宇宙大爆炸
您可能听说过科学家们认为宇宙在膨胀,您可能还听说过宇宙开始于大约 100 亿年前的“宇宙大爆炸”。对大多数人而言,当读到有关这一事件的描述时,眼前会显现出下列景象:在某处发生大爆炸,恒星和星系飞向四面八方。但接着我们就会想到:如果这次大爆炸指的是整个宇宙,那它就不可能在某处发生,因为根本就没有任何额外的空间让它在其中发生!在这点上,读些科幻小说通常会感觉容易接受一些。
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宇宙在不断地膨胀。这意味着什么?难道两只耳朵相距越来越远吗?幸亏答案不是这样,尽管您的头也是宇宙的一部分。在我们周围,类似地球(或者确切地说是我们所在的星系)重力场的力克服了“宇宙”的膨胀。仅对那些至少像星系本身一样孤立的物体,这种渐增的分离情况才会变得明显。对此现象的一个很形象的比喻是:将一个表面贴有不干胶的气球吹起来,想象一下会发生什么情况。不干胶之间会离得越来越远,顺便提一下,对于每块不干胶来说,其它的不干胶在对称地后退,离得越远退得越快。不干胶纸不会膨胀,您的头同样也不会膨胀。
及时将膨胀过程逆转,在某一时刻所有物体间的距离为零。这就是“宇宙大爆炸”发生的瞬间。在本文中,一定要非常谨慎地对待这些日常用语!例如,您可能会说,“宇宙大爆炸”发生时,所有物体都在一处。然而,就在“宇宙大爆炸”发生的瞬间,宇宙可能(甚至是极有可能)是无限的。要理解这一情况,可以回忆一下高中数学里学过的无穷大乘以零并不一定是零(或无穷大)。如果宇宙中各点之间的距离为零,但是有无穷多个点,那么,宇宙的大小粗略地讲就是无穷大乘以零。这就解释了为什么认为“宇宙大爆炸”发生在“某处”是错误的。它无处不在!
多普勒效应是为纪念伟大的科学家Christian Doppler而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。但是由于缺少试验设备,多普勒但是没有用试验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏,再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化,以验证该效应。
多普勒效应指出,波在波源移向观察者时频率变高,而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为λ,波速为c,观察者移动速度为v:
当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为(v-c)/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。
如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括光波、电磁波。科学家哈勃Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体距离越远红移越大,这说明这些天体在远离银河系。反之,如果天体正移向银河系,则光线会发生蓝移。
在移动通信中,当移动台移向基站时,频率变高,远离基站时,频率变低,所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然,由于日常生活中,我们移动速度的局限,不可能会带来十分大的频率偏移,但是这不可否认地会给移动通信带来影响,为了避免这种影响造成我们通信中的问题,我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。
在单色的情况下,我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率,或者解释为,在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域,这种效率越低,就越趋向于红色,频率越高的,就趋向于蓝色——紫色。比如,由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹,而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波:声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率(高频声音尖厉,低频声音低沉)。
如果波源是固定不动的,不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同:发射频率等于接收频率。如果波源相对于接收者来说是移动的,比如相互远离,那么情况就不一样了。相对于接收者来说,波源产生的两个波峰之间的距离拉长了,因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频率降低,所感知的颜色向红色移动(如果波源向接收者靠近,情况则相反)。为了让读者对这个效应的影响大小有个概念,在图4中显示了多普勒频移,近似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率。例如,在上面提到的氦——氖激光的红色谱线,当波源的速度相当于光速的一半时(参见图中所画的虚线),接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到4.74×10^14赫兹,这个数值大幅度地降移到红外线的频段。
一、声波的多普勒效应
在日常生活中,我们都会有这种经验:当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时,他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢?这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的,如果频率高,声调听起来就高;反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应,它是用发现者克里斯蒂安·多普勒(Christian Doppler,1803-1853)的名字命名的,多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应.为了理解这一现象,就需要考察火车以恒定速度驶近时,汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短,好像波被压缩了.因此,在一定时间间隔内传播的波数就增加了,这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因;相反,当火车驶向远方时,声波的波长变大,好像波被拉伸了. 因此,声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=(u+v0)/(u-vs)f ,其中vs为波源相对于介质的速度,v0为观察者相对于介质的速度,f表示波源的固有频率,u表示波在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时,v0取正号;当观察者背离波源(即顺着波源)运动时,v0取负号. 当波源朝观察者运动时vs前面取负号;前波源背离观察者运动时vs取正号. 从上式易知,当观察者与声源相互靠近时,f1>f ;当观察者与声源相互远离时。f1<f
二、光波的多普勒效应
具有波动性的光也会出现这种效应,它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索(1819-1896)于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释,指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动,称为红移;如果恒星朝向我们运动,光的谱线就向紫光方向移动,称为蓝移.
