宇宙航天知识

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宇宙航天知识
设计描绘宇宙既是一个古老的话题,也更是一个永恒的话题.自从有了人类文明,人们就开始对宇宙进行设计和描述.尽管出于各种不同的目的,但这项工作从来没有停止过.
一、人类宇宙观的发展史
归纳起来以经历过了两个大的阶段：既哲学描述阶段和运动学描述阶段.尽管这两个阶段在时间上是有很大重合的,但大体上反映了人类宇宙观的进步.
1、哲学描述阶段
这是早期人们对宇宙的纯感性认识,完全属于哲学范畴的.人们只是对宇宙的神秘,加以朴素哲学和神话般的解释.如我国的“盘古开天地”、“道生一”等,西方的“造世主”、“万能上帝”等.
2、、运动描述阶段
这一阶段主要的依据当然是“天体运动”,是随这人类的观测能力和数学发展而兴起的,是人类真正科学宇宙观的开始.主要是以西方的“地心说”和“日心说”为代表.我国因为数学的滞后,这期间的“盖天说”、“浑天说”、“宣夜说”主要是以单纯的观测为主.
“地心说”的均轮和本轮的设计,标志着对宇宙的描述从观测加动感描述,向定量运动学描述的发展,也是把运动的量化科学第一次用于宇宙的结构设计.在当时的观测精度下,它“完全”符合天体的运动规律.随着人们观测精度的提高,80多个本轮已解决不了对天体运动的实际规律.数学（三角学）上的发展,使人们有了设计出一个“更为合理”的宇宙----“日心说”的能力.“日心说”对天体运动规律的计算和预测能力,使人们不得不承认它是一个“完美无缺”的宇宙观.
二、对今天人类宇宙观的评价
随着人类数学、运动（天体）力学、相对论、光学、电磁学等学科的发展,人们已不满足于只在运动学方面描述宇宙.于是自上个世纪初,人类的宇宙观便进入了质能描述阶段.人们便开始从质量、能量方面,设计我们心中的宇宙.
质能描述阶段作为全人类宇宙观发展的一个大阶段,当然标志着人类科学宇宙观的进步.但是今天我们的宇宙观,做为质能描述阶段的初始,它不会比“日心说”更符合宇宙的本质规律.因为我们对质能的理解,还处于运动描述阶段的“地心说”时期“粗糙观测”水平,尤其是量子物理学理论的完善,是对能量精确“观测”的必要手段.以现有对绝大多数远距离天文现象的模糊理解,和对时、空、物质、能量等内在本质的了解,而“匆匆忙忙”建立起来的“宇宙大爆炸”理论,也就只能相当于运动描述阶段的“地心说”了!
三、宇宙观的未来发展
人类已经经历了“哲学宇宙观”、“运动宇宙观”,现在正在经历“质能宇宙观”.但“质能宇宙观”决不是终级宇宙观,宇宙观的发展是无限的.那么我们还有可能向什么宇宙观发展呢?
我认为应该是“时空宇宙观”!从科学宇宙观（不包括“哲学宇宙观）的发展可以看出：在“运动宇宙观”阶段,人们认为宇宙的本质就是运动,所以对宇宙的描述集中在符合天体运动规律上；在今天的“质能宇宙观”阶段,我们才知道,运动只是宇宙质能作用的外在表现,质能才是宇宙的本质.到了“时空宇宙观”阶段,我们又会发现,质能只是时空作用的外在表现,时空才是宇宙的本质!“时空宇宙观”以后,可能就进入了“高维宇宙观”阶段,因为时空只是高维结构宇宙在三维中的外在表现.所以人类的宇宙观可能是有以下几个阶段：
哲学宇宙观=》运动宇宙观=》质能宇宙观=》时空宇宙观=》高维宇宙观-----
但我们的“质能宇宙观”还有相当长的路要走.为什么宇宙会是我们观测到的这副样子?为什么它具有目前已测知的那些基本常数值?80年代初,在宇宙创生大爆炸框架下发展了目前最流行的暴胀宇宙模型：宇宙在大爆炸后不到1秒的时间里膨胀了大约10-30倍,大约和橘子一般大小,然后开始以较稳定的膨胀速率,直到现在,大约150亿年,成为目前的样子.在这个过程中,物质“疙瘩”逐步形成了星系、恒星以及生命.这个模型暴胀期的长短是个关键.若稍短,物质为充分散开,原生宇宙就有重新坍缩为起点；若稍长,原生宇宙的物质则过于分散,形不成星系和恒星,自然也就不会出现生命和人类.因此出现了暴胀为何如此精确的问题,按照现行的物理学基本定律,大爆炸产生的宇宙其“自然尺寸”应该只有亚原子大小,即普克郎长度10 ^－35量级,而这样的宇宙是短命的.前苏联科学家林德提出“自我增殖的宇宙”概念——“最有可能的是,我们正在研究的宇宙是由早期的若干宇宙所形成的.”1987年霍金进一步提出了“婴儿宇宙”模型,两个大宇宙通过一个细“管子”连接起来,这个细管子称为“虫洞”,大宇宙为母宇宙,可能存在着从母宇宙分岔出去的另一端是自由的虫洞,这样的管子成为子宇宙、婴儿宇宙.就是说除了我们生存的宇宙之外还可能存在着众多的由虫洞连接起来的其他宇宙.1992年,萨莫林在前人基础上提出了宇宙自然选择学说.母宇宙是空间闭合的,犹如一个黑洞,该黑洞在生存了一段时间后坍缩为一个奇点,奇点又会反弹爆炸膨胀为新的下一代宇宙.这个学说的要点是,子宇宙中的物理常数较之母宇宙的物理常数会有小的、或强或弱的随机变异,新生的婴儿宇宙在再次坍缩成奇点前能膨胀到几倍普克郎长度大小,随机变异的物理常数有可能允许小小的暴胀,子宇宙可变的较大,当它足够大时,可分隔为两个或更多的不同区域,每个区域又坍缩为一个新的奇点,新奇点又触发下一代的子宇宙,如此时代相传,有的小宇宙重又坍缩,有的具有某些基本常数值的宇宙能更有效的产生许多黑洞,从而较具有其他某些基本常数值的宇宙留下更多的后代,借用生物进化论的术语,它们是被“自然选择”下来的,经“选择”作用,产生越来越多的黑洞,也就形成了更多的宇宙.如果宇宙确是由以前的宇宙世代经过这种“自然选择”而产生的话,那么应该预期我们生存在其中的宇宙会具有所观测到的样子并正好具有目前测知的基本常数值.这个学说的另一要点是关于恒星的存在.在许多情况下,恒星是黑洞的前身.在气体和尘埃云中,恒星仍在形成.在碳尘埃微粒表面进行着的化学反应使气体冷却并促使气云坍缩.但碳尘埃粒子是从那里来的呢?斯莫林指出碳元素是由核聚变反应产生的这一情况只有在质子的质量稍大于中子的质量时才会发生,如果两者质量之差比氦核的结合能大的多,则质子和中子不可能粘在一起形成氦核,没有氦,聚变反应链在第一阶段便终止了,根本形不成更重的元素,从而使恒星将少得多,自然也不会有多少黑洞,因此在任何一个宇宙中,若其中质子与中子的质量相差较大,将只能产生很少的宇宙,也就没有什么“选择”的余地了.