宇宙加速膨胀精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的宇宙加速膨胀主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：宇宙加速膨胀范文

要说明暗能量情况，必须先从爱因斯坦提出广义相对论谈起。他在1915年11月发表的论文中，描述了物质和时空(包括时间和空间)的关系，是用一个重要的方程式表达，就是著名的爱因斯坦方程。用此方程预言；在一个物质分布大致均匀的宇宙中，空间不可能是静止，不是膨胀就是在收缩。而当时的天文学观测水平，还没有发现遥远星系的运动，看起来宇宙好像是静止的，这就使爱因斯坦感到困惑。为了能说明宇宙是静止的，他没有宣布根据场方程所得宇宙不是膨胀就是收缩的预言，而是大胆地在场方程中增加一项，其系数是常数。它代表宇宙中单位体积包含能量的总和，后来此常数得到公认，就命名为“宇宙常数”或“宇宙学常数”。他在1917年的论文中说明，此常数有一个特定的非零数值，可使宇宙保持静止。

但是到1922年，一位俄罗斯数学家弗里德曼证明，爱因斯坦提出的这种静止宇宙是不稳定的，一点轻微的干扰或波动就会被破坏，使宇宙膨胀或收缩。爱因斯坦先发表申明，认为弗里德曼错了。不久又正式发表文章，收回这个申明，公开宣布弗里德其实是正确的。

对静止宇宙看法的致命打击是在1929年。美国天文学家哈勃用当时世界上最大望远镜多年观测的资料，发现遥远星系都在离开我们向外运动，而且运动速度与星系的距离成正比。用公式表达为：v=HD

其中v代表向外运动速度，H为常数，D就是星系同我们的距离。此公式得到公认后，就命名为“哈勃定律”，H就命名为“哈勃常数”。这个定律成为膨胀宇宙的观测证据。爱因斯坦得知后，曾对熟悉的科学家说，他自己引入非零宇宙常数是‘最大错误’，并多次建议取消宇宙常数。但当时不少著名科学家认为不能取消，也许非零宇宙常数有另外的物理意义。果然在70年后(1998年)，这个非零宇宙常数，同暗能量挂上钩。

在这70年间，天文学有迅猛的发展。人们还建立了接收天体无线电波辐射来研究天体的“射电天文学”；开创了将天文仪器放到人造卫星上观测研究天体的“空间天文学”等；发现了大量的不同距离的遥远星系和由很多星系组成的集团；又发现很多比一般星系更遥远的天体――‘类星体’，我们能观测到的距离达140亿光年。

现在大多数科学家都支持宇宙起源于大爆炸，在不断膨胀和冷却过程中逐步形成基本粒子、化学元素、化学分子、星系、恒星、行星等。首先要考虑的重要问题是宇宙大范围空间是平坦或是弯曲的?因为按照爱因斯坦的广义相对论，密度较大物体的引力使得附近空间弯曲；但这仅是局部情况，对大范围宇宙空间而言，密度很低，引力弯曲效应可能微不足道。故大范围宇宙空间仍可能平坦，与常人直观感觉一样。这种结论最好有较明确的证据。描述弯曲程度的量是曲率；曲率为正是正向弯曲(像椭圆)；为零是平坦，为负是负向弯曲(像双曲线)。1979年，在美国工作的物理学家古思根据直线加速器的实验，提出宇宙大爆炸初期有暴胀期，在极短时间内(不到万亿分之一秒)暴胀1050倍。这个结果经几位科学家做少量补充修正后。逐步得到大家承认。暴胀理论可以说明宇宙是平坦的，曲率为零。

根据爱因斯坦的广义相对论，曲率为零的膨胀宇宙平均密度有确定的数值，称为临界密度。可是由已知宇宙全部物质得到的平均密度，比临界密度小得多：加上所估计的暗物质眉，得到的密度还不到临界密度的1/4。到1990年以后。一些科学家重新提出，若宇宙常数不等于零，它就是单位体积包含的能量大小，可称为能量密度。按照爱因斯坦的著名公式：

E=mc2

其中E代表能量，m代表质量，C为光的速度，即每秒30万千米。也就是说，质量为1克的物质，对应于9万亿亿尔格的能量，则这部分能量所对应的质量也可以为宇宙平均密度作出贡献。由于这部分不是由已知物质或暗物质提供的，因此称为暗能量。它的大小能否由观测资料算出来呢?

