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宇宙加速膨胀完整图文解读
Steed发表于 2011-10-06
“有人说世界将终结于烈火，有人说将终结于寒冰……”
宇宙最终的命运是什么？或许它将终结于寒冰，如果我们打算相信今年的诺贝尔物理学奖的话。他们已经仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星”（supernova）的爆炸恒星，得出了宇宙正在加速膨胀的结论。
即便是对这些获奖者而言，这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象，就好比是把一个小球抛向了空中，却没有看到它落回来，反倒看着它越来越快地上升，最终消失在了空中，仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。
[世界正在膨胀。宇宙的膨胀始于140亿年前的大爆炸，但在最初几十亿年里，宇宙膨胀的速
度是越来越慢的。但最终，它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的，这种暗能
量起初只占宇宙的一小部分。但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释，暗能量变得越来越显
著。]
宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分
崩离析。这种所谓的“暗能量”（dark energy）占据了宇宙成分的绝大部分，含量超过70%。它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。所以难怪，当两个不同的研究
团队在1998年公布相似的结果时，宇宙学的根基被撼动了。
索尔?佩尔穆特（Saul Perlmutter）领导着其中一个团队，即1988年启动的“超新星宇
宙学项目”（Supernova Cosmology Project）。布莱恩?施密特（Brian Schmidt）领
导着另一个团队，即1994年启动的“高红移超新星研究组”（High-z Supernova
Search Team）展开竞争，亚当?里斯（Adam Riess）在其中起到了至关重要的作用。
两个研究团队通过寻找遥远空间中爆发的超新星，展开了绘制宇宙“地图”的竞赛。通过确
定这些超新星的距离和它们离我们而去的速度，科学家希望能够揭开我们宇宙的最终命运。
他们本来以为，自己会发现宇宙膨胀正在减速的迹象，这种减速将决定宇宙会终结于烈火还是寒冰。结果，他们发现了完全相反的事实——宇宙膨胀正在加速。
[一闪一闪亮晶晶，天上星星在哪里……]
天文学发现颠覆我们对于宇宙的观点，这已经不是第一次了。就在100年前，人们还认为宇宙是一个宁静的所在，比我们的银河系大不了多少。宇宙学时钟可靠而又稳定地滴答作响，记录着时间的平稳流逝，而宇宙本身则是永恒的，无始无终。但没过多久，一种颠覆性的红移就改变了人们的这种观点。
在20世纪初，美国天文学家汉丽埃塔?斯万?勒维特（Henrietta Swan Leavitt）发现了一种测量遥远恒星距离的方法。当时，女性天文学家没有接触大型望远镜的资格，但她们被天文台雇佣，来从事分析照相底板的繁重工作。汉丽埃塔?勒维特研究了上千颗被称为造父变星（Cepheid）的脉动变星，发现越明亮的造父变星，脉动的周期也越长。利用这样的信息，勒维特能够计算出造父变星自身的亮度。
只要有一颗造父变星的距离是已知的，其他造父变星的距离就可以推算出来——恒星的光显得越暗，它的距离就越远。一种可靠的标准烛光就这样诞生了，直到今天，它们仍是宇宙距离标尺上的第一个标记。利用这些造父变星，天文学家很快就得出结论——银河系只是宇宙中许多星系中普普通通的一个。到了20世纪20年代，美国加利福尼亚威尔逊山上当时世界上最大的望远镜投入了使用，这让天文学家能够证明，几乎所有星系都在远离我
们而去。他们研究的是一种叫做“红移”（redshift）的现象，当光源远离我们而去时就会
出现。光的波长会被拉长，而波长越长，它的颜色就越红。天文学家得出的结论是，星系不光在离我们而去，彼此之间也在相互远离，而且距离越远，逃离的速度就越快——这被称为哈勃定律（Hubble’s law）。宇宙正在膨胀。
[具有稳定亮度的标准烛光，是测量遥远恒星的距离所必需的。]
观测到的宇宙膨胀，在理论计算中其实已经被人提出过了。1915年，爱因斯坦发表了他
的广义相对论，此后这一直是我们理解宇宙的基础。按照广义相对论，宇宙只能收缩或者膨胀，不可能稳定不变。
这个令人不安的结论，提出的时间比天文学家发现星系远离早了差不多10年。就连爱因
斯坦都难以忍受宇宙不可能稳定不变这一事实。因此，为了消灭这种他不想要的宇宙膨胀，爱因斯坦在他的方程里加了一个常数，他称之为“宇宙学常数”（cosmological constant）。后来，爱因斯坦认为，加上这个宇宙学常数是一个大错误。然而，有了那些完成于1997-1998年、并在今年获得诺贝尔物理学奖的宇宙学观测，我们可以得出这样的结论——爱因斯坦加上宇宙学常数的这一招实在是聪明绝顶，虽然他当年的理由是错的。
发现宇宙膨胀，让我们迈出了奠定基础的第一步，最终得出了今天的标准宇宙学观点，即宇宙诞生于大约140亿年前的一场大爆炸。时间和空间都起始于那一时刻。从那时起，宇宙就一直在膨胀；星系则像是烤箱中正在膨胀的蛋糕里夹杂的葡萄干，由于宇宙学膨胀而彼此远离。但未来的命运又将如何？
当爱因斯坦放弃宇宙学常数，转而向非静态宇宙观点投诚时，他把宇宙的几何形状同宇宙的命运联系了起来。宇宙到底是开放的、闭合的，还是介于两者之间——是平坦的呢？
开放的宇宙，指的是物质引力不足以阻止宇宙膨胀。这样的话，所有物质都会在一个越来越大、越来越冷、越来越空旷的空间中不断稀释下去。闭合的宇宙则刚好相反，引力强大的足以停止甚至逆转宇宙的膨胀。这样的话，宇宙最终会停止膨胀，然后坍缩回来，在一场炽热而剧烈的大挤压（Big Crunch）中终结。然而，大多数宇宙学家都更喜欢生活在一个最简单、数学上也最优雅的宇宙之中——这就是平坦的宇宙，其中的宇宙膨胀会越来越慢。因此，宇宙最终不是会终结于烈火，就是会终结于寒冰。这是我们无法选择的事情。如果存在宇宙学常数，那么膨胀就将持续加速，哪怕宇宙是平坦的。
今年的诺贝尔物理学奖获得者当年认为，他们会测量到宇宙减速膨胀，测量出宇宙膨胀的速度是如何减慢的。他们采用的方法，从原理上讲，跟60多年前天文学家所用的方法是
一样的——那就是给遥远的恒星定位，并测量它们如何运动。然而，说起来容易做起来难。自汉丽埃塔?勒维特发现造父变星的秘密以来，天文学家在越来越远的距离上找到了许多其他的造父变星。但在天文学家所要测量的距离上，即数十亿光年以外，造父变星已经无法看见。宇宙标尺必须延长才行。
超新星，也就是恒星的爆炸，成了新的标准烛光。地面和太空中越来越先进的望远镜，以及越来越强大的计算机，在20世纪90年代开启了全新的可能性，让天文学家有能力为宇宙学拼图填上更多空缺的内容。其中最关键的技术进步，则是光敏数码成像传感器CCD
的发明——发明者威廉?波义耳（Willard Boyle）和乔治?史密斯（George Smith）因
为这项发明获得了2009年诺贝尔物理学奖。
天文学家工具箱中的最新工具，是一类特殊的恒星爆炸——Ia型超新星。在短短几星期之内，单单一颗这样的超新星发出的光足以与整个星系相抗衡。这类超新星是白矮星
