宇宙将如何终结

大爆炸理论告诉了我们宇宙的开始,但既然有开始就应该有结束,那么,宇宙又将如何结束呢? 长期以来天文学家一直认为,宇宙要么永远地扩张     

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.     

世界若将终结,我们如何应对?

正在一座阴暗的公寓楼内,被一层层悬挂的地毯隔离起来,地球上仅存的最后一个家族围着火堆蜷缩在一起,融化着一罐冰冻的氧气。地球被一颗无赖的暗星偷走了太阳的温暖,被放逐到太阳系寒冷的外边缘。这个惟一幸存下来的家族必须冒险到外面无尽的黑夜里,去获取像积雪一样堆积起来的冷冻的大气层气体……随着人类终结的剧情发展下去,作家弗里茨·莱贝尔(Fritz Leiber)1951年的科幻短篇小说《一桶     

宇宙中正(重子)物质如何起源?

宇宙中的物质主要以重子类物质而非反物质存在.这一物质反物质的不对称性或者重子类物质的起源问题是长久未解决的宇宙学难题.本文着重介绍了目前很流行的电弱重子数产生机制,即在电弱相变过程中重子数产生的机制及其在超出粒子物理标准模型的新物理模型中的实现以及实验检验.首先详细介绍了该机制的物理图像.其次,因为重子数的产生需要在新物理模型中引入额外的CP(电荷共轭-宇称)破坏以克服标准模型中CP破坏强度不足的弱点,所以也对此进行了简要介绍并讨论了这类新的CP破坏源和粒子电偶极矩的精密测量以及新物理探索的关联.还讨论了另一个对于新物理模型的要求即强一阶电弱相变的实现.最后介绍了一阶电弱相变过程中随机背景引力波的产生、其在基于太空的引力波干涉仪探测器中的实验探测以及此类引力波与新物理模型探索之间的关联.其他如一阶相变过程中原初黑洞的产生及其探测也在本文中作了简要介绍.     

“世界末日”——宇宙的结局如何?

宇宙在许多亿年之后是烟消云散似地化为“虚无”,还是以一团巨大的火球而告终呢?这个问题很久以来就使宇宙学家绞尽了脑汁。他们在寻找迄今为止仍不清楚的“暗物质”,这类物质对于宇宙的结局如何是有决定性意义的。     

自然母亲的终结?

我们小的时侯常会问自己的母亲:“妈妈,我从哪里来?” 长大后,我们知道每个人都是由受精卵在母亲的子宫内发育来的,是母亲的子宫赋予我们的生命,其他哺乳动物也是如此。这一切是那样的自然和天经地义;你很难想象出没有母亲人类如     

宇宙中铁以上的重核是如何合成的?

针对21世纪尚未解决的11个重大物理问题之三,即"宇宙中从铁到铀的元素是如何产生的?"进行了系统的阐述,包括问题提出的背景和重要性、主要研究内容、国内外进展以及将来的发展趋势.介绍了产生宇宙中比铁重的元素(简称为超铁元素)的几个主要核合成过程,并总结了相关的研究目标.目前,尚需要精确测量天体核合成路径上关键核素的质量、寿命以及相关核反应的反应截面或者天体物理反应率等核物理输入量;开展天体元素或者同位素丰度的观测研究,以及星际X和γ射线等的卫星观测;发展天体物理模型以及核物理理论模型,最终将可靠的核物理输入量、核天体物理理论模型和天文观测数据相结合,以探索和解决宇宙中超铁元素的来源问题.     

人造宇宙可能吗?

一般物理学家总是在宇宙范围内探索自然力的作用,马萨诸塞州技术学院的艾伦·H·古思教授及其同事们也许在决心实现最终研究目标。他们在寻求一种途径使人类有可能籍以从头开始创造一个新的宇宙。尽管这样做似乎是离经叛道,但古思博士仍然在认真地从事他的调查研究。他说:“十年以前,人造宇宙有无可能这个问题我们甚至连提都不敢提,但是从那以后,物理学家们取得了很大进展,今天我们是在真     

宇宙在膨胀吗?

哈勃发现宇宙不是静态的,而是发展着的东西。这个发现肯定是本世纪河外天文学中最重要的发现。能与宇宙普遍稳步膨胀的观点抗衡的天文学家不多。但是,最近J.F.Nicoll,D.Johnson,I.E.Segal与W.Segal关于中度靠近的星系之红移及其表观亮度之间关系的挑战性统计研究,威胁到这个简单而又意味深长的图景。在普遍膨胀中,星系的后退速度(在经验上就是它的多普勒红移)应该与这个星系的距离成正比。     

理论物理学的终结是否在望?

