖和方程組，甚至還基于宇宙解析圖和宇宙方程組發(fā)明了宇宙測(cè)量尺、宇宙儀和宇宙空間展示儀，從此形成了一整套宇宙認(rèn)識(shí)體系，開辟了用代數(shù)方法來解釋宇宙觀測(cè)現(xiàn)象的新紀(jì)元。

周堅(jiān)，湖南省汨羅縣人，1959年11月20日生于山西太原。他從小就好奇心強(qiáng)，勤于琢磨，富于想像。12歲時(shí)隨父母來到了廣西，現(xiàn)屬?gòu)V西柳州市市民。1977年高中畢業(yè)于廣西柳城縣育紅中學(xué)，同年插隊(duì)于廣西柳城縣沙埔公社，同年恢復(fù)高考后考入廣西柳州機(jī)械工人技術(shù)學(xué)校于1980年畢業(yè)，參加工作后考入廣西永紅機(jī)械廠職工大學(xué)于1986年畢業(yè)。

在技校學(xué)習(xí)期間，周堅(jiān)就提出“滴水發(fā)電機(jī)”的幼稚想法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)是失敗的，但從此確定了他的人生理想和奮斗目標(biāo)。在工作后，周堅(jiān)就長(zhǎng)期尋找課題，撰寫論文，早期發(fā)表過兩篇論文，“紅外跟蹤光學(xué)系統(tǒng)在批量生產(chǎn)中像質(zhì)的調(diào)制檢驗(yàn)方法”發(fā)表于1987年第四期《紅外于激光技術(shù)》，“人工合成超重元素的穩(wěn)定性分析”發(fā)表于1990年第一期《核技術(shù)》。

在宇宙學(xué)研究方面,周堅(jiān)在看到相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹以及wmap觀測(cè)數(shù)據(jù)以后，也不知道是什么時(shí)候，大概是20xx年吧，有一天在他腦海里出現(xiàn)了一個(gè)巨大的疑問，那就是在發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹的今天，作為宇宙大爆炸的理論基石——哈勃定律是否還能繼續(xù)沿用呢？誰(shuí)能想到，這個(gè)疑問竟然促使周堅(jiān)長(zhǎng)時(shí)間仔細(xì)觀察琢磨在friedmann-robertson-walker（frw）標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型中與高紅移ia超新星觀測(cè)結(jié)果最佳符合的模型參數(shù)ωm＝0.3、ωλ＝0.7的宇宙模型曲線，也不知琢磨了多少個(gè)日日夜夜，嘗試了多少擬合方法，他那古怪的思維方法在不斷地發(fā)酵在發(fā)酵。

最終不負(fù)有心人，周堅(jiān)沿著哈勃定律指引的方向居然讓他發(fā)現(xiàn)了能夠?qū)⒂钪婢鶆蚺蛎洭F(xiàn)象、加速膨脹現(xiàn)象、減速膨脹現(xiàn)象和宇宙微波背景輻射等觀測(cè)結(jié)果串聯(lián)在一起的周堅(jiān)紅移定律，并且在隨后的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)周堅(jiān)紅移定律還能解釋無數(shù)宇宙之謎。

周堅(jiān)紅移定律告訴我們，在宇宙學(xué)尺度上，光（電磁輻射）的傳播距離r與宇宙學(xué)紅移z成正比，與宇宙學(xué)紅移加1的和成反比，其中有一個(gè)為α的比例常數(shù)，稱之為宇宙學(xué)紅移常數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式是r=z/α(z+1)，其中，r是單位為mpc的光（電磁輻射）的傳播距離，z是宇宙學(xué)紅移，α是宇宙學(xué)紅移常數(shù)，即α=0.00023683 /mpc。在宇宙學(xué)紅移很小很小的情況下，周堅(jiān)紅移定律就演變?yōu)閞=z/α=cz/h0，這就是哈勃定律的形式，但這里所指的紅移是由光（電磁輻射）傳播特殊行為引起的宇宙學(xué)紅移而不是由光源運(yùn)動(dòng)引起的多普勒紅移。

