科學家首次繪出精子3d軌跡圖,以螺旋方式前進(精子在人體有多少)

北京時間9月19日消息，據(jù)美國國家地理網(wǎng)站報道，美國加州大學洛杉磯分?？茖W家近日首次成功繪制出精子的3d軌跡圖，軌跡顯示精子像拔塞鉆一樣螺旋前進，還像是一個個超級活躍的游泳高手。據(jù)研究人員介紹，此項研究采用的是一種傳感器芯片成像技術(shù)，而不是像以往那種采用智能電話和數(shù)碼相機成像的傳統(tǒng)方法。新技術(shù)將有助于更好地研究男性生殖能力以及其他微生物的行為規(guī)律。

由于個體微小而且速度很快，人類的精子很難研究，這是科學家們的共識。然而，美國加州大學洛杉磯分校奧茲坎研究團隊卻迎難而上。研究負責人安多甘-奧茲坎表示，“精子是生命中最重要的微生物之一。”奧茲坎和他的研究團隊從精子庫中提取精子標本，然后將研究對象放置于一個硅傳感器芯片上。研究人員從不同方向發(fā)出紅色和藍色led光線，照射到移動的精子細胞上。每一個精子投射出不同顏色的陰影，硅傳感器芯片記錄下這些陰影。然后，研究人員再利用計算機程序?qū)山M數(shù)據(jù)進行結(jié)合，重建細胞前進的軌跡。

奧茲坎介紹說，“在任意給定時間內(nèi)，傳統(tǒng)光學顯微鏡在三維角度只能觀測到數(shù)量有限的精子。但是，采用新的傳感器技術(shù)，在僅僅一次很短時間的實驗中，我們就能夠很容易看到1500多個三維精子?！?/p>

超級活躍的精子

所有的數(shù)據(jù)都顯示，精子游泳的方式完全不同。大多數(shù)精子采用的是一種典型的軌跡，大致是一種直線。然而，還有一些精子游泳的方式卻是螺旋式前進，就像一個開紅酒瓶的拔塞鉆一樣螺旋前進。在此前的研究中，顯微鏡只能模糊地觀測到這種奇特的現(xiàn)象。有些精子之所以被稱為“非?；钴S”，是因為它們前進時方向總是緊急轉(zhuǎn)變的，就好像有某種力量在猛力拉著它們向相反方向改變。

奧茲坎表示，目前他們尚未搞清楚精子的健康度與其游泳方式之間是否存在某種聯(lián)系，但是這種新的成像技術(shù)將開啟精子研究領(lǐng)域的新大門。事實上，科學家們還利用新的傳感器系統(tǒng)將紅藍兩色光線照射到其他微生物上研究它們的運動情況以及它們對藥物和化學試劑的反應?！斑@種新技術(shù)或其改進技術(shù)將可能用于觀測和量化精子的能力。”

