§20-5 标准宇宙学模型
宇宙的模型
宇宙的模型----43 = 82 = 26 = 64冯南云当我们站在地球上的任何一个地方，抬头往上看，仰视天空苍穹：白天我们看见蓝天白云，看见太阳，看见阴云密布；夜晚我们看见满天繁星、看见月亮、看见茫茫黑夜。
从古到今，多少人对着天空呼喊，天啊，你究竟有多高？多少人对着天空深思：天啊，你究竟有多大？多少人在计算、在想：天的边缘在何方？你从什么地方来，又到什么地方去？你何时生？又何时灭？时间和空间成了人类的心结。
宇宙不解的秘密成了人类梦想、创造的源泉。
从鲁班的木鸟到扎上羽毛飞天的试验，从飞机的诞生到航天飞机的出现，人类不断地把对天空的探求从梦想变成现实。
从伽利略的望远镜到哈勃望远镜的进步，人类仰视太空的视野不断地延长，不断地更深更远。
星球的红移现象使我们狂喜，原来宇宙是在不断地膨胀。
为什么太阳、月亮、地球不会相撞？宇宙的奇妙规律让我们不停、不停地思想。
宇宙是整体的生命。
人类只是整体生命的一部分。
宇宙孕育了人类的生长，一切的生命都是来自生命。
从来就没有上帝，从来就没有开始，也无所谓结束。
迷茫的人类在认识的局限中依然迷茫。
人类最大的局限性是无法想象一个没有边缘的东西。
在一切的变化里，人类不变的观念成了认识宇宙的最大障碍。
三维的空间和一维的时间构成四维。
在四维的时间里，人类获得身心的解放后又发现被限制了自由，光是宇宙的分子，所有的光组成宇宙。
光由粒子和波组成。
粒子可见，而波不可见。
可见的组成阳的世界，不可见的组成阴的世界。
阴阳的平衡运动变化产生万事万物。
粒子的世界演化成有形的质感的可观测的空间；波的世界是纯粹信息的不可观测但又可感觉振动的生命形式。
有形和无形可以互相转换，在变化的存在里组成整个时空，演化成整个宇宙，而且无休无止，无始无终，永不停息。
粒子和波的世界都是能量的世界。
能量的世界就是生命的世界。
能量守恒，生命处处平等。
这个世界上，你看不见的东西，并不代表它不存在。
你的运动速度追不上光的运动速度，所以你看不见宇宙的演化。
宇宙学标准模型
宇宙学标准模型宇宙模型指的是对宇宙的大尺度时空结构、运动形态和物质演化的理论描述。
所谓标准宇宙模型是指以弗里德曼宇宙模型为基础，伽莫夫将其运用于早期宇宙的演化而形成的一种宇宙模型。
它是一种结合核物理、粒子物理、相对论、量子力学知识对宇宙起源和演化的一种解释，是目前主流的宇宙模型。
1.标准宇宙模型：1922年，弗利德曼提出了宇宙在膨胀的假设。
1927年，勒梅特利进一步指出，当时已发现的星系谱线红移现象，可能就是宇宙膨胀的表现。
这些预言，被1929年发现的哈勃定律所证实。
这就是著名的弗利德曼宇宙模型，它是现代宇宙学的基础。
如果宇宙在长时间内一直在膨胀着，那么物质密度就一直在逐渐变稀。
往前追溯至宇宙尺度为今天的百分之一时，宇宙密度将达到今天的106倍，超过了星系的密度(约为今天宇宙平均密度的105倍)，于是星系将挤在一起，实际上它们不能存在。
由此可见，宇宙的结构在某一时间之前是不存在的，它只能是演化的产物。
在没有结团之前，宇宙一大片由微观粒子构成的均匀气体，在热平衡下有均匀的温度，称为宇宙温度。
气体的绝热膨胀将使宇宙温度降低，反之往前追溯，越早的宇宙就有越高的温度。
这样，甚早期的宇宙就应当是温度很高、密度很大的气体，它以很大的速率膨胀着。
这正是宇宙热大爆炸观念的基本看法。
1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。
他假设宇宙的历史可以追溯到温度1010K以上，这时粒子之间的热碰撞足以使原子核瓦解。
因此，原子核作为微观性结团，也只能是宇宙演化的产物。
伽莫夫等人成功地解释了氦的宇宙平均丰度高达1/4的事实。
可是，他的初步理论并没能赢得当时人们的信任。
直到最近20多年来，这一理论才发展得比较成熟。
可以设想，宇宙诞生的时候，物质密度为无限大。
这时，空间是高度弯曲的，能量集中为引力能。
随着宇宙的膨胀，引力能逐渐转化为粒子能，从而产生出各种各样的粒子来。
宇宙继续膨胀，温度继续下降，就会演出一幕幕生动真切的演化画面来。
宇宙模型物理知识点总结
宇宙模型物理知识点总结引言宇宙是人类永恒的探索对象，它的边界和起源一直是人类探索的焦点。
在古代，人们对宇宙的认识几乎停留在冥冥中无穷的宇宙观念上。
而随着科学技术的飞速发展，人们对宇宙的认识也在不断地深化和拓展。
在物理学领域，人们用各种方法和理论来模拟和解释宇宙的起源、演化以及未来的命运。
本文将对宇宙模型中的一些物理知识点进行总结，并简要介绍它们的基本理论和原理。
宇宙的基本构成宇宙是由各种物质和能量构成的，其中包括有形的物质、无形的辐射和暗物质。
根据宇宙的能量密度和组成，我们可以将宇宙的构成分为四个部分：普通物质、暗物质、暗能量和辐射。
普通物质是由我们所熟知的元素构成的，包括了氢、氦、氧等多种元素。
暗物质是一种尚未被直接观测到的物质，其存在是为了解释宇宙中的引力现象而提出的。
暗能量则是一种力量，被认为是引起宇宙加速膨胀的原因。
辐射则包括了宇宙微波背景辐射和各种宇宙射线，是宇宙中的能量传输方式之一。
通过测量和观测这些物质和辐射，我们可以了解宇宙的组成和演化，以及宇宙的未来命运。
宇宙的起源和演化宇宙的起源和演化是一个包含了物理学、天体学、宇宙学等多个领域知识的复杂问题。
目前人们普遍接受的宇宙起源理论是大爆炸理论。
大爆炸理论认为，宇宙是由一个初始的超高能量和温度的点发生了极快速的膨胀而产生的。
在这个过程中，宇宙经历了各种粒子和辐射的相互转换和产生，从而形成了我们所看到的宇宙。
大爆炸理论有着很好的观测支持，比如宇宙微波背景辐射的发现和宇宙背景辐射的观测数据。
在大爆炸理论的基础上，人们进一步提出了宇宙的演化理论。
根据宇宙的组成和能量密度，人们可以预测宇宙的未来命运。
在这个过程中，暗物质和暗能量的作用非常重要，因为它们决定了宇宙的演化和结构形成。
宇宙的膨胀和收缩宇宙的膨胀和收缩是宇宙学领域的一个重要问题。
根据观测数据和理论模拟，人们发现宇宙是在不断地膨胀中的。
