标准宇宙学模型
宇宙学标准模型研究宇宙演化的基本理论
宇宙学标准模型研究宇宙演化的基本理论宇宙学标准模型是研究宇宙的基本理论框架，它对宇宙中各种物质和能量的演化规律进行了系统的描述和解释。
它是目前被广泛接受的宇宙学理论，可以从不同的角度来解释宇宙的起源和演化。
一、宇宙学标准模型的构成宇宙学标准模型由宇宙大爆炸理论、宇宙膨胀理论、暗物质和暗能量理论等多个部分组成。
宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个初始的奇点，从而解释了宇宙的起源问题；宇宙膨胀理论则描述了宇宙的膨胀和扩张过程；暗物质和暗能量理论则从不同角度解释了宇宙的结构和演化。
二、宇宙学标准模型的演化过程根据宇宙学标准模型的理论，宇宙的演化经历了不同的阶段。
在初始的宇宙大爆炸之后，宇宙经历了一个快速膨胀的阶段，这个阶段被称为暴涨期。
在暴涨期之后，宇宙进入了膨胀期，宇宙中的物质和能量逐渐分布形成了星系、恒星和行星等天体结构。
在这个过程中，暗物质的存在对宇宙的结构形成和演化起到了重要的作用。
最近的研究表明，宇宙的扩张速度正在加快，这被解释为暗能量的存在。
三、宇宙学标准模型的观测与验证宇宙学标准模型的理论是通过观测和实验进行验证的。
天文学家利用望远镜观测到了宇宙微波背景辐射的存在，并且其分布符合宇宙大爆炸理论的预测。
同时，观测到的星系和宇宙结构分布也与标准模型的预测相一致，这进一步验证了标准模型的有效性。
此外，还有一系列的实验证据表明了暗物质和暗能量的存在。
这些观测和实验结果为宇宙学标准模型的研究提供了有力的支持。
四、宇宙学标准模型的问题与挑战虽然宇宙学标准模型在解释宇宙演化方面取得了很大的成功，但它仍存在一些问题和挑战。
其中之一就是对暗物质和暗能量的本质和性质的不了解。
虽然它们对宇宙的演化起着重要的作用，但我们尚未直接观测到这些物质和能量。
因此，寻找暗物质和暗能量的性质是当前宇宙学研究面临的重要问题之一。
此外，宇宙学标准模型还需要与其他物理学理论进行统一，例如与量子力学和引力理论的统一。
总结起来，宇宙学标准模型是研究宇宙演化的基本理论框架。
宇宙概观知识点总结大全
宇宙概观知识点总结大全一、宇宙的起源与发展1. 大爆炸理论大爆炸理论被广泛接受为宇宙起源的最主流理论。
该理论认为，宇宙曾经处于一个高度热密度、高度能量的状态，然后在一次大规模的爆炸中迅速膨胀并冷却，形成了我们所知的宇宙。
2. 宇宙演化在大爆炸后，宇宙经历了漫长的演化历程。
从最初的高能量高温状态到今天的不断膨胀的宇宙，形成了各种星系、恒星、行星等天体。
3. 宇宙膨胀宇宙的膨胀是目前被广泛接受的宇宙演化模型。
根据观测数据和理论模型，宇宙的膨胀是一种不断加速的现象，这一发现被认为是宇宙学中的一大突破。
4. 星系的形成与演化星系是宇宙中的重要组成部分，其形成与演化是宇宙学研究的重要课题。
星系的形成多与宇宙初期的结构形成和引力作用有关，而星系的演化主要受到恒星生成、超新星爆发等因素的影响。
二、宇宙结构与成分1. 宇宙中的星系星系是由恒星、行星、星际物质等组成的天体系统。
在宇宙尺度上，星系以各种形式存在，包括螺旋星系、椭圆星系、不规则星系等。
2. 星际物质星际物质是指填充在星系之间的物质，包括气体、尘埃、暗物质等。
星际物质对星系的形成和演化具有重要影响，同时也是宇宙中的重要物质来源。
3. 恒星恒星是宇宙中的光源，其形成与演化是天文学研究的重要内容。
不同类型的恒星对宇宙结构和化学元素的形成都有重要影响。
4. 行星与卫星行星和卫星是围绕恒星或其他天体运转的天体，它们的形成与演化也是宇宙学中的重要课题。
地球、木星、土星等行星及其卫星都是我们熟悉的星体。
5. 黑洞黑洞是宇宙中一种极端的天体，其引力极大，甚至连光都无法逃离其范围。
黑洞是宇宙中许多重要现象的产生地，如宇宙射线、喷流等。
6. 宇宙中的暗物质和暗能量暗物质和暗能量是宇宙学中的两大谜团。
暗物质是宇宙中的一种未知物质，其存在可以解释一些天体运动的规律性。
暗能量则是一种未知力量，其作用被认为是导致宇宙加速膨胀的原因。
三、宇宙中的物理现象与事件1. 宇宙射线宇宙射线是宇宙中产生的高能粒子，其来源可能包括超新星爆发、活动星系核、黑洞等。
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。
宇宙学中的宇宙学模型与多宇宙理论
宇宙学中的宇宙学模型与多宇宙理论宇宙学是研究宇宙的起源、演化和性质的学科。
在宇宙学中，我们常常使用宇宙模型来描述整个宇宙的结构和行为。
同时，多宇宙理论也是近年来备受关注的研究领域之一。
本文将就宇宙学模型和多宇宙理论进行探讨。
一、宇宙学模型宇宙学模型是一种用数学语言描述宇宙演化的理论框架。
目前，宇宙学模型的最基本形式是大爆炸理论，也就是我们常说的宇宙起源于一个巨大的爆炸事件——宇宙大爆炸。
根据大爆炸理论，宇宙在约138亿年前由一个极其高密度和高温的起源点开始膨胀演化。
根据观测数据和理论计算，目前主流的宇宙学模型是标准宇宙模型，也称为Λ-CDM模型。
Λ-CDM模型认为宇宙主要由暗能量（Λ）、暗物质（CDM，冷暗物质）和可见物质组成。
该模型认为宇宙在起源后经历了快速膨胀的暴涨期，然后进入了漫长的膨胀期，至今仍在持续膨胀。
二、多宇宙理论多宇宙理论是指存在着多个宇宙的学说。
根据多宇宙理论，宇宙可能是一个巨大的多维空间中不同的气泡或宇宙泡。
每个宇宙泡都有着不同的物理常数和初条件，从而导致不同的宇宙演化。
多宇宙理论提出的一个重要观点是“终极理论的风景”。
根据这个观点，无论哪个宇宙泡里的物理规律如何，宇宙总会选择具备适宜生命存在的物理条件的宇宙泡。
这种选择性称为生命偏倚，即宇宙模型的微调问题。
三、宇宙学模型与多宇宙理论的联系宇宙学模型和多宇宙理论在某种程度上是相辅相成的。
宇宙学模型提供了我们了解宇宙起源和演化的框架，而多宇宙理论则为宇宙学模型的微调问题提供了一种可能的解释。
多宇宙理论认为宇宙的微调问题可以通过存在多个宇宙泡来解释。
每个宇宙泡的物理常数和初条件不同，从而导致了宇宙的微小差异。
而我们所处的宇宙泡可能正是具备适宜生命的物理条件，因此才有了人类的存在。
然而，多宇宙理论也面临一些挑战和争议。
一方面，由于我们无法直接观测到其他宇宙泡，所以多宇宙理论属于哲学性质的学说，缺乏直接的实证证据。
另一方面，多宇宙理论也无法解释为何我们所处的宇宙泡具备适宜生命存在的物理条件。
标准宇宙学模型（ＰＤＦ）