（white dwarf）爆炸的结果——这种超致密老年恒星像太阳一样重，却只有地球这么大。这种爆炸是白矮星生命循环中的最后一步。
白矮星是一颗恒星核心处无法提供更多能量时形成的，因为所有的氢和氦都已经在核反应中耗尽了，只剩下了碳和氧。通过同样的方式，在久远的未来，我们的太阳也会变成一颗白矮星，最终变得越来越暗，越来越冷。
如果一颗白矮星处在一个双星系统之中（这是相当常见的），那么就会有更令人激动的结局在等待着它。在这种情况下，白矮星强大的引力会从它的伴星身上抢夺气体。然而，一旦白矮星超过1.4倍太阳质量，它就再也无法维持下去了。此时，白矮星内部会变得足够炽热，启动一场失控的核聚变反应，整个恒星会在几秒钟内被炸得粉身碎骨。
[白矮星会通过引力，从它的伴星身上窃取气体]
[当白矮星超过1.4倍太阳质量，它就会爆炸，变成一颗Ia型超新星。]
这些核聚变产物会释放出强烈的辐射，在爆炸之后的最初几星期内迅速增亮，直到随后的几个月内才逐渐变暗。因此，发现这些超新星必须要快，因为它们剧烈的爆发相当短暂。在整个可观测宇宙之中，平均每分钟大约爆发10颗Ia型超新星。但宇宙实在太过巨大。一个典型的星系平均每1000年才会出现一到两颗超新星爆发。2011年9月，我们很幸运地在北斗七星附近的一个星系中观测到了这样一颗超新星爆发，通过一副普通的双筒望远镜就能够看到。但大多数超新星离我们要遥远得多，因而也暗淡得多。那么，面对这么大一片天空，我们究竟应该在什么时间往哪里看呢？
两个相互竞争的研究团队都知道，他们必须彻查整个天空，来寻找遥远的超新星。诀窍就在于，比较同样的一小块天空拍摄于不同时间的两张照片。这一小块天空的大小，就相当于你伸直手臂时看到的指甲盖大小。第一张照片必须在新月之后拍摄，第二张照片则要在3个星期之后，抢在月光把星光淹没之前拍摄。接下来，两张照片就可以拿来比对，希望能够从中发现一个小小光点，即CCD图像中的一个像素——这有可能就是遥远星系中爆发了一颗超新星的标志。只有距离超过可观测宇宙半径1/3的超新星才是可用的，这样做是为了消除近距离星系自身运动而带来的干扰。
研究人员还有许多其他难题需要应对。Ia型超新星似乎并不像人们一开始认为的那样可靠——最明亮的超新星爆发亮度衰减的速度要更慢一些。此外，超新星的亮度还必须扣除它
们所在星系的背景亮度。另一个重要任务是获得修正亮度。我们和那些恒星之间的星系际尘埃会改变星光。在计算超新星最大亮度时，这些因素对结果都会有影响。
追踪超新星挑战的不只是科学和技术的极限，更是统筹安排的极限。首先，正确类型的超新星必须要被找到。其次，它的红移和亮度必须要被测量出来。亮度随时间变化的光变曲线必须接受分析，以便能够将它与其他类型相同、距离已知的超新星作比较。这就要求科学家构成的工作网络能够迅速判断某一颗恒星是否值得列入候选进行观测。他们必须能够在不同的望远镜之间切换，毫无延迟地获得一台望远镜的观测时间，而申请观测时间的过程通常需要花上几个月时间。他们还必须迅速行动，因为超新星很快就会变暗。有时候，这两个相互竞争的研究团队还会悄悄“撞车”。
[超新星1995ar。间隔3个星期拍摄的同一小块天区的照片，放在一起加以比对。在第2张照片，出现了一个小小的光点！在对它的光变曲线进行进一步观测之后，它被认为是一颗Ia 型超新星。典型的Ia型超新星能够发出与整个星系相当的光。所有的Ia型超新星光变曲线都是相同的。大多数光会在最初几星期内释放出来（见右下侧图表）。]
这条研究道路上存在太多潜在的陷阱，事实上令这些科学家能够放下心来的原因在于，他们得出了惊人但却相同的结果：总的来说，他们发现了大约50颗遥远的超新星，它们的星光似乎比预期的要暗。这一结果与科学家事先的预期完全相反。如果宇宙膨胀越来越慢的话，超新星应该显得更亮才对。然而，随着超新星被所在星系裹挟着，以越来越快的速
度相互远离，它们的亮度也会越来越暗。他们得出的结论出人意料：宇宙膨胀非但没有越来越慢，反而恰恰相反——宇宙膨胀在加速。
那么，是什么在加速宇宙膨胀呢？这种神秘力量被称为暗能量，它向物理学提出了一大挑战，至今无人能够破解这一谜题。科学家已经提出了若干想法。最简单的办法，就是重新引入爱因斯坦一度放弃的宇宙学常数。当年爱因斯坦加入宇宙学常数的目的，是为了引入一种能够与物质之间的引力相抗衡的斥力，从而创造出一个静态的宇宙。如今，宇宙学常数却似乎在加速宇宙的膨胀。
宇宙学常数当然是个常数，是一个不随时间变化的参数。因此，随着物质在宇宙几十亿年来的膨胀过程中逐渐被稀释，物质的引力也会越来越弱，暗能量就会逐渐占据上风。按照科学家的说法，这可以解释为什么宇宙学常数直到宇宙历史中相当晚的一个时期，也就是五六十亿年前，才逐渐开始发挥作用。大约在那一时期，物质的引力减到了比宇宙学常数还弱的地步。而在那一时期之前，宇宙的膨胀确实是一直在减速。
宇宙学常数可能源自于真空，按照量子物理学的观点，真空从来就没有真的空过。相反，真空是一锅不断翻滚的量子汤，正反物质的虚粒子不断产生又不断消失，从而产生出能量。然而，对暗能量数量最简单的估算，与空间中测量到的暗能量数量却完全不符，足足大了大约10^120倍（1后面跟120个零）。这成了横亘在理论与观测之间的一条至今无解
的巨大鸿沟——要知道，地球上所有海滩上的沙粒加在一起，也不过只有10^20（1后面跟20个零）。
也许，暗能量根本就不是常数。或许它会随时间变化。或许一种未知的力场只是偶尔产生了暗能量。在物理学上，许多这样的力场被统称为“精质”（quintessence），得名于希腊文的“第五元素”。精质可以加速宇宙膨胀，但只是有时候如此。这样一来，预言宇宙最终命运就成了一件不可能完成的事情。
[宇宙加速膨胀在1998年12月被《科学》杂志评为“年度科学突破”。在那期《科学》杂志的封面上，爱因斯坦注视着他的宇宙学常数，这个参数又回到了宇宙学的研究前沿。]
不管暗能量是什么，它似乎都会继续长期存在下去。它与物理学家和天文学家研究了很长
时间的宇宙学谜题符合得非常完美。按照现在公认的观点，宇宙大约有3/4由暗能量构成。剩余的是物质。但普通物质，也就是构成星系、恒星、人类和花花草草的东西，只占宇宙
成分的5%。其他物质被称为暗物质，至今仍在跟我们“躲猫猫”。
暗物质是我们大都未知的宇宙中另一个迄今未解的谜题。与暗能量一样，暗物质也是不可
见的。对于这两样东西，我们只知道它们发挥的作用—— 一个是推，另一个是拉。名字前面那个“暗”字，是它们唯一的共同点。
因此，2011年诺贝尔物理学奖的发现，向科学界揭露了一个95%的成分仍然未知的宇宙。现在，一切又皆有可能了。
