知识
宇宙有多大
无限大
整个宇宙的大小可能为无限大,但人类可观测范围为930亿光年。
宇宙分为银河系、太阳系及无数个星系。银河系具有几千亿颗恒星和大量星云,以及星际气体尘埃,是太阳系所在的星系。银河系呈银灰色环形状。太阳系又包括行星、卫星以及小天体,太阳是太阳系唯一的恒星,即依靠自身发热反应产生能量的天体,位于太阳系的中心。由此看来宇宙的准确大小是现在无法认知到的。
宇宙的定义
宇宙(Universe)在物理意义上被定义为所有的空间和时间(统称为时空)及其内涵,包括各种形式的所有能量,比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等,其中普通物质包括行星、卫星、恒星、星系、星系团和星系间物质等。宇宙还包括影响物质和能量的物理定律,如守恒定律、经典力学、相对论等
“宇宙”一词连用,最早出自《庄子》:“旁日月,挟宇宙,为其吻合。”这时的“宇”代指一切空间,“宙”代指一切时间。这里宇宙的意义已是标准的时空了。《尸子》:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。”《文子·自然》也说:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。”说明古代诗人和科学家都对宇宙有了新的认识。如《楚辞·屈原·涉江》“霰雪纷其无垠兮,云霏霏而承宇”,张衡《东京赋》“泽浸昆虫,威振八宇”以及《庄子·庚桑楚》“有实而无乎处者,宇也;有长而无本剽者,宙也”等等,“宇”已不是指某一个具体的方位、处所,而是指所有的空间;这里的“宙”已经表示没有开始没有终末的无限时间,“宇宙”已经无限大。
宇宙的概念
从历史上看,对宇宙及其起源有许多想法。古希腊人和古印度人首先提出了由物理定律主导而非个人观点的宇宙理论。中国古代哲学中包含宇宙的概念,宇为所有的空间,宙为所有的时间。几个世纪以来,天文观测以及运动和引力理论的改进,使得对宇宙描述更准确。现代宇宙学始于阿尔伯特·爱因斯坦(AlbertEinstein)在1915年的广义相对论,该理论使定量化的预测整个宇宙的起源、演化和结局成为可能。绝大多数现代的、公认的宇宙学理论都基于广义相对论,更具体的是指大爆炸理论。
物理性质
在四个基本相互作用中,引力在天文尺度中占主导地位。引力效应是累积的,相比之下,正电荷和负电荷的影响往往彼此抵消,使得电磁力在天文尺度上相对微不足道。其余两种相互作用,弱和强核力量,随距离下降非常快,其影响主要局限在亚原子尺度上。
似乎宇宙中的物质比反物质更多,这是一种可能与CP破坏有关的不对称。物质和反物质之间的这种不平衡是造成当前所有物质存在的部分原因,因为如果在大爆炸产生同样多的物质和反物质,就会发生相互作用完全湮灭彼此,只留下光子。宇宙似乎也既没有净动量,也没有角动量,如果宇宙是有限的,则遵循公认的物理定律。这些定律是高斯定律和非散度压力-能量-动量赝张量。
宇宙的组成
宇宙几乎完全由暗能量、暗物质和普通物质组成。其他包括电磁辐射(估计占宇宙总能量的0.005%或接近0.01%)和反物质。在宇宙的历史中,所有类型的物质和能量的比例都发生了变化。在过去20亿年中,宇宙中产生的电磁辐射总量减少了。当前包括原子、行星、恒星、星系和生命在内的普通物质仅占宇宙质能总量的4.9%。当前这类物质的总体密度非常低,大约为4.5×10-31g/cm³,相当于每4立方米体积中只有一个质子的密度。暗能量和暗物质的性质是未知的。暗物质是一种尚未被确认的神秘物质形式,占宇宙总量的26.8%。暗能量是来自虚无空间的能量,它导致宇宙的膨胀加速,占宇宙总量的68.3%
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