《宇宙起源与发展》论文.doc

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1、宇宙起源与发展论文报告专 业班 级学 号姓 名 1 自 古以来，对宇宙的思考就是人类思想发展的重要部分，对天体的崇拜与神话也是人类对大自然最早的敬畏。科学的发展并不总是那样死板，人类的文明进化总是充满着浪漫与奇妙，那些人，那些事，都在探索宇宙这条鲜花灿烂的小径上留下了自己芳香宜人的脚印。 探索宇宙那些人儿 在没有电没有灯的远古，每当太阳落山，一切生产活动也就不得不停止，而早期人类单调的生活方式与旺盛的精力也使他们不会就此睡去。观察星空成了他们打发时间思考世界的良好途径。我不得不说一下月亮。 月亮，古称“太阴”，是我们可以在夜空里看到的最大、最亮、最富于变化的星；也是传说和神话最多的星。人类对月

2、亮的崇拜是由来已久的。在不同神话中都有对月亮的不同描述：嫦娥奔月就提到了不死药、蟾蜍、射日；而古希腊神话的月亮女神兼职狩猎女神，主宰繁殖、接生的女神。这些都和月盈月亏的轮回有关，也算是古人类对自然不约而同的一种解读。现在发现的最早史诗吉尔嘉美什便是一部以月亮盈亏为背景创作的叙事诗。而英国巨石阵据考也与月相有着千丝万缕的关系，波士顿大学天文学教授霍金斯提出了更惊人的理论，他认为巨石阵事实上一部可以预测及计算太阳和月亮轨道的古代计算机。原因是显而易见的。白昼太阳发出的光辉将一切淹没，灼热刺眼的光使人无法观测。月球由于只是反射太阳的光，光线柔和，易于直视。因而在众多深化传说中月亮多以温柔慈祥充满母性

3、的女神形象出现，而太阳则是威严强大的男神形象。可以说，对月亮的观测和理解是人类了解认识宇宙的第一步。 2 月亮是夜幕苍穹中最耀眼的珍珠，但人们依旧无法忽视布满夜空的钻石星星。对星星的观察是与观察月亮同样古老的仪式。无论是中国还是外国，占星术一直都是巫师占卜中极为重要的一环。希腊人以其极富创意的思维给天上的无数星星附以美丽的故事。但是他们又是否会想，那些美丽的星星到底是什么呢？宇宙又是什么呢？ 看这美丽的水晶球 求知是人类的本性亚里士多德希腊人有他们自己的看法。亚里士多德构建了自己的宇宙模型。宇宙的中心静立着地球。宇宙外围圈围着一个旋转的球形壳体，星星固定在壳体之上。包括太阳和月亮在托勒密的理论

4、能初步的解释从地球上所看到的现象，但是在文艺复兴时代，随着科学技术的进步，一些支持日心说的证据逐渐出现，且有些证据无法以地心说解释，地心说逐渐占了下风。在现代世界，支持地心说的人已经寥寥无几了 。尽管这个模型根据现代科学证实它是大错特错，但人类对宇宙的探索已经从原地不前，四处张望的阶段迈出了正确的第一步。 漫长的中世纪像乌云般遮蔽了整个科学界，而划破长空的第一丝光线则是哥白尼的“日心说”。古典宇宙学的大厦已经坚定的存在了2000多年，基督教用名为“上帝”的涂料将其粉刷的富丽堂皇。然而在其看似坚固的外表下，确实弱不禁风的根基。这股风便是哥白尼的天体运行论。为了维护摇摇欲坠的大楼，教会烧死了宣扬日

