地球总重60万亿亿吨,却还能漂浮在太空中,为何不向下坠落?
混沌初分盘古先,太极两仪四象悬。——《封神演义》
古代神话传说中,盘古分开了处于混沌的天地,他身体的各个部分幻化成了日月江河、风雨雷电等。后“华胥生男子为伏羲,生女子为女娲”的传说流传,人类也开启了自己的文明史,繁衍生息至今。
神话传说包含了古代先民对自然的敬畏之心和一种对万物根源的逐本溯源的心愿,真正追溯起广阔无垠宇宙的起源,则要从约150亿年前宇宙大爆炸说起。时间、空间和物质似乎都是起源于一次爆炸性事件,在那之后,宇宙就一直以动态的膨胀趋势存在,并且也逐步冷却。最开始的时候,宇宙是一个充满辐射的“炼狱”,温度极高,完全不具备最基础简单的原子存活的条件。
逐年累月后,宇宙的温度经过持续地降低后,初始的原子核慢慢孕育而生。而后,又过了对于宇宙来说仅仅是沧海一粟的几百万年之后,宇宙冷却到了足以形成原子、分子的阶段。
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在这之后的数十亿年的复杂发展,物质凝聚形成了恒星和星系后,行星的环境日趋稳定,一系列复杂的生物化学复合体以我们尚未能了解的方式被孕育出来。时至今日我们在地球所能看到的,就是在繁星满天组成一条被我们称作“银河”的玉带,横跨黑暗的天空。从现代科学的角度来看,古代的各种创世故事充满了浪漫主义气息,与科学理论毫不相关,也不属于任何关于宇宙结构的新认知,只是寄托了人类美好的想象和消除了对于大环境的畏惧感。古代的创世神话故事营造出一种天人合一的氛围,但现代科学的要求和目标都十分严苛,需要达到的目标远不限于此,我们必须更加深刻更加客观去探索宇宙的信息,正确预测并且能够论证出宇宙的状态,还要将隐藏的那些看似不相关的事实连贯统一融合在一起。
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我们在宇宙的各方面探索上成就斐然。除了宏观上利用各种人造卫星等航空航天设备和宇宙望远镜来探索宇宙之谜,还能运用掌握的知识和一些原子对撞机、显微镜等设备来扩展对整个宇宙微观环境的认识,宏观微观角度全方位把握。除了外太空的奇妙未知世界中恒星、星系以及宏大的宇宙结构,对于微观世界深处的错综复杂我们也颇有所获。
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最基本的引起科学史上轩然大波的布朗运动便是如此,我们将花粉颗粒倒入一滴水中,放在显微镜下观测,看到这些颗粒毫无规律的运动,得到了水分子在不停撞击花粉颗粒,改变他们运动方向的事实。如今的量子力学发展势头十分迅猛,量子力学完全区别于常规物体的视觉呈现,有着任何日常物体无法复刻的怪异行径。
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处于自然状态下的物体的运动状态都是自然界里各种各样的力角逐之后的结果。17世纪,牛顿不光总结出了物体运动的三大定律,还研究了引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律等等。《自然哲学之数学原理》中牛顿证实了星球之间存在相互作用的引力,使我们所在的太阳系内的行星都在自己的特定轨道上稳定运转。这同样也是地球明明总重60万亿亿吨,却还能漂浮在太空中不下坠的原因了。
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早在20世纪早期,天文学家们一度认为空间是绝对固定的,受技术水平的限制,他们得到了恒星、行星和其他所有天体都只是沿着各自的轨道运转的结论并且深信不疑。直到美国天文学家埃德温·哈勃出现才真正意义上证实了宇宙是动态状态这一事实,他通过对遥远星系中恒星光线颜色的观测,获得重大发现——宇宙是膨胀的,宇宙处于动态和变化中。这一点不仅仅是是20世纪科学界的最大发现,也同样证实了爱因斯坦广义相对论对中对宇宙不可能静止不动的观点。膨胀的宇宙并不存在某个起点,宇宙并非初始于某个固定的空间,它是包含了所有膨胀空间的存在。空间是更高次元的,可以让存在于其中的物质产生凹痕和弯曲的。宇宙弯曲的空间类似于四维球体中的三维表面,十分抽象,是肉眼无法直接识别的。
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