《宇宙和生命》

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宇宙和生命- 第207节


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年龄。总之通过所有的这些因素我们加在一起,就估算出来这个宇宙的年龄不超过二百亿年,那么大家现在倾向于说一百五十亿年。 

  问:我想请问老师一下,因为宇宙它在0。01秒刚开始的年龄的时候,它所处的空间宇宙外部空间是一个什么样的状态? 

  答:这个问题问的也很好,那么宇宙在0。1秒钟的时候,或者在0。01秒的时候,宇宙空间非常非常小,那么小到多小呢?小到你想像它有多小就有多小,绝对比你想像的还要小。你把它想像的像一个米粒那么大,那么我这个宇宙比那个米粒小多了。大家经常在问这个问题,那么这个米粒外头是什么?我们不知道,因为我们就生活在我们这个宇宙里边,我们只知道我们这个宇宙,宇宙以外的事情我们不知道。很可能宇宙外边还有一个宇宙,那个宇宙是另外一个独立的宇宙。可惜目前我们这个宇宙和宇宙还没有连通,不要说宇宙和宇宙没有连通了,我们宇宙内部的星球之间都还没有沟通。所以宇宙外头的事情我们是一概不知,如果你要想知道的话,只能从理论上推测。那么还有一种说法就认为,我们这个宇宙看上去就是一个大黑洞,那外边这个宇宙呢,也是一个大黑洞。所以都是黑洞和黑洞,老死不相往来,谁也不知道谁。但是我们这个宇宙呢,就是从这么小的空间不断不断地膨胀,就是我们现在的就是我们现在的宇宙状态。 

  问:老师我想问一下,现在科学家能不能确定地球在宇宙空间中的位置? 

  答:这个很容易,现在天文学家把地球在宇宙空间的位置确定的非常的精确,精确到什么程度呢?大家从历史上来说,以为老子天下第一。就这个地球,地球就是中心,大家知道后来有一位哥白尼,就把我们的地球搬了搬家,地球不是中心。谁是中心呢?太阳是中心,那么天文家后来再一发现,对不起,太阳也不是中心。太阳也不过就是我们的银河系里非常普通的星球,离银河系的中心大概是五万光年,所我们就想,地球从宇宙的角度来看实在是太渺小了。 

  问:老师我想问一个问题,就是在一开始的时候,您提出了一个熵的概念,而根据熵增原理,熵越大这个体系就越稳定。而对于咱们这个宇宙,如果是处在一个熵增的过程当中,它会不会发展到最后就成所有的星球都发展成碎片?而如果以这样的说法看来,那它不就又回到了最初混沌的状态了吗?还有一个问题就是说现在宇宙的边缘的温度大概是2。7K。您又说,它会处在一个继续降温的过程当中,而降到一个温度之后,它又会有可能收缩,任何一个体系它都有趋向自我稳定的一个趋势,如果是这样的话,那它是不是有一个相对稳定的温度? 

  答:这个问题问的比较好,也比较深入,我们说现在从热力学的原理来讲,的确熵是增加了。这个增加这样,就因为呢,这个状态总是从有序到无序,这个熵的概念看起来很神秘,实际上在很多方面都可以用到熵,我可以给你引申一下,比方说我们可以用熵的概念描绘我们一个城市。我们城市来讲的话,一开始总是熵比较小,所谓熵比较小,就是我们城市供应的都是食品等等都是非常有序的。经过我们城市消化了以后等等,都变成垃圾了。那熵怎么样?就增加了,那你要想这个城市维持得好,就需要在这城市里边注入负熵,也就是让它更有序化。这样的话不使得这个城市越来越混乱,都变成垃圾了,这就是熵的一个基本的概念。我们的宇宙也是这样,目前的宇宙的的确确是处在熵增加的状态,熵在不断地增加。但是我说了,可能增加到一定程度以后,会由无序又逐渐的走向有序,也就是说它可能又凝聚。凝聚以后原来小的一些星球都可能凝聚成更大的星球,使得更有序,那熵就减小了,这种可能是存在的。 

  大爆炸持续了多长时间呢?仅仅持续了三分多钟,也就说我们的宇宙基本框架就形成了。下面我们看,三分钟以后宇宙怎样演化,怎样一步一步的演化到我们现在的星球,现在的宇宙状态。那么我就要问一个最简单的问题,也是最通俗的来问,是先有的鸡还是先有的蛋?我要回答什么问题呢?我要回答的是星系是怎样形成的这个问题。 

  的的确确现在有两种理论,那么哪两种理论呢?我们来看一下,这个图就是一个典型的宇宙从一开始大爆炸以后,逐步演化的一个示意图。那么一开始呢,那一点就是大爆炸,大爆炸以后呢,宇宙不断膨胀,同时温度也在不断地降低。那么中间的那一部分,就是我们现在看到的宇宙的背景辐射,或者叫做微波背景辐射,那么再往外边看到,宇宙在一点一点降低以后,物质慢慢就温度就越来越降低,越降低以后呢,物质的分子结构就越来越大。换句话说呢,这个物质就开始大家往一块靠,就开始形成一些小的团块,这些团块在再慢慢聚合,一步一步地就形成后边大家看到的,这个星系。也就说由一点一点聚合,就聚合成星系了。 