在發(fā)現(xiàn)周堅(jiān)紅移定律后，周堅(jiān)的探索腳步?jīng)]有停止，他首先將周堅(jiān)紅移定律作相對(duì)論多普勒效應(yīng)進(jìn)行解釋，由此獲得了宇宙精確膨脹理論，其次將宇宙精確膨脹理論與笛卡兒坐標(biāo)系聯(lián)系起來研究，由此獲得了相對(duì)觀測(cè)者而言所能觀測(cè)到的可觀測(cè)宇宙解析圖，從此出現(xiàn)了用解析法來解釋宇宙的理論，并結(jié)合愛因斯坦的相對(duì)論思想進(jìn)行研究，由此又獲得了能夠描述無限宇宙的周堅(jiān)宇宙方程組，從此出現(xiàn)了相對(duì)觀測(cè)宇宙的理論，最終形成了一個(gè)完整的解析宇宙學(xué)理論體系，致使在人類歷史上的首部《解析宇宙學(xué)》個(gè)人專著于20xx年3月8日誕生了。

《解析宇宙學(xué)》是以新發(fā)現(xiàn)的周堅(jiān)紅移定律為基礎(chǔ)，以解析法為切入點(diǎn)全面揭示無限宇宙的全貌，為人類應(yīng)用代數(shù)方法來解釋宇宙翻開了嶄新的一頁(yè)。

宇宙加速膨脹范文第3篇

眾所周知，我們的宇宙肇始于137億年前的一場(chǎng)大爆炸，這一點(diǎn)在今天已經(jīng)沒有異議。但單純的大爆炸還解釋不了以下兩個(gè)問題。

第一是，早期的宇宙密度必定非常大，引力非常強(qiáng)，那為什么這么強(qiáng)的引力阻止不了宇宙進(jìn)一步的膨脹呢？

第二是，為什么今天的宇宙看起來如此均勻？近些年來，天文學(xué)家通過觀測(cè)證實(shí)，宇宙物質(zhì)的分布是非常均勻的?？墒窃谠缙诘奈⒂^宇宙中，物質(zhì)難免會(huì)有漲落，造成這一點(diǎn)跟那一點(diǎn)在密度上的微小差異。這一差異經(jīng)過后續(xù)的宇宙膨脹，就會(huì)被千百倍地放大。經(jīng)過這樣放大之后，要想在“成年”宇宙中保持物質(zhì)均勻分布幾乎就不可能了。這個(gè)道理就好比說，從一個(gè)成年人身上取走一個(gè)細(xì)胞，對(duì)他不會(huì)有任何影響，但要是在受精卵分裂階段取走一個(gè)細(xì)胞，那就可能被放大成身體的重大缺陷或畸形。

為解決這些問題，1980年代宇宙學(xué)家提出暴漲說。這個(gè)學(xué)說的大致內(nèi)容是：宇宙在大爆炸發(fā)生后不到10-35秒，即發(fā)生了一場(chǎng)急劇的膨脹，在不到10-33秒的時(shí)間內(nèi)，體積膨脹了1078倍，這就是所謂的暴漲期。暴漲把宇宙在不同點(diǎn)可能有的一切差異都給抹平了。經(jīng)過暴漲之后，宇宙才又漸漸恢復(fù)為正常的膨脹。

至于是什么東西讓宇宙暴漲的，宇宙學(xué)家一時(shí)可說不上，他們只是含糊地假設(shè)存在這么一種暴漲場(chǎng)。這種場(chǎng)是一種斥力場(chǎng)，所以能夠抵消引力場(chǎng)，推動(dòng)宇宙急劇膨脹。

現(xiàn)在再回頭看粒子物理學(xué)方面。正文中提到，標(biāo)準(zhǔn)模型把所有基本粒子歸為三類。其中第二類是基本作用力的傳遞粒子，如光子、膠子等（因標(biāo)準(zhǔn)模型還沒有把引力統(tǒng)一進(jìn)來，所以不含引力子）。第三類則是希格斯粒子。第二、第三類粒子都是玻色子。

這樣的分法是有點(diǎn)奇怪的。你瞧，除希格斯粒子外，每一種玻色子都對(duì)應(yīng)自然界中的一種基本相互作用力，而希格斯粒子雖也是玻色子，卻沒有一種基本作用力與之對(duì)應(yīng)。希格斯場(chǎng)好像在基本粒子獲得質(zhì)量的那一刻起了一下作用，此后就度假去了，再也看不到它還發(fā)揮了什么影響。這好像不符合大自然物盡其用的一貫作風(fēng)。