最新3d精子成像技術(shù)研究成果發(fā)表于本周出版的美國國家科學院院刊上。

精子在人體有多少

動物有性生殖過程中的雄性細胞，異配生殖中的雄配子；由精子器產(chǎn)生的單倍體生殖細胞。在藻菌植物、苔蘚植物、蕨類植物以及裸子植物中的蘇鐵目和銀杏目，都具有鞭毛而能游動的精子；但裸子植物中的松杉目和買麻藤目以及全部被子植物，精子都不具鞭毛。
外部形態(tài) 精子形態(tài)因植物種類而異，有雙鞭毛精子、多鞭毛精子和無鞭毛精子等。原始陸生植物苔蘚和低等維管植物石松與卷柏一般為雙鞭毛游動精子；水韭、木賊、真蕨和裸子植物中的蘇鐵和銀杏則為多鞭毛游動精子。每個精子有 100根以上的鞭毛,而蘇鐵目澤米屬的一個游動精子約有1～1.2萬根鞭毛。蘇鐵和銀杏的精子形似陀螺，遠極端呈螺旋帶狀，大量鞭毛叢生于螺旋帶上。螺旋帶的輪數(shù)有所不同：澤米屬6輪，蘇鐵屬5輪，銀杏屬3輪。裸子植物的松柏目及買麻藤目和被子植物的精子不具鞭毛。在維管植物中,體積最大的精子是蘇鐵類(澤米屬)植物的一種(Zamia chigua)，其直徑約400微米。
內(nèi)部結(jié)構(gòu) 各種植物類群的精子內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異很大。低等植物的游動精子，在結(jié)構(gòu)和發(fā)育上類似于動物精子。如麗藻精子具兩條鞭毛，鞭毛長在細胞的前端，并向后部延伸。整個游動精子可以分為3個區(qū)：①細胞的前端約占 1/4，包括一團線粒體；②在中部有一較長的核，約占細胞的1/2；③末端也占1/4，包含一團質(zhì)體。在精子超微結(jié)構(gòu)的研究中，多鞭毛的澤米精子是比較詳細研究過的一個例子。它的整個細胞體積大部為核所占據(jù)，薄層細胞質(zhì)在細胞的周緣為質(zhì)膜束縛。從縱切面看，精子螺旋帶呈梯狀。精子前部頂端有一電子致密的帽狀物質(zhì)。細胞質(zhì)中有線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器。中國科學家朱澄等從小麥的成熟花粉粒中，觀察到具尾部結(jié)構(gòu)的精細胞。它的一端是鈍的頭部，主要為長橢圓形的細胞核所占據(jù)；另一端是細胞質(zhì)延伸的尾部，末端漸尖，約占細胞長度的2/3(圖3c)。精子細胞質(zhì)中除含有線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基器、核糖體、小液泡和退化的質(zhì)體外，還具有微管以及與細胞縱軸相平行的大量纖絲狀結(jié)構(gòu)。線粒體集中在尾部細胞質(zhì)中。
運動 具鞭毛的精子可以游動，游動精子釋放后，在22～25℃下可活動1小時左右。一旦精子到達卵細胞,具鞭毛的帶狀結(jié)構(gòu)便自行脫落,然后精細胞核直接與卵接觸。至于不具鞭毛的精子是否能夠自主運動，還有不同的看法。
發(fā)生過程 各種植物的精子器或雄配子體產(chǎn)生的精子數(shù)目有很大差異：水韭的一個精子器可產(chǎn)生 4個精子，卷柏128～256個，瓶爾小草（厚囊蕨類）幾千個，里白（薄囊蕨類）幾百個；種子植物的雄配子體一般只產(chǎn)生兩個精子。
演化趨勢 總的趨勢是由具鞭毛的游動精子，逐漸簡化成不具鞭毛的精細胞。精子的活動方式也由靠鞭毛游動到借花粉管輸送精子。如低等維管植物的受精作用，必須在具備一定水分的條件下進行。這在一定程度上反映了藻類植物的水生習性。而蘇鐵和銀杏精子，雖然保持藻類和低等維管植物具鞭毛的特點，但精子已過渡到借助花粉管輸送。到了裸子植物的松杉類和被子植物，精子的移動則擺脫了水分條件的限制，完全靠花粉管輸送。
雄性動物的生殖細胞。其形狀與一般細胞有很大差異。各種動物的精子可以分為典型和非典型兩類，典型的一般為蝌蚪狀，頭部近圓柱形（各種動物不盡相同），尾部細長,如鞭毛。非典型的精子形態(tài)多樣但均缺乏鞭毛。
一個尚無解釋的現(xiàn)象是所謂變異型精子的產(chǎn)生。在哺乳類（包括人類）、鳥類、兩棲類、魚類、昆蟲和環(huán)節(jié)動物，同一個體中，不是由于退化或病理的原因，除典型的精子而外，還產(chǎn)生特小、特大、或者甚至不只一條鞭毛的變異型。海產(chǎn)和淡水前鰓類（軟體動物）的變異型精子的形狀與正常的完全不同。
典型精子的結(jié)構(gòu)
自列文虎克1677年觀察到人和一些高等動物的精子以來，迄今已研究了一千多種動物的精子，其中大部分都是蝌蚪狀的。50年代以來對精子的生物學特性的認識取得了迅速的進展。以哺乳類為例，精子的結(jié)構(gòu)可分為頭、頸和尾3部分。
頭部 主要由細胞核和頂體組成，呈圓球形、長柱形、螺旋形、梨形和斧形等，這些形狀都是由核和頂體的形狀決定的。
成熟精子的細胞核含有高度致密的染色質(zhì)，在光學顯微鏡和電子顯微鏡下都難以區(qū)分其結(jié)構(gòu)。核的前端有頂體，是由雙層膜組成的帽狀結(jié)構(gòu)覆蓋在核的前2／3部分，靠近質(zhì)膜的一層稱為頂體外膜，靠近核的一層稱為頂體內(nèi)膜。頂體內(nèi)有水解酶性質(zhì)的顆粒，它與精子通過卵外各種卵膜有關(guān)。在頂體和核之間的空腔稱為頂體下腔，內(nèi)含肌動蛋白。有些無脊椎動物的精子受精時產(chǎn)生頂體反應:肌動蛋白聚合形成頂體突起或頂體絲;使精子能附著于卵的質(zhì)膜上，導致精卵融合——受精。
核膜雖為雙層膜結(jié)構(gòu)，但兩層的間距很小，而且只有在核后端與頸部相連的轉(zhuǎn)褶處有核膜孔。
頸部 此部最短。位于頭部以后，呈圓柱狀或漏斗狀，又稱為連接段。它前接核的后端，后接尾部。在前端有基板,由致密物質(zhì)組成,剛好陷于核后端稱為植入窩的凹陷之中?；逯笥幸簧院竦念^板，兩者之間有透明區(qū)，其中的細纖維通過基板接連于核后端的核膜。在頭板之后為近端中心粒，它雖然稍有傾斜，但與其后的遠端中心粒所形成的軸絲幾乎垂直。圍著這些結(jié)構(gòu)有九條由縱形纖維組成的顯示深淺間隔的分節(jié)柱，線粒體分布在分節(jié)柱的外圍。這九條分節(jié)柱與其后的 9條粗纖維的頭端緊密相連。
尾部 分為 3部分：中段、主段和末段。主要結(jié)構(gòu)是貫串于中央的軸絲。
中段 從遠端中心粒到環(huán)之間稱為中段，其長度在哺乳類中差異頗大，但結(jié)構(gòu)大體相似。主要結(jié)構(gòu)是軸絲和外圍的線粒體鞘。
①軸絲：精子的運動器官，由遠端中心粒形成，一直伸向精子的末段。精子軸絲的結(jié)構(gòu)與動物的鞭毛（或纖毛）相似，基本組成上都是 9+2型，即位于中央的兩條是單根的微管，四周是9條成雙的微管（二聯(lián)體）。
軸絲外的纖維鞘由9條粗纖維組成。它們與頸部9條分節(jié)柱相連。這是哺乳類精子特有的，因此人們把哺乳類精子列為9+9+2型（圖3），盡管其大小形狀在各種動物有所不同。鳥類和有些無脊椎動物的精子中也有類似的結(jié)構(gòu)。
②線粒體鞘或稱線粒體螺線：線粒體相互連接，螺旋地包在粗纖維之外，故稱線粒體鞘。它是在精子形成時線粒體匯集到一起彼此相互合并而成的連續(xù)結(jié)構(gòu)。各哺乳類螺線的圈數(shù)差別很大，少的十來圈，多的達幾百圈。
③環(huán)：位于中段的后端。在線粒體鞘最后一圈之后，是該處質(zhì)膜向內(nèi)轉(zhuǎn)折而成。為哺乳類精子所特有，可能與防止精子運動時線粒體后移有關(guān)。
主段 尾部最長的部分，由軸絲和其外的筒狀纖維鞘組成。纖維鞘中有兩條纖維突起成縱形嵴，由于縱形嵴剛好分別位于背腹二側(cè)，以致使精子尾部截面呈卵圓形。
末段 隨主段進入末段，纖維鞘逐漸變細而消失。
非典型精子結(jié)構(gòu)
共同特點是缺乏鞭毛，但是其形狀卻相差懸殊。這種精子在無脊椎動物中分布很廣。有的，如低等甲殼類的精子,是圓球狀或帶狀,比典型精子更象一個細胞。有的則長出許多細而長的突起，可能有助于附著，使其在孵化腔中不至被水流沖掉；高等甲殼類的精子形狀較為復雜，除細長的突起外，還有幾丁質(zhì)的囊。線蟲綱動物的非典型精子比較簡單的象變形蟲，馬副蛔蟲的精子則具有獨特的晶狀體。由于非典型精子大多形狀簡單，使人容易認為它們是停留在精子形成的早期階段。但是經(jīng)過比較研究，例如在有些精子中仍然可以看到中心粒以及由此生出的鞭毛（雖然未長出體外）。一般認為，這種簡單形狀是退化而來的次生性狀。
精子發(fā)生
從精原干細胞發(fā)育為精子的過程，這過程在高等動物中大致相似，都是在睪丸的曲精細管（生精小管）內(nèi)進行的。
