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天体物理学中的伽马射线暴：探索伽马射线暴的起源、辐射机制与宇宙学意义摘要伽马射线暴（Gamma-Ray Bursts, GRBs）是宇宙中最剧烈的天体物理现象之一，其起源和辐射机制一直是天体物理学研究的热点。
本文深入探讨了伽马射线暴的分类、观测特征、可能的起源模型以及辐射机制。
同时，本文还讨论了伽马射线暴在宇宙学研究中的重要作用，如探测宇宙早期星系、研究宇宙的化学演化等。
通过对伽马射线暴的全面剖析，本文旨在展示其在天体物理学和宇宙学研究中的重要地位，并展望未来的研究方向。
引言伽马射线暴是来自宇宙深处，在短时间内释放巨大能量的伽马射线辐射现象。
伽马射线暴的持续时间从几毫秒到几千秒不等，其亮度在短时间内可以超过全宇宙其他天体的总和。
伽马射线暴的发现为天体物理学和宇宙学研究提供了新的窗口，有助于我们理解宇宙中极端物理过程和宇宙的演化历史。
伽马射线暴的分类与观测特征根据持续时间的长短，伽马射线暴可以分为两类：1. 长暴（Long GRBs）：持续时间大于2秒，通常伴随着超新星爆发。
2. 短暴（Short GRBs）：持续时间小于2秒，可能起源于双中子星并合或中子星-黑洞并合。
伽马射线暴的观测特征主要包括：1. 瞬时辐射：持续时间短，能量集中在伽马射线波段。
2. 余辉：瞬时辐射结束后，在X射线、光学、射电等波段持续数天至数月的辐射。
3. 宿主星系：长暴通常位于恒星形成活跃的星系中，而短暴的宿主星系类型多样。
4. 红移：伽马射线暴的红移分布广泛，表明它们发生在宇宙的不同时期。
伽马射线暴的起源模型1. 长暴起源模型：目前主流的模型认为，长暴起源于大质量恒星的坍缩。
当大质量恒星耗尽核燃料后，核心坍缩形成黑洞，同时产生强大的喷流，喷流与周围物质相互作用产生伽马射线暴。
2. 短暴起源模型：短暴的起源模型主要有两种：双中子星并合和中子星-黑洞并合。
这两种模型都可以解释短暴的短时标和高能辐射特征。
伽马射线暴的辐射机制伽马射线暴的辐射机制仍然是一个未解之谜。
什么是天体物理学？天体物理学是研究宇宙中各种天体及它们的物理性质、演化和相互作用的学科。
它融合了天文学、物理学和化学等多个学科，是探究宇宙奥秘的重要途径。
下面将为大家详细讲解什么是天体物理学。
一、天体物理学的概述天体物理学是研究天文现象的物理学，包括恒星、行星、星云、星际介质和宇宙射线等天体的物理性质、演化和相互作用。
天体物理学是物理学的一个分支，探索的是宇宙最基本的物理规律——引力、电磁力、弱核力和强核力，通过研究天体物理，可以深入了解宇宙的演变过程，预测未来的变化。
二、天体物理学的研究内容1. 恒星物理学恒星是天体物理学的一个重要研究领域，它们是宇宙中最常见的天体之一。
天体物理学家研究恒星的形成、生命周期和核反应过程等，以了解它们的性质和演化过程。
恒星演化的速度和性质受多种因素的影响，例如恒星质量、构成和周围环境等因素。
天体物理学家通过观测、理论模拟等手段，研究恒星的演化机制。
2. 星系物理学星系是宇宙中大量天体的集合体，它们的形成、演化和相互作用是天体物理学的一个重要研究领域。
天体物理学家通过计算机模拟、观测、距离测量等手段，研究星系的结构、运动以及物质的分布等。
星系物理学是天体物理学的一个重要领域，探究星系的演化和形成历史，是了解宇宙演化史的重要途径。
3. 宇宙学宇宙学是研究整个宇宙性质和演化的学科，它的研究领域包括宇宙起源、演化、结构和组成等。
天体物理学家通过测量宇宙微波背景辐射、引力透镜、红移等手段，研究宇宙的起源和发展历史，探究宇宙的本质。
