宇宙学常数疑难
宇宙学中的基本常数
(从光子观点:ρ=n hν∝a-4,n∝a-3,所以ν∝a-1,λ∝a)
若a(t)随时间增加,则z大于0,观测波长大于 发射波长,称为宇宙学红移。对于近邻天体,可将a(t) 展开成幂级数a(t0)[1+ (t-t0) H0+…]. 于是有:cz =cΔλ/λ= H0(t 0-t 1)c+…=H0d+…
从数学上可以证明,满足宇宙学原理的时空一定是RW度规
R(t)为标度因子,描述曲率半径随时间的演化, R(t0)=Rc,0 k=1 正曲率,k= -1 负曲率,k=0 平直几何
弗里德曼方程 1922
设宇宙物质由理想流体描述,将其能量动量 张量(ρc2,-p,-p,-p)和R-W度规代入场方程 得弗里德曼方程
哈勃图(1929)
哈勃
天体距离的测定
三角视差法:以地球绕 日轨道直径为基线测量 一天体在天球上的视差 角位移,则
d=206265 AU(日地 平均距离)/π(角秒)
此法最为简单可靠,但 只适合银河系内距离小 于1kpc(卫星测量)的 恒星(1pc相应于π=1 角秒的距离,称1秒差 距,约3.26光年)。
a(t)=R(t)/R(t0)
弗里德曼
将以上两方程联立可得
再加上物态方程 得密度的演化:
w=0
W=1/3
W= -1 ρ=常数
基本宇宙学参数
哈勃参数:H(t)是用物理距离x(t)=a(t)r定 义的(r为共动距离,a(t)为标度因子)
哈勃参数今天的值H0称为哈勃常数
密度参数:物质或能量密度与临界密度之比
宇宙距离阶梯
一级示距天体:造父变星周光关系的零点可用三角视差定标, 称为一级示距天体,尽管其光度可达太阳的10万倍,也只在 近邻星系(d≈20Mpc)中能够看到。为了更精确地测定哈 勃常数,需寻找光度更高、能在更远看到的标准烛光。
宇宙的常数;宇宙演化的规则之谜(什么是宇宙常数)
宇宙的常数;宇宙演化的规则之谜标题:宇宙的常数与宇宙演化的规则之谜在整个宇宙的漫长历史中,科学家们一直试图理解宇宙的起源和演化规律。
其中一个引人注目的问题是宇宙中存在的常数以及这些常数对于宇宙演化的规则所扮演的角色。
这一课题涉及到物理学、宇宙学等多个领域,挑战着人类的智慧和探索精神。
首先,我们来看一些宇宙中被认为是恒定不变的物理常数,比如光速、引力常数、普朗克常数等。
这些常数被认为是宇宙中普适的规律,它们决定了许多物理现象的发生和演化过程。
例如,光速被视为宇宙中最快的速度,引力常数则决定了天体之间的相互作用力大小。
这些常数的存在和数值似乎是宇宙运行的基础,但科学家们却无法解释为什么这些常数的数值恰好是如此,而非其他数值。
其次,宇宙演化的规则也是一个深奥的谜团。
从大爆炸到宇宙膨胀,再到星系的形成和毁灭,宇宙的演化历程充满了许多未知和神秘。
科学家们通过观测、实验和理论建模,试图揭示宇宙演化的规律和过程,但仍有许多问题没有得到解答。
比如,暗能量和暗物质究竟是什么?宇宙的加速膨胀背后隐藏着怎样的力量?这些问题挑战着我们对宇宙本质的理解和认识。
在探索宇宙的常数和演化规则之谜的过程中,科学家们采用了各种方法和技术。
从天文观测到实验室模拟,从理论推导到数值计算,他们不断努力突破自己的认知界限,试图解开宇宙的奥秘面纱。
然而,随着科学的不断进步,我们或许会有一天能够揭示这些谜团背后的真相,理解宇宙的本质和规律。
