天文宇宙属于什么领域_天文科普宇宙是属于什么形状的

【#能力训练# 导语】大家都知道地球是圆的，和其他太阳系的行星都是圆的，那么宇宙呢?宇宙到底形状是如何的?宇宙也是和地球一样是球形吗?还是马鞍形的呢，对此宇宙是什么形状到底如何?下面和®文档大全网一起来看看吧。

　　【宇宙是什么形状】

　　宇宙是球形的，马鞍形的，还是平坦的?

　　关于宇宙的结构和未来，现代宇宙学说认为，如果宇宙总质量大于某一临界质量，那么宇宙的结构是球形的，并且总有一天会在引力作用下收缩。

　　如果宇宙总质量小于临界质量，那么宇宙的结构是马鞍形的，宇宙内部的引力无法抵消宇宙膨胀的速度而使宇宙一直膨胀下去。

　　如果宇宙总质量恰好等于临界质量，那么宇宙的结构是平坦的，宇宙也将像现在这样一直膨胀下去。

　　宇宙的结构实际上是时间和空间的结构，普通人很难想像。不过科学家提出一个衡量宇宙结构的标准：如果两束平行光线越来越近，那么宇宙结构是球形的;如果两束平行光线越来越远，那么宇宙结构是马鞍型的;如果两束平行光线永远平行下去，那么宇宙结构则是平坦的。平坦宇宙的结构可以用欧几里德几何解释。

　　平坦宇宙学的几个证据。

　　宇宙结构是平坦的这一结论是参加“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”的多国科学家得出的。这一项目的目的是研究宇宙背景辐射的详细情况。

　　科学家在1998年底将一些射电天文望远镜放置在氦气球顶部，随氦气球上升到距地面约40公里的高空，在那里对特定宇宙区域进行了11天的观测，获得了迄今关于宇宙早期辐射最详实的数据。

　　经过研究，科学家发现，在大尺度上，宇宙最初发出的光线并没有发生弯曲现象，也就是说当初的两束平行光线一直保持平行状态，这说明宇宙结构是平坦的，也就是说宇宙总质量恰好等于临界质量，宇宙将像现在这样一直膨胀下去。

　　早在1965年，科学家就已探测到宇宙空间中均匀分布着的宇宙背景辐射，其温度为零下270摄氏度。大爆炸学说认为，这种辐射是宇宙大爆炸后的“余烬”。从这些“余烬”中，科学家可以推测大爆炸初期的情景

　　1991年，美国宇宙背景探测卫星发现，宇宙背景辐射中存在着微小温度波动，如同在“余烬”中闪动着的微弱“火光”，这表明那时宇宙内已存在密度非常小的物质云团。正是这些云团逐渐收缩形成了后来的星系。“银河系外毫米波辐射和地球物理气球观测项目”是在该卫星发现的基础上进行观测的。

　　此外，分别于1990年4月和1991年4月进入太空的“哈勃”天文望远镜和伽马射线探测器以及其他一些观测仪器也对宇宙的结构和演化进行了观测，取得了大量成果。这些成果较为一致地认为宇宙将一直膨胀下去。

　　人类对宇宙诞生和演化的观测研究刚刚起步，关于宇宙结构和未来的推测也仅仅是初步结论。未来几年，科学家计划发射两颗卫星更精确地观测宇宙早期辐射的情况，此外，科学家还将采取其他多种手段观测宇宙，宇宙诞生和结构之谜将被进一步揭开。

　　【宇宙是什么形状的假说】

　　第一种假说是宇宙永恒论，此假说认为宇宙并不是动荡不定的，宇宙从开天辟地时开始，就永恒不变的，既是发生变化也是局部的。

　　第二种假说是宇宙分层论，此假说认为宇宙结构是分层次的，恒星是一个层次，恒星集合组成星系是一个层次，若干个星系结合在一起组成的星系团是一个层次，一些星系团在组成超星系，成为更高的层次。

　　第三种假说则是目前为止科学家认同最多的一宇宙爆炸论种，他们认为大约在200亿年以前，我们今天所看到的天体物质都集合在一起，形成一个密度极大、温度极高达100亿度的大火球，这个时期空中到处充满辐射，恒星和星系并不存在。后来因某种原因，这个原始火球发生了大爆炸，组成

　　的火球物质被喷到四面八方，并逐渐冷却，密度开始降低，爆炸后两秒钟之后，质子和原子在100亿温度下产生，随后11分钟之内，自由中子衰变，进而形成了重元素的原子核。大约一万年以后，