膨胀的速度是由宇宙的能量密度和物质组成所决定的。
根据宇宙的膨胀速度和演化的理论，人们可以推测宇宙的未来命运。
标准宇宙学模型
z1
上式的解可通过数值方法算出，当 我们写出 Ω Λ
ΩΛ = 0
或
Ω Λ + Ω M =1
时，它有解析解。
=0 时的解，即宇宙学常数为零时，标注宇宙学的距离-红移关系：
= dL
2 [ zΩ M + (Ω M − 2)(−1 + zΩ M + 1)] （12） H 0Ω2 M
利用视星等与绝对星等的关系
m= M + 5log(d L Mpc ) + 25 （13）
立即可以得到视星等-红移关系。对于， Ω Λ =0 的宇宙
m = M − 5log H 0 + 25 + 5log{
2 [ zΩ M + (Ω M − 2)(−1 + zΩ M + 1)]} （14） Ω2 M
视星等-红移关系为我们提供了检验宇宙学模型的方法。将实际观测的 m-z 关系与各种模型 下的理论曲线相比较，可以将宇宙学的基本参量确定下来。因此，我们可以用高红移超新星 （Ιa）的观测数据来拟合宇宙学参数。
标准宇宙学模型 1 弗里德曼方程 时空的对称性（宇宙学原理）使得宇宙的度规简化为罗伯逊—沃尔克度规，它仅仅是尺度因 子 R(t)的函数。我们可以通过引力理论来导出 R(t)的关系式—宇宙的动力学方程。因此，建 立标准宇宙学模型的总思路是：罗伯逊—沃尔克度规+爱因斯坦场方程+物态方程—宇宙动 力学方程（弗里德曼方程）—标准宇宙学。
ρ0 8π G ρ0 = Ω M= ρ 3H 0 2 c 0 Λ 其中 Ω Λ = 2 （6） 3H 0 k − 2 2 Ω k = R0 H 0
3 物质为主的宇宙动力学解 我们利用前面的结果来寻求弗里德曼方程的解 R(t)。我们用今天的状态作为初始条件，因为 今天的物质密度 Ω M ，真空能密度 Ω Λ ，以及哈勃参量等参量可以通过天文观测得到。
宇宙学 宇宙模型
第六章宇宙模型具体参见《观测宇宙学》第五章和第三章相关内容《物理宇宙学讲义》§4数学上著名的毛比斯闭合环形面宇宙理论的标准框架：n观测证实宇宙可以看成是一片始终均匀的介质（宇宙学原理）,它正处于膨胀状态n假定宇宙的行为服从广义相对论，这样就确定了宇宙的膨胀的动力学方程n通过观测获得一系列“初”条件这样就可以确定宇宙膨胀的整个历史。
当然，它的正确与否还需要观测的检验。
一.宇宙学原理模型宇宙（真实宇宙的简化）:物质是充满全空间的，永远均匀的，各向同性的。
(1) 宇宙中的物质是均匀分布的迄今没有发现尺度超过300Mpc的结构→宇宙是无边界的约100万个星系在30 度天空范围和20亿光年距离内的分布(2) 宇宙是各向同性的→宇宙没有中心Hubble’s law is the same no matter who is making the measurements.宇宙微波背景辐射的观测为宇宙学原理提供了有力的支持。
总之今天已有有力证据表明，以宇宙学原理为基础的模型是真实宇宙的好的零级近似．二．宇宙服从广义相对论引力是决定宇宙动力学的唯一作用力．这里的引力应由广义相对论描述．———又一基本假设牛顿宇宙观宇宙是永恒的、稳定的。
问题：物质→引力→宇宙坍缩绝对空间，就其本性而论与任何外界情况无关，始终保持相似和不变。
可能的解决途径：(1) 宇宙在空间和质量上是无限大的；(2) 宇宙在膨胀；(3) 宇宙有起点和终点。
(2)、(3)点违反宇宙永恒与稳定的性质，于是牛顿认为宇宙应该是无限的。
Isaac NewtonOlbers’s ParadoxIf the universe is infinite, unchanging, and uniformly populated with stars like the Sun,→Each line of sight must eventually encounter a star.→The entire night sky should be as brilliant as the surface of the Sun.Wilhelm Olbers(1758-1840)Seelinger’s ParadoxM RdRdfSeelinger ’s Paradox狭义相对论On June 30, 1905 Einstein formulated the twopostulates of special relativity:1. 相对性原理（The Principle of Relativity）物理定律在一切惯性参考系中都具有相同的形式space+timeàspacetime2. 光速不变原理(The Constancy of Speed of Light in Vacuum)在任何惯性参照系中，真空中的光速都是一个常数.)广义相对论1.等效原理（The Principle of Equivalence ）引力质量与惯性质量等效(Gravitational mass is identical with inertial mass.) 2.广义相对性原理或协变原理（The Principle of Covariance）物理定律的形式在一切参考系下都是不变的。
宇宙到底是一个什么样的形状呢？
宇宙到底是一个什么样的形状呢？「大爆炸模型」已经彻底战胜了「稳恒态模型」可以这样说，我们不知道宇宙是不是就像大爆炸模型所描述的那样，但是到目前为止，我们没有发现比这个模型更好的解释，爱因斯坦的静态宇宙是这样的，兹威的光疲劳学说是这样的，霍伊尔的稳恒态宇宙论，以及完全宇宙学原理更是这样，这个关于宇宙创生的理论，我们可以称之为——「标准大爆炸模型」。
「标准大爆炸模型」面临三个难题标准大爆炸模型从上个世纪60年代开始起，逐渐成为了宇宙学研究的范式，但是关于大爆炸的理论故事还远远没有结束，标准的大爆炸模型也并非无懈可击，越来越多的人开始认识到这里面有些问题错误的离谱，完全无法解释，「标准大爆炸模型」主要面临以下三个难题：第1个难题——奇点问题、宇宙诞生的时刻，它的能量密度和温度都趋于无穷大，时间和空间都被集中于一个无穷小的点，许多物理学家无法解释，既无从大又无穷小的概念，这个问题可以看作是广义相对论的固有问题，许多人认为广义相对论只是一个经典理论，它不适用于解释宇宙大爆炸时刻的物理现象，就像牛顿定律不适合描述速度接近光速的物体一样，在这样小的尺度上，科学家认为应当用量子力学的方法来进行研究，比如将引力场量子化，但是人们距离得到这个问题的满意答案还相距甚远。