总的来说,宇宙的常数和宇宙演化的规则之谜是一个充满挑战和机遇的领域。
在这个浩瀚的宇宙中,人类只是微不足道的存在,但我们对于探索宇宙的渴望和求知欲却是无限的。
或许,正是对这些未知的探索和追求,让我们更加热爱并珍惜这个神秘而美丽的宇宙。
愿科学家们在未来的研究中能够揭示更多宇宙的奥秘,让我们更加深入地理解宇宙的常数和演化规则之谜。
宇宙常数是目前物理学中最令人困扰的问题
宇宙常数是目前物理学中最令人困扰的问题如果我们取出宇宙中所有的行星,恒星和星系,就会获得纯净的真空。
但这是错误的!取而代之的是,您会发现一个动态时间和空间交织的时间,其中的所有粒子都仿佛闪烁着生命,生生灭灭不息。
量子力学是描述无穷小的世界的理论,不允许绝对的“无”。
在时间和空间的任何时刻,能量永远不可能完美地等于零,总会有一些回旋的余地。
在实验中,甚至会出现所谓“虚拟”粒子,特别是一对由粒子和其反粒子组成的粒子,它们相互泯灭,并且很快就消失了。
尽管看起来很奇怪,但实验已经观察到虚拟粒子的真实效果。
当粒子加速器首次测量Z玻色子的质量时,它与纯粹计算出来的数学质量略有不同,因为它有时会变成虚拟的夸克,这是证明虚拟粒子存在的众多迹象之一。
所有这些粒子的实验效果是一种震撼人心的继续,它充满了整个宇宙并向外推动了宇宙本身。
因此这项活动最有可能是暗物质的一种解释,原因是目前观测到宇宙而不是保持静止或以稳定的速度膨胀,而是每时每刻都在向外加速。
真空能量的问题主要在于数学计算结果不符合显示。
科学家们计算出这种能量应该是巨大的,它应该强大而迅速地膨胀了整个宇宙,以至于没有恒星和星系形成。
但是显然现实世界不是这样,所以宇宙中的真空能必须非常小,比量子理论预测的小约120个数量级。
这就像说,重12斤的东西实际上应该重12斤后再加上120个零。
这种差异促使一些科学家将真空能称为“物理学史上最糟糕的理论预测”。
真空能被认为是“宇宙常数”的主要成分,“宇宙常数”是广义相对论方程中的一个数学术语。
真空能量的预测量与测量值之间的巨大差异通常被称为宇宙常数问题。
“它通常被认为是当今理论物理学中最棘手,最尴尬,最棘手的问题之一,”英格兰诺丁汉大学物理学家安东尼奥·帕迪拉说,他花了15年的时间才弄清楚这一点。
“这表明我们的故事中缺少一些东西。
我觉得这很令人兴奋”这个谜语吸引了物理学界的一些最伟大的头脑,并引出了许多解决问题的想法。
宇宙学中的基本常数
哈勃常数测量的历史Physics Today 2013 no.10
年龄矛盾
哈勃测得的H0值太大,由此估计宇宙年龄只有20亿年,比 地球(45亿年)还年轻!20多年后巴德发现哈勃混淆了不 同星族造父变星光度的差别(贫金属的II型比I型暗1.5星等), 经他修订后的距离增加一倍,H0值减小一半。随后30年桑 德奇组一直声称50 km s-1Mpc-1 ±10% ,德•德沃古勒组 坚持测量值为100 km s-1Mpc-1±10%。这些测定所引的 误差显然太小,两者没有交集。如果取两个值的平均,推算 出宇宙的年龄(约90亿年)仍然小于银河系中最古老的星团 (约130亿年)!年龄矛盾的最终解决需要两个途径:伊巴 谷卫星精确的距离测量,这在一定程度上降低了计算恒星的 年龄;发现宇宙膨胀正在加速,这意味着宇宙的年龄较老。
这些“世纪”问题对全世界物理学家、天文学家、数学家提 出了重大挑战。期待着我们联合起来寻求新的突破。
谢谢!