设临界密度为D，由已知物质和暗物质提供的宇宙平均密度为A，由暗能量提供的平均密度为B。再设a=A/D，b=B/D。根据现在所知的物质和暗物质资料，可算出a=0.25，问题是怎样算出b值。

暗能量起什么作用呢?宇宙在不断膨胀，由于宇宙内物质(包括暗物质)的相互引力作用，应该阻碍膨胀，故宇宙的膨胀速度应逐渐减小。哈勃在1929年提出哈勃定律时，因星系资料不多，得到的宇宙膨胀速度接近常数。如果用70多年来积累的更多更精确的观测资料，证明宇宙膨胀速度真的在不断减少，暗能量作用就不明显。假如情况相反，观测资料证明宇宙在加速膨胀，则暗能量就起了与引力相反的作用，加速宇宙膨胀。

要证明这点，需要得到更多遥远天体的准确距离。20世纪90年代初，很多人注意到超新星。这是由原来看不见暗弱恒星突然增亮到看见，好像新出现的星，故中国古代人取名为新星：如果亮度增加超过一千万倍，现在就称为超新星。当时在美国成立了两个超新星研究组，一个在哈佛大学，另一个在加州大学伯克立分校。他们互相竞争和监督，同时研究一种特殊类型超新星，它们是由高密度的白矮星(表面温度高，但体积很小的恒星)质量超过临界值时爆炸而成，最亮时的绝对亮度几乎一样。同用观测得到的视亮度比较，就可以算出超新星的距离。两个组独立地用人造卫星上望远镜的精确观测资料，发现了几十颗这种类型的超新星，分布在各个遥远的星系或其他天体中。算出距离后发现，这种超新星的距离比用哈勃定律算出的更远。这说明宇宙在加速膨胀!而且他们还根据膨胀速度的变化，估算出a，b的差值为b-a=0.46。即b=0.46+0.25=0.71。

1998年2月，两个研究组同时公布彼此独立研究的结果，引起轰动。当然这些数值存在一定误差，其中a+b=0.96。同1的差别也在误差范围之内。这说明已知物质、暗物质与暗能量提供的宇宙平均密度，同平坦宇宙的临界密度相等。以后几年用其他的观测资料算出的a+b=1.02，与1更接近。这表明，宇宙是平坦的，暗能量是存在的，而且是加速宇宙膨胀的主要因素。

以上结果还不能算最后结论，需要用更多更精确的观测来证实。即使暗能量真的存在，也还有下面的问题需要解决：

首先要弄清楚暗能量的实质，它既然不是观测到的物质或暗物质，究竟是什么玩意儿?是一种什么样的能量?

其次是要弄清楚暗能量加速宇宙膨胀的机制，怎样起加速作用?有人认为是一种斥力，因为它与引力作用相反。即使是斥力。也需要建立相应的理论和作用规律。

第2篇：宇宙加速膨胀范文

宇宙学作为现代科技的最前沿，在物理教学中也应该有所体现.早在2002年下半年制订的全日制高中物理新课程标准中对此已经给出了明确的学习标准：要求学生了解宇宙的演化与发展，关注宇宙学研究的新进展，知道空间的有关概念.为此，我们按标准要求对现代天文学的知识作如下通俗的概括.

1 宇宙的起源

宇宙起源于一次猛烈的爆炸，这里的爆炸并不是平常所见的炸弹的爆炸，而是空间本身的爆炸.在这个原始爆炸力的推动下，现在的宇宙仍在不断地膨胀，如同一个均匀布满星点的气球，随着气球的膨胀，星点之间的距离不断增大.

