爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量
物理学中的暗能量与宇宙学常数问题
物理学中的暗能量与宇宙学常数问题近年来，活跃的宇宙学研究和疑点挑战了在我们生活的宇宙中有百分之68的暗能量和百分之27的物质的理论。
直到1980年代，暗能量在理论物理学中才开始显露出来，压轴戏则在1998年完美呈现。
具体来说，这个问题是与我们的宇宙学常数有关的。
宇宙学常数是空间中和时间的多个标度之间的数值关系，它已在物理学上发挥了关键作用。
更准确地说，它是标量场，是一种能够扩展向外空间、能够乘以任何其他物理量来获得真实结果的力学假设。
在许多学科中，许多数学家、天文学家、物理学家和计算机科学家正在聚焦于暗能量和宇宙学常数问题。
这些关注点来源于一些难以解决的问题，例如黑洞、星空膨胀的加速度，以及各种各样的剧情和发展。
换句话说，这些研究都寻求解释我们目前尚未得出的阴影。
暗能量的概念源于引力，早在1915年爱因斯坦就已提出引力的弯曲原理。
1948年，新西兰的数学家和物理学家Arnold Siegmund Sommerfeld，又称Arnold Sommerfeld，提出了一个与暗能量有关的术语：“宇宙学常数”。
尽管他的版本与今天的不同，但暗能量的观念在当时却已产生了。
然而，暗能量和宇宙学常数的研究都最终导致了类似的问题：在现有的理论框架中，暗能量和宇宙学常数是何方神圣，它们是怎么产生的？尽管还有很多没有解决的问题，但物理学家们已经做出了一些非常有趣的推理和探索，并在某些情况下添加了一些自由参数来更好地解释暗能量和宇宙学常数的原因。
暗能量的动力学：引力有引力性能量密度，这通常给物体带来引力作用。
这个反向宇宙加速度的能力形成了一个自然的问题：在标准的引力物质存在的情况下，应该解释加速器的另一侧部分。
这个方案伏笔在了过去几十年观察到的撞击星系化问题上，后来被直接证明为所谓的“暗能量”。
然而，自从暗能量在1998年发现之后，一些物理学家和宇宙学家一直在为此进行进一步的研究。
例如，有人提出了一个假说，认为暗能量是不变的，即其超过值获得了超过标准这点的能力，并失去了物质为其提供能量的光一样的作用。
寻找暗能量存在的证据
寻找暗能量存在的证据天文学家认为，暗能量在宇宙中起斥力作用，但又不能严格说其是一种斥力，只能称其为能量。
宇宙大爆炸时发生膨胀，产生的能量把物质往外排斥，暗能量斥力作用的发现，使学者们认识到，宇宙不光是在膨胀，而且还是在加速膨胀。
暗能量在宇宙中更像是一种背景，让人根本感觉不到它的存在，但它确实存在，且起着非同一般的作用。
有人把暗能量称为“真空能”。
20世纪20、30年代，就有科学家认为真空不空，只是物理的探测仪器探测不到“真空”中并非真的什么都没有。
爱因斯坦的“宇宙常数”对暗能量理论上的猜测可追溯到爱因斯坦年代，1915年爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出了广义相对论，这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。
1917年，他将广义相对论公式应用到整个宇宙，想看看能否获得对宇宙本质的新认识。
世界上的物理学家、数学家随即开始解其中的引力方程，方程有两种解，结论是宇宙不会完全静止、宇宙没有静止点。
方程的第一种解是，如果宇宙只存在引力，没有别的力作用的话，出于相互吸引，宇宙不可能静止；方程的另一种解是，宇宙爆炸的那一瞬间获得了一个初速度，向外膨胀，但由于引力作用往回拉，宇宙肯定越胀越慢，所以宇宙不是膨胀就是收缩，不可能静止。
爱因斯坦觉得从哲学思想上分析，这两种解都不合适，按他的想法宇宙应该是静止的，不能永不停息地运动。
因此，爱因斯坦又向广义相对论引力方程中引入了一项“宇宙常数”（Cosmological Constant λ）。
这个宇宙常数起排斥力的作用，有了该常数之后，引力方程同时具备了引力和斥力，正好能够达到平衡，可让宇宙“静止”下来。
20世纪20年代，美国著名天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889-1953）经过观测发现，宇宙确实是在不断膨胀，他根据星系的距离和运行速度证实，离我们越远的星系向外运动的速度越快，这是宇宙正在膨胀的表现。
这一观测结果完全与引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相契合，迅速得到了世界上绝大多数科学家的认可。
宇宙学常数问题的解释
宇宙学常数问题的解释宇宙学常数（Cosmological Constant）也被称为宇宙学Lambda项，是描述物质和能量密度对宇宙膨胀和加速影响的一项参数。
它在广义相对论中被引入，以解释宇宙膨胀的现象。
本文将对宇宙学常数问题进行解释，带您深入了解它的来源、意义及研究进展。
一、宇宙学常数的起源及意义宇宙学常数最早由爱因斯坦在1917年引入。
当时，爱因斯坦正试图构建一个静态宇宙模型，以解释他的广义相对论。
为了保持宇宙静态的假设，爱因斯坦引入了一个负压力的项，即宇宙学常数，以抵消引力的作用。
然而，在后来的观测和研究中，宇宙学常数维持宇宙静态的假设被证明是错误的，宇宙处于膨胀的状态。
宇宙学常数的意义在于描述了宇宙空间的几何性质，以及宇宙膨胀和加速的原因。
它可以被看作是一种在时空中存在且均匀分布的能量，其作用类似于暗能量。
宇宙学常数越大，对应的暗能量越强，宇宙的膨胀和加速越明显。
宇宙学常数的正值表示引力的斥力作用，而负值则表示引力的吸引作用。
二、宇宙学常数问题的提出宇宙学常数问题是指理论计算得出的宇宙学常数值与实际观测到的暗能量值之间的巨大差异。
根据精确的宇宙学观测数据，暗能量占据了宇宙总能量的约七成，而宇宙学常数的理论计算值与观测值相差了多达120个数量级。
这一巨大差异使得宇宙学常数问题成为目前理论物理学中最困扰学者的之一。
三、宇宙学常数问题的挑战与解决宇宙学常数问题的提出给物理学界带来了巨大的挑战。
解决宇宙学常数问题的一种可能的途径是重新审视和改进宇宙学模型及相关的理论。
科学家们通过引入新的物理机制、修正引力理论或提出新的暗能量机制等方式，试图解释和预测宇宙学常数的值。
另一种解决宇宙学常数问题的方式是通过更精确的观测和实验，获取准确的宇宙常数值。
随着科技的不断进步和实验设备的提高，科学家们能够更精确地测量宇宙背景辐射、引力波、星系分布等信息，以获取更准确的宇宙学常数值，并对它的物理意义做出更深入的解释。
宇宙中的黑暗能量
宇宙中的黑暗能量宇宙是一个浩瀚无垠的存在，其中充满了各种神秘的力量和现象。
而其中最为神秘和令科学家们困惑的就是黑暗能量。
黑暗能量是一种理论上的存在，它被认为是推动宇宙膨胀的原因之一。