Saul Perlmutter,
Adam Riess,
Brian Schmidt
奖给宇宙加速膨胀的发现
WMAP观测结果的约束
宇宙成分分配
Ostriker & Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909
暗能量:73%;暗物质:23%; 发光物质:0.4%(恒星和发光气体0.4%;辐射0.005%); 不可见的普通物质: 3.7%(星系际气体3.6%;中微子0.1%; 超重黑洞0.04%)
物质和能量密度决定空间几何
将哈勃参数代入第二个弗里德曼方程得:
宇宙常数问题
2、宇宙常数问题(一)、宇宙常数问题的提出1916年,Einstein在分析宇宙时发现,根据广义相对论,宇宙是不平衡的,它要么是膨胀,要么是收缩。
如果仅仅存在万有引力,那么星系之间应吸引而相互靠近,宇宙应是在收缩。
为了使宇宙趋于平衡而完美,Einstein给宇宙方程加了一个常数。
1917年,Einstein提出,宇宙间存在一种与万有引力相反的力量,使所有星系保持一定距离,这样宇宙才不会因星体间的万有引力而不断收缩。
Einstein认为这种与万有引力相反的力量是恒久不变的,称之为“宇宙常数”。
Einstein场方程为Rμν— 0.5gμνR+υgμν= —8πGTμν,υ称为宇宙常数,由于增加了υgμν项,该方程在稳态、弱场非相对论近似下,回不到引力方程。
因此只有假定υ非常小,在一般space-time范围与Newton引力势相比可以略去,上面的场方程才可能成立。
故υgμν项,只有space-time在宇宙级上才有显示。
上世纪中叶人们就试图对Einstein场方程进行修正.Brans和Dicke认为标量场和引力场同样起作用,正确的引力场方程应当是Rμν-gμνR/2=-8π(Tμμν+Tφμν)/φ,(10)φ~1/G是同宇宙的质量密度相联系的标量场,Tφμν是包含φ场的能动张量.另一种简洁的方式是把Einstein方程等价地写成R(1)μν-ημνR(1)λλ/2=-8πG(Tμν+tμν),(11)tμν≡(Rμν-gμνRλλ/2-R(1)μν+ημνR(1)λλ/2)gμν=ημν+hμνR(1)是Ricci张量中与hμν成线性的部分,上式说明场hμν是由总的能量和动量的密度和流产生的,tμν只是引力场本身的能动张量.以上修正未考虑不同时空形式下的修正.我们曾试图寻找Einstein场方程的一般形式,它普适于Schwarzschild时空、Robertson-Walker时空和四维最大对称时空,但后来发现,Einstein场方程可能是普适的,问题在于ρ.当代著名的天体物理学家F. Hoyle等人强烈主张稳态的宇宙模型,并作了许多工作。
哈梅克常数问题回答
哈梅克常数
哈梅克常数(Hubble constant)是宇宙学中非常重要的物理常数之一。
它是宇宙膨胀的速率与距离之间的比率。
该常数的名称来自于美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble),他在1920年代利用望远镜观测到了远离地球的银河系的星系,这个发现证实了宇宙正在不断地膨胀。
哈梅克常数的数值经过多年观测和研究,现在已经非常精确地被确定为约70.0(km/s)/Mpc。
这个数值意味着每秒钟,一个到距离地球10百万光年远的天体将以70千米/秒的速度离开我们。
哈梅克常数还被用来估算宇宙的年龄和大小。
理解哈梅克常数有助于人们更好地了解宇宙的膨胀和演化。
通过观察近距离的恒星和星系,科学家们能够确定宇宙的膨胀速率。
这些观测信息被称为本地哈勃常数,它们用于确定哈梅克常数的准确值。
科学家们也使用哈梅克常数来计算宇宙的年龄和大小,这些数据是宇宙膨胀模型的关键参数之一。