宇宙起源于大爆炸的科学依据.首先，现在的观测事实表明，星系光谱普遍向红端移动——星系红移，只有星系退行才会出现这种情况.其次，1964年两位美国工程师彭齐亚斯（A·Penzias）和威尔逊（R·W·Wilson）发现宇宙各处普遍存在3.5 K（后来又修正为2.7 K）的微波背景辐射，这是宇宙由开始的高温状态经不断膨胀、不断降温冷却到现在的剩余温度.第三，测量表明，不论在宇宙什么天体（包括太阳），氦丰度的值都在24%左右，这与大爆炸理论氦丰度的值相符.

2 宇宙的大小

表面上看来，天空中的星星数也数不清，数目无限多，宇宙的空间也应无限大.实际上宇宙的大小是有限度的，半径有140多亿光年，但没有边际，即宇宙有限无边.这似乎很难理解，因为我们过多的考虑了普通空间（体积），如果换成面就好理解了.我们知道地球的表面积是有限的，但因为地球的表面是球面，因此并没有头.地球的表面就是有限无边的.宇宙也是一样，体积有限但是没有头.所以火箭飞速行驶，走啊走啊，最终只能又回到原来的地方.宇宙的空间，就其本质来说是曲面的.这样考虑当然是有证据的.例如以地球为中心，在10亿光年半径之中的星星和20亿光年半径之中的星星数目之比，如果是普通空间，应该是1∶8.但是因为空间是曲面的，所以实际不是那样.

既然宇宙是有限的，也许有人会问，宇宙的外侧是什么样的？所谓“外侧”是以空间是无限的，空间的一部分是宇宙的说法为前提的.实际上，空间无限只不过是人的随意想象，就像人们认识地球之前，顽固地相信大地各处都是平直沿伸的，地面积是无限的，而实际上地球表面是曲面的，地面积也是有限的那样，空间（即宇宙）的大小也是有限的.在空间以外什么也没有，那里不成为自然科学的研究对象.

3 宇宙的中心

宇宙既然是有限的，那么星星的数目也是有限的.这样，我们似乎可以求出每个星星的重心，然后就可以求出整个宇宙的重心，于是，这就是宇宙的中心了.实际上，宇宙的中心是求不出来的.同前面一样，换成球面就容易理解了.如果地球小范围内有两个小岛，那么我们可以求得两岛的重心在两岛之间（当然也在球面上）.可是一考虑球面的全体，重心决定不了了.同样，在整个宇宙空间中，也不可能求出宇宙的中心.因此，宇宙是既无中心也无边界的.

4 宇宙的空间

相对论表明，我们生活的宏观宇宙是四维空间（有长度、宽度、高度、时间的空间），为了便于对空间的理解，我们通过以下例子说明.

在三维空间有一根棒，它有长度、宽度和高度，棒可以沿Ox，Oy，Oz轴任意移动，也可以在该三维空间任意转动（如图1所示）.

三维空间的棒在一维空间只有长度，无宽度和高度，且一维棒的长度是不确定的，它是三维空间的棒在一维空间的投影，如果棒与由Ox所确定的一维空间平行时，棒就长些，不平行时，棒就短些（如图2所示）.三维空间的棒在一维空间，只能沿Ox轴移动（因为在此之外没有别的空间）.

三维空间的棒在二维空间有长度和宽度，但无高度， 且棒的长度也是不确定的，它是三维空间的棒在二维空间的投影，如果棒与Ox，Oy所确定的二维空间（平面）平行时，棒就长些，不平行时，棒就短些（如图3所示）.三维空间的棒在二维空间能沿Ox，Oy移动，也能在Ox，Oy确定的平面内转动.

同样，我们所说的三维空间棒的长度也是不确定的，它是四维空间一定长度的棒在三维空间的投影.若棒变短，那么使棒投影的长度变短就行了，要实现这一点，由相对论可知，使棒以非常快的速度（接近光速）运动即可（如图4所示）.

