宇宙加速膨脹精選(九篇)
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第1篇：宇宙加速膨脹范文
要說(shuō)明暗能量情況，必須先從愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論談起。他在1915年11月發(fā)表的論文中，描述了物質(zhì)和時(shí)空(包括時(shí)間和空間)的關(guān)系，是用一個(gè)重要的方程式表達(dá)，就是著名的愛(ài)因斯坦方程。用此方程預(yù)言；在一個(gè)物質(zhì)分布大致均勻的宇宙中，空間不可能是靜止，不是膨脹就是在收縮。而當(dāng)時(shí)的天文學(xué)觀測(cè)水平，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動(dòng)，看起來(lái)宇宙好像是靜止的，這就使愛(ài)因斯坦感到困惑。為了能說(shuō)明宇宙是靜止的，他沒(méi)有宣布根據(jù)場(chǎng)方程所得宇宙不是膨脹就是收縮的預(yù)言，而是大膽地在場(chǎng)方程中增加一項(xiàng)，其系數(shù)是常數(shù)。它代表宇宙中單位體積包含能量的總和，后來(lái)此常數(shù)得到公認(rèn)，就命名為“宇宙常數(shù)”或“宇宙學(xué)常數(shù)”。他在1917年的論文中說(shuō)明，此常數(shù)有一個(gè)特定的非零數(shù)值，可使宇宙保持靜止。
但是到1922年，一位俄羅斯數(shù)學(xué)家弗里德曼證明，愛(ài)因斯坦提出的這種靜止宇宙是不穩(wěn)定的，一點(diǎn)輕微的干擾或波動(dòng)就會(huì)被破壞，使宇宙膨脹或收縮。愛(ài)因斯坦先發(fā)表申明，認(rèn)為弗里德曼錯(cuò)了。不久又正式發(fā)表文章，收回這個(gè)申明，公開(kāi)宣布弗里德其實(shí)是正確的。
對(duì)靜止宇宙看法的致命打擊是在1929年。美國(guó)天文學(xué)家哈勃用當(dāng)時(shí)世界上最大望遠(yuǎn)鏡多年觀測(cè)的資料，發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)星系都在離開(kāi)我們向外運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)速度與星系的距離成正比。用公式表達(dá)為：v=HD
其中v代表向外運(yùn)動(dòng)速度，H為常數(shù)，D就是星系同我們的距離。此公式得到公認(rèn)后，就命名為“哈勃定律”，H就命名為“哈勃常數(shù)”。這個(gè)定律成為膨脹宇宙的觀測(cè)證據(jù)。愛(ài)因斯坦得知后，曾對(duì)熟悉的科學(xué)家說(shuō)，他自己引入非零宇宙常數(shù)是‘最大錯(cuò)誤’，并多次建議取消宇宙常數(shù)。但當(dāng)時(shí)不少著名科學(xué)家認(rèn)為不能取消，也許非零宇宙常數(shù)有另外的物理意義。果然在70年后(1998年)，這個(gè)非零宇宙常數(shù)，同暗能量掛上鉤。
在這70年間，天文學(xué)有迅猛的發(fā)展。人們還建立了接收天體無(wú)線電波輻射來(lái)研究天體的“射電天文學(xué)”；開(kāi)創(chuàng)了將天文儀器放到人造衛(wèi)星上觀測(cè)研究天體的“空間天文學(xué)”等；發(fā)現(xiàn)了大量的不同距離的遙遠(yuǎn)星系和由很多星系組成的集團(tuán)；又發(fā)現(xiàn)很多比一般星系更遙遠(yuǎn)的天體――‘類(lèi)星體’，我們能觀測(cè)到的距離達(dá)140億光年。
現(xiàn)在大多數(shù)科學(xué)家都支持宇宙起源于大爆炸，在不斷膨脹和冷卻過(guò)程中逐步形成基本粒子、化學(xué)元素、化學(xué)分子、星系、恒星、行星等。首先要考慮的重要問(wèn)題是宇宙大范圍空間是平坦或是彎曲的?因?yàn)榘凑諓?ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，密度較大物體的引力使得附近空間彎曲；但這僅是局部情況，對(duì)大范圍宇宙空間而言，密度很低，引力彎曲效應(yīng)可能微不足道。故大范圍宇宙空間仍可能平坦，與常人直觀感覺(jué)一樣。這種結(jié)論最好有較明確的證據(jù)。描述彎曲程度的量是曲率；曲率為正是正向彎曲(像橢圓)；為零是平坦，為負(fù)是負(fù)向彎曲(像雙曲線)。1979年，在美國(guó)工作的物理學(xué)家古思根據(jù)直線加速器的實(shí)驗(yàn)，提出宇宙大爆炸初期有暴脹期，在極短時(shí)間內(nèi)(不到萬(wàn)億分之一秒)暴脹1050倍。這個(gè)結(jié)果經(jīng)幾位科學(xué)家做少量補(bǔ)充修正后。逐步得到大家承認(rèn)。暴脹理論可以說(shuō)明宇宙是平坦的，曲率為零。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，曲率為零的膨脹宇宙平均密度有確定的數(shù)值，稱(chēng)為臨界密度?？墒怯梢阎钪嫒课镔|(zhì)得到的平均密度，比臨界密度小得多：加上所估計(jì)的暗物質(zhì)眉，得到的密度還不到臨界密度的1/4。到1990年以后。一些科學(xué)家重新提出，若宇宙常數(shù)不等于零，它就是單位體積包含的能量大小，可稱(chēng)為能量密度。按照愛(ài)因斯坦的著名公式：
E=mc2
其中E代表能量，m代表質(zhì)量，C為光的速度，即每秒30萬(wàn)千米。也就是說(shuō)，質(zhì)量為1克的物質(zhì)，對(duì)應(yīng)于9萬(wàn)億億爾格的能量，則這部分能量所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量也可以為宇宙平均密度作出貢獻(xiàn)。由于這部分不是由已知物質(zhì)或暗物質(zhì)提供的，因此稱(chēng)為暗能量。它的大小能否由觀測(cè)資料算出來(lái)呢?