所以，最近有科學(xué)家提出，推動(dòng)宇宙暴漲的可能就是希格斯場(chǎng)。如今充斥宇宙空間的希格斯場(chǎng)，在宇宙還很小的時(shí)候，其能量密度必定是非常大的。如果再假設(shè)它是一種斥力場(chǎng)，或許就可解釋宇宙為何會(huì)暴漲。

宇宙加速膨脹范文第4篇

宇宙的雕塑家

當(dāng)天文學(xué)家探索暗能量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)暗能量除了決定宇宙整體的膨脹速率外，在較小的尺度上也具有長(zhǎng)期的效應(yīng)。當(dāng)你把對(duì)宇宙的觀測(cè)范圍縮小時(shí)，第一個(gè)注意到的現(xiàn)象是，在宇宙尺度下，物質(zhì)的分布就像蜘蛛網(wǎng)一樣，是由數(shù)千萬光年長(zhǎng)的細(xì)絲編織而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，中間穿插著一些大小相仿的網(wǎng)洞。電腦數(shù)據(jù)模擬顯示出，要想形成這樣的圖形，必須同時(shí)具備物質(zhì)與暗能量。

這可不是什么大不了的發(fā)現(xiàn)。這些細(xì)絲與網(wǎng)洞并不是行星那種有著緊密結(jié)構(gòu)的物體，它們尚未從宇宙整體的膨脹中分離出來，其內(nèi)部也還沒達(dá)到力的平衡。因此，它們的樣貌取決于宇宙膨脹（以及一切會(huì)影響膨脹的現(xiàn)象）和其本身重力的競(jìng)爭(zhēng)。在宇宙中，沒有任何一方能夠完全主宰這場(chǎng)拔河比賽：如果暗能量稍強(qiáng)一些，膨脹將會(huì)獲得勝利，使得物質(zhì)擴(kuò)張而無法凝聚成細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)；假如暗能量稍弱一點(diǎn)，物質(zhì)將會(huì)進(jìn)一步凝聚在一起。

當(dāng)你繼續(xù)把范圍縮小到星系團(tuán)與星系的尺度時(shí)，情況會(huì)變得更復(fù)雜。包括我們銀河系在內(nèi)的所有星系，并不會(huì)隨著時(shí)間而膨脹，它們的大小取決于恒星、氣體和其他組成物質(zhì)的角動(dòng)量與重力間的平衡；只有從星系際空間吸積新物質(zhì)，或與其他星系合并時(shí)才會(huì)成長(zhǎng)。宇宙膨脹對(duì)于星系成長(zhǎng)的影響微乎其微，因此，暗能量對(duì)于星系的形成，效應(yīng)并不是那么明確。

同樣的道理也適用于星系團(tuán)。星系團(tuán)是數(shù)千個(gè)星系的集合，因重力而束縛在一起，藏身于龐大的熱氣體云內(nèi)，是宇宙里最大的聚合體。就在不久之前，許多有關(guān)星系與星系團(tuán)形成的觀點(diǎn)還看似和暗能量毫不相干，但現(xiàn)在看來，暗能量可能是聯(lián)結(jié)這些不同觀點(diǎn)的關(guān)鍵。因?yàn)檫@些系統(tǒng)的形成與演化有部分源自星系間的交互作用與合并，而這很可能正是由暗能量所主導(dǎo)。

要了解暗能量如何影響星系的形成，得先知道天文學(xué)家認(rèn)為星系是如何形成的。目前的理論所依據(jù)的觀念是物質(zhì)有兩種基本形態(tài)：第一種是普通物質(zhì)，這種物質(zhì)的粒子可以輕易地互相作用，假如帶電的話，還會(huì)與電磁輻射作用，由于它們主要是由質(zhì)子與中子這樣的重子所組成，天文學(xué)家便稱它們?yōu)椤爸刈游镔|(zhì)”；第二種是暗物質(zhì)（與暗能量截然不同），占了所有物質(zhì)總量的85%，特色是其組成粒子不會(huì)與輻射作用。但就重力的觀點(diǎn)而言，暗物質(zhì)與普通物質(zhì)的特性完全相同。