5、心说的布鲁诺，驱逐了哥白尼，却 3 依然阻止不了亚托地心说大楼的轰然倒塌。 精确运行的行星我珍爱类比胜于一切，它是我可信赖的主人，它了解自然的所有秘密，它可能在几何中被忽视了。开普勒 1601年，第谷逝世。约翰开普勒接替了第谷的工作，开始编制鲁道夫星表。但开普勒的兴趣和注意力却更多的放在改进和完善哥白尼的日心说上，在探讨行星轨道性质的研究上。他发现第谷的观测数据，与哥白尼体系、托勒密体系都不符合。他决心寻找这种不一致的原因和行星运行的真实轨道。最初的研究从观测与理论差异突出的火星着手。他运用传统的匀速圆周运动加偏心圆来计算，均遭到失败。经过长达4年近70次各种行星轨道形状设计方案的计算，开普勒

6、认识到哥白尼体系的匀速圆周运动和偏心圆的轨道模式与火星的实际运动轨道不符。于是他大胆的抛弃了统治人类思想达2000年之久的“匀速圆周运动”偏见，尝试用别的几何曲线来表示火星轨道的形状。他认为行星运动轨道的焦点应该在产生引力中心的太阳上，并进而断定火星运动的线速度不是匀速的，近太阳时快些，远太阳时慢些并得出结论：太阳至火星的直径在一天内扫过的面积是相等的。开普勒把这结论推广到其他行星上，结果也是与观测数据相符。就这样，他首先得到了行星运行的等面积定律。随后他发现火星运行的轨道不是正圆，而是焦点位于太阳上的椭圆，他把这结论应用于其他行星也是适用的。于是他又得到了行星运行的椭圆轨道定律。这两条定律发

7、表在他1609年出版的新天文学一书上。但他对自已取得的成就还不满足。他渴望找到一种能适合所有行星的总体模式，把各行星联系在一起。他坚信存在着一个把全体行星完整地联系在一起的简单法则。在这个信念鼓舞下，开普勒忍受着个人在家庭方面遭受的巨大不幸，在很少有人了解和支持的困难条件下，经过九年的反复计算和假设，终于在1618年找到 4 在大量观测数据后面隐匿的数的和谐性：行星公转周期的平方与它们到太阳的平均距离的立方成正比。这就是周期定律。1619年，他在宇宙的和谐一书中介绍了第三定律，他情不自禁地写道："认识到这一真理，这是超出我的最美好的期望的。大局已定，这本书是写出来了，可能当代有人阅读

8、，也可能是供后人阅读的。它很可能要等一个世纪才有信奉者一样，这一点我不管了。"开普勒的三定律是天文学的又一次革命，它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系，完善和简化了哥白尼的日心宇宙体系。开普勒对天文学最大的贡献在于他试图建立天体动力学，从物理基础上解释太阳系结构的动力学原因。虽然他提出有关太阳发出的磁力驱使行星作轨道运动的观点是错误的。但它对后人寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义，为经典力学的建立、牛顿的万有引力定律的发现，都作出重要的提示。 来，像光一样跑吧一个人的价值，应该看他贡献什么，而不应当看他取得什么。爱因斯坦 但是，划时代意义的事件-一个新时代的黎明-要到1905年

9、才发生。当时，德国的物理学杂志物理学年鉴发表了一系列论文，作者是一位年轻的瑞士职员。他没有上过大学，没有用过实验室，通常跑的也只是伯尔尼国家专利局的小小图书馆。他是专利局的三级技术审查员。（他申请提升为二级审查员，但遭到了拒绝。）他的名字叫阿尔伯特爱因斯坦。1907年，反正有时候书上是这么写的，有个工人从房顶上掉了下来，爱因斯坦就开始考虑引力的问题。像许多动人的故事一样，这个故事的真实性似乎存在问题。据爱因斯坦自己说，他想到引力问题的时候，当时只是坐在椅子上。爱因斯坦用一个简单的公式，一下子使地质学家和天文学家的视界开阔了几十亿年。该理论尤其表明，光速是不变的，最快的，什么速度也超不过它。因此

