我们的宇宙与德西特相对论

精确宇宙学揭示,宇宙尺度的物理学应以极小的正宇宙常数为标志.这应受到高度重视. 我们认为,较之爱因斯坦相对论,德西特(W.de Sitter)相对论,包括德西特狭义相对论和以其局域化为基础的德西特引力,才能更好地反映这一特征.     

宇宙演化的奇思妙想

星空和宇宙的奥秘,自古以来吸引着人们,许多学者为探索这一奥秘的科学真理付出了毕生的心血甚至生命.1916年,现代物理学的奠基人爱因斯坦用广义相对论揭示了时间和空间的辩证关系;1919年,爱因斯坦又发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》一文,这篇论文成为现代宇宙学的奠基之作. 那么,宇宙是如何诞生和发展的?它的未来又会如何呢?一些站在宇宙学前沿、思想敏锐的科学家,根据爱因斯坦的理论,用他们的心智和才学描绘出一幅幅绚丽多彩、气势宏伟的宇宙蓝图.     

一弦定音

<正>为什么弦理论仍然是宇宙统一论的希望所在?1984年秋天,久负盛名的《物理学快报》上发表了一篇有关弦构想的文章,接着便以排山倒海之势掀起了第一波弦革命,全世界数以千计的物理学家们争先恐后地放弃了他们手中正在研究的项目,去追逐爱因斯坦毕生的梦想——宇宙统一理论。这是一个全新的领域,充满生机和希望。30年后的今天来看得失,究竟弦理论是揭示了宇宙的深层定律,还是如一些批评家们所言,不过是吸引了整整一代物理学家的数学理论上的海市蜃楼呢?尽管宇宙统一理论已成为爱因斯坦的代名词,但是几个世纪以来该理论一直是现代物理学的研究核     

与爱因斯坦宇宙学常数相关的狭义相对论:评介德西特不变和反德西特不变狭义相对论

通常的狭义相对论是在庞加莱变换下不变的,它的基本度规为闵科夫斯基时空度规,该度规满足没有宇宙学常数L的真空爱因斯坦方程.本文指出:L10时的狭义相对论是德西特/反德西特不变狭义相对论.求解L10的真空爱因斯坦方程,得到这种拓展的狭义相对论的基本度规是陆启铿-邹振隆-郭汉英1974年提出的Beltrami度规;用欧拉-拉格朗日方程证明Beltrami时空的自由粒子运动是惯性运动.本文求出了德西特/反德西特不变狭义相对论的全部凯林(Killing)矢量,证明了Beltrami时空是最大对称性空间,导出来全部守恒量.构造了理论的正则形式,发现了正、负正则能量的色散关系的不对称性;实现了正则量子化,导出了相对论性波方程,从而建立了德西特/反德西特不变的相对论量子力学.简要介绍了通过天文观测原子(或离子)能级劈裂来探测精细结构常数a改变的实验.实验结果在4~5σ置信度内否定了庞加莱不变狭义相对论的预言,发现在z≈{1~3}处ɑ_z≠ɑ_0.由于原子或离子能级的精细结构是相对论量子力学的结果,所以观测实验支持在红移z≥1的狭义相对论量子力学中的L修正不可忽略.这是对德西特/反德西特不变狭义相对论的实验支持,是超出现有物理学标准模型的新物理.     

走近诺贝尔奖(十九)捕捉时空涟漪

正我们都知道,地球围绕太阳公转,这是因为太阳对地球有引力作用。然而,地球距离太阳约1.5亿千米,那么,太阳是如何把引力传递给地球的呢?宇宙中的任何物体,大到天体、小至尘埃,相互之间都存在引力。然而,物体之间的引力是如何传播的?爱因斯坦认为,引力像水波一样不断向外扩散,这就是引力波。在爱因斯坦提出引力波概念将近100年的时     

轮椅上的巨人——史蒂芬·霍金

最先有鸡呢,还是先有蛋?宇宙有开端吗?如果有的话,在此之先发生过什么?1、霍金是继牛顿、爱因斯坦以来最伟大的理论物理学家。他将相对论的研究推向崭新境界,并创立了自己的理论模型——量子引力论,使自己居于当代理论物理研究的最前     

宇宙是个放大镜

爱因斯坦广义相对论中关于"宇宙放大"的预言被证实 2005年是"爱因斯坦年"在全球科学界纪念爱因斯坦逝世50周年和爱因斯坦广义相对论提出100周年之际,参与"斯隆数字化巡天观测"的美国天文学家通过对大约20万颗类星体以及1 300万个星系的研究发现:爱因斯坦广义相对论中关于宇宙放大现象的观点的确有据可依,整个宇宙其实就是一个巨大的放大镜,光线是可以弯曲的.     

