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宇宙为什么会膨胀

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朝元山人 发表于 2021-8-10 08:03 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国–湖北–武汉 中移铁通

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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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