哺乳類的精原細胞可以作為干細胞增生繁殖，產(chǎn)生新的干細胞并能產(chǎn)生進行分化的細胞；這不僅保存了干細胞本身的世代，并且能源源不斷地產(chǎn)生分化細胞，再由后者產(chǎn)生初級精母細胞。至于它們經(jīng)過多少次有絲分裂產(chǎn)生出初級精母細胞，各類動物不盡相同。除最早的精原細胞以外,在精子發(fā)生過程中每次有絲分裂之后,細胞質(zhì)都不完全分開，細胞之間有間橋相連，形似合胞體。這可能有利于細胞之間維持嚴格的同步性，有利于同時產(chǎn)生大量的精子。
精母細胞產(chǎn)生后，進入生長期，體積增大，此時稱為初級精母細胞。它們的細胞核合成 DNA，染色質(zhì)發(fā)生一系列的復雜變化，準備第一次成熟分裂(見減數(shù)分裂)。發(fā)裂后每個初級精母細胞產(chǎn)生兩個單倍體的次級精母細胞。后者不復制 DNA，經(jīng)過較短時間的停留，就進入第二次成熟分裂，形成兩個精子細胞。所以一個初級精母細胞經(jīng)過兩次成熟分裂形成四個單倍體精子細胞。在各種動物精子發(fā)生中只有這個階段大體相似。
由精子細胞成為精子的過程叫精子形成，也稱為精子變態(tài)。這一過程極為復雜，主要是細胞核和細胞器發(fā)生急劇變化。細胞核中核蛋白成分發(fā)生顯著變化，導致染色質(zhì)致密化，核的體積縮小。在有些動物中魚精蛋白取代了核中的組蛋白。高爾基器、中心粒和線粒體變化也很大。由一系列小泡所組成的高爾基器，其中有些小泡中產(chǎn)生頂體前顆粒。小泡不斷擴大合并成較大液泡，覆蓋于核的前端,并進一步演變?yōu)槊睜铐旙w。頂體前顆粒也匯集成較大的、顯示粘多糖反應的頂體顆粒。中心粒在高爾基器變化的同時一分為二并相互移開，近端中心粒位于核后端的凹陷中，遠端中心粒形成鞭毛的軸絲，以后消失。線粒體則重新分布，圍繞著軸絲形成螺旋。這種運動與線粒體周圍的肌動蛋白纖維有關(guān)。在這些變化的同時，大部分細胞質(zhì)聚集到頸部，僅通過一細柄與精子相連。這時精子的尾部已從后端長出，當此細柄斷開時，精子即與細胞質(zhì)（稱為殘體）脫離進入到曲精細管的管腔中。
精子發(fā)生的全部過程與支持細胞有密切關(guān)系。曲精細管上皮由長柱狀、底部較寬頂部較窄的支持細胞和生殖細胞組成。精母細胞處于支持細胞與曲精細管的基膜之間，二者之間有橋粒樣連接相連(見細胞間連結(jié))。進行成熟分裂的精母細胞逐漸向精細管的管腔移動，這主要是靠支持細胞本身的運動（可能與其中豐富的微絲有關(guān)）。各級精母細胞位于支持細胞的凹窩中，或兩個相鄰支持細胞形成的凹窩中，并且與支持細胞的細胞膜形成間隙連接，借此相連。各級精母細胞按照成熟的程度排列，處于變態(tài)中的精子細胞更靠近頂部。在這里，支持細胞通過兩種結(jié)構(gòu)與精子細胞發(fā)生聯(lián)系：一是外質(zhì)中的肌動蛋白纖維形成的連接結(jié)構(gòu)；另一種是球帶狀復合體，后者是支持細胞的頂部表面和精子細胞的頭部表面共同形成的。由于從精原細胞不斷產(chǎn)生精母細胞進行置換,因而產(chǎn)生出這樣精確的排列（圖6）。
精子發(fā)生的激素調(diào)控 精子發(fā)生受垂體分泌的促黃體生成素 (LH)、促濾泡生成素(FSH)以及睪丸間質(zhì)細胞分泌的睪酮調(diào)控。間質(zhì)細胞又稱Leydig細胞，位于各曲精細管之間的間質(zhì)組織中，它們合成和分泌睪酮進入曲精細管，促進精子發(fā)生。睪酮的產(chǎn)生受垂體釋放的LH的控制。垂體分泌的 FSH則刺激支持細胞合成和分泌雄激素結(jié)合蛋白，它與睪酮有強的親和能力，以保持睪酮在曲精細管中的濃度,維持它對精子發(fā)生的作用。此外FSH還能直接啟動精原細胞分裂和激發(fā)早期生殖細胞的發(fā)育。
精子發(fā)生中的基因調(diào)控 精子發(fā)生期間染色質(zhì)濃縮，使 DNA不能夠轉(zhuǎn)錄，這種情況在精子完全形成之前完成。各種動物在精子形成中轉(zhuǎn)錄停止的時刻不完全相同。例如在果蠅,RNA合成在初級精母細胞期間停止，而在小鼠，在成熟分裂后不久的精子細胞中還在進行，要在細胞核開始伸長時才完全停止。
精子的形成依賴蛋白質(zhì)合成，既然 RNA合成已停止，精子變態(tài)所需蛋白質(zhì)合成必然要依賴較早時期產(chǎn)生并儲藏起來的到精子變態(tài)時才進行轉(zhuǎn)譯的穩(wěn)定RNA,這是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控，是延遲基因表達的機制。如在精子細胞質(zhì)中合成并進入細胞核取代組蛋白的魚精蛋白，其基因在初級精母細胞中就已轉(zhuǎn)錄。在核內(nèi)合成的 RNA轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成 16～18S的核蛋白顆粒，并以這種形式儲藏在細胞質(zhì)內(nèi)直到精子細胞時期。在這種轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯之間有較長時間間隔的例子中，對控制轉(zhuǎn)錄后基因表達的因素尚缺乏了解。類似的現(xiàn)象可能也會在其他類型細胞的終末分化中遇到。
精子是男性成熟的生殖細胞，在精巢中形成。
人類成熟精子形似蝌蚪，長約60微米，由含親代遺傳物質(zhì)的頭和具有運動功能的尾所組成，分頭、頸、中、尾四部分。我另收集有精子運動圖（69.1k），很美麗的，值得一看。
畸形精子包括頭、體、尾的形態(tài)變異，或頭體混合畸形。頭部畸形有巨大頭、頭部核和胞漿倒轉(zhuǎn)，蘑菇樣頭、雙頭；體部畸形有體大而粗、楔形、三角形等；尾部畸形有粗尾、粗短而分叉尾及雙尾；頭體混合畸形有頭體增大、核畸形變長及頭體混合變長等。
精子運動
有幾種類型的精子運動，但最常見的有兩種，一種是直接朝前運動，精子實際上是朝前游動；第二種運動是擺動，精子只擺動尾，卻不前進。附睪精子和射精精子的運動類型是不同的。射精液不同組分中的精子，其運動類型也不一樣。由于精子的運動速度在射精液的最初一部分中比較高，所以常用射精液富含精子的開始一部分進行人工受精。當精子遇到附睪液、精漿、宮頸粘液、子宮內(nèi)膜液、輸卵管液和腹腔液等的離子微環(huán)境變化和生物物理狀態(tài)變化時，精子運動類型也有著變化。在有輸卵管粘液和卵泡液的情況下，精子運動速度加快。前列腺分泌液和精囊腺分泌液之間的最適比例關(guān)系對精子的活力和運動也有影響。精囊腺分泌液含有幾種對精子運動和活力有損傷作用的成分；而前列腺分泌液則刺激精子運動。把激肽或激肽釋放酶與精液樣品混在一起，可改善精子的運動能力。有規(guī)律地把激肽釋放酶連續(xù)給精子少的病人服用幾個月，可增加精液的精子數(shù)，并改善精子的活力。任何一次射入女性生殖道的幾億精子只有不到100個精子能運行到受精部位。
精子鞭毛以一種協(xié)調(diào)順序反復傳播正弦波。這樣，以鞭毛內(nèi)產(chǎn)生的能量來調(diào)節(jié)精子的運動。鞭毛有解剖學上縱行排列的收縮蛋白質(zhì)、粗大纖維和與它相關(guān)聯(lián)的微絲及微管。因此為了克服諸如宮頸粘液這樣的粘性腔液的阻力，久需要有這樣的推動力。精子細胞為了有效地向前運動，必須使運動波達到協(xié)調(diào)，并作為發(fā)育過程中的一個結(jié)果保持下來。
關(guān)于精子尾運動的三維空間模型，有許多相互矛盾之處，這可能是因為拍下來的照片基本上都是二維結(jié)構(gòu)。但是，共識認為，在一平面上有一個主要的波狀運動從基部傳到尖端，該平面相當于精子頭的寬面；附加在這個運動波上的一個旋轉(zhuǎn)成分引起一種螺旋形運動。但是還不清楚這一旋動成分是順時針方向還是反時針方向的。
當從基部向尖端看時，人精子頭與頭的凝集常向反時針方向轉(zhuǎn)動，也就是與軸絲外周纖維的小臂方向相反。如果軸絲以某種方式傳導一個收縮脈沖的話，那么這一沖動將會沿同一方向通過這條軸絲。
精子內(nèi)有在肌肉收縮中起重要作用的三磷酸腺苷和三磷酸腺苷酶（ATP酶），它們在生能反應和精子運動之間建立了聯(lián)系。就象ATP在肌纖維收縮時提供大量能量一樣，ATP的分解為精子纖維收縮提供大量所需的能量。精子消耗的ATP，可以通過果糖酵解生能反應和呼吸作用得到補充。
代謝過程產(chǎn)生能量（ATP是其最終形式）傳給能夠把化學位能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動能的結(jié)構(gòu)。這種能量供應，部分由介質(zhì)的底物代謝得到補充，部分由原位代謝途徑產(chǎn)生，其中包括三磷酸腺苷酶。鞭毛運動的啟動，似乎部分是通過第二信使環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)一磷酸鳥苷(cGMP)依靠內(nèi)分泌控制的。但是，在一連串反應中，主要靠鈣離子激活的蛋白質(zhì)復合體來啟動鞭毛運動。