5 宇宙的演化趋势

第3篇：宇宙加速膨胀范文

1、“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。

2、现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末，对Ia超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀，因为宇宙可能大部分由暗能量组成。

（来源：文章屋网 ）

第4篇：宇宙加速膨胀范文

关键词 大爆炸 相对论 宇宙基 弦孢子 撞击 多维

中图分类号：P15 文献标识码：A

人类对于宇宙的认识是随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深的，并开始科学地探讨宇宙的起源，20世纪初期，宗教人士及科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。

提出并完善这一理论的代表人物是伽莫夫和霍金。

1大爆炸理论的主要观点

大爆炸理论的主要观点是：我们的宇宙有开端，是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀，形成了我们的宇宙。最初那次爆发就被称为宇宙大爆炸，这一关于宇宙起源的理论就被称为“宇宙大爆炸理论”。

根据这一理论，宇宙演化过程起始于大约137亿年前，当时宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，时间、空间都不存在。突然，这个体积无限小的点“无中生有“爆炸了，时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸理论。

2宇宙演化分为三个阶段

第一个阶段：是宇宙的极早期“太初第一秒”。这个阶段的时间特别短。宇宙处于一种极高温、高密的状态，除氢核――质子外，没有任何别的化学元素，只由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成。随着宇宙迅速膨胀，温度急速下降。

第二个阶段：大约经历了数千年，是化学元素形成阶段。此时宇宙间的物质主要是氦、氢等比较轻的原子核和质子、电子、光子等，光辐射很强，但没有星体存在。

第三个阶段：是宇宙形成的主体阶段，至今我们仍生活在这一阶段中。宇宙继续膨胀，温度不断降低。宇宙先后形成了各级天体：宇宙间的气态物质逐渐凝聚成星云，并逐渐演化成星系、恒星和行星，再进一步形成各种各样的恒星体系。

但如今对于宇宙是从虚无当中一致密奇点爆膨而成的观点也有不少不同看法。其中主要有“大反弹”，“平行宇宙”，“无限膨胀”，“超膜理论”等根据这一系列理论时间在大爆炸前就已存在，这一点与笔者对宇宙起源的假想是一致的。

对这个宇宙起源的假想笔者提出的理论是“撞击生成论”。这个理论有三个前提就是在我们的宇宙之外必须有一个更大的“母”宇宙存在，这个“母”宇宙笔者称之为“宇宙基”；“宇宙基”本身也存在多个维度；“宇宙基”存在着超越光速的物质，这种物质笔者给他的名称“弦孢子”。

笔者对宇宙生成的假想灵感来自生物学及量子引力学，另一部分则是对宇宙外部世界的想象。笔者这个理论实际上和其他否定“宇宙”无中生有的理论一样都会陷入鸡生蛋，蛋孵出鸡的无限死循环当中，所以我们现在讨论的内容是在以当前宇宙为参照一定范围内的假想理论。

现在我们具体谈谈这个理论的大体架构。首先在笔者提出的“宇宙基”内存在多个维度且相互独立，每个维度中有各自超越光速上亿万倍“弦孢子”，“弦孢子”的形成可以归结于“暗能量”，我们知道当前宇宙之所以不断膨胀的其中一原因就是存在“暗能量”，我们的宇宙如果不收缩将继续以及高速度膨胀最后“暗能量”将以光速甚至超越光速的速度将我们的宇宙撕扯成最小单位“弦”并散布在“宇宙基”内，并且这些原本的宇宙内的“物质的粒子最小单位”会被“宇宙基”各个不同维度所吸收。由于在“宇宙基”这个级别内的物理定律将完全不同于我们现在的宇宙。所以“弦孢子”可能具有极大的引力，其引力估计比宇宙最大的黑洞还强，同时“弦孢子”在吸收“弦”同时自身也会在对应维度内不断加速运动。