第2个困难——视界问题、物质在宇宙中的分布非常均匀，当宇宙还是一个30万岁的婴儿时期，它所发出的微波背景辐射几乎是各向同性的，所谓的微小起伏只有10的负5次方。
现代天文观测也表明，在足够大的尺度上，宇宙中的物质分布的特别均匀，以至于到处看起来都几乎一模一样，这种均匀就会引起一个非常重要的问题，那就是「视界问题」。
如果有一场两个小时的考试，考场中有两个学生的答案一模一样，连错的题目都一样，那几乎可以肯定的是，这两个学生在考试的时候互相对照答案，他们可能通过传纸条的形式进行了交流，这件事情很好理解，因为两个学生在一个考场，监考老师管的不严，他们就会有小动作，但是如果两个学生一个在地球上考试，另一个在三体人的老家「比邻星b」上考试，在考试时间只有两个小时的情况下，两个学生的答案还是一模一样，这就有些匪夷所思了。
宇宙模型
关于宇宙模型和宇宙起点的论文郑帅引：在论文的开头首先要先说明一下大爆炸观点：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的，并经过不断的膨胀到达今天的状态。
这一观点得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。
并有观测论据论证了这一点。
正文：通过大爆炸首先将引出第一个观点：宇宙在大爆炸的奇异点之前是什么样的？为了解释这一个问题首先让我来认识一下黑洞：根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。
当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。
而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
想一下宇宙之初是一个奇异点，如果是现在的宇宙必然会产生一个黑洞，那么还会有现在的宇宙吗？由此可以想出在大爆炸的奇异点之前的宇宙是没有空间时间的，也就是说随着大爆炸的瞬间，诞生了时间和空间，形成当今的四维空间。
接下来再让我们来看一下第二个观点：宇宙为何会大爆炸？现在众多的事实都可以说明宇宙在膨胀，可是你是否把宇宙膨胀和大爆炸联系起来。
宇宙之初的奇异点为何体积会如此之小？因为它受到了一种力的束缚，突然之间，这股力的消失给了奇异点释放了空间，同时也产生了时间。
（这个也与第一个观点相结合）因为力的突然释放，然而形成的大爆炸，宇宙之初形成了。
再让我们结合一下宇宙膨胀，也许宇宙的膨胀是由于宇宙之外的这种力并未完，只不过与大爆炸之时的突然消失要缓慢的多。
在霍金的《时间简史》中也有说过，宇宙在扩大中，有一种力在逐渐的消失。
接下来要论证的观点是我写这篇论文的中心内容：宇宙是什么？宇宙模型是怎样的？宇宙的概念，一直被人们所争论，这个问题也有很多的科学家在讨论。
有人认为宇宙是闭合的，而爱因斯坦则认为宇宙是一个有限无边的，但最终他认为自己是错误的。
但是他的这一种想法，使我产生了灵感。
宇宙是一个多层次的空间，这是我论文中的重点。
标准宇宙学模型
2011诺贝尔物理学奖授予了三位杰出的天体物 理学家。他们对超新星进行了系统的观测，发现宇 宙正在加速膨胀。此前数年，物理学界一直认为宇 宙膨胀的速度是恒定的，或者是越来越慢的。
和暗能量
1 8G Rik gik R gik 4 Tik 2 c
WMAP: the best-fit cosmological model
约100万个星系在30 度天空范 围和20亿光年距离内的分布
2）从宇宙中任何一点进行观测，观察到的物理 量和物理规律是完全相同的，没有任何一处是特 殊的,即：宇宙没有中心。
1922年弗利德曼(A.Friedmann, 18881925)假设宇 宙在膨胀，从而求出了不带宇宙项的爱因斯坦引力场 方程的通解，得到了一个膨胀的、有限无界的宇宙模 型，这就是弗利德曼宇宙模型。在这个模型中，星系 之间的分离速度与它们之间的距离成正比。
六、宇宙的未来
宇宙的膨胀史依赖于宇宙中物质的总密度和 可能的非零“宇宙学常数”，这一常数可能代 表宇宙中的一种“暗能量”。 理论揭示在宇宙几何是平直的情况下，物质 和能量的总密度取其“临界值”。
现在我们用大爆炸宇宙学讨论宇宙膨胀的规律。
dR 2 8G 2 2 ) c R 由式 ( dt 3
将宇宙物质临界密度的表达式代入式 (1) ，曲率指 数可表示为 8GR 2 [ c ] 2 3c
如果取宇宙现在的量值，则曲率指数可表示为8GR0 3c
2
2
[ 0 0 c ]
上两式表示，代表宇宙几何性质的曲率指数 的 取值(1、1或0)，与宇宙物质的平均密度相对于临 界密度的大小 (0>0c 、 0<0c 或 0=0c) 反映了宇宙 的同样性质的问题。
标准宇宙学模型
可得
R 8G 1 dR 2 R 8G 2 2[ 2 ( ) ] 2 [ H ] (1) 3 3 c R dt c
式中哈勃常量H，以及R 、 可以取宇宙膨胀过程中 任何时候的量值。
在临界状况，即 =0 ，由上式可求得宇宙物质的临 2 3 H 界密度 26 2 3
四、大爆炸宇宙模型-标准宇宙模型
1.大爆炸宇宙模型（弗里德曼模型）的理论基础： 宇宙学原理；广义相对论。 宇宙学原理： 1）在宇宙尺度（1亿光年以上）上，空间任何一点和 任一点的任一方向，在物理学上是不可分辨的，即宇 宙中的物质是均匀分布的。但同一点，在不同时刻， 其各个物理量可以不同，即存在宇宙演化。
c
8G
1.88 10
h kg m
式中 h 是约化哈勃常量。下面我们将会看到，由上式 所表示的宇宙物质临界密度是宇宙的重要特征量。若 将约化哈勃常量的近期观测值 h0=0.800.17 代入上 式，就可得到现在的宇宙物质临界密度
