哈勃定律下宇宙的简单性质
哈勃定律
哈勃开展的这项观测研究是非常细致又极为枯燥的，他在相当长的一段时间内投入了自己的全部精力。
与现代设备相比，1920年代观测条件很简陋，2.5米口径望远镜不仅操纵起来颇为费力，而且不时会出现故障。
星系是非常暗的光源，为了拍摄到它们的光谱，在当时往往需要曝光达几十分钟乃至数小时之久，其间还必须保持对目标星系跟踪的准确性。
为获取尽可能清晰的星系光谱，哈勃甚至迫不得已用自己的肩膀顶起巨大的镜筒。
人们调侃地形容说“冻僵了的哈勃”就“像猴子般地”成夜待在望远镜的五楼观测室内，“脸被暗红色的灯光照得像个丑八怪”，由此足见这位天文学大师严谨的科学态度和顽强拼搏的科学精神。
功夫不负有心人，经过几年的努力工作，到1929年哈勃获得了40多个星系的光谱，结果发现这些光谱都表现出普遍性的谱线红移。
如果这是缘于星系视向运动而引起的多普勒位移，则说明所有的样本星系都在做远离地球的运动，且速度很大。
这与银河系中恒星的运动情况截然不同：银河系的恒星光谱既有红移，也有蓝移，表明有的恒星在靠近地球，有的在远离地球。
不仅如此，由位移值所反映出的星系运动速度远远大于恒星，前者可高达每秒数百、上千公里，甚至更大，而后者通常仅为每秒几公里或数十公里。
在设法合理地估计了星系的距离之后，哈勃惊讶地发现，样本中距离地球越远的星系，其谱线红移越大，且星系的视向退行速度与星系的距离之间可表述为简单的正比例函数关系：v=H0r，（v表示星系的视向速度，星系的距离为r）这就是著名的哈勃定律，式中的比例系数H0称为哈勃常数。
哈勃于1929年3月发表了他的首次研究结果，尽管取得了46个星系视向速度资料，但其中仅有24个确定了距离，且样本星系的视向速度最高不超过1200公里/秒。
实际上当时哈勃所导出的星系的速度－距离关系并不十分明晰，个别星系对关系式v=H0r的弥散比较大。
后来他与另一位天文学家赫马森（M.L.Humason）合作，又获得了50个星系的光谱观测资料，其中最大的视向速度已接近2万公里/秒。
宇宙简介
宇宙大爆炸
• 从宇宙的膨胀可以得出一个结论，即宇宙起源于一次时间、空间、物质 和能量的大爆炸。宇宙膨胀的方式有两种不同的可能性：一种是一切物 质从一个公共的起点出发向外运动，即发生了大爆炸；另一种则是在空 间膨胀过程中不断有新物质在星系空间产生。后一种即稳恒态理论所持 的观点。 • 假如大爆炸的确发生过，那么我们应该能够找到一些与之有关的证据。 大爆炸宇宙学认为，随原始火球的膨胀和冷却，其余辉会充满整个宇宙， 并以绝对温度3K的微小辐射形式表现出来。在3K的温度下，所有分子都 将停止运动。这一微波背景辐射证据在一九六五年已被找到。该学说的 另一个预言是：在质子、中子和电子从原始火球中凝聚出来时，每产生 三个氢原子，就必然同时产生一个氦原子。近来对宇宙中元素相对丰度 的测量显示宇宙中氢原子和氦原子的比较确实是三比一。宇宙大爆炸学 说的其他一些观点在最近也都先后得到了证实。 • 然而问题并没有最终解决，无论根据今天的哪一种学说，都要求物质从 一无所有之中产生，这真是太不可想象了。迄今为止这仍然是一个使天 体物理学家深感困惑的问题。 • 一九二四年，美国天文学家哈勃观测了仙女座大星系和其他一些旋涡星 系，并测定了它们的红移。结果发现，这些四面八方的星系都在远离我 们而去，星系离得越远，退行的速度就越快。星系距离与退行速度之间 的关系就是“哈勃定律”。由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常 数”，即宇宙膨胀的速率。人们根据新获得的观测结果不断地修正着哈 勃常数。
1977年的 全日食
太阳全貌 及其日珥
太阳黑子
水星 公转轨道距太阳 57,910,000 公里行星直径4,880 公里 行星质量3.30e23 千克
• 有人说水星，上面一定全是水吧，其实不然，水星和水完全是两回事。这是 我们中国人的叫法。在西方，人们是用希腊神话中的人物来给行星命名的。 古希腊人因为看到水星的运行速度快，绕太阳的公转时间最少，所以把希腊 神话中跑得最快的信使“墨丘利”的名字作为水星的名字，直到现在，英文 里，水星的名字还叫“墨丘利”呢。 • 水星离太阳很近，朝向太阳的一面，温度非常高，可达到400摄氏度以上。着 样热的地方，就连锡和铅都会熔化，何况水呢。 但被向太阳的一面，长期不 见阳光，温度非常低，冷到-173摄氏度，在这里也不可能有固态的水。 • 水星在许多方面与月球相似，它的表面有许多陨石坑而且十分古老；它也没 有板块运动。另一方面，水星的密度比月球大得多，(水星 5.43 克/立方厘米 月球 3.34克/立方厘米)。水星是太阳系中仅次于地球，密度第二大的天体。 • 在探测方面，仅有水手10号探测器于1973年和1974年三次造访水星。它仅仅 勘测了水星表面的45％（并且很不幸运，由于水星太靠近太阳，以致于哈勃 望远镜无法对它进行安全的摄像）。 • 我们通过双筒望远镜甚至直接用肉眼便可观察到水星，但它总是十分靠近太 阳，在曙暮光中难以看到。
哈勃定律
