宇宙为什么会膨胀

宇宙为什么会膨胀
    一、宇宙膨胀理论  
  1929年，美国天文学家哈勃根据“所有星云都在彼此互相远离，而且离得越远，离去的速度越快”这样一个天文观测结果，得出结论认为:整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部分，而不是由于任何斥力的作用。但什么原因造成宇宙膨胀，至今仍是一个谜。
二、人们对“热”的认知
     有史以来，人们在生产生活中总结出了一条普遍规律：热胀冷缩!要解开宇宙膨胀之谜，还得从这条规律入手，重新认识“热”这一物质。
   热，究竟是什么，历史上对此有过长期的争论。
第一个观点：热质说和量热学
古代原子论者相信热是一种物质的。热质说的观点认为，热是一种自相排斥的、无重量的流质，称作热质。它不生不灭，可透入一切物体之中。一个物体是“热”还是“冷”，由它所含热质的多少决定。较热的物体含有较多的热质，冷热不同的两个物体接触时，热质便从较热的物体排入较冷的物体，直到两者的温度相同为止。   
热质说确实可以解释当时碰到的大部分热学现象：物体温度的变化可以看成是吸收或放出热质造成的，热传导是热质的流动，物体受热膨胀是因为热质粒子相互排斥，潜热是物质粒子与热质粒子产生化学反应的结果。由于热质是一种物质；一个物体所减少的热质，恰好等于另一物体所增加的热质；从而热质在传递过程中是守恒的；即遵从物质守恒定律。热质说的这些优点，能比较直观地解释一些物理现象和实验结果，所以得到了广泛的承认。
第二个观点：即热之唯动说
十七世纪以后，多数人根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动。弗·培根、笛卡尔、胡克、牛顿等都认可这一观点。但它也有一个弱点，即人们不能肯定热质是否也像所有其它物质一样拥有质量。 1799年，伦福德回到英国并创办了皇家学院。摩擦生热的实验促使他得出了热是一种运动的结论，这个实验都证明了热之唯动说的观念是对的，但是由于这两个实验还比较粗糙，那时还没有找到机械运动转化为热运动的定量关系，所以还不足以击破人们头脑中的根深蒂固的热质说的。直到1842年，开始在实验中精确地测定了热功当量的数值后，热质说才受到了致命的打击而宣告破产。
细心的读者不难发现，持“热质”观点者，认为热是一种物质，是一种物质(能源)转化为另一种物质(能量)，热质的多少决定温度的高低。而“热之唯动说”根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动。我们都知道能源在宇宙无处不在，它通过燃烧产生热能，摩擦运动是激发物质潜在能源的“点火”过程。如同“钻木取火”，与在燃煤、油气、炸药中放进火种一个道理。也就是说，摩擦生热中的热，是由能源转化而来，运动不是热的本质，不能说热是运动。所以“热质说”无疑是正确。而且热粒子极其细微，对于结构致密的物质也能自由出入，因此构成热的基本单位完全可以理解为普朗克的“量子”。
三、热胀冷缩
1、热为什么会胀
(1)热是物质
热是物质，而不只是一种运动现象。构成热的基本单位，就叫它量子。它客观存在，占据空间。泥沙，水，空气等占据空间，它们是物质，热同样占据空间，从这一点出发，它也是物质。
(2) 能源转化为能量 ——首次膨胀   
光子高密度聚集，如激光，温度极高，切削物质比刀还快；量子高密度聚集，温度升高，可以使钢铁雾化。量子进入物质内部，占据空间，使该物质分子间隙增大即热胀。
   能源通过燃烧这一化学反应，生成新的物质-----量子和二氧化碳等，其中量子是最主要的物质，1毫升汽油燃烧的瞬间，释放的量子数以亿计，体积是该能源的上万倍。所以内燃机喷出1毫升汽油释放的量子充满气缸，可能推动活塞做功一次，假若这个气缸的容量是500毫升，那么，这1毫升汽油燃烧后体积至少膨胀500倍。这是第一次膨胀。
(3)宇宙守恒——再次膨胀
汽油燃烧释放的量子在气缸里
仍处于高密度压缩状态，如果排放到气缸外，与低密度的量子均衡，所占的空间更大。这就是第二次膨胀。
2、冷缩——能量守恒
热质说认为，由于热质是一种物质；一个物体所减少的热质，恰好等于另一物体所增加的热质；从而热质在传递过程中是守恒的；即遵从物质守恒定律。这足以证明构成热的量子诞生不仅不会消亡，而且不会增加或减少。热有确定的传递目标，一个物体所减少的热质，恰好等于另一物体所增加的热质；热辐射，消散在空间的热质恰好一个物体所减少的热质。构成热质的基本单位是量子，那么量子自产生之日起它便永远存在。
