宇宙的起源—大爆炸宇宙学介绍

关于宇宙起源,历史上曾经出现过各种各样的想象和神话传说。但宇宙的起源本身却是一个科学问题。20世纪以来,人们在宇宙观测中取得了越来越多的重大发现,从而逐渐建立起大爆炸宇宙学模型。大爆炸宇宙学模型的背景20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了旋涡星云正快速远离人们而去。1929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来,得出了     

宇宙如何起源?

热大爆炸宇宙学取得巨大的成功,它所预言的哈勃定律、宇宙微波背景辐射和轻元素丰度等都得到了观测的广泛证实.但是热大爆炸宇宙理论自身有着无法解释的疑难问题,比如宇宙空间平坦性问题、视界问题等.为了解决热大爆炸宇宙学的诸多疑难问题,一个最简单经济的方案是在宇宙热大爆炸前发生一段由真空能推动的宇宙近指数膨胀的宇宙演化过程,即宇宙暴胀.事实上,发生在宇宙极早期的暴胀过程不仅可以合理地解释所有这些热大爆炸宇宙学中的疑难问题,而且起源于暴胀期间的量子扰动自然地提供了宇宙晚期结构形成所需的原初密度涨落.反过来,探测宇宙微波背景辐射微小的各向异性和宇宙结构成了探索早期宇宙暴胀物理过程的关键手段.尽管现有的大量宇宙学观测强有力地支持暴胀宇宙学,然而当前在宇宙大尺度上似乎依然存在一些偏离标准暴胀宇宙学预言的迹象,这些迹象可能暗示宇宙在极早期暴胀前还经历了一段收缩过程.     

自然信息

宇宙是怎样创生的宇宙创生于约一百多亿年前的一次大爆炸已被当今的宇宙学观测事实所证实,然而作为一个完整的宇宙学必须回答宇宙是怎样创生的,或者说,必须回答人们常常会提出的质难:“宇宙在大爆炸以前是什么?”,直到不久前,人们对此的回答或者归之于牛顿的“第一     

大爆炸之前

前大爆炸时期是存在的。大爆炸并不是时间的开始，而是宇宙历史中的一个转折点。 大爆炸之前宇宙是什么模样？若你问宇宙学家，他们通常会搪塞说，这个问题没有意义。如著名的天体物理学家霍金对此总是问道，“北极之北是什么地方？”按现代宇宙学的主流思想，大爆炸意味着宇宙的真正开始，空间和时间由此进入存在，决不会有“之前”这个问题。 但有一位物理学家敢于挑战这个问题。若他正确，那么在大爆炸之前，宇宙已经历了一个不可想象地久长的时期。欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的Ｇ·范纳齐奴说，“大爆炸远不是时间的开始，它仅是宇宙…     

夸克-胶子等离子体的探测及首个反物质超核的发现

面对着一望无际的天空,我们曾无数次发问,宇宙有多大?它从哪里来?它是怎么产生的?这一系列的重大问题,不仅是哲学家所关心的,也是物理学家所探究的.为此,历史上曾提出了多种假设.这其中,宇宙大爆炸学说是现代宇宙学的主流学说,它认为宇宙起源于约150亿至200亿年前的一次大爆炸,之后逐渐演化、发展、膨胀,直到了我们今天这个物质世界.     

是什么驱动宇宙暴胀?

尽管热大爆炸宇宙学取得了巨大的成功,它所预言的轻元素丰度以及宇宙微波背景辐射等都得到了大量观测的支持,但是热大爆炸宇宙学依然面临诸如平坦性和视界等无法克服的疑难问题.在热大爆炸之前,宇宙历经暴胀,在极短时间内膨胀了极大的倍数,抹匀了宇宙初期的不均性和拉平了宇宙空间几何,从而简单合理地解决了热大爆炸宇宙学面临的诸多疑难问题.并且,起源于暴胀时期的量子涨落可以自然地提供导致形成宇宙大尺度结构和微波背景辐射各向异性的原初密度涨落.目前被广泛接受的图像是:暴胀由标量场(也被称为暴胀子)的一段较为平缓的势能驱动,期间暴胀子的动能远小于它的势能.然而,暴胀子的物理起源依然不清楚,需要通过未来更多的理论研究和观测来揭示宇宙暴胀的机制.     

宇宙学常数Λ≠0时复合时期的电离率和最后散射面

非零宇宙学常数在Ｈｕｂｂｌｅ常数取值较大时对大爆炸宇宙学模型具有现实意义,计算了宇宙学常数不为零时复合时期电离率的演化和最后散射面的位置,所得结果可应用于计算宇宙微波背景辐射的涨落。     

宇宙暴胀的根源

标准宇宙学模型认为宇宙起源于大爆炸,并且经历了暴胀阶段。然而,为什么早期宇宙会暴胀,存在不同的理论假设。一个理想的模型是宇宙起源于真空,并演化为今天的宇宙。通过求解量子宇宙学方程,并使用德布罗意-玻姆量子轨道理论,可以获得真空暴胀解。随着微波背景辐射观测精度的提高,这一模型的正确性有望获得实验检验。     

宇宙学与暗能量

宇宙暗能量的发现是近年来宇宙学中最重要的进展。在这之前，宇宙学已经历了大爆炸宇宙学和暴胀宇宙学两个阶段，暗能量的发现使得它发展到了精确宇宙学（或和谐宇宙学）的新阶段。     

宇宙如何终结?

