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<正>制造太空探测器寻找宇宙引力波根据爱因斯坦的广义相对论,宇宙引力波是由大质量天体的合并、碰撞等事件形成的,它如同时空中的涟漪,对人类探索宇宙有着极其重要的意义。而要寻找它们,就需要精密探测器的支持。目前,欧洲空间局正在全力打造LISA"探路者"引力波探测器,这也是今年宇宙学研究领域的一个重要事件。     

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。     

QCD、大统一和宇宙年代

宇宙学的任务就是在大范围和长时间内研究时空,中心问题是在于选择切合实际的宇宙模型,阐明宇宙随时间演化的特征.在弗利德曼首先讨论的均匀和各向同性的宇宙模型中,宇宙是一个膨胀着的体系.这模型和观测数据是相符合的.另一方面,基本粒子物理学的量子色动力学(QCD)较成功地解释了强相互作用的实验现象,天体物理学家与宇宙学家把它应用到早期的     

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     

编织宇宙之网

当天文学家窥视星空，他们看到了一个蛛网状的天体网络，星系沿着长墙和灯丝铺开，它们之间相隔着空穴。但经几十年的研究和观测之后，宇宙学家对宇宙如何从一个平滑、均匀逐渐演化到今日宇宙的块状拼凑网，知之甚少。简言之，这个谜可分两部分。首先，随机地分布在炽热气体和粒子间的原始混合物中的微小团块，在宇宙生命的最初瞬间（即所谓暴胀期）一下被扩大了。以后的过程就由引力去完成了。把这些扩大了的、且仍随机分布的团块，慢慢地拉成今日明显可见的、大尺度结构的拼凑网。多伦多大学的加拿大理论天体物理研究所的宇宙学家邦德（J…     

减速因子的进一步确定

减速因子q_0在宇宙学中的地位,如同哈勃常数H_0一样,是一个特征宇宙性质的重要参量,当q_0>1/2时,宇宙是封闭的,当q_0<1/2时,宇宙是开放的。利用类星体来确定减速因子q_0是目前宇宙学中最活跃的课题之一.对于     

自然信息

类星体QSO1059+730附近的超新星爆炸从1963年施密特发现类星射电源具有红移谱线起,天文学家从来也没有停止过对这些遥远宇宙天体的性质的探讨.类星体假说的提出,为这种探讨提供了根据.按照这种假说,类星体是银河系中相隔宇宙学距离的活性核,其谱线的红移由宇宙的膨胀情况来决定.但是这种假设需要有实验证实.     

奇异矮星系:暗物质迷失?

<正>宇宙的起源是什么?其主要成分是什么?宇宙是如何演化到今天丰富的结构的?这都是现代宇宙学需要回答的问题.最近几十年时间里,现代宇宙学取得了令人瞩目的成就,奠定了标准宇宙学模型的基础.在标准宇宙学模型下,宇宙主要由暗物质和暗能量组成,我们熟悉的重子物质只占宇宙总比例的4.7%^[1].这一标准模型成功地解释了跨越宇宙学时标和尺度的众多观测现象,包括红移1000左右的宇宙微波背景观测、星系的大尺度成团性、弱引力透镜测量的宇宙剪切,以及由赖曼-阿尔法森林示踪的小尺度功率谱等.     

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…     

破解宇宙之网——大规模巡天新时代即将到来

整个宇宙就像一张复杂的网,所有的恒星和星系都附着在它之上.诗人们也许会因此吟唱,但是在这些华丽的诗篇中却蕴含着科学家们对宇宙的认识.揭开这张"宇宙之网"将会是天文学家、天体物理学家和宇宙学家们的下一个巨大挑战.     

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。     

星系团的发现和星系团及成员星系的物理性质

星系团是宇宙中质量最大的引力束缚天体,是宇宙大尺度结构中密度相对比较高的节点.因此星系团是研究宇宙学的重要示踪天体之一,也提供了星系多样的寄居环境.基于公开的巡天数据,我们证认出了数目最多的星系团,显著扩展了星系团发现的红移范围.根据星系团在宇宙空间中的成团性,探测到了显著的宇宙重子声波振荡信号.通过查看星系团图像,发现许多星系团作为强引力透镜使背景星系呈现巨大的光弧.根据星系团中成员星系的分布,我们计算了最多星系团的动力学状态参数,并发现只有约1/3的星系团处于弛豫状态.我们还发现,在越弛豫的星系团中,最亮团星系的光学光度越大,其他亮成员星系越少.随着国际上在多个波段更深巡天数据的发布,星系团的研究将会有多方面的突破.     