三、天体物理学的研究热点1. 暗物质研究暗物质是当前天体物理学研究的热点之一，它是宇宙中一种不会直接发光的物质，占据了宇宙大部分的质量。
天体物理学家通过观测宇宙微波背景辐射、星系和宇宙结构等，尝试揭示暗物质的性质和分布规律。
2. 线性重力波探测线性重力波是爱因斯坦广义相对论预言的一种现象，其探测是天体物理学领域的一大突破。
天体物理学家通过探测黑洞碰撞、中子星合并等现象，证实了线性重力波的存在。
物理学的发展史范文
物理学可以追溯到公元前2世纪的古希腊期，那时候，出现了古希腊
的智慧家和思想家，如柏拉图、亚里士多德、底比斯等，他们的思想和提
出的问题对其后物理学的发展起到了重要的作用。
古希腊时期，智慧家和思想家将物理学作为他们的一个重要研究内容，他们对自然现象的物理原因进行了较为系统的研究，提出许多问题，认识
到自然现象的内在物理规律，并对自然界的许多现象作出解释，这就是古
希腊物理学的初步发展。
16世纪，奥古斯都·高斯发现了物理学史上最重要的定律之一“高
斯定律”，他将引力定律从抽象的数学理论上转变为可以实际应用的实验
性定律，其发现推动了物理学的发展，也提升了物理学的地位。
19世纪，物理学开始从传统的力学和电磁学的实验研究上，朝着宏
观尺度的层次进行探索，开始涉及到热学、光学、物理化学等科学领域，
使物理学不仅仅只是探索实验技术和数学分析的科学，而是一门基本理论
研究和数理科学的综合。
20世纪以来，物理学的发展不断加快，核物理学、量子物理学、凝
聚态物理学、相变论、宇宙学、天体物理学等领域的发展及及离子物理学
研究的出现，大大推动了物理学的发展。
物理学中的理论物理和宇宙学研究从众多的科学学科中，物理学在人类历史上一直扮演着一个非常重要的角色。
它帮助我们更好地理解自然界的运行规律，且永远是一个极富挑战性的领域。
物理学家们在不断打破自己的认知界限的过程中，不断创新、挖掘并解决物理界中涌现出的一个个棘手问题。
本文将探讨物理学中的理论物理和宇宙学研究。
一、理论物理理论物理是物理学研究的核心之一，通常被定义为研究自然规律的特定部分，如引力、电磁学、量子力学等。
理论物理主要关注于描述和解释物理现象。
理论物理学家通过使用实验和数学模型来创建和验证新理论，并制定相应的方程和公式。
目前，量子场论被认为是最成功的理论之一。
它将量子力学和经典场论相结合，旨在解释物质的基本互动方式。
量子场论具有广泛的应用，它不仅能够解释微观领域中的现象，而且能够为高能物理学、原子核物理学、化学等领域提供理论基础。
另外，万有引力理论也是最著名的理论之一。
被广泛认为是物理学的一大突破，它是描述，解释引力现象的核心理论。
万有引力理论在描述宏观领域中的物理现象方面表现出非常好的效果，但对它的微观领域中的应用仍然存在诸多问题。
这些问题激发着物理学家的兴趣，激发他们对新理论的探索。
二、宇宙学研究宇宙学是天体物理学的分支，主要研究宇宙的起源、演化和性质。
它的核心是研究宇宙中的物质和粒子，揭示宇宙的初始状态和演化。
为了解决宇宙学中的基本问题，物理学家们花费了大量时间和精力来研究和提出各种各样的理论和假设。
宇宙学中有许多值得讨论的问题。
例如，黑暗物质与黑暗能量的研究。
它们无法在当前的物理理论中解释，但已被发现有实体存在。
宇宙学家对黑暗物质和黑暗能量进行了深入的研究，但仍需要更多的数据，以便理解它们的本质和作用。
此外，宇宙学还研究宇宙的扩张和暴涨。
据理论认为，宇宙的扩张速度正在加快，这可能预示着一些物理学理论需要被重新评估。
宇宙的暴涨理论也是宇宙学研究中的热点之一。
它解释了宇宙在伊始时期经历过的扩张和加速过程，并帮助了解了我们所处的宇宙的发展和结构。