中子星是由中子组成的恒星。这是由于恒星演化到晚期， 能量耗竭。若经引力塌缩，其剩余质量大于某一极值时，电 子运动都不能抗衡原子核吸引力，就继续塌缩，经逆β衰变 形成大量自由中子，致使恒星密度很大，体积很小，形成中 子星。中子星的直径只有几十km，而它的质量可以超过太阳。 白矮星的密度已使人惊叹不已，中子星的密度比它还要高出1 亿倍以上。每立方厘米的这种物质，可达几亿吨到10 亿吨！ 这样超高密的天体，有足够强大的自引力，不致因高速自转 而瓦解。 中子星是如何发射脉冲的呢？学者们认为，在这样的天 体上可能形成一种条件，使它的射电波主要是从其表面的局 部地区发射出来，而其它部分的辐射很弱。这样，中子星会 像一个旋转着的喷头一样发出射电波，每转一周便朝观测者 方向射来一束电波。这种间歇性的“闪烁”被称为“灯塔效 应”。 “脉冲星”名称是指天体辐射的表现形式；“中子星” 则表明这种恒星的物理实质。它已被观测所证实。
化学家们凭光谱中的发射线（亮线）证认各种元 素，天文学家则凭光谱中的吸收线（暗线）和发射线， 研究天体的物理性质和化学成分。来自恒星的光，首 先要通过自身的大气层，所以，大多数恒星的光谱是 带有吸收线的连续光谱。少数恒星的光谱还有一些发 射线，或者只有发射线而没有吸收线。 根据恒星光谱的研究，不同温度的恒星，其化学 组成大同小异。对于大多数恒星来说，主要成分是氢， 约占90％；其次是氦，约占10％。其它元素很少，不 足1％。此外，通过光谱分析可以确定恒星的光度， 比较它的视亮度，就能推知恒星的距离。星光成了传 递天体的各种信息的远方使者，故被称为“有色的语 言”。
多普勒效应是一切种类波所共有的现象，也适用于光波 和电磁波。测定光的多普勒效应的最好办法，是观测它的谱线 的变化：例如，大多数恒星的光谱里，在紫外光部分都有两条 暗线，这是被钙气吸收所致。令人诧异的是，遥远星系光谱里 的这两条暗线，却不是处在它们应处的位置上，而是稍稍移向 低频端（即红端）。这种现象称为“红移”。星系距离愈远， 谱线“红移” 愈显著，甚至使这两条应处于紫外光部分的暗 线，移到了红光一端。这种某频率谱线的位移现象，说明该天 体正在与观测者作相对运动。可见光谱如果发生了红移（波的 频率降低，波长变长），表明该天体正在退行；反之，若谱线 发生紫移（波的频率升高，波长变长），该天体就在向我们接 近。 多普勒效应为天文学家提供了一种测定天体视向速度的 方法：只需测定天体的光的波长变化，便能求得该天体相对 于我们的速度。
哈勃定理
宇宙膨胀与宇宙学距离傅承启一、引言距离是宇宙学中最重要最基本的概念和参数，宇宙的结构、运动和演化，都与天体距离紧密相关，今天关于暗宇宙、宇宙膨胀加速的结论也都来自天体距离的测量。
然而，由于宇宙的膨胀、光速的有限性和相对论性效应，给宇宙学距离的定义、测定和研究带来了混淆和麻烦。
许多学者定义了各种宇宙学距离，比如哈勃距离、固有距离、光度距离等等，但是在很多场合下会出现同名而不同定义，或者同定义却不同名的情况，造成宇宙学距离概念的混淆。
此外，很多人往往还会产生一些错觉，比如已知宇宙的大小为137亿年，我们能不能见到距离更远的星系？星系的退行速度能不能大于光速？等等之类的问题。
凡此种种都涉及宇宙学距离的定义，也即从观测测定了红移后，究竟怎样计算星系的各种宇宙学距离和它们的退行速度。
遗憾的是，迄今各种教材对这些宇宙学距离都没有给出完整而确切的定义，更没有清晰说明它们的物理含义，以及为什么要定义那么多的宇宙学距离，甚至有些文章给出的宇宙学距离的定义彼此矛盾，这些都有必要澄清和统一。
常常提到宇宙学距离种类很多，但提得最多的有5种宇宙学距离：哈勃距离D H (Hubble distance)，固有距离Dp (proper distance)，角直径距离D A （angular diameter distance ），光度距离D L （luminosity distance ），和自行距离D m （proper motion distance ）。
除此之外，还有不少文献用到共动距离(co-moving distance)、光行距离D ltt （light travel distance ）、坐标距离D d （coordinate distance ）等等[1~3]，本文将予以一一澄清，给出它们的定义以及相互关系，并讨论宇宙学距离、退行速度与宇宙学模型之间的关系。
二、 各种宇宙学距离的定义已经证明满足宇宙学原理的时空度规必定为罗伯逊－沃尔克度规（以下称RW 度规），这使得宇宙的时空仅包含两个未知量：宇宙尺度因子R(t)和宇宙曲率k 。
哈勃的红移定律
哈勃的红移定律
哈勃定律是美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）于1929年发现的一条描述宇宙膨胀性质的定律。
该定律认为：宇宙中各个星系离我们越远，它们离开我们的速度就越快，速度与距离成正比。
哈勃通过研究天体光谱的红移，揭示了宇宙的膨胀性质。
在观测天体光谱时，科学家们发现许多星系的光谱呈现红移现象，即谱线相对预期位置向红光部分偏移。
根据多普勒效应，光谱红移代表着光源正在远离我们。
哈勃观测了许多星系的红移和距离，发现它们之间存在线性关系。
距离我们越远的星系，其红移越大，表明它们离开我们的速度越快。
这一定律为后来的研究证实，并为宇宙膨胀的现代相对论宇宙学理论提供了基石，成为星系退行速度及其和地球的距离之间的相关的基础。
星系红移的观测和分析方法