為何星系漸漸不再形成？

詳細(xì)的研究指出，星系在與其他星系合并時(shí)會(huì)發(fā)生形狀扭曲的現(xiàn)象。我們能看到的最早星系，大約在宇宙年齡10億歲時(shí)就已存在，其中有許多星系的確正在合并，但是，隨著時(shí)間的演進(jìn)，大型星系合并的事件就不再盛行了。在大爆炸后20億～60億年間（也就是宇宙歷史的前半段），大型星系的合并率從50%驟降到接近零。從那時(shí)起，星系外形的分布比例就固定下來了，可見星系的互撞與合并已經(jīng)相當(dāng)罕見。

事實(shí)上，今日宇宙中98%的大型星系，不是橢圓形就是螺旋形。它們的外形在發(fā)生合并的時(shí)候會(huì)崩解變化。這些星系很穩(wěn)定，大多由年老的恒星組成。這告訴我們，它們必定很早就已形成，而且保持規(guī)則的形狀已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了。有少數(shù)星系至今仍在合并中，但通常是質(zhì)量較小的星系。

另一件怪事是，常見于星系中央的超大質(zhì)量黑洞，其成長(zhǎng)似乎已大幅減緩。這樣的黑洞是類星體和活躍星系的能量來源，在現(xiàn)代宇宙里的數(shù)量非常少（我們星系和其他星系里的黑洞則是不活躍的）。這些關(guān)于星系的演化趨勢(shì)是否相關(guān)？暗能量是否真是這一切現(xiàn)象的根源？

站上主宰的位子

有些天文學(xué)家認(rèn)為，星系內(nèi)部的某些過程，例如黑洞及超新星的釋放能量，是星系與恒星停止形成的原因。但現(xiàn)在暗能量浮上了臺(tái)面，它似乎是聯(lián)結(jié)這所有事情的更基本原因，主要的證據(jù)是大部分星系與星系團(tuán)停止形成的時(shí)間點(diǎn)，與暗能量開始主宰宇宙的時(shí)期大致相符，二者都發(fā)生在宇宙是現(xiàn)在年齡的一半之時(shí)。

概念是這樣的：在宇宙歷史上的那個(gè)時(shí)期，物質(zhì)的密度很高，因此星系間的重力作用足以超越暗能量造成的效應(yīng)，星系比肩接踵，相互作用而且經(jīng)常合并。當(dāng)星系內(nèi)的氣體云互相碰撞時(shí)，新恒星便誕生了；若氣體被卷入這些系統(tǒng)中央。黑洞就會(huì)成長(zhǎng)。隨著時(shí)間的演進(jìn)，空間膨脹，物質(zhì)逐漸稀薄，重力因而減弱，但暗能量的強(qiáng)度卻維持不變（或幾乎不變），二者間難以維持穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，最終造成膨脹從減速轉(zhuǎn)為加速，于是，星系所在的結(jié)構(gòu)被扯開，導(dǎo)致星系的合并比例逐漸降低，星系際氣體也變得較難墜入星系中。喪失了“糧食”，黑洞當(dāng)然變得平靜許多。

暗能量也能解釋星系團(tuán)的演化。在宇宙還只有不到現(xiàn)有年齡一半以前，當(dāng)時(shí)就已存在的古老星系團(tuán)，其總質(zhì)量與今日的星系團(tuán)相當(dāng)。也就是說，在過去的60億～80億年間，星系團(tuán)的質(zhì)量實(shí)際上并未增加。這個(gè)停滯的現(xiàn)象暗示了宇宙在現(xiàn)有年齡的一半時(shí)，星系便不再凝聚成團(tuán)了，這是暗能量在大尺度上影響星系交互作用的直接證據(jù)。天文學(xué)家早在20世紀(jì)90年代中葉就已經(jīng)知道，在過去的80億年里星系團(tuán)成長(zhǎng)不多，他們將這些現(xiàn)象歸咎于宇宙的物質(zhì)密度比理論估計(jì)的低許多，而暗能量解決了觀測(cè)和理論間的矛盾。

