4月21日 宇宙是从大爆炸中诞生的吗 (上) 何香涛-第2部分
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那么用正常的办法，我们把天上所有的恒星都把它整个都加起来，把它年龄也计算出来。然后产生了多少氦？我们可以算出来，用这些正常的手段是绝对产生不了宇宙中这么多氦的。那么最后的结论是什么呢？只有在当初通过一个非常时期，也就是说一次大爆炸的过程，那么在大爆炸过程中就会迫使很多氢聚变成氦，然后在造我们这个恒星的时候，就不单是纯粹由氢来造了。而是由氢再加上氦一起来造的这个恒星。所以恒星在造的时候，已经就含了好多个氦的元素含量已经多了，因此我们现在测出来宇宙中的元素含量才有了这么多的氦。所以我们概括起来大家就知道了，一个主要的观测事实呢，就是说宇宙是膨胀的。还有一个非常重要的观测事实呢，我们宇宙膨胀到现在，它的剩余温度正好和我们预算的一样，它的温度是多少呢？我们说是3度K或者说摄氏负270度。还有一条就是宇宙中有这么多的氦元素，也是通过大爆炸来产生的。所以我们总括起来，有哪些证据来支持大爆炸呢？就有这么多证据，第一个就是叫微波背景辐射。第二个就是哈勃定律，也就是说宇宙在膨胀。
除此之外还有一个很重要的理由，什么理由呢？就是我们宇宙的年龄，如果我们说宇宙的年龄是无限大，那就没有起始了，就没有大爆炸这一说了，现在我们测量的结果，宇宙的年龄是有限的，不但是有限的，而且我把年龄也测出来了。宇宙的年龄有多大呢？我们说小于二百亿年，我们宇宙的年龄小于二百亿年，目前倾向性的看法认为宇宙的年龄大约是一百五十亿年。我经常说这个年龄很好记，怎么记呢？你就把这个“亿”字去掉，就是一百五十年。那就是说我们努努力，科学发展以后，健康条件好了，有可能活到一百五十岁，差不多人的极限。我们知道太阳它的寿命大约是一百亿年。现在太阳已经活了差不多是五十亿年了，还有五十亿年，这就是宇宙的年龄，大约就是小于二百亿年。那么这四个证据，就证明了我们这个宇宙可能是通过一次大爆炸产生的。这就是大体上我给大家一个轮廓，有这么一个理论，有这么多观测事实。
大家肯定要问你这么大轮廓这么一说究竟怎么一炸就炸出个宇宙来？我就想像不出来。孙悟空从石头里边出来那毕竟是神话，一蹦就蹦出来了。你这个宇宙是我们所有的星球的居住地，就是包罗万象才叫宇宙了。怎么会这么一爆炸就爆炸出宇宙来，所以我必须回答你，就是说这个宇宙究竟是怎样一步一步来的。
那么最近我们国内流行一本书叫做《时间简史》，是由英国的一个物理学家和天文学家霍金写的，就描述了宇宙的演化，大家很感兴趣，实际上在他之前还有一本书也不错，叫做《最初三分钟》。那本书就是专门写我们这个宇宙最初的状态怎么来的，这个最初的状态听起来，那就有点更离奇，它物理的味道就更重。所以呢，大家得要好好听，要不然你就不可以理解，那么我也尽我最大的努力把这个事情给大家讲清楚。
那么最初怎么来的呢？我们说最初这个宇宙通过膨胀以后慢慢来产生，但是这个诞生的时间是非常非常快，有多快呢？三分钟造就一个宇宙，你信不信呢？我们来看一看三分钟就给你造就一个宇宙，那么宇宙最初始的时候，宇宙的年龄是多大呢？0。01秒。这时候的温度是多少度呢？是十的十一次方度，也就是说一千亿度。这个宇宙是个什么状态，我说这个宇宙是一团混沌。这团混沌是什么样子的，我有一个动画片可以给大家看一下，这就是我们那个宇宙最初的情况，那这宇宙是什么？这一团混沌就是比我们现在知道的这些个电子也好、中子也好、质子也好、原子也好，更基本的粒子，或者说这是一堆叫做夸克。所以有种说法，在最初的时候就是一个夸克星，就是一个夸克的海洋，就是一团混沌，什么都不是，都是造就物质的基本原料的温度是非常非常高，一千亿度，那么在这么高的温度下，这堆东西不可能产生任何东西，因为大家都是平权的，在里边就是自己在那儿漫游。那么这堆东西有一个特点，什么特点呢？它在不断地扩张，也是必然要扩张，为什么呢？温度很高，它一扩张的时候这个温度就降低了。那么我们看一下由0。01秒扩张到1秒，也就是1秒钟的工夫就膨胀了。膨胀了以后，它这个温度降到了十的十次方，一百亿度。这时候就出现电子、中子和质子，为什么呢？因为这时候温度降低以后，它里边的一些反应，就使得一些光子慢慢通过反应过程，光子就会变成电子，然后再可以聚合成中子和质子，这是温度降低以后。