星系红移的观测和分析方法引言：星系红移是宇宙学中重要的观测现象之一，它揭示了宇宙膨胀的事实。
本文将介绍几种常用的观测和分析星系红移的方法，以帮助读者更好地理解和探索宇宙。
一、多普勒效应法观测星系红移多普勒效应是一种物理现象，它描述了由于物体相对于观察者的运动而产生的频率或波长的变化。
当一个天体远离地球时，它的光谱线会发生红移，频率降低；相反，当一个天体向地球靠近时，光谱线会发生蓝移，频率增加。
通过测量星系中物体的红移或蓝移，我们可以推断出它们的运动方向和速度。
二、哈勃定律与星系红移哈勃定律是描述宇宙膨胀的重要规律之一。
根据哈勃定律，远离地球的星系运动速度与距离成正比，这被称为哈勃常数。
我们可以利用哈勃定律来测量星系的红移和距离。
通过测量星系的红移，我们可以推算出它们的运动速度，再结合哈勃常数，就能计算出它们的距离。
这是一种重要的观测和分析星系红移的方法。
三、光谱分析法观测星系红移光谱分析是研究星系红移的另一种重要方法。
光谱可以将一个物体的光按波长进行分解，从而得到其特定的光谱线。
在星系中，我们可以通过观察物体的光谱线来测量它们的红移。
红移量可以通过相对于一些参考谱线的移动来计算。
例如，地球上的氢原子的谱线是已知的参考谱线之一，通过比较星系中氢原子的谱线和地球上的参考谱线，我们可以计算出星系的红移量。
四、背景辐射和星系红移之间的关系背景辐射是宇宙中普遍存在的微弱辐射，源于宇宙大爆炸产生的热能。
背景辐射的频谱呈黑体辐射分布，峰值位于微波波段。
通过测量背景辐射的频谱分布和星系的红移，我们可以研究宇宙的演化过程和星系的发展历史。
红移越高的星系对应于宇宙早期的形态，而红移较低的星系对应于宇宙较晚期的形态。
因此，背景辐射和星系红移之间的关系提供了宝贵的信息，帮助我们理解宇宙的起源和演化。
五、红移演化和星系形成的研究红移演化研究了星系随时间发生的红移变化。
通过观测大量的星系，并利用它们的红移信息，我们可以推断出宇宙中星系的形成和演化历史。
宇宙空间公式大全
宇宙空间公式大全
由于宇宙空间的概念非常广泛，它涉及到各种不同的学科领域，因此
没有一个囊括宇宙空间所有公式的“宇宙空间公式大全”。
下面列举一些
常见的宇宙空间公式：
1.哈勃定律：v=H0d，其中v是星系的速度，d是星系与地球的距离，H0是哈勃常数，它表示了宇宙的膨胀速率。
2.基本质量-光度关系：L=M^
3.5，其中L是星系的光度，M是星系的
质量。
3.理论密度公式：ρc=3H0^2/8πG，其中ρc是宇宙的临界密度，H0
是哈勃常数，G是引力常数。
4.引力透镜公式：θ=4GM/(c^2dLs)，其中θ是透镜效应角度，G是
引力常数，M是透镜的质量，c是光速，dLs是透镜的距离。
5. 热力学公式：S = k ln W，其中S是熵，k是玻尔兹曼常数，W是
可能的微观状态数。
6.广义相对论：Rμv-1/2gμvR=8πTμv，其中Rμv是黎曼张量，
gμv是度规张量，R是标量曲率，Tμv是能量-动量张量。
7.统计力学：P=NkT/V，其中P是压力，N是分子数，V是体积，T是
温度，k是玻尔兹曼常数。
宇宙十大规律
宇宙十大规律宇宙十大规律是由美国物理学家尼尔·布朗提出的，它是宇宙中的重要结构。
它为我们提供了一种观察和理解世界的方法，使我们能够更好地理解宇宙的运行机制。
下面详细介绍宇宙十大规律：1、相对性原理：这是宇宙物理学中最基本的原理，也是宇宙逻辑思维的基础。
它强调物理性质都是相对的，并不是绝对的，物理现象只存在于特定的系统和参照系中，而不受到人类的感知。
2、时空一体化原理：它强调时间和空间是相互联系的，它们不可分割，是一个整体。
它们密不可分，充分发挥了它们之间的力量作用，形成了宇宙物理学的基本构成元素。
3、能量守恒定律：它指出，能量不会消失，而是以各种形式来回转换。
能量守恒定律是构成宇宙物理学的基本定律，它表明宇宙中所有的变化都是有规律的，并最终达到能量守恒状态。
4、动量守恒定律：它指出，物体的动量不会消失，而是以某种形式继续存在。
物体的动量守恒定律是构成宇宙物理学的基本定律，它表明物体在特定条件下的动量是不变的，不会随时间流逝而改变。
5、冲击定律：它指出，物体相互碰撞时，受到冲击的物体将会受到反向力的作用，而这种反向力的大小与物体的体积成正比。
这是一个重要的物理定律，它用于计算物体在受到冲击时的力学运动变化。
6、惯性原理：它指出，物体的运动是相对的，如果物体没有受到外力的作用，它会保持原来的运动状态，这种状态称为惯性状态。
惯性原理是宇宙物理学的基本定律，它描述了物体在受到外力影响前后的变化。
7、重力定律：它指出，任何物体都会受到地球引力的影响，而这种影响的大小与物体的质量成正比。
这是一个重要的物理定律，它描述了物体在地球引力作用下的运动特性。
8、电磁学定律：它指出，电荷之间会相互吸引或排斥，而这种作用的大小与电荷的大小成反比。
它是宇宙物理学的基本定律，它描述了电荷之间的相互作用。
9、哈勃定律：它指出，星系的运动是由它内部物质的引力作用而产生的，而这种引力的大小与星系的质量成正比。
它是宇宙物理学的基本定律，它描述了星系的运动特性。
宇宙膨胀理论
宇宙膨胀理论宇宙膨胀理论是现代天文学和物理学中一个极其重要的理论，它描述了宇宙从诞生之初至今的扩张过程。