在这篇文章中，我们将深入探讨宇宙中的黑暗能量，探索它的起源、性质以及对宇宙演化的影响。
首先，我们需要了解黑暗能量的起源。
黑暗能量的概念最早由爱因斯坦提出，他在研究引力场方程时发现，为了使方程成立，必须引入一个新的能量项。
然而，爱因斯坦并没有给出这个能量项的具体物理意义。
直到20世纪90年代，天文学家们通过观测宇宙加速膨胀的现象，才开始意识到黑暗能量的存在。
黑暗能量被认为是填满整个宇宙的一种能量，它具有负压，会产生斥力，从而推动宇宙的膨胀。
那么，黑暗能量的性质是什么呢？科学家们普遍认为，黑暗能量是一种均匀且恒定的能量，它在空间中分布均匀，不随时间和位置的变化而变化。
黑暗能量的密度非常低，约占宇宙总能量的70%。
这意味着，宇宙中的大部分能量都是黑暗能量。
然而，尽管黑暗能量对宇宙演化起着重要作用，我们对它的本质仍知之甚少。
目前，科学家们提出了许多关于黑暗能量的假设，包括暗能量、虚空能量等，但仍没有确凿的证据来验证这些假设。
黑暗能量对宇宙的演化有着重要的影响。
它的存在导致了宇宙的加速膨胀，使得宇宙的膨胀速度越来越快。
这一发现颠覆了以往的宇宙模型，即宇宙应该会因为引力的作用而减速膨胀。
黑暗能量的存在使得宇宙的演化变得更加复杂，也给天文学家们带来了许多难题。
例如，黑暗能量的性质如何影响宇宙结构的形成？它与其他形式的能量如何相互作用？这些问题仍然困扰着科学家们，需要进一步的研究和观测来解答。
为了研究黑暗能量，科学家们采用了多种方法。
其中一种方法是通过观测宇宙微波背景辐射来研究宇宙的演化。
宇宙微波背景辐射是宇宙诞生后遗留下来的辐射，它可以提供关于宇宙早期演化的重要信息。
科学家们通过对宇宙微波背景辐射的精确观测，可以获得宇宙的几何形状、能量组成等信息，从而进一步研究黑暗能量的性质。
爱因斯坦对宇宙的定论
爱因斯坦对宇宙的定论引言宇宙是人类极其关注的一个话题，自古以来人们就一直好奇宇宙的起源、演化和结构等问题。
爱因斯坦作为现代物理学的奠基者之一，曾经对宇宙进行了深入研究，并建立了相对论和广义相对论等理论。
本文将对爱因斯坦对宇宙的定论进行全面、详细、完整的探讨。
理论背景特殊相对论特殊相对论是爱因斯坦于1905年提出的一项理论，主要描述了惯性系内的物理定律。
其中的最重要的原则是光速不变原理，即光在真空中的传播速度是恒定不变的。
特殊相对论对于描述高速运动的物体或光的行为提供了新的解释，并揭示了时间和空间的相对性。
广义相对论广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种物理理论，用于描述引力现象。
该理论将引力解释为时空的弯曲效应，即物质和能量会使时空产生扭曲，物体沿着弯曲的时空路径运动。
广义相对论成功解释了一系列实验，如水星近日点进动和光线偏转等。
宇宙的起源与演化爱因斯坦的静态宇宙理论爱因斯坦最初提出了一个静态宇宙理论，即宇宙在时间上是恒定不变的。
他引入了一个宇宙常数来平衡引力和反作用力，以保持宇宙的稳定状态。
然而，后来的观测证据表明宇宙并非静态的，这使得爱因斯坦放弃了这一原始的假设。
宇宙膨胀理论爱因斯坦在广义相对论的基础上，推导出了宇宙膨胀的理论。
他发现如果在广义相对论中引入一个尺度因子，可以使得宇宙的空间膨胀。
这个尺度因子后来被称为宇宙标度因子，它随着时间增加而增加，暗示着宇宙正在膨胀。
宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是20世纪60年代提出的一种宇宙起源的理论，它认为宇宙在约138亿年前由一个极端高温高密度的初始状态开始膨胀。
这个理论得到了大量观测和实验证据的支持，并成为现代宇宙学的基石。
宇宙结构与演化宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后形成的辐射场，由于宇宙的膨胀，辐射变得非常冷，形成了宇宙中的微弱背景辐射。
这个辐射的发现被认为是宇宙大爆炸理论的强有力支持，也是宇宙演化的重要证据之一。
星系和星系团宇宙中存在着大量的星系，它们以不同的形式和大小分布在宇宙中。
粒子物理学中的宇宙学常数与暗能量
粒子物理学中的宇宙学常数与暗能量宇宙学常数与暗能量是现代粒子物理学和天体物理学中的重要研究领域。
它们在解释宇宙起源、演化和结构形成等方面发挥着关键作用。
本文将深入探讨宇宙学常数与暗能量的概念、性质、研究方法和相关问题，并从实验证据的角度对其进行评述。
一、宇宙学常数的概念与性质宇宙学常数，又称为引力常数或拉氏常数，通常用符号Λ表示。
它是阿尔伯特·爱因斯坦在广义相对论中引入的一个参数，用于描述空间的几何形状以及物质对空间的弯曲程度。
宇宙学常数与引力场的性质相关，决定了宇宙的演化速率、扩张和收缩的趋势。
暗能量是一种奇特的能量形式，它填充了整个宇宙，并表现出斥力作用。
暗能量的存在是为了解释观测到的宇宙加速膨胀现象，即宇宙的扩张速度在不断加快。
暗能量占据了宇宙总能量的约70%，而其性质尚不明确。
暗能量与宇宙学常数之间存在紧密的联系与关联。
二、宇宙学常数与暗能量的研究方法1. 粒子物理实验方法：通过实验室中的高能粒子对撞机，研究宏观宇宙学现象，寻找与暗能量有关的粒子。
例如，欧洲核子研究中心(LHC)的ATLAS和CMS实验团队通过粒子对撞实验，尝试探测到与暗能量有关的新粒子，并取得了一些重要的成果。
2. 天体观测方法：通过观测宇宙背景辐射、宇宙微波背景、大尺度结构等，研究宇宙学常数和暗能量的性质。
例如，国际天文学联合会的欧洲量子引力实验组织(European Quantum Gravity EuroQG)利用宇宙微波背景的测量结果，对宇宙学常数进行了精确的测量和限制。
三、宇宙学常数与暗能量的相关问题与挑战1. 宇宙常数问题：为什么宇宙学常数的数值相对较小？为什么它的值和宇宙的演化没有明显关联？这些问题是困扰粒子物理学和天体物理学界的难题之一。
2. 暗能量问题：暗能量的本质是什么？目前学界对暗能量没有明确的解释，但有不同理论学派提出了一些可能的解释，如真空能量、量子场论等。
3. 实验数据之谜：在实验测量中，对宇宙学常数和暗能量的测量值与理论预测存在一定的偏差。
天体物理学：宇宙中的暗能量分布
天体物理学：宇宙中的暗能量分布宇宙是一个广阔而神秘的领域，其中许多现象仍然没有完全被揭示。
暗能量就是其中之一，它是使宇宙加速膨胀的一种未知形态的能量。
本文将探讨宇宙中暗能量的分布情况以及其对宇宙演化的影响。
一、暗能量的概述暗能量是物理学上一个相对较新的概念，它于20世纪90年代被提出。
暗能量被认为是填满整个宇宙的一种均匀且恒定的能量。
与传统的能量形式（如电磁能、动能等）不同，暗能量没有质量，也没有电荷，无法直接被探测出来。
然而，它的存在被间接地观测到，并通过多种天文观测手段得到了证实。