目前,哈梅克常数的精确值仍存在争议。
一些观测结果显示出与标准宇宙模型预测相差较大的哈梅克常数值。
这些差异可能意味着我们需要重新评估宇宙模型,或者揭示出未知物理学原理的存在。
总之,哈梅克常数是宇宙学研究中一个非常重要的物理常数,对于人
类对宇宙的认知和理解具有重要意义。
尽管它的精确值目前还有争议,但人们相信未来的科学研究可以进一步探索宇宙的奥秘并进一步确定
这个重要常数的准确值。
天体物理学中的宇宙学常数
天体物理学中的宇宙学常数在天体物理学中,宇宙学常数是一个非常重要的概念。
它涉及到宇宙学中的许多重要问题,如宇宙的演化、暗物质和暗能量的性质等。
本文将从宇宙学常数的定义、测定方法及其带来的意义等方面进行讨论。
一、宇宙学常数的定义宇宙学常数H0,又称哈勃常数,是一个衡量宇宙膨胀速率的物理常数。
具体来说,它表示的是单位时间内单位距离的扩展速率。
即,在哈勃定律中,它表示的是宇宙中所有恒星和星系在相对位置上的变化速率。
二、宇宙学常数的测定方法目前,人们主要通过观测宇宙红移和星系超新星等数据来确定宇宙学常数。
其中,红移是指宇宙中的物体向远处移动而发生的频率变化,而超新星是一种极亮的爆炸星体,被认为是宇宙学常数的最精确的测量方法之一。
三、宇宙学常数的意义宇宙学常数的值并不是恒定不变的,它会随着时间的推移而发生变化。
因此,它在宇宙学研究中具有重要的意义。
首先,它提供了宇宙的测量标尺,可以帮助人们更准确地了解宇宙的年龄、大小和演化历史等。
其次,在宇宙学中,宇宙学常数和其他重要的物理参数之间存在密切的关系。
例如,宇宙学常数的值和宇宙密度、暗物质和暗能量等有关联。
因此,通过对宇宙学常数的测量,人们可以更深入地探寻宇宙的本质,也有助于科学家探索宇宙演化中的各种恒星和星系。
最后,宇宙学常数还有助于揭示宇宙中不同物质和物理现象之间的联系。
例如,在暗物质和暗能量的研究中,宇宙学常数的值被认为是探索其本质的重要窗口。
还有,在宇宙中的引力波研究中,宇宙学常数也是非常重要的物理参数。
总之,宇宙学常数对于人类探索宇宙的奥秘和本质有着非常重要的意义。
虽然目前的测量精度还有限,但相信随着技术的进步和人们认识的加深,它将会为我们揭示更多宇宙的奥秘。
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。
宇宙学危机:无法统一的哈勃常数!
宇宙学危机:无法统一的哈勃常数!在美国物理学会的四月份会议中,物理学家David Jones、Stephen Feeney 和 Bradford Benson 在一场主题为“宇宙学危机”的座谈上探讨了一个现在被许多人接受为真实存在的问题:哈勃常数问题。
○三位物理学家在APS四月会议上讨论了哈勃常数所带来的危机。
| 图片来源:APS测量哈勃常数(用“H₀”表示)是宇宙学家最重要的任务之一,对它的精确测量能让我们知道宇宙究竟膨胀得有多快。
然而,在过去五年中,宇宙学家开始意识到,不同的测量方法得到的哈勃常数并不一致!这个结果困扰了许多人,然而对于一些乐观的研究人员而言,这或许是引导我们发现新物理的重要线索。
这个问题始于2013年,当时旨在研究宇宙微波背景(CMB)辐射的普朗克卫星发表了第一次观测结果。
(CMB描绘了一幅简单、几近光滑、且充满等离子体的早期宇宙的图景。
)天文学家利用普朗克卫星观测了在不同尺度上产生的密度变化的峰值,并绘制了所谓的“CMB功率谱”。
这张功率谱上编码了关于早期宇宙的几乎全部的信息。
尤其是哈勃常数,它可通过峰值之间的距离进行重建。
○ CMB功率谱。
| 图片来源:APS2013年,普朗克团队的第一次结果得出哈勃常数的值为67.3 ± 1.2km/s/Mpc,低于之前测量的结果(位于70 - 75 km/s/Mpc区间)。
