外太空为何是冰冷的呢?
很多人都有这样的疑问,太阳光跨越1.5亿公里的距离来到地球表面,让地球保持一个稳定的温度范围、有稳定液态水的存在,因此地球上才会有生命的诞生以及文明的发展。但太空中确是黑暗寒冷的,这个热量是如何传递到地球之上的哪?
宇宙中最常见的天体就是恒星了,每天晚上仰望星空看到的99%以上的星星都是银河系内我们附近的恒星,只有少数几颗是太阳系内的行星。仅仅在银河系内就包含着2000多亿颗恒星,因为内核处在自身的引力塌陷作用下发生核聚变,以光和热的形式释放出能量,传递到宇宙空间中,但真正接收到这些辐射能量的仅仅是距离恒星较近的天体,太阳系内最典型的就是地球了。而木星距离太阳大约5.97亿个天文单位,但其表面温度就低至零下170摄氏度。
距离恒星越远接收到的太阳辐射能就越少了,那么天体表面上的温度就会越低。但终归是高于宇宙空间温度的,这就是很多人好奇的地方,为什么光线穿过外太空加热了地球,而外太空依然是寒冷和黑暗的哪?
实际上道理非常简单,从其名字就可以看出来了,本质上就是因为“太空”,宇宙空间中几乎是接近于绝对真空的,既然没有物质自然就不会被加热。物体的温度从微观角度来看,就是分子的热运动剧烈程度,运动的越剧烈温度就越高,但是太空中根本没有物质的存在,是无法吸收光子升温的。
任何物体只要温度低于周围环境,那么就会自然的辐射出能量,向周围环境中传递,热传递主要有三种基本形式:热传导、热辐射和热对流,其中太阳光携带能量在太空中不存在热传导和热对流,只存在热辐射。这种方式可以不通过接触就可以跨越宇宙空间进行热量传递。因此大多数恒星都以光辐射的方式在传递着它的热量,而太空中接近于绝对真空,光在其中过既不被吸收也会少传递热量,因此太空就是寒冷黑暗的。
就是因为太空接近于绝对真空无法吸收热量,即使宇宙中有着数不胜数的恒星,它们的光线时刻穿梭在宇宙空间中,但太空的温度依然很低寒冷黑暗,最后这些光跨越时空来到其它天体表面,例如太阳光就跨越了1.5亿公里的距离来到地球,通过热辐射来给地球加热。
当宇航员进入外太空需要穿上宇航服,这些服装可以用来保温,虽然太空中的温度非常低,接近于绝对零度,但实际在外太空失去温度是挺难得的一件事情,因为三种热的传递方式只有热辐射在起作用,因此整体来说降温的速度会有一些慢,只能慢慢的向外太空辐射自己的热量。要记住一个概念,说温度都是在说某个物体,“真空的温度”没有这样的概念。
外太空即使每天阳光穿梭,但接近真空自然也就不会吸收太阳光的辐射能了。
外层空间之所以这么冷,是因为外层空间就像一个巨大的热水瓶,一个完美的绝缘体,所以空间中气体分子太少,距离太远,无法碰撞。
因为它离太阳比较远,甚至有部分的地方是没有阳光照射的,所以会出现常年处于极寒的天气之下。
宇宙是一片光亮与黑暗并存的神秘世界,人类对这片神秘世界从未停止过探索,因为宇宙的神奇与未知时刻在吸引着人类,随着科技的进步,人类已经对宇宙越来越了解,但是很多人都会好奇,宇宙中拥有无数恒星,它们都在向宇宙空间释放着无尽的热量,但是为什么宇宙空间还是那么冷呢,以至于宇航员必须身穿厚厚的宇航服才能保温就拿我们的太阳来说,太阳非常热,但是太阳周围宇宙空间却很冷,这是因为宇宙空间几乎是真空,很少有物质会存储太阳的辐射热能,而且太空中能存储热能的物质也非常稀疏,根本不能够将宇宙空间加热,所以宇宙空间热不起来
宇宙为什么那么荒凉?
