匀减速直线运动图像运动时间可以无限大吗

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如图所示,在一无限长的水平小车上,有质量分别为m1和m2的两个滑块(m1>m2)随车一起向右匀速运动.设两滑块与小车间的动摩擦因数均为μ,其它阻力不计,当车突然停止时,以下说法中正确的是(  )
A.若μ=0,两滑块一定相碰
B.若μ=0,两滑块一定不相碰
C.若μ≠0,两滑块一定相碰
D.若μ≠0,两滑块一定不相碰
题型:多选题难度:中档来源:潍坊模拟
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据魔方格专家权威分析,试题“如图所示,在一无限长的水平小车上,有质量分别为m1和m2的两个滑..”主要考查你对&&匀变速直线运动的位移与时间的关系,牛顿第二定律&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下:
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匀变速直线运动的位移与时间的关系牛顿第二定律
匀变速直线运动的位移公式:
由平均速度的定义和匀变速直线运动的平均速度及速度公式,联立推导出匀变速直线运动的位移公式:知识点拨:
1、是匀变速直线运动位移的一般表示形式.它能表明质点在各个时刻相对初始时刻(t=0)的位移。2、在位移公式中s、v0、a均是矢量,解题时一般要选取v0方向为正。3、位移公式可由速度图象来推导,
如图是某物体做匀变速直线运动的图象.根据图象的物理意义,它与横轴(时间轴)所围的那块梯形面积表示运动的位移.所以:内容:物体的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同,表达式F=kma。在国际单位制中,k=1,上式简化为F合=ma。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律定义的:使质量是1kg的物体产生1m/s2加速度的力,叫做1N(kg·m/s2=N)。对牛顿第二定律的理解:①模型性牛顿第二定律的研究对象只能是质点模型或可看成质点模型的物体。②因果性力是产生加速度的原因,质量是物体惯性大小的量度,物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果。③矢量性合外力的方向决定了加速度的方向,合外力方向变,加速度方向变,加速度方向与合外力方向一致。其实牛顿第二定律的表达形式就是矢量式。④瞬时性加速度与合外力是瞬时对应关系,它们同生、同灭、同变化。⑤同一性(同体性)中各物理量均指同一个研究对象。因此应用牛顿第二定律解题时,首先要处理好的问题是研究对象的选择与确定。⑥相对性在中,a是相对于惯性系的而不是相对于非惯性系的,即a是相对于没有加速度参照系的。⑦独立性F合产生的加速度a是物体的总加速度,根据矢量的合成与分解,则有物体在x方向的加速度ax;物体在y方向的合外力产生y方向的加速度ay。牛顿第二定律分量式为:。⑧局限性(适用范围)牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题,不能解决物体的高速运动问题,只适用于宏观物体,不适用与微观粒子。牛顿第二定律的应用: 1.应用牛顿第二定律解题的步骤: (1)明确研究对象。可以以某一个质点作为研究对象,也可以以几个质点组成的质点组作为研究对象。设每个质点的质量为mi,对应的加速度为ai,则有:F合=对这个结论可以这样理解:先分别以质点组中的每个质点为研究对象用牛顿第二定律:,将以上各式等号左、右分别相加,其中左边所有力中,凡属于系统内力的,总是成对出现并且大小相等方向相反,其矢量和必为零,所以最后得到的是该质点组所受的所有外力之和,即合外力F。。 (2)对研究对象进行受力分析,同时还应该分析研究对象的运动情况(包括速度、加速度),并把速度、加速度的方向在受力图旁边表示出来。 (3)若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动,一般用平行四边形定则(或三角形定则)解题;若研究对象在不共线的三个或三个以上的力作用下做加速运动,一般用正交分解法解题(注意灵活选取坐标轴的方向,既可以分解力,也可以分解加速度)。 (4)当研究对象在研究过程的小同阶段受力情况有变化时,那就必须分阶段进行受力分析,分阶段列方程求解。2.两种分析动力学问题的方法: (1)合成法分析动力学问题若物体只受两个力作用而产生加速度时,根据牛顿第二定律可知,利用平行四边形定则求出的两个力的合力方向就是加速度方向。特别是两个力互相垂直或相等时,应用力的合成法比较简单。 (2)正交分解法分析动力学问题当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,常用正交分解法解题。通常是分解力,但在有些情况下分解加速度更简单。 ①分解力:一般将物体受到的各个力沿加速度方向和垂直于加速度方向分解,则:(沿加速度方向),(垂直于加速度方向)。 ②分解加速度:当物体受到的力相互垂直时,沿这两个相互垂直的方向分解加速度,再应用牛顿第二定律列方程求解,有时更简单。具体问题中要分解力还是分解加速度需要具体分析,要以尽量减少被分解的量,尽量不分解待求的量为原则。3.应用牛顿第二定律解决的两类问题: (1)已知物体的受力情况,求解物体的运动情况解这类题目,一般是应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况,即求出物体在任意时刻的位置、速度及运动轨迹。流程图如下: (2)已知物体的运动情况,求解物体的受力情况解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的其他外力。流程图如下:可以看出,在这两类基本问题中,应用到牛顿第二定律和运动学公式,而它们中间联系的纽带是加速度,所以求解这两类问题必须先求解物体的加速度。知识扩展:1.惯性系与非惯性系:牛顿运动定律成立的参考系,称为惯性参考系,简称惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系,称为非惯性系。 2.关于a、△v、v与F的关系 (1)a与F有必然的瞬时的关系F为0,则a为0; F不为0,则a不为0,且大小为a=F/m。F改变,则a 立即改变,a和F之间是瞬时的对应关系,同时存在,同时消失.同时改变。 (2)△v(速度的改变量)与F有必然的但不是瞬时的联系 F为0,则△v为0;F不,0,并不能说明△v就一定不为0,因为,F不为0,而t=0,则△v=0,物体受合外力作用要有一段时间的积累,才能使速度改变。 (3)v(瞬时速度)与F无必然的联系 F为0时,物体可做匀速直线运动,v不为0;F不为0时,v可以为0,例如竖直上抛到达最高点时。
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与“如图所示,在一无限长的水平小车上,有质量分别为m1和m2的两个滑..”考查相似的试题有:
109722292205229889122637211016236473匀变速直线运动的速度与时间的关系_百度文库
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匀变速直线运动的速度与时间的关系
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你可能喜欢因为v=s÷t,所以当速度为无限大时,t就无限小,但不会为负,所以就为0_百度知道
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因为v=s÷t,所以当速度为无限大时,t就无限小,但不会为负,所以就为0
为v=s÷t,所以当速度为无限大时,所以他应该是错的,我就想问,就不存在。(不知道对不对)我记得牛顿说过引力的速度是无限大的,那么引力就是不存在的,但不会为负,那么它就不存在于时间线,所以就为0,t就无限小
我有更好的答案
1、光在真空中传播速度最大,没有其它的无限大的速度。2、无限小(无穷小)指的是一个变量的极限等于0,并不是这个变量的本身等于0,而是趋近于0。即使0.000……小数点后面0的位数再多,这个数值也不是0。
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关键是速度不能为无限大
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我那什么无限大,你那什么无限小,尺度太大怎么办
影子里有什么诡异的悖论,为什么人类不能无限繁殖,尺度太大如何测量“无限”这个词,嘴上说起来太容易了,以至于我们忘记了它原本的狰狞面目。这是个细思极恐的概念:古希腊有个神,叫阿基里斯,他是公认的跑步高手。为了证明他确实很能跑,马拉松组委会给了他一个艰巨任务——和宇宙第一慢的乌龟赛跑。这是一场实力悬殊的对决,奥组委为了公平起见,给阿基里斯施了一道诅咒,使他跑步的时候,每一步都要比上一步小。也就是说,他将做匀减速运动。相比之下,乌龟保持匀速运动。这个答案并没有那么确切,但是如果将比赛的时间拉长到无限长,那么,结果就将是惊人的。虽然乌龟慢,哪怕一年只走1cm,无限长的时间将会让乌龟的运行距离变得无限长,这就是“无限大”。 那么阿基里斯呢,他可能第一步就炫耀地跨出了一光年,可是随着时间的推移,步伐会越来越小,直至无限趋近于0,这就是“无限小”。 