几种主要的宇宙学模型

尽管研究宇宙整体的结构、运动和演化是自古以来人类最关心的课题之一,但是直到正确的引力理论建立以前,获得科学的宇宙理论是不可能的.牛顿的引力理论在研究一般天体运行的问题上是强有力的,并且与观察符合得相当好.但在考虑宇宙学问题时却出现了许多不可克服的困难.爱因斯坦的广义相对论是更完善的引力理论,1917年他的著名论文《用广义相对论对整个宇宙的考察》通常被认为是近代宇宙学在理论上的先声.在该文中他第一次提出了有限无边的宇宙模型,向传统的时空观提出了挑战.在广义相对论的影响下,许多其他的引力理论纷纷被提出,并出现了各式各样的宇宙模型。1929年,哈勃(Hubble)发现了星系的视星等与     

暗物质的密度非均匀性的发展

有关宇宙大尺度结构的一个基本问题是:为什么宇宙中的可视天体的分布与不可视物质(或暗物质)的分布有明显的不同?亦即,从星系,到星系团,超星系团,直到大约一百Mpc尺度以下,可视天体的分布都有可辨认的成团,另一方面,不可视物质的分布只有较小的非均匀性,这是如何形成的?     

从无穷小到无穷大的发现

近年来,科学家们已经展开了对粒子物理、天体物理和宇宙学交叉领域的探索,包括潜伏在山洞中探测致星系成团的暗物质粒子;把探测器置于南极冰面和地中海下探测来自外层空间的中微子;建造γ射线望远镜以便打开宇宙的新视角;追踪超新星爆发以解读促使宇宙加速膨胀的暗能量.     

光子、热力学与膨胀宇宙

基于宇宙学观测以及含宇宙常数的广义相对论场方程建立的标准宇宙模型,存在着违背物理学基本规律的疑难,提示我们需要仔细审视宇宙动力学的物理基础.例如,同实物退耦后的背景黑体辐射光子数目不再随宇宙膨胀而变化,但宇宙学红移效应导致辐射温度反比于宇宙尺度下降,则背景辐射总能量也反比于宇宙尺度而不断减少,违背了热力学第一定律,损失的宇宙背景辐射能量到哪里去了?又如,宇宙常数对应的暗能量密度不随时间变化,膨胀宇宙中物质不断被创生,总能量随宇宙膨胀趋于无穷.在宇宙学中坚持能量守恒,需要限制暗物质和暗能量的基本物理性质,其中作为零质量玻色子的光子扮演着重要角色.基于爱因斯坦场方程同时又不放弃能量守恒定律的宇宙学模型,给出了和标准模型完全不同因而可以被观测证实或证伪的演化图景:暗物质同暗能量平衡状态下的匀速膨胀才是宇宙的常态,而减速或加速膨胀只是宇宙介质相变导致的瞬态过程.近期开始出现的高精度宇宙学观测结果对标准模型提出了挑战,而有利于能量守恒宇宙模型的预期.正在进行和计划中的宇宙学观测将最终判定2类模型,并且推动基本物理的发展.     

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.     

新一代的望远镜和显微镜

为世界各地的山顶设计的新一代的“超级望远镜”,将在1990年代使天文学进入一个黄金时代。现在至少在计划建造七个巨大的光学望远镜,其中四个是在美国设计。它们每一个的采光能力都为今天最大的望远镜的两倍多。用这些仪器,可望窥视到宇宙的充分深的地方,获得关于宇宙起源的新线索。因为来自太空的光到达地球需要时间,因此天文学家们探测得愈远,他们就能回视宇宙历史的更早的时期。它们也将有助于解开宇宙学的很多难题:行星的诞生、类星体(能发射光和无线电波的象恒星一样的天体)之谜,以及初期星系的动力学。     

天体距离测定与宇宙距离尺度

测定天体的距离。是天学研究中最重要、也是最困难的问题之一．几百年来。天学家为了解决这一必须解决的难题可谓费尽心计．除了人们熟知的三角测量方法以外。在正确认识天体物理性质的基础上。不断引入新的测距途径。如光度距离、速度距离、尺度距离、宇宙学距离等等。从而使天体距离测定的范围可达100亿光年以上．而在这一过程中。人类也逐渐深化了对宇宙的认识．     

超新星在距离测定中的作用

1054年7月4日,中国古代天文学家观测到了一颗突然变亮的星星,这就是著名的蟹状星云超新星.超新星爆发是大质量恒星演化晚期的产物,在恒星物理研究中具有极其重要的地位.不仅如此,在某种意义上说,超新星的一些物理特性对于遥远天体的距离测定,以及对确定宇宙距离尺度和宇宙学研究有着不可替代的作用,其中包括暗能量的发现.