設(shè)臨界密度為D，由已知物質(zhì)和暗物質(zhì)提供的宇宙平均密度為A，由暗能量提供的平均密度為B。再設(shè)a=A/D，b=B/D。根據(jù)現(xiàn)在所知的物質(zhì)和暗物質(zhì)資料，可算出a=0.25，問(wèn)題是怎樣算出b值。
暗能量起什么作用呢?宇宙在不斷膨脹，由于宇宙內(nèi)物質(zhì)(包括暗物質(zhì))的相互引力作用，應(yīng)該阻礙膨脹，故宇宙的膨脹速度應(yīng)逐漸減小。哈勃在1929年提出哈勃定律時(shí)，因星系資料不多，得到的宇宙膨脹速度接近常數(shù)。如果用70多年來(lái)積累的更多更精確的觀測(cè)資料，證明宇宙膨脹速度真的在不斷減少，暗能量作用就不明顯。假如情況相反，觀測(cè)資料證明宇宙在加速膨脹，則暗能量就起了與引力相反的作用，加速宇宙膨脹。
要證明這點(diǎn)，需要得到更多遙遠(yuǎn)天體的準(zhǔn)確距離。20世紀(jì)90年代初，很多人注意到超新星。這是由原來(lái)看不見(jiàn)暗弱恒星突然增亮到看見(jiàn)，好像新出現(xiàn)的星，故中國(guó)古代人取名為新星：如果亮度增加超過(guò)一千萬(wàn)倍，現(xiàn)在就稱(chēng)為超新星。當(dāng)時(shí)在美國(guó)成立了兩個(gè)超新星研究組，一個(gè)在哈佛大學(xué)，另一個(gè)在加州大學(xué)伯克立分校。他們互相競(jìng)爭(zhēng)和監(jiān)督，同時(shí)研究一種特殊類(lèi)型超新星，它們是由高密度的白矮星(表面溫度高，但體積很小的恒星)質(zhì)量超過(guò)臨界值時(shí)爆炸而成，最亮?xí)r的絕對(duì)亮度幾乎一樣。同用觀測(cè)得到的視亮度比較，就可以算出超新星的距離。兩個(gè)組獨(dú)立地用人造衛(wèi)星上望遠(yuǎn)鏡的精確觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)了幾十顆這種類(lèi)型的超新星，分布在各個(gè)遙遠(yuǎn)的星系或其他天體中。算出距離后發(fā)現(xiàn)，這種超新星的距離比用哈勃定律算出的更遠(yuǎn)。這說(shuō)明宇宙在加速膨脹!而且他們還根據(jù)膨脹速度的變化，估算出a，b的差值為b-a=0.46。即b=0.46+0.25=0.71。
1998年2月，兩個(gè)研究組同時(shí)公布彼此獨(dú)立研究的結(jié)果，引起轟動(dòng)。當(dāng)然這些數(shù)值存在一定誤差，其中a+b=0.96。同1的差別也在誤差范圍之內(nèi)。這說(shuō)明已知物質(zhì)、暗物質(zhì)與暗能量提供的宇宙平均密度，同平坦宇宙的臨界密度相等。以后幾年用其他的觀測(cè)資料算出的a+b=1.02，與1更接近。這表明，宇宙是平坦的，暗能量是存在的，而且是加速宇宙膨脹的主要因素。
以上結(jié)果還不能算最后結(jié)論，需要用更多更精確的觀測(cè)來(lái)證實(shí)。即使暗能量真的存在，也還有下面的問(wèn)題需要解決：
首先要弄清楚暗能量的實(shí)質(zhì)，它既然不是觀測(cè)到的物質(zhì)或暗物質(zhì)，究竟是什么玩意兒?是一種什么樣的能量?
其次是要弄清楚暗能量加速宇宙膨脹的機(jī)制，怎樣起加速作用?有人認(rèn)為是一種斥力，因?yàn)樗c引力作用相反。即使是斥力。也需要建立相應(yīng)的理論和作用規(guī)律。
第2篇：宇宙加速膨脹范文
宇宙學(xué)作為現(xiàn)代科技的最前沿，在物理教學(xué)中也應(yīng)該有所體現(xiàn).早在2002年下半年制訂的全日制高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此已經(jīng)給出了明確的學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)：要求學(xué)生了解宇宙的演化與發(fā)展，關(guān)注宇宙學(xué)研究的新進(jìn)展，知道空間的有關(guān)概念.為此，我們按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)現(xiàn)代天文學(xué)的知識(shí)作如下通俗的概括.
1 宇宙的起源
宇宙起源于一次猛烈的爆炸，這里的爆炸并不是平常所見(jiàn)的炸彈的爆炸，而是空間本身的爆炸.在這個(gè)原始爆炸力的推動(dòng)下，現(xiàn)在的宇宙仍在不斷地膨脹，如同一個(gè)均勻布滿星點(diǎn)的氣球，隨著氣球的膨脹，星點(diǎn)之間的距離不斷增大.
宇宙起源于大爆炸的科學(xué)依據(jù).首先，現(xiàn)在的觀測(cè)事實(shí)表明，星系光譜普遍向紅端移動(dòng)——星系紅移，只有星系退行才會(huì)出現(xiàn)這種情況.其次，1964年兩位美國(guó)工程師彭齊亞斯（A·Penzias）和威爾遜（R·W·Wilson）發(fā)現(xiàn)宇宙各處普遍存在3.5 K（后來(lái)又修正為2.7 K）的微波背景輻射，這是宇宙由開(kāi)始的高溫狀態(tài)經(jīng)不斷膨脹、不斷降溫冷卻到現(xiàn)在的剩余溫度.第三，測(cè)量表明，不論在宇宙什么天體（包括太陽(yáng)），氦豐度的值都在24%左右，這與大爆炸理論氦豐度的值相符.