精子質(zhì)膜的生物電性質(zhì)，連同神經(jīng)化學調(diào)節(jié)作用和特殊的離子轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，即Na+、K+的激活依賴于鎂離子的ATP酶，可能與運動波的協(xié)調(diào)作用和精子細胞的運動速度有因果關(guān)系。精子的運動速度也可能受到鞭毛運動頻率變化的影響。
精子發(fā)生、成熟與運輸 在人胚胎中，約在發(fā)育第24天可辨認原始生殖細胞。此時它們在卵黃曩中出現(xiàn)。細胞進行有絲分裂，在第4～5周游走到位于生殖峪的原始性腺。原始生殖細胞在游走時及其后，經(jīng)過細胞分裂迅速增多。到第42天，可多達1300個原始生殖細胞，以后或變?yōu)槁言毎蜃優(yōu)榫毎嬖谟谖捶只男韵僦?。在暈丸分化早期，原始生殖細胞均勻地分布在曲細精管中。它們在整個幼兒期保持靜止，但在青春發(fā)育早期，精原細胞開始增殖，經(jīng)有絲分裂成為初級精母細胞，直等到青春發(fā)育期才開始減數(shù)分裂。
男性青春期在很多方面類似女性，但有一些明顯不同。生長高峰以身高測量，男性發(fā)生晚2年。沒有相似于月經(jīng)初潮的精確時間點以表明達到肯定的性成熟階段，如同女性發(fā)育，在某一年齡的發(fā)育階段在各個個體之間可有很大變異。睪酮引起體格生長與男性附性器官的成熟以及第二性征例如聲音低沉，毛發(fā)的特征性分布。
充分發(fā)育的宰睪丸橫切面，顯示在曲細精管內(nèi)的生殖細胞處于不同的發(fā)育階段。這些細胞來自生精上皮，由曲細精管的基底膜所包裹。產(chǎn)生并分泌男性激素睪酮的 Leydig間質(zhì)細胞位于曲細精管之間。另一種特異細胞即sertoli細胞，在曲細精管中緊鄰生殖細胞。這些細胞不是生殖細胞株的一部分。它們位于曲細精管基底膜上并伸人管腔，分支伸入不同階段的生殖細胞中間。多年來一直認為sertoli細胞在睪丸內(nèi)僅僅是提供結(jié)構(gòu)性支持?，F(xiàn)已認識它們具有很多重要的功能。成人中，它們對精子向曲細精管腔內(nèi)釋放起重要作用。它們還提供一個重要的屏障，將管腔與其余曲細精管產(chǎn)生精子的區(qū)域分隔開來，并且它們產(chǎn)生雄激素結(jié)合蛋白。精原細胞和與之鄰近的sertoli細胞并列于基底膜上。這樣在間質(zhì)間隙與浸泡生殖上皮的液體之間起功能性屏障作用。曲細精管內(nèi)的液體與睪丸的血液、血漿或淋巴成分有實質(zhì)性不同。它含有較少的蛋白質(zhì)及3倍的鉀而無葡萄糖。氨基酸濃度亦有顯著差異；谷氨酸與天門冬氨酸在睪丸液中的量高于血液。最重要的是基底膜阻止蛋白質(zhì)進入曲細精管。這就保護了內(nèi)容物，不和能與精子起反應的血液抗體起作用。睪酮可自由通過基底膜擴散。已發(fā)現(xiàn)睪丸網(wǎng)液的濃度與睪丸靜脈血相似。因之對于精子發(fā)生重要的激素可以有效地運送，而血循環(huán)中能干擾此過程的其它物質(zhì)則被除外。
精子發(fā)生是由帶著46條染色體（二倍體，2N）的未分化的精原細胞轉(zhuǎn)變?yōu)閮H含23條染色體（單倍體，N）的精子的一系列過程。在整個成人生命中，睪丸恒定地提供精子，運輸并儲存在附性生殖器官中。在男性80多歲與90多歲均見到正常精子發(fā)生的證據(jù)。這種有效而連續(xù)的過程提供難以置信的生殖能力。
在曲細精管中，精原細胞經(jīng)過有絲分裂，最終形成精母細胞。青春期初級精母細胞進行減數(shù)分裂形成較小的次級精母細胞，含有單倍體數(shù)目的染色體，次級精母細胞進一步分裂成為精細胞的結(jié)構(gòu)。這次分裂并不伴有染色體數(shù)目的進一步減少。從精細胞變?yōu)榫邮且怀墒爝^程，既無減數(shù)分裂，亦無有絲分裂。最后的一個過程稱為精子形成。雖然在初級精母細胞與次級精母細胞階段已完成細胞核分裂，但胞漿的分裂并未結(jié)束。精細胞的成分仍通過胞漿峪相連；因之精子發(fā)育是彼此相接觸的。
在附睪的起始區(qū)精子數(shù)相對較少，其濃度隨液體被附睪上皮吸收而增加。健康青年男性其附皋尾呈卷曲小管充滿精子。對允許精子儲存并保持生理功能完整性的附暈遠端區(qū)的環(huán)境至今了解很少。在動物中如兔子，附睪中精子可保持生育力長達30天。
精子在附睪中的成熟過程中，發(fā)生了一系列變化。在附睪頭部的精子既無活動力并顯示異常游動，傾向以環(huán)狀方式前進。當它們通過附睪時，它們的泳動能力變?yōu)閱我环较蛐?。精子質(zhì)膜的表面特征發(fā)生了重要變化，但在人精子成熟后未見到結(jié)構(gòu)性頂體變化。
陰莖由三個長柱形可勃起組織組成。其周圍有彈性鞘包圍。每個柱形體含有血管及性喚起時可充滿血流的會合空間。兩個上部的柱狀體稱為陰莖海綿體，主要是在勃起時可使陰莖變硬并增加陰莖的長度與寬度陰莖海綿體在陰莖干的根部分為陰莖腳。陰莖腳形成對人體的附著，當它們分散為健樣纖維后，解剖上附著于骨盆骨。陰莖的第三個柱狀體尿道海綿體位于陰莖的下部。它終止于龜頭。尿道從尿道海綿體中通過。勃起時，尿道海綿體比陰莖海綿體為軟。在性高潮時龜頭本身增大到幾乎兩倍于其平時體積。賦予它大量感覺神經(jīng)末梢并具有最強的性欲感覺。在性高潮時，陰莖變硬，尿道開口擴張，睪丸部分上升以及暈丸皮膚與鞘膜增。當性興奮達乎臺期，精液集合在前列腺部尿道，此時有一種射精不可避免的感覺。位于尿道根部的庫柏氏腺（尿道球腺）釋放其內(nèi)容物。睪丸增加體積并前旋，陰囊增厚。在性欲高潮時，膀肌內(nèi)括約肌收縮，精囊收縮，輸精管收縮，勃起括約肌收縮，前列腺收縮，這些收縮力量當陰莖本身收縮時迫使精液通過尿道。
射精涉及附睪與輸精管以及前列腺與精囊壁平滑肌的協(xié)調(diào)收縮。在附睪與輸精管的遠端這些導管壁的肌層增厚尤為明顯。性欲高潮時刺激收縮活動的最終結(jié)果是在腎上腺素能神經(jīng)纖維的控制下。相反的，勃起則取決于副交感的刺激。只有附暈尾的遠端區(qū)及輸精管在腹下神經(jīng)的腎上腺素能纖維刺激下發(fā)生明顯的收縮。這樣的神經(jīng)分布類型防止在射精時大量未成熟精子通過輸精管并進入精漿射出。附性器官的作用在射精時，精液從精囊、前列腺及庫柏氏腺（尿道球腺）接受液。精囊為成對性結(jié)構(gòu)位于膀恍三角的背側(cè)。它們分泌富含果糖的產(chǎn)物通過射精管進入尿道。前列腺圍繞尿道的基底部，在射精時通過很多小導管將其內(nèi)容物送人尿道。前列腺分泌一種清亮的液體，微酸性并富含酸性磷酸酶。拘椽酸、鋅及一些蛋白溶解酶。尿道球腺或稱庫柏氏腺的分泌物輸入尿道球部。它們提供潤滑液體維持尿道內(nèi)的潮濕。在性興奮高潮及完全勃起時，它們的內(nèi)容物能在射精前釋放，有時還帶有少量精子。已知睪丸雄激素負責維持副性器官的功能。精囊與前列腺分泌物的主要作用是在射精時運送精子，但對精子的代謝可能也起一些作用。
男性正常性生理數(shù)據(jù)：【本資料由無常冥使供】
每次射精的精液量：1～2茶匙。
男人一生平均射精次數(shù)：7200次。
男人一生平均自慰射精次數(shù)：2000次。
男人一生平均射精份量：（53公升）。
平均射精速度：時速（45公里）VS公車平均速度：時速（40.2公里）。
每茶匙精液的卡路里含量：7 VS 每罐可樂卡路里含量：150。
未勃起陰莖平均長度：8.9公分（3.5寸）VS勃起后陰莖平均長度：13公分（5.1寸）
人類史上最短陰莖：1.6公分（5/8寸） VS 人類史上最長陰莖：28公分（11寸）。
男人性欲最強的時候/季節(jié)：早晨/秋季。
增進性能力最佳方法：戒煙，運動，減肥。
增進性能力最佳食物：全麥，麥芽。
美國坦承有自慰習慣的男性比例：60％
坦承每天自慰至少一次的比例：?54％
坦承自慰后有罪惡感的男性比例：41％
射精后再次射精5從分鐘到2周不等。
男人每日平均勃起次數(shù)：11次。
男人每日夜間平均勃起次數(shù)：9次。
精子游泳到卵子所需時間：2.5秒 VS 一般人跑完馬拉松所需時間：約4小時。
精子的壽命：2.5個月（從生成到射精）
美國男性每年保險套花費：100美元。
一般保險套厚度：0.07公厘。
超薄保險套厚度：0.05公厘 VS 保鮮 膜厚度：0.0127公厘。保險套比保鮮膜厚度：約6倍。
男人精液的味道與他的飲食有關(guān)堿性食物（魚類、肉類）會產(chǎn)生乳酪般的酸臭或魚腥味，乳制品會產(chǎn)生臭味。據(jù)說吃過蘆筍之后的精液味道最臭，酸性食物與酒精（加工烈酒除外）會產(chǎn)生愉悅的甜味。例如：柳橙，芒果，奇異果，檸檬，葡萄柚，萊姆，喝Corona啤酒加萊姆效果加倍。
刺激血液流向陰莖的氣味：熏衣草，甘草，巧克力，甜甜圈，番瓜派（西方感恩節(jié)常吃）。 ?
洗澡時陰莖會縮小。