这一理论最早由比利时天文学家乔治·勒梅特在1927年提出，并在1929年被美国天文学家埃德温·哈勃通过观测数据所证实。
宇宙膨胀理论不仅揭示了宇宙的结构和发展，而且对于理解宇宙的起源、演化以及最终的命运具有深远的意义。
宇宙膨胀的证据宇宙膨胀的最直接证据来自于红移现象。
当光波从遥远的星系传播到地球时，其波长会因为宇宙的膨胀而变长，导致光谱向红端移动，这就是所谓的“红移”。
哈勃发现，除了最近的星系外，几乎所有星系都显示出红移，且红移的大小与星系的距离成正比。
这一关系被称为“哈勃定律”，它是宇宙膨胀最直接的证据之一。
宇宙膨胀的原因关于宇宙为何膨胀，科学家们提出了多种假说。
其中最广为接受的是暗能量假说。
暗能量是一种神秘的、遍布全宇宙的能量形式，它推动着宇宙加速膨胀。
尽管暗能量的本质仍然是个谜，但通过观测宇宙大尺度结构的变化，科学家们能够推断出它的存在和性质。
宇宙膨胀的影响宇宙膨胀对宇宙学研究有着深远的影响。
首先，它改变了我们对宇宙大小和年龄的认识。
随着宇宙的不断膨胀，我们看到的宇宙比实际的要大得多，而且越远的星系看起来越年轻。
此外，宇宙膨胀还影响了我们对宇宙最终命运的理解。
如果膨胀持续加速，宇宙可能会面临“大撕裂”的结局，最终所有物质都将被撕成基本粒子。
宇宙膨胀的未来研究宇宙膨胀理论仍然有许多未解之谜，包括暗能量的本质、宇宙膨胀的加速度是否会变化、以及宇宙的最终命运等。
未来的研究将依赖于更精确的天文观测和物理学理论的发展。
随着科技的进步，我们或许能够揭开宇宙膨胀更多的秘密，进一步理解我们这个宇宙的起源与演化。
总结来说，宇宙膨胀理论不仅是现代科学的一个重大发现，也是人类探索宇宙奥秘旅程中的一个关键里程碑。
随着研究的深入，我们对这个神秘而浩瀚宇宙的认知将会不断增加，带来更多令人惊叹的发现。
宇宙八大规律
宇宙八大规律
1. 万有引力定律：质量之间相互吸引的力与它们之间的距离的平方成反比，与它们的质量成正比。
2. 恒星质量-光度关系：恒星的亮度与其质量的四次方成正比。
3. 哈勃定律：宇宙的膨胀速度与其距离成正比。
4. 热辐射定律：热辐射的强度与温度的四次方成正比。
5. 普朗克定律：辐射的能量在不同频率下的表现形式不同，其数量与频率成正比。
6. 爱因斯坦的等效原理：惯性参考系与重力场参考系之间没有本质区别。
7. 能量守恒定律：宇宙中能量总量守恒，能量只能从一种形式转化为另一种形式，不能被创造或销毁。
8. 统一场论：所有基本粒子都是场的不同扰动形式，它们之间的相互作用通过相应场之间的力来实现。
超新星哈勃常数
超新星哈勃常数1. 引言超新星哈勃常数（Supernova Hubble constant），简称SH0ES，是一个用于测量宇宙膨胀速率的重要物理量。
它是由哈勃太空望远镜观测到的超新星爆发的数据所得出的。
超新星哈勃常数的精确测量对于我们理解宇宙的演化和结构至关重要。
本文将介绍超新星哈勃常数的背景、测量方法、重要性以及未来研究的方向。
2. 超新星爆发与宇宙膨胀超新星是宇宙中恒星爆发的一种现象。
当恒星燃料耗尽时，它会发生剧烈的爆炸，释放出巨大的能量。
这种爆炸称为超新星爆发。
超新星爆发是宇宙中光度最高的天体事件之一，它的亮度可以超过整个星系。
根据爆发的方式和特征，超新星可以分为两类：I类和II类。
I类超新星是由恒星的核心坍缩导致的爆炸，而II类超新星则是由恒星的外层物质抛射形成的爆炸。
在这两类超新星中，Ia型超新星是我们测量哈勃常数的主要工具。
宇宙膨胀是指宇宙中的物质不断扩散和远离彼此。
这一理论最早由比利时天文学家乔治·勒梅特尔斯提出，并由美国天文学家埃德温·哈勃在20世纪初通过观测星系的红移现象得到了验证。
哈勃发现，远离我们的星系的光谱中的谱线向红移动，这意味着这些星系正在远离我们。
3. 哈勃常数的测量方法测量哈勃常数的方法有很多种，其中最常用的方法是利用超新星爆发的光度和红移数据。
通过观测超新星的亮度和红移，我们可以确定它们的距离和速度，从而计算出哈勃常数。
具体来说，测量哈勃常数的过程可以分为以下几个步骤：3.1 观测超新星爆发首先，天文学家使用望远镜观测到一颗超新星的爆发。
通过观测超新星的亮度曲线，我们可以确定它的峰值亮度。
3.2 测量超新星的红移接下来，天文学家使用光谱仪测量超新星的红移。
红移是一种光的频率变化，它是由于光源相对于观测者的速度而引起的。
通过测量超新星的红移，我们可以确定它们相对于我们的速度。
3.3 确定超新星的距离通过观测到的超新星的亮度和红移，我们可以使用哈勃定律来确定它们的距离。
宇宙膨胀的实验验证
宇宙膨胀的实验验证宇宙，是我们生活的宏大舞台，是人类的永恒追问之源。
几千年来，人类一直在探索宇宙的奥秘，并试图揭示其运行的规律。
宇宙膨胀，作为宇宙学的一个重要概念，是近代物理学领域的重要理论。
在本文中，我将为大家介绍一些关于宇宙膨胀的实验证据。
首先，值得一提的是，宇宙膨胀的最早的理论依据来自于天文观测。
1929年，美国天文学家埃德温·哈勃通过观测多个星系的红移现象，提出了著名的哈勃定律。
该定律表明，远离我们的星系具有更大的红移，也就意味着它们的运动速度更快。
这一现象解释了宇宙中的星系间距离在不断增大，进而得出了宇宙膨胀的结论。
进一步，对于宇宙膨胀的验证主要依靠了宇宙辐射背景。