“弦孢子”通常被在对应的“宇宙基”维度里以超光速运行，“弦孢子”里面包括我们知道的各种物质粒子的信息，就像生物体细胞里面的“DNA”，可能还有很多非我们现在宇宙的“弦”类型。有一点笔者能想象的就是“弦孢子”在这一过程当中速度不断加快，密度不断加大。至于“孢子”是受到哪种力作用加速，只能说是由它自身的特性决定，当“弦孢子”加速到足以摆脱当前维度束缚的时候，它将像量子跃迁一样冲向其他“宇宙基”维度。

“弦孢子”携带巨大能量在冲出当前维度撞击其他维度时候将发生”大爆炸”同时生成类似我们这个宇宙，以及与我们宇宙各种物质条件相反的负宇宙，并且产生巨大能量、释放各种粒子、引力波……。这样就可以解释当前宇宙为什么会在无空间时间中爆发创生。这种撞击的间隔我们现在无法知晓可能很长，长到我们这个宇宙衰亡殆尽后很长时间，或者这个间隔很短甚至每一秒钟都有新的撞击产生新的宇宙。由于“弦孢子”所吸收携带的“弦”信息都不同所以创生的每个宇宙都可能会有一些差别，相信物理、化学规律也会有区别。

第5篇：宇宙加速膨胀范文

天体物理学属于应用物理学的范畴，是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。

本书作者Leonard S Kisslinger是美国卡内基梅隆大学教授，他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解。本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程，运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解。

全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、加速度、动量和能量的基本概念，温度（作为一种能量形式），力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移，然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律，最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转，太阳（作为一个熔炉）的特性，大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性，怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性，通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要假设，以及由此产生的长度收缩和时间膨胀，由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与假设的相一致性，利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波，以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念，重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（Electroweak phase Transition）：定义了量子力学的相变和潜伏热，重点讨论了电弱理论和电弱相变，电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关系，由于相对论性的重离子碰撞量子色动力的产生。

本书的目的是使大学生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此讲述早期到现在宇宙演化背后的天文物理学理论。本书不要求学生有太深的数学基础，适用于所有对科学尤其是天文科学感兴趣的大学生，同时也适合于对这些话题感兴趣的读者。

第6篇：宇宙加速膨胀范文

果壳中的宇宙读后感

依照霍金的理论，胚在虚时间的历史将决定它在实时间的发展。高维泡泡在虚时间中产生一个完全光滑的球形的4维“果壳”的概率是最高的；然而，这又对应于在实时间内以暴胀方式永远膨胀的胚。星系不能在这种胚世界中形成，从而智慧生命也不会出现。然而，高维泡泡在虚时间中产生一个有点不光滑和偏离球形的4维“果壳”的概率虽然稍低一些，但是却能与实时间中的减速暴胀过程（胚在开始时有一个加速膨胀——暴胀的相，随后膨胀又缓慢下来）相对应。在这个减速暴胀过程中，星系可能形成，智慧生命也会出现。有趣的是，这些智慧生命将会创造一种宇宙理论，认识到他们来自于不那么光滑，也不那么圆的4维“膜”。

在读完《果壳中的宇宙》和《宇宙的起源与归宿》之后，有一种感觉。人类置于茫茫的宇宙之中实在是太渺小了，而且对所存在的宇宙也只是停留在理论阶段，完全没有实力实践。而当中一些妄想要挑战自然挑战宇宙的人类不是太狂妄，太可笑了吗？虽然他们可以说是人存理论决定这个宇宙，但是没有确凿的证据是不能使全世界的人类信服的。而神创论更是无从谈起，他们想说他们那个万能的上帝么？可惜，亲爱的上帝不是万能的，他能造出一块自己也搬不起的石头么？