宇宙的起源與發(fā)展

“宇宙到底是什么樣子?”目前尚無定論。值得一提的是史蒂芬·霍金的觀點比較讓人容易接受：宇宙有限而無界，只不過比地球多了幾維。比如，我們的地球就是有限而無界的。在地球上，無論從南極走到北極，還是從北極走到南極，你始終不可能找到地球的邊界，但你不能由此認為地球是無限的。實際上，我們都知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。

怎么理解宇宙比地球多了幾維呢?舉個例子：一個小球沿地面滾動并掉進了一個小洞中，在我們看來，小球是存在的，它還在洞里面，因為我們?nèi)祟愂恰叭S”的；而對于一個動物來說，它得出的結(jié)論就會是：小球已經(jīng)不存在了!它消失了。為什么會得出這樣的結(jié)論呢?因為它生活在“二維”世界里，對“三維”事件是無法清楚理解的。同樣的道理，我們?nèi)祟惿钤凇叭S”世界里，對于比我們多幾維的宇宙，也是很難理解清楚的。這也正是對于“宇宙是什么樣子”這個問題無法解釋清楚的原因。

1、均勻的宇宙

長期以來，人們相信地球是宇宙的中心。哥白尼把這個觀點顛倒了過來，他認為太陽才是宇宙的中心。地球和其他行星都圍繞著太陽轉(zhuǎn)動，恒星則鑲嵌在天球的最外層上。布魯諾進一步認為，宇宙沒有中心，恒星都是遙遠的太陽。

無論是托勒密的地心說還是哥白尼的日心說，都認為宇宙是有限的。教會支持宇宙有限的論點。但是，布魯諾居然敢說宇宙．是無限的，從而挑起了宇宙究竟有限還是無限的長期論戰(zhàn)。這場論戰(zhàn)并沒有因為教會燒死布魯諾而停止下來。主張宇宙有限的人說：“宇宙怎么可能是無限的呢?”這個問題確實不容易說清楚。主張宇宙無限的人則反問：“宇宙怎么可能是有限的呢?”這個問題同樣也不好回答。

隨著天文觀測技術(shù)的發(fā)展，人們看到，確實像布魯諾所說的那樣，恒星是遙遠的太陽。人們還進一步認識到，銀河是由無數(shù)個太陽系組成的大星系，我們的太陽系處在銀河系的邊緣，圍繞著銀河系的中心旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速大約每秒250千米，圍繞銀心轉(zhuǎn)一圈約需2.5億年。太陽系的直徑充其量約1光年，而銀河系的直徑則高達10萬光年。銀河系由1000多億顆恒星組成，太陽系在銀河系中的地位，真像一粒砂子處在北京城中。后來又發(fā)現(xiàn)，我們的銀河系還與其他銀河系組成更大的星系團，星系團的直徑約為107光年(1000萬光年)。目前，望遠鏡觀測距離已達100億光年以上，在所見的范圍內(nèi)，有無數(shù)的星系團存在，這些星系團不再組成更大的團，而是均勻各向同性地分布著。這就是說，在10的7次方光年的尺度以下，物質(zhì)是成團分布的。衛(wèi)星繞著行星轉(zhuǎn)動，行星、彗星則繞著恒星轉(zhuǎn)動，形成一個個太陽系。這些太陽系分別由一個、兩個、三個或更多個太陽以及它們的行星組成。有兩個太陽的稱為雙星系，有三個以上太陽的稱為聚星系。成千億個太陽系聚集在一起，形成銀河系，組成銀河系的恒星(太陽系)都圍繞著共同的重心——銀心轉(zhuǎn)動。無數(shù)的銀河系組成星系團，團中的各銀河系同樣也圍繞它們共同的重心轉(zhuǎn)動。但是，星系團之間，不再有成團結(jié)構(gòu)。各個星系團均勻地分布著，無規(guī)則地運動著。從我們地球上往四面八方看，情況都差不多。粗略地說，星系固有點像容器中的氣體分子，均勻分布著，做著無規(guī)則運動。這就是說，在10的8次方光年(一億光年)的尺度以上，宇宙中物質(zhì)的分布不再是成團的，而是均勻分布的。由于光的傳播需要時間，我們看到的距離我們一億光年的星系，實際上是那個星系一億年以前的樣子。所以，我們用望遠鏡看到的，不僅是空間距離遙遠的星系，而且是它們的過去。從望遠鏡看來，不管多遠距離的星系團，都均勻各向同性地分布著。

因而我們可以認為，宇觀尺度上(10的5次方光年以上)物質(zhì)分布的均勻狀態(tài)，不是現(xiàn)在才有的，而是早已如此。

于是，天體物理學家提出一條規(guī)律，即所謂宇宙學原理。這條原理說，在宇觀尺度上，三維空間在任何時刻都是均勻各向同性的?，F(xiàn)在看來，宇宙學原理是對的。所有的星系都差不多，都有相似的演化歷程。因此我們用望遠鏡看到的遙遠星系，既是它們過去的形象，也是我們星系過去的形象。望遠鏡不僅在看空間，而且在看時間，在看我們的歷史。

2、有限而無邊的宇宙

愛因斯坦發(fā)表廣義相對論后，考慮到萬有引力比電磁力弱得多，不可能在分子、原子、原子核等研究中產(chǎn)生重要的影響，因而他把注意力放在了天體物理上。他認為，宇宙才是廣義相對論大有用武之地的領(lǐng)域。

愛因斯坦1915年發(fā)表廣義相對論，1917年就提出一個建立在廣義相對論基礎上的宇宙模型。這是一個人們完全意想不到的模型。在這個模型中，宇宙的三維空間是有限無邊的，而且不隨時間變化。以往人們認為，有限就是有邊，無限就是無邊。愛因斯坦把有限和有邊這兩個概念區(qū)分開來。

一個長方形的桌面，有確定的長和寬，也有確定的面積，因而大小是有限的。同時它有明顯的四條邊，因此是有邊的。如果有一個小甲蟲在它上面爬，無論朝哪個方向爬，都會很快到達桌面的邊緣。所以桌面是有限有邊的二維空間。如果桌面向四面八方無限伸展，成為歐氏幾何中的平面，那么，這個歐氏平面是無限無邊的二維空間。

