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关于宇宙的小知识!!!

第八章宇宙的起源和命运

爱因斯坦广义相对论本身预言了：空间—时间在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压

奇点处（如果整个宇宙坍缩的话）或在黑洞中的一个奇点处（如果一个局部区域，譬如

恒星要坍缩的话）结束。任何抛进黑洞的东西都会在奇点处被毁灭，只有它的质量的引

力效应能继续在外面被感觉得到。另一方面，当计入量子效应时，物体的质量和能量会

最终回到宇宙的其余部分，黑洞和在它当中的任何奇点一道被蒸发掉并最终消失。量子

力学对大爆炸和大挤压奇点也能有同样戏剧性的效应吗？在宇宙的极早或极晚期，当引

力场是如此之强，以至于量子效应不能不考虑时，究竟会发生什么？宇宙究竟是否有一

个开端或终结？如果有的话，它们是什么样子的？

整个70年代我主要在研究黑洞，但在1981年参加在梵蒂冈由耶稣会组织的宇宙学会

议时，我对于宇宙的起源和命运问题的兴趣重新被唤起。天主教会试图对科学的问题立

法，并宣布太阳是绕着地球运动时，对伽利略犯下了大错误。几个世纪后的现在，它决

定邀请一些专家就宇宙学问题提出建议。在会议的尾声，所有参加者应邀出席教皇的一

次演讲。他告诉我们，在大爆炸之后的宇宙演化是可以研究的，但是我们不应该去过问

大爆炸本身，因为那是创生的时刻，因而是上帝的事务。那时候我心中暗喜，他并不知

道，我刚在会议上作过的演讲的主题——空间—时间是有限而无界的可能性，就表明着

没有开端、没有创生的时刻。我不想去分享伽利略的厄运。我对伽利略之所以有一种强

烈的认同感，其部分原因是刚好我出生于他死后的300年！

为了解释我和其他人关于量子力学如何影响宇宙的起源和命运的思想，必须首先按

照“热大爆炸模型”来理解为大家所接受的宇宙历史。它是假定从早到大爆炸时刻起宇

宙就用弗利德曼模型描述。在此模型中，人们发现当宇宙膨胀时，其中的任何物体或辐

射都变得更凉。（当宇宙的尺度大到二倍，它的温度就降低到一半。）由于温度即是粒

子的平均能量——或速度的测度，宇宙的变凉对于其中的物质就会有较大的效应。在非

常高的温度下，粒子会运动得如此之快，以至于能逃脱任何由核力或电磁力将它们吸引

一起的作用。但是可以预料，当它们变冷下来时，互相吸引的粒子开始结块。更有甚者，

连存在于宇宙中的粒子的种类也依赖于温度。在足够高的温度下，粒子的能量是如此之

高，只要它们碰撞就会产生出来很多不同的粒子／反粒子对——并且，虽然其中一些粒

子打到反粒子上去时会湮灭，但是它们产生得比湮灭得更快。然而，在更低的温度下，

碰撞粒子具有较小的能量，粒子／反粒子对产生得不快，而湮灭则变得比产生更快。

就在大爆炸时，宇宙体积被认为是零，所以是无限热。但是，辐射的温度随着宇宙

的膨胀而降低。大爆炸后的1秒钟，温度降低到约为100亿度，这大约是太阳中心温度的

1千倍，亦即氢弹爆炸达到的温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子（极轻的粒子，

它只受弱力和引力的作用）和它们的反粒子，还有一些质子和中子。随着宇宙的继续膨

胀，温度继续降低，电子／反电子对在碰撞中的产生率就落到它们湮灭率之下。这样只

剩下很少的电子，而大部分电子和反电子相互湮灭，产生出更多的光子。然而，中微子

和反中微子并没有互相湮灭掉，因为这些粒子和它们自己以及其他粒子的作用非常微弱，

所以直到今天它们应该仍然存在。如果我们能观测到它们，就会为非常热的早期宇宙阶

段的图象提供一个很好的证据。可惜现今它们的能量太低了，以至于我们不能直接地观

察到。然而，如果中微子不是零质量，而是如苏联在1981年进行的一次没被证实的实验

所暗示的，自身具有小的质量，我们则可能间接地探测到它们。正如前面提到的那样，

它们可以是“暗物质”的一种形式，具有足够的引力吸引去遏止宇宙的膨胀，并使之重

新坍缩。

在大爆炸后的大约100秒，温度降到了10亿度，也即最热的恒星内部的温度。在此温

度下，质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引，所以开始结合产生氘（重氢）

的原子核。氘核包含一个质子和一个中子。然后，氘核和更多的质子中子相结合形成氦

核，它包含二个质子和二个中子，还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。可以计算出，

在热大爆炸模型中大约4分之1的质子和中子转变了氦核，还有少量的重氢和其他元素。

所余下的中子会衰变成质子，这正是通常氢原子的核。

1948年，科学家乔治·伽莫夫和他的学生拉夫·阿尔法在合写的一篇著名的论文中，

第一次提出了宇宙的热的早期阶段的图像。伽莫夫颇有幽默——他说服了核物理学家汉

斯·贝特将他的名字加到这论文上面，使得列名作者为“阿尔法、贝特、伽莫夫”，正

如希腊字母的前三个：阿尔法、贝他、伽玛，这特别适合于一篇关于宇宙开初的论文！

他们在此论文中作出了一个惊人的预言：宇宙的热的早期阶段的辐射（以光子的形式）

今天还应在周围存在，但是其温度已被降低到只比绝对零度（一273℃）高几度。这正是

彭齐亚斯和威尔逊在1965年发现的辐射。在阿尔法、贝特和伽莫夫写此论文时，对于质

子和中子的核反应了解得不多。所以对于早期宇宙不同元素比例所作的预言相当不准确，

但是，在用更好的知识重新进行这些计算之后，现在已和我们的观测符合得非常好。况

且，在解释宇宙为何应该有这么多氦时，用任何其他方法都是非常困难的。所以，我们

相当确信，至少一直回溯到大爆炸后大约一秒钟为止，这个图像是正确无误的。

大爆炸后的几个钟头之内，氦和其他元素的产生就停止了。之后的100万年左右，宇

宙仅仅只是继续膨胀，没有发生什么事。最后，一旦温度降低到几千度，电子和核子不

再有足够能量去抵抗它们之间的电磁吸引力，它们就开始结合形成原子。宇宙作为整体，

继续膨胀变冷，但在一个略比平均更密集的区域，膨胀就会由于额外的引力吸引而慢下

来。在一些区域膨胀会最终停止并开始坍缩。当它们坍缩时，在这些区域外的物体的引

力拉力使它们开始很慢地旋转；当坍缩的区域变得更小，它会自转得更快——正如在冰

上自转的滑冰者，缩回手臂时会自转得更快；最终，当这些区域变得足够小，自转的速

度就足以平衡引力的吸引，碟状的旋转星系就以这种方式诞生了。另外一些区域刚好没

有得到旋转，就形成了叫做椭圆星系的椭球状物体。这些区域之所以停止坍缩是因为星

系的个别部分稳定地绕着它的中心旋转，但星系整体并没有旋转。

