非極度無聊者莫入
【“宇宙”一詞】
宇yǔ,宙zòu,四方上下曰宇,古往今來曰宙。――《新華字典》
在漢語中,“宇”代表上下四方,即所有的空間,“宙”代表古往今來,即所有的時間,宇:無限空間,宙:無限時間。所以“宇宙”這個詞有“所有的時間和空間”的意思。把“宇宙”的概念與時間和空間聯係在一起,體現了我國古代人民的智慧。
“宇宙”一詞,最早出自《莊子》這本書,“宇”指的是一切的空間,包括東,南,西,北等一切地點,是無邊無際的;“宙”指的是一切的時間,包括過去,現在,白天,黑夜等,是無始無終的。
在西方,宇宙這個詞在英語中叫m,univere,e;在俄語中叫к,在德語中叫m,在法語中叫m。它們都源自希臘語的μζ,古希臘人認為宇宙的創生乃是從渾沌中產生出秩序來,μζ其原意就是秩序。但在英語中更經常用來表示“宇宙”的詞是univere。此詞與univeri有關。在中世紀,人們把沿著同一方向朝同一目標共同行動的一群人稱為univeri。在最廣泛的意義上,univeri又指一切現成的東西所構成的統一整體,那就是univere,即宇宙。univere和m常常表示相同的意義,所不同的是,前者強調的是物質現象的總和,而後者則強調整體宇宙的結構或構造。
&qu;宇&qu;指空間,&qu;宙&qu;指時間.宇宙就是在空間上無邊無際,時間上無始無終的,按客觀規律運動的物質世界.
宇宙概括
宇宙是由空間、時間、物質和能量,所構成的統一體。
宇宙是萬物的總稱,是時間和空間的統一。宇宙是物質世界,不依賴於人的意誌而客觀存在,並處於不斷運動和發展中。宇宙是多樣又統一的;多樣在物質表現狀態的多樣性;統一在於其物質性。
分層次的認識宇宙
從哲學的觀點看。人們認為宇宙是無始無終,無邊無際的。不過,對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能了解和觀測的宇宙,人們把它稱為“我們的宇宙”或“總星係”。
從最新地觀測資料看。人們已觀測到地離我們最遠地星係是130億光年。也就是說。如果有一束光以每秒30萬千米地速度從該星係發出。那麼要經過130億年才能到達地球。當然也就是130億年前發出地。這130億光年地距離便是我們今天所知道地宇宙地範圍。再說得明確一些。我們今天所知道地宇宙範圍。或者說大小。是一個以地球為中心。以130億光年地距離為半徑地球形空間。當然。地球並不真地是什麼宇宙地中心。宇宙也未必是一個球體。隻是限於我們目前地觀測能力。我們隻能了解到這一程度。
在這個以130億光年為半徑地球形空間裡。目前已被人們發現和觀測到地星係大約有1250億個。而每個星係又擁有像太陽這樣地恒星幾百到幾萬億顆。因此隻要做一道簡單地數學題。你就不難了解到。在我們已經觀測到地宇宙中擁有多少星星。地球在如此浩瀚地宇宙中。真如滄海一粟。渺小得微不足道。
一直以來。天文學家和我們一樣。想知道宇宙究竟有多大。最近。美國地太空網報道。經過艱苦地計算工作。天文學家發現宇宙超乎尋常地大。其長度至少為1560億光年。“這樣一個有關宇宙大小地發現。顯然是以‘宇宙是球形地。是有限無邊地’為前提條件地。這個假設是愛因斯坦最早提出地。”中國國家天文台地研究員陳大明在接受記者專訪時說。“長期以來。宇宙學研究領域一直有這樣一個爭論。宇宙究竟是球形地、馬鞍形地、還是平坦地。”北京師範大學副教授張同傑說:“國際主流宇宙學普遍認為宇宙是平坦地。是無限地。”那麼。圍繞宇宙地爭論從何而來?理據何在?一種最為普遍地觀點:在大爆炸之後。宇宙誕生了。“根據現代宇宙學中最有影響地大爆炸學說。我們地宇宙是大約137億年前由一個非常小地點爆炸產生地。目前宇宙仍在膨脹。”陳大明研究員說。“這一學說得到大量天文觀測地證實。”這一學說認為。宇宙誕生初期。溫度非常高。隨著宇宙地膨脹。溫度開始降低。中子、質子、電子產生了。此後。這些基本粒子就形成了各種元素。這些物質微粒相互吸引、融合。形成越來越大地團塊。這些團塊又逐漸演化成星係。恒星、行星。在個彆地天體上還出現了生命現象。能夠認識宇宙地人類最終誕生了。宇宙是球形地、有限無邊地?“認為宇宙是球形地觀點在很長時間內存在著。儘管不是國際宇宙學界地主流。”陳大明介紹說。“它地每一次提出。都會引起人們地關注。就是因為這一觀點很奇特。”一個最為明顯地例子就是不久前。由美國數學家傑弗裡·威克斯構建地宇宙模型:一個大小有限、形狀如同足球地鏡子迷宮。“形如足球”地模型令科學界震驚。因為這一學說宣稱。宇宙之所以令人產生無邊無界地“錯覺”。是因為這個有限空間通過“返轉”效應無限重複映現自身。威克斯認為。人們之所以感覺宇宙是無限地。是因為宇宙就像一個鏡子迷宮。光線傳過來又傳過去。讓人們發生錯覺。誤以為宇宙在無限伸展。這一驚人推斷後來被《新科學家》雜誌收錄。同時作為一種“奇談”在民間廣為流傳著。
[編輯本段]【宇宙年齡】
宇宙年齡定義
宇宙年齡(univere。gef)宇宙從某個特定時刻到現在地時間間隔。對於某些宇宙模型。如牛頓宇宙模型、等級模型、穩恒態模型等。宇宙年齡冇有意義。在通常地演化地宇宙模型裡。宇宙年齡指宇宙標度因子為零起到現在時刻地時間間隔。通常。哈勃年齡是宇宙年齡地上限。可以作為宇宙年齡地某種度量。根據大爆炸宇宙模型推算。宇宙年齡大約200億年。
年齡推算
宇宙年齡為一百二十五億年
科學家利用望遠鏡觀察最老的星球上的鈾光譜,從而估計宇宙的年齡是一百二十五億年。科學家對宇宙以外鈾含量的研究。
科學家解釋說,這個方法和在考古學自動蛻變成為其他元素,至它本身剩下一半時所需要的時間。
科學家指出,在宇宙開始時,大爆炸也是從爆炸了的星球而來的。
因此,愈老的星球上的重元素,也會愈少,科學家認為,一些比較老的星球的重元素含量,隻有太陽,不過,釷的半衰期是一百四十億五百萬年,半衰期比較鈾-238長,因此,估計的誤差也比較大。
【宇宙的不斷膨脹】
科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸,宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂遊,由許多恒星組成的巨大的星係就是由這些物質構成的,我們的太陽就是這無數恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹,但是,科學家已發現宇宙中有一種“暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。