500毫升90℃热水装进塑料瓶密封冷却到30℃，瓶子会被压扁，把水倒进量杯，就只有480毫升了。说明500毫升热水，60℃的温度中，量子所占体积应该是20毫升，而冷却时这20毫升的量子并没有消亡，它进入宇宙空间，始终占据着20毫升或者更多的空间。
经典物理认为，能量子是连续的。其根本观念在于：热是一种运动现象，而不是物质，即能源停止释放，能量子就会消失。普朗克的量子“离散”，科研中量子的捕捉，也足以证明量子是一种物质，产生后就不会消失。
四、宇宙膨胀
    Adam Riess教授在《宇宙为什么要膨胀》的演讲中说“宇宙不仅在扩张、在膨胀，而且扩张速度越来越快，而且加速膨胀，就是因为一种新的物质，就是暗能量。”
   1毫升汽油燃烧的瞬间，释放的量子数以亿计，占据的空间是该能源的成千上万倍；成千上万吨柴禾，煤炭，石油，煤气，成千上万吨炸药爆炸，成千上万千瓦电源源不断释放出来的量子，要占据多大的空间，我们难以观测和计算。所以，地球人制造的量子来不及消散，足以让我们感觉到地球升温、冰原融化，但对于广袤无边的宇宙空间的影响却微乎其微。虽然宇宙空间很大，但是如果在宇宙空间，有20--40万亿亿个类似太阳甚至比太阳大万倍的恒星，亿万年来，每时每刻爆炸燃烧，量子源源不断的泻入宇宙，需要占据多大的空间？如此，宇宙升温、膨胀，星球光速远去就不足为怪了!
     所以，我们说恒星制造的量子是宇宙膨胀的根本原因！
    我们看得见的光和感受到的热，光子量子的密度大，当它溶入宇宙中，变得稀薄，温度下降，我们就看不见，感受不到它的存在时，它就成为我们所说的“暗能量”（或以太、暗物质、量子等）。而且，这个广袤的宇宙，少量的“新物质”加入，是微不足道的，只有超大量的“新物质”持续不断的加入，才能导致宇宙膨胀。放眼宇宙，只有亿万恒星才是这种“新物质”——暗能量制造的永动机!
   宇宙守恒性是宇宙运动，一切力产生的根本!它使高密度的能量总是向低密度区域运动，低密度暗能量总是向宇宙边缘真空地带运动，以期达到平衡。而且这个“暗能量”密度越小温度越低，占据空间会更大！假如，太阳表面温度5500℃，一立方厘米有量子1万亿个，当它冷却到人们舒适温度26℃时，每立方厘米有1亿个量子，占据的空间就应该是1万立方厘米；当它的达到-273.15℃（宇宙最低温）时，每立方厘米1万个量子，那么此时的太阳上的一立方厘米量子，占据的宇宙空间就应该是1亿立方厘米。从这个意义上讲，宇宙的光速膨胀就更加容易理解了!
   宇宙中大约70%是暗能量，它们是亿万恒星亿万年来转化暗能源的产物；大约23%是暗物质，暗物质中大约20%为暗能源。当暗能源完全转化为暗能量时，宇宙膨胀就达到极点!
   如果热是物质，构成热的基本单位叫量子；如果证明热产生便不会消亡，即能量守恒，密度小的量子就是暗能量。那么，宇宙的起源，构成，膨胀；以太，暗物质、暗能源、暗能量等诸多问题，都将迎刃而解!物理界必将引起一场深刻的革命!
   其实，大家承认恒星的产物是能量，认可“能量守恒”的正确。那么，对上述观点的认同也只是时间问题了!
五、大道至简
大道理（基本原理、方法、规律）是极其简单的。简单到一两句话就能说明白。
诸如，宇宙守恒是一切运动和力的根源；能量守恒是宇宙膨胀的根源等。
宇宙极其简单，复杂的是人的大脑。
诸如，大气可以压住半球，八匹马都拉不开，却压不住一只苹果，必须让引力来吸住；水蒸气可以屏蔽大气压，使地面压强减弱，月球却不能屏蔽大气压引起潮汐，必须借助于引力来吸引；一滴汽油产生的力量可以力拔千钧，亿万恒星产生的能量却视而不见，无人关注!
“真传一句话，假传十卷书”，人类只有破除迷信，打破桎梏，发现自我，增强自信，返璞归真，未知世界的探索才能取得长足的进步!

声明：探索宇宙奥秘，不仅仅是科学家的事情。每一个人有生存的权利，也有探索改造宇宙世界的责任和义务。中国有句俗语：没有做不到，只有想不到。在许多宇宙之谜尚未解开之际，希望本文能为天文科研工作者和天文爱好者提供新的思路。           
参考资料：本文属理论创新，引用文献少。文中“热质说”“热之唯动说”，Adam Riess教授在《宇宙为什么要膨胀》的演讲引用，来源于百度。

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