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大得無法形容

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有些科學家認為我們所見到的三維宇宙是一個四維球體的表面,并且這個四維球體不斷擴大,所以宇宙是有限無界的。但究竟有多大現在還不能知道。

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“宇宙”一詞,最早大概出自我國古代著名哲學家墨子(約公元前468-376)。他用“宇”來指東、西、南、北,四面八方的空間,用“宙”來指古往今來的時間,合在一起便是指天地萬物,不管它是大是小,是遠是近;是過去的,現在的,還是將來的;是認識到的,還是未認識到的……總之是一切的一切。   從哲學的觀點看。人們認為宇宙是無始無終,無邊無際的。不過,對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能了解和觀測的宇宙,人們把它稱為“我們的宇宙”或“總星系”。 從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說,如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發出,那么要經過130億年才能到達地球。這130億光年的距離便是我們今天所知道的宇宙的范圍。再說得明確一些,我們今天所知道的宇宙范圍,或者說大小,是一個以地球為中心,以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球并不真的是什么宇宙的中心,宇宙也未必是一個球體,只是限于我們目前的觀測能力,我們只能了解到這一程度。 在這個以130億光年為半徑的球形空間里,目前已被人們發現和觀測到的星系大約有1250億個,而每個星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數學題,你就不難了解到,在我們已經觀測到的宇宙中擁在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中,真如滄海一粟,渺小得微不足道。 很多天文學家會有這樣的想法:宇宙的年齡——自從宇宙大爆炸開始直到現在——是天文學界夢寐以求的東西之一。不管天文學家們為之付出了多少的努力,到現在,我們得到的有關這個基本數字的結果,也只是一大堆各式各樣的數字,沒有準確的答案。由于現在流行的宇宙學是從一大堆的理論性的猜測中發家的,而且,這些猜測也已經被不完整數據所扭曲,這樣,使得對宇宙年齡的研究難上加難。最近估計出的160億年這個數字被大多數人認為是最為接近的一個值。但是現在,一個由天文學家們組成的國際研究小組利用歐南臺的甚大望遠鏡(以下簡稱VLT)高效的光譜攝制儀(以下簡稱UVES)來完成對宇宙年齡的探測,為以后的更為精確的測量鋪平了道路。他們第一次測量了我們銀河系形成時產生的某些恒星的放射性同位素鈾-238的總量。這是我們對太陽系外的鈾含量的第一次測試。其實,除了比考古學家要測的時間長得多外,這項工作與考古學上測量炭-14沒有多大的差別。自從那顆恒星誕生起,“鈾鐘”就開始準確的走動,無論我們的銀河系經過了多少不平凡的運動,鈾鐘仍然不受影響的走動著,直到現今。現在,它們應當已經走過了125億年的歷史了。顯然,恒星的年齡是不可能大于宇宙的,所以,宇宙的年齡必然要大于那些恒星的年齡。事實上,由于天文觀測的不準確性,關于宇宙年齡的數據仍然有25%或者說是±30億年的上下浮動,但是,那些已經是次要的了。 造成這種原因的最主要的是,當前我們缺少有關基本的原子和核能的屬性方面的知識。可是,實驗室以后的工作會使得我們在這方面的有更多的了解,同樣,它會使得我們對宇宙和恒星的年齡有一個更新的認識。我們離揭開宇宙的年齡之謎的日子已經不遠了。這個結果已經與2001年2月8日在國際性的《自然》雜志上發表。恒星中的重元素 氫、氦、鋰實在大爆炸中產生的,而那些重元素則是在恒星內部的核反應中形成的。恒星滅亡時,它的富含重元素的物質會被拋射到周圍的空間中,這些元素則將和下一代恒星合成一體。事實上,組成你手上戴的金戒指的金子,是在一次恒星的爆發中產生,然后沉積在將形成太陽和它的行星的星際云中。 因此,恒星越老,他所含的像鐵和別的金屬的重元素就少。觀測的數據顯示,球狀星團中的老年恒星一般都是貧金屬的,那些恒星的金屬含量只不過是太陽金屬含量的1/200。金屬的質量只占那些恒星質量的2%,其余的元素則仍然是以氫和氦的形式存在。銀河系中的老恒星 經過數十年毫無結果研究,最近,美國天文學家Timothy C。 Beers和他的合作者開始對光譜進行檢查。經過調查,他們發現,一些恒星的金屬含量十分的少,以至于要比球狀星團要低的多,在某些恒星上,金屬含量只有我們太陽的1/10,000。很明顯,那些金屬含量很少的恒星實在銀河系形成的的初級階段——一個很重要,但是我們對之仍知之甚少的階段——形成的。 這些特殊的恒星告訴我們,那些行元素豐富的恒星,是在早期的進程中發射更多的光。為了研究這種趨勢,一個從世界各地來的天文學家組成的研究小組將更為詳細地研究這些恒星。因為這個浩大的工程,他們被授予使用ESO的VLT和VLT的高效、高分辨率的光譜攝制儀——UVES。他們已經進行了第一次觀察,果然,在觀察中,他們證明了這個新發現的真正價值。有關放射性同位素的宇宙年代學 要在獨立的恒星進化過程中確定恒星的年齡的確并不是臺難的,只要我們能看見恒星中半衰期足夠長的元素,這些并不難辦到。這些工作都依賴于在恒星中找到一個較為穩定的放射性同位素,然后測出它的豐度,我們就能確定宇宙的年齡。 這種技術就象是在考古學上成功的運用了無數次的C-14檢測時間技術。