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1.1 宇宙的含义与宇宙观

人们常说的 宇宙 ,含义是什么?宇宙的概念源远流长,一般作为天地万物的总称。英文universe和cosmos都是宇宙的意思,前者意为天地万物,后者还有井然有序与和谐之意。我国古籍中有:“四方上下曰宇,古往今来曰宙”。用现代科学术语来说,宇就是空间,宙就是时间。宇宙就是客观存在的物质世界,而物质是不断地运动和变化发展的,空间和时间就是物质及其运动变化的舞台。微小的分子、原子和基本粒子都可谓“小宇宙”。而所有天体、天体系统可谓“大宇宙”——此即通常称谓的宇宙。

牛顿的宇宙观

牛顿认为,时间是绝对的和独立的,它自身跟任何外在事物无关,从负无穷到正无穷均匀流逝着;空间也是绝对和独立存在的,同样跟外在事物无关,且永远是相同和不变的。时间、空间和物质相互割裂,彼此均独立无关。这个绝对的空间构成理想的三维参考系框架。绝对时间则意味着无论在哪个具体的参考系中去测量两个事件之间的时间间隔,结果都是一样的和等效的。

爱因斯坦的宇宙观

爱因斯坦创立的广义相对论是关于时空和引力的理论。其基本假设是相对性原理,即物理定律与参考系的选择无关。广义相对论打破了绝对时空观,建立了时间、空间、物质密切联系的相对论时空观。它把时间、空间和物质、运动四个自然界最基本的物理要素联系起来,“物质告诉时空怎么弯曲,时空告诉物质怎么运动”(惠勒语)。引力的本质是因物质存在及其具体分布而造成的时空弯曲,由此导致了光线在引力场中弯曲、强引力场中时钟变慢等效应。广义相对论也预言了黑洞、引力波等奇特的天体和现象。

现代宇宙观

随着历史的发展,人类的视野不断地拓展,人们对事物从表象到本质的认知越来越深刻,宇宙观也在革新进步。现代物理学和天文学的观测和理论研究都确切地表明,空间和时间不仅跟物质不可分割,而且空间和时间是密切联系在一起的相对论时空。不但时间可能有起点,空间也同样如此,宇宙时空及物质可能起源于原初大爆炸。而只有在弱引力场和物体运动速度远小于光速情况下,才可以近似地用绝对的时空表述,这才是辩证唯物的、客观的科学宇宙观和时空观。例如,爱因斯坦以广义相对论为基础,预言存在着引力波(引力辐射),而按牛顿力学则绝对是不会产生引力波的。2015 年以来,科学家们已经确切地探测到近百起双黑洞(或中子星)并合的引力波事件,进一步验证了广义相对论的正确性。引力波天文学已成为当前正蓬勃发展的天文学前沿分支。 R2BKn7AchbBbNzpZWInPt52NzO2Jh1beYJPu1AYU1/PVDyqRog+C8N8nFymI4FPr

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