大爆炸後的膨脹過程是一種引力和斥力之爭,爆炸產生的動力是一種斥力,它使宇宙中的天體不斷遠離;天體間又存在萬有引力,它會阻止天體遠離,甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關,因而大爆炸後宇宙的最終歸宿是不斷膨脹,還是最終會停止膨脹並反過來收縮變小,這完全取決於宇宙中物質密度的大小。
理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小於臨界密度,宇宙就會一直膨脹下去,稱為開宇宙;要是物質的平均密度大於臨界密度,膨脹過程遲早會停下來,並隨之出現收縮,稱為閉宇宙。
問題似乎變得很簡單,但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×10^-30克/厘米3。但要測定宇宙中物質平均密度就不那麼容易了。星係間存在廣袤的星係間空間,如果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙空間,那麼,平均密度就隻有2×10^-31克/厘米3,遠遠低於上述臨界密度。
然而,種種證據表明,宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質,其數量可能遠超過可見物質,這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小於臨界密度仍是一個有爭議的問題。不過,就目前來看,開宇宙的可能性大一些。
恒星演化到晚期,會把一部分物質(氣體)拋入星際空間,而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程會使氣體越耗越少,以致最後再冇有新的恒星可以形成。10^14年後,所有恒星都會失去光輝,宇宙也就變暗。同時,恒星還會因相互作用不斷從星係逸出,星係則因損失能量而收縮,結果使中心部分生成黑洞,並通過吞食經過其附近的恒星而長大。
10^17~10^18年後,對於一個星係來說隻剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,這時,組成恒星的質子不再穩定。當宇宙到10^24歲時,質子開始衰變為光子和各種輕子。10^32歲時,這個衰變過程進行完畢,宇宙中隻剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。
10^100年後,通過蒸發作用,有能量的粒子會從巨大的黑洞中逸出,並最終完全消失,宇宙將歸於一片黑暗。這也許就是開宇宙末日到來時的景象,但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。
閉宇宙的結局又會怎樣呢?閉宇宙中,膨脹過程結束時間的早晚取決於宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍,那麼根據一種簡單的理論模型,經過400~500億年後,當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時,引力開始占上風,膨脹即告停止,而接下來宇宙便開始收縮。
以後的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束後再倒放一樣,大爆炸後宇宙中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年後,宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態,不過,原來星係遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。再過幾十億年,宇宙背景輻射會上升到400開,並繼續上升,於是,宇宙變得非常熾熱而又稠密,收縮也越來越快。
在坍縮過程中,星係會彼此並合,恒星間碰撞頻繁。一旦宇宙溫度上升到4000開,電子就從原子中遊離出來;溫度達到幾百萬度時,所有中子和質子從原子核中掙脫出來。很快,宇宙進入“大暴縮”階段,一切物質和輻射極其迅速地被吞進一個密度無限高、空間無限小的區域,回複到大爆炸發生時的狀態
[編輯本段]【宇宙起源悖論】
目前大家所熟悉的“宇宙起源理論”,如大爆炸、弦理論等都是建立在真空已經存在的基礎上的。
因為如果冇有了真空,那麼就談不上“大爆炸奇點”和“弦”了
悖論/矛盾在於:
【真空】也是宇宙的一部分
而目前的理論既然是宇宙起源理論
但又冇有談到真空的起源及組成部分
所以這是矛盾的
因此,描述目前的宇宙起源理論最好的詞語是:【星球起源理論】
出自《全集然文明檔案》
[編輯本段]【平行宇宙悖論】
平行宇宙又稱多元宇宙論,說的是:這個世界上可能不止一個宇宙,而是存在著很多不同的,平行的,互不乾涉的宇宙;而有些時候這些不同宇宙中的事物卻可以通過一定的渠道來到另外的宇宙裡。
悖論/矛盾在於:
【宇宙】這個詞語包含了:世界萬物
如果說有另外一個宇宙存在於這個世界上,
那麼宇宙這個詞語又不能包含:世界萬物
所以這是矛盾的。
其實平行宇宙/多元宇宙描述的是“不同時空”
或者說:這個宇宙可能存在不同的時空,但並不存在不同的宇宙(因為那就與宇宙的概念,產生了根本性的矛盾)
所以最準確的描述應該是:這個宇宙可能有很多平行的【時空】
出自《全集然文明檔案》
[編輯本段]【宇宙觀念的發展】
宇宙結構觀念的發展遠古時代,人們對宇宙結構的認識處於十分幼稚的狀態,他們通常按照自己的生活環境對宇宙的構造作了幼稚的推測。在中國西周時期,生活在華夏大地上的人們提出的早期蓋天說認為,天穹像一口鍋,倒扣在平坦的大地上;後來又發展為後期蓋天說,認為大地的形狀也是拱形的。公元前7世紀,巴比倫人認為,天和地都是拱形的,大地被海洋所環繞,而其中央則是高山。古埃及人把宇宙想象成以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河。古印度人想象圓盤形的大地負在幾隻大象上,而象則站在巨大的龜背上,公元前7世紀末,古希臘的泰勒斯認為,大地是浮在水麵上的巨大圓盤,上麵籠罩著拱形的天穹。也有一些人認為,地球隻是一隻龜上的一片甲板,而龜則是站在一個托著一個又一個的龜塔...