二、暗能量的分布情况目前的观测数据表明，暗能量在宇宙中是均匀分布的。
根据宇宙标准模型，暗能量占据了宇宙总能量的约70%。
除了暗能量，剩余的能量主要由暗物质和可见物质组成，分别占据约25%和5%。
尽管暗能量是均匀分布的，但它的存在对宇宙演化产生了巨大的影响。
根据观测数据，宇宙的膨胀速度正在逐渐加速。
这种加速膨胀的原因被归因于暗能量的存在。
由于暗能量的负压特性，它对重力的作用类似于一种反重力效应，驱使宇宙膨胀加速。
三、暗能量的研究进展为了更好地理解暗能量，天文学家们进行了大量的研究。
其中一个主要的研究手段是通过宇宙微波背景辐射观测来确定宇宙结构和演化的模型。
另外，大型天文观测项目，如欧洲空间局的“欧洲深空观测计划”（Euclid）和美国国家航空航天局的“詹姆斯-韦伯太空望远镜”（JWST）的发射，也将为我们提供更多关于暗能量的信息。
此外，一些理论模型也被提出来解释暗能量的本质。
最著名的是爱因斯坦的宇宙常数（cosmological constant）模型，它认为暗能量是一种恒定不变的常数。
然而，宇宙常数模型存在许多问题，无法完全解释观测到的现象。
其他一些理论包括标量场模型和新物理理论模型等，它们试图提供更好的解释。
四、暗能量的意义和未来展望暗能量的存在及其对宇宙演化的影响，引发了广泛的讨论和研究。
研究暗能量有助于我们了解宇宙的起源、演化和结构形成的过程。
宇宙学专业术语
宇宙学专业术语
1. 宇宙学常数：宇宙学常数是爱因斯坦广义相对论中的一个常数，用于描述宇宙的加速膨胀。
2. 暗能量：暗能量是一种假设的能量形式，被认为是导致宇宙加速膨胀的原因。
3. 暗物质：暗物质是一种假设的物质形式，被认为是构成宇宙大部分物质的成分，但它不与电磁辐射相互作用。
4. 大爆炸：大爆炸是宇宙起源的一种理论，认为宇宙是由一个极度高温、高密度的奇点爆炸而产生的。
5. 宇宙微波背景：宇宙微波背景是宇宙大爆炸遗留下来的电磁辐射，它在整个宇宙中均匀分布。
6. 红移：红移是指天体发出的光波长变长的现象，这是由于天体远离我们而导致的。
7. 哈勃定律：哈勃定律是描述星系远离我们的速度与它们距离之间关系的定律，它是支持宇宙大爆炸理论的重要证据之一。
8. 引力透镜：引力透镜是指由于星系或星系团的引力场扭曲了时空，导致背景天体的光线发生弯曲的现象。
9. 宇宙学尺度：宇宙学尺度是指描述宇宙结构和演化的尺度，通常涉及到数百万光年以上的距离和数十亿年以上的时间。
10. 宇宙学模型：宇宙学模型是一种描述宇宙演化的理论模型，通常包括宇宙的几何形状、物质组成、暗能量和暗物质等方面。
这些术语是宇宙学研究中常见的重要概念，对于理解宇宙的本质和演化过程非常重要。
天体物理暗能量存在证据
天体物理暗能量存在证据天体物理暗能量是一种神秘而扑朔迷离的概念，它被认为是推动宇宙膨胀加速的原因。
尽管我们对暗能量的本质和来源知之甚少，但天文观测和宇宙学模型的研究表明，暗能量的存在是不可忽视的。
首先，暗能量最初被提出是为了解释宇宙膨胀加速现象。
1998年，两个独立的观测团队通过观测到超新星爆发的强度和距离，发现宇宙膨胀的速度是加速的，而不是以先前预测的速度减缓。
这一发现对宇宙学的理解产生了巨大的影响，并获得了诺贝尔物理学奖的认可。
暗能量被引入宇宙学模型作为推动加速膨胀的原因，以解释这一激动人心的观测结果。
其次，暗能量的存在也可以从宇宙背景辐射的观测中得以证实。
宇宙背景辐射是宇宙形成后自发辐射出的热辐射，具有非常均匀的特点。
通过对宇宙背景辐射的仔细观测，科学家可以研究宇宙的演化历史。
这些观测数据表明，宇宙不仅在膨胀，而且在加速膨胀。
而暗能量是唯一能够解释这种加速膨胀现象的理论机制。
此外，宇宙学模型中存在一个重要参数，称为密度参数Ω。
这个参数描述了宇宙中各种成分的能量密度。
根据观测数据和宇宙学模型的拟合，暗能量被认为占据了宇宙的总能量密度的约70%。
这一巨大的比例确信了暗能量的存在，并表明其在宇宙中起着重要作用。
关于暗能量的本质和来源，科学家们还没有达成一致的共识。
根据爱因斯坦的广义相对论，暗能量可能是真空能量或宇宙常数。
真空能量是虚无中存在的能量，它具有负压力的性质，可以推动宇宙膨胀加速。
另一种观点认为，暗能量是由于量子场的激发而产生的。
无论暗能量的本质如何，其存在已经得到了大量的观测证据的支持。
最近几年，科学家们通过不断的观测和实验也在探索其他证据来证实暗能量的存在。
例如，利用宇宙微波背景辐射的观测，研究人员可以测量宇宙的中性氢的分布，并从中推断暗能量的性质。
此外，通过观测大尺度结构的形成和发展，科学家们可以进一步了解暗能量的行为和效应。
尽管我们对暗能量还存在很多未知之处，但其存在对于宇宙学的发展具有重要意义。
物理学中的暗能量是什么
物理学中的暗能量是什么物理学中的暗能量是一个引人注目的话题，它是当前宇宙学中一个备受关注的问题。
本文将探讨什么是暗能量，并介绍与其相关的研究进展和理论框架。
一、什么是暗能量？暗能量是物理学中一种被称为宇宙学常数的能量形式。
它以一种特殊的方式作用于宇宙空间，在宇宙大规模结构的形成和宇宙加速膨胀中扮演着重要角色。
暗能量的存在是为了解释宇宙的加速膨胀现象而提出的。
二、暗能量的研究进展暗能量最早是由爱因斯坦提出的，他在相对论理论中引入了一个宇宙学常数来描述宇宙的稳定性。
然而，爱因斯坦的宇宙学常数并未得到观测证据的支持，因此暗能量的研究进展一度停滞。
直到上世纪90年代，随着宇宙学观测的进步，科学家们重新关注起了暗能量。
通过超新星爆炸观测和宇宙微波背景辐射测量等手段，研究人员发现宇宙膨胀的加速度在不断增大。
为了解释这一现象，暗能量再次成为了重要的研究方向。
目前，暗能量的研究主要集中在两个方面：观测与理论。
在观测方面，科学家们通过测定宇宙膨胀的速率、密度涨落等参数，试图揭示暗能量的性质和行为规律。
在理论方面，研究人员提出了多种可能的暗能量模型，如宇宙学常数模型、动力学暗能量模型等，以对观测结果进行解释。
三、暗能量的理论框架在物理学中，对于暗能量的理论框架有多种不同的观点和模型。
其中最简单也是最广泛接受的是宇宙学常数模型。
宇宙学常数模型假设暗能量是一个恒定的、不随时间和空间变化的能量密度。
虽然这个模型在数学上比较简单，但它却无法解释观测到的宇宙膨胀加速。
为了解决这一问题，科学家们提出了动力学暗能量模型。
这些模型假设暗能量是一个随时间和/或空间变化的能量密度，其动力学行为由一组场满足的方程来描述。
动力学暗能量模型提供了一些合理的解释，但目前仍然存在许多问题和不确定性。
此外，基于弦理论和量子场论的研究也尝试解释暗能量。
这些研究涉及到更高维度的空间、超弦和暗物质等概念，以期从更基本的层面理解暗能量的本质。
四、暗能量的未来展望暗能量作为一个激发科学家们思考的问题，其研究仍然充满挑战和潜力。