宇宙辐射背景是宇宙早期的余辉，是宇宙大爆炸后产生的辐射。
1964年，由于美国贝尔实验室的两位物理学家契哲克和威尔逊的妙手技艺，他们在微波背景辐射中探测到了微小的温度涨落，这也被称为宇宙辐射背景的“热斑”。
这项重要的实验结果为宇宙膨胀理论提供了有力的实证，因为这个热斑携带了宇宙早期的信息，证明了宇宙曾经是一个高度集中、热度极高的环境。
随后，为了更好地观测宇宙膨胀，科学家们展开了一项重要的任务，即测量宇宙背景辐射的各向异性。
1989年，欧洲航天局的“COBE”（宇宙微波背景探测器）首次测量了大尺度宇宙背景辐射的各向异性。
他们发现，辐射中微小的温度差异在天空的不同方向上有所不同，这进一步证明了宇宙膨胀的事实。
除了天文观测和宇宙辐射测量，宇宙背景辐射的极化也给了我们宇宙膨胀的另一个有力证据。
极化现象是光波在通过介质或被散射时发生的一种现象。
2014年，美国哈佛-史密松天体物理学中心的宇宙微波背景极化探测项目，也被称为BICEP2，通过观测宇宙微波背景辐射的极化信号，发现了宇宙早期物质做旋转的特征，这也是宇宙膨胀的重要证据之一。
实验验证一直是科学发展过程中不可或缺的一部分。
对于宇宙膨胀的验证，承载着人们对宇宙性质认知的突破，也增加了我们对宇宙膨胀的信心。
爱因斯坦曾经也犯了一个大错误，他认为宇宙是静止的
爱因斯坦曾经也犯了⼀个⼤错误，他认为宇宙是静⽌的宇宙的样⼦1916年，爱因斯坦发表了著名的“⼴义相对论”，应⽤这⼀理论，科学家们解决了恒星的演化问题。
⽽宇宙是否是静⽌的呢？对这⼀问题，连爱因斯坦也犯了⼀个⼤错误。
他认为宇宙是静⽌的，然⽽，1929年哈勃以不可辩驳的实验，证明了宇宙不是静⽌的，⽽是向外膨胀的。
从这个意义上讲，我们可以认为它是不存在的。
因此，我们可以认为宇宙是有限的。
“宇宙到底是什么样⼦？”⽬前尚⽆定论。
值得⼀提的是史蒂芬·霍⾦的观点，⽐较让⼈容易接受：宇宙有限⽽⽆界，只不过⽐地球多了⼏维。
⽐如，我们的地球就是有限⽽⽆界的。
在地球上，⽆论从南极⾛到北极，还是从北极⾛到南极，你始终不可能找到地球的边界，但你不能由此认为地球是⽆限的。
实际上，我们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⼏维呢？举个例⼦：⼀个⼩球沿地⾯滚动并掉进了⼀个⼩洞中，在我们看来，⼩球是存在的，它还在洞⾥⾯，因为我们⼈类是“三维”的。
⽽对于⼀个蚂蚁来说，它得出的结论就会是：⼩球已经不存在了！它消失了。
为什么会得出这样的结论呢？因为它⽣活在“⼆维”世界⾥，对“三维”事件是⽆法清楚理解的。
同样的道理，我们⼈类⽣活在“三维”世界⾥，对于⽐我们多⼏维的宇宙，也是很难理解清楚的。
这也正是对于“宇宙是什么样⼦”，这个问题⽆法解释清楚的原因。
均匀的宇宙长期以来，⼈们相信地球是宇宙的中⼼。
哥⽩尼把这个观点颠倒了过来，他认为太阳才是宇宙的中⼼。
地球和其他⾏星都围绕着太阳转动，恒星则镶嵌在天球的最外层上。
布鲁诺进⼀步认为，宇宙没有中⼼，恒星都是遥远的太阳。
GIF⽆论是托勒密的地⼼说还是哥⽩尼的⽇⼼说，都认为宇宙是有限的。
教会⽀持宇宙有限的论点。
但是，布鲁诺居然敢说宇宙是⽆限的，从⽽挑起了宇宙究竟是有限还是⽆限的长期论战。
这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺⽽停⽌下来。
主张宇宙有限的⼈说：“宇宙怎么可能是⽆限的呢？”这个问题确实不容易说清楚。
哈勃定律的内容和公式
哈勃定律的内容和公式哈勃定律是天文学中的一个重要定律，它描述了宇宙膨胀的现象。
该定律由美国天文学家埃德温·哈勃于1929年提出，经过多年的观测和验证，已经成为现代宇宙学的基石之一。
哈勃定律的内容和公式对于理解宇宙的演化过程和结构具有重要意义。
哈勃定律的内容可以简单地概括为，远离我们的天体速度越快。
也就是说，宇宙中的星系不断地远离我们，而且离我们越远的星系，其远离速度越快。
这一现象表明了宇宙在膨胀，宇宙中的物质在不断地向外扩散。
这一发现对于我们理解宇宙的起源和演化过程有着深远的影响。
哈勃定律的数学表达形式可以用公式来表示，v=H0d。
其中，v表示星系远离我们的速度，d表示星系距离我们的距离，H0表示哈勃常数。
哈勃常数是一个与时间有关的物理常数，它描述了宇宙的膨胀速率。
通过测量星系的红移和距离，我们可以利用哈勃定律来确定哈勃常数，从而推断出宇宙的年龄和膨胀速率。
哈勃定律的发现对于我们理解宇宙的结构和演化具有重要意义。
它揭示了宇宙的膨胀现象，为宇宙大爆炸理论提供了重要的证据。
同时，哈勃定律也为我们测量宇宙的年龄和大小提供了重要的手段。
通过测量遥远星系的红移和距离，我们可以利用哈勃定律来估算宇宙的年龄和膨胀速率，从而推断出宇宙的结构和演化历史。
总之，哈勃定律的内容和公式描述了宇宙的膨胀现象，揭示了宇宙的结构和演化规律。
通过测量星系的红移和距离，我们可以利用哈勃定律来确定宇宙的膨胀速率和年龄，从而深入理解宇宙的起源和演化过程。
哈勃定律的发现对于现代宇宙学具有重要意义，它为我们解开宇宙的奥秘提供了重要的线索和证据。
哈勃定律公式范文
哈勃定律公式范文哈勃定律是描述宇宙膨胀的一个重要规律。
根据哈勃定律，宇宙中大部分星系都在相互远离，而且这个远离的速度与这些星系之间的距离成正比。
