回溯宇宙黑暗时代--黑暗中的孕育

＂我想看得更远!＂这不仅是天文学家的愿望,也是许多好奇心十足的普通人的期待。自400多年前伽利略第一次用望远镜观察宇宙以来,人们一直在利用更大的望远镜观察更远的宇宙,现在我们已经可以用大型天文望远镜看到离地球131亿光年的遥远的天体。光速是有限的,观察遥远的宇宙其实就是观察宇宙的过去。现在能观测到的最古老的天体,是宇宙大爆炸后数亿年形成的。大爆炸后3亿年,     

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…     

是的,我们发现了

<正>仰望浩渺的星空,你是否总有一个疑问:宇宙究竟从何而来?虽然宇宙大爆炸、宇宙暴胀论等关于宇宙起源的学说,在理论上已相当丰满,但是确凿的证据在哪呢?北京时间3月18日凌晨,来自美国哈佛大学史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了宇宙大爆炸后最早时期的神秘时空波纹——原初引力波。这不仅是宇宙刚刚诞生时急剧膨胀的首个直接证据,也是证明宇宙膨胀理论最有力的证据。138亿年前,宇宙发生大爆炸之后,宇宙在极短的时间内     

大宇宙，大困惑

假若宇宙起始于一次大爆炸,那么大爆炸以后,宇宙的膨胀方式会是怎样的呢?科学家们猜测,宇宙的膨胀应该受到引力的牵制,引力仿佛是宇宙大爆炸的"制动器",它会慢慢使宇宙的膨胀变得慢下来。为了证明这一点,科学家们需要找到证据,方法是给遥远的天体定位,并测量它们如何运动。以前,人们在宇宙中发现过一种神秘的脉动变星,名为"造父变星",这种变星的光变周期和光度之间有稳定的关系,因而可用来确定天体的距离,所以造父变星被称为宇宙的     

WMAP:宇宙学研究的新纪元

2003年2月1日,美国科学家公布了威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星(Wilkinson MicrowaveAnisotropy Probe,WMAP)关于宇宙微波背景在各个方向的分布图,精确展示了宇宙大爆炸后38万年(即目前宇宙年龄的三万分之一)时的宇宙物质空间分布,为研究宇宙的起源和演化提供了宝贵的观测资料.     

暴涨宇宙学

天体物理学是研究天体演化的物理过程的科学。宇宙作为一个整体是最大的天体,其物理过程是由大爆炸模型来描述的。根据这个理论我们今天所观测到的宇宙起源于100～200亿年前的一个超高温超高密的状态,它一直在冷却、并变得稀疏。我们知道,这种膨胀作为时空本身的膨胀,到今天还在继续,因为观测表明,宇宙中的所有星系都在相互飞离。     

宇宙会“大爆炸”吗

装点在夜空中的星星，有的好像含情脉脉，有的又似乎神秘莫测。它们使人感到宇宙是那样的安然和平静，然而，你是否会想到，宇宙中曾经发生过一次剧烈的“大爆炸”。这次“大爆炸”以雷霆万钧之势把所有天体猛烈地推向四面八方。它虽然发生在大约150亿年以前，但直到今天还没有停息。它使宇宙中的所有星系都在以极高的速度向更加遥远的空间飞奔，并且还将长时间地飞奔下去。     

引力波揭秘宇宙新图景

<正>2014年3月17日,哈佛大学史密森天体物理中心宣布,科学家通过南极宇宙河外偏振背景成像(BICEP2)望远镜探测到了原初引力波存在的证据。如果得到确认,其意义不仅在于揭示宇宙大爆炸最初时刻的物理过程、有助于建立一个精确的暴涨理论,还将带来量子力学和广义相对论的进一步融合。关心宇宙学的读者对此也许并不感到意外,《Nature》和     

一个疯狂的宇宙

几个世纪以来 ,天文学家一直在研究宇宙中的星系和大尺度结构是如何形成的。在 2 0世纪后半叶 ,宇宙学家发现这些过程有一个见证者 ,它就是温度仅为几K的宇宙微波背景辐射 (cosmicmicrowaveback ground,CMB)———大爆炸的余辉。恰恰在物质形成结构之前 ,CMB遍布了整个宇宙。大约 1 0年前 ,科学家发现了CMB的有效温度存在着微小的变化 ,这为研究星系的早期形成以及之后的演化提供了重要的线索。现在 ,另一个观测证据显示 ,这些温度上的差异始于大爆炸之后大约 40万年。通过位于南极的射电望远镜———度角干涉仪 (DegreeAngularScaleI…     