如果我们的温度再降低降到3分钟，这时候的温度差不多十的九次方，也就是10亿度的样子。在这个温度下，这个宇宙出现一些轻的元素，什么元素呢？氢和氦。我们来看一下，由于温度降低，原初的这些东西就开始有一个聚合反应。你看一下，它们就聚合聚合，出现了一些什么呢？氢、氦这些元素就产生了。有了这个元素以后，就等于我们盖大楼一样，就有了基本的砖瓦了。这就是我们宇宙最主要的原材料，只要是有了氢再加上氦，我们这个宇宙就可以造起来了。我们这个宇宙由于温度在不断地降低，就造就了氢和氦。那么再稍微确切一点，到了3分45秒我们基本的元素就都造成了。换句话说，我们这个宇宙的雏形就产生了。因此我们说宇宙是最初三分钟，如果再说的确切一点，最初的3分45秒钟，我们这个宇宙的大厦就基本上奠基了，就可以了。你们想想我们宇宙造的怎么样？速度是够快的。你们学校里边要是盖一座大楼的话还得盖一年，我们宇宙三分钟宇宙的基石就奠起来了，剩下的工作就好办了，怎么叫好办了呢？因为我们宇宙中的基本原材料有了，氢也有了，氦也有了。以后我们就拿这些氢和氦再去造星球，慢慢我们的宇宙就一步一步就把它造起来了。
问：何老师您好，我想问一下，你说这个宇宙现在是在膨胀吗？我想问一下它到底是什么作用力使它在膨胀呢？
答：宇宙的膨胀呢，现在是一个事实，这个事实是什么原因呢，就是的的确确我们宇宙因为当初在不断地膨胀，现在没有力量把它拉住，拉不住。所以宇宙就不断地在膨胀下去，这是一个观测事实，那么这个宇宙会不会永远膨胀下去呢？现在我们知道拉住宇宙膨胀的惟一的力量还是靠引力，因此要想把宇宙不让它继续膨胀下去，把它拉住，那就只有增加宇宙中的引力。那这就是天文学家的一个任务，我们想法找到宇宙中更多的物质，增加了宇宙的相互吸引力，那它就会慢慢的膨胀一段时间以后就会收缩回来，现在我们还找不到其他的力来制止宇宙来膨胀，只有靠引力。
问：老师我想问一下宇宙的年龄是通过什么方法测量出来的？
答：这个问题问的很好，你怎么知道宇宙的年龄是一百五十亿年呢？我们有几种测量方法，其中一个方法呢，就是根据哈勃定律。我们说宇宙是在膨胀，而且这个膨胀的规律非常简单，就是一个线性的，距离越远膨胀速度越大，非常简单的一个线性关系。那么你这个膨胀的斜率，也就是哈勃常数，我把它倒过来，就是哈勃常数的倒数，正好就是宇宙从最初的一点膨胀到现在的时间。那么这个年龄呢，我们就管它叫做哈勃年龄，这是一个很重要的。用到现在， 那么哈勃常数也是越小的话，那就说这个年龄经历的越长。那哈勃常数就越大呢，这个年龄呢，这个年龄就越大，那么哈勃常数越大呢。这个年龄就越小，为什么呢？很简单，因为膨胀到现在了，你膨胀的速率慢，也就是哈勃常数小，膨胀到现在需要的时间呢就越长。所以天文学家一个很重要的任务，要想测量准宇宙的年龄，你就要把这个哈勃定律里边的哈勃常数来测准。我们放哈勃空间望远镜，很重要的理由就想把哈勃常数测准。那么现在测量的结果呢，这个哈勃常数还不是特别的小，所以我们宇宙的年龄也不是特别的大。大约是一百五十亿年，另外一个我们可以算一算，在宇宙中，一些星球的年龄，特别是我们可以算一算星团的年龄。就这个星团的年龄，就是好多星球组成在一起的我们叫做星团，我们把这个星团的年龄算一下，因为这个星团正好是从非常年轻的恒星，还有非常老的恒星，那么有刚生成的，还有很老的恒星。那么这一个星团的年龄我们是可以测出来的，我们通过它这个在一个图上的一个反应，我们可以测出来它年龄是一百多亿年。除此之外我们还有更直接的方法来测，怎么叫更直接的方法呢？就是通过同位素来测量，比方我们测量地球上边的铀的同位素，通过铀位素衰变的周期来测量地球的年龄。我们测量出来地球的年龄是四十多亿年，此外我们还可以从宇宙飞来的陨石里边测量它上边同位素的含量，也可以确定年龄。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