随着时间流逝，星系中的氢和氦气体被分割成更小的星云，它们在自身引力下坍缩。

当它们收缩时，其中的原子相碰撞，气体温度升高，直到最后，热得足以开始热骤变反

应。这些反应将更多的氢转变成氦，释放出的热升高了压力，因此使星云不再继续收缩。

正如同我们的太阳一样，它们将氢燃烧成氦，并将得到的能量以热和光的形式辐射出来。

它们会稳定地在这种状态下停留一段很长的时间。质量更大的恒星需要变得更热，以去

平衡它们更强的引力，使得其核聚变反应进行得极快，以至于它们在1亿年这么短的时间

里将氢用光。然后，它们会稍微收缩一点。当它们进一步变热，就开始将氦转变成像碳

和氧这样更重的元素。但是，这一过程没有释放出太多的能量，所以正如在黑洞那一章

描述的，危机就会发生了。人们不完全清楚下面还会发生什么，但是看来恒星的中心

区域会坍缩成一个非常紧致的状态，譬如中子星或黑洞。恒星的外部区域有时会在叫做

超新星的巨大爆发中吹出来，这种爆发会使星系中的所有恒星相形之下显得黯淡无光。

一些恒星接近生命终点时产生的重元素就抛回到星系里的气体中去，为下一代恒星提供

一些原料。我们自己的太阳包含大约2％这样的重元素，因为它是第二代或第三代恒星，

是由50亿年前从包含有更早的超新星的碎片的旋转气体云形成的。云里的大部分气体形

成了太阳或者喷到外面去，但是少量的重元素集聚在一起，形成了像地球这样的、现在

绕太阳公转的物体。

地球原先是非常热的，并且没有大气。在时间的长河中它冷却下来，并从岩石中溢

出的气体里得到了大气。这早先的大气不能使我们存活。因为它不包含氧气，但有很多

对我们有毒的气体，如硫化氢（即是使臭鸡蛋难闻的气体）。然而，存在其他在这条件

下能繁衍的生命的原始形式。人们认为，它们可能是作为原子的偶然结合形成叫做宏观

分子的大结构的结果而在海洋中发展，这种结构能够将海洋中的其他原子聚集成类似的

结构。它们就这样地复制了自己并繁殖。在有些情况下复制有误差。这些误差多数使得

新的宏观分子不能复制自己，并最终被消灭。然而，有一些误差会产生出新的宏观分子，

在复制它们自己时会变得更好。所以它们具有优点，并趋向于取代原先的宏观分子。进

化的过程就是用这种方式开始，它导致了越来越复杂的自复制的组织。第一种原始的生

命形式消化了包括硫化氢在内的不同物质而放出氧气。这样就逐渐地将大气改变到今天

这样的成份，允许诸如鱼、爬行动物、哺乳动物以及最后人类等生命的更高形式的发展。

宇宙从非常热开始并随膨胀而冷却的景象，和我们今天所有的观测证据相一致。尽

管如此，还有许多重要问题未被回答：

（1）为何早期宇宙如此之热？

（2）为何在大尺度上宇宙是如此一致？为何在空间的所有地方和所有方向上它显得

是一样的？尤其是，当我们朝不同方向看时，为何微波辐射背景的温度是如此之相同？

这有点像问许多学生一个考试题。如果所有人都刚好给出相同的回答，你就会十分肯定，

他们互相之间通过话。在上述的模型中，从大爆炸开始光还没有来得及从一个很远的区

域传到另一个区域，即使这两个区域在宇宙的早期靠得很近。按照相对论，如果连光都

不能从一个区域走到另一个区域，则没有任何其他的信息能做到。所以，除非因为某种

不能解释的原因，导致早期宇宙中不同的区域刚好从同样的温度开始，否则，没有一种

方法能使它们有互相一样的温度。

（3）为何宇宙以这样接近于区分坍缩和永远膨胀模型的临界膨胀率的速率开始，以

至于即使在100亿年以后的现在，它仍然几乎以临界的速率膨胀？如果在大爆炸后的1秒

钟那一时刻其膨胀率甚至只要小十亿亿分之一，那么在它达到今天这么大的尺度之前宇

宙就已坍缩。

（4）尽管在大尺度上宇宙是如此的一致和均匀，它却包含有局部的无规性，诸如恒

星和星系。人们认为，这些是从早期宇宙中不同区域间的密度的很小的差别发展而来。

这些密度起伏的起源是什么？

广义相对论本身不能解释这些特征或回答这些问题，因为它预言，在大爆炸奇点宇

宙是从无限密度开始的。在奇点处，广义相对论和所有其他物理定律都失效：人们不能

预言从奇点会出来什么。正如以前解释的，这表明我们可以从这理论中除去大爆炸奇点

和任何先于它的事件，因为它们对我们没有任何观测效应。空间一时间就会有边界——

大爆炸处的开端。

看来科学揭露了一组定律，在不确定性原理极限内，如果我们知道宇宙在任一时刻

的状态，这些定律就会告诉我们，它如何随时间发展。这些定律也许原先是由上帝颁布

的，但是看来从那以后他就让宇宙按照这些定律去演化，而不再对它干涉。但是，它是

如何选择宇宙的初始状态和结构的？在时间的开端处“边界条件”是什么？

一种可能的回答是，上帝选择宇宙的这种初始结构是因为某些我们无望理解的原因。

这肯定是在一个全能造物主的力量之内。但是如果他使宇宙以这种不可理解的方式开始，

何以他又选择让它按照我们可理解的定律去演化？整部科学史是对事件不是以任意方式

发生，而是反映了一定的内在秩序的逐步的意识。这秩序可以是、也可以不是由神灵主

宰的。只有假定这种秩序不但应用于定律，而且应用于在空间—时间边界处所给定的宇

宙初始条件才是自然的。可以有大量具有不同初始条件的宇宙模型，它们都服从定律。

应该存在某种原则去抽取一个初始状态，也就是一个模型去代表我们的宇宙。

所谓的紊乱边界条件即是这样的一种可能性。这里含蓄地假定，或者宇宙是空间无

限的，或者存在无限多宇宙。在紊乱边界条件下，在刚刚大爆炸之后，寻求任何空间的

区域在任意给定的结构的概率，在某种意义上，和它在任何其他的结构的概率是一样的：

宇宙初始态的选择纯粹是随机的。这意味着，早期宇宙可能是非常紊乱和无规则的。因

为与光滑和有序的宇宙相比，存在着更多得多的紊乱和无序的宇宙。（如果每一结构都

是等几率的，多半宇宙是从紊乱无序态开始，就是因为这种态多得这么多。）很难理解，

从这样紊乱的初始条件，如何导致今天我们这个在大尺度上如此光滑和规则的宇宙。人

们还预料，在这样的模型中，密度起伏导致了比由伽玛射线背景所限定的多得多的太初

黑洞的形成。

如果宇宙确实是空间无限的，或者如果存在无限多宇宙，则就会存在某些从光滑和

一致的形态开始演化的大的区域。这有一点像著名的一大群猴子敲打打字机的故事——

它们大部分所写的都是废话。但是纯粹由于偶然，它们可能碰巧打出莎士比亚的一首短

诗。类似地，在宇宙的情形，是否我们可能刚好生活在一个光滑和一致的区域里呢？初

看起来，这是非常不可能的，因为这样光滑的区域比紊乱的无序的区域少得多得多。然

而，假定只有在光滑的区域里星系、恒星才能形成，才能有合适的条件，让像我们这样

复杂的、有能力质疑为什么宇宙是如此光滑的问题、能自然复制的组织得以存在。这就

是被称为人择原理的一个应用的例子。人择原理可以释义作：“我们看到的宇宙之所以

这个样子，乃是因为我们的存在。”