宇宙加速膨胀世纪天澜假象 宇宙大爆炸学说与暗能量学说 是宇宙加速膨胀假象推出的荒诞理论 刘叙义2020年11月声源相对人的位置前后做快速（声速以内）运动，人耳听到的声波频率（声调）也有相对变化反应，十九世纪奥地利物理学家天文学家多普勒发现了这一现象，这就是著名的“多普勒效应”。光也是波应该也有光波的多普勒效应，光源相对人的位置前后做快速（光速以内）运动，人眼看到的光波频率（颜色）也应该有相对变化反应。 1929年,E.P.哈勃发现河外星系视向退行速度V与距离d成正比例,即：V = H 0×d。数值 H 为71 ± 4 km s Mpc，在2006年又修正为77 km s Mpc。 这个关系式也称“哈勃定律”，是关于宇宙星系运动的权威理论。这条定律 是哈勃和米尔顿·修默生在接近十年的观测之后，于1929年首先公式化，被认为是在扩展空间范例上的第一个观察依据，经常被援引作为支持宇宙大爆炸的一个重要证据。随着哈勃定律的提出，宇宙膨胀的观念逐渐确立。 物理学家索尔·珀尔马特(加州大学伯克利分校)、布莱恩·施密特(澳大利亚国立大学)与亚当·里斯(约翰·霍普金斯大学)"透过观测遥远超新星而发现了宇宙加速膨胀"，共同荣获2006年邵逸夫天文学奖与2011年诺贝尔物理学奖。 哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的，从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。 哈勃定律百年来成为观测研究宇宙星系运动的主流理论，与光的多普勒效应配合，成为权威的天文理论，现在还能质疑它的正确性吗？ 宇宙星系的星光越远越红的天文观察，比照声音的多普勒效应移植到光线里来，推出这是光线的多普勒效应，推出遥远星系都是背离我们地球做分离运动，并且距离越远退行速度越快。把星系光谱的红移原因认定多普勒效应，由此从时间往前推出了宇宙大爆炸学说，从空间往外推出了宇宙外围存在暗能量学说。 宇宙大爆炸理论成为目前解释宇宙起源的主流理论，它描述我们身处的这个宇宙是由一个无限微小奇点爆炸产生，生成宇宙万物生出万亿星系，宇宙以指数规律加速膨胀，星系之间相互分离，并且分离速度越来越快。
宇宙起源与大爆炸学说（两讲）单元测试 返回 本次得分为：10.00/12.00, 本次测试的提交时间为：2017-11-13, 1 ( ? ?)较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 ? A. 广阔恒星世界的发现 ? B. 托勒密的地心说 ? C. 哥白尼的日心说 ? D. 银河的系发现 2 1718年，（? ?）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，约90-168）时代的天文观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 ? A. 勒维特 ? B. 斯特鲁维 ? C. 哈雷
? D. 哈勃 3 类星体、恒星、行星及生命出现的年代大约距大爆炸的起点时刻（?）。? ? A. 120亿年 ? B. 100亿年 ? C. 1亿年 ? D. 10亿年 4 根据目前的观测与对哈勃常数的计算，宇宙的年龄大约（?）。 ? A. 137亿年 ? B. 200亿年 ? C. 180亿年 ? D.
150亿年 0.00/2.00 5 目前所知的“宇宙大爆炸”理论的最强有力的证据是（? ）。 ? A. 古老恒星的年龄 ? B. 星系光谱的普遍红移 ? C. 轻元素的丰度 ? D. 宇宙微波背景辐射 6ccc 迄今所知，整个宇宙中真实可见的重子物质约占宇宙总体的73%以上，而人类一无所知的暗物质和暗能量却只占了不足27%。 ? A. ? B. 宇宙起源与大爆炸学说（两讲）单元测试 返回 本次得分为：10.00/12.00, 本次测试的提交时间为：2017-11-13, 1 ( ? ?)较正确地反映了太阳系的实际，为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。 ?
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会继续工作90秒钟。理论上来讲，在后九十秒钟以前吸一些液压氧气会让轻伤完全恢复。 地球的重量 地球的重量不是一成不变的。虽然科学家在确切的重量上还达不成一致，但是他们都同意地球因为有陨石、大气灰尘和彗星星尘每一天都在变重。据说每一年地球的重量都会增加10000-100000吨。 在太空呆着会长个儿 当一个人在太空中的时候他会长个儿。在地球上的时候，脊椎会因为重力而被压缩。但是当一个人在真空的太空中时，脊椎会尽最大可能变长。每一个宇航员在太空中大约会长2英尺。 心脏会变 除了脊椎以外，人的心脏也会改变一些才能适应太空的环境。根据太空生物学家的说法，心脏会变小，抽送的血液也会变少。当一个宇航员处于一个重力比较小的环境时，血液会从较低的部分流向心脏和大脑，这会让心脏暂时变大。这会导致血容量变大，多余的液体会以尿液的形式排出体外。但是这时心脏也会变小，抽送的血液也会变少。这就是许多宇航员回到地球以后会头晕的原因。 盘点宇宙神秘现象该领域最权威的两大专家、物理学家安德烈-林德和阿兰-古思认为，即便存在其他的宇宙，也是在离我们非常遥远的空间，我们永远不会与其发生接触;他们的同行保罗-J-斯坦哈特和尼尔-图罗克择坚持认为平行宇宙存在于不同的时间点;而马克斯-特格马克和已故科学家丹尼斯-夏默则认为其他的宇宙与我们所在的
2019年精选华师大版科学九年级下册第一章宇宙的起源3 恒星的一生课后辅导 练习【含答案解析】第五十三篇 第1题【单选题】 在恒星的演化过程中不可能形成的是( ) A、行星 B、中子星 C、黑洞 D、红巨星 【答案】： 【解析】： 第2题【单选题】 人们对事物的认识常需经历一个不断修正和发展的过程，人类对宇宙的探索和认识也是如此。根据已学知识，下列有关观点中你认同的是( ) A、太阳表面没有大气层 B、宇宙在不断地膨胀 C、地球是宇宙大爆炸的中心 D、恒星就是永恒存在的星球 【答案】： 【解析】：
第3题【单选题】 夜晚，我们肉眼看到的最亮的星中，许多都属于同一类恒星，如猎户座的参宿四、金牛座的毕宿五、牧夫座的大角、天蝎座的心宿二等著名的星。实际上，它们都有共同的特点：体积特别大，而且呈红色。据此推断它们可能是( ) A、白矮星 B、中子星 C、黑洞 D、红巨星或超红巨星 【答案】： 【解析】： 第4题【单选题】 下列有关恒星的说法正确的是( ) A、“白矮星”相当于太阳的中年阶段 B、“恒星”即“永恒不变的星”，它在宇宙中的位置和形状都是固定的 C、恒星离我们实在太遥远了，以至于恒星在天空中的变动我们很难察觉 D、远处观察者能够看到来自黑洞的光，因此天文学家能够测出黑洞的存在 【答案】： 【解析】：
第5题【单选题】 2011年的诺贝尔物理学奖被授予三位天体物理学家，以表彰他们通过观测遥远的超新星而发现了宇宙在加速膨胀这一卓越成果。超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了哪个阶段？( ) A、诞生期 B、死亡期 C、存在期 D、任何时期都可能 【答案】： 【解析】： 第6题【单选题】 2011年的诺贝尔物理学奖被授予三位天体物理学家，以表彰他们通过观测遥远的超新星而发现了宇宙在加速膨胀这一卓越成果．超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了哪个阶段？ A、诞生期 B、死亡期 C、存在期 D、任何时期都可能 【答案】： 【解析】： 第7题【单选题】
宇宙总质量正负解和宇宙加速膨胀 ——兼回答暗能量为什么存 亦民科 [摘 要] 宇宙总质量M C 有正、负解，M C =±(c 3/2H O G ）。其中的正质量有一部分 通过形成黑洞的方式转化成了负质量，使正、负质量在数量上失去了平衡。负质量有负能量、负体积、产生斥力，驱动宇宙加速膨胀；暗能量就是负质量所具有的能量；在观测事实的基础上，预言了宇宙中大约有26%的正质量转化成了负质量。 [关键词] 宇宙总质量 正、负质量 黑洞 负能量 宇宙加速膨胀 0 引言 面对已被观测确证的宇宙正在加速膨胀的事实，人们企图用宇宙常数λ给出解释。当把λ视为量子真空能时，则λ的理论值将比观测值大120个量级[1]。本文用宇宙总质量有正、负解的定性和定量结果，否定了“120个量级“带来的困扰，推出了宇宙必然加速膨胀的结论。 1 哈勃常数和塌缩宇宙的总质量 宇宙的临界密度ρc 定义为 ρc =G H π832 0 （1） H 0——哈勃常数，G ——引力常数 现假定宇宙一个典型的区域，其体积为V ，内含质量M C ，则这个区域的平均密度 ρ0为 ρ0=V M c （2） 再进一步假定这个区域塌缩成黑洞，则体积V 是 V= 4 πR g 3 （R g ——引力半径） （3） 3 将（3）代入（2）得 ρ0= 3M C （4） 4πR g 3 令ρ0=ρc ，即令（4）=（1），化简得：