哈勃定律的公式可以表达为：v=H0*D其中，v是星系的远离速度，H0是哈勃常数，D是星系之间的距离。
在这个公式中，哈勃常数H0是一个重要的参数，它的值可以用来衡量宇宙的膨胀速度。
实际上，通过测量不同的星系远离速度和距离，科学家们可以得出哈勃常数的估计值。
目前，最新的观测结果认为哈勃常数的值约为70±2千米/秒/兆秒巴。
哈勃定律的公式可以用来解释一些重要的宇宙现象。
例如，根据哈勃定律，离地球越远的星系，其远离速度越大。
这意味着宇宙正在扩张，而且这个扩张速度是随着距离的增加而增加的。
另外，通过倒推哈勃定律的公式，科学家们还可以估计宇宙的年龄。
根据现有的观测数据，哈勃常数的估计值意味着宇宙的年龄约为138亿年。
这个结果基本上与其他的宇宙学观测结果是一致的。
虽然哈勃定律提供了宇宙膨胀的描述，但它并不能解释膨胀的原因。
目前，科学家们对于宇宙膨胀的根本原因还没有一个完全的解释。
但根据现有的宇宙学模型，宇宙膨胀可能是由于宇宙的起源时刻大爆炸（宇宙大爆炸理论）产生的。
此外，哈勃定律也揭示了宇宙膨胀的加速特性。
根据观测数据，科学家们发现星系之间的远离速度随着时间的推移而增加。
这个发现引发了宇宙加速膨胀的问题，即相对论物理学中所谓的“暗能量”。
简而言之，哈勃定律的公式描述了宇宙膨胀的规律。
它提供了我们对宇宙演化和构造的一种重要理解。
通过测量星系的远离速度和距离，科学家们可以估计宇宙的膨胀速度和年龄。
然而，宇宙膨胀的原因和加速特性仍然是一个活跃的研究领域，需要进一步的研究和探索。
宇宙的膨胀速率与暗能量密度
宇宙的膨胀速率与暗能量密度宇宙的膨胀速率与暗能量密度是现代天文学和宇宙学研究中的重要课题。
在过去的几十年里，科学家们通过观测和研究，逐渐揭示了宇宙膨胀的真相，并对其进行了深入的探索。
一、宇宙膨胀的发现宇宙膨胀的发现可以追溯到上世纪二十年代，当时天文学家哈勃通过观测恒星的红移现象提出了哈勃定律。
据哈勃定律，宇宙的膨胀速率与距离成正比，这意味着较远处的星系移动速度较快，而较近处的星系移动速度较慢。
二、暗能量的发现与定义1998年，利用超新星爆发的观测数据，科学家发现宇宙膨胀的速度在加快。
在这之前，科学家普遍认为宇宙的膨胀应该会减速，但观测数据的结果却出乎意料。
为了解释这种异常现象，科学家提出了“暗能量”的概念。
暗能量是一种未知的形态，不发出光也不能直接观测到，但它对宇宙的膨胀起到了驱动作用。
暗能量占据了宇宙总能量的约70%，是目前已知宇宙组成中的主要成分。
然而，科学家对暗能量的起源和性质仍存在许多疑问，仍需要进一步的研究。
三、暗能量密度的计算在宇宙学中，暗能量密度是指单位体积内暗能量的能量密度。
暗能量密度的计算涉及到引力和宇宙学常数等复杂的数学模型。
暗能量密度的计算方法主要基于宇宙学标准模型和大尺度结构的观测数据。
科学家使用了一系列的天文观测数据，如宇宙微波背景辐射、大型结构的形成和演化等，来推断并计算暗能量密度的数值。
四、宇宙膨胀速率与暗能量密度的关系根据现有的观测和理论研究，宇宙的膨胀速率与暗能量密度之间存在紧密的联系。
暗能量的存在使得宇宙膨胀的速度加快，而膨胀速率的大小则与暗能量密度的数值有关。
具体来说，当暗能量密度增大时，宇宙的膨胀速率也会加快。
而当暗能量密度减小时，宇宙的膨胀速率则会减慢。
这一关系在宇宙学模型中被称为“暗能量方程态”，其数学描述与引力和能量守恒等定律相关。
总结：宇宙的膨胀速率与暗能量密度是宇宙学研究中的重要课题。
通过观测数据和数学模型的研究，科学家们逐渐揭示了宇宙膨胀的机制和暗能量的作用。
哈勃常数
6．哈勃常数在我们这个小宇宙中，取宇宙中心作为参照点。
那么，所有天体相对于中心的速度就是绝对速度V＇，天体到中心的距离记为r＇。
宇宙半径大于a0 后开始斥力膨胀，所有天体都在有心力场中运动。
根据功能原理，有相对于V＇而言，初速度V0＇可以忽略。
上式积分后代入公式（8），得到即Hr＇=V＇其中（14）上面推导中假定了Λ是恒量，使运算变得很简单。
可以证明，由此产生的偏差很小，所以不影响问题的结论。
当μ→0 时，有由于Λ→Λ0只有理论上的意义，所以H max是观测不到的。
设天体相对于地球的速度为V，到地球的距离为r 。
可以证明图4中的任意天体A、B、C、D、E、F对地球P都存在哈勃关系。
以天体B为例，由上面的推导得知和于是由图中看出，上式恰好是哈勃定律V=Hr无论观测者在哪一个星系上，都会观测到哈勃定律。
这是一个观测效应，因为真正的中心并不是观测者。
如果信号的传播是瞬时的，我们将看到某一时刻宇宙中各各地方的哈勃常数。
事实上，一切观测都是建立在光的传播上，即所看到的一切都是经光速变换后的图象。
这意味着，显示在不同距离上的哈勃常数，是不同膨胀年令的哈勃常数(附录2)。
这就是说，哈勃常数和距离的关系不是简单的比例关系。
宇宙学红移哈勃常数的物理根源及其理论值计算作者：张志强/ 210211************gaobu3173@【文章摘要】本文在假定2003年NASA 的WMAP对星系（或星体）的观测红移值包含了被观测星系（或星体）的引力红移和多普勒红移成分的前提下，分析了由纯粹宇宙学红移对哈勃常数的贡献，称之为宇宙学红移哈勃常数。