2015年,普朗克卫星的科研团队再次发表了更加精确的测量结果:H₀ = 66.9 ± 0.6 km/s/Mpc。
而在普朗克团队公布之前,由诺贝尔物理学奖得主Adam Riess 领导的“超新星H₀状态方程(SH0ES)”项目已经开始通过测量天体的距离来测量哈勃常数。
为了估算天体的距离,David Jones表示他们专注于建立了所谓的“宇宙距离阶梯”,用已有的级来校准更远的。
这是测量哈勃常数最标准、最古老的一个方法。
○测量哈勃常数的三个步骤。
| 图片来源:NASA首先,天文学家需要通过视差法(parallax)直接测量出银河系中的一类被称为造父变星的脉动星的距离。
宇宙中的暗能量分布模型
宇宙中的暗能量分布模型随着科学技术的不断发展,人类对宇宙的认识也越来越深入。
其中一个引人注目的问题是宇宙中的暗能量。
暗能量是一种神秘的力量,它被认为是推动宇宙加速膨胀的原因。
在过去的几十年里,科学家们提出了许多关于暗能量分布模型的假设和理论。
本文将介绍几种常见的暗能量分布模型,并探讨它们的特点和可能的物理解释。
首先,我们来介绍最简单的暗能量模型——常数模型。
常数模型假设暗能量在整个宇宙中是均匀且恒定的。
这个假设基于观测到的宇宙加速膨胀现象,即宇宙膨胀的速度越来越快。
然而,常数模型并不能解释为什么暗能量的密度与宇宙的能量密度相差如此之大。
这个问题被称为“宇宙常数问题”,是目前宇宙学中的一个重要难题。
为了解决宇宙常数问题,科学家们提出了更复杂的暗能量分布模型,如动态暗能量模型。
动态暗能量模型认为暗能量的密度是随时间变化的,并且与宇宙的演化有关。
其中一种常见的动态暗能量模型是“暗能量状态方程模型”。
暗能量状态方程模型假设暗能量的状态方程参数w是时间和空间的函数。
当w=-1时,暗能量的状态方程与宇宙常数模型一致;当w>-1时,暗能量被称为“幽灵能量”,它的密度会随时间增加;当w<-1时,暗能量被称为“幽灵幽灵能量”,它的密度会随时间减小。
这个模型能够解释宇宙加速膨胀的现象,并且在一定程度上解决了宇宙常数问题。
除了动态暗能量模型,还有一种被广泛研究的暗能量分布模型是“暗能量流模型”。
暗能量流模型认为暗能量在宇宙中以流的形式存在,并且它的流动会影响宇宙的演化。
这个模型基于观测到的宇宙结构形成和演化的规律,认为暗能量的流动是宇宙结构形成的驱动力。
然而,暗能量流模型还存在许多未解之谜,如暗能量的流动速度和流动方向等问题,需要进一步的观测和研究来解答。
除了上述的暗能量分布模型,还有一些其他的模型也被提出,如暗能量粒子模型和暗能量场模型等。
暗能量粒子模型认为暗能量是由一种或多种粒子组成的,这些粒子具有特殊的物理性质,可以解释宇宙加速膨胀的现象。
现代物理学中的几个疑难问题
5 、现代物理学中的几个疑难问题美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称,但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量问题”、"类星体的发能远远超过核能,每个类星体的能量竟然是太阳能量的10 15倍"、“夸克禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题。
无论是现存理论间或理论与事实间的微妙冲突都会引导代表人类的思维拓展科学发现的新疆界。
近10多年来,关于非平衡统计物理学的研究前景也十分诱人,非平衡相变、耗散结构、协同学等就是其中比较活跃的研究领地。
这几年,人们注意到,远离平衡的系统可能经过突变进入混沌(c haos)状态,而且混沌态可能并不比时空有序的状态更“无序”,混沌态和耗散结构还可能交替出现。