  如果按照这个顺序的话,不管怎么说,后边这一段是由小的团块一点一点形成大的团块,那就相当于我们说的先有的蛋后有的鸡,就变大了。但是还有一种可能,突然之间就先形成一些大的团块,然后一点一点大的团块再把它分裂,那就是说的先有的鸡后有的蛋。那么从什么时间开始形成星系呢?就是这个宇宙的温度我们说最初非常非常高,有一千亿度,如果说再往回追溯的话呢,甚至比一千亿度还要大。那么在这么高的温度下,我们说它不可能形成物质团块。那么温度降低到四千度的时候,这个时候这些物质的温度就凉下来了,冷下来了。然后呢,大家有可能坐在一起来谈了,就可以靠拢了,所以到了四千度的时候,宇宙中就开始形成物质团块,换句话说,引力就开始起作用,这就是我们星系开始形成的时间,这个时间呢,大约是在宇宙爆炸之后的十亿年,宇宙从爆炸以后,到了十亿年,就开始形成物质团块了。就按照这个图,叫做top-down,就先形成非常大的团块,宇宙一冷下来以后,突然之间这冷下来之后,大家就是非常的高兴,非常的欢呼,原来都在激发状态,谁也不得安宁,突然一冷下来以后所有物质成团了,只有成团了才能沉淀下来,先成团了一个很大很大的团块,多大呢,就像一个大饼一样,这个大饼成了以后,再慢慢慢慢分裂,就形成了下边的一个一个的星系。这是一种可能,这就是说,先有的什么?先有的鸡后有的蛋,先形成大的团块,然后再形成现在的星系。 

  还有一种可能,叫bottom-up,就是先形成小的一些物质,就是团块。然后这些小的物质一点一点来凝聚,最后凝聚成什么?一个一个的星系,总之不管是由大块变成小块的,还由小块的变成大块的,总之要形成什么?形成我们现在的星系,也就是说,宇宙大爆炸之后,大约十亿年,就开始出现形成了星系。 

  这个图是一个模拟图,就模拟一下这个星系是怎么形成的,现在就是做一个它的模拟过程。你看这些个团块在相互之间互相吸引,并合在一起,最后呢,形成了几个星系,好,就形成这个星系,那么我们这个动画呢,最初看到几个团块是由哈勃空间望远镜拍摄下来了,我们然后模拟,那些团块根据我们这个模拟过程最后就形成这个星系。 

  那么现在宇宙中有多少星系呢?数也数不清,我们再看几个,那么这就是真实拍下来的宇宙空间的一部分。你会看到什么,弥漫着很多的物质,这些个物质呢就在不断地形成新的星球,不断地形成新的星球,那么宇宙中和我们银河系一样的星系多不多,太多了,就宇宙中有很多很多和我们银河系一样的类似的星系,你要说我们银河系漂亮不漂亮,跟这个星系比的话,可能还没有这个星系漂亮,这个星系叫做漩涡星系,中间有一个核,是非常漂亮的,所以这个星系在那儿不停的旋转,这就是一个和我们银河系类似的一个河外信息。我们再看一个,这也是一个星系,这个星系呢不那么旋转,我们把它叫做椭圆星系。它是一个椭圆形的,但是这个星系个非常大,这个椭圆星系往往比漩涡星系个头还要大。那么椭圆星系在宇宙中也非常多,我们再看一个,你看这个星系有什么特点呢?一边有旋转,另外它中间那个核不是一个圆的,有点像一个棒槌一样,所以我们管这个星系叫做棒旋星系。 

  这是另外一个星系,这个星系还有一个小兄弟。你看星系左边它还带着一个小的星系跟它连在一起,好像是一个大星系牵着一个小弟弟,两个星系连在一起,样子非常好看。就像一个大的手臂一样,把那个小的星系牵在一起,这也是一个巨大的椭圆星系,这个就比星系的规模要大得多。你看上边那些个点,每一个点就是一个星系,星系和星系组合在一起,是什么呢?叫做星系团,就是星系和星系也可以组合在一起,成为一个更大的家庭,我们叫做星系团。这个就是一个星系团,这个星系团是目前离我们银河系最近的一个星系团,叫做仙女座星系团,离我们最近。 

  我们说了半天,我们银河系是不是一个星系,当然我们银河系是一个星系,有人就问了,那你告诉我银河系星系是什么样子的。这非常困难,因为我们在这个星系里边,是无法看到我们星系全部的面目,我们只能看一部分,看看太阳这边的是什么状态,再看看太阳那边是什么状态,然后我们大体上就把我们的银河系描绘出来了。那么描绘的结果,有一个星系和我们的银河系应该是非常相像的,就是这个星系,这个星系叫做仙女座大星云,这个大星云也是离我们最近的星云之一,这个星云不但是我们的姊妹星云,而且这个星云在历史上立了很大的功劳。 

  我在上一讲提到了,哈勃证明了我们的银河系之外还有银河系,和我们银河系一样的,怎么证明的呢?就是通过这个星系来证明的,具体说它在这个星系里边找到了单个的星,不但找到了这个星,而且通过这个星测出了仙女座大星云的距离,发现这个仙女座大星云,绝对不会是处在我们银河系里边,那么在哈勃之前大家有一种看法,这个就是我们银河系里边的一些星云,所以当初把它叫混了,我们管它叫仙女座大星云。而这个仙女座就不然了,它是我们银河系一样的一个星系。首先有星系,然后星系里边再诞生了各种的恒星,那么恒星周围再有星星的家族。那这样的话,我们这个宇宙就慢慢诞生了,包括人类也就通过宇宙的演化,各种的高等生命,也就诞生了。 

  我们谈到这个地方以后大家会想到,你谈了这么多,谈到了现在了,你能不能谈谈未来,我们的宇宙将来怎么办?所以问题就变成我们的宇宙会终结吗?虽然我们说宇宙的终结离我们是非常非常遥远的事情,但是你不得不考虑。特别是作为科学家来讲,作为天文学家来讲一定要回答这个问题,我们的宇宙会不会有终结?我们再回过来看一下宇宙的演化,你看宇宙从最初一点,一步一步往下演化。我刚才说了,那么到了图的右边你就看到,通过星云以后,
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