我們再看一個籃球的表面，如果籃球的半徑為r，那么球面的面積是4πr的2次方，大小是有限的。但是，這個二維球面是無邊的。假如有一個小甲蟲在它上面爬，永遠也不會走到盡頭。所以，籃球面是一個有限無邊的二維空間。
按照宇宙學原理，在宇觀尺度上，三維空間是均勻各向同性的。愛因斯坦認為，這樣的三維空間必定是常曲率空間，也就是說空間各點的彎曲程度應該相同，即應該有相同的曲率。由于有物質(zhì)存在，四維時空應該是彎曲的。三維空間也應是彎的而不應是平的。愛因斯坦覺得，這樣的宇宙很可能是三維超球面。三維超球面不是通常的球體，而是二維球面的推廣。通常的球體是有限有邊的，體積是4/3πr的3次方，它的邊就是二維球面。三維超球面是有限無邊的，生活在其中的三維生物(例如我們?nèi)祟惥褪怯虚L、寬、高的三維生物)，無論朝哪個方向前進均碰不到邊。假如它一直朝北走，最終會從南邊走回來。

宇宙學原理還認為，三維空間的均勻各向同性是在任何時刻都保持的。愛因斯坦覺得其中最簡單階情況就是靜態(tài)宇宙，也就是說，不隨時間變化的宇宙。這樣的宇宙只要在某一時刻均勻各向同性，就永遠保持均勻各向同性。

愛因斯坦試圖在三維空間均勻各向同性、且不隨時間變化的假定下，救解廣義相對論的場方程。場方程非常復雜，而且需要知道初始條件(宇宙最初的情況)和邊界條件(宇宙邊緣處的情況)才能求解。本來，解這樣的方程是十分困難的事情，但是愛因斯坦非常聰明，他設想宇宙是有限無邊的，沒有邊自然就不需要邊界條件。他又設想宇宙是靜態(tài)的，現(xiàn)在和過去都一樣，初始條件也就不需要了。再加上對稱性的限制(要求三維空間均勻各向同性)，場方程就變得好解多了。但還是得不出結(jié)果。反復思考后，愛因斯坦終于明白了求不出解的原因：廣義相對論可以看作萬有引力定律的推廣，只包含“吸引效應”不包含“排斥效應”。而維持一個不隨時間變化的宇宙，必須有排斥效應與吸引效應相平衡才行。這就是說，從廣義相對論場方程不可能得出“靜態(tài)”宇宙。要想得出靜態(tài)宇宙，必須修改場方程。于是他在方程中增加了一個“排斥項”，叫做宇宙項。這樣，愛因斯坦終于計算出了一個靜態(tài)的、均勻各向同性的、有限無邊的宇宙模型。一時間大家非常興奮，科學終于告訴我們，宇宙是不隨時間變化的、是有限無邊的?？磥?，關(guān)于宇宙有限還是無限的爭論似乎可以畫上一個句號了。

3、膨脹或脈動的宇宙

幾年之后，一個名不見經(jīng)傳的前蘇聯(lián)數(shù)學家弗利德曼，應用不加宇宙項的場方程，得到一個膨脹的、或脈動的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三維空間上也是均勻、各向同性的，但是，它不是靜態(tài)的。這個宇宙模型隨時間變化，分三種情況。第一種情況，三維空間的曲率是負的；第二種情況，三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的；第三種情況，三維空間的曲率是正的。前兩種情況，宇宙不停地膨脹；第三種情況，宇宙先膨脹，達到一個極大值后開始收縮，然后再膨脹，再收縮……因此第三種宇宙是脈動的。弗利德曼的宇宙最初發(fā)表在一個不太著名的雜志上。后來，西歐一些數(shù)學家物理學家得到類似的宇宙模型。愛因斯坦得知這類膨脹或脈動的宇宙模型后，十分興奮。他認為自己的模型不好，應該放棄，弗利德曼模型才是正確的宇宙模型。

同時，愛因斯坦宣稱，自己在廣義相對論的場方程上加宇宙項是錯誤的，場方程不應該含有宇宙項，而應該是原來的老樣子。但是，宇宙項就像“天方夜譚”中從瓶子里放出的魔鬼，再也收不回去了。后人沒有理睬愛因斯坦的意見，繼續(xù)討論宇宙項的意義。今天，廣義相對論的場方程有兩種，一種不含宇宙項，另一種含宇宙項，都在專家們的應用和研究中。

早在1910年前后，天文學家就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)星系的光譜有紅移現(xiàn)象，個別星系的光譜還有紫移現(xiàn)象。這些現(xiàn)象可以用多譜勒效應來解釋。遠離我們而去的光源發(fā)出的光，我們收到時會感到其頻率降低，波長變長，并出現(xiàn)光譜線紅移的現(xiàn)象，即光譜線向長波方向移動的現(xiàn)象。反之，向著我們迎面而來的光源，光譜線會向短波方向移動，出現(xiàn)紫移現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與聲音的多普勒效應相似。許多人都有過這樣的感受：迎面而來的火車其鳴叫聲特別尖銳刺耳，遠離我們而去的火車其鳴叫聲則明顯遲鈍。這就是聲波的多普勒效應，迎面而來的聲源發(fā)出的聲波，我們感到其頻率升高，遠離我們而去的聲源發(fā)出的聲波，我們則感到其頻率降低。

如果認為星系的紅移、紫移是多普勒效應，那么大多數(shù)星系都在遠離我們，只有個別星系向我們靠近。隨之進行的研究發(fā)現(xiàn)，那些個別向我們靠近的紫移星系，都在我們自己的本星系團中(我們銀河系所在的星系團稱本星系團)。本星系團中的星系，多數(shù)紅移，少數(shù)紫移；而其他星系團中的星系就全是紅移了。
1929年，美國天文學家哈勃總結(jié)了當時的一些觀測數(shù)據(jù)，提出一條經(jīng)驗規(guī)律，河外星系(即我們銀河系之外的其他銀河系)的紅移大小正比于它們離開我們銀河系中心的距離。由于多普勒效應的紅移量與光源的速度成正比，所以，上述定律又表述為：河外星系的退行速度與它們離我們的距離成正比：

V＝HD

式中V是河外星系的退行速度，D是它們到我們銀河系中心的距離。這個定律稱為哈勃定律，比例常數(shù)H稱為哈勃常數(shù)。按照哈勃定律，所有的河外星系都在遠離我們，而且，離我們越遠的河外星系，逃離得越快。

哈勃定律反映的規(guī)律與宇宙膨脹理論正好相符。個別星系的紫移可以這樣解釋，本星系團內(nèi)部各星系要圍繞它們的共同重心轉(zhuǎn)動，因此總會有少數(shù)星系在一定時間內(nèi)向我們的銀河系靠近。這種紫移現(xiàn)象與整體的宇宙膨脹無關(guān)。

哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不過，如果查看一下當年哈勃得出定律時所用的數(shù)據(jù)圖，人們會感到驚訝。在距離與紅移量的關(guān)系圖中，哈勃標出的點并不集中在一條直線附近，而是比較分散的。哈勃怎么敢于斷定這些點應該描繪成一條直線呢?一個可能的答案是，哈勃抓住了規(guī)律的本質(zhì)，拋開了細節(jié)。另一個可能是，哈勃已經(jīng)知道當時的宇宙膨脹理論，所以大膽認為自己的觀測與該理論一致。以后的觀測數(shù)據(jù)越來越精，數(shù)據(jù)圖中的點也越來越集中在直線附近，哈勃定律終于被大量實驗觀測所確認。

