宇宙膨脹在1億年之后出現(xiàn)“拐點”
⑴?泰勒斯是公元前624~公元前547年古希臘的第一位哲學家,自然哲學的開創(chuàng)者,創(chuàng)立了米利都學派,他生前把知識和知慧看成是人生的財富,但遭到了一些希臘公民的嘲笑和譏諷,他們說哲學毫無用處,不能當飯吃,泰勒斯用自己的親身經(jīng)歷駁斥了知識和智慧無用論的觀點。泰勒斯觀察和研究了天文和氣候現(xiàn)象,有一年冬天,他預測了橄欖的大豐收,提前租下當?shù)氐娜块蠙煺ビ推?,第二年果然遇到了大收成,泰勒斯以高價把榨油器二次租給農(nóng)戶,賺取一大筆租金的差價。泰勒斯最早實踐了“知識創(chuàng)造財富”的理念,但主要貢獻是倡導了唯物主義哲學,他成功地預言了一次日食,當日食來臨時,白天突然變成了黑夜,天文學史記錄了泰勒斯的這次日食預測。
⑵?天文學家哥伯尼創(chuàng)立了“日心說”,證明了地球不是太陽系的中心,太陽是太陽系的中心。哥伯尼和哥伯尼以前的天文學家觀測了銀河系的天像,但有兩點不確定:一是不知道太陽系位于銀河系之內(nèi),二是不知道太陽系位于銀河系的偏中心。中國古代先民將美麗的銀河稱為天河,它猶如一條白色飄帶橫跨天際,但缺少觀測天文學的實證。天文學家在第二次世界大戰(zhàn)后借助射電望遠境的觀測手段確定了銀河系的基本結構,它是一個中間厚、邊緣薄的扁平狀圓盤,很像一個超大的鐵餅,銀河中心核球的厚度約為1萬光年,銀盤面的厚度約為2000光年,銀河系“鐵餅”的直徑約為10萬光年,大約1光年直徑的太陽系在銀河系內(nèi)看上去像一個不起眼的“光斑”,太陽系位于銀河系的一個角落,距離核球的中心約2.5萬光年。地球位于太陽系的宜居帶,太陽系位于銀河系的安全帶,地球生命的出現(xiàn)是自然演變史的一個奇跡。
⑶?冰山為什么能漂浮在海面上?原來冰比水的密度低,但大多數(shù)固體物質(zhì)的密度比液態(tài)物質(zhì)的密度高,在水面上漂浮的冰塊似乎會沉入水底,但在低溫條件下,水分子的氫鍵會發(fā)生斷裂,形成晶格結構的晶體,固態(tài)水分子的晶格結構有很多縫隙,造成了固態(tài)冰的密度低于液態(tài)水密度的反常現(xiàn)象。

⑷?氫元素物質(zhì)的豐度是宇宙大爆炸理論最有力的證據(jù)之一,今日宇宙的氫元素物質(zhì)極其豐富,雖然宇宙中的數(shù)千億、數(shù)萬億顆恒星在核燃燒過程中消耗了巨量的氫氣燃料,氫元素在恒星內(nèi)部的核聚變反應中轉化為氦元素,但今日宇宙氫元素物質(zhì)豐度占到了已探明的可見物質(zhì)的75%以上,氫元素在已發(fā)現(xiàn)的化合物中也占有最大比例。宇宙的物質(zhì)演化從氫元素開始,氫原子是最簡單的物質(zhì)形態(tài),它由一個質(zhì)子和一個電子組成,氫分子組成了無色且高度易燃的氫氣體,氫原子和氧原子合成為水分子,它由兩個氫原子和一個氧原子組成。
氫元素的宇宙學意義在于它是宇宙大爆炸之后最早生成的物質(zhì)元素之一,有了最大數(shù)量級的氫元素和物質(zhì)相互作用的基本力,有了廣義相對論揭示的天體結構和天體運動,有了量子物理揭示的粒子結構和粒子運動,宇宙的自我進化、自行演變就有了結構的基礎和動力的模式。氫元素的經(jīng)濟學意義在于它是人類生產(chǎn)和生活所需的能源,氫和碳組成了碳氫化合物,煤、石油和天然氣之類的化石燃料屬于碳氫化合物,太陽能則來源于太陽內(nèi)氫元素的核聚變反應,氫元素是自然界的“能量之母”。
⑸?宇宙學研究在過去的7年取得了怎樣的進展?兩篇文章給出了其中的一些線索,一篇是““宇宙大收縮”比預期的時間更早”(編譯:2015-3-24),加州大學戴維斯分校的物理學家內(nèi)曼加·卡羅普和諾丁漢大學的物理學家安東尼奧·帕蒂尼亞對計算模型進行了解釋,宇宙大坍塌機制指明了從大膨脹到大收縮的轉化。宇宙大崩塌的發(fā)生與暗能量的性質(zhì)有關,兩位科學家一直在尋找對暗能量性質(zhì)的解密,暗能量是“宇宙末日”的指示器,科學小組對宇宙大結局進行了計算,宇宙大坍塌可能發(fā)生在未來的幾百億年,但兩位科學家的計算數(shù)據(jù)有待科學同行的核實。
一篇是“留給宇宙膨脹的時間,只剩最后1億年了?”(中科院 :2022-05-25)《美國科學院院刊》(PNAS)發(fā)表了一項研究成果,暗能量可能讓宇宙在不久后停止膨脹,慢慢地開始收縮。這個可能的時間結點離我們沒有想象的那么遠,6500萬年后,宇宙的膨脹將不再加速,1億年后,宇宙的膨脹將徹底停止,開始緩慢地收縮。對比一下時間尺度,6500萬年前,恐龍在地球上滅絕,1億年在宇宙歷史上并非極為漫長。在科學院刊發(fā)表成果的幾位科學家認為,暗能量密度也許不是一個常數(shù),而是會隨時間變化,不再成為推動宇宙膨脹的驅(qū)動力,宇宙很可能在未來的1億年停止膨脹,轉向收縮。

(宇哲筆記:2022-5-30)