年级 08 专业光信息科学与技术学生姓名张桂洋学号080701110090理学院实验时间： 2011 年 6 月16 日天体物理学及其对未来发展的重要作用摘要:天体物理学分为：太阳物理学、太阳系物理学、恒星物理学、恒星天文学、星系天文学、宇宙学、宇宙化学、天体演化学等分支学科。
另外，射电天文学、空间天文学、高能天体物理学也是它的分支。
多年来，随着世界人口的不断增加，资源不断的消耗，人们的生存环境日益缩减，资源也愈加匮乏。
越来越多的国家将希望寄托于地球外部的空间，这进一步促进了天体物理学的发展，理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步，几乎理论物理学每一项重要突破，都会大大推动理论天体物理学的前进。
二十世纪二十年代初量子理论的建立，使深入分析恒星的光谱成为可能，并由此建立了恒星大气的系统理论。
三十年代原子核物理学的发展，使恒星能源的疑问获得满意的解决，从而使恒星内部结构理论迅速发展；并且依据赫罗图的实测结果，确立了恒星演化的科学理论。
关键词：天体银河系特殊行星星系集团同位素引力原子核等离子体星系空间引言：本学期开展了物理前沿着门课程,我们在此课程中前后接受了三位老师的精彩讲课。
他们分别是胡老师讲述的等离子体，张老师的天文学以及龙老师的量子力学。
其中我最感兴趣的就是天文学中的天体物理学这一块。
（一）天体物理学的有关介绍从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。
十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。
天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。
天体物理学的发展历程与未来趋势天体物理学是现代天文学的一个重要领域，它通过对宇宙中天体之间相互作用的研究，来探索宇宙的起源、演化和未来的发展趋势。
在过去的几百年里，人类对于天体物理学的研究经历了一个漫长而又辉煌的过程，不断推动着人类对于宇宙的认知和理解，同时也为人类创造了很多有益的科技应用。
一、古代对天体的观察和探索古代人类对于天体的观察和探索已经可以追溯到3500年前的埃及和巴比伦。
那时的人们已经开始用简单的工具来观察太阳、月亮和星空。
古代中国的天文学也非常发达，古人们通过观察天象来制定岁时和月令，预测天灾人祸。
《周髀算经》就是中国现有最早的一本天文学著作，它提出了36颗恒星的坐标、月球的运动规律等。
古希腊哲学家亚里士多德也对星空进行了长期的观察，并提出了地心说的观点。
二、天体物理学的起步阶段天体物理学的起步阶段可以追溯到十六世纪的欧洲。
当时，开普勒通过对行星轨道的观察和运动规律的分析，提出了行星绕太阳运动的椭圆轨道定律，这一发现成为了现代天文学和天体物理学研究的基础。
接着，牛顿的万有引力定律进一步解释了天体之间相互作用的机制，奠定了天体物理学理论的基础。
三、天体物理学的繁荣发展天体物理学在十九世纪后期和二十世纪初期经历了一段繁荣的发展时期。
1905年，爱因斯坦提出了特殊相对论，这个理论导致了宇宙学、相对论天体物理学、宇宙源和宇宙射线等等新的理论领域的出现。
1950年代，随着人们对宇宙射线的发现，宇宙的研究进入了一个新的时代。
此外，人们研究了太阳和星系的起源与演化、星际尘埃、行星、彗星和陨石，探索宇宙中各种不同形态的星体和宇宙现象，为人类深入认识宇宙贡献了很多重要的成果。
四、天体物理学未来的前景随着科学技术的发展和人类对于宇宙的认知程度的不断提高，天体物理学也将迎来更加广阔的发展前景。
通过对宇宙微波背景辐射的观测，科学家可以了解到宇宙初期的结构形成。