现在,人们大体上已了解到,混沌是非常普遍的自然现象,在一定的意义上讲,混沌状态比无理数要多得多,而且混沌序(内在随机性)比自然界存在的有理序(周期性)、无理序(准周期性)更“高级”,即使在通常认为由决定论统治的牛顿力学中,也普遍地存在着内在随机性,完全确定论的描述在牛顿力学中倒是少如风毛麟角。
但是,混沌决不是简单的无序,而更像是不具备周期性和其他明显对称特征的有序态。
在理想情况下,混沌状态具有无穷的内部结构,只要有足够精密的观察手段,就可以在混沌态之间发现周期和准周期运动,以及在更小的尺度上重复出现的混沌运动。
正因为如此,我国学者才从古汉语中引用“混沌”一词(气似质具而未相离,谓之混沌)来描述这种奇特的现象。
混沌转变和非平衡相变都是经过突变而不是渐变实现的,这说明混沌状态的出现也与对称破缺有关。
现在重整化技术已经成功地用于混沌转变的研究,已有一批反映通向混沌道路的数学模型,而且新的实验报道也在不断涌现。
这个成为80年代重要研究课题的进展,也许不仅会导致数理科学中基本观念的又一次革新,而且可能导致对偶然性和必然性、确定论和概率论等哲学范畴以及自然科学方法论的更深刻的认识。
物理学的佯谬系列之宇宙常数之谜(上)
物理学的佯谬系列之宇宙常数之谜(上)写在前面的话:很久没更新了,一个原因是最近保密认证时期比较忙,另一个原因是因为我发现我的文章被很多人莫名其妙的在其他平台原原本本的抄袭了(比如网络毒瘤的百度,旗下的百家号等等),我将问题反馈至头条,但是头条让我自己解决。
我想说的是,作者一个字一个字的打出来写出来不容易,请尊重我的劳动,在把文章抄过去之后请注明作者(头条号:大卢讲物理),谢谢。
今天我们要讲的是宇宙常数这个谜一样的东西。
牛顿力学建立以后,宇宙结构的早期模型基本上被淘汰了。
早期宇宙模型无论在古中国还是古希腊,都认为宇宙是有限的、有边界的。
但这种模型会得到一个悖论:有限有界就意味着存在边界以外,而“宇宙”本身就是“囊括一切”的,没有什么东西能在宇宙之外。
既认为宇宙囊括一切,又认为有边界而承认宇宙还有宇宙之外,这是一个很明显的悖论。
为了解决上述悖论,牛顿和莱布尼茨主张宇宙是无限的。
1692年12月10日,牛顿在给本特利牧师写的一封信中对“为什么将宇宙当作一个到处充满物质的无限容器”(头条号:大卢讲物理)作了解释:······如果构成我们的太阳和行星的物质以及宇宙的全部物质都均匀分布于整个天空,每个质点对于其他一切质点来说都有其内在的重力,而且物质分布于其中的整个空间又是有限的,那么,处于这空间外面的物质,将由于其重力作用而趋向所有处于其里面的物质,而结果都将落到整个空间的中央,并在那里形成一个球状物体。
但是,如果物质是均匀分布于无限的空间中的,那么它就绝不会只是聚集成一个物体,而是其中有些物质会聚集成一个物体,而另一些物质则会聚集成另一个物体,以致造成无数个巨大物体,它们彼此距离很远,散步在整个无限的空间中。
无限空间里有无限数量的恒星,它们均匀分布在整个空间中,每个恒星在各个方向上的受力相同,于是乎宇宙就稳定下来了。
“静态宇宙”是东西方一直以来的传统看法,符合自古到牛顿所有宇宙模型的基本要求。
关于宇宙学常数问题的知识要点和几点思考
关于宇宙学常数问题的知识要点和几点思考章德海 孙成一 大爆炸宇宙学告诉我们,宇宙正在膨胀。
如果我们的宇宙主要包含的是基本粒子型物质,那么宇宙将是减速膨胀。
但是,对于今天我们观测到的宇宙来说,发现它在最近过去的几十亿年间却在加速膨胀!这预示着,宇宙中的主要能量形态不是基本粒子型物质,而是某种新的能量形态。
对这种“新的”能量形态,其实科学家早有察觉和分析。
它的最简单的可能性就是宇宙学常数。
然而宇宙学常数的物理本质和内容却并不简单。
这篇短文,就是主要介绍了宇宙学常数的一些基本知识和我们对它的一些思考。
爱因斯坦方程中最自然出现的一项是宇宙学常数(简称cc)项,cc的值任意。