4、宇宙有限還是無限

現(xiàn)在，我們又回到前面的話題，宇宙到底有限還是無限?有邊還是無邊?對此，我們從廣義相對論、大爆炸宇宙模型和天文觀測的角度來探討這一問題。

滿足宇宙學原理(三維空間均勻各向同性)的宇宙，肯定是無邊的。但是否有限，卻要分三種情況來討論。

如果三維空間的曲率是正的，那么宇宙將是有限無邊的。不過，它不同于愛因斯坦的有限無邊的靜態(tài)宇宙，這個宇宙是動態(tài)的，將隨時間變化，不斷地脈動，不可能靜止。這個宇宙從空間體積無限小的奇點開始爆炸、膨脹。此奇點的物質(zhì)密度無限大、溫度無限高、空間曲率無限大、四維時空曲率也無限大。在膨脹過程中宇宙的溫度逐漸降低，物質(zhì)密度、空間曲率和時空曲率都逐漸減小。體積膨脹到一個最大值后，將轉(zhuǎn)為收縮。在收縮過程中，溫度重新升高、物質(zhì)密度、空間曲率和時空曲率逐漸增大，最后到達一個新奇點。許多人認為，這個宇宙在到達新奇點之后將重新開始膨脹。顯然，這個宇宙的體積是有限的，這是一個脈動的、有限無邊的宇宙。

如果三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的(宇宙中有物質(zhì)存在，四維時空是彎曲的)，那么這個宇宙一開始就具有無限大的三維體積，這個初始的無限大三維體積是奇異的(即“無窮大”的奇點)。大爆炸就從這個“無窮大”奇點開始，爆炸不是發(fā)生在初始三維空間中的某一點，而是發(fā)生在初始三維空間的每一點。即大爆炸發(fā)生在整個“無窮大”奇點上。這個“無窮大”奇點。溫度無限高、密度無限大、時空曲率也無限大(三維空間曲率為零)。爆炸發(fā)生后，整個“奇點”開始膨脹，成為正常的非奇異時空，溫度、密度和時空曲率都逐漸降低。這個過程將永遠地進行下去。這是一種不大容易理解的圖像：一個無窮大的體積在不斷地膨脹。顯然，這種宇宙是無限的，它是一個無限無邊的宇宙。

三維空間曲率為負的情況與三維空間曲率為零的情況比較相似。宇宙一開始就有無窮大的三維體積，這個初始體積也是奇異的，即三維“無窮大”奇點。它的溫度、密度無限高，三維、四維曲率都無限大。大爆炸發(fā)生在整個“奇點”上，爆炸后，無限大的三維體積將永遠膨脹下去，溫度、密度和曲率都將逐漸降下來。這也是一個無限的宇宙，確切地說是無限無邊的宇宙。

那么，我們的宇宙到底屬于上述三種情況的哪一種呢?我們宇宙的空間曲率到底為正，為負，還是為零呢?這個問題要由觀測來決定。

廣義相對論的研究表明，宇宙中的物質(zhì)存在一個臨界密度ρc，大約是每立方米三個核子(質(zhì)子或中子)。如果我們宇宙中物質(zhì)的密度ρ大于ρc，則三維空間曲率為正，宇宙是有限無邊的；如果ρ小于ρc，則三維空間曲率為負，宇宙也是無限無邊的。因此，觀測宇宙中物質(zhì)的平均密度，可以判定我們的宇宙究竟屬于哪一種，究競有限還是無限。

此外，還有另一個判據(jù)，那就是減速因子。河外星系的紅移，反映的膨脹是減速膨脹，也就是說，河外星系遠離我們的速度在不斷減小。從減速的快慢，也可以判定宇宙的類型。如果減速因子q大于1/2，三維空間曲率將是正的，宇宙膨脹到一定程度將收縮；如果q等于1/2，三維空間曲率為零，宇宙將永遠膨脹下去；如果q小于1/2，三維空間曲率將是負的，宇宙也將永遠膨脹下去。

表3列出了有關(guān)的情況：

表3

宇宙中物質(zhì)密度 紅移的減速因子 三維空間曲率 宇宙類型 膨脹特點

ρ＞ρc q＞1/2 正 有限無邊 脈動

ρ＝ρc q＝1/2 零 無限無邊 永遠膨脹

ρ＜ρc q＜1/2 負 無限無邊 永遠膨脹

我們有了兩個判據(jù)，可以決定我們的宇宙究竟屬于哪一種了。觀測結(jié)果表明，ρ＜ρc，我們宇宙的空間曲率為負，是無限無邊的宇宙，將永遠膨脹下去!不幸的是，減速因子觀測給出了相反的結(jié)果，q＞1/2，這表明我們宇宙的空間曲率為正，宇宙是有限無邊的，脈動的，膨脹到一定程度會收縮回來。哪一種結(jié)論正確呢?有些人傾向于認為減速因子的觀測更可靠，推測宇宙中可能有某些暗物質(zhì)被忽略了，如果找到這些暗物質(zhì)，就會發(fā)現(xiàn)ρ實際上是大于ρc的。另一些人則持相反的看法。還有一些人認為，兩種觀測方式雖然結(jié)論相反，但得到的空間曲率都與零相差不大，可能宇宙的空間曲率就是零。然而，要統(tǒng)一大家的認識，還需要進一步的實驗觀測和理論推敲。今天，我們?nèi)匀豢隙ú涣擞钪婢烤褂邢捱€是無限，只能肯定宇宙無邊，而且現(xiàn)在正在膨脹!此外，還知道膨脹大約開始于100億-200億年以前，這就是說，我們的宇宙大約起源于100億-200億年之前。

5、愛因斯坦宇宙模型

根據(jù)物理理論，在一定的假設前提下提出的關(guān)于宇宙的設想與推測，稱為宇宙模型。

著名科學家愛因斯坦于1915年建立了廣義相對論的物理理論。這一理論認為，宇宙中沒有絕對空間和絕對時間，無論是空間和時間都不能與物質(zhì)隔開來，空間和時間均受物質(zhì)影響；引力是空間彎曲的效應，而空間彎曲是由物質(zhì)存在決定的。愛因斯坦將他的理論應用于宇宙研究，1917年發(fā)表了《根據(jù)廣義相對論的宇宙學考察》的論文，他將廣義相對論的引力場方程用于整個宇宙，建立起一種宇宙模型。
當時科學家普遍認為宇宙是靜止的，不隨時間變化的。雖然在幾年前，美國天文學家斯里弗已發(fā)現(xiàn)了河外星系的譜線紅移(顯然這是對靜止宇宙的挑戰(zhàn))，但由于當時正值第一次世界大戰(zhàn)，這一消息并沒有傳到歐洲。因此，愛因斯坦也和大多數(shù)科學家一樣，認為宇宙是靜態(tài)的。愛因斯坦想從引力場方程著手，得出一個宇宙是靜態(tài)的、均勻的、各向同性的答案。但他得到的解是不穩(wěn)定的，表明全間和距離不是恒定不變的，而是隨時變化的。為了得到一個空間是穩(wěn)定的解，愛因斯坦人為地在引力場方程中引入一個叫做“宇宙常數(shù)”的項，讓它起斥力的作用。愛因斯坦得出一個有限無邊的靜態(tài)宇宙模型，稱為愛因斯坦宇宙模型。為了便于理解，可把它比喻為三維空間中的一個二維球面：球面的面積是有限的、但沿著球面沒有邊界，也無中心，球面保持靜態(tài)狀態(tài)。幾年以后，愛因斯坦得知河外星系退行，宇宙是膨脹的消息后，非常后悔在自己的模型中加了一個宇宙常數(shù)項，稱這是他一生中犯的最大錯誤。
最新發(fā)現(xiàn)：銀河系奇異恒星的伴星現(xiàn)身

科學家利用NASA的遠紫外譜儀探索衛(wèi)星首次探測到船底座伊塔星(Eta Carinae)的伴星。船底座伊塔星是銀河系中最重最奇異的星體，座落在離地球7500光年船底座，在南半球用肉眼就可以清楚的看到?？茖W家認為船底座伊塔星是一個正迅速走向衰亡的不穩(wěn)定恒星。
長期以來，科學家們就推斷它應該存在著一顆伴星，但是一直得不到直接的證據(jù)。間接的證據(jù)來自其亮度呈現(xiàn)的規(guī)則變化。科學家發(fā)現(xiàn)船底座伊塔星在可見光，X-射線，射電波和紅外線波段的亮度都呈現(xiàn)規(guī)則的重覆模式，因此推測它可能是一個雙星系統(tǒng)。最有力的證據(jù)是每過5年半，船底座伊塔星系統(tǒng)發(fā)出的X-射線就會消失約三個月時間?？茖W家認為船底座伊塔星溫度太低，本身并不能發(fā)出X-射線，但是它以每秒300英里的速度向外噴發(fā)氣體粒子，這些氣體粒子和伴星發(fā)出的粒子相互碰撞后發(fā)出X-射線?？茖W家認為X-射線消失的原因是船底座伊塔星每隔5年半就擋住了這些X-射線。最近一次X-射線消失開始于2003年6月29日。