人类还有很多未知的世界需要我们不断探索，我相信，事实只有一个，人类在将来，一定会得到我们想要的答案。

第7篇：宇宙加速膨胀范文

这是一部简明而全面地介绍粒子物理中关键实验设备的高级科普读物。作者作为一位加速器物理学家，几十年来见证和亲身参与了加速器和探测器由小到大，由简单到复杂的快速发展历程以及与之相伴随的对最深层次物质结构认识的科学研究，对于高能物理实验与理论所取得的无比辉煌的成果，作者一直感到激动不已。特别是有史以来超大型的高能物理实验装置，欧洲大型对撞机（LHC）的2007年开始成功运行，使作者难掩激动，而且也极大地激发了物理学家的想象力和提振了广大公众的关注度。正是考虑到这样的背景以及基于物理学家的社会责任感，作者认为必须撰写这样一部高级科普读物，让广大的读者懂得与这些设备相关的概念以及它们的真正意义，理解科学家们和各国政府以不断攀升的代价推进这些复杂的和昂贵的实验。

本书的副标题为“迷人的宇宙蛇”，指的是近几十年在物理学界广泛流传的对于微观、宏观和宇观现象之间密切关系的一副清晰的、形象化的图像。它是一条盘成闭合圆形的“衔尾蛇”， 头部代表极大尺度的宇宙，尾部代表尺度最小的微观粒子。从最微小的量子世界到150亿光年的宇宙空间，这条蜷缩成圆形的蛇描写了整个物理世界的特征，人们称它为宇宙蛇。大和小的这种统一类似于人类历代祖先对宇宙和生命的感悟，在世界各地的许多文化中都有这种头尾相连的蛇的形象，古埃及以环形蛇象征宇宙四神的统一，印度以咬自己尾巴的蛇来譬喻生命轮回。在古代北欧神话中的Ouroboros（中译名为乌洛波洛斯，衔尾蛇），象征着宇宙的统一和无休止的永恒法则下的开始和终结。

全书内容共分13章：1.粒子的膨胀宇宙；2.击碎原子的火花；3.大自然自己的加速器；4.打开原子核； 5.通向天堂的曲折之路； 6.大量落下的粒子；7.环绕地球：同步回旋加速器； 8.下一代：超级同步回旋加速器；9.直线加速器，直截了当的故事；10 莲花盘坐（瑜伽）、对称性、规范理论和标准模型； 11.碰撞过程； 12 .粒子探测实验； 13.弄蛇人： 大型强子对撞机（LHC）。

加速器和探测器技术发展很快，在这一过程中不乏神奇的故事。几十年来，物理学的发展与加速器的演化是密切相关的。作者在该书中通过一些饶有兴趣的故事把这些神奇的历史讲述给读者。除了一些历史照片和一些图例之外，作者还画了一些卡通图，以使这些沉重的描述变得轻松一些。对于那些对高能物理有兴趣的读者，该书很值得一读。对于从事粒子物理理论和实验研究与教学的教师及研究人员也具有很好的参考价值。

丁亦兵，教授

第8篇：宇宙加速膨胀范文

据国外媒体报道，近日美国麻省理工学院的宇宙理论学家马克斯?特格马克(max tegmark)通过暴涨理论揭示了宇宙起源时期所发生的事件。宇宙暴涨（cosmic inflation）认为在大爆炸发生后的极早期宇宙时期发生了难以置信的暴涨事件，在负压真空能的驱动下，时空迅速膨胀，扩展速度甚至超过了光速。如果没有暴涨时期存在，那么我们今天的宇宙将是炙热、密度极高的“汤”并不断演化而冷却下来。

但是诸如宇宙理论学家马克斯?特格马克这样的研究人员不止一次提出宇宙暴涨时期持续的时间是否超出了它应有的范围。这项研究议题之所以吸引人，可能是由于其将导致一些令科学家们惊讶的结果，直接动摇了我们目前对整个宇宙的了解，其中包括被认为是今天宇宙开端的“创世大爆炸”，那么为什么样的“爆炸”才可被认为是宇宙大爆炸呢？

当前宇宙学中的暴涨理论在上个世纪八十年代被提出，一位名叫阿兰?哈维?古斯（alan harvey guth）的年轻博士后研究人员在康奈尔大学提出，认为宇宙在极早期经历了一个十分短暂的加速膨胀过程。通过对宇宙微波背景辐射的研究，其结果却让宇宙大爆炸理论的支持者们感到不安。