如果问题中的“荒凉”一词指的是“物质和能量稀少,生命和文明罕见”,那么我们的宇宙中的确如此。根据现有数据,宇宙的平均密度仅为1*10^-28 千克/立方米,大概相当于平均每6立方米的空间中只有一个质子或中子。
极低的平均密度缘于宇宙的膨胀,而宇宙的总体性膨胀源于宇宙的诞生——大爆炸。
宇宙大爆炸是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。起初,无空间、时间,未知原因,空间开始暴涨式出现,振动使得物质诞生,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使空间扩张,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末,对Ia超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀,因为宇宙可能大部分由暗能量组成。最新的研究认为宇宙的直径为1560亿光年,甚至更大。可观测的宇宙年龄大约为138.2亿年。
由于膨胀在继续,宇宙的总体尺度还将不断扩大。也就是说,它将进一步寒冷、稀薄和荒凉下去,直到永远——这是开放模式的宇宙模型(假说)。
如果问题中的“荒凉”一词指的是“物质和能量稀少,生命和文明罕见”,那么我们的宇宙中的确如此。根据现有数据,宇宙的平均密度仅为1*10^-28 千克/立方米,大概相当于平均每6立方米的空间中只有一个质子或中子。
极低的平均密度缘于宇宙的膨胀,而宇宙的总体性膨胀源于宇宙的诞生——大爆炸。
宇宙大爆炸是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。起初,无空间、时间,未知原因,空间开始暴涨式出现,振动使得物质诞生,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使空间扩张,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末,对Ia超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀,因为宇宙可能大部分由暗能量组成。最新的研究认为宇宙的直径为1560亿光年,甚至更大。可观测的宇宙年龄大约为138.2亿年。
由于膨胀在继续,宇宙的总体尺度还将不断扩大。也就是说,它将进一步寒冷、稀薄和荒凉下去,直到永远——这是开放模式的宇宙模型(假说)。
如果问题中的“荒凉”一词指的是“物质和能量稀少,生命和文明罕见”,那么我们的宇宙中的确如此。根据现有数据,宇宙的平均密度仅为1*10^-28 千克/立方米,大概相当于平均每6立方米的空间中只有一个质子或中子。
极低的平均密度缘于宇宙的膨胀,而宇宙的总体性膨胀源于宇宙的诞生——大爆炸。
宇宙大爆炸是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。起初,无空间、时间,未知原因,空间开始暴涨式出现,振动使得物质诞生,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使空间扩张,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末,对Ia超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀,因为宇宙可能大部分由暗能量组成。最新的研究认为宇宙的直径为1560亿光年,甚至更大。可观测的宇宙年龄大约为138.2亿年。
由于膨胀在继续,宇宙的总体尺度还将不断扩大。也就是说,它将进一步寒冷、稀薄和荒凉下去,直到永远——这是开放模式的宇宙模型(假说)。
经济和社会的发展绝对不是单单取决于技术一个因素,但技术水平决定了经济活动的空间,并且技术和经济相互耦合,相互影响。
当技术趋于停滞时,人类发展的空间也逐步限定,闪腾折挪的余地越来越小,经济危机的严重程度也逐渐加深,直至人类摒弃技术大进步时培养出来的观念和制度,社会才最终平衡下来。
由历史来看
从原始社会到古代社会的转换过程中,农业,马匹,车轮,冶金,文字所代表的一次技术革命,把人类从蒙昧时代解放出来,对世界的改造远超之前的原始社会,但在这之后,人类文明的进化速度大大下降,之后几千年的时间里,社会生活和技术领域的变化只能用龟速来形容,用一位历史学家的话来说,公元1500年的世界和公元前500年的世界差别不大。
从能量的开发和利用角度而言,在史前文明的第一轮技术大爆炸后,人类文明基本没有大的创新,几千年的交流下来,当大航海时期到来时,全世界各个文明(美洲隔绝的文明除外)的技术差距很小,处于一种平衡状态。
300年前开始的第二轮技术大革命,随着复杂度的提高,很有可能导致同样的情况。
由空间来看,从费米悖论推导得出的。
1950年,意大利物理学家费米提出了这样一个问题:如果宇宙中存在技术远远超出人类的外星智慧文明,那么,为什么我们还未能观察到这种超级文明?这个问题现在被称为费米悖论。
过去半个世纪,大量的观点被提出来解释费米悖论,最近国内比较有影响力的是刘慈欣的“黑暗森林”理论。
个人观点是技术进步并不是大众所认为的加速进行,可能某些技术门槛过高,导致绝大部分文明无力越过,无法进行恒星际航行。
寂静的宇宙
来做这样一项粗糙的估计:银河系直径约为10万光年,一个高度智慧的文明,即使以千分之一的光速的速度飞行,也只需要一亿年即可横穿银河系,这个时间远小于银河系的年龄(100亿年)。因此,比人类早出现的智慧文明,如果向外传播的话,到今天应该早已遍及银河系甚至整个宇宙了。