人择原理有弱的和强的意义下的两种版本。弱人择原理是讲，在一个大的或具有无

限空间和／或时间的宇宙里，只有在空间一时间有限的一定区域里，才存在智慧生命发

展的必要条件。在这些区域中，如果智慧生物观察到他们在宇宙的位置满足那些为他们

生存所需的条件，他们不应感到惊讶。这有点像生活在富裕街坊的富人看不到任何贫穷。

应用弱人择原理的一个例子是“解释”为何大爆炸发生于大约100亿年之前——智慧

生物需要那么长时间演化。正如前面所解释的，一个早代的恒星首先必须形成。这些恒

星将一些原先的氢和氦转化成像碳和氧这样的元素，由这些元素构成我们。然后恒星作

为超新星而爆发，其裂片形成其他恒星和行星，其中就包括我们的太阳系，太阳系年龄

大约是50亿年。地球存在的头10亿或20亿年，对于任何复杂东西的发展都嫌太热。余下

的30亿年左右才用于生物进化的漫长过程，这个过程导致从最简单的组织到能够测量回

溯到大爆炸那一瞬间的生物的形成。

很少人会对弱人择原理的有效性提出异议。然而，有的人走得更远并提出强人择原

理。按照这个理论，存在许多不同的宇宙或者一个单独宇宙的许多不同的区域，每一个

都有自己初始的结构，或许还有自己的一套科学定律。在这些大部分宇宙中，不具备复

杂组织发展的条件；只有很少像我们的宇宙，在那里智慧生命得以发展并质疑：“为何

宇宙是我们看到的这种样子？”这回答很简单：如果它不是这个样子，我们就不会在这

儿！

我们现在知道，科学定律包含许多基本的数，如电子电荷的大小以及质子和电子的

质量比。至少现在，我们不能从理论上预言这些数值——我们必须由观察找到它们。也

许有一天，我们会发现一个将它们所有都预言出来的一个完整的统一理论，但是还可能

它们之中的一些或全部，在不同的宇宙或在一个宇宙之中是变化的。令人吃惊的事实是，

这些数值看来是被非常细致地调整到使得生命的发展成为可能。例如，如果电子的电荷

只要稍微有点不同，则要么恒星不能够燃烧氢和氦，要么它们没有爆炸过。当然，也许

存在其他形式的、甚至还没被科学幻想作家梦想过的智慧生命。它并不需要像太阳这样

恒星的光，或在恒星中制造出并在它爆炸时被抛到空间去的更重的化学元素。尽管如此，

看来很清楚，允许任何智慧生命形式的发展的数值范围是比较小的。对于大部份数值的

集合，宇宙也会产生，虽然它们可以是非常美的，但不包含任何一个能为如此美丽而惊

讶的人。人们既可以认为这是在创生和科学定律选择中的神意的证据，也可以认为是对

强人择原理的支持。

人们可以提出一系列理由，来反对强人择原理对宇宙的所观察到的状态的解释。首

先，在何种意义上可以说，所有这些不同的宇宙存在？如果它们确实互相隔开，在其他

宇宙发生的东西，怎么可以在我们自己的宇宙中没有可观测的后果？所以，我们应该用

经济学原理，将它们从理论中割除去。另一方面，它们若仅仅是一个单独宇宙的不同区

域，则在每个区域里的科学定律必须是一样的，因为否则人们不能从一个区域连续地运

动到另一区域。在这种情况下，不同区域之间的仅有的不同只是它们的初始结构。这样，

强人择原理即归结为弱人择原理。

对强人择原理的第二个异议是，它和整个科学史的潮流背道而驰。我们是从托勒密

和他的党人的地心宇宙论发展而来，通过哥白尼和伽利略日心宇宙论，直到现代的图象，

其中地球是一个中等大小的行星，它绕着一个寻常的螺旋星系外圈的普通恒星作公转，

而这星系本身只是在可观察到的宇宙中万亿个星系中的一个。然而强人择原理却宣布，

这整个庞大的构造仅仅是为我们的缘故而存在，这是非常难以令人置信的。我们太阳系

肯定是我们存在的前提，人们可以将之推广于我们的星系，使之允许早代的恒星产生重

元素。但是，丝毫看不出存在任何其他星系的必要，在大尺度上也不需要宇宙在每一方

向上必须如此一致和类似。

如果人们能够表明，相当多的宇宙的不同初始结构会演化产生像我们今天看到的宇

宙，至少在弱的形式上，人们会对人择原理感到更满意。如果这样，则一个从某些随机

的初始条件发展而来的宇宙，应当包含许多光滑的、一致的并适合智慧生命演化的区域。

另一方面，如果宇宙的初始条件必须极端仔细地选择，才能导致在我们周围所看到的一

切，宇宙就不太可能包含任何会出现生命的区域。在上述的热大爆炸模型中，没有足够