2 宇宙的大小
表面上看來(lái)，天空中的星星數(shù)也數(shù)不清，數(shù)目無(wú)限多，宇宙的空間也應(yīng)無(wú)限大.實(shí)際上宇宙的大小是有限度的，半徑有140多億光年，但沒(méi)有邊際，即宇宙有限無(wú)邊.這似乎很難理解，因?yàn)槲覀冞^(guò)多的考慮了普通空間（體積），如果換成面就好理解了.我們知道地球的表面積是有限的，但因?yàn)榈厍虻谋砻媸乔蛎妫虼瞬](méi)有頭.地球的表面就是有限無(wú)邊的.宇宙也是一樣，體積有限但是沒(méi)有頭.所以火箭飛速行駛，走啊走啊，最終只能又回到原來(lái)的地方.宇宙的空間，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)是曲面的.這樣考慮當(dāng)然是有證據(jù)的.例如以地球?yàn)橹行模?0億光年半徑之中的星星和20億光年半徑之中的星星數(shù)目之比，如果是普通空間，應(yīng)該是1∶8.但是因?yàn)榭臻g是曲面的，所以實(shí)際不是那樣.
既然宇宙是有限的，也許有人會(huì)問(wèn)，宇宙的外側(cè)是什么樣的？所謂“外側(cè)”是以空間是無(wú)限的，空間的一部分是宇宙的說(shuō)法為前提的.實(shí)際上，空間無(wú)限只不過(guò)是人的隨意想象，就像人們認(rèn)識(shí)地球之前，頑固地相信大地各處都是平直沿伸的，地面積是無(wú)限的，而實(shí)際上地球表面是曲面的，地面積也是有限的那樣，空間（即宇宙）的大小也是有限的.在空間以外什么也沒(méi)有，那里不成為自然科學(xué)的研究對(duì)象.
3 宇宙的中心
宇宙既然是有限的，那么星星的數(shù)目也是有限的.這樣，我們似乎可以求出每個(gè)星星的重心，然后就可以求出整個(gè)宇宙的重心，于是，這就是宇宙的中心了.實(shí)際上，宇宙的中心是求不出來(lái)的.同前面一樣，換成球面就容易理解了.如果地球小范圍內(nèi)有兩個(gè)小島，那么我們可以求得兩島的重心在兩島之間（當(dāng)然也在球面上）.可是一考慮球面的全體，重心決定不了了.同樣，在整個(gè)宇宙空間中，也不可能求出宇宙的中心.因此，宇宙是既無(wú)中心也無(wú)邊界的.
4 宇宙的空間
相對(duì)論表明，我們生活的宏觀宇宙是四維空間（有長(zhǎng)度、寬度、高度、時(shí)間的空間），為了便于對(duì)空間的理解，我們通過(guò)以下例子說(shuō)明.
在三維空間有一根棒，它有長(zhǎng)度、寬度和高度，棒可以沿Ox，Oy，Oz軸任意移動(dòng)，也可以在該三維空間任意轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖1所示）.
三維空間的棒在一維空間只有長(zhǎng)度，無(wú)寬度和高度，且一維棒的長(zhǎng)度是不確定的，它是三維空間的棒在一維空間的投影，如果棒與由Ox所確定的一維空間平行時(shí)，棒就長(zhǎng)些，不平行時(shí)，棒就短些（如圖2所示）.三維空間的棒在一維空間，只能沿Ox軸移動(dòng)（因?yàn)樵诖酥鉀](méi)有別的空間）.
三維空間的棒在二維空間有長(zhǎng)度和寬度，但無(wú)高度， 且棒的長(zhǎng)度也是不確定的，它是三維空間的棒在二維空間的投影，如果棒與Ox，Oy所確定的二維空間（平面）平行時(shí)，棒就長(zhǎng)些，不平行時(shí)，棒就短些（如圖3所示）.三維空間的棒在二維空間能沿Ox，Oy移動(dòng)，也能在Ox，Oy確定的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).
同樣，我們所說(shuō)的三維空間棒的長(zhǎng)度也是不確定的，它是四維空間一定長(zhǎng)度的棒在三維空間的投影.若棒變短，那么使棒投影的長(zhǎng)度變短就行了，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，由相對(duì)論可知，使棒以非?？斓乃俣龋ń咏馑伲┻\(yùn)動(dòng)即可（如圖4所示）.