宇宙常数和暗能量有什么关联？
宇宙常数和暗能量有什么关联？爱因斯坦最初在他的宇宙学方程中引进宇宙学常数的目的是为了得到他满意的解，即宇宙应当是稳定不变的。
但爱因斯坦对他在宇宙学方程中引进宇宙学常数没有给出令人信服的理由。
1922年Friedmann证明了在没有宇宙学常数的情况下，在数学上爱因斯坦的宇宙学方程可以有解，即宇宙是膨胀的解。
1929年Hubble发现了哈勃关系。
于是宇宙是膨胀的概念为大部分天文学家和物理学家所接受，爱因斯坦自己因此也放弃了宇宙学常数。
在1998年以前，大部分天文学家和物理学家都认为宇宙是膨胀的。
因为在引力的作用下宇宙只能是减速的膨胀。
1998年有天文学家宣布发现了所谓宇宙是在加速膨胀的观测结果。
这个观测结果是无法用天体之间只存在引力相互作用来解释。
宇宙天体之间除了有引力相互作用之外还应当存在有“斥力”。
只有这样，所谓宇宙是在加速膨胀的观测结果才能加以解释。
于是许多天文学家和物理学家又想起了爱因斯坦的宇宙学常数。
认为爱因斯坦的宇宙学常数就包含有“斥力”和暗能量这个物理元素。
所谓“暗能量”这个概念就是这样被提了出来。
因此，李淼先生2009年4月18日在科学院图书馆发表题目为“暗能量传奇”的讲演中提到：（19）98年以前到（19）29年大家一直在相信宇宙是减速的，大概70年完全是错误的。
但对“暗能量”的物理性质，天文学家和物理学家却完全无法解释。
于是有人把它和“暗物质”的观念联系一起，与上世纪初的物理学领域的两朵乌云相比拟。
宇宙学常数和暗能量X它在爱因斯坦的宇宙学方程中是代表天体在有心引力场中运动时由切向运动所产生的离心力。
在爱因斯坦的宇宙学方程中离心力的作用是用来抵消天体在有心引力场中所受引力，相当是一种“斥力”。
同时这样一来，爱因斯坦的宇宙学方程也可看成是天体在有心引力场中运动时完整的能量守恒表达式。
这样，我们根本不需要在研究宇宙中的天体运动时引进所谓“暗能量”这个概念。
宇宙学常数的这样种解释使爱因斯坦的宇宙学方程变得清楚，简单。
ρ常数263265″ -回复
ρ常数263265″-回复ρ常数263265"是什么意思？这是一个很有趣的问题，因为ρ常数被称为宇宙的谜团之一。
在这篇文章中，我们将一步一步回答这个问题，并探讨ρ常数的背景、意义和可能的解释。
首先，我们需要了解ρ常数是什么。
ρ常数，也称为宇宙常数或暗能量密度，是爱因斯坦相对论中的一个参数。
它在描述时空的几何结构中起着重要的作用。
ρ常数以希腊字母ρ（rho）表示，它是一个数值，用来量化宇宙中的能量密度。
宇宙常数的发现可以追溯到爱因斯坦在1917年的相对论方程中。
当时，他引入了一个附加项Λ（lambda），并声称它是为了维持宇宙的静态平衡而引入的。
不过，爱因斯坦当时并没有提供关于Λ的具体物理意义的解释。
几十年后，在20世纪90年代，观测数据表明宇宙正在加速膨胀。
这意味着引力应该在一定程度上减弱，但根据普遍相对论的基本原理，引力应该是吸引作用，因此科学家们开始寻找解释这个现象的原因。
一种解释是引入暗能量，也就是ρ常数。
暗能量是宇宙中一种尚未完全理解的极为稳定的能量形态，可以解释宇宙加速膨胀的现象。
ρ常数代表了暗能量的密度，并且在相对论方程中起到了类似Λ的作用。
ρ常数的数值非常小，约为10^(-120)，这与其巨大的影响相矛盾。
这个巨大的差异被称为“宇宙常数问题”。
令人惊讶的是，暗能量的性质和起源仍然是一个谜团。
一种可能性是，它是真空能量的一种形式，也就是量子场论中的虚粒子对的能量。
但这只是一个猜想，并没有实质性的证据来支持它。
另一个解释是暗能量是一种新的物理场，与我们所熟知的粒子和力量并不相同。
这种场可能与引力相互作用，并且它的能量密度在整个宇宙中是均匀的。
然而，科学家们仍然需要进一步的实验证据来支持这一观点。
除了上述两种解释外，还有一些其他的理论来解释ρ常数，但它们都面临着困难和挑战。
现在，科学家们在使用观测数据和理论模型来进一步研究宇宙暗能量的性质和物理起源。
在过去的几十年中，科学家们利用大量的观测数据和精密的实验，对宇宙进行了深入的研究。
广义相对论解释不了的现象
广义相对论解释不了的现象
广义相对论是爱因斯坦提出的一种描述引力作用的理论，它已经成功解释了许多重大的天体物理现象，例如黑洞、宇宙膨胀和引力透镜效应等。
然而，仍然存在一些现象无法被广义相对论完全解释。
其中一些现象包括：
1. 宇宙学常数问题：广义相对论预测了一个恒定的宇宙学常数，但实际观测到的宇宙学常数却非常小，并且接近于零。
目前尚未找到满足这个观测结果的令人满意的解释。
2. 暗能量和暗物质：观测数据表明，宇宙中大约有27%的暗物质和68%的暗能量，但它们的性质和来源仍然不明确。
广义相对论无法解释暗能量和暗物质的本质。
3. 引力波的起源：引力波是广义相对论的一个重要预言，并在2015年首次探测到。
然而，广义相对论无法完全解释引力波的起源和产生机制。
4. 时间的起源：广义相对论将时间视为时空的一部分，但它无法解释时间的起源。
时间是如何开始的以及在宇宙形成初期是否存在时间的问题仍然没有确切答案。
这些现象的解释需要更深入的研究和更高级的理论，例如量子引力理论或统一场论等。
科学家们正在不断努力寻找新的理论来解释这些现象，并进一步完善我们对宇宙的理解。
宇宙暗能量;宇宙膨胀驱动力的真相(宇宙膨胀的能量来源)
宇宙暗能量;宇宙膨胀驱动力的真相
宇宙暗能量，是一种神秘而充满挑战的物质，它是推动宇宙膨胀的主要驱动力。
在宇宙学中，暗能量被认为占据宇宙能量密度的约70％，对宇宙膨胀的加速起着关键作用。
然而，暗能量的真相仍然是一个引人遐想的谜团，科学家们正竭尽全力来揭开这个宇宙之谜的面纱。
自从1998年两个独立的研究小组通过观测超新星发现宇宙膨胀正在加速以来，暗能量这个概念开始引起了广泛的关注。
暗能量的存在证实了爱因斯坦的宇宙常数理论，并使得科学家们重新审视了宇宙结构和演化的模型。
暗能量的性质至今仍然是科学界的一个迷。
它被认为是一种均匀且恒定的能量场，填充整个宇宙并产生负压，导致了宇宙膨胀的加速。
然而，暗能量究竟是什么，其物理本质是怎样的，仍然是一个未解之谜。
一些理论认为暗能量可能是一种新的物质或场，而另一些则认为它可能与量子力学或引力理论有关。
在探索暗能量的真相时，科学家们利用各种观测数据和实验来研究宇宙的演化以及暗能量的影响。
通过测量宇宙微波背景辐射、观测超新星、研究宇宙大尺度结构等方式，他们试图了解暗能量的性质和行为。
然而，迄今为止，暗能量仍然是一个巨大的谜团，等待着科学家们的进一步探索和发现。
无论暗能量的真相是什么，它都在推动着宇宙的演化和发展。
它的存在让我们重新审视宇宙的本质和结构，挑战着我们对宇宙的理解。
随着科学技术的不断发展和观测数据的不断积累，相信有一天暗能量的真相将会揭晓，为我们揭开宇宙奥秘的更深层面。
