宇宙大爆炸的科学解释

如题所述

宇宙大爆炸理论是基于天文观测和理论研究的一种科学假说。大约在50亿年前,宇宙中的所有物质都集中在一个极小的点上,这个点具有极高的温度和密度,随后发生了巨大的爆炸。这次爆炸导致了宇宙的膨胀,形成了我们现在观察到的宇宙。在这150亿年的宇宙演化过程中,星系、恒星、行星等天体相继形成。
科学家们通过观测发现,远处的星系正在以越来越快的速度远离我们,这表明宇宙正在膨胀。如果将这种膨胀倒过来理解,那么这些星系可能最初是从一个共同的起点发射出来的。此外,宇宙微波背景辐射的发现也为宇宙大爆炸理论提供了强有力的支持。
爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一,他因创立相对论而闻名于世。相对论的提出是人类对自然界认识的一次飞跃,它将传统物理学纳入了一个统一的理论体系中。广义相对论更是扩展了人类的视野,将科学研究范围从微观世界扩展到了宏观世界。
爱因斯坦的相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础,被广泛应用于理论科学和应用科学中。爱因斯坦不仅是一位伟大的科学家,还是一位具有正义感的社会活动家。他关心人类的文明和进步,在第二次世界大战期间,他公开谴责了德国法西斯的暴行。
在20世纪初,随着生产的发展和科学实验水平的提高,人们对自然界的认识开始从宏观世界进入微观世界,从低速运动发展到高速运动,自然科学正面临着重大的突破。正是在这个时期,年轻的爱因斯坦以旧科学理论“叛逆者”的姿态,登上了自然科学的舞台。
爱因斯坦少年时代对自然现象怀有浓厚的兴趣,他对于风和雨的形成,月亮高悬空中竟然不会掉下来等现象感到惊奇。1896年,在瑞士苏黎士联邦工业大学读书时,爱因斯坦就希望成为一名物理学家。毕业后,爱因斯坦处于失业状态,两年后才在瑞士伯尔尼市专利局找到一个低级职员的位置。尽管生活贫困,但他仍坚持不懈地从事科学研究工作,利用业余时间阅读了大量书籍。这段时间奠定了他一生科学研究的基础。
1905年,爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果,表现出惊人的才智。但是,当时科学界对此作出响应的人寥寥无几,法国著名科学家朗之万曾对爱因斯坦说,全世界只有几个人知道什么是相对论。大多数人是怀疑的,有的甚至坚决反对。这是因为伽利略和牛顿创立的古典力学理论体系,经历了200年的发展后取得了辉煌成就。尽管旧的理论体系和新的事实之间出现了尖锐的矛盾,但许多物理学家仍不能摆脱它的束缚。他们力图把新的实验事实和物理现象容纳在旧的理论框架中,但爱因斯坦却不迷信前人,他探索着把相对论推广到更为广泛的运动情况中去。为此他又研究了整整10年。
1916年,爱因斯坦发表了总结性论著《广义相对论原理》。2005年是世界物理年,欧洲物理学会(EPS)“世界物理年”系列庆祝活动。包括EPS-13“超越爱因斯坦—21世纪物理学”。时间:2005年7月。地点:瑞士。
时光飞逝,人类早已步入二十一世纪,在我们创造的辉煌中回想过去,应当承认爱因斯坦的相对论毕竟是近百年前的产物,当时人类的科学认知与今日有着很大差距,特别是相对论的光速限制和对引力子运行路线的错误描述,及对微观引力场的不了解。当爱因斯坦致力于建立“统一场论”,实际上是被他自己建立的理论掐死了,他描绘的引力场不可能与电磁场统一,也给后人建立“超大统一理论”设置了一个陷阱。爱因斯坦用3年时间建立了“狭义相对论”,用8年时间建立了“广义相对论”,但却花了30年时间而未能建立“统一场论”,说明他的引力理论存在一些问题,因为电磁场理论已经实践证明为一种较完善的理论,而两者不能统一,问题只能出在他新提出的引力理论上,众多科学家沿着他的思路走下去,结果必然碰壁。从事科学探索工作,出错是难免的,就象爱因斯坦专门设计的“宇宙常数”,而且爱因斯坦的一些思想与当时新兴的量子力学相左,实践证明是量子力学一方正确,但这些错误并不影响爱因斯坦成为一代科学巨匠,他的许多思想依然具有划时代的意义。