5 宇宙的演化趨勢(shì)
第3篇：宇宙加速膨脹范文
1、“大爆炸宇宙論”（The Big Bang Theory）認(rèn)為：宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年前一次大爆炸后膨脹形成的。1927年，比利時(shí)天文學(xué)家和宇宙學(xué)家勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假說(shuō)。1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃根據(jù)假說(shuō)提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。
2、現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說(shuō)。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化，如同一次規(guī)模巨大的爆炸。該理論的創(chuàng)始人之一是伽莫夫。1946年美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫正式提出大爆炸理論，認(rèn)為宇宙由大約140億年前發(fā)生的一次大爆炸形成。上世紀(jì)末，對(duì)Ia超新星的觀測(cè)顯示，宇宙正在加速膨脹，因?yàn)橛钪婵赡艽蟛糠钟砂的芰拷M成。
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第4篇：宇宙加速膨脹范文
關(guān)鍵詞 大爆炸 相對(duì)論 宇宙基 弦孢子 撞擊 多維
中圖分類(lèi)號(hào)：P15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
人類(lèi)對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)是隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步加深的，并開(kāi)始科學(xué)地探討宇宙的起源，20世紀(jì)初期，宗教人士及科學(xué)家提出了“宇宙大爆炸理論”。
提出并完善這一理論的代表人物是伽莫夫和霍金。
1大爆炸理論的主要觀點(diǎn)
大爆炸理論的主要觀點(diǎn)是：我們的宇宙有開(kāi)端，是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹，形成了我們的宇宙。最初那次爆發(fā)就被稱(chēng)為宇宙大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論就被稱(chēng)為“宇宙大爆炸理論”。
根據(jù)這一理論，宇宙演化過(guò)程起始于大約137億年前，當(dāng)時(shí)宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，時(shí)間、空間都不存在。突然，這個(gè)體積無(wú)限小的點(diǎn)“無(wú)中生有“爆炸了，時(shí)空從這一刻開(kāi)始，物質(zhì)和能量也由此產(chǎn)生，這就是宇宙創(chuàng)生的大爆炸理論。
2宇宙演化分為三個(gè)階段
第一個(gè)階段：是宇宙的極早期“太初第一秒”。這個(gè)階段的時(shí)間特別短。宇宙處于一種極高溫、高密的狀態(tài)，除氫核――質(zhì)子外，沒(méi)有任何別的化學(xué)元素，只由質(zhì)子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成。隨著宇宙迅速膨脹，溫度急速下降。
第二個(gè)階段：大約經(jīng)歷了數(shù)千年，是化學(xué)元素形成階段。此時(shí)宇宙間的物質(zhì)主要是氦、氫等比較輕的原子核和質(zhì)子、電子、光子等，光輻射很強(qiáng)，但沒(méi)有星體存在。
第三個(gè)階段：是宇宙形成的主體階段，至今我們?nèi)陨钤谶@一階段中。宇宙繼續(xù)膨脹，溫度不斷降低。宇宙先后形成了各級(jí)天體：宇宙間的氣態(tài)物質(zhì)逐漸凝聚成星云，并逐漸演化成星系、恒星和行星，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系。
但如今對(duì)于宇宙是從虛無(wú)當(dāng)中一致密奇點(diǎn)爆膨而成的觀點(diǎn)也有不少不同看法。其中主要有“大反彈”，“平行宇宙”，“無(wú)限膨脹”，“超膜理論”等根據(jù)這一系列理論時(shí)間在大爆炸前就已存在，這一點(diǎn)與筆者對(duì)宇宙起源的假想是一致的。
對(duì)這個(gè)宇宙起源的假想筆者提出的理論是“撞擊生成論”。這個(gè)理論有三個(gè)前提就是在我們的宇宙之外必須有一個(gè)更大的“母”宇宙存在，這個(gè)“母”宇宙筆者稱(chēng)之為“宇宙基”；“宇宙基”本身也存在多個(gè)維度；“宇宙基”存在著超越光速的物質(zhì)，這種物質(zhì)筆者給他的名稱(chēng)“弦孢子”。
筆者對(duì)宇宙生成的假想靈感來(lái)自生物學(xué)及量子引力學(xué)，另一部分則是對(duì)宇宙外部世界的想象。筆者這個(gè)理論實(shí)際上和其他否定“宇宙”無(wú)中生有的理論一樣都會(huì)陷入雞生蛋，蛋孵出雞的無(wú)限死循環(huán)當(dāng)中，所以我們現(xiàn)在討論的內(nèi)容是在以當(dāng)前宇宙為參照一定范圍內(nèi)的假想理論。