走近诺贝尔奖(十) 宇宙或将在冰冷中死去

<正>众所周知,万事万物都会有一个发生、发展和消亡的过程。那么,我们身处的宇宙会不会遵守这样的自然规律呢?宇宙的最终命运又将是怎样的呢?有人说世界将终结于熊熊烈火,也有人说它将终结于凛凛寒冰……宇宙也正处在一个"生长发育"的过程中,其表现形式是加速膨胀。最终,宇宙也将在一片冰冷之中逐渐走向死亡。来自美国的萨尔·珀尔马特、具有澳大利亚籍和美籍双重国籍的布莱恩·施密特以及另外一     

聚宝盆数列

要看到一粒沙中的世界,一滴水中蕴涵了整个宇宙,宇宙本身是否只是更大世界中的一个质点呢?     

数学是现实之根吗?

如果某些或所有的迫使我们考虑平行世界的数学被证明与现实有关,那么,爱因斯坦的著名疑问:"宇宙之所以如此,是否因为不可能存在另一个宇宙"会有一个明确的答案吗?19世纪晚期,当詹姆斯·C·麦克斯韦(James C.Maxwell)意识到光是一种电磁波时,他的方程显示光的速度应该是大约每秒30万公里。这个值与实     

WMAP将要告诉我们什么?--谈人类对宇宙演化的探索

我们的宇宙是何时开始、如何开始、为何开始的 ?它又将如何变化 ?它的最终命运又将如何 ?这是任何一个有好奇心的孩子都会问的问题 ;而对宇宙学家来说 ,对宇宙起源及最终命运的探索却既是一个十分古老的话题 ,又是一个非常热门的前沿问题。爱因斯坦在 2 0世纪的头 2 0年中奠定了我们将宇宙作为一个整体来认识的基础。 2 0世纪 2 0年代 ,美国天文学家哈勃通过对遥远星系光谱线特征的研究 ,证实了宇宙在膨胀。之后 ,宇宙学家们构造了各种宇宙学模型 ,做出各种预言。而模型与真实宇宙之间的相容性必须由观测来检验 ,正是现在WMAP (微波各向异…     

宇宙加速膨胀的射电直接测量研究获得重要进展

<正>最近,北京师范大学天文系张同杰宇宙学团队基于宇宙学中Sandage-Loeb效应也称Redshift Drift原理,提出了第一个宇宙加速膨胀的射电直接测量方法.传统方法是通过距离观测并且基于宇宙学哥白尼原理和爱因斯坦方程来测量宇宙加速膨胀,这是一种间接方法.新提出的方法是一种与宇宙学模型无关的直接测量方法.该研究工作于2014年7月25日在Physical Review Letters杂志上发表.20世纪20年代美国天文学家Hubble发现宇宙在膨胀,并根据当时少量的观测数据总结得出著名的Hubble定律,因此爱因斯坦也为自己构造了一个静止的宇宙而后悔不已.根据Hubble定律,通过观测河外星系的红移可以测量星系的退行速度,基本相当于宇宙整体膨胀的速度.既然宇宙在膨胀,那么宇宙膨胀是加速的还是减速的,如何测量宇     

宇宙学:从Robertson到今天

把罗伯特近(Howard Percy Robertson)对宇宙学的杰出贡献提给这次纪念讲演,对我来说是一个巨大荣誉,这感受,通过阅读罗伯特逊过去的优秀作品目录而进一步增强了。要评价罗伯特逊的工作,就必须了解其背景。爱因斯坦创立了广义相对论,它是现代的引力理论。在这理论中,引力和宇宙学都被几何化了。爱因斯坦本人想象了一个空间上封闭的、时间上独立的宇宙。弗里德曼(Alexander Friemann)找到了——或者说猜到了——爱因斯坦方程的一个非静止的宇宙解。哈勃(Edwin P.Hubble)关于遥远星系红移的发现,进一步证实了这样的观念,即宇宙通过其膨胀而进化。     