古人想象的宇宙
最早認識到大地是球形的是古希臘人。公元前6世紀,畢達哥拉斯從美學觀念出發,認為一切立體圖形中最美的是球形,主張天體和我們所居住的大地都是球形的。這一觀念為後來許多古希臘學者所繼承,但直到1519~1522年,葡萄牙的F.麥哲倫率領探險隊完成了第一次環球航行後,地球是球形的觀念才最終被證實。
公元2世紀,C.托勒密提出了一個完整的地心說。這一學說認為地球在宇宙的中央安然不動,月亮、太陽和諸行星以及最外層的恒星天都在以不同速度繞著地球旋轉。為了說明行星運動的不均勻性,他還認為行星在本輪上繞其中心轉動,而本輪中心則沿均輪繞地球轉動。地心說曾在歐洲流傳了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科學的日心說,認為太陽位於宇宙中心,而地球則是一顆沿圓軌道繞太陽公轉的普通行星。到16世紀哥白尼建立日心說後才普遍認識到:地球是繞太陽公轉的行星之一,而包括地球在內的八大行星則構成了一個圍繞太陽旋轉的行星係──太陽係的主要成員。1609年,J.開普勒揭示了地球和諸行星都在橢圓軌道上繞太陽公轉,發展了哥白尼的日心說,同年,伽利略·伽利雷則率先用望遠鏡觀測天空,用大量觀測事實證實了日心說的正確性。1687年,I.牛頓提出了萬有引力定律,深刻揭示了行星繞太陽運動的力學原因,使日心說有了牢固的力學基礎。在這以後,人們逐漸建立起了科學的太陽係概念。
在哥白尼的宇宙圖像中,恒星隻是位於最外層恒星天上的光點。1584年,喬爾丹諾·布魯諾大膽取消了這層恒星天,認為恒星都是遙遠的太陽。18世紀上半葉,由於E.哈雷對恒星自行的發展和J.布拉得雷對恒星遙遠距離的科學估計,布魯諾的推測得到了越來越多人的讚同。18世紀中葉,T.賴特、I.康德和J.H.朗伯推測說,布滿全天的恒星和銀河構成了一個巨大的天體係統。弗裡德裡希·威廉·赫歇爾首創用取樣統計的方法,用望遠鏡數出了天空中大量選定區域的星數以及亮星與暗星的比例,1785年首先獲得了一幅扁而平、輪廓參差、太陽居中的銀河係結構圖,從而奠定了銀河係概念的基礎。在此後一個半世紀中,H.沙普利發現了太陽不在銀河係中心、J.H.奧爾特發現了銀河係的自轉和旋臂,以及許多人對銀河係直徑、厚度的測定,科學的銀河係概念才最終確立。
18世紀中葉,康德等人還提出,在整個宇宙中,存在著無數像我們的天體係統那樣的天體係統。而當時看去呈雲霧狀的“星雲”很可能正是這樣的天體係統。此後經曆了長達170年的曲折的探索曆程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父視差法測仙女座大星雲等的距離確認了河外星係的存在。
近半個世紀,人們通過對河外星係的研究,不僅已發現了星係團、超星係團等更高層次的天體係統,而且已使我們的視野擴展到遠達200億光年的宇宙深處。
宇宙演化觀念的發展在中國,早在西漢時期,《淮南子·俶真訓》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,認為世界有它的開辟之時,有它的開辟以前的時期,也有它的開辟以前的以前的時期。《淮南子·天文訓》中還具體勾畫了世界從無形的物質狀態到渾沌狀態再到天地萬物生成演變的過程。在古希臘,也存在著類似的見解。例如留基伯就提出,由於原子在空虛的空間中作旋渦運動,結果輕的物質逃逸到外部的虛空,而其餘的物質則構成了球形的天體,從而形成了我們的世界。
太陽係概念確立以後,人們開始從科學的角度來探討太陽係的起源。1644年,R.笛卡爾提出了太陽係起源的旋渦說;1745年,G.L.L.布豐提出了一個因大彗星與太陽掠碰導致形成行星係統的太陽係起源說;1755年和1796年,康德和拉普拉斯則各自提出了太陽係起源的星雲說。現代探討太陽係起源z的新星雲說正是在康德-拉普拉斯星雲說的基礎上發展起來。
1911年,E.赫茨普龍建立了第一幅銀河星團的顏色星等圖;1913年,伯特蘭&m;m;#8226;阿瑟&m;m;#8226;威廉&m;m;#8226;羅素則繪出了恒星的光譜-光度圖,即赫羅圖。羅素在獲得此圖後便提出了一個恒星從紅巨星開始,先收縮進入主序,後沿主序下滑,最終成為紅矮星的恒星演化學說。1924年,亞瑟·斯坦利·愛丁頓提出了恒星的質光關係;1937~1939年,C.F.魏茨澤克和貝特揭示了恒星的能源來自於氫聚變為氦的原子核反應。這兩個發現導致了羅素理論被否定,並導致了科學的恒星演化理論的誕生。對於星係起源的研究,起步較遲,目前普遍認為,它是我們的宇宙開始形成的後期由原星係演化而來的。
1917年,A.阿爾伯特·愛因斯坦運用他剛創立的廣義相對論建立了一個“靜態、有限、無界”的宇宙模型,奠定了現代宇宙學的基礎。1922年,G.D.弗裡德曼發現,根據阿爾伯特·愛因斯坦的場方程,宇宙不一定是靜態的,它可以是膨脹的,也可以是振蕩的。前者對應於開放的宇宙,後者對應於閉合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一個膨脹宇宙模型.1929年哈勃發現了星係紅移與它的距離成正比,建立了著名的哈勃定律。這一發現是對膨脹宇宙模型的有力支持。20世紀中葉,G.伽莫夫等人提出了熱大爆炸宇宙模型,他們還預言,根據這一模型,應能觀測到宇宙空間目前殘存著溫度很低的背景輻射。1965年微波背景輻射的發現證實了伽莫夫等人的預言。從此,許多人把大爆炸宇宙模型看成標準宇宙模型。1980年,美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數重要觀測事實。
宇宙圖景當代天文學的研究成果表明,宇宙是有層次結構的、像布一樣的、不斷膨脹、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體係統。
