手抄报一：宇宙的基本介绍

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。

暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为，重子数允许不守恒，而宇宙中的引力能可粗略地说是负的，并精确地抵消非引力能，总能量为零，因此宇宙从无中演化是可能的。

“无”并非是绝对的虚无，真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。如果进一步说真空能起源于“无”，那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。从现代物理学的观点看，真空也可视为物质。

宇宙不论多么巨大，作为一个有限的物质体系 ，也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的，把“无”作为一种未知的物质和能量形式，在认识论和方法论上有一定意义。

现代宇宙学不是晦涩无用的哲学思辩，而是建立在天文观测、数学模型、物理实验基础上的现代科学，

完全有能力认知宇宙的奥秘。天文学家们指出，大爆炸必然会发生，原因是“虚空”本质上是不稳定的，可以从量子力学和广义相对论中推导出来。在量子力学的尺度，空间将不稳定，不再显示平滑和连续，空间和时间失去稳定性，混杂形成时空的泡沫，微小的时空泡可以自发形成。量子化的时空产生涨落，宇宙产生于“虚空”。

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”。暗物质是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动。

理论上存在某种临界密度。如果平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为“开宇宙”；要是平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来并收缩，称为“闭宇宙”。

目前来看，开宇宙的可能性大一些。

加速膨胀

诺贝尔奖获得者布莱恩·施密特指出：“物质与物质之间的空间正在加大。“2011年，布莱恩·施密特和他的同事因利用“超新星”作为“宇宙探测器”发现宇宙的加速膨胀而获得了当年的诺贝尔物理学奖，在研究之初，他们的想法是测量宇宙的膨胀速度如何因为万有引力的作用而减缓，而最终的发现却出乎人们的意料，事实证明，宇宙的膨胀速度越来越快。他解释道：“我们观察物体远离我们的速度，就像多普勒雷达采用多普勒频移来定位、测量一样。我们测量距离以及这些动作划分的距离，从而计算出宇宙的膨胀速度。我们的测量方法就是观察遥远的物体，在不同的时间做同样的测量，通过比较得出结论。从这个角度来说，这是一个很简单的实验。通过比较过去与现在测量的不同距离，我们得知现在宇宙的膨胀速度比以往快很多。“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。

宇宙学家认为，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止；恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地，这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度，从而达到所谓大冻结。此外，倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的，重子物质最终也会全部消失，宇宙中只留下辐射和黑洞，而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的熵会增加到极点，以致于再也不会有自组织的能量形式产生，最终宇宙达到热寂状态。在ΛCDM模型中，暗能量以宇宙学常数的形式存在，这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集，并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开，即所谓大撕裂。

手抄报二：宇宙学模型

理论基础

1917年，A.阿尔伯特·爱因斯坦运用广义相对论建立了一个“静态、无限、无界”的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。

1922年，G.D.弗里德曼发现，根据爱因斯坦的场方程，宇宙也可以是膨胀的和振荡的。

1927年，G.勒梅特提出了真正意义的膨胀宇宙模型。1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。

20世纪中叶，G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。大爆炸宇宙模型成为标准宇宙模型。

1980年，美国的阿兰·古斯在热大爆炸宇宙模型的基础上又进一步提出了大爆炸前期暴涨宇宙模型，随后由安德烈·林德进行了修订。该模型包括一个短暂的（指数的）快速膨胀，这个过程抹平时空而使宇宙平坦，解决了视界问题。他提出：在宇宙诞生最初的时刻，时空发生过一次急速膨胀的过程，宇宙大爆炸之后的一瞬间，时空在不到10-34秒的时间里迅速膨胀了10^78倍。

电脑演化模型

2014年5月，科学家制作出最为成功的宇宙演化的电脑模型，模拟宇宙以暗物质为起点诞生并演化的过程。

本次建立的电脑模型和真实的宇宙惊人得相似。这个电脑模型可用于测试有关宇宙构造和运转原理的理论。有关科研成果已经在《自然》杂志上发表。

电脑模型最初展示了虚空状态下分散在各处神秘的“暗物质”。几百万年过去了，暗物质集中起来，为早期星系的产生埋下种子。反暗物质随之出现，才有了将来的星球和生命。黑洞也在模型中占有一席之地。它们吸入并吐出物质，产生一系列爆炸，影响星球的形成。

研究人员马克·福格尔斯贝格尔表示，模型印证了暗物质等诸多宇宙学理论。他说：“在模拟中，很多星系都和现实宇宙中的星系非常相似。这意味着我们对宇宙基本运转原理的认知是正确的、完整的。如果你不把暗物质算进去，它看着都不怎么像真正的宇宙。”

现代宇宙学模型

现代宇宙学的先驱是霍金。霍金：“宇宙创造过程中，“上帝”没有位置。没有必要借助“上帝”来为宇宙按下启动键。”

霍金推崇利用数学和物理手段寻找一个大一统理论，并且证明“宇宙不是偶然诞生的，不需要上帝”，“宇宙的数学模型是有限无界”。

霍金在演讲中说道：

“然而，人们在过去几年发现，科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的。在那种情形下，宇宙可以是自足的，并由科学定律所完全确定。哈特尔和我所做的设想可以被重新表达成：宇宙的边界条件是它没有边界。”

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