　　氢原子和氦原子产生。在这一万年里，聚落在空间的物质逐渐联合，这些物质凝成星云、星系的恒

　　星。大部分气体在星云的发展中形成星体。至于宇宙形状无法说明。

　　【知识拓展：霍金揭开宇宙真实形状】

　　据国外媒体报道，我们的宇宙或许有着让超现实主义画家最难以置信的画作一样的几何结构。这是当今世界上最的理论物理学家，来自英国剑桥大学的霍金所得出的最新研究结论。

　　该发现或许使荷兰画家M.C.埃舍尔(M.C.Escher)的粉丝们感到高兴。霍金的研究团队声称他们的研究为超弦理论(superstringtheory)所需要的空间几何结构提供了道路。超弦理论是仍旧停留在假设阶段的最有希望的“万有理论”候选者。他们的计算基于一种数学扭曲(mathematicaltwist)理论，之前认为是不可能的。如果该结论成立，那么它将能解释宇宙是如何从大爆炸中产生的，同时也能使广义相对论和量子力学得到统一(引力量子化)。

　　霍金的一位同事托马斯·赫托格(Thomas Hertog)说：“我们已经有了通向建立超弦理论的新途径。”

　　霍金的新宇宙图景是重复排列的形状，正如埃舍尔的画作“圆形极限IV”中的嵌套的蝙蝠和天使一样。虽然这些是平面图，但是它是作为双曲面空间物体的投影图像，很像地图是地球仪的平面投影一样。例如，虽然蝙蝠在平面投影中好像在边缘区域以指数速率在收缩，但是在超空间中它们都还是相同的大小。这些在投影中显得扭曲了的图像是由于双曲空间不能放置在平面中的缘故，因此它们看起来像是扭曲了的马鞍形山地地形图。这些不是我们的宇宙看起来的样子。科学家通过对宇宙大爆炸的回声—“宇宙背景微波辐射”的测量以及对超新星距离的测定，得出了我们宇宙是平坦的而非扭曲的结论。

　　我们的宇宙正在加速膨胀，由一种人们还完全不了解的神秘“暗能量”所驱动。我们不知道暗能量是什么以及它来自哪里，但爱因斯坦的广义相对论能为我们提供解释这种加速膨胀的数学语言。一种叫“宇宙学常数”的常数项进入爱因斯坦的引力场方程就能使宇宙永远膨胀下去，但只有这个常数是正号(+)的情况下才行。现在，说我们生活在一个永远膨胀的宇宙当中和说我们宇宙的宇宙学常数是正号是等价的描述。

　　然而，还有一些悬而未决的难题。广义相对论描绘了当前宇宙的这个层面，但它还是不能描绘宇宙大爆炸本身。广义相对论是在大尺度中起作用的理论，而量子力学则统治着微观世界，这意味着你不能够预测我们为什么生活在这样的宇宙中。

　　另一方面，超弦理论提供了一幅宇宙历史的完整图像而且能把引力和量子力学统一起来，但是它所描绘的宇宙有一个负的宇宙学常数。这给理论物理学家留下一个非常难解的问题：一方面我们所观测到的宇宙运行的很好，但缺乏一个完整的理论描述;另一方面有一个完整的理论，但不能描绘真实的宇宙。

　　现在，霍金、赫托格和哈特尔提供了一种解决问题的方法。他们发现了能够利用负的宇宙学常数产生加速膨胀宇宙的方法。这意味着超弦理论或许能够完整描绘我们所观测到的宇宙。这项提议是从上世纪80年代霍金和哈特尔为了绕过广义相对论的缺点寻求整个宇宙的量子图像的理论中成长出来的。

　　在量子力学中，一种称为“波动方程”的方程描绘了微观粒子所有可能的量子态，每一种量子态都赋予一定的概率。霍金和哈特尔寻找一种类似的波动方程，该方程能够从宇宙大爆炸中产生出不同的宇宙，包括太阳系永远也不能产生的宇宙或其中的生命以非常不同的方式演化的宇宙。

　　在过去的30年里，霍金和哈特尔曾经试图在他们的宇宙波动方程中强行插入正的宇宙学常数，因为这被认为是符合我们所观测到的宇宙的。现在他们把负的宇宙学常数引入到波动方程中，看起来能够描绘我们宇宙的产生，同时也为超弦理论的发展提供了帮助。

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