的状况和演化的趋势。
这就是大爆炸宇宙学的基本思路和处理问题的基本
方法。
大爆炸宇宙学被公认为宇宙学的标准模型。
2.大爆炸宇宙学的观测证据
哈勃观测到 宇宙在膨胀
哈勃定律
V=HoD Ho 哈勃常数 哈勃年龄= 1/Ho
膨胀的宇宙
微波背景 辐射—20 世纪四大 天文发现 之一
宇宙背景探测者（COBE）采集的数据形成了 著名的宇宙背景探辐射各向异性地图
这个方程就是宇宙的物态方程 p p( )
在宇宙演化的各个时期，物态方程具有不同的形式，
体现了物质世界的复杂性和多样性。粒子物理学、原 子核物理学、等离子体物理学、原子物理学乃至流体 力学等物理学规律就是通过物态方程去影响和决定着 宇宙的演化过程的。通过求解联立方程式，原则上可
科学第一课 宇宙模型
1.宇宙是由空间、时间、能量和物质所构成的统一体。
一般认为，宇宙产生于150亿年前一次大爆炸中。
大爆炸后30亿年，最初的物质涟漪出现。
大爆炸后20亿～30亿年，类星体逐渐形成。
大爆炸后100亿年，太阳诞生。
38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。
太阳系：太阳系中共有八颗行星：水星金星地球火星木星土星天王星海王星。
（冥王星目前已被从行星里开除，降为矮行星）。
除水星和金星外，其他行星都有卫星绕其运转，地球有一个卫星月球，土星的卫星最多，已确认的有28颗。
行星小行星彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转，构成太阳系。
太阳占太阳系总质量的99.86%，其直径约140万千米，最大的行星木星的直径约14万千米。
太阳系的大小约120亿千米（以冥王星作边界）。
有证据表明，太阳系外也存在其他行星系统。
2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。
银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内，从侧面看很像一个“铁饼”，正面看去?则呈旋涡状。
银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。
银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。
现已观测到大约有10亿个。
星系也聚集成大大小小的集团，叫星系团。
平均而言，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。
现已发现上万个星系团。
包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。
若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。
超星系团往往具有扁长的外形，其长径可达数亿光年。
通常超星系团内只含有几个星系团，只有少数超星系团拥有几十个星系团。
本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。
目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间，它称为总星系。
关于日心说与地心说。
公元2世纪，托勒密提出了一个完整的地心说。
这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。
标准大爆炸宇宙模型读书摘录学习笔记
标准大爆炸宇宙模型（一）三大疑难尽管大爆炸有科学证据的支持，但仍存在三个难题。
1.视界疑难宇宙尺度膨胀的速度总比粒子视界[1]增大的速度要小。
也就是说，今天看到的宇宙均匀的范围，在宇宙早期应远大于当时的视界。
然而，从观测看，宇宙在大尺度上是均匀的，且微波背景辐射呈现出高度各向同性。
这说明：宇宙各处曾有过相互作用（因果联系）。
这被称为视界疑难。
2.平坦性疑难根据弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规，适用于宇宙学原理均匀性和各向同性要求的四维时空有3种：●宇宙总物质密度r＞临界密度rc，为球面几何，宇宙有限而无界●宇宙总物质密度r＜临界密度rc，为双曲几何，宇宙开放而无限●宇宙总物质密度r＝临界密度rc，为欧氏几何，宇宙平直根据大爆炸模型，宇宙总物质密度r与临界密度rc的比值和1的差值会随着宇宙年龄的增加而增加。
普朗克卫星2015年的结果表明，宇宙空间非常平坦，总密度r和临界密度rc的比值非常接近1。
宇宙为何有如此高精度的平坦性？这被称为“平坦性疑难”。
2.>12.-13.磁单极子疑难理论预言，宇宙中应该存在大量的磁单极子。
但实际上我们在实验室及宇宙中几乎从来没有找到过任何磁单极子。
（二）暴胀理论1.提出1980年，麻省理工学院的阿兰·固斯提出暴胀理论，指出早期宇宙（宇宙大爆炸之后的10-36秒~10-32秒之间）空间以指数级的速度膨胀，即“暴胀”。
暴胀结束后，宇宙膨胀速度要小得多。
2.对三大疑难的回答宇宙开始时只存在真空能量，量子涨落使宇宙一些微小区域发生暴胀，暴胀结束后，真空能量衰变到物质中。
（1）暴胀发生在极小的、处于平衡状态的区域，暴胀将这种均匀性快速延伸到整个宇宙。
（2）指数膨胀让空间变得非常大，大到看起来是平的。
（3）暴胀理论的消除作用，将之前存在的磁单极子等奇异粒子降低到可以忽略的程度。
3.证据：原初引力波根据暴胀理论，空间中存在“张量场”的随机涨落，在暴胀时被拉伸到宇宙的尺度，从而会形成原初引力波背景。
粒子物理学：标准模型与新物理
粒子物理学：标准模型与新物理粒子物理学是研究物质最基本组成及其相互作用的学科，通过研究微观领域的粒子行为，揭示了宇宙的奥秘。
标准模型是粒子物理学的理论框架，描述了目前已知的基本粒子种类及它们之间的相互作用。
本文将介绍标准模型的基本结构以及一些与之相关的新物理现象。
