日月经天，斗转星移，星空灿烂，天象奇妙，令人惊叹，激发着无数人去探索蕴含的奥秘。

专家科普，学海引路，通俗严谨，深入浅出。

胡中为编著的《奇妙的宇宙（3星系和宇宙演化）》带你走进科学的大门——探索宇宙的奥秘，体味生命的神奇，认识物质的规律，欣赏科学的魅力。

撩动你的好奇，燃起你的创意！

宇宙很奇妙，星空去寻宝，天文趣事聊，情趣哲理高。胡中为编著的《奇妙的宇宙（3星系和宇宙演化）》以生动的笔触和精彩图像，深入浅出地向读者介绍了银洞系、星系、宇宙学的基础知识和热点问题，带领读者了解奇妙的字宙都包括哪些成员，它们是如何起源和演化的。全书内容丰富多彩，文笔轻松隽永。书中一些文章曾在《自然杂志》《科学》《天文爱好者》等发表，深受读者欢迎。本书可作为中学生学习天文学时的课外读物，也可供教师在天文学教学和科普时参考。

一、银河系和星系

 1.银河系结构图像是怎样得出的

 2.奇妙的弥漫天体——星团和星云

 3.令人瞩目的星团

 4.形色诡异的银河星云

 5.普通星系是怎样划分类型的

 6.星空奇葩——仙女大星云

 7.哈勃定律是怎样发现的

 8.特殊星系

 9.星系团和超星系团

二、宇宙学

 1.宇宙的大尺度结构

 2.什么是宇宙学

 3.牛顿宇宙模型与奥伯斯佯谬

 4.爱因斯坦相对论和他的宇宙模型

 5.弗里德曼的膨胀宇宙模型

 6.大爆炸宇宙模型

 7.四种基本相互作用力和大统一理论

 8.暴涨宇宙模型

 9.暗物质和暗能量

 10.霍金和他的宇宙模型

 11.宇宙的年龄是多少

 12.可观测的宇宙有多大

三、宇宙的演化

 1.为宇宙演化谱写简历

 2.第-代恒星是怎样形成的

 3.第-代星系是怎样形成的

 4.后代星系是怎样形成演化的

 5.银河系是何时和怎样形成的

 6.恒星是怎样产生的

 7.恒星是怎样演化的

 8.宇宙的元素丰度I

 9.密近双星是怎样演化的

 10.太阳的形成和演化

 11.太阳系起源的多种假说与现代星云说

 12.戴文赛的新星云说

 13.行星的形成

 14.月球是怎样起源的

 15.行星的演化

 16.宇宙的未来会如何

主要参考文献

牛顿宇宙模型与奥伯斯佯谬

纵观历史，人类从实际活动中逐渐形成了空间、时间和物质的哲理概念。在地面的人和在行驶的汽车里的人观察事物的“角度”——参考系不同，地面的人参考静止的房屋而判断物体是否在运动，行驶的汽车里的人参考车窗而判断物体是否在运动。运动总是相对于某个参考系而言的。因为行驶的汽车也是相对于地面运动的，坐在汽车里的人说自己（相对于汽车）是静止或是走动的，那么，地面的人怎么说明他的运动情况呢？这就有在相对于不同参考系运动表述的变换问题。我们在地球上观察到太阳每年在星空中绕地球转一圈，实质却是地球每年绕太阳公转一圈。

牛顿的绝对时空观

在哲理上，所谓宇宙观，即时空观，就是对时间和空间及物质关系的认识。不管每个人是否自觉地意识到了，事实就是这样——自己对人生和事物的认知实际上总是受宇宙观的支配。

牛顿倡导绝对时空观。他认为，绝对时间自身跟任何外在事物无关地均匀流逝着，绝对空间跟外在事物无关且永远相同和不变的。他把时间、空间和物质相互割裂而认为它们各自独立无关，绝对空间是三维的“框架”，绝对时间是无论何处测量两个事件之间的时间间隔，它们都是一样的、同时的。以前，一般人的直觉体验很容易接受这样的绝对时空观，只是到现代才逐渐接受相对论的时空观，大谈事物的相对论。要了解其深奥的科学知识背景，也的确有一定难度。

相对做匀速直线运动的参考系称为惯性系，不同惯性系之间用伽利略变换，它集中反映了经典力学的绝对时空观。（1）时间间隔与惯性系的选择无关，若有两个事件先后发生，在两个不同的惯性系中的观测者测得的时间间隔相同。（2）空间间隔也与惯性系的选择无关，空间任意两点之间的距离与惯性系的选择无关。在经典力学中，物体的坐标和速度是相对的，同一地点也是相对的，但时间、长度和质量这三个物理量是绝对的，同时性也是绝对的。这就是经典力学的绝对时空观。

牛顿的无限宇宙模型

牛顿把他的引力理论应用于整个宇宙而提出无限宇宙模型。如果认为宇宙是有限的，就是认为宇宙有边界和中心，那么，由于各部分之间的相互吸引，物质必然落向中心而形成一个巨大的球，这与观测事实不符。而在一个无限的宇宙中，无边界、无中心，物质受到来自各方向的引力作用相抵消而停留在原地，但物质可以局部地各自聚集成团，彼此相隔很大的距离，散布在无限的空间内。牛顿的宇宙模型是无限的，总体是稳定的，只是局部区域的不稳定性才导致天体的形成。