cc的值设定了一个尺度。
这个尺度与宇宙学常数平方根成反比。
宇宙的可视尺度不可能比这个尺度大,它设置了宇宙的视界。
尽管宇宙的不可观测部分也许比视界更大得多。
因为可视宇宙已经很大,所以宇宙学常数必然很小。
此值其实一度怀疑为零,但是没有任何物理原理保证它为零。
如果像特霍夫特(Gerardus t' Hooft)建议的那样,度规反号是爱因斯坦场方程的一个对称性的话,它固然可以使cc为零,但也使一切势能和真空破缺能为零,这肯定是不真实的。
相反,现有实验观测,例如远距离超新星比预期黯淡和宇宙微波背景显示出宇宙的平直性,都已确切表明,宇宙学常数的确不为零。
但是以自然单位(普朗克能标)量度它却是非常之小,而且其数值正好与当今宇宙物质密度同量级(两倍左右)。
也就是说,我们今天看得见的宇宙尺度正好就在cc决定的尺度上。
爱因斯坦方程中的另一项,能量动量张量项,其量子平均(称为“真空能”)自然贡献了同爱因斯坦方程中宇宙学常数cc(称为“裸cc”)一样的一项。
量子真空能是真切的,不是虚构的,例如兰姆位移的能级差,它同样通过质能转换成为引力质量。
卡西米尔效应(Casimir effect)也是真空能显现的强有力例证。
用这些实验上已证实的真空能去估算能量动量张量项的量子平均贡献,数值将极为巨大,远远超过宇宙学观测实验值。
微观世界中的宇宙学常数问题
微观世界中的宇宙学常数问题宇宙学常数是研究宇宙演化和性质的关键参数,它们扮演着解锁宇宙奥秘的钥匙。
虽然我们对宇宙学常数的了解还存在许多不确定性,但通过观察微观世界中的粒子行为,我们或许可以在某种程度上揭示宇宙学常数的秘密。
首先,让我们来了解一下宇宙学常数是什么。
宇宙学常数Λ,也被称为暗能量密度,是宇宙中存在的一种神秘的力量。
这个力量导致着宇宙的膨胀加速,并决定着宇宙的结构和演化。
然而,科学家们至今对宇宙学常数的本质和变化机制仍然知之甚少。
微观世界中的粒子行为或许可以提供一些线索。
量子场论是研究微观世界的基本理论之一,它描述了粒子和它们的相互作用。
然而,根据量子场论的计算结果,宇宙学常数的理论值远远大于我们观测到的值,这被称为宇宙学常数问题。
为了解决这个问题,一些研究者提出了修正量子场论的方法,如超对称性理论和弦理论。
这些理论认为,宇宙学常数的值应该是动态的,它会随着时间的推移而变化,而我们所观测到的值只是一个瞬间的快照。
另一个可以揭示宇宙学常数之谜的领域是量子引力理论。
自然界中最基本的力量之一就是引力,而量子引力理论试图将引力和量子力学结合起来。
根据一些量子引力理论的假设,宇宙学常数可能与引力的量子效应有关。
引力作用于微观世界的粒子,可能会对宇宙学常数产生影响,进而改变宇宙的演化。
不过,这些理论仍然需要更多实验证据的支持。
除了粒子物理学和量子引力理论,宇宙学常数问题还可以从宇宙学角度进行思考。
通过观测宇宙微波背景辐射和大规模结构等宇宙学数据,我们可以限制宇宙学常数的取值范围。
然而,由于观测数据中存在不确定性,我们对宇宙学常数的具体数值仍然缺乏准确的认识。
此外,宇宙学常数的值与宇宙中的物质组成和能量密度也有密切关系,这使得解释宇宙学常数的起源变得更加复杂。
总结起来,微观世界中的宇宙学常数问题是一个备受关注的领域。
虽然我们对宇宙学常数的本质和变化机制了解甚少,但通过研究微观世界的粒子行为、量子引力理论以及宇宙学数据的观测,我们或许能够揭示宇宙学常数之谜。
物理学中的宇宙学常数问题
物理学中的宇宙学常数问题宇宙学常数问题一直是物理学领域中的一大难题,也是物理学家们长期以来研究的重点之一。
不同的学派对宇宙学常数的研究方法和结论存在争议,这也让宇宙学常数问题变得更加复杂和困难。
宇宙学常数是什么?宇宙学常数也被称为引力常数,是描述宇宙中引力作用程度的一个基本物理常数。