可以說,雖然已經過了成千上萬年,但是依靠這種技術,仍能夠測出那個被檢測物經歷的時間。在天文學上,這種技術當然是使用的,無非就是時間要比考古學上要長的多罷了。 要進行這樣的工作,選擇一種正確的同位素是關鍵。與那些和放射性的元素同時形成的穩定元素相反,放射性元素(不穩定)的含量每時每刻都在減少。元素衰變的越快,那種同位素的含量就越少,那些穩定的同位素的含量也就越多,得到的最終結果——宇宙的年齡也就越精確。 然而,如果要那些“鐘”仍然有用的話,放射性元素的衰變不能太快——至少要在幾十億年我們測量的時候仍然有足夠多(這樣我們才能精確的測定宇宙的年齡)。釷和鈾的做成的宇宙時鐘 現在,留給我們做實驗的只有Th-232(半衰期為140。5億年)和U-238(半衰期為44。7億年)了。根據Th-232的同位素的情況,他們為宇宙確定了幾個年齡值。現今,我們可以用望遠鏡測到的最強的譜線,僅僅存在于少數特別明亮的恒星中,包括太陽。但是,由于它的衰變實在是太慢了,我們不可能用它來做高精度的測量。計算下來,要使Th-232衰變為原來的1/10的質量,要經過大約470億年,而這470億年中,有25%的誤差,結果,我們的出的40~50億年這個數值。大約是宇宙年齡的1/3。是的,這只鐘似乎可以永無止盡的走下去,但是,它走得太慢了,我們沒有辦法精確地讀出它上面的時間。 相比之下,U-238是衰變的更快了,所以,如果用它來做宇宙的時鐘的話,就要精確的多了。但,在常見的元素中,鈾是最為稀少的一種了,在恒星的星光光譜中,鈾的譜線往往很弱。所以,即使光是可見的,它也將掉入那些強光的汪洋大海中了。 盡管如此,在那些很老的恒星中,重元素十分的少,于是我們就有了補救的辦法。現在,研究小組通過VLT研究的恒星都是含金屬元素很少的那種。在大多數如此的恒星中,常規元素只有太陽的1/1000,此時,分子、原子的譜線就大大的減弱了,而稀少的元素如鈾的譜線便很容易找到,也就容易測量了。實在是運氣,在產生大規模現在的恒星如太陽中含有的鐵的超新星爆發中,鈾幸存下來了。在CS 31082-001中的鈾的譜線 照片介紹:05a/01:它描述了在CS 31082-001周圍的星區,星區的中心是一顆十二等星。那些十字形的叉絲石反射鏡造成的。如果恒星相對來說較亮的話,在望遠鏡中就容易看到這種效果。 05b/01:這是一張有關老恒星CS 31082-001中的鈾在385。96 nm的照片。在本區域中,其他的光譜(如鐵和銣)的起因也已經標明了。他們也為那些廣泛采用的穩定元素的豐度和恒星大氣中的鈾原子的四個不同的風度值估計并合成了光譜(細線)。顯然,那些最主要的光譜(與完全沒有鈾的光譜對照)是不符合觀測事實的。最為合適的光譜是中間的紅線,利用這些光譜,我們可以知道,它的鈾含量約為太陽的6%。 當天文學家們檢查他們計劃觀測的恒星——CS 31082-001的光譜時,激動得不得了。在這張光譜照片上,我們見過的重元素或者說是稀有元素的譜線是如此之多,可能已經是那一類恒星中最多的了。特別是在鐵一類的重元素的豐度只有太陽的1/800的恒星中,重元素的光譜的暗線往往是不受鐵那些元素的干擾的,而且,即使是在這樣的一種貧金屬星中,CH和CN的分子的譜線常常是很多的。 在CS 31082-001的光譜重,我們可以看到14條以上的釷的光譜,而在平常的恒星中,我們充其量也只不過能看見兩條這樣的線。確實,在 CS 31082-001中含有不少的稀有的金屬元素,可以說,那時天文學家們的一處寶藏。然而,最厲害的是,我們在近紫外區的389。59 nm的波長處,竟然發現了離子狀的鈾的光譜線(在照片05b/01的中部)! 不奇怪,鈾的光譜線很弱,畢竟鈾是宇宙中較為稀少的一種元素之一,而且,在自從這恒星的誕生以來,鈾的含量已經變為原來的1/8了。此外,在這些貧金屬星中,接近紫外線的光譜線比較多。 要精確的測量暗光譜,對射譜儀的敏銳度和分辨率還有它的效率都有很高的要求,對望遠鏡也是一個考驗。而VLT和UVES在天文觀測這方面可以說是一對絕妙的組合了,它可以得到相當暗的星(例如12等星,換句話說,就是比我們平時可見的星暗500倍的恒星)的星光光譜,而且,在拍攝出的那些星光光譜十分明亮,也只有那些以前那些裸眼可見的星光光譜的照片才能夠與他相媲美。CS 31082-001的年齡 利用估算出的大氣模型和人工光譜,科學家們做了一個細致的分析,他們發現,在這顆恒星的穩定的重元素的豐度的比率和太陽中的是十分相像的,只不過含量是太陽的12%罷了。 測量同時也表明了釷和鈾在CS 31082-001的豐度分別稍少于是太陽中的9%和6%,這兩種元素和他們在周期表中的“鄰居”們一樣,都是鈾相同的原子組成的,這就意味著,它們在CS 31082-001中衰變要遠遠長于在太陽中的衰變的時間。 現在,由于在超新星爆發中形成的元素的模型不同,于是只能估計這顆恒星的年齡大約在110~160億年之間。而現在被認為最為接近的數值為125億年。 宇宙的年齡當然要老于這顆恒星,自然是要比125億年老。 相信,不久更為確切的年齡應該就要出臺了。 如果U-238的衰變速度更快一點的話,我們對年齡的精確度就要高的多,估計,測出的年齡的精度應該在1。5 Gyr(一個Gyr為十億年)左右。 但是,在不久的將來,年齡的精度將不會僅僅依靠VLT拍攝下來的光譜了。目前,真正的問題是,我們依靠的那些有關鈾并且要用它來確定年齡的實驗室數據的不確定。另外,核物理中有關最初的同位素比率的計算帶來了最大的誤差。 因此,在現有數據的基礎上,改進物理的測量數據成了準確的讀出宇宙時鐘的當務之急。相應的實驗室測量也正在法國的CEA和瑞典的Lund大學起步了。 與此同時,這個研究小組正在尋找像CS 31082-001那樣的恒星。可能現在,類似的恒星已經不多了,但是,鈾能夠在更多的范圍中進行測量,我們也就能夠知道在銀河系中,那些恒星是否就像猜測中的那樣是一樣的老。。