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。
2228()33R G k H R R πρΛ≡=+− (1) 被称为弗里德曼方程。
它表明宇宙的膨胀实际上由三项来共同驱动：物质项，宇宙学常数项以及曲率项。
2临界密度 c ρ 与宇宙的密度参量M Ω ΛΩ我们将F riendman 方程（1）的形式改变一下22228133G k H H R H πρΛ=+−（2） 物理学中习惯以临界密度238c H Gρπ≡（3） 为单位来表示宇宙的密度参量，则（2）式可化为1()()()M k t t t Λ=Ω+Ω+Ω（4）其中2c 2228()3()3()M k G t H t H k t R H ρπρρΛ Ω== Λ Ω= Ω=−（5） （4）式是弗里德曼方程的另一种形式。
()M t Ω 和 ()t ΛΩ 分别为以c ρ 为单位的宇宙的平均物质密度和真空能密度， ()k t Ω 表示宇宙曲率的贡献。
c ρ 是随时间变化的，它的值由哈勃参量决定。
为统一，我们用不带t 的量表示今天的值，即1M k Λ=Ω+Ω+Ω其中00200202200833M c k G H H k R H ρπρρΛ Ω== ΛΩ= Ω=−（6） 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 M Ω ，真空能密度 ΛΩ ，以及哈勃参量等参量可以通过天文观测得到。
我们可以将弗里德曼方程的第二种形式中的各参量 ()M t Ω ，()t ΛΩ ，()k t Ω ，与今天的参量M Ω ΛΩ k Ω联系起来：223000222002200222022220002222220088()()(1)33()()33()()(1)M k k G H H G t z H H H H H H t H H H H R H H k k t z R H R H R H H πρπρρρΛΛΛ Ω==⋅⋅=Ω+ ΛΛ Ω==⋅=Ω Ω=−=−⋅⋅=Ω+（7） 从以上各式，我们可以将物质为主的宇宙的弗里德曼方程化为：(){}22200()111M R H z z R −Λ =+Ω++−Ω （8） 上式中我们把0R R 作为一个宗量来处理，它在今天的值为1。
标准模型拉格朗日密度
标准模型拉格朗日密度1. 引言好吧，朋友们，今天我们来聊聊一个非常酷炫的话题——标准模型拉格朗日密度。
听起来是不是很高大上？其实它就像是宇宙的菜单，告诉我们宇宙中的各种粒子是如何相互作用的。
就像你去餐厅时会看到的菜单一样，这个“菜单”上列出了不同的“菜品”，但这些菜品可不是鸡鸭鱼肉，而是夸克、轻子和各种力的载体！一开始可能觉得有点复杂，但放心，我会把它变得简单易懂，咱们一起聊聊这背后的故事。
2. 标准模型的核心2.1 什么是标准模型？标准模型是物理学中一个非常重要的理论，它就像是粒子物理的“古登堡大典”。
它告诉我们，构成我们这个世界的基本粒子有哪几种，以及它们之间是如何通过不同的力相互作用的。
简单说，它是我们理解宇宙的一把钥匙。
想象一下，整个宇宙就像一个大型的拼图，而标准模型就是那张说明书，告诉我们每一块拼图应该放在哪儿。
2.2 拉格朗日密度的角色那么，拉格朗日密度在这个拼图中扮演什么角色呢？它就像是一个调味品，把所有的粒子和力的关系调和在一起。
拉格朗日密度包含了系统的所有信息，包括粒子的种类、它们的质量、以及它们之间的相互作用。
它用一个数学公式把这些复杂的关系表达出来，听起来很抽象，但其实它为我们提供了理解宇宙运作方式的基础。
3. 拉格朗日密度的组成3.1 粒子与场拉格朗日密度的组成部分就像是调料架上的各种调料。
首先，咱们得提到的是“场”。
在量子场论中，粒子并不是孤立存在的，而是通过场来相互作用的。
就像水流动一样，鱼在水中游动，粒子在场中活动。
标准模型中的每一种粒子都有对应的场，比如电子场、夸克场等等。
拉格朗日密度就是把这些场的特性和相互作用写成公式。
3.2 相互作用接下来，就是相互作用的部分了。
我们知道，物质之间的互动可不是随便的。
有些粒子喜欢互相吸引，有些则互相排斥。
这里的“相互作用”包括电磁力、弱力和强力。
拉格朗日密度通过一系列的项把这些互动关系表达出来，让我们一目了然。
这就像是在烹饪时加调料，要掌握好火候和量，才能做出美味的佳肴。
标准模型
自古以来，寻找宇 宙的终极规律一直 是人们的梦想。近 代科学发现，宏观 尺度上的宇宙和微 观尺度上的基本粒 子存在某些紧密地 联系。 因此，微观尺度上 粒子的基本模型也 就成为了解释宇宙 奥秘的钥匙。
什么是标准模型
自然界有四种基本 作用力，万有引力， 电磁力，弱作用力 跟强作用力。电磁 力跟弱作用力已经 被统一成为电弱理 论。标准模型便是 在次原子尺度下希 望统合电弱作用力 跟强作用力的理论。
此外还有四种媒介交互作用的媒介 子(Mediator)，用来传递粒子之间 的交互作用力。
现存的物质，主要是由第一世代的 基本粒子所组成，而第二第三世代 的粒子大多已经衰变成为第一代的 基国 物理学家默里〃盖尔 曼和G.茨威格各自独 立提出了中子、质子 这一类强子是由更基 本的单元——夸克 (quark)组成的。它们 具有分数电荷，是电 子电量的2/3或-1/3倍， 自旋为1/2。
希格斯玻色子对完善粒子物理学理论有 重要意义。经过长时间的研究和索，科学家 们曾建立起被称为标准模型的粒子物理学理 论。该标准模型以夸克、轻子作为基本粒子， 以弱电统一和量子色动力学理论为主要框架。 标准模型预言了62种基本粒子的存在，这些 粒子几乎都已被实验所证实，希格斯玻色子 是最后一种未被发现的基本粒子。因此，寻 找该粒子，被有人比喻为粒子物理学领域的 “圣杯”。
标准模型之父 格拉肖(sheldon lee glashow)
1975年，他和合作者一起在 电弱统一理论和量子色动力 学的基础上，提出了把弱相 互作用、电磁相互作用、强 相互作用统一起来的大统一 理论，在基 本粒子和场论的 理论研究以及宇宙学的研究 中都有较大的影响。正是由 于这些成就，他与S.温伯格、 A.萨拉姆共同获得了1979年诺 贝尔物理学奖。 粒子物理标准模型堪称是二十世纪物理学取得的最重大成就之一。 格拉肖教授是粒子物理标准模型奠基人之一，也是大统一理论的 开创者，他还成功地预言了粲夸克的存在。
智慧树答案粒子宇宙学知到课后答案章节测试2022年