層次結構行星是最基本的天體係統。太陽係中共有八顆行星:水星金星地球火星木星土星天王星海王星。(冥王星目前以被從行星裡開除,降為矮行星)。除水星和金星外,其他行星都有衛星繞其運轉,地球有一個衛星月球,土星的衛星最多,已確認的有26顆。行星小行星彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉,構成太陽係。太陽占太陽係總質量的99.86%,其直徑約140萬千米,最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽係的大小約120億千米(以冥王星作邊界)。有證據表明,太陽係外也存在其他行星係統。2500億顆類似太陽的恒星和星際物質構成更巨大的天體係統——銀河係。銀河係中大部分恒星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內,從側麵看很像一個“鐵餅”,正麵看去熢虺市渦狀。銀河係的直徑約10萬光年,太陽位於銀河係的一個旋臂中,距銀心約3萬光年。銀河係外還有許多類似的天體係統,稱為河外星係,常簡稱星係。現已觀測到大約有10億個。星係也聚集成大大小小的集團,叫星係團。平均而言,每個星係團約有百餘個星係,直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星係團。包括銀河係在內約40個星係構成的一個小星係團叫本星係群。若乾星係團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體係統叫超星係團。超星係團往往具有扁長的外形,其長徑可達數億光年。通常超星係團內隻含有幾個星係團,隻有少數超星係團擁有幾十個星係團。本星係群和其附近的約50個星係團構成的超星係團叫做本超星係團。目前天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間,它稱為總星係。
[編輯本段]宇宙的起源
[編輯本段]【宇宙的創生】
1.有些宇宙學家認為,暴漲模型最徹底的改革也許是觀測宇宙中所有的物質和能量從無中產生的觀點,這種觀點之所以在以前不能為人們接受,是因為存在著許多守恒定律,特彆是重子數守恒和能量守恒。但隨著大統一理論的發展,重子數有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地說是負的,並精確地抵消非引力能,總能量為零。因此就不存在已知的守恒律阻止觀測宇宙從無中演化出來的問題。這種“無中生有”的觀點在哲學上包括兩個方麵:①本體論方麵。如果認為“無”是絕對的虛無,則是錯誤的。這不僅違反了人類已知的科學實踐,而且也違反了暴漲模型本身。按照該模型,我們所研究的觀測宇宙僅僅是整個暴漲區域的很小的一部分,在觀測宇宙之外並不是絕對的“無”。現在觀測宇宙的物質是從假真空狀態釋放出來的能量轉化而來的,這種真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式,並不是創生於絕對的“無”。如果進一步說這種真空能起源於“無”,因而整個觀測宇宙歸根到底起源於“無”,那麼這個“無”也隻能是一種未知的物質和能量形式。②認識論和方法論方麵。暴漲模型所涉及的宇宙概念是自然科學的宇宙概念。這個宇宙不論多麼巨大,作為一個有限的物質體係,也有其產生、發展和滅亡的曆史。暴漲模型把傳統的大爆炸宇宙學與大統一理論結合起來,認為觀測宇宙中的物質與能量形式不是永恒的,應研究它們的起源。它把“無”作為一種未知的物質和能量形式,把“無”和“有”作為一對邏輯範疇,探討我們的宇宙如何從“無”——未知的物質和能量形式,轉化為“有”——已知的物質和能量形式,這在認識論和方法論上有一定意義。
2.宇宙是如何起源的?空間和時間的本質是什麼?這是從2000多年前的古代哲學家到現代天文學家一直都在苦苦思索的問題。經過了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽係、銀河係、河外星係的探索宇宙三部曲,宇宙學已經不再是幽深玄奧的抽象哲學思辯,而是建立在天文觀測和物理實驗基礎上的一門現代科學。
目前學術界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時數學家勒梅特提出的,他認為最初宇宙的物質集中在一個超原子的“宇宙蛋”裡,在一次無與倫比的大爆炸中分裂成無數碎片,形成了今天的宇宙。1948年,俄裔美籍物理學家伽莫夫等人,又詳細勾畫出宇宙由一個致密熾熱的奇點於150億年前一次大爆炸後,經一係列元素演化到最後形成星球、星係的整個膨脹演化過程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。
宏觀宇宙是相對無限延伸的。“大爆炸宇宙論”關於宇宙當初僅僅是一個點,而它周圍卻是一片空白,即將人類至今還不能確定範圍也無法計算質量的宇宙壓縮在一個極小空間內的假設隻是一種臆測。況且從能量與質量的正比關係考慮,一個小點無緣無故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來呢?
人類把地球繞太陽轉一圈確定為衡量時間的標準——年。但宇宙中所有天體的運動速度都是不同的,在宇宙範圍,時間冇有衡量標準。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙範圍就冇有任何意義。既然年的概念對宇宙而言並不存在,大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢?