10、，这使我们一下子弄清了宇宙性质的核心。 5 轮椅？不，那不算什么我的手指还能活动；我的大脑还能思维；我有终生追求的理想；对了，我还有一颗感恩的心。史蒂芬霍金他在轮椅上坐了40年，全身只有三根手指会动，演讲和答问只能通过语音合成器来实现。然而，他撰写的科普著作时间简史在全世界拥有无数的读者。他就是“宇宙之王”史蒂芬霍金。医生曾诊断身患绝症的霍金只能活两年，但他一直顽强地活了下来，并且正是在这种令人难以想象的艰难中成为世界公认的科学巨人。虽然，他的身体一点也没有离开过轮椅，但是，他的思维却飞出了地球，飞出了太阳系，飞出了银河系，飞到了上百亿光年外的宇宙深处，飞向了神秘莫测的黑洞。他在大脑中想象着，

11、论证着，计算着。他思考着宇宙从什么时候开始，时间有没有尽头。他发现了黑洞的蒸发性，推论出黑洞的大爆炸他还建立了非常美的科学的宇宙模型。他被选为最年轻的英国皇家学会会员，成为只有像牛顿这样的大科学家才能跻身的卢卡逊数学讲座的教授。那多半不是真的，霍金只是不愿被外人打扰。此时他一定坐在这间有着高高天花板的舒适小屋里，安静地在电脑前工作上好几个小时。周围两三盆植物当中摆放的是他三个孩子的照片。每天下午4点，他会在护士的帮助下与研究生们交谈。他们喝着午茶，交流对宇宙的看法。如果有学生对他的理论提出带有质疑，他立即会给一个咧嘴笑容。霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才，更因为他是一个令人折服

12、的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地感动了大众有一次，在学术报告结束之际，一位年轻的女记者抢先跃上讲坛，面对这位当时已在轮椅上生活了30多年的科学巨匠，深深景仰之余，又不无悲悯地问：“霍金先生，病魔已将您永远固定在轮椅上，你不认为命运让你失去太多了吗？”这个问题显然有些唐突和尖锐，报告厅内顿时鸦雀无声，一片静默。 霍金的脸上却依然充满恬静的微笑，他用还能活动的手指，艰难地叩击键盘，于是，随着合成器的标准伦敦音，宽大的投影屏上缓慢而醒目地显示出如下一段文字：我的手指还能活动， 我的大脑还能思维； 我有终生追求的理想， 有我爱和爱我的亲人和朋友； 对了，我还有一颗感恩的心 6

13、 心灵震颤之余，掌声雷动。人们纷纷拥向台前，簇拥着这位非凡的科学家，向他表示由衷的敬意。 探索宇宙那些事儿工欲善其事必先利其器。我们的先人很好总结了工具在探索中的极大作用。望远镜无疑是观察天空的利器，当我们把脑袋探向天空的时候，我们只能看见宇宙的极小部分。从地球上，肉眼只能见到大约6 000颗恒星，从一个角度只能见到大约2000颗。如果用了望远镜，我们从一处看见的星星就可以增加到大约5000颗；要是用一台5厘米的小型天文望远镜，这个数字便猛增到30万颗。假如使用40厘米天文望远镜，我们就不仅可以数恒星，而且可以数星系。 我要看得更远望远镜的发展颇具诙谐。是十七世纪初，具体地说，是1608年秋天

14、由一个荷兰小城密德尔堡的眼镜师李帕西发明的。据说，他一时心血来潮也许是替某一位高度近视的顾客配一副合适的眼镜，将一块玻璃的凹透镜（这是矫正近视眼的）与一块玻璃的凸透镜（这是矫正远视眼和老花眼的，亦可用来作放大镜），一前一後搭配放置成同一水平线上，透过两块玻璃看景物，发现远处的物体被放大了，其实应该是拉近了距离。他用一张羊皮纸卷成一个筒，将两块镜片固定下来，第一个望远镜就此问世。李帕西称之为“明晰镜”，立刻认识到它的用处，譬如：航海、军事、旅行当时的荷兰航海业十分发达，又在打仗，马上於一六零八年十月向密德尔堡市议会报告并申请专利三十年。尽管市议会立即组织了一个委员会对此“明晰镜”审查，且委员们轮