其中一个可能的实现方式是冯·诺依曼自动机,一种可以自我复制的机器:外星文明向外发射许多微型自动机,遇到合适的环境比如行星和卫星,彗星等后降落,采集原材料并制造出下一代自动机;然后以降落点为出发点,继续向外扩张。这样的自动机如果有5%的光速,在50万年内就可以探测完银河系大小的星系。如果银河系内有文明比我们领先哪怕50万年,我们也应该已观察到该智慧文明。
到今天为止,人类对宇宙的探索已经取得长足发展,在太阳系以内,所有行星和多个重要卫星都有飞船去勘察,对于小行星和彗星人类也发射过专门的探测器去进行研究;对太阳系以外的星体,人类一直在聆听来自它们的无线电信号;我们甚至可以直接用望远镜观测比较近的一些恒星,从恒星的光强和光谱中发现绕它们运行的行星,分析行星的大小,结构,大气成分,表面温度等信息。所有这些搜寻行动至今都没有发现外星文明的迹象。
用另外一位科学家的话说,宇宙从满了大寂静,几千年来我们人类不断通过各种手段都未能发现其他外星文明,感觉浩瀚宇宙就像一片大荒原,除了我们,啥也没有,一片寂静;
稍微按常理推想就可发现这样大寂静的现象是非常不合理的:地球产生地球文明的条件并不苛刻,时间也不长,宇宙那么大、产生的时间那么长,怎么可能只有一个地球产生了文明?从概率上来说,这是极不可能的,整个宇宙人类一枝独秀的概率无限趋近于零。首先表明本人对宇宙文明的一些基本观点:
1 宇宙是平庸的,宇宙太大,恒星繁多,绝对不单是地球能进化出文明。
也许有人说地球轨道离太阳近10%,或远10%,人类都要灭绝,因此人类文明很特殊。但个人认为,不能用现在人类的身体结构来认为其他智慧生物的身体结构应当与人类类似。
在其它种族认为恶劣的条件下,进化出来的智慧物种应该是适应其环境的,他们反过来可能认为地球很恶劣。
2 智慧生物的认知能力应该可以轻易的区分自然和人工。
任何一个心智正常的人(即使是未开化的原始人或未曾见识过现代文明的人)在原始深林里走着,忽然捡到一块手表,看到指针在有规律的转动,一定知道,这块表不是天生的,不是大自然构造的,一定是某个智慧人创造的。
同样,人类也可以轻而易举地区分其它智慧文明的造物,而其它智慧文明,绝对可以判断人类发射的造物不是天生的。
3 任何文明都有探索的欲望。
外星智慧生命或许已经由于自己的原因导致了毁灭。这些原因可能包括核战争,生物恐怖主义或者失控的纳米技术。但即便如此,他们的一部分技术成果应该还会保存下来。这并不是科幻,而是现实。事实上我们人类已经这样做了:即便有朝一日人类作为一个种族彻底灭亡,我们至少还将有5个人工探测设备游荡在星系之外,述说着曾经的人类文明的故事
人类文明在未来肯定会继续向宇宙发射探测器,数目还不会少。
宇宙天文数字的恒星,天文数字般的文明,只要能进化到比人类目前这个技术水平高一筹,发射成本大幅降低,发射的探测器数目会把宇宙塞满。大筛选,像自然筛选一样,我们人类之所以无法发现其他文明,一个更合理、更可能的解释是某个筛子特别难过,能够通过的宇宙文明将变得极少,绝大部分文明都在此处折戟沉沙,所以我们也就至今未能轻易发现其他外星文明。
太阳的表面温度高达5500摄氏度,宇宙为什么依然很冷?
宇宙非常冷,主要是由于总热量占总体积的比例。没有太阳的热量,太阳系本来也会很冷。没有恒星,温度实际上将绝对为零。空间是不可想象的巨大,所以恒星的热量耗散到它们之间时热量几乎为零。宇宙的尺度对于大多数遥远位置的辐射来说实在太大了,无法加热物质,因而宇宙才会如此之冷。
热量以辐射的形式通过宇宙,辐射的能量是从较热的物体迁移到较冷的物体的红外线。辐射波激发它们接触的分子,使它们变热。这就是热量从太阳传播到地球的方式,但要注意的是辐射仅加热直接在其路径中的分子和物质,而其他一切路径都将都保持寒冷。相比之下,在地球上即使身处阴凉处,甚至在冬季中,在漆黑的夜晚,地球上的空气也会保持温暖。
这是因为热量通过三种方法而不是一种方法在地球这个美丽的蓝色星球中传播——传导,对流和辐射。当太阳的辐射击中并加热我们大气中的分子时,它们会将多余的能量传递给周围的分子,这些分子与周围的分子碰撞并加热它们。这种从一个分子到另一个分子的热传递称为传导,它是一种连锁反应,会加热太阳光路径以外的区域。
但是,宇宙是真空的,这意味着它在分子结构上基本上不存在任何物质。太空中的气体分子太少且相距太远,无法自由地相互碰撞。因此,即使太阳用红外线加热它们,也无法通过传导传递热量。同样,对流(一种在重力作用下发生的传热形式)对于在地球上的热量传递很重要,但在零重力空间中却不会发生。因此宇宙中没有将热量保留并传递的手段,在这些因素的作用下,宇宙便保持寒冷。
即使太阳的表面温度高达5500摄氏度,宇宙依旧很冷是因为我们所感温度是指分子间的运动。分子是构成世间万物的微小粒子,而我们用肉眼是看不见它们的。如果分子的运动比较激烈,互相碰撞,那么就会产生较高的温度。
太阳的表面温度高达5500摄氏度,而宇宙中还有很多能够发光发热的恒星,仅银河系中最少也有一千亿颗恒星,但数以亿计的恒星并没有把宇宙加热到很高的温度。
宇宙是分为银河系和太阳系的,太阳处于太阳系里面,太阳的辐射只会对银河系里面的行星产生影响,并不会对宇宙产生影响的,所以宇宙还是没有温度是冰冷的。
温度是由能量转化而来,恒星的能量是以电磁辐射传播的,在真空中不受影响,只有遇到实质东西时才能转化,宇宙是真空的,粒子极少,所以温度低。
文章标题: 为什么宇宙会如此冰冷黑暗
文章地址: http://www.xdqxjxc.cn/jingdianwenzhang/183331.html