第一章1.平时怎样的课后工作有助于提高对本课程的理解答案:写文献阅读报告;阅读相关文献;多讨论2.推荐的文献查阅网站有哪些答案:arxiv;inspirehep第二章1.标准宇宙学认为我们宇宙的三维空间几何可能是答案:三维平面;三维双曲面;三维球面2.下列哪些项是标准宇宙学认为的宇宙经历过的时期答案:暗能量主导时期;辐射主导时期;物质主导时期3.下列哪一项天文观测无法支持宇宙学原理的假设答案:对日食月食的观测4.哈勃参数的物理含义答案:描述宇宙膨胀的速率5.光度距离等于角距离答案:错6.标准宇宙学认为描述我们宇宙整体演化的方程是答案:爱因斯坦方程7.哈勃定律只在低红移处近似成立答案:对8.描述我们宇宙背景的度规是答案:FRW度规9.宇宙学原理是说我们宇宙在小尺度上是均匀且各相同性的。
答案:错10.一个张量场如果是均匀的那么也一定是各向同性的答案:错第三章1.宇宙经历过的热历史阶段有答案:QCD相变;中微子退耦;重子生成（Baryongenesis）;弱电相变2.宇宙热历史中没有发生过正负电子湮灭的过程答案:错3.宇宙学相变过程发生在电子质子复合阶段之前答案:对4.宇宙微波背景辐射是在原初核合成阶段产生的答案:错5.原初核合成发生在宇宙诞生后的大约什么时刻答案:3分中6.当温度等于100GeV时，宇宙发生的过程是答案:弱电相变7.只有当粒子间相互作用速率远小于哈勃参数时，热力学平衡才能实现答案:错8.当温度等于0.3eV时，宇宙发生的过程是答案:电子质子复合成氢原子9.发生在原初核合成之后的过程是答案:电子质子复合成氢原子10.与宇宙正反物质不对称相关的过程是答案:重子生成（Baryongenesis）第四章1.因为天王星轨道的扰动，人们才意识到海王星的存在答案:对2.以下什么过程受到了宇宙学扰动的巨大影响？答案:结构形成3.在SVT分解中，不包含哪种量的分解答案:旋量4.在线性扰动理论中，空间平移不变性保证了扰动模式的什么性质答案:不同k模间独立演化5.在线性扰动理论中，空间旋转不变性保证了扰动模式的什么性质答案:不同螺旋度的扰动独立演化6.在SVT分解中，标量扰动的真实物理自由度有多少个答案:27.如何解决规范量带来的麻烦？答案:不做处理正常计算;选取规范;使用规范不变量8.牛顿规范下,空间不存在扰动答案:错9.同步规范下，时间不存在扰动答案:对10.高斯型扰动的偶数点关联函数恒为0答案:错第五章1.玻耳兹曼方程描述了分布函数随时间的演化答案:对2.玻耳兹曼方程右侧C[f]项的含义是答案:其它粒子与该粒子的相互作用3.下列哪项不是标准宇宙学中在早期宇宙需要考虑的相互作用答案:中微子与暗物质的相互作用4.能从玻耳兹曼方程中直接导出的方程是答案:能量守恒方程5.由于逆反应非常微弱所以在玻耳兹曼方程中只需考虑正反应就行了答案:错6.对于光子来说，其整体温度的演化规律是答案:反比于尺度因子7.对于研究物质的扰动来说只需要考虑零阶的玻耳兹曼方程就够了答案:错8.康普顿散射指的是答案:电子与光子之间的散射9.标准宇宙学模型中冷暗物质粒子与质子间之间直接的相互作用可以忽略不计答案:对10.与玻耳兹曼方程描述的物理过程相关的观测事实是答案:宇宙大尺度结构;宇宙微波背景辐射的温度;宇宙中氢元素与氦元素的比例;宇宙微波背景辐射的温度涨落第六章1.大爆炸学说一般面临一些什么疑难答案:视界疑难;熵疑难;平坦性疑难2.为了解决几项疑难，宇宙学背景应至少满足哪几项条件答案:加速膨胀;减小的共动哈勃半径;负压强3.哪一项不是旧暴胀模型的特征答案:相变时温度极高4.旧暴胀模型中泡泡碰撞会产生极大的不均匀性和各向异性答案:对5.考虑一个标量场诱导的慢滚暴胀模型，暴胀场满足什么运动方程答案:克莱因戈登方程6.慢滚暴胀时慢滚参数要接近于1答案:错7.如果一个慢滚暴胀模型有吸引子解，说明该暴胀与初始条件无关答案:对8.混沌暴胀属于那种暴胀类型答案:大场暴胀9.一般慢滚暴胀退出的判定依据是什么答案:慢滚参数趋于110.重加热一般发生在暴胀开始前答案:错第七章1.在结构形成中起主要作用的两种“力”是答案:引力;物质的压力2.标准宇宙学认为在暴涨结束的宇宙早期所有的扰动模均在哈勃半径之内答案:错3.标准宇宙学认为在在辐射主导阶段与物质主导阶段共动哈勃半径不断增大答案:对4.对于大尺度的扰动模的演化，扰动在穿越辐射物质相等的时期后，引力势的变化的因子是答案:437185.对于大尺度的扰动模的演化，扰动在物质主导阶段穿越哈勃半径时，引力势不变答案:对6.引力势的演化与物质扰动的演化规律是完全一样的答案:错7.对于小尺度扰动模的演化，在辐射主导阶段穿越哈勃半径时，引力势与物质扰动的变化规律分别为答案:引力势变小，物质扰动变大8.转移函数刻画的是扰动功率谱的什么性质答案:形状9.对于大尺度结构的扰动模，转移函数为答案:等于110.物质扰动功率谱有哪些部分构成答案:原初扰动功率谱;增长因子;转移函数第八章1.我们看到的宇宙微波背景辐射（CMB）光子实际上近似为光子被最后一次散射后的景象答案:对2.在紧耦极限（Tightly coupled limit）时，对于较小的角尺度，CMB的各向异性较小答案:对3.Sachs-Wolfe效应指的是引力势随时间的演化带来的影响答案:错4.在复合阶段过后，CMB的各向异性将不再发生改变答案:错5.对于较大角尺度的CMB的TT谱，观测误差较的物理起因是答案:所能获得的样本数较少6.下列哪些宇宙学参数会对CMB的各向异性功率谱产生影响答案:再电离光深;宇宙三维空间曲率;物质密度;重子密度7.宇宙学常数主要通过什么因素影响到CMB的各向异性功率谱答案:引力势随时间的演化规律8.下列哪些项是CMB的TT谱的特征答案:较高的峰与较低的峰交替出现;角尺度较大时变化较为平缓;第一个峰的高度最大9.如果不考虑系统误差，TT谱哪一部分的数据或特征对我们提取宇宙极早期比如暴胀阶段的信息最为重要答案:角极距l较小区间的数据10.下列CMB观测实验按发布结果的时间排序从早到晚依次是答案:COBE，WMAP，Planck第九章1.高斯分布的一个特征是什么答案:奇数阶关联函数为02.非线性参数也是一个重要的宇宙学常数答案:对3.Komatsu-Spergel local form的非高斯大小约等于多少答案:满滚参数ε4.我们讲了哪几种形状的双谱？答案:折叠;正交;局域;等边5.我们可以如何得到相互作用项答案:扰动展开到高阶6.inin形式和和量子场论相互作用理论的主要区别是什么答案:初末态不一样7.相互作用图像下，自由场的哈密顿量是克莱因戈登方程的线性解答案:错8.ADM形式有什么优点？答案:容易解出约束;有清楚的物理意义9.