一、标准模型概述标准模型是由量子场论和对称性原理构建而成的理论体系，包含了三类基本粒子：夸克、轻子和规范玻色子，以及与它们相互作用的希格斯玻色子。
夸克和轻子是构成物质的基本粒子，而规范玻色子负责传递相互作用力。
标准模型通过精确的实验测量，成功地预言了许多物理现象，例如电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。
二、夸克与轻子1. 夸克夸克是构成核子的基本组成元素，具有电荷和强相互作用。
标准模型中共有六种夸克：上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、奇异夸克和魅夸克。
夸克具有奇异性、色荷和电荷等属性，其组合形成了介观粒子如质子和中子。
2. 轻子轻子包括电子、μ子、τ子和它们各自的中微子。
轻子是没有内部结构的基本粒子，具有电荷和弱相互作用。
标准模型中的轻子具有不同的代数，例如电子属于第一代，μ子属于第二代，τ子属于第三代。
三、规范玻色子1. 光子光子是电磁相互作用的传播介质，负责传递电磁力。
它没有质量和电荷，是唯一没有自能修正的粒子。
2. Z玻色子和W玻色子Z玻色子和W玻色子是弱相互作用的传播介质，负责传递弱力。
它们都具有质量，且W玻色子包括正电荷、负电荷和中性态三种状态。
3. 胶子胶子是强相互作用的传播介质，负责传递强力。
它们是八种不同颜色的粒子，由于强力的特性，胶子无法独立存在。
四、希格斯玻色子希格斯玻色子是标准模型中的最后一个发现，并于2012年由欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验团队首次观测到。
希格斯玻色子的发现证实了粒子的质量来源机制，并对标准模型的完整性起到了重要的补充。
五、新物理现象尽管标准模型成功地解释了众多实验观测，但也有许多问题尚未得到解决，这些问题推动着科学家们寻找新的物理理论和粒子。
非标准宇宙学模型的探索
非标准宇宙学模型的探索宇宙学是一门研究宇宙宏观结构和演化的学科，主要通过观测和理论研究来解释宇宙的起源、组成和演化过程。
标准宇宙学模型（Standard Cosmological Model）是目前被广泛接受的宇宙学模型，也被称为大爆炸模型（Big Bang Model），并以它为基础进行了大量的研究和观测。
然而，近年来一些研究者开始探索非标准宇宙学模型，希望通过引入新的理论和观测数据来解释一些标准模型无法解释的现象。
一、非标准宇宙学模型的背景与动机标准宇宙学模型认为宇宙起源于一个初始奇点，随着时间的推移，经历了一个大爆炸的过程，然后逐渐膨胀和冷却。
标准宇宙学模型能够很好地解释宇宙的观测事实，如宇宙微波背景辐射的存在、星系的分布和红移等，但仍然存在一些未解之谜，如暗物质和暗能量的本质、宇宙膨胀加速的原因等。
面对这些未解之谜，一些研究者开始尝试探索非标准宇宙学模型。
他们的动机主要来自于以下几个方面：1. 解释暗物质和暗能量：标准宇宙学模型认为暗物质和暗能量是构成宇宙的主要成分，但其本质仍然是未知的。
非标准宇宙学模型试图通过引入新的物理理论或修正已有的理论来解释暗物质和暗能量的源头。
2. 解释早期宇宙的起源：标准宇宙学模型认为宇宙起源于一个初始奇点，但奇点的本质和起源仍然存在争议。
非标准宇宙学模型试图提出新的宇宙起源理论，以解释奇点的本质和宇宙的起源过程。
3. 解释宇宙的演化：标准宇宙学模型认为宇宙在大爆炸之后逐渐膨胀和冷却，但未能解释宇宙演化过程中的一些复杂现象，如星系团的形成和演化、宇宙结构的形成等。
非标准宇宙学模型试图通过引入新的机制或修正现有的理论来解释这些现象。
二、非标准宇宙学模型的研究方法与观测验证非标准宇宙学模型的研究方法包括理论模型构建和观测验证两个方面。
在理论模型构建方面，研究者提出新的物理理论或修正已有的理论，以解释标准宇宙学模型无法解释的现象。
在观测验证方面，研究者通过观测和实验来测试非标准宇宙学模型的预测，并与标准宇宙学模型进行比较。
标准模型理论
标准模型理论标准模型理论是粒子物理学中的一个基本理论框架，它描述了基本粒子和它们之间的相互作用。
标准模型理论被认为是目前对基本粒子和它们相互作用的最完整、最成功的描述。
它包括了三种相互作用力，强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用，并描述了夸克、轻子和规范玻色子等基本粒子。
在标准模型理论中，夸克是构成强子（如质子和中子）的基本粒子，而轻子则包括了电子、μ子和τ子等。
规范玻色子则是传递相互作用力的粒子，包括了八种胶子、光子和W和Z玻色子。
这些基本粒子之间通过交换规范玻色子来实现相互作用。
标准模型理论通过量子场论的框架描述了这些基本粒子和它们之间的相互作用。
在这个理论中，粒子被描述为场的激发，而相互作用则通过场的量子化和交换粒子来实现。
这一理论框架成功地解释了许多实验观测，并预言了一些新的粒子和现象，如Higgs玻色子的存在。
尽管标准模型理论在描述基本粒子和相互作用方面取得了巨大成功，但它仍然存在一些问题和局限性。
例如，它无法解释暗物质和暗能量，也无法与引力相统一。
因此，寻找超出标准模型的新物理是当代粒子物理学的重要课题之一。
为了解决这些问题，一些新的理论框架被提出，如超对称理论、弦理论和大统一理论等。
这些理论试图超越标准模型，统一基本粒子和相互作用，并解释标准模型无法解释的现象。
然而，这些新理论目前仍缺乏直接的实验证据，它们的有效性还有待进一步的验证。
总之，标准模型理论是目前对基本粒子和相互作用的最完整、最成功的描述。
它为我们理解微观世界提供了重要的框架，但也面临一些问题和挑战。
未来的研究将继续探索新的物理现象，以期超越标准模型，揭示更深层次的自然规律。
东北师范大学 20-5 标准宇宙学模型
近期的观测值为0.800.17。根据光波的多普勒效应， 红移量Z与发光体的退行速度v的关系为
e H 0 将上式代入 Z D ，得 v H 0 D e c
以上两式都称为哈勃定律。
2
e v Z e c
哈勃的发现表明：