M c = H 02 R g 3 2G R g 可表为 R g =2 2c GM c （6） 将（6）代入（5）化简得 M c =2 2064G H c =±G H c 03 2 （7） 宇宙总质量由H 0、G 、c 三个常数决定并有正、负解是耐人寻味的。 取 H 0=150公里/（秒·1千万光年）[2]（需化成CGS 制） G=6.67×10-8厘米3·克-1·秒-2 c=3×1010厘米/秒 代入（7）算得 M C ≈±1.28×1056（克） （8） 相当于6.4×1022M ⊙的质量(M ⊙≈2×1033克) 致于M C 为什么是宇宙的总质量,不再给出解释。 从(7)式可知:若宇宙是静态的(H 0=0),则M C 将为±∞。故当H 0＞0，（7）式可视为 塌缩宇宙总质量有限的证明。 以上是笔者十年前写的一篇短文[3]，十年后又有新的理解，故将该文摘要抄出，作为论证宇宙加速膨胀的理论根据。致于如何从宇宙的塌缩模型推出宇宙必然加速膨胀的结论，本文将给出逻辑证明。 2 宇宙总质量有正、负解与具体的宇宙模型无关 采用宇宙的塌缩模型，M C 有正、负解；张邦固[4]也曾计算了宇宙的总能量，他的 结果表为 M=22 53Rc GM +Kc -2+M 0 （9） M 也有正、负解。但文[4]的计算方法和采用的宇宙模型与笔者完全不同，这说明M 有正、负解与具体的模型无关，它是宇宙的一个内禀型性质。文[4]的定量结果是 （5）
星海求知：天文学的奥秘苏宜 《星海求知：天文学的奥秘》期末考试（20） 成绩：100.0分 一、单选题（题数：50，共50.0 分） 1以下关于哈勃关系的陈述，不正确的是（）。1.0 分 A、 哈勃常数的单位是1/s B、 天体不分远近，退行速度一样 C、 越远的天体退行速度越快 D、 退行速度由测量光谱线的红移而算出 我的答案：B 2仅根据维恩公式，对一颗恒星进行分光光度测量，就可以间接获得它的（）。1.0 分A、 表面温度 B、 光谱型 C、 质量大小 D、
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A、 客星出南门中 B、 大如半筵 C、 五色喜怒 D、 至后年六月消 我的答案：C 6古代历法定制最大的意义是指导农业生产，因此其最依赖的天体是（）。1.0 分A、 太阳 B、 月亮 C、 五大行星 D、 彗星 我的答案：A 7天文单位指的是（）与太阳的平均距离。1.0 分 A、 地球 B、
月球 C、 水星 D、 冥王星 我的答案：A 8按比例把太阳缩小到芝麻、绿豆的尺寸，则太阳与比邻星相距40km，从而可知太阳直径与太阳-比邻星间距离这两个长度相差（）个数量级。1.0 分 A、 6 B、 7 C、 8 D、 9 我的答案：B 9太阳周年视运动方向是（）运动的反映。1.0 分 A、 地球自转 B、 地球公转 C、 月球公转
关于虚物质的设想和思考 李友松1 石益祥 2 （1. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001； 2. 浙江海洋学院，浙江 舟山 316004） 摘要：回顾了虚物质概念的提出过程，并从对立统一角度再次提出（纯）虚物质概念。给出了虚物质的基本特性，并用科学的事实论证了虚物质的存在。叙述了虚物质概念的基本涵义，找出了相对论和量子力学的适用范围，并提出了协调相对论和量子力学的方法。 关键词： 实物质 虚物质 虚数 非定域性 超光速 相对论 中图分类号：N031 宇宙——物质的系统是一个对立统一体，复数系统也是一个对立统一体，两者有着对立统一的相似[1]。 人们已从物理学的发展史发现，对于经典物理学“实数就是一切”，而对于现代物理学则“离不开复数”。 从两个对立统一体的相似，我们推出了结论 “实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数则是时空的数量关系”。[2]这是复数关于时空的本体论意义，而复数关于物质的本体论意义是，复数系统是物质系统的对立统一影子。 从两个对立统一体的相似进一步推出以下结论：第一，复数系统有实数和纯虚数的对立，物质系统应该有实物质和虚物质的对立；第二，数系因引入虚数而得以完备，物质系统也应该因引入虚物质而完备；第三，虚数的引入解决了许多在实数范围内解决不了的问题，如代数基本定理等，同时也使数学理论变得简单和完美，虚物质概念的引入也将能够解决当今物理学存在的许多谜一样的基本问题，如相对论和量子论的协调问题；亚光速和超光速的对立，或局域性和非局域性的对立问题等等，同时也将使物理理论变得简单和完美。 然而，人类习惯于将自己的思维方式局限在实的、可见的、可测的物质上，而对虚的、不可见的、不可测的物质很少表现出兴趣。虽说虚物质概念已在六十年代引入了，但迄今为止，很少有人注意、研究它，更不用说用它去解决实际问题了。 科学界这种重实轻虚的倾向，造成了物理学对物质的研究总是囿于实的局面。事实也确实如此，相对论研究实物质的运动，量子论的波函数虽然是复变函数，但至今仍用实物质的东西作解释，如对波函数)sin()cos(),(t kx i t kx t x p ωωψ-+-=最新解释：虚部表示看不见的实的平面波。[3] 同时，实物质概念缺少了对立方，造成了物质系统的概念体系的不完备，使得人们无法运用对立统一这个根本规律去思考问题，从而使当今科学留下了许多谜一样的问题。 1虚物质概念的提出 虚物质概念可以溯源到科学家们对光速最大结论提出的挑战。Eienstein 在论文“论动体 的电动力学”[4]中对公式因子221c v -加了一个人为限制：不允许其取纯虚数值，于是 得到c v ≤，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么应有c v >，光速就不是最
天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑武向平? (中国科学院国家天文台 北京 100012 2015-05-19收到 ?email :wxp@https://www.doczj.com/doc/618352165.html, DOI :10.7693/wl20150610 1宇宙起源