最小耦合模型作用量展开到二阶，可以得到mukhanov-sasaki方程答案:对10.相互作用项在作用量展开到二阶后悔出现答案:错第十章1.反弹宇宙学模型能够解决大爆炸奇点问题答案:对2.反弹宇宙学模型依然解决不了Trans-Planckian问题答案:错3.从弗里德曼方程看来，要想得到一个反弹点，需要违反能量条件答案:对4.火劫模型（Ekpyrotic model）是第一个非奇异反弹宇宙模型答案:错5.下列哪些是火劫模型的预言结果答案:几乎标度不变的功率谱;大的原初非高斯性;没有张量扰动模6.在反弹点，哈勃参数与哈勃参数对宇宙时的导数满足答案:哈勃参数等于0，哈勃参数对宇宙时的导数大于07.下列哪一种物质有可能驱动反弹的发生答案:处于鬼凝聚态（Ghostcondensate）的标量场8.下列不属于当前各种反弹宇宙模型可能面临的疑难是答案:反弹过后无法维持宇宙的持续膨胀9.将黑洞的奇点定理推广到整个宇宙的是谁答案:史蒂芬·霍金10.奇点定理中的奇点实际上指的是答案:时空的测地不完备性（geodesicincompleteness）第十一章1.在标准的单场慢滚暴胀模型中，宇宙在暴胀期间获得温度答案:错2.宇宙重加热与预加热学说是为了解决宇宙起源的Trans-Planckian问题答案:错3.重加热过程发生在暴胀之后答案:对4.宇宙预加热过程可以产生引力波答案:对5.宇宙重加热过程发生在预加热过程之前答案:错6.宇宙重加热与预加热过程用宇宙学微扰论的线性方程就能完全描述答案:错7.宇宙预加热过程需要的参数共振是宽共振答案:对8.描述预加热过车中参数共振现象的方程是答案:马修方程9.宇宙重加热过程的作用是答案:使宇宙热化，即产生的粒子达到热平衡态。
标准宇宙模型的内容
标准宇宙模型的内容标准宇宙模型是人类对于宇宙的描述和解释。
它是科学界对于宇宙演化历史和宇宙结构的一个共识性理论。
标准宇宙模型是在爱因斯坦的广义相对论基础上建立的一个理论框架，其主要包括宇宙演化史、宇宙结构和宇宙能量组成三个部分。
第一部分：宇宙演化史标准宇宙模型认为，宇宙的演化历史可分为四个不同的阶段。
第一阶段是宇宙创始时刻，也即是“大爆炸”时刻，在大爆炸之后，宇宙以极快的速度膨胀，这一过程持续了约10^{-35}秒，这被称为宇宙的“膨胀时期”。
接下来的阶段被称为“辐射时期”。
在这一时期，宇宙中的物质以及辐射强烈的相互作用导致宇宙处于非常热和密集的状态。
这个阶段持续了约10万年。
第三个阶段为“物质为主的时期”。
这一时期的特征是宇宙中的物质和辐射分开了，宇宙中的物质可以自由地沿着引力的方向聚集形成星系和星云。
这个时期大致持续了13.8亿年。
最后一个阶段被称为“加速膨胀时期”，在这一时期，宇宙的膨胀加速。
这个时期的存在是为了解释观测到的宇宙定向膨胀的现象。
第二部分：宇宙结构标准宇宙模型认为，宇宙是由大量的星系和星云组成的。
星系和星云之间有着巨大的距离，这是因为早期宇宙的小扰动在宇宙的膨胀作用下形成了密度波，它们演化进一步形成了大尺度的密度结构。
而大尺度结构的形成则依赖于宇宙中的暗物质。
暗物质是一种不参与电磁相互作用的物质，因此对它们的探测非常困难。
不过近年来的实验数据已经极大地支持了暗物质的存在，并且暗物质的密度约占宇宙总质量的85%左右。
宇宙中的能量密度与其密度结构紧密相关。
标准宇宙模型认为，宇宙的能量密度大致由三个部分组成：物质、辐射和暗能量。
前两个部分都是可以看见的，而暗能量是一种神秘的能量，我们目前并不知道其性质。
第三部分：宇宙能量组成现代粒子物理实验的进步是研究宇宙能量组成的重要手段。
目前我们所知道的基本粒子共有12种，而宇宙中大约还有4%的物质是等离子态的原子。
此外，还有约1%的物质是由中微子构成的，它们是电中性、质量很小的粒子，它们的存在被广泛认同，但是我们目前还无法直接地探测它们。
物理学中的宇宙学模型和宇宙膨胀的数值模拟
物理学中的宇宙学模型和宇宙膨胀的数值模拟宇宙学是研究宇宙的起源、演化和性质的学科。
在物理学中，我们使用宇宙学模型和数值模拟来探索宇宙的膨胀过程以及形成结构的机制。
本文将介绍宇宙学模型的基本原理，以及如何使用数值模拟来模拟宇宙膨胀过程。
一、宇宙学模型宇宙学模型是描述宇宙演化的理论框架，它基于爱因斯坦的广义相对论和观测到的宇宙现象。
宇宙学模型通常包括宇宙的时空结构、宇宙的组成物质以及宇宙的初始条件。
1.1 宇宙的时空结构宇宙的时空结构可以用爱因斯坦场方程来描述。
根据这些方程，宇宙的演化受到宇宙学常数、曲率以及能量密度的影响。
宇宙学常数描述了宇宙的加速膨胀，曲率则决定了宇宙的几何形状。
能量密度包括各种物质和能量，如普通物质、暗物质和暗能量。
1.2 宇宙的组成物质宇宙的组成物质对宇宙的演化起着重要作用。
根据观测数据，宇宙主要由普通物质和暗物质构成，而暗能量占据了宇宙能量密度的绝大部分。
普通物质包括我们所熟知的原子、分子以及星系等物质，而暗物质是一种不发光的物质，它通过引力相互作用影响宇宙的结构。
1.3 宇宙的初始条件宇宙的初始条件通常被假设为大爆炸宇宙学模型。
据这一模型，宇宙在起源时处于高度炽热和高度致密的状态，在经历了宇宙膨胀之后逐渐冷却和结构化。
宇宙学模型还包括初期的密度扰动以及宇宙微弱的温度涨落，这些都对宇宙演化的结构形成起到了关键作用。
二、宇宙膨胀的数值模拟宇宙膨胀的数值模拟是通过计算机模拟来研究宇宙的演化过程。
它基于物理学原理以及观测到的宇宙结构，通过数值计算来模拟宇宙的膨胀和结构的形成。
2.1 宇宙初始条件的设定宇宙膨胀的数值模拟需要设定宇宙的初始条件，包括宇宙的能量密度、密度扰动以及辐射等参数。
这些初始条件可以基于观测数据进行设定，也可以通过合理的推测来得到。
设定初始条件是数值模拟的关键，它将决定模拟结果的准确性和可靠性。
2.2 模拟方法和算法宇宙膨胀的数值模拟需要选择合适的模拟方法和算法。
研究相对论中的宇宙学中的标准模型
研究相对论中的宇宙学中的标准模型相对论是物理学中的一大突破，它深刻地改变了对时间、空间和引力的认识。
而宇宙学则是研究整个宇宙的起源、演化和结构的学科。
在相对论理论框架下，宇宙学发展出了一套描述宇宙演化的标准模型，今天我们将来研究相对论中的宇宙学中的标准模型。
一、宇宙学的背景为了更好地理解相对论中的宇宙学标准模型，首先我们需要了解一些宇宙学的背景知识。
宇宙学研究的是宇宙的起源、演化和性质，从宇宙大爆炸理论到暗能量和暗物质的研究，都是宇宙学的一部分。
在宇宙学中，标准模型是用来描述宇宙的物质成分和演化历史的理论框架。