1929年,美國天文學家哈勃提出了星係的紅移量與星係間的距離成正比的哈勃定律,並推導出星係都在互相遠離的宇宙膨脹說。哈勃定律隻是說明了距離地球越遠的星係運動速度越快--星係紅移量與星係距離呈正比關係。但他冇能發現很重要的另一點--星係紅移量與星係質量也呈正比關係。
宇宙中星係間距離非常非常遙遠,光線傳播因空間物質的吸收、阻擋會逐漸減弱,那些運動速度越快的星係就是質量越大的星係。質量大,能量輻射就強,因此我們觀察到的紅移量極大的星係,當然是質量極大的星係。這就是被稱作“類星體”的遙遠星係因質量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質量小、能量輻射弱的星係(除極少數距銀河係很近的星係,如大、小麥哲倫星係外)則很難觀察到,於是我們現在看到的星係大多呈紅移。而銀河係內的恒星由於距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的紅移紫移數量大致相等。
導致星係紅移多紫移少的另一原因是:宇宙中的物質結構都是在一定範圍內圍繞一個中心按圓形軌跡運動的,不是像大爆炸宇宙論描述的從一個中心向四周作放射狀的直線運動。因此,從地球看到的紫移星係範圍很窄,數量極少,隻能是與銀河係同一方向運動的,前方比銀河係小的星係;後方比銀河係大的星係。隻有將來研製出更高分辨程度的天文觀測儀器才能看到更多的紫移星係。
宇宙中的物質分布出現不平衡時,局部物質結構會不斷發生膨脹和收縮變化,但宇宙整體結構相對平衡的狀態不會改變。僅憑從地球角度觀測到的部分(不是全部)可見星係與地球之間距離的遠近變化,不能說明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現象並不說明海水總量是在增加或減少一樣。
1994年,美國卡內基研究所的弗裡德曼等人,用估計宇宙膨脹速率的辦法計算宇宙年齡時,得出一個80~120億年的年齡計算值。然而根據對恒星光譜的分析,宇宙中最古老的恒星年齡為140~160億年。恒星的年齡倒比宇宙的年齡大。
1964年,美國工程師彭齊亞斯和威爾遜探測到的微波背景輻射,是因為布滿宇宙空間的各種物質相互之間能量傳遞產生的效果。宇宙中的物質輻射是時刻存在的,3或5的溫度值也隻是人類根據自己判斷設計的一種衡量標準。這種能量輻射現象隻能說明宇宙中的物質由於引力作用,在大尺度空間整體分布的相對均勻性和星際空間裡確實存在大量我們目前還觀測不到的“暗物質”。
至於大爆炸宇宙論中的氦豐度問題,氦元素原本就是宇宙中存在的僅次於氫元素的數量極豐富的原子結構,它在空間的百分比含量和其它元素的百分比含量同樣都屬於物質結構分布規律中很平常的物理現象。在宇宙大尺度範圍中,不僅氦元素的豐度相似,其餘的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且,各種元素是隨不同的溫度、環境而不斷互相變換的,並不是始終保持一副麵孔,所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯係。
大爆炸宇宙論麵臨的難題還有,如果宇宙無限膨脹下去,最後的結局如何呢?德國物理學家克勞修斯指出,能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過程,適用於宇宙間的一切能量形式和一切事件,在任何給定物體中有一個基於其總能量與溫度之比的物理量,他把這個物理量取名為“熵”,孤立係統中的“熵”永遠趨於增大。但在宇宙中總會有高“熵”和低“熵”的區域,不可能出現絕對均勻的狀態。所以,那種認為由於“熵”水平的不斷升高而達到最大值時,宇宙就會進入一片死寂的永恒狀態,最終“熱寂”而亡的結局,是把我們現在可觀測到的一部分宇宙範圍當作整個宇宙的誤識。
根據天文觀測資料和物理理論描述宇宙的具體形態,星係的形態特征對研究宇宙結構至關重要,從星係的運動規律可以推斷整個宇宙的結構形態。而星係共有的圓形旋渦結構就是整個宇宙的縮影,那些橢圓、棒旋等不同的星係形態隻是因為星係年齡和觀測角度不同而產生的視覺效果。
奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質運動形式。這種螺旋現象對於認識宇宙形態有著重要的啟迪作用,大至旋渦星係,小至DNA分子,都是在這種螺旋線中產生。大自然並不認可筆直的形式,自然界所有物質的基本結構都是曲線運動方式的圓環形狀。從原子、分子到星球、星係直到星係團、超星係團無一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一個大旋渦。因此,確立一個“螺旋運動形態宇宙模型”,比那種作為所有物質總和的“宇宙”卻脫離曲線運動模式而獨辟蹊徑,以直線運動方式從一個中心向四麵八方無限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能體現真實的宇宙結構形態。
[編輯本段]【時空起源】
有些人認為,時間和空間不是永恒的,而是從冇有時間和冇有空間的狀態產生的。根據現有的物理理論,在小於10-43秒和10-33厘米的範圍內,就冇有一個“鐘”和一把“尺子”能加以測量,因此時間和空間概念失效了,是一個冇有時間和空間的物理世界。這種觀點提出已知的時空形式有其適用的界限是完全正確的。正像曆史上的牛頓時空觀發展到相對論時空觀那樣,今天隨著科學實踐的發展也必然要求建立新的時空觀。由於在大爆炸後10-43秒以內,廣義相對論失效,必須考慮引力的量子效應,因此有些人試圖通過時空的量子化的途徑來探討已知的時空形式的起源。這些工作都是有益的,但我們決不能因為人類時空觀念的發展或者在現有的科學技術水平上無法度量新的時空形式,而否定作為物質存在形式的時間、空間的客觀存在。
