宇宙的边缘(最终版)

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1、宇宙的边缘——关于宇宙边缘的猜想和个人见解张俊信息工程学院软件工程三班2013551829前言：在课堂内外的一些视频中，读过的相关书籍中时常能了解到一些与宇宙的过去和未来有关的知识，但又感觉不够具体，自己也想了解更多，比如宇宙是怎样产生的，未产生前又是什么样子，宇宙的未来是否真的是一片黑暗。这些问题在我心底萦绕已久，这次终于下决心去弄明白。虽然不可能找得到标准答案，但也算是给自己的一份答卷。宇宙有多大，宇宙有边缘吗，宇宙的边缘是什么？这些问题本文包含了若干我能搜集到的相关的典型思想，并加以了筛选和增删。我的

2、论点就是建立在这些思想之上的。因为所选问题比较特别，只有推理与猜想，不可能存在实验依据，所以亦不存在对错，我也不便对其思想作任何评价，毕竟我自身水平也十分有限。相关阅读：一、大爆炸理论大爆炸宇宙论是现代宇宙学中最有影响的一种学说。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。这一从冷到热从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。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

3、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，在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。大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：第23页1大爆炸理论主张所有恒星都是

4、在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。2观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。3在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30％。用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。4根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今

5、天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为3K。这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。二、宇宙的定义宇宙可分为哲学宇宙和科学宇宙。哲学宇宙指的是无限多样，永恒发展的物质世界；科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统，或指本爆炸系宇宙。宇宙一般含有两个概念，一个是广义的，一个是狭义的。广义的宇宙，指所有的物质或非物质世界的总称，

6、也就是说，不管有什么东西，它都是宇宙的一部份，一般认为这种广义的宇宙是无边无际的，假设有边的话，人们自然会问，边以外是什么？不管它是什么，或者什么都没有，它也属于宇宙的一部份，换句话说，假设的有边的宇宙是错的，矛盾的。狭义的宇宙，也就是现在一般科学上称的宇宙，准确的称呼是总星系团，是指人们能看到的或未来有可能看到的星际，太空的总合。三、热力学第二定律热力学第二定律，热力学基本定律之一，其表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或

7、不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。四、宇宙的大小和年龄宇宙有多大？这个问题有两层含义，一是宇宙的范围有多大，二是宇宙的年龄有多大。这个问题所谈论的是可见的宇宙，也就是以我们所在的地球为一个球体，其半径是自大爆炸以来，即宇宙作为一个点诞生，开始向外迅速膨胀以来光所通过的空间。从整体上看，宇宙很可能比这个可见的宇宙大得多。就测定所能提供的东西来说，天文学家们显然并不知道，至少不是确切地知道大爆炸是何时发生的。第23页他们只是非

8、常笼统地说，大爆炸可能发生在100亿年前，也可能发生在200亿年前，或者是发生在100亿年前到200亿年前之间的某个时刻。对我们常人来说，浩瀚无垠的宇宙几乎是不可度量的。而对天文学家来说，精确地测绘宇宙天体不仅是必要的，而且也是可能的。天文学采用的计量单位是“光年”，即光在一年里所走的距离。光的前进速度约为每秒30万公里，一光年大约是9。7万亿公里。银河系的直径约为10万光年。而在银河系之外还有别的星系，距离我们