牽一發(fā)而動(dòng)全身

由暗能量主導(dǎo)宇宙的加速，是個(gè)合理的解答，它可以解釋星系族群里產(chǎn)生的所有已觀測(cè)到的變化，也就是星系合并的中斷和伴隨而來的必然后果，例如喪失形成恒星的活力，并終結(jié)星系形態(tài)的變換。假如沒有暗能量，星系合并的活動(dòng)可能會(huì)持續(xù)得更久些，那么今天的宇宙里將存在著更多由古老恒星所組成的大型星系。同樣，宇宙中低質(zhì)量系統(tǒng)的數(shù)目會(huì)更少，而像銀河系這樣的螺旋星系數(shù)量將會(huì)稀少許多（假設(shè)螺旋星系無法在合并過程中保存下來）。星系的大尺度結(jié)構(gòu)可能會(huì)束縛得更為緊密，而且會(huì)發(fā)生次數(shù)更多的結(jié)構(gòu)合并與吸積。

相反，如果暗能量的強(qiáng)度比現(xiàn)在更大，宇宙中的星系合并事件會(huì)減少，使大型星系與星系團(tuán)的數(shù)量更少。由于在時(shí)間的長(zhǎng)河里，星系間較少發(fā)生合并，星系團(tuán)的質(zhì)量將不會(huì)那么高，甚至不會(huì)有星系團(tuán)存在，因此螺旋星系與低質(zhì)量的不規(guī)則狀矮星系會(huì)變得更普遍。同時(shí)，恒星的形成數(shù)量可能比較少，使得宇宙里處于氣體狀態(tài)的重子質(zhì)量比例較高。

雖然這些過程似乎離我們相當(dāng)遙遠(yuǎn)，但星系的形成方式其實(shí)也影響我們的存在。只有恒星才能制造出比鋰重的元素，而那些重元素則是建構(gòu)類地行星與生命的必需材料。假如恒星形成率太低，就無法制造出夠豐富的這類元素，那么宇宙將不會(huì)有這么多行星，可能也就不會(huì)演化出生命。因此，暗能量可能對(duì)宇宙里許多不同且看似毫不相干的事物有著深遠(yuǎn)的效應(yīng)，甚至影響了地球的歷史細(xì)節(jié)。

暗能量當(dāng)然尚未完成它的工作。它看來似乎對(duì)生命有益：宇宙加速將可以避免天文學(xué)家不久之前還在擔(dān)憂的事情——宇宙最終會(huì)崩塌。但暗能量也帶來其他的風(fēng)險(xiǎn)，至少，它驅(qū)趕遙遠(yuǎn)的星系，使它們后退得太快而永遠(yuǎn)消失在我們的眼前，我們的星系和鄰居的周遭逐漸清空，把我們遺留在日益孤寂的島上；星系團(tuán)、星系甚至飄浮于星系際空間的恒星，終將遭禁錮于極有限的球狀區(qū)域，其重力可及的范圍將不超過它們本身的大小。

宇宙加速膨脹范文第5篇

一個(gè)糖塊里

沒錯(cuò)，所有的、幾十億人都可以放入一個(gè)小小的糖塊中。這不是開玩笑，因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部有著不可思議的空間。

我們知道，物質(zhì)的基本組成單位是原子，原子又是由原子核和圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子構(gòu)成的。在原子內(nèi)部空間，質(zhì)量的分布是極其不均衡的，包含了整個(gè)原子質(zhì)量99.9％的原子核只占了整個(gè)原子體積的一萬億分之一。我們可以說，除了原子核和那個(gè)在外面高速運(yùn)動(dòng)的電子外，原子的絕大部分空間其實(shí)基本上是“空的”。

原子內(nèi)部到底有多空曠?打個(gè)比方，如果原子有一個(gè)足球場(chǎng)那么大，那么原子核就是放在球場(chǎng)中央的一顆葡萄!這意味著，如果我們壓縮掉自己身體中所有原子內(nèi)部的多余空間，全人類的體積總和，將只有一個(gè)糖塊那么小!