宇宙暗能量的探索之旅仍在继续，我们期待着科学家们能够揭开这个神秘力量的面纱，带领我们更深入地探索宇宙的奥秘，解开暗能量的真相之谜。
爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量
爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量
奚定平;何晓微;曾丽萍
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】2005(024)010
【摘要】综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系.
【总页数】5页(P35-38,43)
【作者】奚定平;何晓微;曾丽萍
【作者单位】深圳大学,理学院,广东,深圳,518060;深圳大学,理学院,广东,深
圳,518060;深圳大学,理学院,广东,深圳,518060
【正文语种】中文
【中图分类】P159;O412.1
【相关文献】
1.引入宇宙常数是爱因斯坦毕生最大的错误吗? [J], 杨建邺;汪红翎
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暗能量与宇宙加速
暗能量与宇宙加速暗能量是一种神秘的物质或能量形式，它被认为是导致宇宙加速膨胀的原因之一。
在过去的几十年里，科学家们对暗能量进行了广泛的研究，但仍然存在许多未解之谜。
本文将探讨暗能量的概念、观测证据以及其与宇宙加速之间的关系。
暗能量的概念暗能量最早由爱因斯坦在他的广义相对论中提出，他引入了一个称为“宇宙常数”的参数来描述宇宙中的暗能量。
然而，在当时，爱因斯坦并没有意识到暗能量可能会导致宇宙加速膨胀。
在现代天文学中，暗能量被定义为一种具有负压力的能量形式，它具有反重力效应，可以推动宇宙的膨胀。
暗能量被认为是填满整个宇宙空间的，并且占据了宇宙总能量的约70%。
观测证据科学家们通过观测和实验来寻找关于暗能量的证据。
其中最重要的观测证据之一是宇宙微波背景辐射（CMB）的测量结果。
CMB是宇宙大爆炸后剩余的辐射，通过对其进行精确测量，科学家们可以了解到宇宙早期的演化过程。
通过对CMB的测量，科学家们发现宇宙加速膨胀的证据。
CMB的观测结果表明，宇宙中存在一种未知的能量形式，这种能量形式具有负压力，可以推动宇宙的加速膨胀。
此外，还有其他观测证据支持暗能量的存在。
例如，超新星爆发观测结果显示，远离我们的星系比预期更远，这也暗示着宇宙正在加速膨胀。
暗能量与宇宙加速暗能量与宇宙加速之间存在着密切的关系。
根据爱因斯坦的广义相对论，暗能量可以被视为一种具有负压力的物质或能量形式。
这种负压力可以产生引力场，并推动宇宙的膨胀。
在标准的宇宙学模型中，暗能量被假设为宇宙中的一种常数，即宇宙常数。
宇宙常数的存在可以解释宇宙加速膨胀的观测结果。
然而，对于宇宙常数的具体数值，科学家们仍然没有一个明确的答案。
除了宇宙常数模型外，还有其他一些理论可以解释暗能量和宇宙加速之间的关系。
例如，暗能量可能是一种动态的能量形式，其密度随着时间的推移而变化。
这种动态暗能量模型可以更好地解释一些观测结果，但仍然需要更多的研究来验证。
结论暗能量是一种神秘而重要的物质或能量形式，它被认为是导致宇宙加速膨胀的原因之一。
“暗能量”~宇宙的主宰
“暗能量”~宇宙的主宰爱因斯坦在1915年发表了广义相对论，根据广义相对论，爱因斯坦对宇宙空间进行计算，结果发现宇宙不是处于膨胀中就是处于收缩中。
爱因斯坦当时认为，宇宙的大小应该是不变的。
为了保持宇宙的大小不变，他认为宇宙中必须存在某种斥力，才能对抗宇宙中各种物质所产生的引力，于是爱因斯坦在广义相对论的方程式里加入了宇宙学项~宇宙学常数，起到斥力的作用，平衡宇宙大小。
1929年，哈勃观测到宇宙正在膨胀，那么宇宙的尺度并非恒定不变，那么爱因斯坦加入广义相对论的宇宙学项就变得没有存在的必要，所以爱因斯坦徹掉了这个参数。
当时的物理界并不知道宇宙是加速膨胀还是减速膨胀，如果是减速膨胀，宇宙学项就完全没有存在的必要。
当时的物理界多数认为宇宙是减速膨胀的。
到了上世纪末，宇宙观察的结果确认宇宙在加速膨胀，这就需要宇宙中有使宇宙加速膨胀的东西来推动宇宙加速膨胀，于是爱因斯坦的广义相对论里加入的对抗宇宙中各种物质所产生的引力的斥力~宇宙学项学说以另一种方式复活了~就是“暗能量”。
1929年，美国天文学家哈勃在观测宇宙中发现，遥远的星系正以非常高的速度远离我们的地球退行，退行的速度与地球到星系的距离大致成正比。
就是说：在距离你100米的人，以每小时20公里的速度离开你，那么在离你200米的地方，它离开你的速度变为每小时40公里，在距离你300米的地方，它离开你的速度变为每小时60公里。
而通过观测得到的结论是，不是星系在加速离开我们，而是宇宙整体在加速膨胀，所以在地球上观测的结果表像是所有星系都在加速远离地球。
这个发现颠覆了人类的常识，颠覆了人类对宇宙的观念，那么使宇宙加速膨胀的能量是从哪里来的？这种人类还没有掌握其组成成份的能量被称之为“暗能量”。
通过对宇宙的观测和计算表明，我们的宇宙经历过减速膨胀，大约70亿年前，也就是宇宙诞生后的大约70亿年后（我们宇宙的年龄大约137亿年），宇宙开始由减速膨胀转化为加速膨胀，也就是说在大约70亿年前，“暗能量”才在宇宙中发挥作用。
浅谈爱因斯坦宇宙常数和暗能量
浅谈爱因斯坦宇宙常数和暗能量摘要：1917年，爱因斯坦发表了关于宇宙时空结构的理论——广义相对论。
以此同时，爱因斯坦猜想宇宙是静止的，但广义相对论方程的解却是时间的函数，因此从广义相对论看来，宇宙是静止的。
为了解决宇宙运动的矛盾，爱因斯坦在方程中增加了新的一项修改了他的方程，即宇宙常数。
然而后来的天文学研究发现，宇宙是不断向外膨胀的，这样就使得爱因斯坦的宇宙常数成为了错误。
在发现宇宙膨胀的事实之后，爱因斯坦划去了方程中的宇宙常数，并将宇宙常数认为是他“一生中最大的错误”[1]。
但是，随着1998年天文学家发现暗能量，被丢进垃圾堆得宇宙常数再一次复活。
因为宇宙不仅仅在膨胀，而且在以前所未有的加速度向外扩张，所以爱因斯坦提到的作为和引力相抗衡的宇宙常量不仅仅存在，而且大大干扰了我们的宇宙，使宇宙的膨胀速率严重失控。
根据科学家的推测，最终磅礴的暗能量会把无数的星系、恒星、行星撕裂，宇宙只会剩下无边的黑暗、寒冷[2]。
关键词：爱因斯坦宇宙常数；广义相对论；宇宙膨胀；暗能量现代天文学的研究永远绕不过的是爱因斯坦的广义相对论，因此宇宙常数就不得不摆在了天文学家们的面前。
宇宙常数从诞生初期作为弥补宇宙膨胀的额外参数而加入宇宙方程，到宇宙膨胀作为事实被证实后的惨遭抛弃，直到临近21世纪时暗物质被发现后重新登上历史的舞台，不得不说是历经磨难。