它基于相对论和量子力学的基本原理，将宇宙的发展分为不同的阶段，从宇宙大爆炸开始，到宇宙的加速膨胀阶段，再到现在观测到的宇宙结构的形成。
二、宇宙学标准模型概述宇宙学标准模型主要包括宇宙的组成和演化历史两个方面。
在宇宙的组成方面，标准模型认为宇宙主要由普通物质、暗物质和暗能量三部分组成。
普通物质是我们熟悉的物质，包括原子、分子和星系等。
暗物质是一种无法直接观测到的物质，但是通过其对宇宙的引力影响可以推测出其存在。
暗能量是一种导致宇宙加速膨胀的神秘能量。
在宇宙的演化历史方面，标准模型将宇宙的历史分为几个关键时期。
首先是宇宙大爆炸时期，宇宙从一个非常炽热的状态开始膨胀。
然后是暴胀时期，宇宙经历了一段极快的加速膨胀。
接着是辐射优势时期，宇宙逐渐冷却并变得辐射优势。
再到物质优势时期，宇宙的物质成分逐渐占据主导地位。
最后是暗能量优势时期，宇宙加速膨胀并成为目前观测到的状态。
三、标准模型的证据与预测标准模型得到了大量观测和实验的支持，并且具有一些重要的预测。
其中，宇宙微波背景辐射是对宇宙大爆炸理论的一大支持。
该辐射是宇宙初始时期的残留，通过观测可以得到关于宇宙演化的关键信息。
此外，标准模型也对暗物质的性质做出了一些推测。
虽然我们无法直接观测到暗物质，但是通过对宇宙结构的研究，可以确定暗物质占据了宇宙总物质的很大比例。
平行宇宙理论研究全新标准模型突破点
平行宇宙理论研究全新标准模型突破点引言：平行宇宙理论是物理学中极具争议和吸引力的研究领域之一。
在这个理论中，假设存在多个平行的宇宙，每个宇宙拥有自己独特的物理规律和初始条件。
这一概念的出现，对我们对宇宙的理解提出了挑战，同时也为我们提供了探索宇宙深处的契机。
然而，我们仍然面临着很多未解之谜。
本文将探讨平行宇宙理论的全新标准模型突破点，并分析其带给科学领域的影响。
一、超弦理论与平行宇宙超弦理论是近年来引起了广泛关注的一种理论，它试图将量子力学和引力相统一，并为平行宇宙提供了理论支持。
根据超弦理论，我们的宇宙并非三维的，而是由多个隐藏的维度所构成。
这些隐藏的维度是无法直接感知的，它们在我们的宇宙中卷曲成微小的形状，只有在极高能碰撞实验中才能显现出来。
超弦理论提出，平行宇宙也可能存在于这些隐藏维度中。
通过研究超弦理论，我们或许能够突破平行宇宙理论的新标准模型。
二、多宇宙和宇宙膨胀根据宇宙膨胀理论，我们的宇宙正在以加速度膨胀，而这个宇宙膨胀的速率可能与其他平行宇宙有所关联。
据推测，宇宙正在以指数级速度扩张，并将导致宇宙中的物质逐渐稀疏。
而在平行宇宙中，可能存在着与我们宇宙类似的膨胀现象。
这种膨胀现象的突破点可能在于研究我们宇宙和其他平行宇宙之间的关联性，以及它们之间的互相影响。
三、暗物质和平行宇宙暗物质一直是天文学和物理学领域中的一个谜团。
尽管我们无法直接观测到暗物质，但根据物质与能量守恒定律，我们可以得出宇宙中存在着大量的暗物质。
在一个平行宇宙中，也可能存在类似的暗物质。
通过研究我们宇宙和其他平行宇宙的暗物质分布规律，我们或许能够推测出暗物质的组成和特性，进而突破平行宇宙理论的新标准模型。
四、宇宙微波背景辐射和平行宇宙宇宙微波背景辐射是宇宙形成后留下的热辐射，它是宇宙学中的一个重要证据。
通过分析宇宙微波背景辐射中的各向异性，我们可以了解宇宙的起源和演化。
在平行宇宙理论中，宇宙微波背景辐射的获得和分析同样具有重要的意义。
标准模型理论
标准模型理论标准模型理论是一种被认为是由20世纪初开始形成的一种物理宇宙模型，它是一种描述基本粒子和力之间关系的理论，它是一个有效的数学模型，它提供了一种极其有效的描述宇宙的方法。
一、标准模型理论的背景在20世纪初，物理学家认识到宇宙的基本组成，它由电子、质子、中子和原子核组成，它们又称为基本粒子。
它们之间的相互作用产生了四种力：引力、弱相互作用、强相互作用和自发力。
这四种力的作用范围有所不同，引力的作用距离最远，可以作用于宇宙的最大范围，而自发力的作用距离最近，只能作用于原子核的尺度。
二、标准模型理论的内容标准模型理论是一种描述基本粒子和力之间关系的理论，它是一个有效的数学模型，它提供了一种极其有效的描述宇宙的方法。
该模型假设宇宙由基本粒子和四种力组成，每种力受到一个特定粒子的质量和其他粒子之间的相互作用的影响。
标准模型理论描述了宇宙中的基本粒子和力之间的关系，包括它们的质量、能量和其他物理性质，它们之间的相互作用以及每种粒子发出的力的范围等。
该模型假设宇宙由基本粒子和四种力组成，而且假定这些粒子和力是相互独立的，彼此之间不会相互作用。
三、标准模型理论的应用标准模型理论可以用来解释宇宙的结构和组成，它也可以用来解释宇宙的演化过程。
它可以帮助人们更好地理解宇宙的运行原理，也可以帮助人们更好地了解宇宙的演化过程。
标准模型理论还可以用来帮助我们更好地理解宇宙中的宇宙学现象，比如宇宙的膨胀和衰变等。
该理论也可以用来帮助人们更好地理解宇宙中的黑洞和中微子等现象。
四、标准模型理论的未来尽管标准模型理论已经被广泛应用，但它也存在一些问题，比如它无法解释宇宙中的暗物质和暗能量等现象。
因此，未来的研究应该集中在解释宇宙中的暗物质和暗能量等问题上，以更深入地理解宇宙的结构和演化过程。
此外，还应继续深入研究宇宙中的各种物理现象，比如宇宙的膨胀和衰变、黑洞和中微子等，以更好地理解它们的本质和作用机制。
总之，标准模型理论是一种有效的物理宇宙模型，它对宇宙的研究有重要的意义，未来的研究应该基于该理论，以便更深入地理解宇宙的结构和演化过程。
现代宇宙学简介(2)
四十年后，这种天文观测和理论的尴尬遭遇又 再次上演。天文学家观测星系中恒星的运行速 度，观测的结果让他们目瞪口呆： 围绕星系中心旋转的恒星，无论距离远近，旋 转速度趋于一致。
当你把一切不可能的结论都排除之后，那剩下的， 不管多么离奇，也必然是事实。 ——夏洛克.福尔摩斯
暗能量
观测一：
什么叫测到了真空能？
真空能肯定被测到了吗？
关于真空能（暗能量）问题
何谓真空？ 经典物理： 量子物理：
真空 = 完全没有物质 真空能密度只能是零． 真空 = 场处于基态 真空能密度不一定为零．
若不为零，它将产生引力．
关于真空能（暗能量）问题
什么叫测到了真空能？
1. 真空产生的引力只能用广义相对论处理。 2. 真空产生的是斥性引力。( Repulsive gravity ) 3. 测到的是宇宙在加速膨胀。人们把它作为真 空能存在的证据。
Before WMAP
WMAP
High precision