这样下去,阿基里斯最终赶不上乌龟,这个悖论的关键问题是:乌龟用无限的时间迭代出无限距离。阿基里斯为什么不能通过无限时间换取无限的距离呢?,因为他所迭代的步伐是“无限小”。这就是高等数学“微积分”要解答的问题。现在,把阿基里斯无限多个无限小的步伐加起来,最终将会缓慢地 “停留”在一个长度上,这就是他跑步距离的上限,也叫“极限” 。阿基里斯走的方向是数轴的“小数方向”——无限小的方向。而乌龟走的是相反的“大数方向”——无限大的方向。如果你问阿基里斯走了多少路,他可以描述出来,因为“无限小”方向上的距离有极限长度。无限小的问题由牛顿的微积分解答了。但是同样是无限,“无限大”方向上的长度,乌龟可无法用语言回答,那是没有边界的一条单程路。无限大的问题由康托的集合论来解答。康托要测量无限,首先需要一把可以测量无限的尺子,尺子上刻有无限多个刻度。不要以为这样的尺子脑洞太大,其实,任何一把普通的尺子上天然就有无限多个刻度,就像一个线段中有无限多个点一样。接下来,无限多个刻度一一对应无限长的物体上无限多个点。结果恰好对应完,说明“有限的尺子”和“无限的物体”等长。但是,文章开头的那组漫画,提出的疑问是:为什么我见不到一条无限长的影子。因为理论上射影可以“无限长”,但是实际中,人的影子经历了“无限小”的过程。影子是被拉的“无限长”,但是越往远处影子越淡,这就像阿基里斯越往远处跑,步伐越小一样,是个“无限小”的过程,所以影子的长度被锁死在一个“极限”之内,不得放肆。这种现象在生活中比比皆是:我们仰望星空,因为视锥可以无限扩大,应该能看到无限远的宇宙(无限大的过程),但是因为越往远处视线越模糊(无限小的过程),所以我们的视力被大自然局限在一个范围内。树木也许可以无限生长,在树枝末梢生长更多树枝(无限大),但是越往末梢枝头会越小(无限小),直至框定住生命的肆孽扩张。据说,人类的繁衍也面临这种“极限”的挑战,人类不可能无限扩大人口,最终会被大自然“无限小”的剪刀堵死在一个数量范畴中。
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作者最新文章空间和时间的无限大和无限小,都是以什么样的形态存在?答的漂亮有追加分数!!!_百度知道
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空间和时间的无限大和无限小,都是以什么样的形态存在?答的漂亮有追加分数!!!
我们都知道宇宙无限大,那边宇宙是以什么的形式存在?怎么会存在这样的形式?反之如果宇宙是有限的,那边那的边缘会是什么物质构成?边缘外面又是什么?然后宇宙和时间是不是密不可分的,两种是否永远只会向前走?这两种是否都是物质?如果不是物质,那么怎么会形成这种...
我有更好的答案
另外、空间和物质的集合,既然大爆炸产出了宇宙,没有绝对的时间。“速度”不变,表明被观察物体进行的是状态恒定的惯性运动。任何变化都是变化的!又因为光的流动速度基本上是均匀的,所以我们老实觉得我们的时间就是宇宙时间的标尺,除非有人证明有两种物质变化,空间消失,时间终止……时间是一种变化过程相对于另一种变化过程的量度,不要问为什么,现在科学只能告诉我们这些,时间也就是在这个时刻产生并开始计时的,之前没有时间,在一定区域内或者整个宇宙内把温度调到绝对零度,杜绝能量的流动,那么时间也就停止了! 又如果能让能量完全照之前的运动做完全相同的反方向流动,那么也就可以说时间在倒流,可笑。简直是愚弄大众和他们自己,不同于我们用时间、质量。但从宇宙能量分布不均匀的状态上看,有些地方的“时间”流失应该比这里快,而有些地方比这里慢!——当然这个时间是从能量的流失速度为标准的。这样的话,符合要求的“标准钟”应具有完全同步的特性。即:人们在同一地方把所有“标准钟”的零位时刻校对统一后,再把这些“标准钟”单独或几只放在空间任何一个位置处都应具有相同的“单位时间间隔”。 当人们把确定被观察物体在空间的瞬态相对位置的空间参照系的坐标原点建立在完整物体系统的质心上,并且又采用处于惯性运动状态的运动形式来作为比较物体相对运动过程的参考运动时,由于恒定不变的“单位时间间隔”所对应标定的任意两个相邻时刻与实现“时间运动”的直线运动物质(例如光子运动)在空间对应所处的瞬态位置具有完全相等的长度距离。现在人们又找到了重复稳定性更好的原子辐射振动来作为时间基准。故此,人们可以用物体在空间的瞬态位置移动量(简称“位移”)与所对应的时刻变更量(简称“时间”)之比值(简称“速度”)来表示被观察物体处于何种相对运动状态中,因为其包含的信息量太大太繁杂了,被人们按照“最方便于分析原则”选作相对运动过程的参考比较基准的“标准参考运动”即是“时间”的来源。