15、流用来望远，一致认为有用，但未给他专利，因为他们听到消息後，便应法国大使之请，准备送一具“明晰镜”给法国国王，不再可能保守秘密了。於是市议会只给了李帕西一份丰厚的酬金，何谓丰厚？是因原定九百佛罗林金币，由於又让他做一个双筒的，故奖金翻倍。不给专利的缘故，还有一个自称梅西斯的人在稍後也提出类似申请，其人自称：历时两年试验，发明了同样的望远工具，比李帕西的要看起来清楚得多，如此这般，专利便耽搁下来了。可这个所谓的梅西斯的家伙又说要改进一番，却一直拿不出来实物，後来居然还来了个人间大蒸发，销声匿迹了。估计是个江湖骗子，当然也有可能做不出来成品。 据说还有第三个发明者，那就是与李帕西同住一城的另一位眼

16、镜师詹森，他 7 与其父老詹森一起发明了望远镜。故老传闻老詹森在一五九零年发明了显微镜，或云未必是他发明的。 似乎还有传言是梅西斯去找詹森，却投错了门径，进了李帕西的店铺，李帕西从梅西斯那颇受启发，故而发明了望远镜，等等。 虽然个中有不少耳食之事，却说明了一个事实，即：十七世纪初，望远镜这一简单工具是任一眼镜师可用两块现成的镜片制作出来；事实上，伽利略便独立地做出来了。不过发明者的荣誉却落在李帕西头上，实属偶然，因其目的并非想制造一架望远镜，结果却歪打正着。历史上，如是事例大抵如此，像X光线与镭，哥伦布发现美洲、青霉素的发明等等。 李帕西发明望远镜的消息很快传遍整个欧洲，这一被称为“荷兰管”的

17、物事也便流传於欧洲诸国，贵族们认为它新奇好玩，然其实用价值也甚显而易见的，航海、军事上概多采用。不像一世纪的希腊学者希罗发明的“风神球”找不到实用之处，沦为玩物，终致失传。我国古代许多所谓“奇技淫巧”发明亦多如此结局。 一六零九年五月，伽利略听说了“荷兰管”的消息，虽未睹物，然胸有丰富光学知识，一闻即明其原理，立刻独立制作了一具，装到一根据传从教堂管风琴拆下来的铜管两头，成了放大三倍的望远镜，并很快发现放大倍率与透镜焦距的关系。随後，改用当时最好的威尼斯玻璃做镜片，又做了好多架倍率更大的望远镜，最後一具放大了三十二倍，并命名为望远镜，此名一直沿用迄今。 在伽利略手里的望远镜不是对准地面，而是直

18、指茫茫苍穹，获得了一系列天象上的重大发现，从而彻底打破了被教会奉为圭臬的陈规旧说。他首先发现月亮表面凹凸不平，亚里斯多德的“平滑理想的星球”一说不攻自破。他发现天上星星数目远较人眼目击为多，这只能解释为星星的距离远近不等而明暗有别後来知道还因星球大小不等与亮度不同，托勒密的星球皆等距附於光滑平整之天球上一说就此崩溃了。银河也是由无数小星组成，故看上去，密集一爿，宛似一条光带，过去欧洲人认为它是地上热气蒸发到天上的说法也因此否决了。又发现了木星的四个卫星及其绕木星而转；土星光环在土星转动时，因对地球的角度不同，时见时没当光环与地球轨道在同一平面之际，其时望远镜尚分辨不出光环，仅见其两侧两个凸起。