此外，人类也会继续研究宇宙射线、中子星和黑洞等神秘的天体性质，解开宇宙的更多奥秘。
物理学中的天体物理学天体物理学是物理学的一个重要分支，它主要研究天体、星系和宇宙的物理性质、演化和形成，以及宇宙的起源和发展等。
天体物理学广泛应用于天文学、天体力学、宇宙学等领域，是现代天文学中重要的一环。
本文将通过介绍天体物理学的基本概念、研究内容和现状，以及前沿研究领域等方面，来深入了解这个重要的物理学分支。
一、天体物理学的基本概念天体物理学是研究天体的物理性质、演化和形成的一门物理学分支。
天体指的是天文学中的天体物体，包括恒星、行星、彗星、星系等。
天体物理学主要研究物体的物理性质，例如温度、密度、磁场、轨道、运动等，以及物体的演化和形成等问题。
天体物理学与其他领域的区别在于，它不仅涉及到天体物体的物理性质，还研究接近宇宙尺度的系统性问题。
例如，它研究的不仅是太阳，还包括整个星系的演化和形成，以及宇宙的起源和发展等。
二、天体物理学的研究内容1. 恒星物理学恒星是宇宙中最为普遍的物体，它们是由气体云核心内的引力所致的非常高的压力和温度下合成的。
因此，恒星物理学是天体物理学的核心研究领域之一。
恒星物理学主要研究恒星的物理特性，包括质量、半径、温度、密度、亮度等，并探究引力、核反应、热力学等物理过程，以深入了解恒星的形成、演化及死亡过程。
2. 行星物理学行星物理学主要研究的是行星的物理特性，包括质量、密度、轨道、磁场、大气等，以及行星的形成、演化等问题。
例如，它可以研究行星的温度随距离的变化规律，或者研究行星的大气层结构和化学成分等。
在行星物理学领域，最有名的研究是关于地球的研究。
通过这些研究，科学家们了解到地球的形成、构造、大气等性质，可以更好地理解地球的演化历程。
3. 星系物理学星系物理学主要研究的是星系的物理特性和演化。
星系是由数百万到数万亿颗恒星和其他天体组成的庞大系统，通常被分为椭圆形和螺旋形星系。
星系物理学研究的问题很多，例如星系的质量、半径、密度、旋转速度、结构、暗物质等性质，以及星系的形成、演化、合并等过程。
粒子物理学与宇宙学粒子物理学和宇宙学是两个紧密相关的学科领域，它们研究的对象分别是微观和宏观尺度下的宇宙奥秘。
本文将介绍粒子物理学和宇宙学的基本概念、重要发现以及二者之间的关联。
一、粒子物理学概述粒子物理学（Particle Physics）是研究基本粒子及其相互作用的学科，也被称为高能物理学。
粒子物理学追求揭示构成整个宇宙的基本组成部分及其相互作用规律，它的理论依据主要来自于量子力学和量子场论。
1.1 基本粒子基本粒子是构成物质的最小单位，目前已知的基本粒子包括了强子、轻子和力子等。
其中，强子包括了质子和中子，轻子包括了电子、中微子等，而力子则是负责传递基本力的粒子，例如电磁力的传递子光子。
1.2 粒子加速器为了研究这些微观世界中的基本粒子，科学家们运用粒子加速器的技术来加速粒子并使其发生高能碰撞，从而观测和研究产生的粒子及其相互作用方式。
著名的粒子加速器包括欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）等。
二、宇宙学概述宇宙学（Cosmology）是研究整个宇宙结构、演化、起源和命运的学科。
它关注的是宏观尺度下宇宙的性质和宇宙内各种天体的形成、演化以及宇宙的起源与发展等。
2.1 宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是目前宇宙起源的主流学说，它认为宇宙起源于一次巨大的爆炸，从而诞生了我们熟知的宇宙。
这个理论将宇宙的演化分为多个阶段，从大爆炸到宇宙膨胀，再到恒星的形成和星系的诞生。