具有讽刺意味的是,爱因斯坦遭受挫折的根源,在于他的方程本身的结构。30年来,他被这一表述中一个基本的缺陷所困扰,方程的一边是时空曲率,他把它比作“大理石”,这是因为它有一种美丽的几何结构,但他很不喜欢这个方程描述质能的另一边,他认为另一边是丑的,他把它比作“木头”,时空“大理石”清晰而精美,质能“木头”却是一堆令人讨厌的混杂物,它看上去形式杂乱,从粒子、原子、分子到岩石、生物、行星和恒星。爱因斯坦猜想有朝一日单靠大理石解释木头的所有性质。对于爱因斯坦而言,木头就是时空的扭折,然而量子物理学想到的是反面,他们认为,大理石能够变成木头,即爱因斯坦的度规张量能被转变成引力子,引力子则是荷载引力的离散的能量包,这是两个截然相反的观点,人们一直认为不可能在它们二者之间达成妥协。实际上两者都有正确的成分,爱因斯坦指的是天体引力场的引力子运行的结果—“时空弯曲”,量子物理学指的是引力子这种类点能量“本身”,但他们都没有想到的是粒子和引力子是两种不同级的量子,引力子是粒子的结构材料,如果看到这一点,上述问题将迎刃而解,在笔者提出的“四力统一公式”(引力=强核力+电磁力+弱核力)中,公式左边的“引力”以引力子为载体,可以代表爱因斯坦的引力理论,代表“大理石”,公式右边的“强核力、电磁力、弱核力”以粒子为载体,可以代表由粒子构成的宇宙万物,代表传统量子物理学,代表“木头”,因此推演出“大理石=木头”,两者是一体的,只不过是观察的角度不同而已,爱因斯坦站在宏观天体引力场中引力子的角度,传统量子物理学家站在粒子的角度。
笔者将相对论和传统量子理论稍加修正,便使之统一起来,不过这当归功于近百年来无数科学家创造出的丰硕成果,如果没有这些作基础,笔者就不可能将众多新旧模块进行重新组合。人类在过去百年内创造的科技成果超过之前三千年的总和,在如此丰厚的科技硕果中,不酝酿出一种具有巨大革新意义的科学理论,反而是件怪事。
本书论述的是一种包罗万象的理论(T.O.E),作者综合了人类所有自然科学的优秀成果,建立了“量子引力理论”和“量子宇宙奇点理论”,统一了广义相对论和量子物理学,统一了“强核力、电磁力、引力、弱核力”,并提出了“宇宙公式”,进而统一了自然科学。在第四章中,作者对人文社会科学领域的所有学科进行了归纳总结,提出“宇宙存在四类程序——宇宙程序、社会程序、人脑程序、计算机程序”,宇宙万物和人类社会正是上述前三种程序复杂相互作用的产物。本书适合自然科学和人文社会科学研究人员阅读参考,也适合大学理科、文科学生阅读。
笔者已于2002年5月向世界主要国家的科研机构提交了一篇名为“量子引力理论和宇宙公式”的论文,在科学界产生很大反响,各国竞相加入研究。本书是上述论文的扩增版,其中第2章第3,4,5,6,8节及第4章是全新的内容,并对第3章“宇宙各级程序”的内容进行大幅扩增。笔者在科学探索中采用了“还原论”与“整体论”相结合的方法,用一种溯源方法将宇宙万物本质化,从源头看纷纭复杂的宇宙事物,就能较易理清其脉络,加以系统地整理、归纳,从而得出万物之理。笔者这种溯源方法属于还原论,而提出的宇宙程序却属于整体论。笔者将各种事物视为模块、积木或编码、符号,来建构和还原宇宙万物,运用结构主义的思维方式就很容易理解本文内容。
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