今天的宇宙学研究早已经冲破了“九重天” 的空间尺度和“七天创世纪”的宗教信仰,21世纪的宇宙学已经是最精密的自然科学之一。 为现代宇宙学研究带来革命性进展的天文学家无疑是哈勃,他在1929年发现了银河系周围星系的退行速度与其相距银河系之距离成正比。此观测事实给了后来的物理学家伽莫夫以启示:既然所有的星系都彼此相互远离,那么若沿着时间的长河逆向追溯,它们就必将在有限的时间里汇聚在一起;反之,若沿着时间发展的箭头,宇宙则就像发生过一次爆炸一样,从致密高温的状态膨胀散开。1948年,伽莫夫成功地预言了宇宙大爆炸的“火球”膨胀至今遗留下的温度应为50K (1956年修正为6K,并锁定在微波波段。而在1965年,两位Bell 实验室的工程师Penzias 和 Wilson 无意间得到了震惊世界的发现,尽管他们当时并未意识到所获得的与方向无关的天空噪声就是宇宙大爆炸的遗迹。虽然星系的退行和大爆炸火球的发现及其高度的各向同性,的确给宇宙大爆炸学说奠定了最坚实的观测基础,但人们很快就意识到,一个高度各向同性的大爆炸火球并不是人们所期望的。今天,浩瀚的宇宙中充满了以星系为基本单元的成员,它们并非均匀地分布于宇宙空间中,而是形成了有规则的结构:既有成千上万星系组成的“长城”,也有空空如也的“空洞”。一个过于均匀的大爆炸火球作为“种子”是无法形成我们今天所看到的有结构之宇宙。所以,大爆炸的遗迹(今天称之为宇宙微波背景辐射被发现后,人们就一直致力于寻找它上面是否存在不均匀的成分。终于,1992年由George Smoot 领导的一个小组借助于COBE 卫星发现了大爆炸火球上的十万分之一的温度起伏,且这些起伏正是人们期望看到的造就今天宇宙万物的“种子”!随后,诸多宇宙微波背景辐射探测卫星如WMAP 和PLANCK 以及南极的大量天文 实 科学家沙龙
宇宙加速膨胀完整图文解读 Steed发表于 2011-10-06 “有人说世界将终结于烈火，有人说将终结于寒冰……” 宇宙最终的命运是什么？或许它将终结于寒冰，如果我们打算相信今年的诺贝尔物理学奖的话。他们已经仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星”（supernova）的爆炸恒星，得出了宇宙正在加速膨胀的结论。 即便是对这些获奖者而言，这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象，就好比是把一个小球抛向了空中，却没有看到它落回来，反倒看着它越来越快地上升，最终消失在了空中，仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。
[世界正在膨胀。宇宙的膨胀始于140亿年前的大爆炸，但在最初几十亿年里，宇宙膨胀的速 度是越来越慢的。但最终，它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的，这种暗能 量起初只占宇宙的一小部分。但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释，暗能量变得越来越显 著。] 宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分 崩离析。这种所谓的“暗能量”（dark energy）占据了宇宙成分的绝大部分，含量超过70%。它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。所以难怪，当两个不同的研究 团队在1998年公布相似的结果时，宇宙学的根基被撼动了。 索尔?佩尔穆特（Saul Perlmutter）领导着其中一个团队，即1988年启动的“超新星宇 宙学项目”（Supernova Cosmology Project）。布莱恩?施密特（Brian Schmidt）领 导着另一个团队，即1994年启动的“高红移超新星研究组”（High-z Supernova Search Team）展开竞争，亚当?里斯（Adam Riess）在其中起到了至关重要的作用。 两个研究团队通过寻找遥远空间中爆发的超新星，展开了绘制宇宙“地图”的竞赛。通过确 定这些超新星的距离和它们离我们而去的速度，科学家希望能够揭开我们宇宙的最终命运。
2013年“开信杯”广东省第九届中小学生 天文奥林匹克竞赛试题（高年组） 注意事项： 1、本卷为闭卷考试，请答卷人按照自己的真实水平独立完成。在监考老师宣布考试结束时应停止答卷。交卷时只须将答题卡交回。 2、选择题全部为单项选择，选择一个最接近正确的答案，答错不扣分。用2B铅笔将答题卡上相应的答案选框涂黑涂满，并用钢笔或签字笔在答题卡上写上姓名、学校、考号等信息。切勿用钢笔、圆珠笔或自动铅笔涂答题卡，以免影响成绩。答题卡采用机器阅卷，由答卷人填涂答题卡失误或不规范造成的失分由其本人承担。 3、总分100分，每题2分，考试时间90分钟。 4、比赛结果将在广东天文学会网站https://www.doczj.com/doc/618352165.html,公布。 Part 1 天文热点 1. 这是一则今年@央视新闻微博发布、后被广泛转载的天象预报： “【六月最浪漫的时间表】6月13日和21日，我们光用肉眼就能看到水星！水星可是400多年前哥白尼一生都未见过的行星，极难观测。6月23日，超级月亮将美到窒息！16日和27日分别是天琴座和牧夫座流星雨，后者据说每小时上百颗，听上就很诱人有没有！如此美好的初夏夜空，你期待吗？” 这则信息中最符合实际情况的是（ D ） A. 关于水星的描述 B. 关于超级月亮的描述 C. 关于流星雨的描述 D. 都不符合实际 2. 2013年3月21日，普朗克研究团队公布了普朗克天文卫星的观测结果。结合WMAP 卫星等的观测数据，测得现今最精确的宇宙学参数。关于其成果，下面哪一项不正确( D ) A. 宇宙年龄约138亿年 B. 现在的哈勃常数为67.8km/s/Mpc C. 正常物质、暗物质、暗能量约占宇宙总能量的4.9% 、26.8% 、68.3% D. 宇宙膨胀速度有减慢趋势
宇宙加速膨胀与天文观测 廖?恺?朱宗宏 （北京师范大学天文系 100875） 一、背景介绍 宇宙加速膨胀深刻地影响了现代宇宙学研究，同时对于基础物理也提出了重大的挑战。它的发现荣获了2011年的诺贝尔物理学奖。在理论上，它与基础物理的统一紧密相连，为理论物理学家带来了机遇和挑战；在观测上，越来越多的项目投入到它的研究中来，观测技术、测量方法各方面都蓬勃发展。宇宙加速膨胀问题或者是暗能量问题不仅仅让人们重新认识宇宙演化历史，它也关系到宇宙的最终宿命。 宇宙加速膨胀的相关历史可以追溯到爱因斯坦提出广义相对论的时代。1917年爱因斯坦在创立著名的场方程时考虑到了引力在宇宙尺度上的影响。结合当时的天文观测资料，他认为所有的天体都在进行各自的本动，它们的平均状态是维持静止的，即宇宙是静态的。因此，有必要在场方程中引入一个常数，即宇宙学常数Λ来给出一个静态的有限的宇宙学模型解。然而在1929年，天文学家哈勃观测到了星系“发红”效应，即观测到的辐射谱线波长变长。我们令观测波长与发射时的波长比为1+z 。根据多普勒效应，红移z 是星系速度和光速的比：z v /c 。这种红移现象表明所有远距离天体正在离我们远去。另一方面，天体物理的研究表明，星系中的造父变星的绝对亮度可以通过测量光变周期得到，进一步通过测量变星的暗弱能够得到这些星系离我们的距离。这就好比已知蜡烛的亮度，观测到它的暗弱明亮表明了它离我们的远近。在这个原理下，哈勃也测量了这些星系到我们的距离并且注意到了星系相对我们的退行速度随着离我们距离的增大而增大，并把这一结论以哈勃图的形式给出。这一现象正是膨胀宇宙的表现。随后爱因 斯坦放弃了宇宙学常数，并且称引入这个常数是犯下的最大错误。值得一提的是，宇宙学常数在历史上被排除和重新引入了几次。在哈勃发现宇宙膨胀后，宇宙学家们都努力尝试测量膨胀速度是怎样减慢的。因为当时认为一般物质产生引力的吸引作用会使得这种膨胀速度减慢。人们甚至定义出了一个减速因子q 0来刻画膨胀速度变慢程度。 在20世纪末，人们对一种特殊的恒星演化阶段，即超新星爆发，有了很深入的研究。超新星爆发是指某些恒星在演化晚期所经历的一种剧烈的爆炸，它的亮度甚至可以和整个星系发出的光相比。特别地，一种分类为Ⅰa 型的超新星，由白矮星吸收其伴星质量达到钱德拉塞卡极限后发生坍缩爆炸，其光度几乎恒定，可以当作所谓的“标准烛光”。1998年，两个独立的团队观测到了比预期要暗弱的Ⅰa 型超新星，由此揭示了我们的宇宙正处在加速膨胀的状态，彻底地改变了人们对宇宙的认识。 宇宙加速膨胀的起源仍然是一个谜。根据广义相 图1 当前最为广泛接受的宇宙学模型ΛCDM ，即带有宇宙学常数的冷暗物质宇宙所给出的宇宙的演化历史 DOI:10.13405/https://www.doczj.com/doc/618352165.html,ki.xdwz.2015.05.006
