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
要說明暗能量情況，必須先從愛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，還沒有發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動(dòng)，看起來宇宙好像是靜止的，這就使愛因斯坦感到困惑。為了能說明宇宙是靜止的，他沒有宣布根據(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)。愛因斯坦得知后，曾對(duì)熟悉的科學(xué)家說，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線電波輻射來研究天體的“射電天文學(xué)”；開創(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題是宇宙大范圍空間是平坦或是彎曲的?因?yàn)榘凑諓垡蛩固沟膹V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)。暴脹理論可以說明宇宙是平坦的，曲率為零。
根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(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，可稱為能量密度。按照愛因斯坦的著名公式：
E=mc2
其中E代表能量，m代表質(zhì)量，C為光的速度，即每秒30萬千米。也就是說，質(zhì)量為1克的物質(zhì)，對(duì)應(yīng)于9萬億億爾格的能量，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，因此稱為暗能量。它的大小能否由觀測(cè)資料算出來呢?
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。這是由原來看不見暗弱恒星突然增亮到看見，好像新出現(xiàn)的星，故中國(guó)古代人取名為新星：如果亮度增加超過一千萬倍，現(xiàn)在就稱為超新星。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)來證實(shí)。即使暗能量真的存在，也還有下面的問題需要解決：
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（后來又修正為2.7 K）的微波背景輻射，這是宇宙由開始的高溫狀態(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，天空中的星星數(shù)也數(shù)不清，數(shù)目無限多，宇宙的空間也應(yīng)無限大.實(shí)際上宇宙的大小是有限度的，半徑有140多億光年，但沒有邊際，即宇宙有限無邊.這似乎很難理解，因?yàn)槲覀冞^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?，因此并沒有頭.地球的表面就是有限無邊的.宇宙也是一樣，體積有限但是沒有頭.所以火箭飛速行駛，走啊走啊，最終只能又回到原來的地方.宇宙的空間，就其本質(zhì)來說是曲面的.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，宇宙的外側(cè)是什么樣的？所謂“外側(cè)”是以空間是無限的，空間的一部分是宇宙的說法為前提的.實(shí)際上，空間無限只不過是人的隨意想象，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，宇宙是既無中心也無邊界的.
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，我們通過以下例子說明.
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]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。1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃根據(jù)假說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。
2、現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說。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。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
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
中圖分類號(hào)：P15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
人類對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)是隨著人類文明的進(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)就被稱為宇宙大爆炸，這一關(guān)于宇宙起源的理論就被稱為“宇宙大爆炸理論”。
根據(jù)這一理論，宇宙演化過程起始于大約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)體積無限小的點(diǎn)“無中生有“爆炸了，時(shí)空從這一刻開始，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“弦孢子”。
筆者對(duì)宇宙生成的假想靈感來自生物學(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”無中生有的理論一樣都會(huì)陷入雞生蛋，蛋孵出雞的無限死循環(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”類型。有一點(diǎn)筆者能想象的就是“弦孢子”在這一過程當(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)是一門很廣泛的學(xué)問，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。本書解釋了宇宙從早期到現(xiàn)在的演化過程，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程；5.中微子振蕩、對(duì)稱性和脈沖星沖擊：稱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測(cè)量宇稱性、電荷共軛和時(shí)間演化對(duì)稱性，通過中微子發(fā)射來解釋脈沖星沖擊的可能原因；6.愛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)間中的減速暴脹過程（胚在開始時(shí)有一個(gè)加速膨脹——暴脹的相，隨后膨脹又緩慢下來）相對(duì)應(yīng)。在這個(gè)減速暴脹過程中，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。人類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)宇宙的人類不是太狂妄，太可笑了嗎？雖然他們可以說是人存理論決定這個(gè)宇宙，但是沒有確鑿的證據(jù)是不能使全世界的人類信服的。而神創(chuàng)論更是無從談起，他們想說他們那個(gè)萬能的上帝么？可惜，親愛的上帝不是萬能的，他能造出一塊自己也搬不起的石頭么？
人類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)，人類在將來，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，幾十年來見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)與理論所取得的無比輝煌的成果，作者一直感到激動(dòng)不已。特別是有史以來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了整個(gè)物理世界的特征，人們稱它為宇宙蛇。大和小的這種統(tǒng)一類似于人類歷代祖先對(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)一和無休止的永恒法則下的開始和終結(jié)。
全書內(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 蓮花盤坐（瑜伽）、對(duì)稱性、規(guī)范理論和標(biāo)準(zhǔn)模型； 11.碰撞過程； 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，在這一過程中不乏神奇的故事。幾十年來，物理學(xué)的發(fā)展與加速器的演化是密切相關(guān)的。作者在該書中通過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)展速度甚至超過了光速。如果沒有暴漲時(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。
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程。通過對(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，似乎沒有足夠的空間和時(shí)間來降低宇宙中的溫度，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)問題。
當(dāng)前的宇宙學(xué)認(rèn)為大爆炸產(chǎn)生了時(shí)間的開端，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)，并在周圍時(shí)空中產(chǎn)生了一種被稱為萬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光速。
雖然愛因斯坦的相對(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)家們通過暴漲來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)“無限”的宇宙而言，不存在明確的預(yù)測(cè)，任何問題都可歸結(jié)為概率問題。起初，宇宙學(xué)家們希望通過在一些特殊時(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，但是愛因斯坦并不認(rèn)同這樣做法。
愛因斯坦的相對(duì)論認(rèn)為宇宙中沒有單一的時(shí)鐘，而是存在無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，但我們目前卻對(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。它們的靈感來自弦理論，這是一種最廣泛的方法可以接近愛因斯坦的廣義相對(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因斯坦廣義相對(duì)論的巧妙法則。愛因斯坦認(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)船來說，光束仍然以光速運(yùn)行，相對(duì)于其緊鄰的時(shí)空來說它本身并沒有加速。阿爾庫(kù)比埃爾的曲速引擎雖然沒有產(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，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，利用他的曲速引擎的旅行者體會(huì)不到時(shí)間膨脹。
愛因斯坦狹義相對(duì)論的預(yù)測(cè)之一是，對(duì)于相互之間運(yùn)動(dòng)的觀察者來說，時(shí)間的移動(dòng)速度不同（基利說‘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，往返只需60年?？墒?，因?yàn)橄膳嚯x地球200萬光年，在坎貝爾回到地球之前400萬年已經(jīng)過去。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)通過重力相互吸引，而正能物質(zhì)和負(fù)能物質(zhì)則通過重力相互排斥。曲速引擎就是靠奇異物質(zhì)的負(fù)能密度推動(dòng)。