人和宇宙從20世紀60年代開始,由於人擇原理的提出和討論,出現了人類存在和宇宙產生的關係問題。人擇原理認為,可能存在許多具有不同物理參數和初始條件的宇宙,但隻有物理參數和初始條件取特定值的宇宙才能演化出人類,因此我們隻能看到一種允許人類存在的宇宙。人擇原理用人類的存在去約束過去可能有的初始條件和物理定律,減少它們的任意性,使一些宇宙學現象得到解釋,這在科學方法論上有一定的意義。但有人提出,宇宙的產生依賴於作為觀測者的人類的存在。這種觀點值得商榷。現在根據暴漲模型,那些被傳統大爆炸模型作為初始條件的狀態,有可能從極早期宇宙的演化中產生出來,而且宇宙的演化幾乎變得與初始條件的一些細節無關。這樣就使上述那種利用初始條件的困難來否定宇宙客觀實在性的觀點失去了基礎。但有些人認為,由於暴漲引起的巨大距離尺度,使得從整體上去觀測宇宙的結構成為不可能。這種擔心有其理由,但如果暴漲模型正確的話,隨著科學實踐的發展,一定有可能突破人類認識上的困難。
[編輯本段]【宇宙物質多樣性】
太陽係天體中,水星、金星表麵溫度約達700,金星表麵籠罩著濃密的二氧化碳大氣和硫酸雲霧,氣壓約50個大氣壓,水星、火星表麵大氣卻極其稀薄,水星的大氣壓甚至小於2×10-9毫巴;類地行星都有一個固體表麵,類木行星卻是一個流體行星;土星的平均密度為0.70克/立方厘米,比水的密度還小,木星、天王星、海王星的平均密度略大於水的密度,而水星、金星、地球等的密度則達到水的密度的5倍以上;多數行星都是順向自轉,而金星是逆向自轉;地球表麵生機盎然,其他行星則是空寂荒涼的世界。
太陽在恒星世界中是顆普遍而又典型的恒星。已經發現,有些紅巨星的直徑為太陽直徑的幾千倍。中子星直徑隻有太陽的幾萬分之一;超巨星的光度高達太陽光度的數百萬倍,白矮星光度卻不到太陽的幾十萬分之一。紅超巨星的物質密度小到隻有水的密度的百萬分之一,而白矮星、中子星的密度分彆可高達水的密度的十萬倍和百萬億倍。太陽的表麵溫度約為6000,型星表麵溫度達30000,而紅外星的表麵溫度隻有約600。太陽的普遍磁場強度平均為1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁場通常為幾千、幾萬高斯(1高斯=10-4特斯拉),而脈衝星的磁場強度可高達十萬億高斯。有些恒星光度基本不變,有些恒星光度在不斷變化,稱變星。有的變星光度變化是有周期的,周期從1小時到幾百天不等。有些變星的光度變化是突發性的,其中變化最劇烈的是新星和超新星,在幾天內,其光度可增加幾萬倍甚至上億倍。
恒星在空間常常聚集成雙星或三五成群的聚星,它們可能占恒星總數的1/3。也有由幾十、幾百乃至幾十萬個恒星聚在一起的星團。宇宙物質除了以密集形式形成恒星、行星等之外,還以彌漫的形式形成星際物質。星際物質包括星際氣體和塵埃,平均每立方厘米隻有一個原子,其中高度密集的地方形成形狀各異的各種星雲。宇宙中除發出可見光的恒星、星雲等天體外,還存在紫外天體、紅外天體、射線源、γ射線源以及射電源。
星係按形態可分為橢圓星係、旋渦星係、棒旋星係、透鏡星係和不規則星係等類型。60年代又發現許多正在經曆著爆炸過程或正在拋射巨量物質的河外天體,統稱為活動星係,其中包括各種射電星係、塞佛特星係、N型星係、馬卡良星係、蠍虎座BL型天體,以及類星體等等。許多星係核有規模巨大的活動:速度達幾千千米/秒的氣流,總能量達1055焦耳的能量輸出,規模巨大的物質和粒子拋射,強烈的光變等等。在宇宙中有種種極端物理狀態:超高溫、超高壓、超高密、超真空、超強磁場、超高速運動、超高速自轉、超大尺度時間和空間、超流、超導等。為我們認識客觀物質世界提供了理想的實驗環境。
[編輯本段]【運動和發展】
宇宙天體處於永恒的運動和發展之中,天體的運動形式多種多樣,例如自轉、各自的空間運動、繞係統中心的公轉以及參與整個天體係統的運動等。月球一方麵自轉一方麵圍繞地球運轉,同時又跟隨地球一起圍繞太陽運轉。太陽一方麵自轉,一方麵又向著武仙座方向以20千米/秒的速度運動,同時又帶著整個太陽係以250千米/秒的速度繞銀河係中心運轉,運轉一周約需2.2億年。銀河係也在自轉,同時也有相對於鄰近的星係的運動。本超星係團也可能在膨脹和自轉。總星係也在膨脹。
現代天文學已經揭示了天體的起源和演化的曆程。當代關於太陽係起源學說認為,太陽係很可能是50億年前銀河係中的一團塵埃氣體雲由於引力收縮而逐漸形成的(見太陽係起源)。恒星是由星雲產生的,它的一生經曆了引力收縮階段、主序階段、紅巨星階段、晚期階段和臨終階段。星係的起源和宇宙起源密切相關,流行的看法是:在宇宙發生熱大爆炸後40萬年,溫度降到4000,宇宙從輻射為主時期轉化為物質為主時期,這時或由於密度漲落形成的引力不穩定性,或由於宇宙湍流的作用而逐步形成原星係,然後再演化為星係團和星係。熱大爆炸宇宙模型描繪了我們的宇宙的起源和演化史:我們的宇宙起源於200億年前的一次大爆炸,當時溫度極高、密度極大。隨著宇宙的膨脹,它經曆了從熱到冷、從密到稀、從輻射為主時期到物質為主時期的演變過程,直至10~20億年前,才進入大規模形成星係的階段,此後逐漸形成了我們當今看到的宇宙。1980年提出的暴漲宇宙模型則是熱大爆炸宇宙模型的補充。它認為在宇宙極早期,在我們的宇宙誕生後約10-36秒的時候,它曾經曆了一個暴漲階段。
[編輯本段]【宇宙是否有限】
我們的先輩們曾認為宇宙是範圍並不很大的球狀天體,其中包含著地球以及其他一些形體較小的發光體。直至公元1700年以前,這種理論在天文學界一直占據主導地位。即使在哥白尼發現地球並非宇宙的中心之後,人們仍持同樣的觀點,隻是把“宇宙主宰”這一光環又贈給了太陽而已,而宇宙的基本定義仍未得到根本上的改變。天空仍舊是天上的“球”,裡麵有許多星星,不過,它包括的主體是太陽,相比之下,地球要遜色得多。
托勒密的“地心說”體係
哥白尼的“日心說”體係
開普勒的橢圓型軌道的思想廢除了星體是“透明的球體”這一謬論,但是卻仍然保留了星體是“最外層天體球”這一說法。感謝卡西尼的研究成果,他揭開了太陽係的真實麵目,從而證明了太陽係比人們想象的要大得多,而這也隻是將人們腦海中宇宙的邊界擴大了而已。
直至哈雷於1718年發現了恒星也是運動著的球體這一事實後,天文學家們才開始重新認真地認識宇宙。當然,即使所有星體都在移動,宇宙仍有可能是有限的,而所有的星體也都有可能在進行著極其緩慢的移動。但是為什麼有的星體的運動速度之快足以被人們觀察到,而正是這些星體才能發出比較明亮的光線呢?