由贝尔实验室的科学家阿诺?彭齐亚斯和罗伯特?威尔逊发现的充满宇宙空间的微波背景辐射被认为是宇宙大爆炸的痕迹。在大爆炸发生后的38万年，宇宙从一个令人难以想象的、具有极端密度和温度的“奇点”逐渐扩大并冷却，温度环境适合第一批原子的形成。在大约140亿年之后，这些大爆炸残留的温度依然存在于宇宙空间中，其数值为2.725开尔文，并且在宇宙中几乎均匀地分布着。

对宇宙微波背景辐射与大爆炸之间关联的发现中却隐藏着另一些神秘的问题。其中之一便是你可以在某个方向测量100亿光年的宇宙辐射背景，在另一个方向上再测量100亿光年的背景值，就会发现它们似乎遵守着奇怪的均匀性法则。但是，如果仅仅是一个简单的大爆炸诞生的宇宙，似乎没有足够的空间和时间来降低宇宙中的温度，也暗示着按这样方式演化的宇宙是一个高度不可能的巧合事件。

然而，宇宙几何轮廓是怎样的呢？宇宙背景的信息编码结果认为时空是“平坦”的，但是欧几里得几何告诉我们平行线是不可能相交的，因此宇宙不是“平坦”的时空，以此让我们了解到引力极其扭曲时空的想法，而且一次“简单的大爆炸”并不能解释这个问题。

当前的宇宙学认为大爆炸产生了时间的开端，因此存在一个暴涨的量子场。在宇宙经历第一次暴涨阶段时，所有的存在的东西都是不平等的，随机性的量子波动作为能量提供方式的一种仅仅暴涨过程中起到作用，随着宇宙逐渐进入真正的真空状态，并在周围时空中产生了一种被称为万有引力的基本作用力。随着时间进一步延后，时空快速膨胀的速度将超过光速。

虽然爱因斯坦的相对论中禁止了任何物体可以进行超光速的运动，但是对于时空本身而言却不受限制。当宇宙暴涨逐渐收尾时，获得的动能促进了物质和辐射的产生，

转贴于

接着便是恒星、行星最终出现了我们。这一切发生得比眨眼睛还要迅速，仅仅在大爆炸之后的10-33便结束了。

科学家们通过暴涨来解释宇宙大爆炸之后时空性质被抹平的现象，暴涨使得宇宙变得如此之大，以至于任何测量都认为它看上去是平整的。虽然暴涨时期宇宙中极小的时空迅速变成需要用天文数字进行理解的时空尺度，但该过程中产生很小的量子波动，随着暴涨的发生，这些波动可被放大，其所产生的结果便是我们今天所看到的星系群。

科学家们推测，在其他的宇宙中可能也会出现类似的事件，一旦宇宙进入暴涨时期，那么它几乎不可能停止。量子波动可以确保暴涨的区域在不同时空区域具有不同的能量，这就如同一座山脉中有很多小山峰一样。在其他微宇宙中，由于没有别的因素可以影响它们的暴涨速度，使得它们整体运动可超过光速，这些迷你小宇宙最终就完全脱离了出去。

在一个单一的宇宙中，基本的物理学理论可以为宇宙的平坦时空提供预测，或者对暗能量的探索可以推测这个神秘的物质似乎可以加速宇宙的膨胀。对于我们这个“无限”的宇宙而言，不存在明确的预测，任何问题都可归结为概率问题。起初，宇宙学家们希望通过在一些特殊时间下获得多元宇宙的证据，而后推出各种各样的可能性理论，但是爱因斯坦并不认同这样做法。

爱因斯坦的相对论认为宇宙中没有单一的时钟，而是存在无穷多种方式去获得宇宙动态的瞬间，并赋予每一种状态以不同的概率。根据普林斯顿大学科学家保罗?斯坦哈特（paul steinhardt）介绍：“我们通常认为爆炸可预测出一个光滑、平整的宇宙，与此相反，暴涨可预测出无限次数背后的每一种可能。”对此，宇宙理论学家马克斯?特格马克认为暴涨摧毁了宇宙本身，从逻辑上将这是一种自我摧毁。