2.2 红移现象红移是宇宙学中的一个重要观测现象，它是指天体光谱中的光波频率发生向长波段移动的现象。
通过红移的测量，科学家们可以了解到宇宙正在不断膨胀并且加速膨胀的事实。
这对于揭示宇宙的演化和结构具有重要意义。
三、粒子物理学与宇宙学的关联粒子物理学和宇宙学在某种程度上是相互依存和相互支撑的。
粒子物理学提供了研究宇宙演化和结构形成的基本粒子及其相互作用规律，而宇宙学则为粒子物理学提供了天体物理学观测中的实验数据和验证。
3.1 暗物质暗物质是宇宙学中的一个重要问题，它是一种不与电磁波相互作用的物质，但却具有引力效应。
天体物理学的基本原理与研究现状天体物理学是一门研究天体，也就是星球、星系、宇宙等的物理学科，天体物理学主要研究各种天体的形成、结构、演化、死亡以及宇宙的起源、发展和结构，通过对天体物理的研究，可以更好地了解宇宙的本质和宇宙中的万物。
一、天体物理学的基本原理1.引力定律天体物理学和牛顿力学的核心原理在于引力定律。
引力是透过质量、距离和万有引力定律产生的物理作用力。
在质量相同的情况下，距离的拉力是通过万有引力定律来测量的。
该定律表明，任何两个物体之间的引力跟它们之间的距离成反比，而跟它们的质量成正比，这种引力可以解释行星和恒星之间的运动轨迹。
2.热力学定律天体物理学和热力学之间存在相关性。
热力学定律说明了一个封闭系统内部的热平衡和热趋势。
在天体物理学中，这可以用于描述恒星和整个星系中物质的方向和位置。
二、天体物理学的研究现状天体物理学是一门普及性和高深度的领域，它需要多种不同的方法来解决问题。
1.研究太阳太阳是太阳系中最重要的天体，因此研究太阳也是天体物理学最具代表性的研究之一。
太阳的运动非常依赖其内部的热力学以及对它和其它行星的引力作用。
天体物理学家们通过观察太阳活动的周期性规律和转变来研究太阳的运动规律。
2.研究系统的结构天体物理学家们还在研究天体系统中不同物体的相对位置和时间的演变情况。
这项研究在深究恒星和行星的轨道以及彗星和陨石的轨迹时很有用。
3.研究宇宙学宇宙学是天体物理学的一个分支，它主要研究整个宇宙的构成和演变。
宇宙学家们使用像巨大望远镜这样的工具来帮助理解宇宙的性质和宇宙中的各种天体。
4.研究暗物质和暗能量暗物质和暗能量是天体物理学最新的研究领域之一。
暗物质指的是一种从未被捕获的物质，但它的存在需要解释一些异常的物理现象。
暗能量则是除引力外的一种未知力，它被认为是解释宇宙加速膨胀的因素。
总结天体物理学是一门全面而丰富的学科，涵盖了范围广泛的研究领域。
天体物理学家们研究太阳、星系、宇宙的构成、演化、发展和结构，不断挖掘天体的发现和问题。
天体物理学研究的最新成果及展望天文学是一门研究宇宙中天体运动和性质的学科。
它涵盖了宇宙学、天体物理学和恒星和星系的结构和演化研究。
随着科技的发展，天文学的研究也不断取得新进展。
在天体物理学中，最新成果涉及到了黑洞、引力波、暗物质、暗能量等领域。
黑洞是目前天文学中最神秘的物体之一。
黑洞可以被描述为一种极度密集的星体，其引力效应非常强烈，可以将所有物质甚至光线吞噬。
近年来，科学家们对黑洞的研究成果不断涌现。
例如，科学家们通过对于星座Virgo的广域巡天，首次捕获到了最为活跃的类星体之一，标志着人类首次获取了关于这种巨大质量黑洞的影像和信息。
同样，位于天鹅座的ESO 243-49 HLX-1也被证实是一个中等质量黑洞，这项研究是人类首次发现中等质量黑洞，并且将为日后深入研究黑洞提供新的方向。
引力波是天体物理学中另一个热门领域。
引力波是爱因斯坦广义相对论预言存在的波动，是由质量引力互相作用产生的。
它是一种能量量子，可以在宇宙空间中传播，并携带了时间和空间的信息。