不连续时空观的探讨及发展 翟帅 摘要：目前国内研究的大多是爱因斯坦的四维连续时空，而本文的工作是以圈量子理论为主要依据，并进一步发展，使之成为描述时空特点的完善的理论。为什么时空总是和热力学产生那么多深刻的联系呢，因为能量是时空产生的原因，而热即是能量的一种。 关键词：不连续时空能量芝诺悖论圈量子理论 一、目前时空的理论 1、广义相对论 爱因斯坦的时空是四维的弯曲连续时空，在这个时空，没有直线。引力和电磁力都可以用时空弯曲来解释。毋庸置疑，这是天才的理论，它极其深刻的说明了引力和电磁力，使人类向大统一场迈了一大步。可以把爱因斯坦的时空模型比做一种流体，这样就直观的体现了爱因斯坦时空的特点，大质量的物体会引起超流体的局部变形，变形的程度取决于物质的质量。每次新的理论的产生，不是完全的否定过去，而是将原来的理论发扬光大。 2、弦理论 20世纪，物理学最恢弘的战斗发生在广义相对论和量子论之间，广义相对论在大的空间尺度、大的质量环境下体现出了它的正确性，而从微观角度，量子力学体现出了它的正确性，为了使这两个理论统一，物理学家们提出了弦理论，这个理论认为世间万物都是由微小的弦组成，吸引了大批物理学家并取得了一些成果，但是这仍然是一个不成熟的理论，弦理论预言的大量新的基本粒子和各种力并没有被观测到。 3、混沌分形理论
有人把混沌论、量子论、相对论称作21世纪最伟大的三个学说，混沌论产生于非线性空气动力学，后来发展到宇宙学领域，它认为空间是破碎的，是不确定的，在这个时空，甚至无法测量线段的长度。分维数的不断迭代产生拉压，折叠，扭曲产生了时间和空间，它指出了时空的不连续特性，但是这个理论并不能说明时间和空间的本源。 4、圈量子理论 一些新锐的科学家，在那些经过实验检测的结论上，利用自创的数学语言，几位科学家经过计算发现，时空是量子化的，或者说是离散而非连续的，时间和空间是由极小的圈组成，圈之间的相互作用，形成了所谓的自旋网络，也就是说时空很像一堆泡沫。圈量子理论提出后，一些科学家对它进行了检验，发现广义相对论在某种上和圈量子理论很相似，此外，圈量子理论还可以很好地解释黑洞的一些现象。 二、这些理论的纰漏 1、无法解决的芝诺悖论 芝诺悖论最为著名的是阿基里斯和乌龟的赛跑，假设开始时乌龟位于前方的100米远处，而阿基里斯的速度是乌龟的一百倍。当阿基里斯跑了100米时，乌龟移动了1米，而阿基里斯再前进1米时，乌龟前进了1厘米，如此，阿基里斯永远追不上乌龟。尽管有些人号称用无穷积分可以解这个悖论，但事实上积分学本身就避开了这个悖论的逻辑，这个悖论在连续时空的前提下是无解的。 2、狭义相对论前提没有明确 狭义相对论的假设是在飞驰的火车上，而我们知道如果火车的速度没有达到光速，那么它只是在做相对运动，而相对运动可以看做静止，因此在飞驰的火车和静止的火车上并没有区别。之所以出现这个问题，是因为影响火车内时间和空间的因素不在于
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/618352165.html, 科学家找到宇宙加速膨胀新证据 作者：毛磊 来源：《发明与创新(学生版)》2005年第02期 英美天文学家借助美国宇航局“钱德拉”X射线天文望远镜进行观测，找到了宇宙在距今60亿年前开始加速膨胀的新证据。 天文学家们利用“钱德拉”望远镜对26个遥远的星系团进行了观测，其中每个星系团包含着数百个星系以及大量超高温气体。观测星系团发出的x射线使天文学家得以确定热气体和暗物质在每个星系团中所占的比例。他们随后经过一系列推算得出星系团与地球的距离，并将其与理论假设的推算结果进行比较，最终发现宇宙大概在60亿年前从减速膨胀转而开始加速膨胀。 从1998年开始，其他一些科学家分别通过观测超新星和宇宙微波背景辐射等发现了宇宙加速膨胀的迹象，并用暗能量来解释这一现象。暗能量据认为可以产生与引力相反的排斥力。英美天文学家观测的新结果与此前利用其他方法得出的结果基本吻合。天文学家们说，新结果意味着，观测星系团发出的X射线有望成为探测和研究暗能量的一种强有力的新方法。它不 仅可以用来对其他方法进行补充和独立验证，而月．找到的证据也更加直接。 英美天文学家将“钱德拉”望远镜和美宇航局“威尔金森微波各向异性探测器”的观测结果结合起来分析后，对宇宙的构成比例给出了新的估计。他们发现，宇宙中暗能量可能占到75％，暗物质为21％，剩下4％是可见物质。 “钱德拉”的新观测结果还显示，暗能量密度似乎不会随时间推移而发生快速变化，而是比较稳定，或者说与爱因斯坦所假设的“宇宙常数”相一致。但天文学家们对此并不能肯定。他们说，根据“钱德拉”的新观测分析结果，暗能量密度随着时间推移而增大的可能性也是存在的。有理论认为，暗能量的特性关乎宇宙的最终命运，如果暗能量能一直稳定存在，那么宇宙将会永远加速膨胀下去；而如果暗能量本身不稳定，强度不断增大或减小，那么宇宙可能最后会走向动荡的“大分裂”或“大坍塌”。
2、现代宇宙学中的几个问题 在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。康德说过：“有两种事物，我们愈是沉思，愈感到它们的崇高和神圣，愈是增加虔诚与信仰，这就是头上的天空和心中的道德律。”古代天文学，以天体测量为主，主要研究天体在空间的位置及其运动；至牛顿时代，牛顿创立牛顿力学，使天文学出现了一个新的分支--天体力学，这是天文学发展历史上的一个巨大飞跃；以爱因斯坦提出广义相对论为标志，天体物理学自此诞生并一跃成为天文学研究的主流…。现代宇宙学从整体上研究大尺度的时空性质，物质运动的规律。它是当代天文学中最活跃的前沿阵地之一。现代宇宙学的最大特征是必须尊重观测到的客观事实，必须能在理论物理学的基础上给予科学的说明。它涉及到恒星的起源和演化，星系的起源和演化，元素的起源和演化等多方面的基础理论问题。 1、量子引力如何帮助解释宇宙起源？ 现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”--即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”（ｍａｇｉｃ）、“神秘”（ｍｙｓｔｅｒｙ）或“所有理论之母”（ｍｏｔｈｅｒｏｆａｌｌｔｈｅｏｒｉｅｓ）．宇宙真的是在不断膨胀吗？宇宙真的是由一次热大爆炸中形成的吗？如果真的是，那么大爆炸之前的所谓数学奇点是什么东西？它是怎么形成的？大爆炸前一秒钟的激发机制又是什么？有证据表明，在最初的时刻，宇宙经历了又一次的巨大爆炸，称为膨胀，这样宇宙中的最大星体就起源于亚原子量子态的绒毛微细结构。这一膨胀的根本物理原因是个谜。Sloan 数字寻天项目是利用美国新墨西哥州的ApachePoint观测站2.5米的天体望远镜来观测可见宇宙的实验。该项目完成对整个天空四分之一的系统测绘任务后，产生详细的图像，确定一亿个以上的天体的位置和绝对亮度，将在某种程度上阐明膨胀之谜。该实验还将测量距100万多个最近星系的距离，通过一个比我们到目前探索大100倍的体积，给出宇宙一个三维图像。最后，使我们前所未有地了解到可见宇宙边缘的物质分布情况。