正"有人说世界终于火,有人说它将毁于冰。"宇宙会如何终结?这不只是个哲学问题。宇宙学家们提出了种种猜测。宇宙学中的一些大问题,往往也是引发哲学家深思的问题。宇宙是什么时候开始的?怎样开始的?宇宙一直在膨胀吗?(这三个问题的答案是:大约138亿年前;一个致密炽热的点在高密度状态下迅速膨胀,即所谓的大爆炸;是的,但膨胀速度不总是相同。)但是还有一个问题我们目前还没弄明白:宇宙将如何终结?     

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一。它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型。指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。     

理论物理必须解决物理问题——评理论物理学家李新洲的学术思想

年仅45岁的李新洲教授是我国现代理论物理研究队伍中的佼佼者。近10多年来,他在粒子物理学和宇宙学方面取得了十分丰硕的成果,为国内外物理学界所瞩目。他为什么会获得这么多的成就?他成才的要素是什么?     

也许大爆炸没有发生

30年前,有两种宇宙学理论——大爆炸论和稳态论互争霸权,结果是大爆炸论得胜。最近的观察暗示,我们又得关注稳态论。大多数天文学家相信,宇宙创生于热大爆炸的一个瞬间,并且一直在膨胀。实际上,现代物理学的大部框架,皆建立在这样一个概念之上,即我们所熟悉的全部粒子和力,在大爆炸后的几秒钟内就已确定。那么我们有何证据说明曾发生过大爆炸呢?事实     

不同凡响的世界线——写在乔治·伽莫夫逝世40周年前夕

2008年,"大爆炸宇宙学"年届花甲,又逢其奠基者乔治?B伽莫夫(George GamoW)逝世40周年,遂为斯文,兼志纪念.     

"开天辟地"——宇宙的创生机制

大爆炸宇宙学说的"乌云" 1970年代末,大爆炸宇宙学说的天空中游荡着几朵"乌云". 宇宙微波背景辐射已发现10多年了,微波背景上由于地球运动引起的温度差异也已在几年前探测到了.     

宇宙诞生之初的壮景——访中科院北京天文台李竞研究员

记者:不久前,1992年4月23日,美国加州大学劳伦斯·伯克利分校的天体物理学家乔治·斯穆特宣布,他们利用“宇宙背景探测器”发现了宇宙背景辐射中存在波动现象。美国科学家对这一发现评价极高,称它是科学界最重大的发现之一,并说“如果它是真实的,毫无疑问应考虑授予诺贝尔奖。”李竞(中科院北京天文台研究员):我已从广播、电视得到这一信息。但是,还没有见到正式发表的论文。我们暂且从科学新闻的角度谈论这件事。讨论宇宙背景辐射的波动问题,必须先了解热大爆炸宇宙学。记者:热大爆炸宇宙学是本世纪40年代由伽莫夫等提出的,今天它已成为现代宇宙学中一种影响最大的学说。     

大爆炸论的不足之处

大爆炸论的不足之处在过去３０年中，曾经争执不下的宇宙论已得到普遍支持，但这并不等于说它是完美无缺的。宇宙学提出仅仅只有３０年的历史，并且观测数据又明显不充足，当前的宇宙论是怎样一种状况呢？以下所列关于宇宙大爆炸图象一些未解决的问题是取自己发表的文献。...     

膨胀的宇宙……

按照现代宇宙学中最有影响的大爆炸宇宙论和暴涨宇宙论,宇宙起源于一个高温、高密度的"原始火球"的大爆炸,它正处于膨胀之中.     

宇宙弦与宇宙结构

在遥远的古代,人类就试图弄清恒星在空间的分布方式。以现代观测手段为基础的宇宙学理论已能解释宇宙的演变过程,所谓宇宙“大爆炸”模型就是一个非常成功的理论。该理论认为所有物质和能量曾集中在一十时一空点内,随后才膨胀成今天这个样子。大爆炸模型对于为什么其它星系正在远离我们提出了解释,该模型还预言整个宇宙充满了一个低温微波辐射,     

闭合宇宙的新观测证据与宇宙学的危机

<正>宇宙学的研究已经进入到一个精确宇宙学时代.普朗克卫星以前所未有的精度精确测量了宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background, CMB)上的微小温度涨落和极化,这些测量结果为宇宙学参数提供了强有力的限制[1].总体来说,普朗克观测结果明确支持一个仅含有6个基本宇宙学参数的宇宙学模型,即所谓的宇宙学常数冷暗物质(Λ colddarkmatter,CDM)模型.目前,空间平直的CDM模型被普遍视为一个宇宙学的标准模型,因为该模型的预言与几乎所有的宇宙学观测都符合得很好.但近年来宇宙学也遭遇到非常严峻的挑战.最主要