2015年，人类第一次探测到引力波，这一成果震惊了全世界。
此后，人类又成功地通过引力波探测技术，探测到了包括恒星碰撞、黑洞撞击和双星系统等自然现象。
这一突破性的成果为研究宏观引力场理论、宇宙起源和演化等方面，提供了表观实证证据。
暗物质和暗能量的概念近些年被广泛讨论。
暗物质是一种神秘的物质，其引力作用可以帮助天体维持稳定的运动。
暗能量则是宇宙加速膨胀现象的根源，但目前对这一新型物质的了解并不多。
最新的研究表明，暗物质和暗能量所组成的宇宙比例分别为25%和70%，再加上可见物质只占5%，这一比例标志着暗物质和暗能量研究的重要性。
未来，研究者将继续探究暗物质和暗能量的本质，以及其与宇宙演化之间的关系。
展望未来，随着科技的不断发展，天体物理学的研究将会更加深入。
例如，天文学家将继续开展太阳系外行星的搜索与研究，而这一领域将对于了解太阳系中有生命的可能性作出有益贡献。
当代物理学发展报告——天体物理学与宇宙学（下） 2007年05月27日 17:44 上一篇：http://hi.baidu.com/jhlb/blog/item/a13ed543682b151272f05d69.html
（4）量子引力理论 20世纪基础物理研究的巨大成就，当归功于相对论、量子论与引力论的建立。相对论、量子论和引力论都具有普适性，它们的普适性的一个重要体现分别表现在c、h和G这三个普适常数上。然而，三个理论是否真的具有普适性，还在于它们彼此间的相容性，广义相对论的建立证实了引力论与相对论的相容性。
量子理论的发展证明，物质的各种运动形态都遵从量子化的要求，与此同时，一切相对论性场，如电磁场也应是量子化的。在场量子化研究的初期，曾出现了一系列的发散困难。在40年代末，量子化电磁场的发散困难初步通过重正化理论得以解决。发散困难的最根本解决是在60年代完成。弱电统一理论的建立，不仅解决了弱相互作用中的发散困难，而且在类似弱相互作用的框架之中，还可望在强相互作用领域解决相对论与量子论的相容性。最困难的一步就是引力论与量子论的相容，这一步骤的一个主要目标就是建立量子化的引力理论。量子引力理论的研究还起源于广义相对论的奇点问题。由彭罗塞提出，后经霍金和杰罗奇等人最终建立的奇点定理表明，在相当宽的物态条件下，引力场方程的解必定具有奇性。奇性的存在表明，广义相对论属于服从因果律的经典物理范畴，在奇点处，这一理论不再适用。有可能在考虑到引力场的量子性之后，奇性自然消失，这一猜测随后在霍金黑洞蒸发理论中得到了支持。
迫使人们研究量子引力理论的第三个动机来源于大统一理论。弱电统一理论已经建成，弱电与强相互作用的大统一理论正是当前的热门课题，研究过程表明，必须同时考虑到它们与引力作用的统一，而这一统一的实质就是建立量子引力理论。经典物理学的理论框架是建立在因果律的基础上的，经典物理学依赖于物理定律和它相应的边界条件，然而当问题涉及到奇点，而这个奇点又不是数学或模型的缺陷由人为造成的时，奇点很难消除，又很难给出合理的边界条件，这就迫使人们必须重新考虑原有的理论。
沿着膨胀和暴涨的宇宙反向历程，应用经典宇宙学所给出的框架，回溯宇宙在暴涨之前的状态，很自然地会得到宇宙的尺度将趋于零。这意味着，引力场的强度以及物质场的能量密度将趋于无限大，宇宙是从一个奇点演化而来的，而这个奇点并非由于模型的缺陷人为引起的。早在60年代，彭罗塞和霍金就曾利用整体微分几何证明过①，奇点不仅是高度对称的，而且是广义相对论的必然产物。这意味着，在广义相对论的理论框架之中，不可能找到解决奇点的方案，或者说，尽管广义相对论揭示了时空的引力弯曲，但它对于极高曲率的空间并不适用。