这会提供质量密度中原始波动情况，膨胀的结果应该是这样。如果自然界的4种力量事实上是在几百万度以下表现为不同形式的一种力，那么大爆炸时期温度极高、密度极大的宇宙中，重力、强力、粒子和反粒子之间就没有什么区别了，爱因斯坦的物质和时空理论是以更普通的水准点为基础，因此无法解释宇宙初始时炙热的弹丸之地是如何膨胀成今天我们看到的景象的，我们甚至不知道宇宙为什么充满了物质，根据当今物理学的看法，早期宇宙中的能量应该产生了数量相当的物质和反物质，之后它们会互相湮灭，而某些神秘而作用巨大的物理过程使天平倾向了物质，于是足够的物质产生了充满星球的星系。幸运的是，初期宇宙还留下了一些线索，一个是宇宙微波本底辐射，这是大爆炸的余辉，几十年来，不管天文学家从宇宙的哪个角度测量，这种微弱的辐射都是一样的，天文学家相信，这种统一性说明，大爆炸是伴随着比光速还快的时空膨胀开始的。宇宙学观测表明宇宙是膨胀着的。通过对微波背景辐射和宇宙大尺度结构等的观测，宇宙的历史可以追溯到极早期发生的大爆炸。我们所知的基本物理，比如广义相对论和粒子物理标准模型，在那里都不适用。为理解宇宙起源，需要了解大爆炸时期的基本物理。 2、黑洞信息悖论的解决方法是什么？ 根据量子理论，信息--无论它描述的是粒子运动的速度还是油墨颗粒组成文件的确切方式--是不会从宇宙中消失的．但物理学家基普·索恩、约翰·普雷希尔和斯蒡芬·霍金却提出了一个固定的假设：如果你把一本大不列颠百科全书扔进黑洞中去，将会发生什么事？宇宙中
[2011 诺贝尔物理奖 宇宙加速膨胀完整图文解读 诺贝尔物理奖]宇宙加速膨胀完整图文解读
写在恒星之中
“有人说世界将终结于烈火，有人说将终结于寒冰……” 宇宙最终的命运是什么？或许它将终结于寒冰， 如果我们打算相信今年的诺贝尔物理学奖的 话。 他们已经仔细研究了几十颗遥远星系之中被称为“超新星” （supernova）的爆炸恒星， 得出了宇宙正在加速膨胀的结论。 即便是对这些获奖者而言，这项发现也完全出乎他们的意料。他们看到的现象，就好比是把 一个小球抛向了空中，却没有看到它落回来，反倒看着它越来越快地上升，最终消失在了空 中，仿佛引力无法逆转小球上升的轨迹一般。类似的事情似乎发生在整个宇宙当中。
[世界正在膨胀。宇宙的膨胀始于 140 亿年前的大爆炸，但在最初几十亿年里，宇宙膨胀的 世界正在膨胀。 世界正在膨胀 速度是越来越慢的。但最终，它开始加速膨胀。这种加速被认为是由暗能量驱动的，这种暗 能量起初只占宇宙的一小部分。 但随着物质在宇宙膨胀过程中逐渐稀释， 暗能量变得越来越 显著。] 宇宙膨胀的这种加速度暗示， 在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下， 宇宙正在分崩 离析。 这种所谓的“暗能量” （dark energy） 占据了宇宙成分的绝大部分， 含量超过 70%。 它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。所以难怪，当两个不同的研究团 队在 1998 年公布相似的结果时，宇宙学的根基被撼动了。 索尔?佩尔穆特（Saul Perlmutter）领导着其中一个团队，即 1988 年启动的“超新星宇宙 学项目”（Supernova Cosmology Project）。布莱恩?施密特（Brian Schmidt）领导 着另一个团队，即 1994 年启动的“高红移超新星研究组”（High-z Supernova Search Team）展开竞争，亚当?里斯（Adam Riess）在其中起到了至关重要的作用。 两个研究团队通过寻找遥远空间中爆发的超新星，展开了绘制宇宙“地图”的竞赛。通过确定 这些超新星的距离和它们离我们而去的速度， 科学家希望能够揭开我们宇宙的最终命运。 他 们本来以为， 自己会发现宇宙膨胀正在减速的迹象， 这种减速将决定宇宙会终结于烈火还是 寒冰。结果，他们发现了完全相反的事实——宇宙膨胀正在加速。
[一闪一闪亮晶晶，天上星星在哪里……]
宇宙在膨胀
如对您有帮助，可购买打赏，谢谢研究称暗能量或不存在宇宙并未加速膨胀 导语：暗能量是一种假想中存在的神秘能量，科学家们认为它正推动我们所在的宇宙加速膨胀。而近日一项由美国佐治亚大学教授爱德华基普里奥斯(Edw 暗能量是一种假想中存在的神秘能量，科学家们认为它正推动我们所在的宇宙加速膨胀。而近日一项由美国佐治亚大学教授爱德华·基普里奥斯(EdwardKipreos)开展的研究则提出，人们看待时间膨胀的方式将会提供一种不同的暗能量解释。所谓时间膨胀是一种由爱因斯坦预言的时间减慢效应。 在去年大热的好莱坞科幻大片《星际穿越》中，一个科学家小组穿越空间中的虫洞去寻找可供居住的新的行星。其中提到的一项细节便是说科学家们必须考虑时间膨胀效应：在那颗遥远星球上采集数据时花费的1小时就相当于地球上的7年时间。 爱因斯坦的广义相对论指出，重力作用下的时间膨胀效应具有方向性，即位于强重力场中的物体相较于位于较低重力场中的物体将体验到更慢的时间。与之相对的，爱因斯坦的狭义相对论则描述了两个运动中的物体之间的所谓“相互时间膨胀”效应，即两个运动中的物体相互之间都能感受到时间的减慢。 而根据一份新发表的论文指出，运动导致的时间膨胀可能并非“相互的”，而是有方向性的，即只有那个运动中的物体会感受到时间膨胀。这篇论文题为《绝对同步理论在宇宙学以及宇宙加速中的意义》，刊载于2014年12月23日出版的《pLOSONE》杂志上。 作为一名分子遗传学家，其实验室的主攻方向是细胞循环，但基普里奥斯在数年前开始对宇宙学以及相对论理论产生了浓厚的兴趣。他指出，这种现象可以借助全球定位系统的工作模式很容易地去加以理 生活常识分享
2、宇宙常数问题 （一）、宇宙常数问题的提出 1916年，Einstein在分析宇宙时发现，根据广义相对论，宇宙是不平衡的， 它要么是膨胀，要么是收缩。如果仅仅存在万有引力，那么星系之间应吸引而相互靠近，宇宙应是在收缩。为了使宇宙趋于平衡而完美，Einstein给宇宙方程加了一个常数。1917年，Einstein提出，宇宙间存在一种与万有引力相反的力量，使所有星系保持一定距离，这样宇宙才不会因星体间的万有引力而不断收缩。Einstein认为这种与万有引力相反的力量是恒久不变的，称之为“宇宙常数”。Einstein场方程为R μν— 0.5gμνR+υgμν= —8πGTμν，υ称为宇宙常数，由于增加了υg μν项，该方程在稳态、弱场非相对论近似下，回不到引力方程。因此只有假定υ非常小，在一般space-time范围与Newton引力势相比可以略去，上面 的场方程才可能成立。故υg μν项，只有space-time在宇宙级上才有显示。 上世纪中叶人们就试图对Einstein场方程进行修正．Brans和Dicke认为标量场和引力场同样起作用，正确的引力场方程应当是 Rμν－gμνR/2＝－8π（T μμν+T φ μν）/φ，（10） φ～1/G是同宇宙的质量密度相联系的标量场，Tφμν是包含φ场的能动张量．另一种简洁的方式是把Einstein方程等价地写成 R（1）μν－ημνR（1）λλ/2＝－8πG（Tμν+tμν），（11）tμν≡（Rμν－gμνRλλ/2－R（1）μν+ημνR（1）λλ/2） gμν＝ημν+hμν R（1）是Ricci张量中与hμν成线性的部分，上式说明场hμν是由总的能量和动量的密度和流产生的，t μν只是引力场本身的能动张量． 以上修正未考虑不同时空形式下的修正．我们曾试图寻找Einstein场方程的一般形式，它普适于Schwarzschild时空、Robertson-Walker时空和四维最大对称时空，但后来发现，Einstein场方程可能是普适的，问题在于ρ． 当代著名的天体物理学家F. Hoyle等人强烈主张稳态的宇宙模型，并作了许多工作。但如不从根本上找到Newton万有引力理论和Einstein广义相对论本身的缺陷，则很难建立令人信服的稳态宇宙模型。【1】自从牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出万有引力定律以来，人们应用引力理论取得了许多成就，也多次试图对该定律进行修正。如：纽科（Newcomo）等人曾提出修正牛顿引力中的平方反比律【3】，Poincare用推迟时t=r/c修正牛顿引力的瞬时超距作用【4】，Einstein 则对应提出广义相对论----引力理论，至今，许多人还在从事这方面工作，吕家鸿应用相对论理论直接对牛顿万有引力定律进行修正【5】，【6】，国外，也有人试