的方向使热从一个区域流到另一区域。这意味着宇宙的初始态在每一处必须刚好有同样

的温度，才能说明我们在每一方向上看到的微波背景辐射都有同样温度，其初始的膨胀

率也要非常精确地选择，才能使得现在的膨胀率仍然是如此接近于需要用以避免坍缩的

临界速率。这表明，如果直到时间的开端热大爆炸模型都是正确的，则必须非常仔细地

选择宇宙的初始态。所以，除非作为上帝有意创造像我们这样生命的行为，否则要解释

为何宇宙只用这种方式起始是非常困难的。

为了试图寻找一个能从许多不同的初始结构演化到象现在这样的宇宙的宇宙模型，

麻省理工学院的科学家阿伦·固斯提出，早期宇宙可能存在过一个非常快速膨胀的时期。

这种膨胀叫做“暴涨”，意指宇宙在一段时间里，不像现在这样以减少的、而是以增加

的速率膨胀。按照固斯理论，在远远小于1秒的时间里，宇宙的半径增大了100万亿亿亿

（1后面跟30个0）倍。

固斯提出，宇宙是以一个非常热而且相当紊乱的状态从大爆炸开始的。这些高温表

明宇宙中的粒子运动得非常快并具有高能量。正如早先我们讨论的，人们预料在这么高

的温度下，强和弱核力及电磁力都被统一成一个单独的力。当宇宙膨胀时它会变冷，粒

子能量下降。最后出现了所谓的相变，并且力之间的对称性被破坏了：强力变得和弱力

以及电磁力不同。相变的一个普通的例子是，当水降温时会冻结成冰。液态水是对称的，

它在任何一点和任何方向上都是相同的。然而，当冰晶体形成时，它们有确定的位置，

并在某一方向上整齐排列，这就破坏了水的对称。

处理水的时候，只要你足够小心，就能使之“过冷”，也就是可以将温度降低到冰

点（0℃）以下而不结冰。固斯认为，宇宙的行为也很相似：宇宙温度可以低到临界值以

下，而没有使不同的力之间的对称受到破坏。如果发生这种情形，宇宙就处于一个不稳

定状态，其能量比对称破缺时更大。这特殊的额外能量呈现出反引力的效应：其作用如

同一个宇宙常数。宇宙常数是当爱因斯坦在试图建立一个稳定的宇宙模型时，引进广义

相对论之中去的。由于宇宙已经像大爆炸模型那样膨胀，所以这宇宙常数的排斥效应使

得宇宙以不断增加的速度膨胀，即使在一些物质粒子比平均数多的区域，这一有效宇宙

常数的排斥作用超过了物质的引力吸引作用。这样，这些区域也以加速暴涨的形式而膨

胀。当它们膨胀时，物质粒子越分越开，留下了一个几乎不包含任何粒子，并仍然处于

过冷状态的膨胀的宇宙。宇宙中的任何不规则性都被这膨胀抹平，正如当你吹胀气球时，

它上面的皱纹就被抹平了。所以，宇宙现在光滑一致的状态，可以是从许多不同的非一

致的初始状态演化而来。

在这样一个其膨胀由宇宙常数加速、而不由物质的引力吸引使之减慢的宇宙中，早

期宇宙中的光线就有足够的时间从一个地方传到另一个地方。这就解答了早先提出的，

为何在早期宇宙中的不同区域具有同样性质的问题。不但如此，宇宙的膨胀率也自动变

得非常接近于由宇宙的能量密度决定的临界值。这样，不必去假设宇宙初始膨胀率曾被

非常仔细地选择过，就能解释为何现在的膨胀率仍然是如此地接近于临界值。

暴涨的思想还能解释为何宇宙存在这么多物质。在我们能观察到的宇宙里大体有1亿

亿亿亿亿亿亿亿亿亿（1后面跟80个0）个粒子。它们从何而来？答案是，在量子理论中，

粒子可以从粒子／反粒子对的形式由能量中创生出来。但这只不过引起了能量从何而来

的问题。答案是，宇宙的总能量刚好是零。宇宙的物质是由正能量构成的；然而，所有

物质都由引力互相吸引。两块互相靠近的物质比两块分得很开的物质具有更少的能量，

因为你必须消耗能量去克服把它们拉在一起的引力而将其分开。这样，在一定意义上，

引力场具有负能量。在空间上大体一致的宇宙的情形中，人们可以证明，这个负的引力

能刚好抵消了物质所代表的正能量，所以宇宙的总能量为零。

零的两倍仍为零。这样宇宙可以同时将其正的物质能和负的引力能加倍，而不破坏

其能量的守恒。在宇宙的正常膨胀时，这并没有发生。这时当宇宙变大时，物质能量密

度下降。然而，这种情形确实发生于暴涨时期。因为宇宙膨胀时，过冷态的能量密度保

持不变：当宇宙体积加倍时，正物质能和负引力能都加倍，总能量保持为零。在暴涨相，

宇宙的尺度增大了一个非常大的倍数。这样，可用以制造粒子的总能量变得非常大。正

如固斯所说的：“都说没有免费午餐这件事，但是宇宙是最彻底的免费午餐。”