(1)所有被进行这种测量的星系都在远离我们而去， 宇宙中像银河系这样的星系约有500亿个，也都在远 离我们而去，星系远离我们而去的运动称为退行，星 系的退行明确无误地告诉我们，宇宙在膨胀。 (2) 离我们越远的星系，退行速度越大。 (3) 哈勃定律的线性规律说明宇宙的膨胀是各处均匀 的，无论我们在哪个星系都会观测到其他星系退行的
五、大爆炸宇宙学理论模型的疑难
大爆炸宇宙学是以广义相对论和宇宙学原理为其理 论基础、以众多宇宙现象和观测资料为其实验依据建 立起来的。所以，这个模型的建立是20世纪物理学的 重大成就之一。 但是，理论模型自身存在严重缺陷或不完备性。 存在着：视界疑难、平直疑难和磁单极子疑难。
人们期待在保持大爆炸宇宙学的大原则的前提下，对其
式中哈勃常量H，以及R 、 可以取宇宙膨胀过程中 任何时候的量值。
15
在临界状况，即=0，由上式可求得宇宙物质的临 3H 2 界密度 26 2 3
c
8G
1.88 10
h kg m
式中h是约化哈勃常量。下面我们将会看到，由上式 所表示的宇宙物质临界密度是宇宙的重要特征量。若 将约化哈勃常量的近期观测值 h0=0.800.17代入上式， 就可得到现在的宇宙物质临界密度
e 是在实验室里测得的某条谱线的波长， 是被考察
的星系发出的这条谱线波长的观测值；c是真空中的光速； H0 是哈勃常量，等于50 ~ 80kms1Mpc1。 1
大爆炸宇宙学说及其模型
第二篇论大爆炸宇宙学说及其模型乘宇（2005年6月）上篇文章我们对哈勃常数进行了多方面的研讨，结果令人十分困惑和费解，因为这个举世瞩目的宇宙常数存在严重低级的问题，而且人们对它的问题长期熟视无睹，在它出现巨大误差的情况也还在不断地修改和应用它，甚至人们认为这一问题通过技术调整己经得到解决。
但实际上哈勃常数问题是简单低级的宏观物理学问题，而不是抽象的物理学问题，是不可以通过硬性的技术调整解决的，也是不可以用抽象概念模糊化的。
从哈勃常数这一简单的问题上看，我们甚至认为大爆炸宇宙学说的其它环节上也可能存在类似的问题，本着这样一种揣想，我们对大爆炸宇宙学说的一些主要理论和依据展开研究，以重新评估和检验这一学说的正确性和可靠性。
研究结果正如我们所预见的，大爆炸宇宙模型不只是存在哈勃常数的个别性问题，而且也存在其它物理学原理的普遍性问题，这些都是基本普通的，甚至是低等的。
这些问题的普遍存在反过来支持了我们早前对哈勃常数的论证。
此外，我们经过对其模型的探讨，不仅解决了大爆炸宇宙学说论者提出的一些问题，并取得了一些超出大爆炸宇宙学说研究之外的成果，可以认为这些成果是前所未有的，并将可能对人们进一步探讨宇宙有重要影响，例如我们发现宇宙空间不是引力的而是空间膨胀或收缩力的，找到宇宙的星系能够稳定在宇宙空间而不相互吸引的道理，光速不可超越以及光速不变性的原因，宇宙不是来自于大爆炸的理论依据，等等。
我们相信读者一定会对这些成果感兴趣。
下面我们将首先围绕大爆炸宇宙学说及其模型的有关问题展开讨论。
一、大爆炸宇宙学说的解释阶段在现有的物理学吸引力理论下，任何一个宇宙学说或模型，归根结底最终要解决的无非只有两个最基本的问题，即一个是宇宙星系之间的引力平衡问题，另一个是星系物质的起源问题。
这是两个本质不同的问题，在这两个问题中，首先要考虑的是宇宙星系之间的引力平衡问题，其次才是星系物质的起源问题，无论是人们熟知的大爆炸宇宙模型或是其他的宇宙模型都是如此。
粒子物理标准模型
传递引力相互作用的媒介子是引力子g，是引 力场量子，它是自旋为2的零质量粒子。希格斯粒 子和引力子，是理论上被预言而在实验中尚未得 到存在的直接证据的两个粒子。
Higgs粒子
英国物理学家希格斯最早在30年前预言了希格斯玻色子的存在， 但科学至今没找到它的踪迹。希格斯玻色子被认为是物质的质量之源， 是电子和夸克等形成质量的基础。按理论假设，其它粒子在希格斯玻色 子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。
发现轻子
１８９７年，英国物理学家汤姆孙发现电子，因此荣获１９０６ 年诺贝尔物理学奖。这是人类认识的第一个基本粒子，不仅打破了道 尔顿的“不可分”的原子， 而且打破了物质结构的“终极”观念， 把科学研究引上了一条出人意料的道路。于是，在２０世纪前夕，科 学家面临着一个完全陌生而又非常奇特的世界。 １９５３年，美国物理学家莱因斯和柯万一起取得了开拓性的成 就，发现了电子型中微子，因此获得了１９９５年诺贝尔物理学奖。 １９６２年美国哥伦比亚大学的莱德曼等人，在布鲁克海文国家 实验室里，发出了μ子和μ子型中微子，并且发现中微子有不同类型， 因此获得了１９８８年诺贝尔物理学奖。 τ 轻子 ，因此获得了１９９５年诺贝尔物理学奖。 ２０００年，由美日韩希腊等国５４人组成的国际科研小组， 利用美国费米实验室的加速器经过３年的合作研究，首次发现了表明 τ中微子存在的直接证据。至此，粒子物理学标准模型中的１２种基 本粒子经百余年的探索，终于被人类全部发现。
什么是标准模型
近几十年来，通过基本粒 子物理学家不断的努力， 人造加速器的发展，以及 借着外层空间高能的宇宙 射线，建立了一套学说， 以解释宇宙中最基本的组 成份子以及其间的交互作 用力，这就是所谓的标准 模型(Standard Model)。
物理学中的标准模型
物理学中的标准模型从古代的希腊人开始，人类就对自然的本质、构成和行为进行了探讨。
到今天，科学技术的迅猛发展，使得我们对自然的认识越来越深入、准确。
物理学在这一方面发挥了重要的作用，标准模型则是物理学一个重要研究方向之一。
本文将探讨物理学中的标准模型，包括其基本概念、组成和应用等方面。
一、标准模型的基本概念标准模型是指描述基本粒子和相互作用的理论模型，是现代物理学的核心之一。
它的核心思想是将物质的最基本组成部分——基本粒子（包括夸克、轻子等）和它们之间的相互作用（包括强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用）统一起来，并用数学描述。