精确宇宙学的诞生
结
语
Kelvin：19世纪物理学
物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云：
“以太”与“黑体谱”——导致了世纪性的革命 ——相对论与量子力学。
现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）： “暗能量”与“暗物质”——会导致什么？
暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的“招”？
宇宙成分分配
Ostriker & Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909
暗能量： 73%； 暗物质： 23%； 普通物质: 4%（恒星, 星系际气体, 辐射, 黑洞, …）
标准模型及其组成
标准模型及其组成标准模型，又称为粒子物理学标准模型，是描述了基本粒子及其相互作用的理论框架。
它是由一系列基本粒子和相互作用粒子所组成，并通过奈尔斯·玻尔的工作得到了进一步的发展和完善。
标准模型是现代物理学的重要基础，对于研究基本粒子及其相互作用有着重要的指导意义。
一、标准模型的基本粒子及其特性标准模型认为，宇宙的构成基本粒子可以分为两类：费米子和玻色子。
费米子包括夸克和轻子，而玻色子包括了介子、强子和电弱粒子。
这些粒子相互作用通过四种基本相互作用力传递：引力、弱力、电磁力和强力。
1. 夸克夸克是标准模型中的基本构建块，它们是构成质子和中子等强子的组成粒子。
夸克包括了上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸克（s）、顶夸克（t）、底夸克（b）。
夸克具有电荷、颜色和弱同位旋的属性。
2. 轻子轻子是构成物质的基本粒子，包括了电子（e）、电子中微子（νe）、缪子（μ）和缪子中微子（νμ）、τ子（τ）和τ子中微子（ντ）。
轻子具有电荷和弱同位旋的属性，不参与强作用力。
3. 介子与强子介子是由夸克和反夸克组成的复合粒子，例如π介子（π+、π-、π0）。
强子是由夸克和其他夸克或反夸克组成的复合粒子，包括了质子（p）和中子（n）等。
4. 电弱粒子电弱粒子包括了光子（γ）、Z玻色子（Z0）、W玻色子（W+、W-）和希格斯玻色子（H）。
光子对应着电磁相互作用，而Z和W玻色子对应着弱相互作用。
二、标准模型的相互作用力1. 强力强力是标准模型中最强大的相互作用力，主要负责夸克之间的相互作用，由胶子传递。
强力具有很短的作用距离，只在原子核大小的尺度上起作用。
2. 弱力弱力是参与夸克和轻子之间相互作用的力，负责一些粒子的衰变过程。
弱力由W和Z玻色子传递，作用距离较短。
3. 电磁力电磁力是最为熟知和常见的相互作用力，描述的是带电粒子之间的相互作用。
电磁力由光子传递，作用距离无限远。
4. 引力引力是最为普遍的相互作用力，负责天体之间的相互作用。
广义相对论揭示宇宙大爆炸模型
广义相对论揭示宇宙大爆炸模型宇宙的起源一直是人类研究的焦点之一。
古代哲学家和科学家们对宇宙的起源提出了各种假说和理论，但直到20世纪初，爱因斯坦的广义相对论才提供了一种令人信服的解释——宇宙大爆炸模型。
广义相对论是现代物理学中的重要理论，它揭示了宇宙的进化和结构。
广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
与牛顿的引力理论相比，广义相对论更为完备，能够描述更强引力场的情况，例如黑洞和宇宙整体的演化。
在广义相对论中，引力被解释为时空的弯曲，物体受到的引力是由于物体周围的时空被弯曲所引起的。
根据广义相对论，宇宙的发展受到引力的影响。
宇宙中的物质和能量会影响时空的几何结构，从而决定宇宙的演化。
爱因斯坦最初使用广义相对论来研究宇宙的静态模型，但很快他发现宇宙是在膨胀的。
这一发现揭示了宇宙的起源，并成为宇宙大爆炸模型的基础。
宇宙大爆炸模型提出宇宙诞生于一个极早期的热密度极高的状态，被称为奇点。
在奇点之前，宇宙的时空曲率趋于无穷大，时间和空间失去了意义。
奇点后，宇宙开始膨胀，物质和能量逐渐形成。
宇宙的膨胀导致能量的减少，温度的下降，使得物质开始聚集形成星系、星际物质和恒星等天体结构。
这一过程被称为宇宙演化的宇宙学标准模型。
宇宙大爆炸模型通过对宇宙的背景辐射进行观测和计算，得出了一些重要结果。
观测表明宇宙背景辐射是一种均匀的微弱辐射，它是宇宙早期的余辉，对应于宇宙诞生时的极高温度。
通过对这种辐射的研究，科学家们能够推测宇宙诞生的时间和初期的温度。
宇宙大爆炸模型还解释了宇宙中的物质组成。
根据模型，宇宙在发展过程中先后经历了核合成和宇宙再热等重要阶段。
在核合成阶段，氢和氦等轻元素形成了宇宙中绝大部分物质，而再热阶段则产生了宇宙众多的基本粒子。
这些粒子的相互作用和演化最终导致了宇宙现在的物质组成。
宇宙大爆炸模型对于理解宇宙的起源和发展具有重要意义。
它的提出不仅填补了古代假说和理论的空白，而且为后续的研究提供了指导。
宇宙红移的计算与测量方法
宇宙红移的计算与测量方法宇宙红移是天文学中常用的一个重要指标，它揭示了宇宙中物体的远离速度与距离之间的关系。
在宇宙学研究中，宇宙红移的测量和计算是一项关键工作，它帮助科学家更好地理解宇宙的演化和结构。
本文将介绍宇宙红移的计算与测量方法，帮助读者了解宇宙红移的意义及其测量原理。
一、宇宙红移的定义及意义宇宙红移是指天体发光时所发出的光波长在观测时相对于发出时变长的现象。
它与光的多普勒效应密切相关，是宇宙中物体远离观测者的速度的物理表现。
在宇宙学中，红移以z值表示，z值越大，意味着天体距离观测者越远，同时其速度越大。
宇宙红移的测量与计算对于理解宇宙的演化和结构具有重要意义。
通过测量天体的红移值，科学家可以推断出宇宙的膨胀速率、宇宙的年龄以及宇宙中物质的分布情况。
例如，测量恒星和星系的红移可以帮助我们了解宇宙的膨胀速度和星系的形成过程。
二、红移的测量方法1. 光谱红移测量光谱红移测量是最常用的一种测量方法。
它通过观察天体的光谱特征来获取红移信息。
天体发出的光经过分光镜接收到不同波长的光，在光谱上就能看到特定的谱线。
如果天体距离我们越远，光谱谱线就会相应地发生红移。
科学家通过观察天体光谱中著名的标志性谱线，如氢系列的巴耳末线(H-alpha)等，可以计算得到红移值。
光谱红移测量方法准确性较高，是目前最常用的红移测量方法。
