宇宙之源
这件展品立足于科学的观点,运用了三维动画技术,向观众模拟演示了宇宙的诞生过程——大爆炸,并介绍了宇宙中的存在的物质,除此之外还播放了宇宙的探索旅程:物质与反物质的存在,地外生命的畅想,UFO(undefinedflying objiect),它采用的是内投球方式,全程播放大概10-15分钟。
现在人类对宇宙的讨论主要分为了三个部分:1、宇宙中的朴素问题;2、宇宙中存在了很多我们眼睛看不到的物质(暗物质);3、宇宙的未来。
注意事项:要维持好观众的入场顺序,不要拥挤。
1、科学原理
1、关于宇宙的来源——宇宙大爆炸,解释宇宙的来源及太阳能的形成宇宙大爆炸(Big Bang)仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。 大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的。
2、太阳系及其八大行星
太阳系直径300亿千米,有八大行星和两条小行星带,以及千亿颗彗星等组成。这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星的十分接近于圆,行星轨道中或多或少在同一平面内。
但是现在冥王星已经不属于太阳系了,原因如下:
2006年8月,在布拉格召开的国际天文联合会第26届大会上,来自各国天文界的权威代表经过投票表决后通过联合会决议,将原来九大行星中的冥王星列入矮行星之列。这意味着太阳系将只有八颗行星。
按照国际天文学联合会的定义,一个天体要被称为行星,需要满足三个条件:围绕太阳公转、质量大到自身引力足以使它变成球体,并且能够清除其公转轨道周围的其他物体。同时满足上述三个条件的只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,它们都是在1990年以前被发现的。而同样具有足够质量、成圆球形,但不能清除其轨道附近其他物体的天体称为“矮行星”,冥王星恰好符合这一定义,并被国际天文学联合会确认是一颗“矮行星”。围绕太阳运转,形状不规则,也不能清除公转轨道周围物体的天体统称为“太阳系小天体”。众多太阳系小天体主要集中在火星和木星轨道之间,估计有50000多颗,现在已发现7000多颗。
长期以来,人们普遍认为太阳系有九大行星。其实,冥王星自从70多年前被发现的那天起就颇受“争议”。1930年美国天文学家汤博发现冥王星,当时估错了冥王星的质量,以为冥王星比地球还大,所以命名为大行星。但是经过近30年的进一步观测,发现它的直径只有2300千米,比月球还要小,等到冥王星的大小被确认,“冥王星是大行星”早已被写入教科书了。然而冥王星是一个异类。它个头太小,轨道太扁,有时竟跑到海王星轨道的内侧,而且轨道平面相对于地球轨道平面有很大的倾斜,而不像其他行星轨道基本上与地球轨道位于同一平面上。这些特征使其行星地位相当不稳定。此外还有3颗类似冥王星的天体一直未得到“行星”地位。一颗是1801年发现的处于火星和木星之间的原来称作“小行星带”中的“谷神星”,球形,直径1020千米。一颗是1978年发现的“卡戎”,球形,直径约1200千米,看似冥王星的卫星,但冥王星的质量大约只有卡戎的10倍,它们是围绕共同质量中心彼此环绕的。另一颗是2003年发现的2003UB313(昵称“奇娜”),比冥王星轨道还远,体积还大,直径2400千米,一度号称“第十大行星”。如果冥王星继续坐在第九大行星的交椅上,上述这些行星的“名分”如何处理,以后再发现这类天体又如何处理,都成了天文学家的难题。是否要给冥王星“正名”成为此次国际天文学联合会大会的焦点,为此,天文学家给出了各种草案,最后进行了行星定义的表决投票,最终使冥王星从九大行星中出局,并与谷神星、卡戎、2003UB313一道被认为是“矮行星”。
2、宇宙中的朴素问题
1、除了地球其他星球是否存在生命?
由于恒星典型的外部特征,它们首先被排除了。随后人们又先后造访了金星、水星、火星……等,虽然宇宙探索进行了几十年,但是寻找到除地球以外的其他适合生命生存的空间,仍然很渺茫。但这也不代表其他星球就一定没有生命的存在,这还要更多的人去探索以寻找真相。
2、既然宇宙起始于150亿年的一次大爆炸!至今宇宙仍然在膨胀!那么不是说明宇宙还是有边际的吗?不然何谈膨胀纳?如果有边际,那边际之外是什么呢?
这里所说的边际事实上大爆炸的冲击波不断向外扩张所到达的最远的地方,这是人为给宇宙定的一个边界。
这个宇宙是个三维的空间加上一维时间组成的,在世界的范围里,各种个体间的作用基本都可以由广义相对论解释,而宇宙之外的姑且算是世界的范畴里的形成究竟是个什么样子,那里所遵循的又是什么样的条件,我们完全不知道,因为观测不到嘛。
霍金也说过:“如果有人问我宇宙之外是什么样的世界,我想这个问题只有神能回答了”。
3、宇宙中存在眼睛看不见的物质
暗物质 Dark Matter
什么是暗物质?暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5%左右)。暗物质无法直接观测得到,但它却能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明。
正是暗物质促成了宇宙结构的形成,如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性,但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力,因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落,而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹,因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。
4、宇宙的未来
因为能量的走势始终是向着熵增,也就是混乱度增加的方向流动的。说通俗一点,就是说能量始终是朝向平均分配的方向流动的。一杯热水放在比较冷的环境中,过一段时间就和周围环境的温度一样了,就是这样一个过程。这是以前一个科学家发现的,但是他当时并没有意识到这个发现其实宣布了宇宙的命运:所有恒星的能量必将最终平均分配到宇宙中,而宇宙是这样的巨大,所以能增加的平均温度几乎微乎其微。最后宇宙将以极低的温度存在很长一段时间,没有恒星存在。
然后,宇宙将进入塌缩期,即宇宙大爆炸的相反。最终恢复到宇宙大爆炸初期。在这个塌缩的过程中,能量重新积聚,宇宙温度迅速提高到极大,所有物质融化,甚至连质子和中子也不复存在,据说将会融化到夸克级别。
不是很清楚到底是先塌缩还是先寂灭