三、光的多普勒效应的应用
20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了旋涡星云正快速远离地球而去.1929年哈勃根据光普红移总结出著名的哈勃定律:星系的远离速度v与距地球的距离r成正比,即v=Hr,H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定,人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀,物质密度一直在变小. 由此推知,宇宙结构在某一时刻前是不存在的,它只能是演化的产物. 因而1948年伽莫夫(G. Gamow)和他的同事们提出大爆炸宇宙模型. 20世纪60年代以来,大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受,以致被天文学家称为宇宙的"标准模型" .
多普勒-斐索效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能,这只要分析一下接收到的光的频谱就行了. 1868年,英国天文学家W. 哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度(即物体远离我们而去的速度),得出了46 km/s的速度值
康德假说
1755年,德国哲学家康德(I .Kant)在《自然通史和天体理论》一书中,根据万有引力原理提出了“微粒假说”。假说的主要内容是:宇宙中散布着微粒状的弥漫物质,称为原始物质。在万有引力作用下,较大的微粒吸引较小的微粒,并逐渐聚集加速,结果在弥漫物质团的中心形成巨大的球体,即原始太阳。周围的微粒在向太阳这一引力中心垂直下落时,一部分因受到其他微粒的排斥而改变了方向,便斜着下落,从而绕太阳转动。最初,转动有不同的方向,后来有一个主导方向占了上风,便形成一扁平的旋转状星云。云状物质后又逐渐聚集成不同大小的团块,便形成行星。行星在引力和斥力共同作用下绕太阳旋转。康德关于太阳系是由宇宙中的微粒在万有引力作用下逐渐形成的基本观点是可取的,它能说明行星的运行轨道具有的共面性、近圆性、同向性等特点。但康德假说解释不了太阳系的角动量来源。
1796年法国数学家PS�拉普拉斯在他的《宇宙体系论》中,独立地 提出了关于太阳系起源的星云说。拉普拉斯认为,太阳系的原始物质是炽热的呈球状的星云 ,直径远大于现今的太阳系直径,并缓慢地转动。因散热冷却,星云逐渐收缩并变得致密, 转动速度也逐渐变快。由于赤道附近离心力的不断增大,星云逐渐变成星云盘,当离心力超 过向心力时,赤道边缘的物质便分离出来,形成一个旋转的环(拉普拉斯环),并相继分离出 与行星数目相等的另一些环。星云的中心部分最后形成太阳,各环在烧太阳旋转过程中,环 中的物质逐渐向一些凝块聚集形成行星。行星又以同样的方式分离出环,再凝结成卫星。这 一成因模式可概括为:炽热的气体云—分离环—团块—行星。
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀。
1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.
宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子,这些粒子在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景
物质不灭论和宇宙有源论是不存在矛盾的。
物质既不能被创造,也不能被毁灭,只是由一种形式转化为另一种形式。虽然宇宙大爆炸是宇宙的开端,但这并不能说明宇宙大爆炸之前就不存在物质,将宇宙大爆炸那一刻看成物质被创造的时刻是不正确的。根据爱因斯坦的广义相对论,我们不能断定宇宙大爆炸之前就不存在物质,而且目前科技的局限性也使我们也不可能估算到宇宙大爆炸之前物质存在的形态。
因此,认为物质不灭论和宇宙有源论存在矛盾的说法是片面的,不正确的。马克思主义哲学的认为,我们看问题要整体和部分相结合,不能片面的、孤立的看问题。认为物质不灭与宇宙有源相矛盾的话,实际上忽视了宇宙大爆炸之前的情况,因此犯了片面看问题的形而上学的错误。
我看楼主是白学马克思主义了!
马克思是怎么评价自己的唯物主义的?
哲学不是凌驾于科学之上的科学,哲学也不能替代任何其他的科学(这是他在辨证唯物主义中所说的,原话我不记得了)
所以用马克思主义来解释宇宙大爆炸,就像要军事指挥官拿手术刀救人一样胡闹。
诞生于一百多年前的辨证唯物主义至少给我们解答了这样几个问题:
什么是世界的本源?
我们处于一个什么样的世界?
他的物质无限,宇宙无限的说法至少在现在看来是正确的。人类历史上没有哪个结论可以在如此之广的领域,如此之长的时间范围内经受验证
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