基本粒子是指不能再分解为其他粒子的微观粒子，它们包括了费米子和玻色子。
其中，玻色子是一类满足玻色-爱因斯坦统计的粒子，它们对应于各种相互作用的基本粒子，如光子、引力子等；而费米子是一类满足费米-狄拉克统计的粒子，它们对应于构成物质的基本粒子，如电子、夸克等。
相互作用是指不同粒子之间的相互作用。
标准模型中包括了三种最基本的相互作用——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。
其中，强相互作用是保持原子核中夸克之间紧密结合的力，它通过一种粒子——胶子传递而形成；弱相互作用则是一种使得质子和中子发生变化（如 $\beta$衰变）的相互作用，它通过传递粒子W和Z而形成；而电磁相互作用则是我们日常生活中所熟悉的相互作用，如光和电磁力均由电磁相互作用所引起。
二、标准模型的组成标准模型是基于基本粒子和相互作用的描述而建立的，并用数学方法进行表达。
它可以分为两部分，一部分是费米子（即构成物质的基本粒子）部分，另一部分是玻色子（即代表相互作用的基本粒子）部分。
在费米子部分中，标准模型包括了六种夸克和六种轻子。
夸克又分为两类，一类是上夸克、顶夸克和精夸克，另一类是下夸克、底夸克和奇异夸克。
轻子则包括了电子、缪子、 $\tau$子和相应的中微子。
其中，夸克是一类带电粒子，其电荷是以1/3、2/3等分数单位来计量的；而轻子是一类不带电粒子。
基本粒子的标准模型
基本粒子的标准模型基本粒子的标准模型是当今粒子物理学的基石，它描述了构成宇宙的最基本的粒子以及它们之间的相互作用。
本文将介绍基本粒子的标准模型的起源、组成和重要性。
一、标准模型的起源标准模型的雏形可以追溯到20世纪60年代的提出。
当时，科学家通过实验观察到了许多不同种类的粒子，这些粒子之间的关系非常复杂，科学家们希望能够找到一种对这些粒子进行统一描述的理论。
二、标准模型的组成根据标准模型，基本粒子可以分为两类：费米子和玻色子。
1. 费米子费米子是一类具有半整数自旋的粒子，包括了夸克和轻子。
夸克是构成核子的基本组成单元，而轻子则包括了电子、中微子等。
费米子之间的相互作用通过基本力传递。
2. 玻色子玻色子是一类具有整数自旋的粒子，包括了光子、强力传递粒子和重力传递粒子。
光子是电磁力的传递者，而强力传递粒子则是引力的传递者。
三、标准模型的重要性标准模型的重要性体现在以下几个方面：1. 粒子物理学的基石基本粒子标准模型是粒子物理学的基石，它提供了对宇宙中各种粒子的统一描述，从而使得我们能够更好地理解和解释宇宙中发生的各种现象。
2. 实验预言和验证标准模型提供了对各种粒子相互作用的理论预言，这些预言可以通过实验进行验证。
实验结果的验证进一步巩固了标准模型的可靠性。
3. 新物理现象的引导标准模型的建立并不排除存在其他未知的物理现象。
实验结果和观测数据中的偏差能够引导我们寻找新的物理模型，并推动领域的发展。
四、标准模型的挑战和未来尽管标准模型被广泛应用并成功解释了许多实验结果，但它仍然存在一些挑战和问题。
例如，标准模型无法解释暗物质和物质反物质不对称等现象。
为了更好地理解宇宙的本质，科学家们继续进行实验和研究，探索更高能级和更高精度的理论。
总结起来，基本粒子的标准模型是粒子物理学的基础，能够描述构成宇宙的最基本粒子及其相互作用。
它的重要性体现在粒子物理学研究的核心地位以及对新物理现象的激励作用。
虽然标准模型还存在一些未解之谜，但科学家们正致力于探索更深层次的规律，以完善和超越标准模型。
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这个方程就是宇宙的物态方程 p p( )
在宇宙演化的各个时期，物态方程具有不同的形式，
体现了物质世界的复杂性和多样性。粒子物理学、原 子核物理学、等离子体物理学、原子物理学乃至流体 力学等物理学规律就是通过物态方程去影响和决定着 宇宙的演化过程的。通过求解联立方程式，原则上可
以得知宇宙演化过程中任何阶段、任何时期宇宙整体
将宇宙物质临界密度的表达式代入式 (1) ，曲率指 数可表示为 8GR 2 [ c ] 2 3c
如果取宇宙现在的量值，则曲率指数可表示为
8GR0 3c
2
2
[ 0 0 c ]
上两式表示，代表宇宙几何性质的曲率指数 的 取值(1、1或0)，与宇宙物质的平均密度相对于临 界密度的大小 (0>0c 、 0<0c 或 0=0c) 反映了宇宙 的同样性质的问题。
1927年勒梅特利(G.Lemaitre)指出，当时已经发 现的星系光谱线红移，意味着星系在远离银河系而 退行，这可能就是宇宙膨胀的表现。
1929年哈勃定律的发现完全证实了这些预见。弗 利德曼宇宙模型也称为弗利德曼勒梅特利宇宙模 型，是现代宇宙学的基础。
宇宙膨胀是如何发生的呢？根据宇宙现在的状况会 作出这样的推断：早期的宇宙是处于超高温度、超高 密度状态之中的，经绝热膨胀而不断降温，随着膨胀 和降温，相继发生了一系列物理过程，宇宙就在这些 过程中不断演化，今天的宇宙就是这样演化而来的。 这就是大爆炸宇宙学的基本观点。 爱因斯坦引力场方程
“奥伯斯佯谬”的提出 黑夜为什么是黑的？ 如果宇宙是无限的，且恒星的分布是均 匀的→在任意视线方向都有一颗恒星→夜 晚的天空应该像白天一样明亮积累的星光 使得黑夜应该亮如白昼！
2.爱因斯坦的有限无界宇宙模型（静态宇宙模型） 1917年Einstein将广义相对论引力场方程应用于 宇宙的结构，发现方程的解是不稳定的，表明宇宙在 膨胀或者收缩。 Einstein认为宇宙应该是永恒的、稳定的，为求 引力场方程的均匀的和各向同性的解， Einstein加 入一个起斥力作用“宇宙学常数” Λ， 得到一个静 态宇宙模型。 1）现实三维空间没有尽头，不可能有边界； 2）宇宙无中心。 3）宇宙的几何性质不随时间改变，但是不稳定的，可 以收缩也可以膨胀。
如果现在的宇宙物质平均密度 0>0c，那么这时宇宙的
曲率指数 >0，只能取 =1，表示宇宙的物质多，引力 大，宇宙的膨胀速度将逐渐减小，以至于在将来的某一时
间膨胀速度减为零，以后宇宙将由膨胀转为收缩。所以这