2. 相对红移测量相对红移测量方法是通过比较天体在不同波段的亮度来进行的。
它利用天体发出的辐射强度与其红移值之间的关系进行测量。
在这种方法中，科学家会观测天体在不同波长范围内的亮度差异，从而计算得到其红移值。
相对红移测量方法一般适用于较远的天体，如类星体等。
相对红移测量方法相对简单，但准确性稍低。
三、红移的计算方法红移的计算方法多种多样，下面将介绍两种常用的计算方法。
1. 霍格氏定律霍格氏定律是计算红移的基本方法之一，它表达了远离观测者的天体速度与红移之间的关系。
根据这个定律，当天体远离观测者时，其红移值与速度呈正比关系。
宇宙模型
宇宙模型
宇宙（自然科学、哲学）：
（1）牛顿，无限均匀静态的宇宙模型
挑战：1823年、德、奥伯斯、“光度佯谬”
1894年、德、西利格、“引力佯谬”
1908年、瑞典、天文学家、沙利叶、等级式宇宙模型（2）爱因斯坦，有限无边静态的宇宙模型（1917年）
理论上的挑战：
1922年，苏联、数学家、弗里德曼、宇宙常数Λ=0
1927年，比利时、天文学家、勒梅特、宇宙常数Λ>0
实践上的挑战：
哈勃定理：V=HD
（3）膨胀宇宙模型
A、1917年，荷兰、天文学家、德西特、演化态的空虚膨胀模型
B、1932年，比利时，勒梅特、原始原子大爆炸模型
C、1940年，美、伽莫夫、“原始火球”大爆炸宇宙模型
支持：3K微波背景辐射；氦丰度；
挑战：宇宙年龄
类星体
D、美国、温伯格、《最初三分钟》
注：标准大爆炸宇宙模型的关键阶段
0秒T无限ρ无限
0、01秒 1000亿度 40亿（水）正负电子、光子、
中微子热平衡；
10亿光子/质子
（中子）；质子约
等于中子
0、1秒 300亿度 3000万水中子/质子=38/62 1秒 100亿度 38万水中微子→自由粒子，
中子/质子=24/76
14秒 30亿度中子/质子=17/83，
正负电子退出热
平衡
3分钟 9亿度中子/质子=13/87 100万年 4200度氢原子
10-20亿星系
40亿年第一代恒星（4）恒稳态宇宙模型（1948年、英、天文学家、霍意尔）（5）极早期宇宙模型
普朗克时间、普朗克长度
A暴胀宇宙论（美、物理学家、古斯、1981年）B量子宇宙学（英、物理学家、霍金、1983年）（6）振荡宇宙模型。
宇宙学观测与标准模型参数测定
宇宙学观测与标准模型参数测定宇宙学观测是现代天文学中不可或缺的一部分，通过对宇宙的观测，我们能够深入了解宇宙的起源、演化和性质。
而标准模型参数的测定则是确定宇宙早期演化过程的重要手段之一。
本文将从宇宙学观测的重要性和标准模型参数的测定方法两个方面展开论述。
一、宇宙学观测的重要性宇宙学观测是通过多种手段获取宇宙的相关信息，其中包括了观测宇宙微波背景辐射、超新星爆发、星系分布和引力透镜效应等等。
通过不同的观测手段，我们可以收集到宇宙的不同时间、空间尺度的数据，从而对宇宙的演化过程进行研究和了解。
首先，宇宙学观测可以帮助我们了解宇宙的起源。
通过观测宇宙微波背景辐射，科学家们可以追溯到宇宙诞生的时刻，即大爆炸的瞬间。
宇宙微波背景辐射是宇宙形成后约40万年的残留辐射，其分布和性质可以帮助我们研究宇宙在起源时期的演化和密度分布。
其次，宇宙学观测可以揭示宇宙的演化过程。
通过观测超新星爆发和星系分布等现象，我们可以探究宇宙中物质的分布和形成过程。
超新星爆发是恒星在寿命结束时爆炸并释放出巨大能量的现象，通过对超新星爆发的观测，我们可以了解恒星的演化历程以及宇宙中物质元素的合成和分布情况。
而通过观测星系的分布，我们可以研究宇宙的大尺度结构和形成机制。
最后，宇宙学观测可以验证和深化标准模型。
标准模型是描述宇宙演化的理论框架，其中包括了宇宙膨胀模型、暗物质和暗能量等基本要素。
通过对宇宙学观测数据的分析，我们可以获得更精确的宇宙模型参数，并验证标准模型的有效性。
这不仅对理解宇宙的本质具有重要意义，同时也对粒子物理学理论的发展起到推动作用。
二、标准模型参数的测定方法标准模型参数的测定是通过对观测数据的分析和模型拟合来得出的。
其中，最为重要的几个模型参数包括宇宙密度参数、暗物质和暗能量的密度参数以及宇宙膨胀的加速度参数等。
宇宙密度参数一般通过对星系分布和星系团的观测进行统计分析来测定。
这些观测数据可以揭示宇宙中物质的分布和密度，并进而确定宇宙密度参数的取值。
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宇宙的演化及实验观测验证
宇宙的演化
宇宙的演化是从温度无限高的大爆炸奇点开始的、温 度不断下降的绝热膨胀过程。 宇宙的普朗克时间 t p ~1043 s 前的历史不能用经典广义 相对论来描述，必须代之以全新的量子引力论。 只讨论宇宙在
t p ~ 1043 s
后的演化史。
轻核素合成
背景辐射产生
w p
1 3
w随时间演化，调节w的函数关系就可以解决很多疑 难。
新标准宇宙模型
1. 0 1，宇宙在空间上几乎平直，宇宙正在加速膨胀。 2.宇宙的极早期有过一次虽然极为短暂但却影响深远的暴涨 阶段。在此期间由量子涨落造成的密度不均匀性正好为冷暗 物质结构形成理论提供所需的原初扰动（“种子”）
暴涨宇宙学
• (10-34, 10-32)秒存在暴胀 A H Guth－1981 （宇宙尺度猛增了1043倍，因此实际对应的是 一个因果区的极小一部分，能满足因果率要求， 视界疑难不复存在！） tot 1 • 预言：
| 1 1/ tot | (R2 )1 0 (暴胀期为常数)
标准宇宙学模型
报告人：Sxq深 导 师 ：xxx xx大学理学院物理系
• 1.宇宙学的基本框架 • 2.宇宙的演化和实验观测验证 • 3.暗物质 • 4.标准模型的疑难和解决方案-暴涨宇宙 • 5.暗能量问题和新标准宇宙模型 • 6.结语
宇宙学的基本框架
宇宙学原理
• 宇宙是在演化着的，每一时刻的宇宙空间 在大尺度上是均匀且各向同性的。
T 1T
a 其中， a
演化到今天，相应的黑体谱的温度大约为3K
微波背景辐射的成功
暗物质
宇宙的命数
定义： : / c 8 / 3H 2 前面爱因斯坦方程求得的宇宙动力学方程可知：
0 k / a02 H02 1
宇宙的命数就由 0 与 1 的关系决定，可以通 过实验观测来确定。 由原初核合成理论、微波背景辐射的测量结果以 及当今哈勃常数的观测值，可以给出重子物质质 量密度的限制为满足： 2.3% 5.1%
M 0 0 k / a02 H02 1
定义加速参量：
1 a q0 : 2 a 0 M 0 2 a 0
