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040424人类怎样认识宇宙-赵君亮-第2部分
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那么我们如果总结一下哥白尼他正确地认识太阳系，赫歇耳把我们带入恒星世界，就是扩大到银河系，哈勃使我们进入了星系世界。那么现在同样地通过理论计算知道，宇宙中间各种各样星系的数目大概有一千亿，这个数字好像很巧，银河系里面的恒星数目有一千亿个，这个宇宙中间的星系数目一千亿个，最远的离开我们大概是150亿光年不到一点。那么这些星系或者说恒星集团，它又构成更大的集团——星系团。星系团还会构成更大更大的集团——就是超星系团。所以我们把恒星构成星系，星系构成星系团、超星系团，这个现象成为宇宙的成团结构。宇宙中间大概有85％的星系都构成各种各样的星系团，这里是张星系团的照片，请大家注意，除了这个以外，其他都是星系。就是这颗是银河系中间暗的恒星，你们看看这个地方，你看这一个叫漩涡星系，像水里面的漩涡一样。仔细看，看得出来，这个还有一点小的漩涡，这都是星系，这就是一个离开我们比较近的一个星系团。
那么天文学家始终为测定不同天体的距离而进行不懈的努力。除了三角测量方法外，又发展了由光度测量确定天体距离的各种办法，其中之一就是利用一种有特殊光度变化特性的变星——造父变星。原来，造父变星光度的变化十分有规则，而且光度越大光变周期也越长。因此，只要测出造父变星的光变周期，就可以推算出它的实际光度，再把实际光度与观测到的亮度进行比较，就可以推算出它的距离来了。这种推算相当准确，因而造父变星有“量天尺”之称。20世纪初，美国威尔逊山天文台建成了当时世界上最大口径的2。5米天文望远镜。1923年10月6日，美国天文学家哈勃利用这台望远镜拍摄了仙女星云的照片，照片上星云的外缘已被分解成一颗颗恒星。哈勃从中发现了多颗这类变星。利用这些造父变星，哈勃推算出仙女星云的距离为225万光年，远远超出银河系范围。河外星系的存在最终得以确认。人类对宇宙的认识又大大地跨进了一步。我们的地球在宇宙之中毫无特殊之处可言，地球不是上帝刻意安排的，人类自然也不是上帝创造的。不过，就是在这样一颗行星上，人类演出了光辉灿烂的文明史，并最终正确地认识了宇宙的概貌。好了！
作为今天这个报告的结束，我们前面讲了人类怎样认识宇宙的三个主要里程碑：地心说到日心说、日心说到银河系、银河系到河外星系。那么我们来看看我们这个宇宙到底整体是个什么模样？它将来会向何处去？这就是宇宙学研究的内容。它从总体上整体角度探讨宇宙的结构和演化，那么这个历史过程很长，我讲了几个主要的阶段性，那么印度人又说大地是在几头大象上，大象在乌龟上，乌龟在海里游。古人都有各种各样的想法，那么到了十七世纪牛顿开始利用力学方法来研究宇宙，这个就是经典宇宙学。在牛顿时代这个时间和空间是分开的，时间和空间是没有关系的。到了二十世纪初，爱因斯坦发现了广义相对论，他开始用广义相对论来研究宇宙学。这就开创了现代宇宙学，那么在爱因斯坦时代时间和空间已经联系在一块儿，不分了。
但是爱因斯坦的宇宙是一个静态的宇宙，它是不动的。到了1922年弗里德曼，他就探讨非静态宇宙，就是这个宇宙会不会膨胀？1927年比利时的主教，这个人是个主教，勒梅特。他提出宇宙是膨胀的，而且是均匀各向同性膨胀。到1948年美国籍的俄国人伽莫夫，他首先建立了大爆炸宇宙学。大爆炸宇宙学的说法是：大约在150亿年之前，宇宙处于一个温度极高、体积极小、密度极高、或者说是一个奇点，然后开始膨胀。膨胀以后体积不断变大，密度下降、温度下降，经过150亿年时间的演化，变成今天的宇宙。那么这个大爆炸模型得到一些观测事实的支持，比如说哈勃发现河外星系在离开我们，而且越远的河外星系离开我们的速度越大，这就证明宇宙膨胀。还有从理论上可以算出来，早期宇宙的温度经过不断下降，现在我们应该可以观测到大约在绝对温度三度左右的均匀各向同性的背景辐射。这个波长在微波阶段，这件事情居然被观测成功，这个是一个得诺贝尔奖的，等等还有些重要观测事实。所以大爆炸宇宙学成为一种主流学说，就是大部分天文学家都赞成。
现在问题是我们以后宇宙跑哪儿去？就是一直膨胀，最后它的结局是怎么样？那么这个就要看，这个膨胀过程是一个斥力起作用还是引力起作用？宇宙中间存在着很多物质，物质之间有万有引力，因此这个过程是一个引力与斥力之争，到底谁厉害？是引力厉害还是斥力厉害？这就要看宇宙中间物质的密度，如果这个宇宙中间物质比较多，密度比较高，这个斥力最后顶不过引力的。总会有一天膨胀结束，然后就开始收缩。如果宇宙中间这个物质密度不够高，它顶不住那个斥力，那么这个宇宙就会一直不断地膨胀下去。一直不断膨胀下去的宇宙称为开宇宙，开放式的。有一天要收缩的，这个叫闭宇宙。那么这两类宇宙有不同的情况。首先我们探讨一下开宇宙，开宇宙不断地膨胀，宇宙中间的恒星不断诞生。十的十四次方年以后，恒星不但不会诞生，而且恒星已经全部死亡了，全部失去光辉了，星系中间只剩下星系核中间的黑洞了。到十的十七次方和十的十八次方年以后，只有黑洞和死亡的恒星，而且恒星中的质子开始变得不稳定，就是质子要衰变。经过十的二十四次方年，质子开始衰变，就变为光子和其他轻子。经过十的三十二次方年衰变过程结束，这个宇宙中间只剩下了光子轻子和大黑洞。但是到了十的一百次方年以后，这个宇宙恐怕就完蛋了。就是所有的黑洞全部蒸发了，这个大概可以称为宇宙的末日。
那么另一个结局闭宇宙，这个就比较差劲一点。这个闭宇宙就是说宇宙膨胀要停止了，然后这个宇宙就开始收缩，收缩过程和膨胀的过程恰好相反，就倒过来。开始收缩得很慢，然后变快，越来越快。那么膨胀是五百亿年，收缩也是五百亿年。所以一千亿年以后又回到大爆炸的那个状态，这个时候称为大暴缩。我想我们不需要担心，我今天讲这个课，你们也不会担心。这个时间尺度实在太长！将来怎么办完全不是我们考虑的问题，对吧！你像太阳，太阳已经生活五十亿年了。再过五十亿年，太阳要膨胀，那时怎么办？那是近的事情，太阳膨胀可能会把地球吞掉，等等这些问题呢，那只有靠我们科学技术的发展来解决。比如说把这个地球，我的设想，我们把整个地球当成一个宇宙飞船飞走。因为五十亿年以后，你想人类有文明史大概四千年吧，我们一百年前才发明的飞机，现在计算机发展快得不得了，所以我们对开宇宙也好，闭宇宙也好，都不要多去想，以前说杞人忧天，这个不要去杞人忧天，未来是美好的！
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