它通常用符号Λ表示,是爱因斯坦广义相对论中描述宇宙中空间曲率的一个参数。
宇宙曲率本身受到引力的影响,而引力作用的强度则由宇宙学常数决定。
因此,宇宙学常数被认为是理解宇宙物理的重要组成部分。
它的值非常小,约为10^-29克/立方厘米,但作为宇宙中引力的基本参数,能够对宇宙的演化和结构产生重要影响。
宇宙学常数的历史早在爱因斯坦创立广义相对论时,宇宙学常数就被引入了这一理论。
当时,宇宙学家们认为宇宙处于一个平衡状态,宇宙学常数的值为零。
然而,随着对宇宙的研究深入,人们意识到宇宙学常数可能是真正存在的。
当时宇宙学家们以为,如果宇宙学常数不为零,那么宇宙应该会经历膨胀过程,但由于当时的工具和技术无法进行直接观测,所以宇宙学家们无法得出确认的结论。
直到20世纪末期,才通过超新星观测、原初宇宙辐射等技术取得了显著进展,科学家们才得以更加深入地研究宇宙学常数问题。
宇宙学常数的新测量多年来,关于宇宙学常数的争论始终没有结束。
不同的研究者使用不同的方法和技术来得出宇宙学常数的值,而这些方法和技术各有优缺点,也就导致了宇宙学常数的真实数值始终是个未解之谜。
但是,随着研究的深入和技术的提升,近年来,人们对宇宙学常数的了解已经有了新的进展。
最近一项相关研究发现,在测量宇宙微波背景辐射中,宇宙学常数与宇宙的膨胀速度之间存在着具体的数值联系。
通过测量宇宙膨胀速度的变化,科学家们得出了宇宙学常数的一个可能的数值范围。
更进一步的研究需要进一步开发和提高对宇宙的观测能力,并对数值进行更精确的测量和计算。
宇宙学常数的意义宇宙学常数的意义在于它提供了我们理解宇宙结构和演变的关键参数,同时也是测试理论模型及未来发现新天体和物质的一种方法。
宇宙亟待解决的42个终极问题:1、宇宙学常数
宇宙亟待解决的42个终极问题:1、宇宙学常数在道格拉斯·亚当斯的畅销书《银河系漫游指南》里,超级计算机深思在思考了700万年后,终于发现生命、宇宙及一切的答案是42。
这个莫名其妙的答案令等待了700万年的泛维度生物们开始抓狂。
深思说,你们只要我求出简单的答案,却没有提出终极问题是什么,我可以为你们设计一台更为强大的电脑,来提出终极问题。
这台电脑就是——地球,而所谓的泛维度生物就是——老鼠。
地球上的泛维度生物们现在无所事事,倒是人类科学家开始了探索宇宙的漫漫旅程,提出了关于生命、宇宙及一切的42个终极问题。
这42个问题由美国得克萨斯州A&M大学及乌普萨拉大学的物理学家罗兰·艾伦和苏西·利斯特罗姆共同提出,发表在预印网站arXiv上,从今天开始,我将一一为您解读。
由于水平有限,错误之处还请批评指正。
一、宇宙学常数问题假如你现在穿越到一百多年前,在地球上找到任何一个人,告诉他整个宇宙正在膨胀之中,哪怕你遇到的是一位知名的大科学家,可能都会用一种奇怪的眼光,一边看着你,一边瞟一眼你背后不远处精神病院的大门。
事实上,即使是已经发表了广义相对论的爱因斯坦,也根深蒂固地认为宇宙是静态稳恒的。
由于在他的方程中,宇宙有引力收缩的趋势,爱因斯坦不得不添加了一个反引力的宇宙学常数“Λ”,以抵消引力的收缩。
1929年,著名天文学家爱德温·哈勃通过对造父变星的多年观测,发现了银河系外其它星系的存在,并且绝大多数正在远离我们,从而提出星系红移的哈勃定律,确定了宇宙正在膨胀之中。
爱因斯坦因此放弃了宇宙学常数,并且认为是他一生中最大的错误。
但在1998年,宇宙学常数又峰回路转,重新回到了宇宙舞台上。
三位物理学家索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特与亚当·里斯分别领导两个小组,对大约50顆宇宙“标准烛光”——Ia型超新星的距离进行了精确测定,发现宇宙中有一种神秘的暗能量正在加速宇宙膨胀,宇宙学常数被认为就是这股暗能量,三位科学家也因此获得了诺贝尔奖。