时对应于封闭的、有限的宇宙。
宇宙的加速膨胀与暗能量
由于物质（引力）的存在，宇宙的膨胀应 该减慢。 对高红移Ia型超新星的观测发现宇宙在加 速膨胀。 造成今天宇宙加速膨胀的必定是某种超过引 力的长程斥力，这正是宇宙学常数当初被 引进的作用，即Λ≠0。
约100万个星系在30 度天空范 围和20亿光年距离内的分布
2）从宇宙中任何一点进行观测，观察到的物理 量和物理规律是完全相同的，没有任何一处是特 殊的,即：宇宙没有中心。
1922年弗利德曼(A.Friedmann, 18881925)假设宇 宙在膨胀，从而求出了不带宇宙项的爱因斯坦引力场 方程的通解，得到了一个膨胀的、有限无界的宇宙模 型，这就是弗利德曼宇宙模型。在这个模型中，星系 之间的分离速度与它们之间的距离成正比。
§20-5 标准宇宙学模型
第八章
宇宙学
当宇宙开始收缩时,时间不颠倒方向,人们会继续变
老,所以,不能指望等待宇宙收缩时去恢复你的青春. 当宇宙开始收缩时,时间不颠倒方向 ,人们会继续变老 , --史蒂芬 .霍金
所以,不能指望等待宇宙收缩时去恢复你的青春. --史蒂芬.霍金
普通天文学
一、 中国古代宇宙观
2 2
可得
R 8G 1 dR 2 R 8G 2 2[ 2 ( ) ] 2 [ H ] (1) 3 3 c R dt c
式中哈勃常量H，以及R 、 可以取宇宙膨胀过程中 任何时候的量值。
在临界状况，即 =0 ，由上式可求得宇宙物质的临 2 3 H 界密度 26 2 3
四、大爆炸宇宙模型-标准宇宙模型
1.大爆炸宇宙模型（弗里德曼模型）的理论基础： 宇宙学原理；广义相对论。 宇宙学原理： 1）在宇宙尺度（1亿光年以上）上，空间任何一点和 任一点的任一方向，在物理学上是不可分辨的，即宇 宙中的物质是均匀分布的。但同一点，在不同时刻， 其各个物理量可以不同，即存在宇宙演化。
还有一些不可思议的问题：宇宙有开端么？
宇宙的年龄究竟有多久 • • • • 假如: 宇宙密度 0+=1 H0=50～75千米／（秒· 百万秒差距） 则宇宙年龄=12 ～ 19 109年 WMAP测定宇宙年龄为137±2亿年
是 否 存 在 反 物 质
1 8G Rik gik R 4 Tik 2 c
其中Rik为曲率张量、gik为度规张量、Tik为能量 动量张量。
考虑到宇宙是均匀的和各向同性的(宇宙学原理)， 爱因斯坦引力场方程可以得到简化。同时考虑到宇宙 在膨胀，表示宇宙尺度的量R应是时间t的函数，最后 得到下面两个独立的方程： 3 2 d( R ) 3 pR dR 2 8G 2 ( ) c R2 2 d R c dt 3 这就是宇宙动力学基本方程，也称弗利德曼方程。 式中R(t)就是我们上面所说的表示宇宙尺度的量，称 为罗伯逊(Robertson)沃克(Walket)标度因子。 以上两个方程包含三个未知量，R(t)、p和，还 需一个方程才能求解。
2011诺贝尔物理学奖授予了三位杰出的天体物 理学家。他们对超新星进行了系统的观测，发现宇 宙正在加速膨胀。此前数年，物理学界一直认为宇 宙膨胀的速度是恒定的，或者是越来越慢的。
和暗能量
1 8G Rik gik R gik 4 Tik 2 c
WMAP: the best-fit cosmological model
宇宙背景辐射是一个标准的黑体谱
元素的合成
氢聚变为氦 H+H—He 氢氦比例：4：1
那些证据支持大爆炸？
• 微波背景辐射 • 哈勃定律 • 元素含量 • 宇宙的年龄＜200亿年
五、宇宙演化简史
3分钟 造就一个宇宙！
宇宙最初演化史 — 3分45秒
• 宇宙早期的暴涨模型=10-36秒 • 宇宙年龄 = 0.01秒 一团混沌 • 宇宙年龄= 1.1秒 • 宇宙年龄 = 3分钟 开始形成元素氢、氦 • 宇宙年龄 = 3分45秒 宇宙基本成形 温度 温度 1010K 109 K 出现电子、中子、质子 温度 1011K
c
8G
1.88 10
h kg m
式中 h 是约化哈勃常量。下面我们将会看到，由上式 所表示的宇宙物质临界密度是宇宙的重要特征量。若 将约化哈勃常量的近期观测值 h0=0.800.17 代入上 式，就可得到现在的宇宙物质临界密度
0c (1.26 0.51) 10 26 kg m 3
盖天说 浑天说 宣夜说
普通天文学
盖 天 说
浑 天 说
二、 欧洲宇宙学的发展
托勒密 “地心说” 哥白尼“日心说” 布鲁诺 伽利略 开普勒 牛顿 康德 赫歇尔
三、 现代宇宙学
1.牛顿的静态宇宙模型 1）时间和空间是绝对的，相互独立的； 2）时间和空间都是无限的。 缺陷？物质→引力→宇宙坍缩 可能的解决途径： 1) 宇宙在空间和质量上是无限大的， 2) 宇宙在膨胀， 3) 宇宙有起点和终点。 2)、3)点违反宇宙永恒与稳定的性质，于是牛顿认为宇宙应该是 无限的。
宇宙中最可能的能量分布是ΩM≈0.3, ΩΛ≈0.7.
普通天文学
七、大爆炸宇宙学理论模型的疑难
大爆炸宇宙学是以广义相对论和宇宙学原理为其理
论基础、以众多宇宙现象和观测资料为其实验依据建
立起来的。所以，这个模型的建立是20世纪物理学的 重大成就之一。 但是，理论模型自身存在严重缺陷或不完备性。 比如：视界疑难、平直疑难和磁单极子疑难 --已被暴胀模型解决。
六、宇宙的未来
宇宙的膨胀史依赖于宇宙中物质的总密度和 可能的非零“宇宙学常数”，这一常数可能代 表宇宙中的一种“暗能量”。 理论揭示在宇宙几何是平直的情况下，物质 和能量的总密度取其“临界值”。
现在我们用大爆炸宇宙学讨论宇宙膨胀的规律。
dR 2 8G 2 2 ) c R 由式 ( dt 3
的状况和演化的趋势。
这就是大爆炸宇宙学的基本思路和处理问题的基本
方法。
大爆炸宇宙学被公认为宇宙学的标准模型。
2.大爆炸宇宙学的观测证据
哈勃观测到 宇宙在膨胀
哈勃定律
V=HoD Ho 哈勃常数 哈勃年龄= 1/Ho
Hale Waihona Puke 膨胀的宇宙微波背景 辐射—20 世纪四大 天文发现 之一
宇宙背景探测者（COBE）采集的数据形成了 著名的宇宙背景探辐射各向异性地图