按照已经约定俗成的习惯,人们把所选定的“标准参考运动”相对于首先建立起的标定有长度计量单位的空间参照系(它是观测物体相对运动的“第一参考基准”)观测到的每一个“瞬态位置”对应称作为一个“时刻”,空间怎么会和时间有本质上的关系,人们在几千年前就已经把处于惯性状态中的地球自转运动选作为标准“时间运动”,只是由于这个“地球钟”太大,人们只能用它来规定时间的“标准单位间隔”,而且由于用原子辐射振动运动做成的“原子钟”体积很小,再利用某些实物在空间进行的均匀转动等可以在空间单独呈现并处于惯性运动状态中的简单运动,来作为被观察物体相对于“第一参考基准”进行的相对运动过程的参考比较基准。 为了使人们进行的测量可靠,作为确定被观察物体在空间的相对瞬态位置的“标准空间参照系”,三个坐标轴向上的每一个长度计量单位均应保持统一恒定。由于这个要求正好与运动具有的“惯性”相一至,人们可以根据“运动叠加原理”把相对处于惯性运动状态的某个静止固体物规定选作为计量长度用的“标准单位长度”。只要有一点——就算一个电子没回到原来的位置也不能算是时间倒流!——所以简单的说,我们可以说相对这个变化的时间变快了,而把任意两个“时刻”之间对应的“参考运动过程”称作“时间”,另一方面时间也不会倒流。这样,人们就可以先利用空间相对位置保持不变的实物体来确定标有长度计量单位的空间参照坐标系统。虽然均匀万有引力场可以对处于其中的所有物体进行的平动运动产生完全相同的速度变化,或者变慢了,就可以直接用该物体进行的直线运动替换先前选定的“参考运动”而成为比较其它相对运动的“参考运动”,更不会有“十万年百万年亿万年”这种东西,相对任何参照系都是等同的,也因此时间在微观上是不连续的,所以时间都是相对的,两束相反方向的光的相对速度是多少?空间与时间无关! 时间的存在是通过第三方——能量的流逝而体现的! 试想,在一个理想状态下,确实是这样,我认为什么达到光速就能时间倒流纯粹是无稽之谈,真不知道那些科学家是怎么想的,基本公认,看多了习惯了就能接受了。也许所谓的“之前”是一种与现在完全不同意义的存在形式,各种相对来看可独立呈现的惯性运动形式就成了实现这个要求的物质保证基础。这样:作为物体相对运动过程的参考比较基准的“标准运动”,在整个有效比较过程和与基准传递过程中都必须始终保持恒定可靠。故此,而且人为的定了一天24个小时的标尺。在所有被观察到的相对运动中,而且无论每一个“标准钟”被分开单独拿到空间任何一个地方去,一旦当它们又重新在空间任何一个地方被放在一起时,“钟”上所显示的时刻都完全相同。自然,未老先衰也可以看作是他个人的时间加速了。 鉴于“时间”乃是人为给“标准参考运动”所取的代名称,我们又把人为选作相对运动的参考比较基准叫做“时间运动”,它是人们用于观测物体相对运动过程的“第二参考基准”。按照已经约定俗成的习惯,人们把具体实现“时间运动”的实物称作“钟”。 根据运动不灭原理,在物质世界呈现的每一种运动形式都具有惯性。 对于具体实现“时间运动”实物、距离等来衡量的世界,如果被观察物体在空间的相对瞬态位置所发生的“移动量”与作为相对运动过程比较基准用的标准“时间运动”所对应的时刻“变更量”保持为线性的常数比例关系,即表明该物体进行的直线运动与作为运动过程比较用的“参考运动”都属于运动状态保持相对或绝对恒定的惯性运动。人们只要引入一个换算比例系数,也可以规定把某个能在空间任一方向上呈现为具有一定长度周期的首尾相接的惯性运动作为计量长度用的“标准单位长度”。实际上,人们已经在统一规定了“标准单位长度”后的条件下,同时把这些可作为长度计量用的实物和运动形式一道作为“标准单位长度”的基准传递器具与测量空间长度的计量工具,人们也可以有多种选择。譬如。然后再用其它可搬运的小“钟”来传递标准时间间隔和作为测量时间的计量工具,但它却不能对完整物体系统内已经保持着相对位置不改变的诸物体之间具有的静止惯性产生影响,同时也不能对物体进行的转动运动等不受均匀引力场影响的运动惯性产生作用,当人们说两个不重合地点同时发生什么现象时,均是以放在这两个地方保持完全同步的“标准钟”上显示的时刻相同来作出的判断! 所以时间本质上只是能量变化的一个过程的参考标志! 但考虑到能量存在的普遍性和流动的普遍性和不规则性,要想完全的把能量——就算只是一个很小区域内的能量逆转都是不可能的,则表明被观察物体相对处于状态正在变化着的非惯性运动状态中。 由于被认为是最简单的运动和被认为是最稳定的运动都不可能是完全理想的状况,人们实际建立的时间基准和长度基准自身都存在着重复性误差。笛卡尔坐标系和牛顿提出的绝对时间都是将现实理想化的理念。人们根据实验测量结果,对大量的测量数据进行平差处理,就得到了经验定律。之后进一步将其理想化,上升到某种公理体系,便得到了理论上的定律。既然时间乃是在大自然运动物体世界中,人为选择出来作为对物体运动过程进行对比分析的标准参照运动,脱离运动本身去找寻所谓的“时间物理量”,也就等于是在追寻哲学上所说的“自在之物”。,时间也是有终点的,你把大爆炸的过程反过来就行了——宇宙走向一个时空寄点,在这之前就是没有。宇宙就是时间。如果参考变化过程变快或变慢! 我们现在所感觉的时间都是以太阳的能量流动为参考的;而“速度”改变,没有空间,什么都没有,甚至也不存在我们认为的“之前”这个概念(因为没有时间嘛)和“外面”这个概念(因为没有空间)。很难理解是吧,按大爆炸的理论,但宏观上我们认为是连续的。至于超光速问题,本人一直以来的疑问是,因而比“地球钟”用起来更方便。需要明确的是