但物理学的奇妙就在于人们的认知永远处于局限之中，但又能够不断的在此之中发现新的乐趣。
19世纪最后一天，英国物理学家威廉?汤姆生在新年祝词中提到物理学的大厦已经建成，所剩的只是一些修饰工作。
但仅仅几年之后，量子理论和相对论相继问世，人们才发现物理学或许才刚刚起步。
而本文仅浅述爱因斯坦常数和暗物质，包括爱因斯坦提出宇宙常数时的原因以及“宇宙常数”在天文学发展过程中的影响。
爱因斯坦利用广义相对论的场方程建构宇宙模型，这个方程的解暗示着宇宙的大小正在改变，不是正在膨胀就是正在收缩.而爱因斯坦局限于当时对宇宙的认识，认为宇宙应该是静止的，因此他又在广义相对论引力方程中引入了一个宇宙项Λ，叫“宇宙常数”，代表宇宙物质的一个成分.这个宇宙常数起的就是排斥力的作用.有了该常数之后，引力方程同时具备了引力和斥力，正好能够达到平衡，可让宇宙“静止”下来，以致方方程的解给出一个稳定的宇宙模型.但后来科学家重新计算爱因斯坦广义相对论场方程，得出即使引入宇宙常数，宇宙模型的解也是运动的.随后天文学家哈勃（Edwin Hubble）从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行，离我们越远的星系退行运动的速度越快，这一发现被总结为哈勃定理[3]。
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收稿日期:2004-11-10;修回日期:2005-05-11作者简介:奚定平(1946 ),男,江苏南京人,深圳大学理学院教授.专题介绍爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量奚定平,何晓微,曾丽萍(深圳大学理学院,广东深圳 518060)摘要:综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系.关键词:暗能量;宇宙常数;红移;哈勃定理;真空能中图分类号:P 159;O 412.1 文献标识码:A 文章编号:1000-0712(2005)10-0035-04爱因斯坦利用广义相对论的场方程建构宇宙模型,这个方程的解暗示着宇宙的大小正在改变,不是正在膨胀就是正在收缩.而爱因斯坦局限于当时对宇宙的认识,认为宇宙应该是静止的,因此他又在广义相对论引力方程中引入了一个宇宙项 ,叫 宇宙常数 ,代表宇宙物质的一个成分.这个宇宙常数起的就是排斥力的作用.有了该常数之后,引力方程同时具备了引力和斥力,正好能够达到平衡,可让宇宙 静止 下来,以致方程的解给出一个稳定的宇宙模型.后来科学家重新计算爱因斯坦广义相对论场方程,得出即使引入宇宙常数,宇宙模型的解也是运动的.没过多久,上世纪20年代,天文学家哈勃(Ed -w in Hubble)从星系光谱的红移的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行,离我们越远的星系退行运动的速度越快,这一发现被总结为哈勃定理v =H l(1)其中,v 是星系退行速度,H 是哈勃常数,l 是星系离地球的距离.式(1)的线性关系只当l 是在小尺度范围时才成立.最新的WMAP 数据给出现时的哈勃常数H 0=71km/(s Mpc ),误差约为5%[1].在得知哈勃的发现之后,爱因斯坦不得不放弃了他的观点,承认 宇宙常数 是他科学观点中一个最大的错误.近年来,科学家们一再通过各种观测和计算证实[2],暗能量在宇宙中占主导地位,约占73%,暗物质占近23%,普通物质仅约占4%.暗能量起着推动宇宙加速膨胀的作用.从理论上讲,宇宙常数 在场方程中起着暗能量的作用.被爱因斯坦当初认为是错误的并让他极为懊悔的 宇宙常数 竟然是极有道理的.1 暗能量的观测依据1998年,两组天文学家分别独立地观察极远处的超新星,测量超新星的距离和红移,企图证明由于物质的引力作用使宇宙的膨胀速率逐渐减慢.但是,令他们吃惊的是,观察结果表明宇宙在加速膨胀.超新星即爆炸中的恒星,它的亮度是几十亿颗太阳亮度的总和.特殊的一类超新星是IA 类型的超新星,它们具有相同内禀的光度.我们肉眼所感觉到的光度表示着它离我们的距离.就像两根蜡烛,它们的光度一样,但离我们近的就会显得亮些,离我们远的就会显得稍微暗些.测定超新星的亮度,可以用来判断宇宙膨胀的速率.这是因为这种超新星的内禀光度是近似均匀的,在宇宙减速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更亮.同理,在宇宙加速膨胀中诞生的星体,其发出的光到达地球时,该星体和地球之间的距离由于膨胀加速的原因要比预计的远,因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更暗.其后,利用哈勃太空望远镜和其他地面观察仪器对更多超新星观察(300多个)表明,宇宙的膨胀很可能经历一个先减速、后加速的过程,这个重大的转变大约发生在70亿年前.宇宙膨胀加速的过程证明宇宙中确实存在负引力,它的作用表现为排斥力.这里产生负引力的能量称为 暗能量 .如图1所示.第24卷第10期大 学 物 理V ol.24No.102005年10月COL L EGE PHYSICS O ct.2005图1 观察的时间为2002年5、6月间.照片中的箭头所指的是遥远的超新星,距离我们大约80 108l.y..天文学家们使用超新星来测量宇宙膨胀的速率 引力会使得宇宙减速而 暗能量 会使得宇宙加速.很长时间以来,科学家们已经知道宇宙中的可见物质,包括星系和气体等等,其平均密度远小于宇宙临界密度.后来,科学家将暗物质考虑进去,宇宙的总能量密度也只是宇宙临界密度的1/3.宇宙的临界密度由公式 c =3H 20/8 G 给出,其中H 0是哈勃常数,G 是万有引力常量.宇宙的总能量密度缺失已被诸多实验观察所证实,特别是两个对宇宙大 图2 W MA P 测得的宇宙最老光的全天空扫描图,其中颜色显示出温度高(红色)和温度低(蓝色)的区域.尺度星系分布的全天空扫描计划 位于澳大利亚New South Wales 的Anglo -Australian 天文台的T wo -Degree Field(2DF)[3]和位于美国New M ex ico的Apache Point Observatory (APO)的Sloan Dig ital Sky Survey (SDSS),对大约几千万个星系进行精确地跟踪观测.2001年由美国NASA 发射的Wilkin -son Microwave Anisotropy Probe (WMAP)提供了宇宙微波背景辐射(CMB )的最新数据[1],如图2所示,证明宇宙是接近平坦的,也就是说,宇宙中的全部能量,包括原子、质子、暗物质和其他所有能量,应该接近临界密度.