运用STC分析法对宇宙学红移哈勃常数进行了物理学分析和计算，并给出了计算方法和结果。
在本文假定条件成立下有：1，宇宙学红移哈勃常数是宇宙信息模的另外一种表现形式，反映了宇宙已经生成的完备时空的数量（宇宙信息模）。
2，宇宙学红移哈勃常数的时空数值等于宇宙信息模的倒数，即，STV{H(c)} = 1 / i3，今天宇宙学红移哈勃常数的数值约等于29.4981 km s^-1 Mpc^-1【关键词】哈勃常数，哈勃定律，宇宙学红移哈勃常数，宇宙学红移哈勃定律，宇宙信息模，STC 分析法，完备时空，宇宙学红移，多普勒红移，引力红移，宇宙微波背景辐射。
可观测宇宙
可观测宇宙可观测宇宙可观测宇宙(也称为哈勃体积，英语:Hubble Volume)是一个以观测者作为中心的球体空间，小得足以让观测者观测到该范围内的物体，也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。
现在可观测宇宙半径约为460亿光年。
可观测宇宙可观测宇宙(也称为哈勃体积，英语:Hubble Volume)是一个以观测者作为中心的球体空间，小得足以让观测者观测到该范围内的物体，也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。
现在可观测宇宙半径约为460亿光年。
"可观测"在这个意义上与现代科技是否容许我们探测到物体发出的辐射无关，而是指物体发出的光线或其他辐射可能到达观测者。
实际上，我们最远只能观测到宇宙从不透明变为透明的临界最后散射面(surface of last scattering)，但我们可能能够从重力波的探测推断这个时间之前的信息。
折叠编辑本段概述可观测宇宙是一个天文学名词，以下解释全部来自于维基百科英文版。
在文中有大量的天文专有名词和多种宇宙学模型，不一一赘述和解答。
在大爆炸宇宙学中，可观测宇宙包括了人类今天可以在地球上观测的所有的星系和其他的物质。
这是因为在宇宙膨胀开始了以后，光线和其他的信号必须经历漫长的时间才能被我们接受。
假设宇宙是各项同性(各个方向上相同)，那么宇宙大体上在各个方向上其边界都相同--意味着可观测宇宙是一个以观测者为球心的球体。
不考虑宇宙的实际形状，宇宙的每一点都有一个自己的可观测宇宙，它可能和地球上的可观测宇宙重合也可能不重合。
"可观测"这个名词的意思意味着它不是依赖于现代技术的探测能力，它仅仅代表着理论上光线或是其他信号从物体到观测者的可能。
事实上，我们仅仅可以观测到(宇宙大爆炸的)再复合纪元时刻的光子解耦(光子逃逸)，在那个时刻粒子第一次可以发射不被其他粒子再吸收的光子。
在这之前，宇宙是一个对光子不透明的等离子体。
在这一时刻粒子之间刚好有着足够的距离，所以光子能够从"最后散射面"被发射出来并且能被今天的我们所接受。
天文69套公式
天文69套公式天文69套公式是天文学中的一组重要公式，涵盖了各个方面的知识。
本文将以人类视角，用准确的中文进行描述，展现这些公式的奥妙和美妙。
第一套公式是宇宙大爆炸理论，它解释了宇宙的起源和演化。
据该理论，宇宙起源于一个极度高温、高密度的点，然后发生了一次剧烈的爆炸，从而形成了宇宙的基础结构。
第二套公式是黑洞的质量公式。
黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，由于其巨大的质量和强大的引力，甚至连光都无法逃逸。
通过质量公式，我们可以计算出黑洞的质量，进而了解它的特性和行为。
第三套公式是引力透镜效应公式。
引力透镜效应是一种由于引力弯曲光线而导致的天文现象，它使得远处的星系或恒星的光线在经过大质量天体（如星系、黑洞等）附近时发生偏折。
通过这个公式，我们可以推断出隐藏在引力透镜后面的天体的存在和性质。
第四套公式是星等公式。
星等是天文学中用来描述天体亮度的指标，它直接反映了天体的能量辐射量。
星等公式通过天体的亮度和距离之间的关系，使我们能够估计远离地球的天体的亮度。
第五套公式是红移公式。
红移是宇宙中天体光谱的一种现象，它是由于天体远离我们而导致的光波长的拉长。
红移公式可以通过天体的红移量来推断其距离和速度。
第六套公式是哈勃定律。
哈勃定律描述了宇宙膨胀的速度与天体距离之间的关系。
根据这个公式，我们可以估计宇宙的年龄和膨胀速度。
第七套公式是光度距离公式。
光度距离是一种用来估计远离地球的天体距离的方法，它基于天体的亮度和我们观测到的亮度之间的关系。
第八套公式是质量-光度关系公式。
质量-光度关系描述了恒星的质量与其亮度之间的关系。
通过这个公式，我们可以通过观测恒星的亮度来推断其质量。
第九套公式是星系演化公式。
星系演化是研究星系形成和演化的过程，通过这个公式，我们可以了解星系的形成时间、星系类型以及星系内恒星的演化过程。
第十套公式是行星的轨道公式。
行星的轨道是围绕恒星运行的椭圆轨道，这个公式可以帮助我们计算行星的轨道参数，如离心率、轨道周期等。
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3.E<0，这种情况下当r达到一定的值时，v变为0，以后v就变号。这对应于宇 宙先膨胀再收缩。称这样的宇宙为闭宇宙。
天文学观测表明红移确实存在，宇宙是否有限尚不可知。
（二）哈勃定律：美国天文学家哈勃注意到越暗弱的星系红移越大，根据