19、对此，伽利略称：我看到土星是个三角形；土星吃了自己的儿子。真相到一六五六年惠更斯用倍率更大、分辨率更细的望远镜才被揭示。 不，还不够远当然，我们不得不谈谈哈勃太空望远镜，这个迄今为止为人类太空科学探索提供极大便利的望远镜。 8 哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼斯必泽（LymanSpitzer, Jr.）所提出的论文：在地球之外的天文观测优势。在文中，他指出在太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能。首先，角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将只受限于衍射，而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的视象度。在当时，以地面为基地的望远镜解析力只有0.5-1.0弧秒

20、，相较下，只要口径2.5米的望远镜就能达到理论上衍射的极限值0.1弧秒。其次，在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。 斯必泽以空间望远镜为事业，致力于空间望远镜的推展。英国在1962年发射了太阳望远镜放置在轨道上，做为亚利安太空计划的一部分。1966年NASA进行了第一个轨道天文台（OAO）任务，但第一个OAO的电池在三天后就失效，中止了这项任务了。第二个OAO在1968至1972年对恒星和星系进行了紫外线的观测，比原先的计划多工作了一年的时间。 轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色，因此在1968年NASA确定了在太空中建造直径3米反射望远镜的

21、计划，当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型空间望远镜（LST），预计在1979年发射。这个计划强调须要有人进入太空进行维护，才能确保这个所费不贷的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复使用的航天飞机技术，才能使前项计划成为可行的计划。 由此可见，对宇宙的探索一直都是科学界最尖端的探索，新的技术被最先应用到航天领域，而航天领域对科技的更高需求又促进了科技的不断发展。航天领域自从它面世的一刻，就是各国的高科技竞争舞台。从加加林首次登上太空，到阿波罗号登月，从东方红号上天，到挑战者号坠毁每个国家都清楚的认识到，谁掌握了尖端的航天科技，谁就能在日后的国际竞争中占据更大的优势。 9 科学宇宙观

22、对我们的意义对于我们广大的大学生来说，科学的宇宙时空观意义重大。对宇宙的认识与探索可以大大激发我们对科学的兴趣，提高我们思考的能力。我们来看一下哥白尼的例子。沃德卡尔是哥白尼少年时期最敬重也是最喜爱的一位老师。一天，哥白尼去沃德卡尔家作客， 老师不在。他顺手从书架上抽出一本书， 打开一看，老师在折了角的地方写了一条批注: “圣诞节晚上, 火星和土星排成一种特殊的角度，预示着匈牙利的皇上卡尔温有很大的灾难。”正在这时，沃德卡尔推门走进来。他见哥白尼在家里看书，高兴地说：“孩子，又看什么书了？”哥白尼毕恭毕敬地把书递过去，老师边接书边关切地问：“能看懂吗？” 哥白尼认真地回答说：“老师，我看不懂。

23、火星也好，土星也好，都是天上的星星，他们与卡尔温毫无关系，怎么能预示他的祸福呢？”“怎么不能呢？”沃德卡尔反问道，“命星决定一切！”哥白尼当仁不让，大声反驳说：“如果是这样，那人还有没有意志？如果有，人的意志和天上的星星又有什么关系？”对于哥白尼尖刻的反驳，沃德卡尔并没有生气，他明白，信不信天命是关系到天文学命运的重大问题。对这个问题，他对传统的偏见有过怀疑，但又说不出道理。他踌躇再三，深情地对哥白尼说：“孩子，天命决定一切，这是几千年以来的一条老规矩，我不过是拾前人的牙慧罢了。至于你提的问题，10 确实很有意思。但我没有能力回答你，你如有毅力的话，以后研究吧！” 毫无疑问，少年时的经历成了哥白尼日后成为举世闻名天文学家的契机，宇宙宇宙学是一门很奇妙的学科它既存在于高精尖的科学技术中，也包含许多我们能亲身体验的现象。对宇宙的认知与了解无疑能使我们了解更多最新科学技术的发展又不因距离我们太遥远而使我们觉得索然无味。其次又培养了我们探 综上所述，学习宇宙的起源与发展有利于我们正确人生观价值观的树立与发展，使我们了解和探索世界的有力帮助。11