今天宇宙不是以暴涨的方式膨胀。这样，必须有一种机制，它可以消去这一非常大

的有效宇宙常数，从而使膨胀率从加速的状态，改变为正如同今天这样由引力减慢下的

样子。人们可以预料，在宇宙暴涨时不同力之间的对称最终会被破坏，正如过冷的水最

终会凝固一样。这样，未破缺的对称态的额外能量就会释放，并将宇宙重新加热到刚好

低于使不同力对称的临界温度。以后，宇宙就以标准的大爆炸模式继续膨胀并变冷。但

是，现在找到了何以宇宙刚好以临界速率膨胀，并在不同的区域具有相同温度的解释。

在固斯的原先设想中，有点像在非常冷的水中出现冰晶体，相变是突然发生的。其

想法是，正如同沸腾的水围绕着蒸汽泡，新的对称破缺相的“泡泡”在原有的对称相中

形成。泡泡膨胀并互相碰撞，直到整个宇宙变成新相。麻烦在于，正如同我和其他几个

人所指出的，宇宙膨胀得如此之快，甚至即使泡泡以光速涨大，它们也要互相分离，并

因此不能合并在一起。结果宇宙变成一种非常不一致的状态，有些区域仍具有不同力之

间的对称。这样的模型跟我们所观察到的宇宙并不吻合。

1981年10月，我去莫斯科参加量子引力的会议。会后，我在斯特堡天文研究所做了

一个有关暴涨模型和它的问题的讲演。听众席中有一年轻的苏联人——莫斯科列别提夫

研究所的安德雷·林德——他讲，如果泡泡是如此之大，以至于我们宇宙的区域被整个

地包含在一个单独的泡泡之中，则可以避免泡泡不能合并在一起的困难。为了使这个行

得通，从对称相向对称破缺相的改变必须在泡泡中进行得非常慢，而按照大统一理论这

是相当可能的。林德的缓慢对称破缺思想是非常好的，但过后我意识到，他的泡泡在那

一时刻必须比宇宙的尺度还要大！我指出，那时对称不仅仅在泡泡里，而且在所有的地

方同时被破坏。这会导致一个正如我们所观察到的一致的宇宙。我被这个思想弄得非常

激动，并和我的一个学生因·莫斯讨论。然而，当我后来收到一个科学杂志社寄来的林

德的论文，征求是否可以发表时，作为他的朋友，我感到相当难为情。我回答说，这里

有一个关于泡泡比宇宙还大的瑕疵，但是里面关于缓慢对称破缺的基本思想是非常好的。

我建议将此论文照原样发表。因为林德要花几个月时间去改正它，并且他寄到西方的任

何东西都要通过苏联的�

宇宙科普小知识简单

1.宇宙科普小知识

宇宙科普小知识 1.宇宙小常识

在自然科学中，研究地球以外宇宙环境中各种天体的运动、结构、起源和演化的基础学科叫做天文学。它的历史可以追溯到人类文明的萌芽时期。上古时代，游牧民族逐水草而迁徙需要辨别方向，农业民族按时令播种需要确定季节。在年复一年的长期实践中，他们逐渐发现了这些影响自己生活的大事与日月星辰等天文现象之间的密切联系。巴比伦的泥碑、埃及的金字塔、中国殷墟的甲骨文里，都留下了天文学诞生时期的丰富例证。天文学对人类文明的进步一直作出重大贡献。16世纪哥白尼的日心说使自然科学第一次从中世纪神学的桎梏下解放出来；17世纪伽利略、牛顿为研究太阳系天体运动规律而建立的经典力学体系，至今仍是现代工程科学（包括宇航科学）的基础，本世纪30年代对太阳和恒星内部结构和能源的研究导致了热核聚变的概念，为人类利用核用能提供了启迪；特别是近半个世纪以来，人类探索宇宙的热情一方面有力地推动了遥测遥控、空间技术、计算技术等一系列高新技术的发展，直接服务于全球通讯、资源调查、气象预报等国民经济部门，而这些技术在天文上的应用则使人们对宇宙的认识突飞猛进，第一次有可能从统一的原理来说明从基本粒子到化学元素、从星系到恒星、从太阳到地球、从原生物到人的长达上百亿年的演化史。

我们所居住的地球是太阳系的一个普通成员。太阳系的中心天体是太阳，它是一个半径约70万公里、表面温度达6000K的气体球，其核心温度高达1500万K，发生着氢聚变为氦的核反应。我们赖以生存的光和热，就是由这种核反应产生的。太阳系有九个行星，依次为水星、金星、地球、火星、木星、天王星、海王星、冥王星。最外面的冥王星离太阳约60亿公里。在火星和木星之间运行着几十万颗小行星。太阳系中质量较小的天体还有彗星和流星。

晴朗夜空中有一条横亘天际的光带，被人称为银河。实际上它是由群星和弥漫物质集成的一个庞大天体系统，叫做银河系。银河系的发光部分直径约7万光年，最大厚度约二万光年，象一个中央突起四周扁平的旋转铁饼，太阳是银河系中的一颗普通恒星，银河系中有大约2000亿颗恒星，彼此之间相距很远。离太阳最近的比邻星也有4.3光年远，为太阳半径的6000万倍。除恒星外，银河系中还有不少由气体和尘埃组成的团块，称为星云。有的星云含有大量分子，称为分子云，常常是形成恒星的场所。

银河系之外还有数以10亿计的庞大天体系统，与银河系属同一结构层次，统称星系。人类肉眼可见的最远天体一仙女座星系——就是其中之一，它距银河系225万光年，但在与银河系大小相当的星系中还算最近的一个。星系在宇宙中的分布是不均匀的，有的成双，有的成群，大的星系团甚至包含成百上千个星系。有些星系团又聚集成尺度更大的超星系团，在5亿光年以上至目前观测所及的150亿光年之间尚未发现不均匀的迹象。

2.【关于宇宙的科普知识

夏日夜空，繁星闪烁，不禁使人陷入对宇宙的遐想之中.20世纪10~20年代，天文学家发现远星系光谱线的频率随着它离我们距离的远近而有规律地变比，即谱线红移.1929年哈勃总结出谱线红移的规律是：对遥远星系，红移量与星系离我们的距离成正比，比例系数H叫哈勃常数，这红移叫宇宙学红移.此后，在红外及整个电磁波波段都观测到了这个规律.它被解释为是由星系系统地向远离我们的方向运动时的多普勒效应产主的.这就像火车远离我们行驶时汽笛的声调（即频率）比静止不动时的声调更低一样，由此得出星系都在做远离我们的运动，离我们越远运动速度越快的结论.这就好像是掺有葡萄干的面包在烤箱中膨胀起来一样.这个模型叫宇宙膨胀模型或大爆炸模型.近年来在宇宙膨胀的基础上又提出了爆胀宇宙等多种改进模型.从宇宙膨胀的观点出发，利用哈勃公式反推到过去宇宙中所有天体应该聚集于一点，由于某种原因在它内部产生了"大爆炸".诞生了现在的宇宙，从而得出了时间是有开端，空间是有限的结论.宇宙从大爆炸到现在究竟经过了多少时间，即宇宙的年龄是多少，这取决于哈勃常数H的大小.最初哈勃常数仅500（公里/秒/百万秒差距），这样算出的宇宙年龄比地球的45亿年的年龄小很多.以后改为50~100之间.若取100，宇宙的年龄只有100亿年，而银河系的球状星团的年龄是150亿年，矛盾很大.若取50，宇宙年龄为200亿年，矛盾不那么明显，因此被大爆炸宇宙论者所赞同，但在观测上，这个数值有些勉强.究竟是多少，一直没有定论.近年来用哈勃太空望远镜观测的结果倾向于取80.这样算出的年龄为120亿年，矛盾还很明显.宇宙将来是一直膨胀下去还是又收缩回来，这要取决于宇宙的平均密度.而宇宙平均密度究竟是多少目前还不能确定，因为观测的距离越远，平均密度越小，下限有没有还不能确定.1965年发现了宇宙空间的2.7K微波背景辐射，被大爆炸论者解释为大爆炸时期的光经过上百亿年后的遗迹，是大爆炸宇宙的一大证据，但这种解释并不是唯一的，因为宇宙空间中充满介质，2.7K微波背景辐射具有黑体辐射的性质，可以解释为宇宙空间中介质发出的温度是2.7K的热辐射.仔细分析起来，问题可能出在将光谱线的红移都解释为星系运动的多普勒效应上.过去，人们曾用多普勒效应解释了银河系内恒星的光谱线移动，从而成功地确定了星系内存在自转现象.但现在天文观测中却发现一些红移现象，若用运动的多普勒效应解释就存在许多困难，这促使人们考虑到必然还有其他机制能产生红移.。