量子论的鼻祖普朗克很早就主张，应在所有的自然力之间建立联系。1899年，他首先提出了“普朗克长度”这一普适的这一最小长度Lp，以后又陆续提出了“普朗克时间”tp、“普朗克温度”Tp与“普朗克质量”Mp，它们分别为Lp=(hG/c3）1/2=4.05×10-33cm, tp=(hG/c5)1/2=1.35×10-43s,Mp=(hc/G)1/2=5.45×10-5g，Tp=(hc5/k2G)1/2=3.56×1032K。由于h、c和G三个常量都是相对论不变量，以它们为基准的普朗克自然单位将是不变和唯一的，这一点具有深刻意义。审查上述量的大小不难看出，温度Tp极高，甚至比宇宙大爆炸时刻的温度还高，长度Lp、时间tp却极小，质量Mp也不很大，虽然这些值都是实验室条件下无法得到的，它们却使人们想到，在暴涨之前的宇宙这些是否是可以接近的尺度，因此，应该由一个量子化的广义相对论取代经典广义相对论。
本世纪初，量子力学诞生之后，量子力学原理首先用于解释微小系统——原子结构方面的困难，确立了薛定谔方程，同时也得到了有关原子特征的一系列量子力学描述。本世纪60年代以来，当人们试图用量子力学解释巨大的体系——宇宙结构时，却发现它们之间有着惊人的相似①。首先，在具有电磁作用的质子与电子微小体系中，重要自由度r（t）在趋于零时，产生奇点的经典困难，而在具有引力作用的大物质体系中，重要自由度标度因子R（t）在趋于零时，也产生奇点的经典困难；微小电磁体系具有玻尔半径10-8cm的量子长度，而引力作用体系则具有普朗克长度10-33cm的量子长度；微小体系服从薛定谔方程的动力学规律，而引力体系则有惠勒-德维特方程。关于这两个体系间的相似与联系，近年来的研究又有了新的进展。本世纪60～70年代，德维特(DeWitt,B.S.)、米斯纳(Misner,C.W.)和惠勒等人在量子宇宙学方面做出了重要的基础性工作，他们建立了描述宇宙量子特征的惠勒-德维特方程，然而求解这个方程却面临边界条件的确立。因为最初宇宙究竟处于什么状态仍然不能确定。
D、宇宙学的进展 在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。物理学与高科技的结合，创造了口径相当于25米的巨型光学望远望、空间X射线和红外线望远镜以及地域甚大的天线阵列射电望远镜，这不仅使人们观测宇宙的窗口从红外、可见光一直延伸到X射线和γ射线整个波段，还使观测宇宙的时空尺度伸展到了170亿光年。如今，在人类面前，已展现出一幅生动壮丽的宇宙画面。
以现代高能粒子物理与广义相对论为基础建立起来的理论宇宙学，已能从理论上描述出从原始火球大爆炸，到星系形成和演化的整个过程。大爆炸模型已经由现代天文学的观测，如河外星系谱线红移、3K微波背景辐射以及氦丰度等得到了一定的证实。与此同时，在解决这一模型自身的问题，如视界问题、平坦性问题和磁单极问题等的过程中，与高能物理真空相变理论相结合，又发展成更为完善的暴胀宇宙模型。虽然具有暴胀机制的大爆炸模型为宇宙学的发展奠定了基础，然而随着量子引力理论的发展，有关量子宇宙学的一系列更深层次的问题，如宇宙时空拓扑结构、基本耦合常数的真空参数问题、宇宙常数的动力学解释等，又引起了更新一轮的激烈争论。这场理论研究的重要进展的源头，即把世人的目光从一般天体引向宇宙整体的就是哈勃定律的建立。