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也就是说在人类把宇宙起源作为一个科学命题研究之前,创世神话已经开始关注这个问题了。 最早的创世神话出现于古代两河流域苏美尔人文化之中,在《Enuma Elish》(I-VI)中有谈及世界创生过程的篇章。《圣经》中关于上帝创世,洪水灭世,但没有实际的证据来决定哪一个对,其密度总和仍然不及使宇宙停止膨胀的1/10。在古代,这是不能被接受的。 稳恒态宇宙观: 观点: 此一论点是认为。 这种理论被称为连续创生论,无限膨胀下去的开放宇宙的可能性仍然呈现在人们面前。 可以想象,许多人曾尝试将霍金的封闭宇宙的量子论推广到开放的情形。美国物理学家迪克进一步发展了这一观点。 1964年5月,而放弃了连续创生论的观点。所以,其中唯物主义哲学家们是具有朴素的辩证法思想的,所以他们的解释虽然是非科学的,即是说,它就是存在,诺亚方舟等神话故事。然后膨胀减缓,再接着由大爆炸模型来描写。 霍金在1982年提出了一种既自洽又自足的量子宇宙论。在这个理论中,谁也看不清它的底细。这个宇宙模型中空间是有限的,并将继续存在无限久。后来英国天文学家霍伊尔发展并普及了这个理论,忽而消失。这就是1980年皮雷基恩所认为的宇宙起源,宇宙没有所谓的起源,开始有一些哲学家对宇宙的形成提出不同的观点,所以宇宙从什么都没有而突然出现的可能性是存在的。 随后,也就是所谓的波动函数来表示, 德国出生的美国物理学家彭齐亚斯和美国射电天文学家R·W·威尔逊接受迪克的建议。另一种观点是认为,宇宙并非一直存在,他主张不要将宇宙的起源当作特殊的现象,宇宙中的一切在原则上都可以单独地由物理定律预言出来,而宇宙本身是从无中生有而来的,宇宙自始至今基本上保持着同一状态。在过去无数个纪元中,它看上去就是现在这个样;在未来的无数个纪元中,包括可见的物质以及由星系动力学推断的不可见物质。 宇宙诞生的各种理论: 长久以来,关于宇宙的诞生,一直存在着两种截然不同的观点。这个理论建立在量子理论的基础之上,涉及到量子引力论等多种知识。 在他的理论中,宇宙的诞生是从一个欧氏空间向洛氏时空的量子转变,这就实现了宇宙的无中生有的思想。这个欧氏空间是一个四维球,无疑是以古苏美尔人神话为原本的,稳恒宇宙的思想的影响是如此之深,而是有一个起源,有位盘古氏开天辟地,爱因斯坦对稳恒宇宙的思想是如此的执着,以至于要在他的公式中加入一个宇宙常数用以抗衡引力,被称作封闭的宇宙模型。 从霍金提出这个理论之后。在四维球转变成洛氏时空的最初阶段,时空是可由德西特度规来近似描述的暴涨阶段宇宙的诞生 导论,宇宙间只有一团气,它迷迷茫茫、浑浑沌沌。 大多数天文学家认为,射电波背景的发现为大爆炸理论提供了结论性的证据。现在一般天文学家都接受大爆炸理论。在十多年的时间里,大爆炸和连续创生论的争论非常激烈,连续创生论已是明日黄花了。 霍金无边界条件的量子宇宙论 根据量子力学的原理,所以可能会忽而出现。霍金认为这个说法很奇怪。也就是说,存在于某个时刻里的某个物质,有可能再其它时刻里突然消失。当物体缩到10-31公分的大小时,所以提出了他自己的一套理论,在一万八千年前,最后再收缩回去,由此形成一个稳恒态宇宙。不管将来进一步的努力是否能观测到更多的物质,宇宙在根本上随时间不变。这种辐射在绝对温度5K(-268℃)时应该是天体的特征,才有了日月星辰和大地。到了汉代才有了“道之大原出于天,天不变,道亦不变”之说。在古埃及文化中并没有明确的创世神话,古埃及人笃信灵魂不死,在星系散开的过程中,它看上去还是现在这个样子,因此既没有开始也没有结束: 在人类历史上的大部分时间,而不是科学家。他们是用哲学的观点来解释宇宙形成,也总是试图去修正牛顿的理论,根本上来说是非科学的。但是。一种观点是认为,探测到与伽莫夫预见的特征非常相似的射电波背景,它显示出宇宙的平均温度为绝对温度3度,认为逝者将去“西卢之野”,死后可以复苏。我国古代也有盘古开天辟地,女娲补天的神话,我国古代人们认为远古的时候还没有天地。 1949年,伽莫夫指出,假若大爆炸曾经发生,伴随而生的辐射在宇宙膨胀过程中应该损失能量,而现在应该以射电辐射的形式存在,作为一个均质背景从天空的四面八方射来,以至于在20世纪之前,都没有人提到过,宇宙是在膨胀还是在收缩。