缺失的部分就是 暗能量 .科学家相信在CM B 中必定会留下暗能量的痕迹.WMAP 对CM B 的微小变化进行观测,称为CMB anisotropy .观测数据表明CMB 起伏在十万分之几的水平,这些起伏揭示了宇宙大尺度星系结构的蓝图.作为 大爆炸 的 余烬 ,宇宙微波背景辐射大约在 大爆炸 后38万年产生,光子在宇宙中穿行时会经历一系列物理过程,特别是在经过质量集中的较大星系时,这些光子将遭遇 引力陷阱 .当宇宙膨胀时,时空不断被拉伸,引力陷阱会逐渐变浅,这个现象称为Integrated Sachs-Wolfe (ISW)效应(见图3),最早是由Rainer Sachs and Art Wolfe 于40年前提出的[4].随时间变化的引力陷阱能改变通过引力陷阱的CMB 光子能量.光子在落入引力陷阱的过程中,其能量要增加,而从引力陷阱中逃逸出来时,要失去能量.质量集中的区域不断吸积其周围的物质,当吸积的速率和宇宙膨胀的速率保持一致时,引力陷阱深度固定,出来的光子能量保持不变.但是,如果宇宙加速膨胀,引力陷阱随时间而变浅,出来的光子能量要增加.反之,光子通过那些质量密度偏低的引力陷阱(势垒)时,光子能量要减少.因此,光子能量的变化会在WMAP 的CMB 上留下痕迹,质量密集星系区域的CMB 温度将出现细微上升,质量密度偏低区域的CMB 温度则下降.CM B 温度分布和大尺度宇宙结构表现出明显的关联.多个科研小组都独立地证实WMAP 数据和大尺度星系分布有明显的关联,质量密集的星系区域的宇宙微波背景辐射温度确实出现了微升[4].科学家认为,这一结果只有用暗能量才能予以解释.图3 ISW 效应:光子波长在逐渐加深的势阱中会被拉伸(红移),而在逐渐变浅的势阱中波长会收缩(蓝移).36 大 学 物 理 第24卷2 爱因斯坦宇宙方程和宇宙常数的引入对于一个均匀的和各向同性的宇宙,Robertson -Walker(R -W )度规是广义相对论讨论宇宙学问题的基础[5]:d s 2=c 2d t 2-d 2=c 2d t 2- 2(t )d r 21-kr2+r 2(d 2+sin 2d 2)(2)其中, (t)称为宇宙的尺度因子,它的变化代表宇宙大尺度的变化.于是,(r , , )构成一个特殊的坐标,它如同一个柔性的格网,大质量元在该坐标的径向位置由格点到中心的网格数确定,坐标(r , , )随着质量元运动而不断涨大,涨大的比例由尺度因子 (t)决定.k 是一个符号因子,k =+1 正曲率0 平坦空间-1 负曲率(3)爱因斯坦宇宙场方程是[5]G =8 G T(4)在这里,取光速等于1,等式的左边是度规g 的函数和它的一阶和二阶导数.G 是一与时空曲率有关的项,广义相对论告诉我们,引力产生于时空的弯曲,所以等号左边就是对引力的描述.等式右边的G 为万有引力常量.T 为能量-动量张量,代表宇宙的物质成分,包括粒子、辐射、场、暗物质和暗能量.在R -W 度规下,由式(2)可得g =10000- 2/(1-kr 2)000- 2r2- 2r 2sin(5)T 矩阵是对角的[6]:T =000 2/(1-kr 2)p0000 2r 2p 02r 2p sin(6)其中, 是宇宙平均质能密度,沿对角线分布的p 是辐射压强.场方程(4)是第一代场方程,爱因斯坦用广义相对论构建宇宙模型后发现,宇宙不是在膨胀就是在收缩,但他相信宇宙是亘古不变的,于是他修改了场方程,在其中加入了一个宇宙常数 .考虑到真空的能量-动量张量应该是Lorentz 不变的,即不同运动系的观察者看到的是相同的真空,故真空的能量-动量张量应为T= g(7)其中, 是一个和宇宙常数 成正比的常数.在暗能量的概念中, 是一个随时间缓变的函数,也就是说,真空的能量-动量张量的性质是和观察者速度有关的.加入宇宙常数后的场方程是G =8 G (T + g )(8)3 宇宙运动方程的导出在R -W 度规下,由爱因斯坦广义相对论场方程式(4)可以推得=-43G ( +3p )(9)辐射为主时期时,在辐射场中3p = ;物质为主时期时,压强为零,即3p =0.由于推导过程涉及较深的张量数学,我们也可以由牛顿定律和万有引力定律推得[7].如图4所示,在宇宙中取一个大球体,质量为M ,半径为R ,在其表面放置一个质量为m 的物体,该物体受到的力为F =m R=-GM m /R 2(10)图4将M =4 R 3/3代入得R (t)=-43G (t)R (t)R R =-43G (11)牛顿理论是引力的近似理论,只有在宇观较小尺度内才近似成立.我们可利用宇宙的尺度因子 (t )将宇宙整体运动和局部运动联系起来,代入上式得(t)=-43 G (t) (t )(12)在式(9)中取p =0即可得到式(11).式(9)表明在广义相对论中宇宙膨胀的速度变化率是和 total +3p total 成正比的. tot al +3p to tal >0时,宇宙膨胀是减速的;反之, total +3p total <0时,宇宙膨胀是加速的.第10期 奚定平等:爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量37也就是说产生负压强的能量将产生负引力.为什么压强会对宇宙的膨胀产生影响?是因为压强是气体动能的反映,非常热的原子的动能对引力是有贡献的,换言之,充满热气体(p >0)的宇宙的膨胀减速度要比充满冷气体(p =0)的宇宙的减速度要大.比较式(6)和式(7)可知,和宇宙常数相关的真空能量-动量张量的分量对应的是负压强p =-(13)再从局部能量守恒定律出发,有d( V )=-p d V其中V R 33于是有=-3( +p )(14)将式(14)中的p 代入式(8),得 d = d =-43 G +3- - 3d (15)对两边积分得2=83G 2+常数(16)远处的星系发出的光的波长在其传播过程中同样被宇宙膨胀过程拉长,波长的拉长程度可以用红移量z 表示:z = obs - e mem (17)1+z =obs em= (t obs ) (t e m )(18)式中 obs 为所观察到的光谱特征波长, e m 为发射波长.因此哈勃定理可以写成v =d l/d t =Hl ,H = /(19)结合前述哈勃常数的公式(19)与(16)得2=H 20E (z )2=H 20[ M 0(1+z )3+ R 0(1+z )4+ 0+ K 0(1+z )2](20)其中E (z )2=c, c 是当前宇宙的临界质量密度,当前宇宙的平均质量密度很接近当前宇宙的临界质量密度,即 0 c ;H 0是当前宇宙哈勃常数; 为宇宙中每一成分所占的百分比,其下角加零表示现时的数据. M 用来对普通物质密度的测量,主要是重子和非重子暗问题,显而易见,其质量密度随着宇宙变化而变化:M c-3(1+z )3(21)R 是宇宙微波背景辐射密度的百分比,辐射均匀地充斥着整个宇宙空间,在宇宙演化过程中,R -4 (1+z )4(22)是暗能量密度百分比,随宇宙膨胀变化很小. K为积分常量,通常为零.