大连理工大学 硕士学位论文 暗能量与加速膨胀的宇宙姓名：王贝利 申请学位级别：硕士 专业：理论物理 指导教师：刘宏亚 20040601
摘要 近来对于Ｉａ型超新星的天文观测表明我们的宇宙正在经历一个加速膨胀的阶段。本文在回顾Ｋａｌｕｚａ－Ｋｌｅｉｎ理论和Ｓｐａｃｅ．Ｔｉｍｅ．Ｍａｔｔｅｒ理论的基础上，重点讨论了由Ｌｉｕ和Ｗｅｓｓｏｎ提出的宇宙大反弹模型（ＢｉｇＢｏｕｎｃｅＭｏｄｅｌ）。通过适当的选取模型中的两个任意函数我们可以得到一个简单的精确解，它把宇宙的演化分成了几个阶段：在反弹点之前宇宙收缩，在反弹点之后宇宙膨胀，并且在反弹点之后的早期宇宙减速膨胀，在反弹点之后的晚期，由于暗能量占据了宇宙的主要成分，所以宇宙加速膨胀。当时间趋于无穷大的时候，暗能量约占整个宇宙密度的三分之二，这和天文观测相符合。本文最后还对大反弹奇异点的性质进行了讨论。 关键词：Ｋａｌｕｚａ．Ｋｌｅｉｎ理论；Ｓｐａｃｅ．Ｔｉｍｅ．Ｍａｔｔｅｒ理论；暗能量；大反弹模型；宇宙加速膨胀
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＲｅｃｅｎｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＴｙｐｅＩａｓｕｐｅｍｏｖａｅｐｒｏｖｉｄｅｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｅｎｔｕｎｉｖｅｒｓｅ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｔｈａｔｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｅｉｓｅｎｔｅｒｉｎｇａｎｉｎｆｌａｔｉｏｎａｒｙｅｐｏｃｈ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｒｅｖｉｅｗｉｎｇＫａｌｕｚａ．ＫｌｅｉｎｔｈｅｏｒｙａｎｄＳｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ—Ｍａｔｔｅｒｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｕｎｉｖｅｒｓｅｕｎｄｅｒａ“ｂｉｇｂｏｕｎｃｅ”ｍｏｄｅｌ，ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｓｅｎｔ ｉｓｄｅｒｉｖｅｄｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓａｔｉｍｅｖａｒｉａｂｌｅｃｏｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ“ｃｏｎｓｔａｎｔ’’ｔｈａｔ ｄａｒｋｆｒｏｍａｈｉｇｈｅｒｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｍａｎｉｆｅｓｔｓｉｔｓｅｌｆｉｎ４Ｄｓｐａｃｅｔｉｍｅａｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｅｎｅ唱ｙ．Ｂｙｐｒｏｐｅｒｌｙｃｈｏｏｓｉｎｇｔｈｅｔｗｏａｒｂｉｔｒａｒｙ ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｍｏｄｅｌ，ａｓｉｍｐｌｅｅｘａｃｔｓｏｌｕｔｉｏｎＣａｌｌｂｅｅａｓｉｌｙｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｅｂｉｇｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｅｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｔａｇｅｓ．Ｂｅｆｏｒｅ ｕｎｉｖｅｒｓｅｅｘｐａｎｄｓ?ｂｏｕｎｃｅ，ｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｅｃｏｎｔｒａｃｔｓａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｂｏｕｎｃｅ，ｔｈｅ ｏｆｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｅｉｓＩｎｔｈｅｅａｒｌｙｔｉｍｅａｆｔｅｒｔｈｅｂｏｕｎｃｅ，ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｔｈｅｂｏｕｎｃｅ，ｔｈｅｄａｒｋｅｎｅｒｇｙｏｖｅｒｔａｋ。８ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅｌａｔｅｔｉｍｅａｆｔｅｒ ｔｉｍｅｔｈｅｄａｒｌ（ｍａｔｔｅｒａｎｄｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｅｎｔｅｒｓａｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｓｔａｇｅ?Ｗｈｅｎ ｔｅｎｄｓｔｏｔｗｏｔｈｉｒｄｏｆｔｈ。ｔｅｎｄｓｔｏｉｎｆｉｎｉｔｙ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄａｒｋｅｎｅｒｇｙ ｗｉｔｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ?ｔｏｔａｌｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓｅ，ｉｎａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｉｓａｌｓｏｉｎｃｌｕｄｅｄ? Ｓｏｍｅｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｂｏｕｔｂｉｇｂｏｕｎｃｅｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｋａｌｕｚａ．Ｋｌｅｉｎｔｈｏｒｙ；Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ－Ｍａｔｔｅｒｔｈｅｏｒｙ；ｄａｒｋ Ｍｏｄｅｌ；ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｖｅｒｓｅ ｅｎｅｒｇｙ；ＢｉｇＢｏｕｎｃｅ