就是那些意识到宇宙不可能保持稳恒的人,在某一时刻诞生的。1781年,哲学家伊曼努尔?康德在他的著作《纯粹理性批判》一书中指出。 这个局面直到哈勃发现各星系正在以惊人的速度不断分散之后才受到致命的打击。尤其是在大爆炸理论推断出奇点的存在,也就是宇宙必然存在一个开端,这个理论才逐渐销声匿迹。 相关学说: 连续创生论 因为大爆炸理论并没有被证明是真理,所以并不是每个人都会同意大爆炸理论。在近代宇宙学史上曾经和大爆炸理论抗衡的宇宙形成理论还有连续创生论,星系之间又形成新的星系,人们相信宇宙是稳恒的。可是,其存在的或然率会比1还要小很多,几乎所有的量子宇宙学研究都是围绕着这个模型展开。今年2月5日,霍金及图鲁克在他们的新论文“没有假真空的开放暴涨”中才部分实现了这个愿望。他仍然利用四维球的欧氏空间,由于四维球具有最高的对称性,在进行解析开拓时,也可以得到以开放的三维双曲面为空间截面的宇宙。这个三维双曲面空间遵循爱因斯坦方程继续演化下去,宇宙就不会重新收缩,这样的演化是一种有始无终的过程。 大爆炸理论: 观点: 大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说,英文说法为Big Bang,也称为大爆炸宇宙论。大爆炸理论诞生于20世纪20年代,在40年代得到补充和发展,但一直寂寂无闻。直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论。 大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束(见元素合成理论)。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙。 大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实: a)理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 b)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。 c)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。 d)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。 按照大爆炸理论,宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。 但是,大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样,或者说发生这次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。 这只是一个设想,并不是一个完美的理论。 大爆炸理论虽然并不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论,比较传统的证据如下所示: a)红位移 从地球的任何方向看去,遥远的星系都在离开我们而去,故可以推出宇宙在膨胀,且离我们越远的星系,远离的速度越快。 b)哈勃定律 哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。 V=H×D 其中,V(Km/sec)是远离速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常数,为50;D(Mpc)是星系距离。1Mpc=3.26百万光年。 c)氢与氦的丰存度 由模型预测出氢占25%,氦占75%,已经由试验证实。 d)微量元素的丰存度 对这些微量元素,在模型中所推测的丰存度与实测的相同。 e)3K的宇宙背景辐射 根据大爆炸学说,宇宙因膨胀而冷却,现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬,1965年,3K的背景辐射被测得。 f)背景辐射的微量不均匀 证明宇宙最初的状态并不均匀,所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。 g)宇宙大爆炸理论的新证据 在2000年12月份的英国《自然》杂志上,科学家们称他们又发现了新的证据,可以用来证实宇宙大爆炸理论。 长期以来,一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大,体积极小,温度极高的点,然后这个点发生了爆炸,随着体积的膨胀,温度不断降低。至今,宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。 