科學家推斷船底座伊塔星和其伴星的距離是地球到太陽之間的距離的10倍，因為它們距離太近，離地球又太遠，無法用望遠鏡直接將它們區(qū)分開。另外一種方法就是直接觀測伴星所發(fā)出的光。但是船底座伊塔星的伴星比其本身要暗的多，以前科學家曾經(jīng)試圖用地面望遠鏡和哈勃望遠鏡觀測，但都沒有成功。

美國天主教大學的科學家羅辛納. 而平(Rosina Iping)及其合作者利用遠紫外譜儀衛(wèi)星來觀測這顆伴星，因為它比哈勃望遠鏡能觀測到波長更短的紫外線。它們在6月10日，17日觀測到了遠紫外線，但是在6月27日，也就是在X-射線消失前的兩天遠紫外線消失了。觀測到的遠紫外線來自船底座伊塔星的伴星，因為船底座伊塔星溫度太低，本身不會發(fā)出遠紫外線。這意味著船底座伊塔星擋住了X-射線的同時也擋住了伴星。這是科學家首次觀測到船底座伊塔星的伴星發(fā)出的光，從而證實了這顆伴星的存在。

有三個太陽的恒星
據(jù)新華社14日電 據(jù)14日出版的《自然》雜志報道，美國天文學家在距離地球149光年的地方發(fā)現(xiàn)了一個具有三顆恒星的奇特星系，在這個星系內(nèi)的行星上，能看到天空中有三個太陽。
美國加州理工學院的天文學家在該雜志上報告說，他們發(fā)現(xiàn)天鵝星座中的HD188753星系中有3顆恒星。處于該星系中心的一顆恒星與太陽系中的太陽類似，它旁邊的行星體積至少比木星大14%。該行星與中心恒星的距離大約為800萬公里，是太陽和地球之間距離的二十分之一。而星系的另外兩顆恒星處于外圍，它們彼此相距不遠，也圍繞中心恒星公轉(zhuǎn)。

銀河系中的星系多為單星系或雙星系，具有三顆以上恒星的星系被稱為聚星系，不太多見。

恒星并不是平均分布在宇宙之中，多數(shù)的恒星會受彼此的引力影響，形成聚星系統(tǒng)，如雙星、三恒星，甚至形成星團，及星系等由數(shù)以億計的恒星組成的恒星集團。

天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙中生命誕生是普遍的現(xiàn)象

近日美國宇航局尋找地球以外生命物質(zhì)存在證據(jù)的科研小組研究發(fā)現(xiàn)，某些在實際生命化學反應中起到至關(guān)重要作用的有機化學物質(zhì)，普遍存在于我們地球以外的浩瀚宇宙中。研究結(jié)果表明，在宇宙深處存在生命物質(zhì)、或者有孕育生命物質(zhì)的化學反應發(fā)生，這在浩瀚的宇宙中是一種普遍現(xiàn)象。
上述研究來自“美國宇航局艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)”的一個外空生物科研小組。在該小組工作的科學家道格拉斯-希金斯介紹時稱：“根據(jù)科研小組最新的研究結(jié)果顯示，一類在生物生命化學中起至關(guān)重要作用的化合物，在廣袤的宇宙空間中廣泛而且大量地存在著?！?作為該外空生物學研究小組的主要成員之一，道格拉斯-希金斯以第一作者的身份將他們的最新研究成果撰文發(fā)表在10月10日出版的《天體物理學》雜志上。
希金斯在描述其研究結(jié)果時介紹：“利用美國宇航局斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)最近的觀測結(jié)果，天文學家在我們所居住的銀河系內(nèi)，到處都發(fā)現(xiàn)了一種復雜有機物‘多環(huán)芳烴’(PAHs)存在的證據(jù)。但是這項發(fā)現(xiàn)一開始只得到天文學家的重視，并沒有引起對外空生物進行研究的天體生物學家們的興趣。因為對于生物學而言，普通的多環(huán)芳烴物質(zhì)存在并不能說明什么實質(zhì)問題。但是，我們的研究小組在最近一項分析結(jié)果中卻驚喜的發(fā)現(xiàn)，宇宙中看到的這些多環(huán)芳烴物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)中含有‘氮’元素(N)的成分，這一意外發(fā)現(xiàn)使我們的研究發(fā)生了戲劇性改變?！?
該研究小組的另一成員，來自美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家路易斯-埃蘭曼德拉說：“包括DNA分子在內(nèi)，對于大多數(shù)構(gòu)成生命的化學物質(zhì)而言，含氮的有機分子參與是必須的條件。舉一個含氮有機物質(zhì)在生命物質(zhì)意義上最典型的例子，象我們所熟悉的葉綠素，其對于植物的光合作用起著關(guān)鍵作用，而葉綠素分子中富含這種含氮多環(huán)芳烴(PANHs)成分?！?
據(jù)介紹，在科研小組的研究工作中，除了利用來自斯皮策望遠鏡得到的觀測數(shù)據(jù)外，科研人員還使用了歐洲宇航局太空紅外天文觀測衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。在美國宇航局艾姆斯研究中心的實驗室中，研究人員對這類特殊的多環(huán)芳烴，利用紅外光譜化學鑒定技術(shù)對其分子結(jié)構(gòu)和化學成分進行了全面分析，找到其中氮元素存在的證據(jù)。同時科學家利用計算機技術(shù)對這些宇宙中普遍存在的含氮多環(huán)芳烴，進行了紅外射線光譜模擬分析。
路易斯-埃蘭曼德拉同時還表示：“除去上述分析結(jié)論以外，更加富有戲劇性的發(fā)現(xiàn)是，在斯皮策太空望遠鏡的觀測中還顯示出，在宇宙中一些即將死亡的恒星天體周圍，環(huán)繞其外的眾多星際物質(zhì)中，都大量蘊藏著這種特殊的含氮多環(huán)芳烴成分。這一發(fā)現(xiàn)從某種意義上似乎也告訴我們，在浩瀚的宇宙星空中，即使在死亡來臨的時候，同時也孕育著新生命開始的火種。”

本年度最大科學突破:宇宙正膨脹 發(fā)現(xiàn)暗能量

通過分析星系團(圖中左側(cè)的點)，斯隆數(shù)字天空觀測計劃天文學家確定，暗能量正在驅(qū)動著宇宙不斷地膨脹。

據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，證實宇宙正在膨脹是本年度最重大的科學突破。

報道說，近73％的宇宙由神秘的暗能量組成，它是一種反重力。在19日出版的美國《科學》雜志上，暗能量的發(fā)現(xiàn)被評為本年度最重大的科學突破。通過望遠鏡，人類在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近2000億個星系，每一個星系中又有約2000億顆星球。但所有這些加起來僅占整個宇宙的4％。

現(xiàn)在，在新的太空探索基礎上，以及通過對100萬個星系進行仔細研究，天文學家們至少已經(jīng)弄清了部分情況。約23％的宇宙物質(zhì)是“暗物質(zhì)”。沒有人知道它們究竟是什么，因為它們無法被檢測到，但它們的質(zhì)量大大超過了可見宇宙的總和。而近73％的宇宙是最新發(fā)現(xiàn)的暗能量。這種奇特的力量似乎正在使宇宙加速膨脹。英國皇家天文學家馬丁·里斯爵士將這一發(fā)現(xiàn)稱為“最重要的發(fā)現(xiàn)”。

這一發(fā)現(xiàn)是繞軌道運行的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）和斯隆數(shù)字天文臺（SDSS）的成果。它解決了關(guān)于宇宙的年齡、膨脹的速度及組成宇宙的成分等一系列問題的長期爭論。天文學家現(xiàn)在相信宇宙的年齡是137億年

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