關於這一問題,存在這樣一種可能,即某個星體由於具有較大的形體,從而能放射出比較明亮的光線,同時由於其體積較大,造成宇宙對它的束縛產生了困難,從而導致了它的移動。當然,這隻是一種特定的假設,但這種全新的設想對於解開有關謎團是具有創造性意義的——即使其很難在實驗室條件下得到驗證,或根本無法解決任何問題。
另一方麵,有些星球與地球間的距離有可能相對來說比較近,因此看上去就可能顯得比較亮一些。再者,如果所有星球移動的速度是相同的,那麼距地球越近,往往就顯得運動得更快一些。這一點與實驗室條件下的實驗結果是相符的。這一現象是以解釋運動越快的星體其亮度越高的原因。那相對比較昏暗的星球其實也處於運動狀態,但由於它與地球間距離實在太遙遠了,因此即使經過幾個世紀的觀測也無法察覺到它的位置的變化,但這一變化卻有可能在數千年的過程中被觀測到,這的確需要人們一代一代不懈的努力。
如果各個星體與太陽係間的距離各不相同,那麼宇宙就應該是無限的,而眾多的星球則會像蜂群一樣遍布於宇宙的各個角落。直至1718年,人們才意識到這一點而摒棄了宇宙有限論,從此,一幅廣闊無垠而壯麗非常的宇宙畫卷終於展現在人們的眼前。
[編輯本段]【宇宙有中心嗎?】
太陽是太陽係的中心,太陽係中所有的行星都繞著太陽旋轉。銀河也有中心,它周圍所有的恒星也都繞著銀河係的中心旋轉。那麼宇宙有中心嗎?一個讓所有的星係包圍在中間的中心點?
看起來應該存在這樣的中心,但是實際上它並不存在。因為宇宙的膨脹一般不發生在三維空間內,而是發生在四維空間內的,它不僅包括普通三維空間(長度、寬度和高度),還包括第四維空間——時間。描述四維空間的膨脹是非常困難的,但是我們也許可以通過推斷氣球的膨脹來解釋它。
我們可以假設宇宙是一個正在膨脹的氣球,而星係是氣球表麵上的點,我們就住在這些點上。我們還可以假設星係不會離開氣球的表麵,隻能沿著表麵移動而不能進入氣球內部或向外運動,在某種意義上可以說我們把自己描述為一個二維空間的人。
如果宇宙不斷膨脹,也就是說氣球的表麵不斷地向外膨脹,則表麵上的每個點彼此離得越來越遠。其中,某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行,而且離得越遠的點退行速度越快。
現在,假設我們要尋找氣球表麵上的點開始退行的地方,那麼我們就會發現它已經不在氣球表麵上的二維空間內了。氣球的膨脹實際上是從內部的中心開始的,是在三維空間內的,而我們是在二維空間上,所以我們不可能探測到三維空間內的事物。同樣的,宇宙的膨脹不是在三維空間內開始的,而我們隻能在宇宙的三維空間內運動。宇宙開始膨脹的地方是在過去的某個時間,即億萬年以前,雖然我們可以看到,可以獲得有關的信息,而我們卻無法回到那個時候。
【銀河係ilyWygly】://2./i/u=3423218125,3357667267&m;m;fm=3&m;m;g=1.jg
『概述』
銀河係是地球和太陽所屬的星係。因其主體部分投影在天球上的亮帶被我國稱為銀河而得名。銀河係約有2000多億個恒星。銀河係側看像一個中心略鼓的大圓盤,整個圓盤的直徑約為10萬光年,太陽位於據銀河中心2.3萬光年處。鼓起處為銀心是恒心密集區,故望去白茫茫的一片。銀河係俯視像一個巨大的漩渦這個漩渦有四個旋臂組成。太陽係位於其中一個旋臂(獵戶座臂),逆時針旋轉(太陽繞銀心旋轉一周需要2.5億年)。
銀河係呈旋渦狀,有4條螺旋狀的旋臂從銀河係中心均勻對稱地延伸出來。銀河係中心和4條旋臂都是恒星密集的地方。從遠處看,銀河係像一個體育鍛煉用的大鐵餅,大鐵餅的直徑有10萬光年,相當於946080000億公裡。中間最厚的部分約12000光年。太陽位於一條叫做獵戶臂的旋臂上,距離銀河係中心約2.3萬光年。
銀河係的發現經曆了漫長的過程。望遠鏡發明後,伽利略首先用望遠鏡觀測銀河,發現銀河由恒星組成。而後,T.賴特、I.康德、J.H.朗伯等認為,銀河和全部恒星可能集合成一個巨大的恒星係統。18世紀後期,F.W.赫歇爾用自製的反射望遠鏡開始恒星計數的觀測,以確定恒星係統的結構和大小,他斷言恒星係統呈扁盤狀,太陽離盤中心不遠。他去世後,其子J.F.赫歇爾繼承父業,繼續進行深入研究,把恒星計數的工作擴展到南天。20世紀初,天文學家把以銀河為表觀現象的恒星係統稱為銀河係。J.C.卡普坦應用統計視差的方法測定恒星的平均距離,結合恒星計數,得出了一個銀河係模型。在這個模型裡,太陽居中,銀河係呈圓盤狀,直徑8千秒差距,厚2千秒差距。H.沙普利應用造父變星的周光關係,測定球狀星團的距離,從球狀星團的分布來研究銀河係的結構和大小。他提出的模型是:銀河係是一個透鏡狀的恒星係統,太陽不在中心。沙普利得出,銀河係直徑80千秒差距,太陽離銀心20千秒差距。這些數值太大,因為沙普利在計算距離時未計入星際消光。20世紀20年代,銀河係自轉被發現以後,沙普利的銀河係模型得到公認。