奥伯斯佯谬

1826年，德国天文学家奥伯斯指出，如果宇宙是无限静止的和均匀的，那么观察者每一视线的终点必将会终结在一颗恒星上。那么不难想象，整个天空即使是在夜晚也会像太阳一样明亮，理论同观测的这种矛盾称为奥伯斯佯谬（Olbers Paradox），又称光度佯谬、引力佯谬。这对牛顿的静态无限宇宙模型提出了挑战。有人提出反驳：远处恒星的光线被它经过的物质所吸收而减弱。其实这看似有理的反驳是站不住脚的，因为吸收光线的物质将最终被加热到发出和恒星一样强的光为止。无限静态宇宙只有一种情形能避免夜空像白天一样明亮，那就是：恒星不是在无限久远以前就开始发光。在这种情形下，光线所经过的物质尚未被加热，或者远处的恒星光线尚未到达地球。在现代宇宙学中，也有人从奥伯斯佯谬引申出一些新的有关问题，至今仍在探讨。

如果存在一个绝对空间或“以太”，则物体相对于以太的运动就应当可以测量。迈克尔逊一莫雷的精确实验结果表明，光的速度在地球运动方向及其垂直方向完全一样，这就否定了绝对空间。现代的微观粒子实验和天文观测也否定了绝对时间。牛顿作为一个历史时代的科学巨人，其功绩已载人史册。虽然牛顿的引力理论在很多天文研究中是很成功的，但随着科学的发展，观测事实证明他的绝对时空观是不对的，而为相对论时空观和高级理论所取代。牛顿理论只是相对论在一定条件下的近似。

P73-75

日月经天，斗转星移，星空灿烂，天象奇妙，令人叹赏，激发着无数人去探索蕴含的奥秘。

20世纪以来，科学技术向全世界广泛传播的步伐越发加快。因为天文概念和思想是普遍需求的，天文学有着特殊魅力与民众感兴趣的基本问题形成共鸣，天文学的新发现和新成果也往往成为轰动社会的热门话题，所以，天文学尤其有潜力为提高民众的科学素养作出重要贡献。普及天文知识，有益于培养民众正确的宇宙观、认识论和方法论，促进形成崇尚科学、破除迷信的社会氛围，以及讲科学、爱科学、学科学、用科学的良好风尚。

现代科学技术推动着社会的发展进步，但烟尘污染和城镇亮化也成为观星的阻碍，夜空不见银河，可见的星辰屈指可数。不过，可以通过书刊、网络等媒体来间接知道更多的“天上事”。青少年成长时期，学习一些天文知识是大有裨益的，有益于激发他们探索创新的无穷动力和蓬勃活力。

笔者是童年失去父母的乡下人，在旧社会饥寒交迫的孤独时日，叔叔送了一个土制望远镜。正是通过这个“玩具”，笔者由近及远，从观察树上花鸟，到嘹望远山宝塔，眼界渐开，尤其是把观望夜空里交相辉映的银河繁星当成趣事，梦中向往着那神秘的星球世界。解放后，在国家的培养下，可以到学校学习科学知识了，也有机会考入大学天文学专业，继续探索星空的奥秘。但现实条件所限，经历了很多坎坷和磨难。退休十多年来，笔者仍然难以摆脱那心中的星空梦。生活安定了，更想力所能及地发挥余热，让晚年生活更加有意义。而且时间也充裕了，可以“黑白颠倒”地读、写，在自己所学所研的基础上，发表一些文章，出版几本书。这样，也可以当当“义工”，把美好的星空梦传递给后来者。

去年春天，人民教育出版社约写青少年天文科普书籍，笔者欣然答应了，但真正着手写起来也颇有难处。过去虽然为《自然杂志》《科学》《百科全书》等写过一些文章，但主要是介绍天文学研究进展的长篇文章，内容较深。而且，目前青少年天文科普书，尤其是翻译的国外名著已相当多了。要使自己写的书做到既通俗、生动，又有先进的科学性，图文并茂，确实比写教材难多了。经过试写以及和编辑交流，确定将本书定位于中高级科普图书，着重于介绍天文观测研究的一些基本知识和近年来的一些新成就。全套书共三册，分为九部分，各部分用若干条目，每个条目自成简明短文，配有图像。当然，对于小学到初中的学生，阅读此书仍然难度很大，因为他们还缺乏数学、物理、天文的基础知识，但不妨看图识字，引起对天文知识的兴趣和求知意愿，也可以请家长和老师指导帮助阅读。对于高中程度的学生，尤其对理科有志趣的，可能会理解多些，希望可以作为喜欢的课外读物。对于家长、老师，尤其科普辅导员，本书会比大学天文教材通俗易懂些，可以根据理解和发挥，讲述给青少年。

宇宙浩瀚，天体繁多，只能星海拾贝，选取一些有趣的和重要的。现在是知识爆炸时代，新的天文发现和研究成果纷至沓来，新书应当与时俱进。笔者深感学识不足，只有辛勤学习和调研消化，日夜逐条推敲琢磨，反复修改，把体会写出来献给青少年，期望有助于大家实现美好的星空梦，是所夙愿。当然，书中缺点和错误难免，欢迎读者批评指正。

胡中为

2017年5月