現(xiàn)在我們具體談?wù)勥@個(gè)理論的大體架構(gòu)。首先在筆者提出的“宇宙基”內(nèi)存在多個(gè)維度且相互獨(dú)立，每個(gè)維度中有各自超越光速上億萬(wàn)倍“弦孢子”，“弦孢子”的形成可以歸結(jié)于“暗能量”，我們知道當(dāng)前宇宙之所以不斷膨脹的其中一原因就是存在“暗能量”，我們的宇宙如果不收縮將繼續(xù)以及高速度膨脹最后“暗能量”將以光速甚至超越光速的速度將我們的宇宙撕扯成最小單位“弦”并散布在“宇宙基”內(nèi)，并且這些原本的宇宙內(nèi)的“物質(zhì)的粒子最小單位”會(huì)被“宇宙基”各個(gè)不同維度所吸收。由于在“宇宙基”這個(gè)級(jí)別內(nèi)的物理定律將完全不同于我們現(xiàn)在的宇宙。所以“弦孢子”可能具有極大的引力，其引力估計(jì)比宇宙最大的黑洞還強(qiáng)，同時(shí)“弦孢子”在吸收“弦”同時(shí)自身也會(huì)在對(duì)應(yīng)維度內(nèi)不斷加速運(yùn)動(dòng)。
“弦孢子”通常被在對(duì)應(yīng)的“宇宙基”維度里以超光速運(yùn)行，“弦孢子”里面包括我們知道的各種物質(zhì)粒子的信息，就像生物體細(xì)胞里面的“DNA”，可能還有很多非我們現(xiàn)在宇宙的“弦”類(lèi)型。有一點(diǎn)筆者能想象的就是“弦孢子”在這一過(guò)程當(dāng)中速度不斷加快，密度不斷加大。至于“孢子”是受到哪種力作用加速，只能說(shuō)是由它自身的特性決定，當(dāng)“弦孢子”加速到足以擺脫當(dāng)前維度束縛的時(shí)候，它將像量子躍遷一樣沖向其他“宇宙基”維度。
“弦孢子”攜帶巨大能量在沖出當(dāng)前維度撞擊其他維度時(shí)候?qū)l(fā)生”大爆炸”同時(shí)生成類(lèi)似我們這個(gè)宇宙，以及與我們宇宙各種物質(zhì)條件相反的負(fù)宇宙，并且產(chǎn)生巨大能量、釋放各種粒子、引力波……。這樣就可以解釋當(dāng)前宇宙為什么會(huì)在無(wú)空間時(shí)間中爆發(fā)創(chuàng)生。這種撞擊的間隔我們現(xiàn)在無(wú)法知曉可能很長(zhǎng)，長(zhǎng)到我們這個(gè)宇宙衰亡殆盡后很長(zhǎng)時(shí)間，或者這個(gè)間隔很短甚至每一秒鐘都有新的撞擊產(chǎn)生新的宇宙。由于“弦孢子”所吸收攜帶的“弦”信息都不同所以創(chuàng)生的每個(gè)宇宙都可能會(huì)有一些差別，相信物理、化學(xué)規(guī)律也會(huì)有區(qū)別。
第5篇：宇宙加速膨脹范文
天體物理學(xué)屬于應(yīng)用物理學(xué)的范疇，是研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的天文學(xué)分支學(xué)科。由于天體物理學(xué)是一門(mén)很廣泛的學(xué)問(wèn)，天文物理學(xué)家通常應(yīng)用很多不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，包括力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論、粒子物理學(xué)等。
本書(shū)作者Leonard S Kisslinger是美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)教授，他意在使任何學(xué)科的學(xué)生對(duì)于近幾十年天體物理學(xué)取得的那些令人興奮和感到神秘的發(fā)展有一些了解。本書(shū)解釋了宇宙從早期到現(xiàn)在的演化過(guò)程，運(yùn)用通俗易懂的講述方式使任何一個(gè)擁有高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的大學(xué)生都能夠理解。
全書(shū)由10章組成：1.天體物理學(xué)的物理概念：速度、加速度、動(dòng)量和能量的基本概念，溫度（作為一種能量形式），力和牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律；2.力和粒子：基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨脹：首先定義和討論了光的多普勒頻移和紅移，然后從星系中光的多普勒頻移的測(cè)量回顧了哈勃定律，最后討論了宇宙的膨脹；4.恒星、星系等：地球怎樣繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)（作為一個(gè)熔爐）的特性，大質(zhì)量恒星由于引力坍塌導(dǎo)致脈沖星和黑洞形成的過(guò)程；5.中微子振蕩、對(duì)稱(chēng)性和脈沖星沖擊：稱(chēng)為中微子振蕩的中微子相互轉(zhuǎn)化的三種標(biāo)準(zhǔn)模型的重要屬性，怎樣利用中微子振蕩來(lái)測(cè)量宇稱(chēng)性、電荷共軛和時(shí)間演化對(duì)稱(chēng)性，通過(guò)中微子發(fā)射來(lái)解釋脈沖星沖擊的可能原因；6.愛(ài)因斯坦狹義和廣義相對(duì)論：狹義相對(duì)論中的重要假設(shè)，以及由此產(chǎn)生的長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹，由洛倫茲變換得到的附加速度的愛(ài)因斯坦方程與假設(shè)的相一致性，利用相對(duì)動(dòng)量和張量簡(jiǎn)單討論了廣義相對(duì)論；7.從廣義相對(duì)論得到的宇宙的半徑和溫度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨脹的引力輻射和重力波，以及引力量子場(chǎng)理論；8.宇宙微波背景輻射：宇宙微波背景輻射相關(guān)的一些概念，重點(diǎn)是溫度和時(shí)間的相關(guān)性；9.電弱相變（Electroweak phase Transition）：定義了量子力學(xué)的相變和潛伏熱，重點(diǎn)討論了電弱理論和電弱相變，電弱相變和其產(chǎn)生的重力波間磁場(chǎng)的建立過(guò)程；10.量子色動(dòng)力學(xué)相變：量子色動(dòng)力學(xué)相變和銀河系和星系團(tuán)之間磁場(chǎng)的關(guān)系，由于相對(duì)論性的重離子碰撞量子色動(dòng)力的產(chǎn)生。