根据位于帕萨迪纳市的加州理工学院宇宙学家肖恩?卡罗尔（sean carroll）介绍：“暴涨模型目前仍然是主流解释，但我们目前却对该理论存在疑虑，最主要的是我们不知道暴涨的区域在哪儿，以及为什么会出现假真空状态，这些能量又是从何而来的呢。”

早在2001年，科学家斯坦哈特（steinhardt）首次提出了替代方法，并与他的同事贾斯汀库利（justin khoury）等认为我们需要重新审视宇宙大爆炸的解释。它们的灵感来自弦理论，这是一种最广泛的方法可以接近爱因斯坦的广义相对论，而后者是目前描述空间和时间的最佳理论。如果能与量子力学很好地接洽，那么该理论将能说明宇宙一切事件。

第9篇：宇宙加速膨胀范文

但是，这一切已经发生了变化。在1994年5月出版的《经典引力与量子引力》里，威尔士大学的物理学家米格尔·阿尔库比埃尔描述的空间旅行场景与科幻小说中的曲速引擎极其相似。有了阿尔库比埃尔曲速引擎，我们到宇宙中任何一处想用多短时间就用多短时间！

阿尔库比埃尔设想的曲速引擎借鉴了爱因斯坦广义相对论的巧妙法则。爱因斯坦认为，时空（空间三维和时间维度的结合）不是一个惰性基质，而是一个动态实体，受能量集中的影响而扭曲变形。阿尔库比埃尔认为，我们也许能够利用这个现象以快于光的速度从一个星球去另一个星球，通过干扰时空，让飞船正前方的区域收缩、正后方的区域扩展，这样的时空扭曲实际上就像冲浪者处于浪尖一样，将飞船迅速推向前方。乍一看，这个原理似乎会违背爱因斯坦的狭义相对论，因为狭义相对论认为任何物体的移动速度都不会快于光速，违背这条定律就会导致因果悖论，就会发生现在的行为影响过去的现象。然而，阿尔库比埃尔证明，他的曲速引擎实际上不会违背狭义相对论，因为光也在时空中运行，就像飞船一样，顺流而行。相对船来说，光束仍然以光速运行，相对于其紧邻的时空来说它本身并没有加速。阿尔库比埃尔的曲速引擎虽然没有产生因果悖论，但是人们还是关注空间旅行者的利益。在短短的片刻到达一个遥远的星球并从其返回，旅行者就得经受极其巨大的加速，以这样的速度航行，他实际上已经变成了糨糊。或者说，如果不是因为广义相对论中的加速度具有相对性的话，这种情况会是真的。

虽然人们从地球上看飞船的加速度极其巨大，但是空间旅行者所体验的加速度却是零！空间旅行者将处于失重状态，就像绕地飞行的宇航员一样。阿尔库比埃尔最后也解释说，利用他的曲速引擎的旅行者体会不到时间膨胀。

爱因斯坦狭义相对论的预测之一是，对于相互之间运动的观察者来说，时间的移动速度不同（基利说‘时间是重力’）。设想有两个宇航员约翰和坎贝尔，他们决定去200万光年之外的仙女座。约翰乘坐飞船，“以1个地球重力速度一路前行”，而坎贝尔旅行的大多数时间接近光速，由于时间的膨胀，坎贝尔能活着回来，往返只需60年。可是，因为仙女座距离地球200万光年，在坎贝尔回到地球之前400万年已经过去。相比之下，约翰能够到达仙女座，然后回到地球赶上吃晚饭！

当然，没有免费的午餐（或晚餐）。阿尔库比埃尔的曲速引擎是一种被称为奇异物质的东西，具有负能密度的特性，它不像构成人、行星和恒星的具有正能密度的正常物质。能量密度相同的物质通过重力相互吸引，而正能物质和负能物质则通过重力相互排斥。曲速引擎就是靠奇异物质的负能密度推动。