3.关于宇宙的科学知识

解释

在多元化的汉语中，“宇”代表上下四方，即所有的空间，“宙”代表古往今来，即所有的时间，“宇”：无限空间，“宙”：无限时间。所以“宇宙”这个词有“所有的时间和空间”的意思。把“宇宙”的概念与时间和空间联系在一起，体现了我国古代人民的独特智慧。“宇宙”一词，最早出自《庄子》这本书，“宇”代指的是一切的空间，包括东，南，西，北等一切地点，是无边无际的；“宙”代指的是一切的时间，包括过去，现在等，是无始无终的。宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。宇宙是物质世界，不依赖于人的意志而客观存在，并处于不断运动和发展中。宇宙是多样又统一的，它包括一切，是所有时间和空间的统一体，没有时间和空间就没有一切。所以它包含了全部。

发展轨迹

宇宙的形状现在

宇宙大爆炸（5张）还是未知的，人类在大胆想象。有的人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞，而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智的电脑慧生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件，或者宇宙是无形的。根据大爆炸理论，宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体，如右图。左端中心为爆炸奇点，向右延伸137亿年，到达我们现在这个开口部。从左往右依次为：奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。为什么宇宙的星球都是圆的？宇宙那么大，为什么星球都是圆的，或者椭圆.在宇宙中由于摩擦力几乎不存在，因此，物体之间只要有一丝力就会互相影响、互相吸引。我们可以先假设一下，一些不规则的物体，它们分别互相吸引，并且逐渐靠近，由于质量越大、重力（引力）也就会越大，因此，当它们积聚到一定程度时，质量变的越大，导致了重力越大。这些物质

绚烂的宇宙（40张）就会不断的向内‘挤’（也叫坍缩）。由于中心点对外面的影响是呈现均匀分布的。所以，当物质分布不均匀时也会互相‘调节’，相互渗透。使得这些物质分布的较为均匀，然后在加上中心对外引力是等效的，就造成了这些物质都呈相同的速率向内坍缩。就使得最后形成的物质为类球体。我们的宇宙不是单一的，在宇宙外还有很多很多的宇宙，因为宇宙的外面也是无限大的，在无限大的地方不可能什么也不存在，所以还有更多的宇宙存在，在众多的宇宙中，他们也存在像人类一样微妙的变化，相互吸引，相互排斥，我们的宇宙可能是子宇宙，也可能是母宇宙，我们的宇宙存在少量的物质，那就是暗物质，它来自另一个宇宙的融合物质，我们的宇宙与另一个宇宙终将灭亡，最后只剩下一个极小的宇宙，刚出生的宇宙。宇宙与宇宙之间存在黑洞之类的物质，它们之间相互吸引，相互排斥。

编辑本段年龄

年龄定义

宇宙年龄定义：宇宙年龄（age of universe）宇宙从某个特定时刻到现在地时间间隔。对于某些宇宙模自然颜色下的土星

型，如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等，宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常，哈勃年龄为宇宙年龄的上限，可以作为宇宙年龄的某种度量。

年龄推算

宇宙年龄约为137.5亿年

4.宇宙科普知识宇宙科普知识

围绕一个问题弄得哦，够不？宇宙知识——宇宙在膨胀吗？夏日夜空，繁星闪烁，不禁使人陷入对宇宙的遐想之中。

20世纪10~20年代，天文学家发现远星系光谱线的频率随着它离我们距离的远近而有规律地变比，即谱线红移。1929年哈勃总结出谱线红移的规律是：对遥远星系，红移量与星系离我们的距离成正比，比例系数H叫哈勃常数，这红移叫宇宙学红移。

此后，在红外及整个电磁波波段都观测到了这个规律。它被解释为是由星系系统地向远离我们的方向运动时的多普勒效应产主的。

这就像火车远离我们行驶时汽笛的声调（即频率）比静止不动时的声调更低一样，由此得出星系都在做远离我们的运动，离我们越远运动速度越快的结论。这就好像是掺有葡萄干的面包在烤箱中膨胀起来一样。

这个模型叫宇宙膨胀模型或大爆炸模型。近年来在宇宙膨胀的基础上又提出了爆胀宇宙等多种改进模型。

从宇宙膨胀的观点出发，利用哈勃公式反推到过去宇宙中所有天体应该聚集于一点，由于某种原因在它内部产生了"大爆炸"。诞生了现在的宇宙，从而得出了时间是有开端，空间是有限的结论。

宇宙从大爆炸到现在究竟经过了多少时间，即宇宙的年龄是多少，这取决于哈勃常数H的大小。最初哈勃常数仅500（公里/秒/百万秒差距），这样算出的宇宙年龄比地球的45亿年的年龄小很多。

以后改为50~100之间。若取100，宇宙的年龄只有100亿年，而银河系的球状星团的年龄是150亿年，矛盾很大。

若取50，宇宙年龄为200亿年，矛盾不那么明显，因此被大爆炸宇宙论者所赞同，但在观测上，这个数值有些勉强。究竟是多少，一直没有定论。

近年来用哈勃太空望远镜观测的结果倾向于取80。这样算出的年龄为120亿年，矛盾还很明显。

宇宙将来是一直膨胀下去还是又收缩回来，这要取决于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前还不能确定，因为观测的距离越远，平均密度越小，下限有没有还不能确定。

1965年发现了宇宙空间的2.7K微波背景辐射，被大爆炸论者解释为大爆炸时期的光经过上百亿年后的遗迹，是大爆炸宇宙的一大证据，但这种解释并不是唯一的，因为宇宙空间中充满介质，2.7K微波背景辐射具有黑体辐射的性质，可以解释为宇宙空间中介质发出的温度是2.7K的热辐射。仔细分析起来，问题可能出在将光谱线的红移都解释为星系运动的多普勒效应上。