广义相对论揭示奇异宇宙

正爱因斯坦准确预测了黑洞、引力波和宇宙膨胀。爱因斯坦刷新了时间和空间概念,他的理论所预测的无比奇异、无比宏大的宇宙挑战着人类想象力的极限。诞生在瑞士一家专利署、成熟于德国柏林的广义相对论,是根植于对引力更深层面的新理解而提出的、有关宇宙的一种开创性理论。     

完美的对称伟大的突破--纪念爱因斯坦逝世五十周年

一代科学巨匠爱因斯坦,又是一位杰出的思想家,他的思想方法是耐人寻味的.他所创立的相对论,以其前提的简单、结构的新颖、体系的严谨、结论的正确,堪称现代物理理论之魁首.众所周知,相对论突破了经典力学的机械论囿限,否定了传统的绝对时空观念,披露了物质、运动、引力、时空的内在联系.相对论的建立,无疑是一个伟大的突破、一项卓越的创新.那么,爱因斯坦是如何突破和创新的呢?从方法论的角度,我们可从中吸取些怎么样的教益呢?     

一个避免奇点的振荡式反弹宇宙模型

按照奇异性的边界理论,奇异性是一切非类空测地线不可扩展的边界。因此,宇宙奇点应表示宇宙演化在时间上有一个开始或终结,一切事物的因果序列在这里被剖断了。宇宙的奇点是否可以避免呢?本文计算指出:若考虑到早期宇宙物质真空的     

谁成就了爱因斯坦

今年是爱因斯坦逝世50周年,也是狭义相对论发表100周年.爱因斯坦在科学上的贡献是世人皆知的.相对论的发表标志着科学发展的一个新纪元.但是科学的发展是众多科学家探索的结果,同样,爱因斯坦的成就也是建立在前人研究成果之上的.那么,谁对爱因斯坦有过重大影响呢?伽利略的相对性原理,马赫的一切运动都是相对的理论,对爱因斯坦建立相对论都起到过很大的作用.还有两个人的贡献也是不可磨灭的.一个是洛仑兹,一个是迈克尔逊.但是这两个人不仅没有创立相对论,而且直到去世也不认可相对论.     

费米—狄拉克统计的诞生

一、前言费米-狄拉克统计是物理学中的一个重要理论,是统计物理学史上的一个里程碑.从命名中可以看出,它是由费米(E.Fermi)和狄拉克(P.A.M.Dirac)两人建立的.他们两人是怎样建立的呢?是合作的,还是各自独立提出的?或者是象玻色-爱因斯坦统计的建立那样,是一个受另一个启发,后者把前者的方法加以推广才建立起完整的理论形式的?对此大多数读者可能并不清楚.另外,费米-狄拉克统计究竟是怎样诞生的?它和玻色-爱因斯坦统计之间的关系究竟如何?它的诞生对物理学的发展有什么影响?这些正是本文要加以阐释的内容.     

新天问

人们常常对宏观世界或者微观世界、生命奥秘发出种种疑问。疑问引发幻想,幻想是理想的母亲,理想是动力的源泉。本文提出的疑问,有的现代科学已经解决了,有的还有待于未来的科学发展。我把自己常常想问的,以"新天问"的形式发表,不在于等待答案,而在于焕发一种想象力。想象力不是科学,但对于科学文艺的发展却有着永恒的积极意义.宏观世界科学界公认:宇宙是在瞬间大爆炸中形成的。在大爆炸之前,既没空间,也没有时间吗?"创生"大爆炸的物质有多大呢?大爆炸的"瞬间"是多长时间呢?"创生"大爆炸以前的物质是什么状态呢?大爆炸以后的宇宙是怎么变得如此有序的呢?科学家说,宇宙是有边界的.在我们的宇宙之外还有宇宙吗?如果我说太阳系是个放大的原子,银河系是原子组     

异想天开的"冰宇宙论"

20世纪初,奥地利工程师汉斯·海尔维加曾对宇宙的生成提出了一个被称之“冰宇宙论”的古怪假说,即认为宇宙是由冰块聚合而成的。后来这个假说被证明是荒谬的,许多人都觉得它非常可笑,但是今天,现代天文学家们突然发现“冰宇宙论”还有其一定的道理。海尔维加的“冰宇宙论”究竟是怎样一个假说呢?它又有何道理?一个冰构成的宇宙海尔维加是这样来介绍他的宇宙的:这个宇宙永远是光明与黑暗、火焰与冰块斗争的场所。在很久很久以前,存在一个比现在的太阳大几百万倍的高温天体。有一天,该天体与由冰构造成的其他天体碰撞,发生了大规模的水蒸气爆…