本書(shū)的目的是使大學(xué)生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此講述早期到現(xiàn)在宇宙演化背后的天文物理學(xué)理論。本書(shū)不要求學(xué)生有太深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，適用于所有對(duì)科學(xué)尤其是天文科學(xué)感興趣的大學(xué)生，同時(shí)也適合于對(duì)這些話題感興趣的讀者。
第6篇：宇宙加速膨脹范文
果殼中的宇宙讀后感
依照霍金的理論，胚在虛時(shí)間的歷史將決定它在實(shí)時(shí)間的發(fā)展。高維泡泡在虛時(shí)間中產(chǎn)生一個(gè)完全光滑的球形的4維“果殼”的概率是最高的；然而，這又對(duì)應(yīng)于在實(shí)時(shí)間內(nèi)以暴脹方式永遠(yuǎn)膨脹的胚。星系不能在這種胚世界中形成，從而智慧生命也不會(huì)出現(xiàn)。然而，高維泡泡在虛時(shí)間中產(chǎn)生一個(gè)有點(diǎn)不光滑和偏離球形的4維“果殼”的概率雖然稍低一些，但是卻能與實(shí)時(shí)間中的減速暴脹過(guò)程（胚在開(kāi)始時(shí)有一個(gè)加速膨脹——暴脹的相，隨后膨脹又緩慢下來(lái)）相對(duì)應(yīng)。在這個(gè)減速暴脹過(guò)程中，星系可能形成，智慧生命也會(huì)出現(xiàn)。有趣的是，這些智慧生命將會(huì)創(chuàng)造一種宇宙理論，認(rèn)識(shí)到他們來(lái)自于不那么光滑，也不那么圓的4維“膜”。
在讀完《果殼中的宇宙》和《宇宙的起源與歸宿》之后，有一種感覺(jué)。人類(lèi)置于茫茫的宇宙之中實(shí)在是太渺小了，而且對(duì)所存在的宇宙也只是停留在理論階段，完全沒(méi)有實(shí)力實(shí)踐。而當(dāng)中一些妄想要挑戰(zhàn)自然挑戰(zhàn)宇宙的人類(lèi)不是太狂妄，太可笑了嗎？雖然他們可以說(shuō)是人存理論決定這個(gè)宇宙，但是沒(méi)有確鑿的證據(jù)是不能使全世界的人類(lèi)信服的。而神創(chuàng)論更是無(wú)從談起，他們想說(shuō)他們那個(gè)萬(wàn)能的上帝么？可惜，親愛(ài)的上帝不是萬(wàn)能的，他能造出一塊自己也搬不起的石頭么？
人類(lèi)還有很多未知的世界需要我們不斷探索，我相信，事實(shí)只有一個(gè)，人類(lèi)在將來(lái)，一定會(huì)得到我們想要的答案。
第7篇：宇宙加速膨脹范文
這是一部簡(jiǎn)明而全面地介紹粒子物理中關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)設(shè)備的高級(jí)科普讀物。作者作為一位加速器物理學(xué)家，幾十年來(lái)見(jiàn)證和親身參與了加速器和探測(cè)器由小到大，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的快速發(fā)展歷程以及與之相伴隨的對(duì)最深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的科學(xué)研究，對(duì)于高能物理實(shí)驗(yàn)與理論所取得的無(wú)比輝煌的成果，作者一直感到激動(dòng)不已。特別是有史以來(lái)超大型的高能物理實(shí)驗(yàn)裝置，歐洲大型對(duì)撞機(jī)（LHC）的2007年開(kāi)始成功運(yùn)行，使作者難掩激動(dòng)，而且也極大地激發(fā)了物理學(xué)家的想象力和提振了廣大公眾的關(guān)注度。正是考慮到這樣的背景以及基于物理學(xué)家的社會(huì)責(zé)任感，作者認(rèn)為必須撰寫(xiě)這樣一部高級(jí)科普讀物，讓廣大的讀者懂得與這些設(shè)備相關(guān)的概念以及它們的真正意義，理解科學(xué)家們和各國(guó)政府以不斷攀升的代價(jià)推進(jìn)這些復(fù)雜的和昂貴的實(shí)驗(yàn)。
本書(shū)的副標(biāo)題為“迷人的宇宙蛇”，指的是近幾十年在物理學(xué)界廣泛流傳的對(duì)于微觀、宏觀和宇觀現(xiàn)象之間密切關(guān)系的一副清晰的、形象化的圖像。它是一條盤(pán)成閉合圓形的“銜尾蛇”， 頭部代表極大尺度的宇宙，尾部代表尺度最小的微觀粒子。從最微小的量子世界到150億光年的宇宙空間，這條蜷縮成圓形的蛇描寫(xiě)了整個(gè)物理世界的特征，人們稱(chēng)它為宇宙蛇。大和小的這種統(tǒng)一類(lèi)似于人類(lèi)歷代祖先對(duì)宇宙和生命的感悟，在世界各地的許多文化中都有這種頭尾相連的蛇的形象，古埃及以環(huán)形蛇象征宇宙四神的統(tǒng)一，印度以咬自己尾巴的蛇來(lái)譬喻生命輪回。在古代北歐神話中的Ouroboros（中譯名為烏洛波洛斯，銜尾蛇），象征著宇宙的統(tǒng)一和無(wú)休止的永恒法則下的開(kāi)始和終結(jié)。
全書(shū)內(nèi)容共分13章：1.粒子的膨脹宇宙；2.擊碎原子的火花；3.大自然自己的加速器；4.打開(kāi)原子核； 5.通向天堂的曲折之路； 6.大量落下的粒子；7.環(huán)繞地球：同步回旋加速器； 8.下一代：超級(jí)同步回旋加速器；9.直線加速器，直截了當(dāng)?shù)墓适拢?0 蓮花盤(pán)坐（瑜伽）、對(duì)稱(chēng)性、規(guī)范理論和標(biāo)準(zhǔn)模型； 11.碰撞過(guò)程； 12 .粒子探測(cè)實(shí)驗(yàn)； 13.弄蛇人： 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。
加速器和探測(cè)器技術(shù)發(fā)展很快，在這一過(guò)程中不乏神奇的故事。幾十年來(lái)，物理學(xué)的發(fā)展與加速器的演化是密切相關(guān)的。作者在該書(shū)中通過(guò)一些饒有興趣的故事把這些神奇的歷史講述給讀者。除了一些歷史照片和一些圖例之外，作者還畫(huà)了一些卡通圖，以使這些沉重的描述變得輕松一些。對(duì)于那些對(duì)高能物理有興趣的讀者，該書(shū)很值得一讀。對(duì)于從事粒子物理理論和實(shí)驗(yàn)研究與教學(xué)的教師及研究人員也具有很好的參考價(jià)值。
