在研究星系运动的特点时,我们为什么要借助星系运动模型?

在研究星系运动的特点时,我们为什么要借助星系运动模型?
在研究星系运动的特点时,我们为什么要借助星系运动模型?

在研究星系运动的特点时,我们为什么要借助星系运动模型?
您好
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星.已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍.中子星直径只有太阳的几万分之一；超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一.红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍.太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K.太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯（1高斯＝10-4特斯拉）,而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯.有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星.有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等.有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍. 恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1／3.也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团.宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质.星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云.宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源.

星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型.60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等.许多星系核有规模巨大的活动：速度达几千千米／秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等.在宇宙中有种种极端物理状态：超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等.为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境. 运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等.月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转.太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米／秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米／秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年.银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动.本超星系团也可能在膨胀和自转.总星系也在膨胀. 现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程.当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是50亿年前银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的（见太阳系起源）.恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段.星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是：在宇宙发生热大爆炸后40万年,温度降到4000K,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系.热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史：我们的宇宙起源于200亿年前的一次大爆炸,当时温度极高、密度极大.随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,直至10～20亿年前,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙.1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充.它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段. 哲学分析 宇宙概念 有些宇宙学家认为,我们的宇宙是唯一的宇宙；大爆炸不是在宇宙空间的哪一点爆炸,而是整个宇宙自身的爆炸.但是,新提出的暴涨模型表明,我们的宇宙仅是整个暴涨区域的非常小的一部分,暴涨后的区域尺度要大于1026厘米,而那时我们的宇宙只有10厘米.还有可能这个暴涨区域是一个更大的始于无规则混沌状态的物质体系的一部分.这种情况恰如科学史上人类的认识从太阳系宇宙扩展到星系宇宙,再扩展到大尺度宇宙那样,今天的科学又正在努力把人类的认识进一步向某种探索中的“暴涨宇宙”、“无规则的混沌宇宙”推移.我们的宇宙不是唯一的宇宙,而是某种更大的物质体系的一部分,大爆炸不是整个宇宙自身的爆炸,而是那个更大物质体系的一部分的爆炸.因此,有必要区分哲学和自然科学两个不同层次的宇宙概念.哲学宇宙概念所反映的是无限多样、永恒发展的物质世界；自然科学宇宙概念所涉及的则是人类在一定时代观测所及的最大天体系统.两种宇宙概念之间的关系是一般和个别的关系.随着自然科学宇宙概念的发展,人们将逐步深化和接近对无限宇宙的认识.弄清两种宇宙概念的区别和联系,对于坚持马克思主义的宇宙无限论,反对宇宙有限论、神创论、机械论、不可知论、哲学代替论和取消论,都有积极意义. 宇宙的创生 有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒.但随着大统一理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零.因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题.这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面：①本体论方面.如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的.这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身.按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”.现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”.如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式.②认识论和方法论方面.暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念.这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史.暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源.它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义. 时空起源 有些人认为,时间和空间不是永恒的,而是从没有时间和没有空间的状态产生的.根据现有的物理理论,在小于10-43秒和10-33厘米的范围内,就没有一个“钟”和一把“尺子”能加以测量,因此时间和空间概念失效了,是一个没有时间和空间的物理世界.这种观点提出已知的时空形式有其适用的界限是完全正确的.正像历史上的牛顿时空观发展到相对论时空观那样,今天随着科学实践的发展也必然要求建立新的时空观.由于在大爆炸后10-43秒以内,广义相对论失效,必须考虑引力的量子效应,因此有些人试图通过时空的量子化的途径来探讨已知的时空形式的起源.这些工作都是有益的,但我们决不能因为人类时空观念的发展或者在现有的科学技术水平上无法度量新的时空形式,而否定作为物质存在形式的时间、空间的客观存在.