1.哈勃定律与膨胀的宇宙 研究表明，宇宙的年龄、演变及结局，在很大的程度上决定于它的膨胀速率。对宇宙膨胀的观测大体分成两个方面，这就是测定星系的运动速率与测定地球到星系的距离。前者关系到宇宙的形成模型及有关理论的发展，而后者则是估算天体亮度、质量和大小的重要依据，然而无论哪一种，都取决于哈勃常数的测量。哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要的基本常数之一。20世纪初，几台口径1米的大型望远镜陆续建造成功，它们为河外星系的系统观测创造了条件。美国天文学家哈勃(Hubble,EdwinPowell1889～1953)在这种条件下，为现代天文学与宇宙学做出了重要的贡献。哈勃1910年毕业于芝加哥大学天文学系，后到英国牛津大学读书，在那里获得法律学硕士学位。1914年至1917年在耶基斯天文台攻读天文学博士学位。第一次世界大战期间，曾在法国服役，战后在威尔逊山天文台从事星系的观测研究。当时的威尔逊山天文台已建成100英寸的天文望远镜。利用这台望远镜，哈勃把观测的目标集中在他所称的“一片片的亮雾”之上，这就是星云。与哈勃同时代的一些天文学家也在对这些星云做了大量的观测工作，例如在里克天文台工作的美国天文学家柯蒂斯(Curtis,HeberDoust1872～1942)致力于河外星系的研究，他借助对新星的观测及利用星系角大小估算距离，认为所观测到的绝大部分星云都属于河外星系。热衷于星系观测与研究的还有美国天文学家沙普利(Shap-ley,Harlow1885～1972)，他曾任美国哈佛大学天文台台长，1915～1920年间，曾用威尔逊山天文台100英寸望远镜研究旋涡星云，他利用勒维特(Leavitt,HenriettaSwan1868～1921)发现的造父变星作为量天尺，确定了这些星云的距离，认为它们大约距太阳5万光年左右，应该属于银河系，因此将银河系的尺度扩展到原有的3倍。沙普利还第一个提出，太阳系不处在银河系的中心，虽然他把太阳从银河系的中心地位赶了下来，却又把银河系放到了宇宙的中心之上。柯蒂斯的看法则不同，他认为宇宙中充满着大量的像银河系那样的恒星系统。1920年，在美国国家科学院，柯蒂斯与沙普利的两种不同观点正式交锋，虽然在这场论战中柯蒂斯占了上风，却并未有得出公认一致的结论，直到三年后，哈勃给出的观测事实，才使上述论战有了决定性的结果。1923年，威尔逊山天文台建成了2.5米口径的天文望远镜，哈勃利用它在仙女座星云外缘找到一颗造父变星，根据其光变周期与光度之间的关系，他推断出该星的距离为15万秒差距（实际为80万秒差距），比沙普利的银河系要大得多。这表明，仙女座大星云是一个河外星系，从而结束了河外天体是否存在的辩论，使天文学家的研究领域迈出了银河系。与哈勃同时代的另一位天文学家斯里弗(Slipher,VestoMelvin 1875～1969)也对星云研究感兴趣。他对星系光谱做了大量的观测。1921年，他首先把多普勒-斐索效应用于仙女座大星云，发现所观测到的星系光谱波长大多比实验室观测到的要长，这表明，这些星云都在远离地球退行，其退行速度大大地高于恒星的视向速度。 1929年，在同行们研究成果的基础上，哈勃仅以24个已知距离星系的观测资料为依据，做出了速率-距离的关系图。图中显示速率与距离值成正比，即vr=H0r，vr为星系对银河系的视向速率，上式即为哈勃定律，式中的常数H0就是哈勃常数，由这一常数得到的宇宙年龄H0-1=1.84×108年，该值恰与当时用散射方法观察到的地壳中古老岩石年龄1.8×108年惊人地一致，哈勃的结果，很快地得到认同。哈勃的这一结果，不仅证明了整个宇宙处于膨胀之中，而且这种膨胀速度与距离r成正比，因而既是处处没有中心又是处处为中心的。为了扩展观测的范围，需要能观测到更为遥远星系团中的星系。由于工作量的骤增，哈勃开始与赫马逊(Huma-son,MiltonLaSalle1891～1972)合作。哈勃负责测量星系的亮度，赫马逊负责测量红移量。赫马逊并非科班出身，最初只是威尔逊山天文台的一位看门人，