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     

ARGO-YBJ：丰富多彩的宇宙线观测*

经过5年的稳定运行,ARGO-YBJ实验积累了4 000多亿个宇宙线事例样本,利用这些宝贵的数据获得了许多重要的科学研究成果。笔者将总结ARGO-YBJ对宇宙线研究领域的贡献,包括宇宙线能谱、成分和各向异性等传统宇宙线课题,还包括许多相关的观测研究,如探索利用宇宙线监测太阳的活动,预报由太阳巨大耀斑引发的地磁暴,探索雷暴与高能宇宙线在大气中的级联反应之间的关联等。随着计划中更灵敏的新一代LHAASO实验的逐步实现,文中所介绍的所有研究都将得到显著的提高,可能在其中某些研究方向产生突破。     

宇宙射线研究和羊八井ARGO实验的简要介绍 *

2012年是宇宙线发现100周年。本文简单介绍了宇宙线的发现历史和对其进行探测的主要实验方法和手段，并对代表性的重要物理结果作了描述。最后，从中国的特点出发详细介绍了ARGO-YBJ 实验。     

物理学中的世纪难题：高能宇宙线的起源之“谜”*

  自从20世纪20年代宇宙线被发现以来,其起源问题一直为人们所困惑。这一未解之谜也因此被列入21世纪11大科学难题之中。在宇宙线起源的探寻中,不受磁场偏转影响的中性成分（如光子和中微子）很自然的成为宇宙线源头的信使。此外,通过测量受磁场影响微小的高能（>50 EeV）带电粒子,也可以获取源的信息。通过大量的实验研究,γ天文学取得了巨大成就,并有望破解世纪之谜。为了提高地面探测器的观测能力,发展宽视场和高灵敏度的巡天扫描探测手段有着至关重要的意义。位于中国西藏羊八井国际观测站的两个实验所采用的正是这种大气簇射的测量方法,它们分别是中意合作ARGO实验和中日合作ASγ实验。为获得更高灵敏度,笔者提出了在西藏羊八井建立集5种探测手段于一身的的大型复合实验阵列(LHAASO)。本文对宇宙线观测的发展历程以及前景做了详细介绍,在后半部分对LHAASO的物理背景和实验方案进行了详尽的阐述。     

重大灾变事件——星系的剧烈活动

自1923年美国天文学家哈勃证实河外星系的存在以来,为数众多的星系不断地被发现,它们形态各异、大小不一。令人惊讶的是,这些尺度往往以万光年计的庞大天体系统常表现出更大尺度上的剧烈活动,并影响到星系和星系内恒星的演化进程。     

中国宇宙线乳胶室获取的特殊事例

乳胶室是研究宇宙线的重要探测装置，其观测范围主要是超高能核作用的碎裂区。中国的甘巴拉山乳胶室，是世界上最高的高山乳胶室，近２０年来，探测到大量的超高能核作用事例，其中的特殊事例预示超高能核作用中可能存在着别一种作用机制。     

2019年度诺贝尔物理学奖：理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置

2019年度的诺贝尔物理学奖授予了三位天文学家，以表彰他们使我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置方面的贡献。其中，美国普林斯顿大学的宇宙学家皮布尔斯(P. J. E. Peebles)获得一半奖金，以奖励他在物理宇宙学中的理论发现；瑞士日内瓦大学的马约尔(Michel Mayor)和瑞士日内瓦大学及英国剑桥大学的奎洛兹(Didier Queloz)分享了另一半奖金，以奖励他们发现一颗环绕类似太阳的恒星的行星。文章介绍这几位学者的科学贡献。     

大脑网络的探索进程(二)——进展、思考和挑战*

评论了大脑网络探索的新进展和发展趋势,包括大脑网络的拓扑特性的时频映像,猕猴大脑的长距网络图特点,人与猴大脑功能之异同点,大脑与老年痴呆症之间的关系,大脑网络生长与互联网进化及宇宙膨胀的相似性,网络的网络,以及大脑网络探索中提出的若干值得思考的问题和面临的挑战性课题。     

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。