科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现,其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现,背景温度约为-263. 89摄氏度,比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。 虽然已有上述证据存在,但是宇宙是否起源于大爆炸学说,仍然缺乏足够多的令人信服的证据。 注解:3K是什么意思?二十世纪六十年代初,美国科学家彭齐亚斯和R·W·威尔逊为了改进卫星通讯,建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年,他们用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音,他们甚至清除了天线上的鸟粪,但依然有消除不掉的背景噪声。他们认为,这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年,他们又订正为3K,并将这一发现公诸于世,为此获1978年诺贝尔物理学奖金。 受到的质疑: 大爆炸学说在最近开始受到严厉的挑战和质疑。如果大爆炸理论是正确的,那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后,这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间,但是如果宇宙有一个起源,它就有一个绝对时间的原点,破坏了时间的相对性,所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈伯太空望远镜观测到一些现象,显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源,就像相对性的空间一样,时间也是没有原点,时间也不是绝对的。 哈伯太空望远镜的观测显示,如果宇宙真是由大爆炸所造成的,那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年,但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。 结论: 从二十世纪初以来,包括爱因斯坦在内的大部分天文物理学家都相信,宇宙是由大爆炸所产生;由于质能互换原理,爆炸的能量最后转为物质。这个学说建立于三个重要的基石上。第一个,由数学上证明广义相对论只容许唯一的解,这个数学解就是在时间的原点,整个宇宙的大小是一个点,大爆炸炸开了一个三度空间。由于空间以一定的速率不断的膨胀,因此整个空间瞬间的大小也给了时间一个指针和定义。第二个基石是,美国天文学家哈伯在爱因斯坦发明了相对论的二十年后,发现了宇宙是在膨胀,并且越远的星系膨胀的速度越快。这个发现大致吻合相对论的数学解。第三个基石最具关键性,在七十年代,美国的天文学家发现了宇宙的背景辐射。由于宇宙的膨胀,大爆炸时的热能目前应已降到绝对温度数度左右,符合观测结果2.7度。从此,天文物理学家发展了一套标准模型,来解释这个膨胀的空间里一切物质的起源。但是宇宙到底确实膨胀多快,哈伯并无法确定。这个缺憾预留了一些空间让以后的天文物理学家去发展另一套不同于爱因斯坦相对论的学说。但是这些学说都是非主流。美国的哈伯太空望远镜的主要任务也就是要弥补当年哈伯观测的缺憾,要决定目前宇宙在单位距离内膨胀的速度。星球在膨胀空间里的分布就像一些点分布在正在膨胀的气球表面一样。点与点之间的距离会因膨胀而变大,分离的速度不但和气球膨胀的速度成正比,也和点与点之间的距离成正比。距离越大的两点,它们之间分离的速度越大。所以若不知任意两点之间的距离,只光知道两点分离的速度是无法知道整个气球膨胀的速度。同样的,若欲决定宇宙膨胀的速度,我们不但要知道星球之间分离的速度,也要同时知道星球之间的距离。天文学家可用所谓的都卜勒效应来测量任一星球远离地球的速度。但是,星球与地球之间的距离便不容易决定。因此哈伯常数(单位距离内的膨胀速率)相当难决定出来。 发表在《自然》杂志上的发现为在室女星系团内的上千颗造父变星。变星是光度有周期性变化的星,愈大的变星周期愈慢,可是愈大的星愈亮。所以变星的周期和绝对亮度有一定的关系,而造父变星的周期和绝对亮度之间的关系可以很准确的决定出来。但是,星球距地球越远看起来越暗,因此观测到的亮度并不是星球本身的绝对亮度。若是有办法知道星球的绝对亮度,再加上观测到的量测亮度,星球的距离便可知道。在天文上,远距离是无法直接测量的,造父变星提供了一个绝佳的机会来测量距离。天文学家可以量遥远变星的周期,大致上是几十天之谱,从而决定变星本身的绝对亮度,再和观测到的亮度相比,变星和地球的距离即可决定。 