大量观测数据得出： v Hr 其中v为退行速度，H为哈勃常数，其现时值
为：50千米/ 秒百万秒差距
关于哈勃定律的几点说明：1.哈勃常数H与时间有关，若与时间无关则退行速度
将会一直增大，而由于万有引力的作用退行速度应当减小才对，推出矛盾。
r
1 mr2 G Mm E （常量）
2
r
式中E的值可由现时时刻的宇宙状态求得：
E 1 mv 20 G Mm
2
r0
由上式可求得星系P的运动速度v与位置r的关系：
v 2GM 2E
r
m
可见星系的退行速度随r的增大而减小，这正是引力作用的结果。
开宇宙，平宇宙与闭宇宙：
1.E>0，这时v恒有正解或负解。正解表示退行速度为正，即宇宙在膨胀；负 解表示退行速度为负，即宇宙在收缩。而且如果膨胀就一直膨胀下去。根据 现时的情况应取正号。称这样的宇宙为开宇宙。
哈勃定律下宇宙的简单性质
（一）宇宙在膨胀：
奥伯斯佯谬:如果宇宙是无限的，星系间是相对静止的,么任一视线，总 会遇到一颗恒星或一个星系，那么夜晚的星空应该是光辉灿烂的，与事 实相矛盾。
对奥伯斯佯谬的两种解释：（1）宇宙是有限的。（2）宇宙是膨胀的， 由于多普勒以O为原点的位矢，于是有： v＝Hr
就满足哈勃定律的运动而言，宇宙并无中心或者说处处皆是中心。
（五）宇宙物质分布的均匀性：
我们已经知道现时的宇宙在大尺度上是均匀的，那么这种均匀性 会不会随着宇宙的膨胀而改变呢？下面将讨论这一问题。
不妨假设宇宙的密度n是时间t和空间r的函数，即n＝n（r，t）。 任选一点作为球心。对于距离球心距离为r的很薄的一层球壳有 方程：
1 r 21010 ( years)
Hv
2.宇宙的空间尺度估计：如果认为最远处的星系以光速退行那么该星
系你我们的距离为：rm
c H
2 1010 光年
说明：以上推导中忽略了万有引力作用对退行速度的影响，在后 续讨论中将考虑这种影响。
（四）宇宙的中心：
哈勃定律表明星系的退行速度与距我们的距离成正比，这似乎 表明我们所在的银河系是宇宙的中心。但这种说法其实是错误 的。
我们的宇宙究竟属于哪种情况，完全取决于E的正负。由于E为常量，可由现
时的E来判定其正负。E的正负完全取决于 宇宙的密度为 0 则：
1 2
mv0 2
和
GMm r0
相对大小。设现时
2GM r0
2G r0
•
4 3
r0
3
0
8 3
G
0
r0
2
又由哈勃定律： v02 H02r02 不难得出：
H 02r02
2.记现时的哈勃常数为Ho，忽略退行速度随时间的减小则有：
v H 0 r0 r
r
H H0 r0
r
可见当考虑的时间范围很短时，H可视为定值。
（三）宇宙年龄和空间尺度的估计：
1.宇宙年龄:如果近似认为退行速度不随时间而改变，那么表示星 系从r＝0运动到现时位置的时间，所以宇宙的年龄为：
（六）宇宙的最终形态：
如果考虑到万有引力对星系退行速度的影响则星系P的运动方程应该为：
mr
G
Mm r 2 ，其中
M
4 3
r
3
为半径为r的球的总质量。由于宇
宙密度的均匀性及星系运动的球对称性，M可视为不变的常量。于是星
系P的运动完全类似于在地球引力场中一个上抛体的运动。星系与球内
物质的相互作用势能为 G Mm ，由机械能守恒：
(n vt n t n)(1 Ht)(1 2 vt )
r t
r
化简得：
n Hr n 3Hn 0
r
t
又因为：dn n Hr n
dt r
t
得方程： dn 3Hn 0 dt
解得： n n0e3Ht
可见，宇宙的质量分布与位置无关，也就是说宇宙的质量分布现在是均 匀的。而且这种均匀性将一直持续下去。
4r2rn(r,t) 4 (r vt)2 rn(r vt,t t)
r H(r r)t Hrt r Hrt r
将第二个方程带入第一个方程并舍去高阶小量得：
n(r,t) n(r vt,t t)(1 Ht)(1 vt )2 r
8 3
G0
r0
2
即：
0
3H 0 2
8G
时E＝0。
0
3H 0 2
8G
4.810 30 g / cm3 称为临界质量密度。
当0 > 时，v恒正，宇宙永远膨胀（开宇宙）。 当0 ＝ 时，v由正趋于0，宇宙最终要停止膨胀（平宇宙）。 当0 < 时，v由正变0再变为负，宇宙由膨胀变为收缩（闭宇宙）。
由此可见我们的宇宙究竟是开的，平的还是闭的完全取决于宇宙平均密度 的大小，而实际宇宙的平均密度究竟有多大目前还不十分清楚。
（七）违背哈勃定律的特例：
哈勃定律尽管具有普遍性但并不是对所有恒星和星系都适用，在 宇宙中存在很多蓝移的行星和星系。其中有一颗最为奇妙的‘行 星’，天文名称为SS433。它的奇妙之处在于它既向我们红移又 向我们蓝移。
由运动的相对性，我们不难发现，无论在什么星系上观察，其 他星系都在以它为中心后退。
不放假设在星系O0上观察时，根据哈勃定律，星系P（位矢为r）的速度 为：
v0＝Hr0
若在星系O上观察，设O0O＝d，则星系O0相对于星系O的退行速度为： u＝Hd
根据速度合成法则：星系P相对于O的速度为： v＝v0－u＝Hr－Hd
有关SS433的问题目前还没有研究得十分清楚，其中有一种解释 是SS433不断向其两端高速喷射出物质流。科学界普遍认SS433 中蕴含了目前尚不为人所知的宇宙奥秘。
张戎枭, PB06203183