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。     

宇宙学的暗物质疑难

宇宙学的所谓低温暗物质理论把粒子物理学、宇宙学以及星系和星系团形成的理论结合起来成为一个精巧的整体。而今这个令人难忘的理论何以会陷入困境?     

中微子静质量对Dirac宇宙学的影响

在前一篇文章中,在不引入两种时标的前提下,我们提出了一种统一Dirac宇宙学和广义相对论的可能理论,并在零级和一级近似下给出了Einstein场方程,二级近似下给出了Dirac宇宙学。近年来,自发现中微子可能有静止质量后,出现了一系列讨论中微子质量对宇宙学影响的尝试。文献[4]指出,对于Einstein宇宙学,由于宇宙存在大量中微子,若中微子有静质量,则宇宙是封闭的。但对于Dirac宇宙学,由于引力常数随宇宙膨胀而变小,因而,中微子有静质量是否能导致宇宙封闭是个很有意思的问题。本文中,我们将在文献[1]提出的Dirac宇宙学统一理论的框架下,从场方程出发,讨论中微子静质量对Dirac宇宙学的影响。     

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。     

时空的边缘

Stephen Hawking是剑桥大学Lucasian数学教授,国际著名理论物理学家。1985年5月对我国进行了学术访问,并在中国科技大学和北京师范大学作了学术讲演。本文概述了历史上的宇宙学观点,并介绍了宇宙学中的最新成就,这些成果在哲学上及物理学上都有重要的意义。     

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。     

宙学新进展

20世纪初的1901年,第一次诺贝尔物理学奖授予X射线的发现者以来,物理学已有了很大的发展。从物质的终极夸克到宇宙的尽头,科学家在不断地努力进行探索。 诺贝尔奖级宇宙学 不久前,现代宇宙学的进展使人们以为似乎终可解开宇宙起源之谜了。其主角是基本粒子的大统一理论。那么其后它的进展状况如何?诺贝尔奖级的大发现现在又在何处呢? 据有关专家讲,80年代,基本粒子宇宙学没什么进展,90年代的宇宙学则转换成更重实证的观测。 虽说都一概称做宇宙学,当前却有三大不同类型的研究。①对150亿光年这一宇宙可见范围的天体进行观测;②对宇宙可见限度内的波动的     

现代宇宙学的奠基人——James Peebles

<正>2019年10月8日,瑞典诺贝尔评审委员会将今年的物理学奖颁发给3位天体物理学家James Peebles,Michel Mayor和Didier Queloz.其中James Peebles(图1)的获奖理由是他对物理宇宙学理论建立的贡献;而后两位科学家是由于发现首个绕类日恒星运行的系外行星而获奖.相比于后两位获奖者,Peebles获得的更像是一个终身成就奖.鉴于笔者的研究方向同为理论宇宙学,在这里谨结合自身的研究经历谈一谈Peebles对现代宇宙学的贡献.     

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     

一种可能的Dirac宇宙学和广义相对论的统一理论

自1937年Dirac提出大数假说后,四十多年来出现了一系列可变引力常数的宇宙学模型,但大多数都在不同程度上存在困难。而且除Canuto等人提出的标量协变理论外,都不能解释广义相对论和Dirac宇宙学的矛盾。然而在Canuto等人的理论中引进了Milne的两种时标假说。Dirac曾经指出:Milne假说是和量子力学与经典力学的对应原理不一致的。因此迄今为止,尚未能建立起一种满意的统一Dirac宇宙学和Einstein广义相对论的理论。     

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.     

观测宇宙学

观测宇宙学是宇宙学的一个组成部分,它侧重于发现宇宙在大尺度时空上的观测特性,使现代宇宙学成为一门严肃的、自洽的自然科学。     

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。     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力的支持了大爆炸宇宙学模型,并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战,诸如什么是暗物质?暗能量的物理本质是什么?     

自然界的基本规律能否进化?

近来,在研究宇宙膨胀早期阶段的物理宇宙学文献中,以及在哲学和自然科学方法论的著作中,越来越经常地谈论自然界的规律有可能发生变化的思想。按照标准宇宙学的模型,早期宇宙实质上是一架巨大的“加速器”;其中以自然方式显示出来的能量条件,在地上实验室中原则上不能重新产生出来。对于把高能条件下的各种基本相互作用统一起来的理论公式进行间     

宇宙环境新认知——有关2019年度诺贝尔物理学奖的理解

<正>2019年度诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,以表彰天文学家米歇尔·梅耶(Michel Mayor)与迪迪尔·奎罗兹(Didier Queloz)在系外行星发现上做出的突出贡献,以及理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)从理论角度为现代宇宙学物理体系的建立做出的杰出贡献.诺贝尔奖委员会给出的理由是"为我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置做出的贡献",以他们3人为代表的科学家们为人类在现代科学的框架下重新认识自身与宇宙的关系提供了重要思路.一方面,让人类重新思考我们所生活的这个星球在宇宙中是否是独一无二的,对探索系外宜居星球和寻找外星生命非常重要;另一方面,使     

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.     

编者按

<正>2015年是爱因斯坦提出广义相对论100周年.广义相对论的提出是人们对时间、空间和引力本质认知质的飞跃.100年来,广义相对论经历了时间的考验,从亚毫米到太阳系的尺度,广义相对论得到了精确的检验.甚至在宇宙学的尺度上,该理论也得到了检验.广义相对论对引力理论、相对论天体物理和现代宇宙学的发展起到了极其重要的作用.广义相对论最惊奇的预言之一是黑洞的存在.现代天文观测表明银河系中就存在这种非常特殊的天体.     

“开放宇宙”的一个新的实验证据

宇宙是开放的还是封闭的?这是一个多年来天文学中一直激烈争论的同题。只靠建立在引力理论基础上的宇宙学,无法从理论上加以回答,因为同时存在“开放宇宙解”和“封闭宇宙解”。但是,如果能从实验上证实宇宙中存在足够多的质量,那末根据宇宙学理论,这些质量所产生的引力,经过从现在起几十亿年的变化后,将把所有物质拉在一起以形成封闭宇宙。即由于引力作用,将使大爆炸后向外冲出的物质速度减慢,最后宇宙将依靠自身而开始收缩。     

引力和相对论天体物理第六次学术讨论会在贵阳举行

引力和相对论天体物理第六次学术讨论会于1986年8月4～9日在贵阳举行。与会代表120余人,会议就近年来引力理论的进展、时空拓扑性质、超弦理论、量子宇宙学、大尺度结构的量子现象、卡卢扎-克莱因理论、超荷、引力波实验的进展、中子星研