宇宙和人

20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师在寻找卫星通讯的干扰源时,意外地发现了微波背景辐射,它是宇宙学家早就预言的大爆炸的余烬,从而为大爆炸论确立了它在宇宙学中的主导地位;以后物理学家古斯又以暴胀论完善了宇宙创生的整个理论.暴胀论说,蕴藏在空间的反引力,在宇宙年龄为万亿分之一秒时,促使宇宙发生迅猛地膨胀.这样,把很少量的一点物质变成了整个宇宙的能量和物质.也许有人要问,真空空间中的一小点物质从何而来?按量子论的测不准原理,诸如粒子的位置-动量、能量-时间是无法精确测定的,这是大自然的一条基本法则,它使得能量在真空中出现,只要很快地消失就行,因此形成了空间中的能量起伏.由于能量与物质是等效的(E=mc2,c为光速),故真空空间中也能爆出粒子,有时甚至出现大质量波动,但必须在极小空域(10-33厘米)内,这也就是霍金所说的婴儿宇宙,它具有极强的引力场,立即因引力塌缩而夭折在真空的娘胎中.我们的宇宙是这种大质量波动中幸免于难的一个婴儿,那是因为出现了暴胀,它在婴儿宇宙还来不及塌缩时,就一下子膨胀了1050,造就了包含宇宙全部质能的早期宇宙.为何其他的婴儿夭折于娘胎,只有我们的宇宙却因暴胀而进入真实世界?这还是一个谜!     

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.     

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,     

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…     

起源故事之四 宇宙始末

大爆炸阶段在大爆炸发生10-32"秒后,宇宙诞生了。可以说, 正是这次大爆炸产生了空间和时间,也造就了宇宙中的所有物质和能量。究竟是什么原因引发了这次十分突然的大爆炸,至今是一个谜。天文学家相信。这场大爆炸与一种被称为"膨胀"的过程有关,在此过程中,存在于太空真空中的一种特殊的能量突然间发生了运动。直到这种能量转变成我们更熟悉的物质和能量形式之后, 这一膨胀过程才宣告结束。     

宇宙始末

大爆炸阶段 在大爆炸发生10^-32秒后,宇宙诞生了。可以说,正是这次大爆炸产生了空间和时间,也造就了宇宙中的所有物质和能量。究竟是什么原因引发了这次十分突然的大爆炸,至今是一个谜。天文学家相信,这场大爆炸与一种被称为“膨胀”的过程有关．在此过程中,存在于太空真空中的一种特殊的能量突然间发生了运动。直到这种能量转变成我们更熟悉的物质和能量形式之后．这一膨胀过程才宣告结束。     

揭秘暗物质

在宇宙学中,暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质.据科学家推测,暗物质是从137亿年前宇宙大爆炸过程中形成的.我们目前所认知的部分大概只占宇宙总资源的4％,而暗物质占据宇宙的23％,还有73％是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量.     

曲解宇宙钟型曲线

有时唯一比宇宙膨胀得快的东西似乎是宇宙学家的疑惑。现在几个研究小组重新考虑大多数人认为已成定论的事情：新生宇宙物质的随机分布。研究人员说，也许它并不象通常假定的那样是随机的。如果这一点得到证实，他们的发现可能推翻暴胀这一早期宇宙的流行模型——的确这是唯一     

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。...     

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     

在宇宙大爆炸的三分钟里奠定宇宙的基础

二十世纪四十年代末创立的爆炸学说一百几十亿年前,我们的宇宙在宇宙大爆炸中诞生了。在宇宙中没有中心,也没有边缘,因此这次大爆炸不是在空间的某一点发生,向压力低的周围扩散的所谓爆炸。具有讽刺意义的是,“宇宙大爆炸”这个名字是倡导稳恒态论,长期与宇宙大爆炸论争论不休的波义尔开始使用的,由于这个名字贴切地表达整个宇宙在凝缩到一点时突然劈裂的概念,因     

Kaluza-Klein宇宙中熵的产生

近年来,Kaluza-Klein理论用于讨论早期宇宙问题已取得不少进展,产生了所谓K-K宇宙模型。1984年Sahdev和Abbott等对K-K宇宙的暴胀(Inflation)方案进行了讨论。暴胀方案为解决宇宙学疑难问题提供了有希望的途径。然而,K-K宇宙模型在解释宇宙     

LAMOST与暗能量

2003年威尔金森微波背景各向异性探测器(WMAP)和斯隆数字巡天(SDSS)通过天文观测对宇宙学参数进行的精确测量,强有力地支持了一个以暗能量、暗物质为主的暴胀宇宙模型.这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉成就.这一成果被美国<科学>杂志选为2003年度世界十大科技进展,引起了科学界和社会各界的广泛关注.     

揭秘暗物质

在宇宙学中,暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。据科学家推测,暗物质是从137亿年前宇宙大爆炸过程中形成的。我们目前所认知的部分大概只占宇宙总资源的4%,而暗物质占据宇宙的23%,还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。暗物质理论的提出及发展1933年,瑞士天文学家弗里茨·兹     

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…     

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.     

关于宇宙命运的“末日猜想”

1998年以前,人们认识的宇宙是一个单纯的膨胀着的宇宙,来自大爆炸的能量使宇宙中的所有星系渐渐地远离我们。然而,科学家们在后来的研究中修改了人们对宇宙的这种看法,他们在观测遥远的超新星时发现,宇宙膨胀的方式很复杂,速度在逐渐地加快,星系似乎受到一股神秘力量的牵引而狂奔不止,那种力量延伸了时空,拉开了星系间的距离,人们称它为暗能量。它似乎就是爱因斯坦的宇宙常数。科学家认为,暗能量是使宇宙充满更多空间的力