這聽上去有點(diǎn)殘忍，也令人匪夷所思，但其實(shí)宇宙中還真有這種“糖塊”，那就是中子星。質(zhì)量很大的恒星在死亡時(shí)爆炸，剩余物質(zhì)被強(qiáng)烈地壓縮，電子被擠壓到原子核里，和質(zhì)子合并形成中子，于是這個(gè)剩余的天體就渾身上下全都是中子，幾乎沒有了一絲空隙，這就是中子星。中子星密度極高，1立方厘米的中子質(zhì)量就有1億噸重!好重的“糖塊”1

2　太陽(yáng)就算是香蕉堆出來的，

也一樣會(huì)熱力四射

太陽(yáng)質(zhì)量很大，要保持自己不被巨大的引力壓垮，它的中心溫度要非常高(足有1500萬攝氏度)，才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的膨脹力與自身的引力對(duì)抗。

太陽(yáng)剛形成時(shí)，在自身物質(zhì)壓縮的同時(shí)，釋放出了巨大的能量，于是可以讓太陽(yáng)中心達(dá)到如此的高溫。不過要在此后幾十億年里始終保持這樣的溫度，則需要太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生核反應(yīng)，氫原子不斷聚變成氦原子，釋放出大量的熱量，以維持太陽(yáng)中心的溫度。

所以從原理上看，太陽(yáng)由什么物質(zhì)組成，其實(shí)并不很重要。任何物質(zhì)聚集在一起，只要總質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的水平，物質(zhì)的壓縮都會(huì)產(chǎn)生很高的溫度。太陽(yáng)的質(zhì)量大約是2×1030千克，如果我們把2×1030千克的香蕉集中到一個(gè)地方，它們的重力壓縮的結(jié)果，也會(huì)讓中心出現(xiàn)與太陽(yáng)中心相近的溫度!

當(dāng)然了，香蕉太陽(yáng)和我們天空中的那個(gè)太陽(yáng)還不一樣。香蕉主要成分不是氫，而是碳和氧，這兩種元素發(fā)生聚變反應(yīng)要比氫快得多，所以就算我們找到了那么多香蕉，制造出了香蕉太陽(yáng)，它維持內(nèi)部高溫的時(shí)間也會(huì)比我們現(xiàn)在的太陽(yáng)短得多，只要幾千年的時(shí)間，香蕉太陽(yáng)就熄火了。

3　98％的宇宙是看不見的

組成人類、行星和恒星的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的4％，其中的2％是我們現(xiàn)在觀測(cè)到的恒星、星系等發(fā)光天體，另外2％是不發(fā)光的行星、黑洞等天體。

占宇宙質(zhì)量23％的物質(zhì)則是由未知粒子組成的，它們是根本不可能發(fā)光的暗物質(zhì)。暗物質(zhì)雖然不發(fā)光，但卻會(huì)通過引力發(fā)揮作用，這恰恰泄露了這些隱身者的位置。就好比我們看不到風(fēng)，但空氣流動(dòng)讓我們感受到風(fēng)的存在。由于大量暗物質(zhì)的存在，圍繞在它周圍的星系轉(zhuǎn)速很快，如果沒有暗物質(zhì)的拉扯，星系早已經(jīng)飛散開了。

另外還有73％的宇宙則是由暗能量組成的。1998年，科學(xué)家通過研究一種超新星發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。這種超新星在爆發(fā)的時(shí)候，光度的極大值基本上都是相同的，于是科學(xué)家可以通過觀察超新星的明暗情況，來間接地推斷它們遠(yuǎn)離地球的速度，進(jìn)而推導(dǎo)出宇宙在不同時(shí)期的膨脹速度快慢。結(jié)果令人震驚，宇宙早期膨脹速度慢，而如今膨脹速度快。

這說明，宇宙中一定有某種東西與相互吸引的物質(zhì)對(duì)抗著，它起著排斥力的作用，加速了宇宙的膨脹。這就是暗能量，它是除了暗物質(zhì)之外，我們另一個(gè)無法直接觀察到的東西。

暗物質(zhì)和暗能量到底是什么?這還是個(gè)未解之謎。如果你能搞清楚它們的本質(zhì)，那么諾貝爾獎(jiǎng)將在那里等著你。

4　未來太陽(yáng)或?qū)⑼虥]地球

最近，美國(guó)天文學(xué)家利用Hobby-Eberly大型望遠(yuǎn)鏡，在宇宙中新發(fā)現(xiàn)了一顆紅巨星(氫元素消耗殆盡的恒星)和圍繞著它的行星。

根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家預(yù)測(cè)，當(dāng)太陽(yáng)膨脹成為一顆紅巨星時(shí)，它的表面甚至能夠達(dá)到地球軌道，從而與我們的地球發(fā)生“親密接觸”。