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“宇宙”一詞,最早大概出自我國古代著名哲學家墨子(約公元前468-376)。他用“宇”來指東、西、南、北,四面八方的空間,用“宙”來指古往今來的時間,合在一起便是指天地萬物,不管它是大是小,是遠是近;是過去的,現在的,還是將來的;是認識到的,還是未認識到的……總之是一切的一切。      從哲學的觀點看。人們認為宇宙是無始無終,無邊無際的。不過,對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能了解和觀測的宇宙,人們把它稱為“我們的宇宙”或“總星系”。   從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說,如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發出,那么要經過130億年才能到達地球。這130億光年的距離便是我們今天所知道的宇宙的范圍。再說得明確一些,我們今天所知道的宇宙范圍,或者說大小,是一個以地球為中心,以130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球并不真的是什么宇宙的中心,宇宙也未必是一個球體,只是限于我們目前的觀測能力,我們只能了解到這一程度。   在這個以130億光年為半徑的球形空間里,目前已被人們發現和觀測到的星系大約有1250億個,而每個星系又擁有像太陽這樣的恒星幾百到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數學題,你就不難了解到,在我們已經觀測到的宇宙中擁在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中,真如滄海一粟,渺小得微不足道。 。

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現在沒有人能夠給出確切的數據來,我們只能夠依據現有的數據加以想象。我們知道,光一秒走的距離是30萬公里,在天文中常常用到的距離單位是“光年”,也就是光一年走的路程,有多遠大家計算一下就知道了(意念365天算)。我們現在已經探測到的距離大概是幾百億光年的樣子。我們地球直徑還不到1光年。同時,我們探測到的范圍還在不斷擴大。但是我們還是沒有看到宇宙的邊際。我們可以想象:宇宙是太平洋里的水,銀河系是一個水分子,太陽系是水分子中的一個氫原子,地球是氫原子中的一個電子。也許存在比宇宙還要大的“生物”,宇宙是更宏觀上的一個小物體,這些宇宙外的“生物”看待宇宙就象我們人類看到的一塊餅干一樣,各類星球只是這個“餅干”的一個部分,說不定在餅干的外面還有一個更加宏觀的世界呢!當然,這個我們還不知道!

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目前,人類看到的宇宙邊緣約120億光年。

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沒有辦法形容,因為在宇宙中,地球就像在空氣中的一個塵埃。

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無限大

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宇宙很大。