过去，人们曾用多普勒效应解释了银河系内恒星的光谱线移动，从而成功地确定了星系内存在自转现象。但现在天文观测中却发现一些红移现象，若用运动的多普勒效应解释就存在许多困难，这促使人们考虑到必然还有其他机制能产生红移，这里列举几种观测结果。

①多普勒效应对同一个天体，其红移量与光谱线的频率无关，因此观测每个星系中不同谱线的红移量，比较它们是否一致，就是鉴别红移是否由多普勒效应产生的一种依据。如果一致，就表示有可能是由多普勒效应产生的；如果不一致，就肯定它至少不完全是由多普勒效应产生的。

1949年威尔逊对星系NGC4151的观测结果表明，虽然不同频率的红移量差别不大，但也超出了观测的误差范围，频率越高，红移量越小。这样至少可以认为宇宙红移不完全是由多普勒效应产生的。

②从太阳中心到边缘各点发出的同一种谱线，在扣除了各种已知的运动效应后，越靠近边缘的地方红移量越大，在太阳半径90%左右的地方，红移量急剧增加。这意味着太阳上还有某种未知的因素在产生红移。

③先驱6号宇宙飞船发射的遥测信号中心频率为2292兆赫，当飞船绕到太阳背面经过太阳边缘时观测到异常红移现象。④类星体红移量一般都很大，如果把这都归结为多普勒效应，算出的距离一般在100百万秒差距以上。

由此推算出它发出的总光能力为银河系的100倍；射电能为银河系的10万倍。而由光变周期算出它的直径只有一光年左右，这意味着类星体的辐射密度非常高，但目前一直找不到产生这样高辐射密度的物理机制。

有些天文学家认为，类星体的红移中至少有一部分不是由多普勒效应产生的，因而类星体离我们的距离较现在推算的要近得多。⑤星系、类星体相互之间都有成协的现象，即这些天体两两或更多相距较近并有物理联系。

观测表明，有些成协天体间红移值相差较大，有些类星体光谱中的吸收线与发射线互不相同，而且不同的吸收线有各不相同的红移值，称为多重红移。既然这些红移不能用多普勒效应解释，那么它产生的原因究竟是什么呢。

光在发射时固然有许多因素影响它的频率，但宇宙中这么多天体都如此有规律地只随着远离我们的距离而变化，就难以理解了。光在它漫长的传播路径上经历了几亿至上百亿年的岁月，这期间必然比它在发射的一瞬间有更多的因素影响着它的频率。

现在人们了解到，在星系际空间中存在着星系际介质，它的密度在10E-29克/立方厘米以下。成分与银河系的大致相同。

除了有能对星光产生可见效应的星系际气体、尘埃和固态物质、低光度星体外，还有大量的基本粒子。据估计，星系间基本粒子的质量占了整个宇宙总质量的绝大部分，它们是看不见的。

光与介质的相互作用是复杂的，介质不仅能吸收光，还能。

5.【有关太空的小常识,介绍太空的】

地球大气层以外的宇宙空间，大气层空间以外的整个空间.太空物理学家将大气分为5层：对流层（海平面至10千米）、平流层（10~40千米）、中间层（40~80千米）、热成层（电离层，80~370千米）和外大气层（电离层，370千米以上）.地球上空的大气约有3/4在对流层内，97%在平流层以下，平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度.某些高空火箭可进入中间层.人造卫星的最低轨道在热成层内，其空气密度为地球表面的1%.在1.6万千米高度空气继续存在，甚至在10万千米高度仍有空气粒子.从严格的科学观点来说，空气空间和外层空间没有明确的界限，而是逐渐融合的.联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出，目前还不可能提出确切和持久的科学标准来划分外层空间和空气空间的界限.近年来，趋向于以人造卫星离地面的最低高度（100~110）千米为外层空间的最低界限.。

6.宇宙小知识

宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。

是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。

宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。太阳系天体中，水星、金星表面温度约达700K，金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾，气压约50个大气压，水星、火星表面大气却极其稀薄，水星的大气压甚至小于2*10-9毫巴；类地行星（水星、金星、火星）都有一个固体表面，类木行星却是一个流体行星；土星的平均密度为0.70克/立方厘米，比水的密度还小，木星、天王星、海王星的平均密度略大于水的密度，而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上；多数行星都是顺向自转，而金星是逆向自转；地球表面生机盎然，其他行星则是空寂荒凉的世界。

太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现，有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。

中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍，白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一，而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。

太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K，而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1*10-4特斯拉，有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯=10-4特斯拉），而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。

有些恒星光度基本不变，有些恒星光度在不断变化，称变星。有的变星光度变化是有周期的，周期从1小时到几百天不等。

有些变星的光度变化是突发性的，其中变化最剧烈的是新星和超新星，在几天内，其光度可增加几万倍甚至上亿倍。恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星，它们可能占恒星总数的1/3。

也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外，还以弥漫的形式形成星际物质。

星际物质包括星际气体和尘埃，平均每立方厘米只有一个原子，其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外，还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体，统称为活动星系，其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体，以及类星体等等。

许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米/秒的气流，总能量达1055焦耳的能量输出，规模巨大的物质和粒子抛射，强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。

为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。

7.宇宙科学小知识

银河系中的恒星

整个银河系约有2000亿颗恒星。天文学家根据这些恒星的年龄大小不同，将它们分成两大星族：星族I与星族II。星族I是一些年轻的恒星，多分布在银盘的旋臂附近，星族II是一些年老的恒星，多聚集在银核及银晕中。

在银河系里，既有许多如巨星、矮星、变星等单个出现的恒星，也有许多成双成对出现的恒星双星。除双星外，银河系中还可看到由两颗以上的恒星组成的聚星。如双子座的北河二是六合星，半人马座的南门二是三合星。由 10个以上的恒星组成的星团也是银河系里的重要成员。

关于宇宙的小知识

尽管太阳系内的小行星带充斥着多达万亿颗的小行星与微型行星，但是它们互相之间相距甚远。美国国家航空航天局曾经明确地披露过，与小行星带中某颗天体碰撞的概率基本上为十亿分之一。

图片来自In Our Solar System Asteroid Belts(page 2)

小行星带位于太阳系中火星与木星的轨道之间，这片区域大约占据了的空间，意味着每十亿立方公里的空间内只有一颗小行星。即便是位于星团或者星族内部的小行星，它们也依着动辄大几百万公里的距离相互排开。到目前为止，美国国家航空航天局已经发射了11枚探测器飞入小行星带，而没有一枚发生过刮擦。