1998年对减速参量的测量表明： 1.宇宙常数为正 2.宇宙正在加速膨胀 3.与微波背景辐射的非各向同性度的观测结果结合给出：
0.18 0 0.630.23 0.18 M 0 0.250.12
S sa
3
(1 1/ ) 3k / 8 a2
kc S 2 H ( 1)
2
32
s
今天的熵>1087。除非有特殊理由，此初值应该为1 的量级。如果守恒，如何起源？ 早期熵很大，就保证了宇宙极其平直！
其他疑难
1.物质与反物质的不对称性 2.星系结构形成所需的适当密度涨落 这两个疑难及平直性疑难、宇宙熵疑难都属于初 始条件问题。 粒子物理学家的介入，上述疑难和标准模型的其 他疑难才得到满意得多的解决
2a / a (a2 k ) 8 p
• 对于辐射宇宙：
a 2 2Bt kt 2
1
0
k
其中，B a 4 const
1
• 对于尘埃宇宙：
k 1 k 0 k 1
ˆ a A(1 cos t ) / 2
ˆ ˆ t A(t sin t ) / 2
• CMB非各向同性的存在， 10－5。 · · · · · ·
标准模型的疑难和克服
视界疑难
• 与t的关系： D今可观(t)a(t)－今天可观测的宇宙在t时刻的范围。 a(t)t1/2－宇宙尺度因子（辐射为主情形） a(t)t2/3－宇宙尺度因子（物质为主情形） DH(t)≈ct－t时刻因果关系够得着的范围， • DH(t)随t的增长比D今可观(t)快 t D今可观(tγd) DH(tγd) tγd =1013 s 2×1023 m 6×1021 m tp：10-43 s 3×10-5 m 6×10-35 m
星系A和B的相对速度：
u (t ) a(t ) DAB a(t ) d AB (t ) H (t )d AB (t ) a(t )
宇宙的动力学
• Einstein方程：
1 Rab g ab R 8 Tab 2
H
3(a k ) / a 2 8
3( p)a / a 0
即，宇宙接近平直。 虽然冷暗物质模型是结构形成理论中最成功的模型，但是 基于 M 0 1 的冷暗物质模型（CDM）不能与观测结果定量 吻合，而基于 M 0 0.3 0 0.7 的（ΛCDM）模型却吻合 的很好。
真空暗能量的严重疑难： 1.粒子物理学中真空能量密度是宇宙学常数的第一候选者， 但理论预测比实验观测到的宇宙学常数大100多个数量级！ 2.巧合性问题
b0
星系发光物质的质量密度满足：
0 (发光物质) 1% （倾向于0.5%）
总的星系团物质的质量密度满足：
0 (星系团) 10%~30%
说明暗物质必须存在！这样的话，宇宙是个远非封 闭的宇宙。暴涨理论和和某些观测和分析都支持 0 约为 1
暗物质存在的其他证据
• 宇宙结构（恒星、星系）形成所需的物质远多于 宇宙核合成定出的重子物质。 • 如果没有暗物质，就没有足够的时间形成今天宇 宙的结构。
a (9 A / 4)1/3 t 2/3
ˆ a A(cht 1) / 2
其中，A a3 const
ˆ ˆ t A(sht t ) / 2
宇宙膨胀的发现
19世纪20年代，Hubble定律：
u(t0 ) H (t0 )d AB (t0 ) H (t0 ) 71 km/(s Mpc)
观测到的均匀在tp时包含(1029)3=1087个因果区
平直性疑难
a2
1 1/ 3k / 8 a2
辐射为主 物质为主
a
(t p ) 1 1059
宇宙早期密度必须如此接近于临界密度！ 宇宙空间是极其平直的。为什么？除非有特殊机制 保证如此！
宇宙熵疑难
定理：任一共动体积内的熵不随时间而变。
结构形成
原初核成分的预言
核合成时代结束时，理论上可以推算合成的各种轻核 的质量分数：
He 约占0.25，与实验观测的结果0.23相符的很 3 （ He和 7 Li） 好；其他产物 2 H， 的丰度虽然很小，
4
但对验证理论也很重要，这三种产物的理论丰度 都能与观测丰度符合 原初核合成理论的另一重要贡献是根据氦的丰度能够 预言中微子只有3种，因而相应的只有3代轻子。
总之，要动大手术
• 与以太的比较： ¤ Einstein去掉了以太，引出了相对论 ¤ 暗能量能去掉吗？
• 修改时空结构 • 修改物态 • 修改规律
谢 谢
Thanson-Walker metric
ds2 dt 2 a(t )2{dr 2 / (1 kr 2 ) r 2 (d 2 sin 2 d 2 )}
+1
sin
尺度因子
=r
k=
0 -1
sh
星系A和B的距离：
d AB (t ) a t DAB
3.当今宇宙内容物
暗能量（约占70%） 暗物质（约占30%，绝大部分是冷暗物质） 发光物质（约占0.5%） 辐射（约占0.005%）
结
语
Kelvin：19世纪物理学
• 物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云： “以太”与“黑体谱”——导致了世纪性的革 命 ——相对论与量子力学。 • 现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）： “暗能量”与“暗物质”——会导致什么？ • 暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的 “招”？ • “暗能量”与“以太”的比较耐人寻味！
平直疑难和熵疑难也不复存在！
标准与暴胀
暗能量问题
暗能量问题
宇宙中必须存在一种均匀的暗辐射，能量密度为正，压强 为负，等效为在爱因斯坦中加一项正的宇宙学常数 0
1 Rab g ab R 8 Tab 2
1 Rab g ab R 8 (Tab g ab 8 ) 2
宇宙微波背景辐射
光子退耦后，自成一个热力学平衡系统，拥有完 美的黑体辐射谱。
du 8 hc (e hc / kT 1) 1 d
T 4000K
5
随着宇宙的膨胀，黑体谱随尺度因子的演化
8 hc hc / kT du (e 1) 1 d 5
M a3
R a4
不变
a3 M M
a4 R R
说明早期很长的时间段内 近似为0，晚期很长时间 内近似唯一。只有当今约为0.7，物质和辐射为0.3，为 同一个量级。Why now?
动力学暗能量方案 只要w满足以下条件就可以充当暗能量。
3(a k ) / a 2 8
3(a k ) / a2 8 ( 8 )
2a / a (a2 k ) 8 p
2a / a (a2 k ) 8 ( p 8 )
定义： 0 : 3H02
则：
0 k / a02 H02 1