室女星系团距地球相当远,大约为几千万光年之遥,因此膨胀的速度可以相当快,可以利用都卜勒效应准确的测量出来。要是它的距离亦可准确的测量出来,哈伯常数便可准确地决定,大爆炸距现在的时间的上限便也能决定。造父变星的发表让天文学家准确地决定哈伯常数。宇宙在单位距离内膨胀的速率为每一百万光年27公里。它也代表大爆炸至早发生在一百二十亿年前。但是,天文学家又知道,银河系中的一些古老的星球年龄为一百六十亿年。这代表星球需要生于大爆炸之前。这个结果不符合因果律,因此大爆炸标准模型受到质疑。这个发现也让非主流学说有一个发展的空间。 其实,在逻辑的结构上,非主流派中的主流理论是可以和爱因斯坦的相对论相比美。如上所述,相对论的宇宙观是空间是相对的,没有原点,但时间是绝对的,有一个原点。相对论的宇宙观并且认为,宇宙的总能量守恒,没有凭白无故冒出多余的能量,也不能损耗总能量。但是另一个学说却认为时间和空间是相对的,两者都没有原点,所以宇宙是在一个时空的平稳状态中存在。在这种理论架构下,时间和空间有完整的对称性。为了要解释宇宙膨胀,这个学说必须放弃能量守恒的想法。它认为能量是可以无中生有,并且越来越多,物质也可以无中生有,愈来愈多。这就好象宇宙中蕴藏着无数的涌泉,随时随地冒出物质来。这些涌出的物质必须往外流,因此宇宙膨胀。因为物质随时涌出,所以不需要一个时间的绝对原点;物质随地涌出,所以空间也没有绝对原点。这个学说不需要大爆炸便可以解释宇宙的膨胀,并且也可以解决宇宙年龄的问题。可是,这个学说必须面对一个挑战,那就是如何解释宇宙背景辐射的温度。在1970年代,这个大爆炸理论的第三个基石是此学说的致命伤。在不久的将来,此学说会不会因发现造父变星而败部复活?我们可以拭目以待。 相对论宇宙模型或上述非主流的平稳态宇宙模型,对有创意的天文物理学家而言,绝非是个二选一的答案。其实,一般相对论的教科书上都不会提到广义相对论本身是有些缺陷的。从时空的完美对称性来看,它有上述需要时间原点的问题。除了时间、空间的问题之外,从物理学的相对性原则而言,它也有另一个问题,所谓的惯性坐标问题。十九世纪末,一位澳洲科学家马克提出一个宇宙学的问题。我们举目观星,如果连续看一、两个钟头,就会发现群星绕着北极星转。马克问道:“到底这是因为地球自转造成的,还是群星真的绕着地球旋转?”这个问题乍看之下相当不智,因为这像是十六世纪哥白尼时代的问题:“到底是地球绕着太阳转,或是太阳绕着地球转?”标准答案当然是地球自转所造成的。但是马克又道:“如果一切物理现象都是相对的,地球自转和群星绕地球转就必须是一体的两面。”举例来讲,要是你绕着原地自己旋转,你会感觉头晕,但是如果你站着不动,而周遭所有的物体都绕着你转的话,你也将会感到头晕。马克认为一个理想的宇宙模型应该能具有这个特性,一切都是相对的,转动也是相对的。这便是所谓的马克原则。爱因斯坦自己也承认,他是受到马克原则的启发才发明广义相对论。但是,不幸的是相对论无法做到马克原则的要求。相对论的宇宙必须很清楚地标示到底宇宙本身转不转。现存的标准宇宙模型是采取宇宙不转。所以我们对群星绕天的标准解释才会是地球自转。附带说明一点,至今还没有任何一个宇宙模型可以完全符合马克原则,上述的平稳态宇宙模型也不例外。;形成新星系的物质是无中生有的,而且运动的速度非常缓慢,用现在的技术无法测出,但始终未能成功,所以他们努力将死者的遗体制成“木乃伊”,因为他的论证本身隐含了时间可以脱离宇宙而存在的假设,这一观点从一开始就值得怀疑,而不去考虑宇宙有可能是变化的。牛顿本人是知道这个问题的,解决宇宙形成问题的是哲学家。这是因为它的理论框架只对封闭宇宙有效。 如果人们不特意对空间引入人为的拓扑结构。这是关系到宇宙是否会重新坍缩或者无限膨胀下去的生死攸关的问题。 可惜迄今的天文观测。 1948年,两位奥地利天文学家邦迪和戈尔德提出一种理论,承认膨胀宇宙但否定大爆炸,但是,他相信大致均匀的分布在无限空间中的无限天体足以让宇宙保持稳恒,不论宇宙是有开端还是没有开端都是不可能的,这就是著名的“二律背反”,但是仍然带有合理的成分,物质的存在是以波的重合。当然,今天的物理学家是不会同意康德的观点的,取决于当今宇宙中的物质密度产生的引力是否足以使宇宙的现有膨胀减缓,以至于使宇宙停止膨胀,则宇宙空间究竟是有限无界的封闭型,还是无限无界的开放型,热力学第二定律和牛顿的引力定律都暗示了宇宙只可能运行有限的时间并且不可能处于稳恒状态。然而。甚至是爱因斯坦也没有意识到宇宙的变化。爱因斯坦的广义相对论本身预言了宇宙不是在膨胀就是在收缩,然而,但没有边界。结论是,人类对宇宙的认识还只是停留在神创论的阶段。在每种宗教的历史上,基本上都有创世说存在
至于你想的问题我曾经也想过。在我看来,时间和空间是不同与物质与能量的一种特殊而又普遍的存在,它们是绝对的存在!
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