丁亦兵，教授
第8篇：宇宙加速膨脹范文
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，近日美國(guó)麻省理工學(xué)院的宇宙理論學(xué)家馬克斯?特格馬克(max tegmark)通過(guò)暴漲理論揭示了宇宙起源時(shí)期所發(fā)生的事件。宇宙暴漲（cosmic inflation）認(rèn)為在大爆炸發(fā)生后的極早期宇宙時(shí)期發(fā)生了難以置信的暴漲事件，在負(fù)壓真空能的驅(qū)動(dòng)下，時(shí)空迅速膨脹，擴(kuò)展速度甚至超過(guò)了光速。如果沒(méi)有暴漲時(shí)期存在，那么我們今天的宇宙將是炙熱、密度極高的“湯”并不斷演化而冷卻下來(lái)。
但是諸如宇宙理論學(xué)家馬克斯?特格馬克這樣的研究人員不止一次提出宇宙暴漲時(shí)期持續(xù)的時(shí)間是否超出了它應(yīng)有的范圍。這項(xiàng)研究議題之所以吸引人，可能是由于其將導(dǎo)致一些令科學(xué)家們驚訝的結(jié)果，直接動(dòng)搖了我們目前對(duì)整個(gè)宇宙的了解，其中包括被認(rèn)為是今天宇宙開(kāi)端的“創(chuàng)世大爆炸”，那么為什么樣的“爆炸”才可被認(rèn)為是宇宙大爆炸呢？
當(dāng)前宇宙學(xué)中的暴漲理論在上個(gè)世紀(jì)八十年代被提出，一位名叫阿蘭?哈維?古斯（alan harvey guth）的年輕博士后研究人員在康奈爾大學(xué)提出，認(rèn)為宇宙在極早期經(jīng)歷了一個(gè)十分短暫的加速膨脹過(guò)程。通過(guò)對(duì)宇宙微波背景輻射的研究，其結(jié)果卻讓宇宙大爆炸理論的支持者們感到不安。
由貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家阿諾?彭齊亞斯和羅伯特?威爾遜發(fā)現(xiàn)的充滿宇宙空間的微波背景輻射被認(rèn)為是宇宙大爆炸的痕跡。在大爆炸發(fā)生后的38萬(wàn)年，宇宙從一個(gè)令人難以想象的、具有極端密度和溫度的“奇點(diǎn)”逐漸擴(kuò)大并冷卻，溫度環(huán)境適合第一批原子的形成。在大約140億年之后，這些大爆炸殘留的溫度依然存在于宇宙空間中，其數(shù)值為2.725開(kāi)爾文，并且在宇宙中幾乎均勻地分布著。
對(duì)宇宙微波背景輻射與大爆炸之間關(guān)聯(lián)的發(fā)現(xiàn)中卻隱藏著另一些神秘的問(wèn)題。其中之一便是你可以在某個(gè)方向測(cè)量100億光年的宇宙輻射背景，在另一個(gè)方向上再測(cè)量100億光年的背景值，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們似乎遵守著奇怪的均勻性法則。但是，如果僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的大爆炸誕生的宇宙，似乎沒(méi)有足夠的空間和時(shí)間來(lái)降低宇宙中的溫度，也暗示著按這樣方式演化的宇宙是一個(gè)高度不可能的巧合事件。
然而，宇宙幾何輪廓是怎樣的呢？宇宙背景的信息編碼結(jié)果認(rèn)為時(shí)空是“平坦”的，但是歐幾里得幾何告訴我們平行線是不可能相交的，因此宇宙不是“平坦”的時(shí)空，以此讓我們了解到引力極其扭曲時(shí)空的想法，而且一次“簡(jiǎn)單的大爆炸”并不能解釋這個(gè)問(wèn)題。
當(dāng)前的宇宙學(xué)認(rèn)為大爆炸產(chǎn)生了時(shí)間的開(kāi)端，因此存在一個(gè)暴漲的量子場(chǎng)。在宇宙經(jīng)歷第一次暴漲階段時(shí)，所有的存在的東西都是不平等的，隨機(jī)性的量子波動(dòng)作為能量提供方式的一種僅僅暴漲過(guò)程中起到作用，隨著宇宙逐漸進(jìn)入真正的真空狀態(tài)，并在周?chē)鷷r(shí)空中產(chǎn)生了一種被稱(chēng)為萬(wàn)有引力的基本作用力。隨著時(shí)間進(jìn)一步延后，時(shí)空快速膨脹的速度將超過(guò)光速。
雖然愛(ài)因斯坦的相對(duì)論中禁止了任何物體可以進(jìn)行超光速的運(yùn)動(dòng)，但是對(duì)于時(shí)空本身而言卻不受限制。當(dāng)宇宙暴漲逐漸收尾時(shí)，獲得的動(dòng)能促進(jìn)了物質(zhì)和輻射的產(chǎn)生，
轉(zhuǎn)貼于
接著便是恒星、行星最終出現(xiàn)了我們。這一切發(fā)生得比眨眼睛還要迅速，僅僅在大爆炸之后的10-33便結(jié)束了。
科學(xué)家們通過(guò)暴漲來(lái)解釋宇宙大爆炸之后時(shí)空性質(zhì)被抹平的現(xiàn)象，暴漲使得宇宙變得如此之大，以至于任何測(cè)量都認(rèn)為它看上去是平整的。雖然暴漲時(shí)期宇宙中極小的時(shí)空迅速變成需要用天文數(shù)字進(jìn)行理解的時(shí)空尺度，但該過(guò)程中產(chǎn)生很小的量子波動(dòng)，隨著暴漲的發(fā)生，這些波動(dòng)可被放大，其所產(chǎn)生的結(jié)果便是我們今天所看到的星系群。
科學(xué)家們推測(cè)，在其他的宇宙中可能也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的事件，一旦宇宙進(jìn)入暴漲時(shí)期，那么它幾乎不可能停止。量子波動(dòng)可以確保暴漲的區(qū)域在不同時(shí)空區(qū)域具有不同的能量，這就如同一座山脈中有很多小山峰一樣。在其他微宇宙中，由于沒(méi)有別的因素可以影響它們的暴漲速度，使得它們整體運(yùn)動(dòng)可超過(guò)光速，這些迷你小宇宙最終就完全脫離了出去。
在一個(gè)單一的宇宙中，基本的物理學(xué)理論可以為宇宙的平坦時(shí)空提供預(yù)測(cè)，或者對(duì)暗能量的探索可以推測(cè)這個(gè)神秘的物質(zhì)似乎可以加速宇宙的膨脹。對(duì)于我們這個(gè)“無(wú)限”的宇宙而言，不存在明確的預(yù)測(cè)，任何問(wèn)題都可歸結(jié)為概率問(wèn)題。起初，宇宙學(xué)家們希望通過(guò)在一些特殊時(shí)間下獲得多元宇宙的證據(jù)，而后推出各種各樣的可能性理論，但是愛(ài)因斯坦并不認(rèn)同這樣做法。