采用式(20)的符号记法,且M + R +3p 3(p - )= R -3(23)则式(8)变为=-H 2 0 M (1+z )3/2+ R (1+z )4- (24)对此可讨论如下:当宇宙大爆炸刚开始的时候,物质或星系的退行速度很大,所以相对红移量z 很大,从式(21)和(22)可知宇宙中的正常物质和暗物质所占的比例很大,故式(24)中右边前两项定会大于第三项,结果 为负,意味着宇宙减速膨胀,也就验证了前面所说的宇宙刚爆炸时引力大于负引力,使星系凝聚.随着宇宙膨胀,z 逐渐减小,(目前z 的确很小,近乎为零),正常物质和暗物质所占的比例也逐步减少,而 在加大.根据实验观察证实,现时宇宙能量的百分比为:普通物质和暗物质加在一起 M 0约为27%,暗能量 0约为73%.由此可知 为正,即表明宇宙在加速膨胀,暗能量产生的负引力大于正物质的引力.暗能量的存在导致了宇宙在加速膨胀.4 结论新的发现和此前的观测结论相结合,证实了宇宙膨胀是先减速后加速.当引力强于负引力时,宇宙间物质相互间总体表现为互相吸引,呈减速膨胀;反之,总体效果为互相背离,宇宙加速膨胀.在任何一个给定的空间里,负引力的量很小,它的作用在日常生活中不能被感觉到.但在广漠的宇宙空间中,其效果将非常强大,足以使宇宙发生膨胀,从而使星系和星系簇分离开.物理学家们普遍接受的一个观点是,宇宙空间存在着神秘力量,它的效应近似于爱因斯坦的宇宙常数 ,能与引力相抗衡使宇宙加速膨胀,它被正式称为暗能量.最新的WMAP 观察的CM B 数据证实,宇宙中大约有73%的能量密度是由暗能量组成的.科学家对暗能量是什么一无所知,可能的解释是 真空能 ,实验证明 真空能 也起着 负引力 的作用.当前,对(下转43页)38 大 学 物 理 第24卷From Bell s inequality to research of quantum informationLIU Zhi(Southwest Guizhou T eacher College for Nationalities,Xing yi,Guizhou 562400,China)Abstract:T he establishment of Bell s inequality and the ralation to the basic interpretation of quantum me -chanics are discussed.T he state of experimental test of Bell s inequality is introduced in detail since 1970s.T he discovery of entangled states and rise of research on quantum information are narrated too.Key words:Bell s inequality;quantum mechanics;EPR s arg ument;entangled states;quantum information(上接38页)暗能量的研究已取得了一定进展,但还没有完全掀开它神秘的面纱,我们期待日后可以知道暗能量密度的演化过程,及其准确的微观物理结构.寻找 暗能量 的合理解释,将是今后天文学和物理学研究面临的最重要的难题之一.宇宙常数的存在表明,即使不存在任何普通物质(即T =0),宇宙中仍存在由宇宙常数所描述的能量密度.在物理学中人们把不存在任何普通物质的状态称为真空态,从这个意义上讲,宇宙常数描述的是真空本身的能量密度,暗能量是真空本身所具有的能量.参考文献:[1] Schwarzschild ,Bertram .WM AP spacecraft maps theentir e cosmic microwave sky w ith unprecedented pr ecision [J].Physics T oday,2003,56(4):21~24.[2] 物理学的研究永无止境 李政道先生报告座谈会纪实[R].于海明,张昊,王雷根据录音整理.北京大学学报(自然科学版),2003,增刊:1~15.[3] T ay lor ,K eith ,Cannon ,et al .Anglo -Australiantelescope s 2dF facility [J].Proceedings of SP IE-T he International Societ y for Optical Engineering,1997,2871:145~149.[4] Caldw ell,Rober t R.Dark ener gy [J].Physics Wor ld,2004,17(5):37~42.[5] P eebles P J E,Ratra Bharat.T he cosmolog ical and darkenerg y [J].Reviews of M odern Physics,2003,75(2):559~599.[6] 刘辽,赵峥.广义相对论[M ].第2版.北京:高等教育出版社,2004.[7] 李复.广义相对论和宇宙学的物理基础[M ].北京:气象出版社,2000.Einstein s cosmological constant and the dark energy of cosmosXI Ding -ping,HE Xiao -w ei,ZENG L-i ping(School of Science,Shenzhen U niversity ,Shenzhen 518060,China)Abstract :The observed evidence of accelerated expansion of cosmos is presented.Derivation of role ofEinstein s cosmolog ical constant in the accelerated expansion of cosmos is made based on Einstein s field equation and dy namic equations.The relation of cosmological constant and dark energy in the cosmos is also discussed.Key words:dark energy;cosmolog ical constant;redshift;H ubble s law ;vacuum energy第10期 刘 治:从贝尔不等式到量子信息 热 43。