图片来自Real Asteroid Belt Wallpaper

9）误区：水星是距离太阳最近的行星，因此它的地表温度最高；

真相：一颗行星的平均温度高低与其到太阳的距离大小不甚相关。水星是太阳系内最小，也确实是距离太阳系最近的行星，其平均的公转轨道半径约为570万公里。在白天，它的地表可以高达427摄氏度。然而，水星的自转决定了它的夜晚相当于58个地球日。并且水星稀薄的大气层导致了夜晚的温度可以骤降到零下173摄氏度。

尽管金星的公转轨道半径照比水星的几乎要多出一倍，但是它那厚重的大气层中积存着大量的二氧化碳和氮气，从而使得它成为太阳系中最热的星球。金星的表面常年保持着约462摄氏度的高温。

图片来自Venus

8）误区：太阳是一个巨大的火球；

图片来自Tales of a House Husband

真相：燃烧是一个化学过程，它由热量、燃料和氧气决定——后者是太阳上并不存在的一种化学元素。不过，太阳在过去超过40亿年间一直通过核聚变反应给太阳系输光送暖。太阳内核中的高压和高温迫使氢原子聚合到了一起并融合而成为一个氦原子。这个反应所释放的能量通过辐射被转化为光与热，散发在整个太阳系内。平均每一秒钟，就有7亿吨的氢被转化为氦。在地球上燃烧所能达到的最高温度为3038摄氏度，然而在太阳内核所能达到的1500万摄氏度面前，着实是小巫见大巫。

7）误区：在没有任何保护的情况下，你在太空中会结冰；

真相：外层空间已经不能用冰冷来形容了，太空的温度只有2.7K，相当于-270.45摄氏度。但你并不会直接结冰，实际上，你会发生过热反应。在真空状态下，你的体热没有任何介质可以传导，因此体温降到冰点几乎是不可能的。众所周知，阿姆斯壮极限指的就是在极低的大气压之下，水会在人体体温下——也就是37摄氏度发生沸腾。这就意味着外腔的体液诸如唾液、眼泪以及肺部中的水分都会沸腾并迅速蒸发殆尽。

在1966年，美国国家航空航天局的志愿者Jim LeBlanc因为训练舱中发生15秒的意外减压而失去了知觉。他失忆前所能回想到的最后一件事就是舌头上感觉到水的沸腾。

（视频地址：https://www.youtube.com/watch?v=KO8L9tKR4CY）

6）误区：月亮有一个暗面；

真相：词条“月之黑面”指的并不是缺乏光照的“黑暗”，而是对此知之甚少的“模糊”。月亮被地球潮汐锁定，这也导致了它只能以一面长期地对着地球，那么自然背对地球的那一面就被称为“暗面”。直到1959年，它才第一次被人们观测到，当时苏联的月球3号空间探测器第一次拍摄了“暗面”的照片。

月亮的两面都会经历到两周的阳光，接着就是两周的黑夜。换句话说，它们几乎直接从太阳那里得到等量的光照。

5）误区：彗星有尾巴是因为它们在太空中飞速过快；

真相：彗星的尾巴与它的速度无关，更与它移动的方向无关。在太空的最深处，远离了太阳，一颗彗星就几乎没有尾巴。随着彗星从外层空间进入太阳系内并距离太阳越来越近，它们便开始融化。这反过来又将尘埃和颗粒抛入相反的方向，而这就意味着一颗彗星的尾巴总是朝着背对太阳的方向。

彗星一般有两条尾巴。一条是由气体构成，而另一条这是由尘埃与小固体颗粒组成，这是因为太阳对于逃逸的气体和尘埃的影响截然不同导致的。一般在一颗彗星飞行的过程中，它的尾巴可以延展开到距离自身足足数亿公里远。

4）误区：地球是圆的；

真相：地球的真实形状是一个扁椭球体。

因为地球绕轴的快速旋转所产生的作用，实际上导致了在赤道处向外的凸起，从而使得整体的形状看起来像一个被压缩的球体。因此，地球在赤道截面上的直径照比两极之间的距离多出43公里。由于这个凸起的存在，严格意义上说来，珠穆朗玛峰并不是地球上的最高点，桂冠应该归属于厄瓜多尔的钦博拉索山，尽管后者在绝对高度上要比珠峰低上2500米，但是因为钦博拉索山处于赤道凸起的绝佳地理位置，使得它成功地触到了距离地心的最高处。

3）误区：黑洞是一种漏斗形的吸尘器；

真相：这种对黑洞类似漏斗形象的误解来源于黑洞引力扭曲周围时空的二维展示。实际上，在一个三维的宇宙中，黑洞就是球体，它们的引力能够拉拽视界上的一切物质，不管你来自何方。一个物体所给予的万有引力强度只能达到它质量所允许的极限，所以即便是我们的太阳被相同质量的黑洞所替换，在一切相对位置不变的情况下，太阳系内的所有行星也会一切如初地运转因为黑洞所施加的引力并没有改变。

图片来自NASA- X-ray'Echoes' Map a Supermassive Black Hole's Environs

2）误区：在太空中如果没有身着太空服，人体将会爆炸；

真相：当然你不会爆炸，不过太空中的低压会对体内的肺、心脏以及大脑产生致命的影响。在低压下的快速暴露将会导致肺部的破裂以及出血。失压状态下，体内的水分将会在皮肤以下变成沸腾的蒸汽，造成身体快速的肿胀直到正常体积的两倍。但是，尽管肿胀过程持续地进行，人体中的骨骼、皮肤和各类器官将会保持体内原先的完整状态，防止身体爆炸。

1）误区：零重力存在；

真相：在国际空间站中的宇航员可以漂浮，并不是因为太空的零重力所致，而是因为微重力。国际空间站的轨道位置处于地表以上320千米的高空，这也意味着在那里地球的引力仍然可以达到地表处的90%。因为地球引力的影响，航天器、机组人员以及舱内的所有物体都坠向地球，但是因为地球本身在这个高度上以28000 kph的线速度移动，所以航天器始终保持下落的状态，而这就被称作微重力。

这种下落的视效在汤姆汉克斯的大片《阿波罗13号》中体现的淋漓尽致。失重的场景是在美国国家航空航天局专门改良的飞机——KC-135中拍摄的，这架飞机在冲入10000米高空后便以大角度俯冲向地面——这一切的设计都是为了打造出25秒的零重力幻觉。整个电影剧组在这种航行模式下历练了多达612次最终完成了4个小时的连续镜头。

编辑于 2017-02-20·著作权归作者所有

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