愛(ài)因斯坦的相對(duì)論認(rèn)為宇宙中沒(méi)有單一的時(shí)鐘，而是存在無(wú)窮多種方式去獲得宇宙動(dòng)態(tài)的瞬間，并賦予每一種狀態(tài)以不同的概率。根據(jù)普林斯頓大學(xué)科學(xué)家保羅?斯坦哈特（paul steinhardt）介紹：“我們通常認(rèn)為爆炸可預(yù)測(cè)出一個(gè)光滑、平整的宇宙，與此相反，暴漲可預(yù)測(cè)出無(wú)限次數(shù)背后的每一種可能。”對(duì)此，宇宙理論學(xué)家馬克斯?特格馬克認(rèn)為暴漲摧毀了宇宙本身，從邏輯上將這是一種自我摧毀。
根據(jù)位于帕薩迪納市的加州理工學(xué)院宇宙學(xué)家肖恩?卡羅爾（sean carroll）介紹：“暴漲模型目前仍然是主流解釋?zhuān)覀兡壳皡s對(duì)該理論存在疑慮，最主要的是我們不知道暴漲的區(qū)域在哪兒，以及為什么會(huì)出現(xiàn)假真空狀態(tài)，這些能量又是從何而來(lái)的呢。”
早在2001年，科學(xué)家斯坦哈特（steinhardt）首次提出了替代方法，并與他的同事賈斯汀庫(kù)利（justin khoury）等認(rèn)為我們需要重新審視宇宙大爆炸的解釋。它們的靈感來(lái)自弦理論，這是一種最廣泛的方法可以接近愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，而后者是目前描述空間和時(shí)間的最佳理論。如果能與量子力學(xué)很好地接洽，那么該理論將能說(shuō)明宇宙一切事件。
第9篇：宇宙加速膨脹范文
但是，這一切已經(jīng)發(fā)生了變化。在1994年5月出版的《經(jīng)典引力與量子引力》里，威爾士大學(xué)的物理學(xué)家米格爾·阿爾庫(kù)比埃爾描述的空間旅行場(chǎng)景與科幻小說(shuō)中的曲速引擎極其相似。有了阿爾庫(kù)比埃爾曲速引擎，我們到宇宙中任何一處想用多短時(shí)間就用多短時(shí)間！
阿爾庫(kù)比埃爾設(shè)想的曲速引擎借鑒了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的巧妙法則。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，時(shí)空（空間三維和時(shí)間維度的結(jié)合）不是一個(gè)惰性基質(zhì)，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)體，受能量集中的影響而扭曲變形。阿爾庫(kù)比埃爾認(rèn)為，我們也許能夠利用這個(gè)現(xiàn)象以快于光的速度從一個(gè)星球去另一個(gè)星球，通過(guò)干擾時(shí)空，讓飛船正前方的區(qū)域收縮、正后方的區(qū)域擴(kuò)展，這樣的時(shí)空扭曲實(shí)際上就像沖浪者處于浪尖一樣，將飛船迅速推向前方。乍一看，這個(gè)原理似乎會(huì)違背愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，因?yàn)楠M義相對(duì)論認(rèn)為任何物體的移動(dòng)速度都不會(huì)快于光速，違背這條定律就會(huì)導(dǎo)致因果悖論，就會(huì)發(fā)生現(xiàn)在的行為影響過(guò)去的現(xiàn)象。然而，阿爾庫(kù)比埃爾證明，他的曲速引擎實(shí)際上不會(huì)違背狹義相對(duì)論，因?yàn)楣庖苍跁r(shí)空中運(yùn)行，就像飛船一樣，順流而行。相對(duì)船來(lái)說(shuō)，光束仍然以光速運(yùn)行，相對(duì)于其緊鄰的時(shí)空來(lái)說(shuō)它本身并沒(méi)有加速。阿爾庫(kù)比埃爾的曲速引擎雖然沒(méi)有產(chǎn)生因果悖論，但是人們還是關(guān)注空間旅行者的利益。在短短的片刻到達(dá)一個(gè)遙遠(yuǎn)的星球并從其返回，旅行者就得經(jīng)受極其巨大的加速，以這樣的速度航行，他實(shí)際上已經(jīng)變成了糨糊?；蛘哒f(shuō)，如果不是因?yàn)閺V義相對(duì)論中的加速度具有相對(duì)性的話，這種情況會(huì)是真的。
雖然人們從地球上看飛船的加速度極其巨大，但是空間旅行者所體驗(yàn)的加速度卻是零！空間旅行者將處于失重狀態(tài)，就像繞地飛行的宇航員一樣。阿爾庫(kù)比埃爾最后也解釋說(shuō)，利用他的曲速引擎的旅行者體會(huì)不到時(shí)間膨脹。
愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的預(yù)測(cè)之一是，對(duì)于相互之間運(yùn)動(dòng)的觀察者來(lái)說(shuō)，時(shí)間的移動(dòng)速度不同（基利說(shuō)‘時(shí)間是重力’）。設(shè)想有兩個(gè)宇航員約翰和坎貝爾，他們決定去200萬(wàn)光年之外的仙女座。約翰乘坐飛船，“以1個(gè)地球重力速度一路前行”，而坎貝爾旅行的大多數(shù)時(shí)間接近光速，由于時(shí)間的膨脹，坎貝爾能活著回來(lái)，往返只需60年?？墒?，因?yàn)橄膳嚯x地球200萬(wàn)光年，在坎貝爾回到地球之前400萬(wàn)年已經(jīng)過(guò)去。相比之下，約翰能夠到達(dá)仙女座，然后回到地球趕上吃晚飯！
當(dāng)然，沒(méi)有免費(fèi)的午餐（或晚餐）。阿爾庫(kù)比埃爾的曲速引擎是一種被稱(chēng)為奇異物質(zhì)的東西，具有負(fù)能密度的特性，它不像構(gòu)成人、行星和恒星的具有正能密度的正常物質(zhì)。能量密度相同的物質(zhì)通過(guò)重力相互吸引，而正能物質(zhì)和負(fù)能物質(zhì)則通過(guò)重力相互排斥。曲速引擎就是靠奇異物質(zhì)的負(fù)能密度推動(dòng)。