理论物理的终结是否在望?这是史蒂芬·霍金在他荣膺素负盛名的剑桥大学鲁卡欣(Lucasian)数学讲座的教授称号时第一次讲课中提出的问题。除了许多其他成就以外,霍金成功地综合了粒子物理、广义相对论及热力学的观点,这些观点极大地影响了宇宙起源的学说。这里发表的演说的内容分为二部分,首先论述了构造统一的物理理论的动机的形成,接着描述了当前所作的统一弱电图象与夸克动力学的努力。作为一个没有直接参加粒子研究、但有影响的物理学家,霍金的关于粒子理论的观点是引人注目的。第二部分霍金接下去讨论引力,他的见解提供了丰富的思考材料。     

21世纪人类如何开发宇宙

月球是离地球最近的天体,相距约38.4万km,是21世纪人类开发宇宙的第一个目标.目前,人类已经制定出再登月球的时间表,计划于2050年前后,在月球上建成一座可供10万人生活的月球城市.我国自2003年以来,已经成功发送了3次载人飞船,在21世纪中期将发送登月飞船.     

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.     

宇宙是唯一的吗?

宇宙是唯一的吗?本文介绍近年来宇宙学和量子力学中的"多重宇宙"概念.在暴胀宇宙中,可产生巨大数量的时空区域,这些区域不仅彼此脱离因果联系,且其中所展现的物理有效理论也可能是不同的.根据量子力学中的多世界诠释,世界在每次量子测量时根据其不同结果而分裂为不同的、各自独立演化的分支,至于这些分支是否"真实存在"取决于对"存在"的理解,因而更多的是个哲学而非科学问题.由于多重宇宙的概念很难被实验或观测所检验,因此它是否是一个科学上有意义的概念也是一个有争论的问题.     

宇宙是无限的吗?

如果引力强度能象光强度那样相加起来的话,对上述问题的回答是肯定的。光和引力都以同样的方式随着距离的远近而变化,但两者之间的相同点仅止于此。牛顿早在三百年前就证明,一个位于某一球形物质中心的物体受到的引力是零。因为其中一个半球的物质产生的引力将与另一半球产生的引力相互抵销。假如宇宙的确像某些宇宙模型那样是无限的,恒星和星系都均匀地分布宇宙空间,那么,整个宇宙作用于地球的全部引力不是无限大,而是相反,即引力为零。然而,光却不能象引力那样相互抵销。来自两个光源的光波,中途相遇时其亮度将会增加。众多的光线能叠加在一起的这一事实导致了著名的“Olbers悖论。”     

黑洞是宇宙的建筑师?

<正>黑洞吞噬一切的能力早已为人所知,但也许其同样具有创造一切的能力——新的证据表明,正是黑洞为大爆炸所产生的混沌带来了秩序——如今,黑洞终于赢得了它们的尊严,在被当成是破坏之王很长时间以来,科学家们终于开始重新思量黑洞的作用。现在看来,黑     

宇宙中唯有我们人类吗?

最新的研究发现，很有可能确切回答这一古老而新颖的问题。至少有两颗焉知祸福的行星，给人以强烈印象。第一，发现一颗绕大小47个熊座星体轨道运行的行星，离地球200万亿英里（34光年），其大小至少为木星群的2倍。第二，发现一颗行星（虽然有些科学家认为它是一颗褐矮星），它在室女座中环绕70颗室女星运动，至少离地球有200万亿英里之遥。它比木星的质量大6倍，其气候条件比木星严酷得多。这两颗行星均由美国旧金山国立大学天文学家杰弗里·马奇和保罗·巴特勒于去年12月发现的。这次发现的行星，不仅使我们对太阳系以外的世界开阔了3倍…     

宇宙是由什么构成的?

有时,宇宙学家会带着大声的抱怨被拖入一个他们怎样也想像不到的令人困惑的宇宙之中,在1500年代和1600年代,哥白尼、开普勒和牛顿证明了地球只不过是环绕许多恒星中的一个旋转着的行星之一,从而打破了中世纪的封闭的小宇宙观。1920年代,埃德温·哈勃(EdwinHubble)证明宇宙是不断地     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.