銀河係是一個巨型旋渦星係,b型,共有4條旋臂。包含一、二千億顆恒星。銀河係整體作較差自轉,太陽處自轉速度約220千米/秒,太陽繞銀心運轉一周約2.5億年。銀河係的目視絕對星等為-20.5等,銀河係的總質量大約是我們太陽質量的1萬億倍,大致10倍於銀河係全部恒星質量的總和。這是我們銀河係中存在範圍遠遠超出明亮恒星盤的暗物質的強有力證據。關於銀河係的年齡,目前占主流的觀點認為,銀河係在宇宙誕生的大爆炸之後不久就誕生了,用這種方法計算出,我們銀河係的年齡大概在145億歲左右,上下誤差各有20多億年。而科學界認為宇宙誕生的“大爆炸”大約發生200億年前。
特征
『宇宙時間表』
一般認為,宇宙產生於150億年前一次大爆炸中。大爆炸後30萬年,最初的物質漣漪出現。大爆炸後20億~30億年,類星體逐漸形成。大爆炸後100億年,太陽誕生。38億年前地球上的生命開始逐漸演化。
『宇宙及其組成和結構』://1./i/u=2555518516,522547472&m;m;fm=3&m;m;g=31.jg
宇宙是有限的還是無限的?有冇有中心有冇有邊?有冇有生老病死有冇有年齡?&qu;這些恐怕是自從有人類的活動以來一直被關心的問題。為了有一個更清楚的答案,先看看它的組成和結構。
行星
我們居住的地球是太陽係的一顆大行星。太陽係一共有八顆大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。除了大行星以外,還有60多顆衛星、為數眾多的小行星、難以計數的彗星和流星體等。他們都是離我們地球較近的,是人們了解的較多的天體。那麼,除了這些以外,茫茫宇宙空間還有一些什麼呢?
恒星和星雲
晴夜,我們用肉眼可以看到許多閃閃發光的星星,他們絕大多數是恒星,恒星就是象太陽一樣本身能發光發熱的星球。我們銀河係內就有1000多億顆恒星。恒星常常愛好&qu;群居&qu;,有許多是&qu;成雙成對&qu;地緊密靠在一起的,按照一定的規律互相繞轉著,這稱為雙星。還有一些是3顆、4顆或更多顆恒星聚在一起,稱為聚星。如果是十顆以上,甚至成千上萬顆星聚在一起,形成一團星,這就是星團。銀河係裡就發現1000多個這樣的星團。
銀河係及河外星係
隨著測距能力的逐步提高,人們逐漸在越來越大的尺度上對宇宙的結構建立了立體的觀念。這裡第一個重要的發展,是認識了銀河。它包含兩重含義,一是了解了銀河的形狀,二是認識了河外天體的存在。
星係團
當我們把觀測的尺度再放大,宇宙可看成由大量星係構成的&qu;介質&qu;,而恒星隻是星係內部細致結構的表現。這樣,為了了解宇宙結構,需關心星係在空間的分布規律。
大尺度結構
今天人們把10以上的結構稱為宇宙的大尺度結構(目前觀測到的宇宙的大小是104)。至今大尺度上的觀測事實遠不是十分明確的。有趣的是,有跡象表明,星係在大尺度上的分布呈泡沫狀。即有許多看不到星係的&qu;空洞&qu;區,而星係聚集在空洞的壁上,呈纖維狀或片狀結構。這一層次的結構叫超星係團。它的典型尺度為幾十兆秒差距。
總之,若把星係看成宇宙物質的基本單元,那麼星係的分布狀況就是宇宙結構的表現。現在看來,直至50的尺度為止,星係的分布呈現有層次的結構。這就是我們對宇宙麵貌的基本認識。
不過目前也有理論認為宇宙就是一個封閉的空間,且其引力大到冇有任何速度可以衝出這個空間,而這個空間以外是什麼樣子,誰也無法回答,甚至無法想象。
[編輯本段]【哲學分析宇宙概念】
有些宇宙學家認為,我們的宇宙是唯一的宇宙;大爆炸不是在宇宙空間的哪一點爆炸,而是整個宇宙自身的爆炸。但是,新提出的暴漲模型表明,我們的宇宙僅是整個暴漲區域的非常小的一部分,暴漲後的區域尺度要大於1026厘米,而那時我們的宇宙隻有10厘米。還有可能這個暴漲區域是一個更大的始於無規則混沌狀態的物質體係的一部分。這種情況恰如科學史上人類的認識從太陽係宇宙擴展到星係宇宙,再擴展到大尺度宇宙那樣,今天的科學又正在努力把人類的認識進一步向某種探索中的“暴漲宇宙”、“無規則的混沌宇宙”推移。我們的宇宙不是唯一的宇宙,而是某種更大的物質體係的一部分,大爆炸不是整個宇宙自身的爆炸,而是那個更大物質體係的一部分的爆炸。因此,有必要區分哲學和自然科學兩個不同層次的宇宙概念。哲學宇宙概念所反映的是無限多樣、永恒發展的物質世界;自然科學宇宙概念所涉及的則是人類在一定時代觀測所及的最大天體係統。兩種宇宙概念之間的關係是一般和個彆的關係。隨著自然科學宇宙概念的發展,人們將逐步深化和接近對無限宇宙的認識。弄清兩種宇宙概念的區彆和聯係,對於堅持馬克思主義的宇宙無限論,反對宇宙有限論、神創論、機械論、不可知論、哲學代替論和取消論,都有積極意義。
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