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     

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     

对宇宙学常数的认识历程

科学史上有这样一种现象,即某些科学概念在特定的场合里被提出,后来被否定,之后又在新的场合里复出,且复出后的概念往往具有更深刻的含义,并会对相关科学领域的发展起重要作用.宇宙学常数就经历着这样的起落和变迁,它正从一度被认为的科学史上的"大错误"演变为一个有丰富物理内涵的可观测量.近年来,宇宙学常数更成为物理学家和宇宙学家讨论的一个热点.     

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。     

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.     

宇宙学平坦问题的非暴胀解

按照标准宇宙学,宇宙空间曲率有正、负和零三种。如果宇宙物质的平均密度大于临界密度3H_0~2/8πG(H_0为描述现在宇宙膨胀率的哈勃常数,G为引力常数),则曲率为正;小于时,曲率为负;两者相等时曲率为零。天文学家认为宇宙空间曲率接近于零,即宇宙是平坦的。美国宇航局1989年11月发射上天的“宇宙背景探测器”卫星搜集的数据进一步肯定了这一平坦     

宇宙膨胀的减速

在现代标准宇宙学模型中,有两个重要的参量;哈勃常数H_0及减速因子q_0。哈勃常数标志着现今宇宙的膨胀速率,它和目前宇宙的年龄t_0有直接的关系.宇宙年龄大体上就等于哈勃常数的倒数,即t_0≈H_0~(-1)。自从1929年啥勃首次确定H_0值以来,测量方法     

从引力波谈爱因斯坦的幸运

在引力波被直接探测之际,从独特的视角回顾了爱因斯坦创立广义相对论、预言引力波、引进宇宙学常数的历程,也介绍分析了他的若干论文的发表情况,从而将爱因斯坦的若干科学事件有机地融合起来。     

自然常数浅析

本文在简要汇总常用的12个自然常数推荐值与测量方法的基础上,论述各自然常数的意义、相关性与应用.遵循统一、简化及完备的原则,本文提出自然常数体系的一个模式.作为建立更完善体系的探索.在自然常数涉及的数学、物理学、生物学、宇宙学等各领域,本文以质疑的方式展开对自然常数发展观的讨论.为更系统、深入、有效地进行自然常数的研究,作者认为建立一门新的边缘学科——自然常数学的时机已经成熟.作者预测在新老世纪交替之际会出现一场"自然常数研究热".     

从大数巧合到基本常数可变理论

当今宇宙学的主流理论是以一个关键的假设为基础的。在主流理论中引力常数G和光速C都永远保持为同一数值。观测表明这些基本常数确实没有什么明显的变化。然而，迄今的研究仅仅考察了过去10亿年内这些常数的数值，因此认为在整个宇宙时间内不变是值得怀疑的。大约在80年前，一位数学天才发现了大数巧合，所谓大数是指约等于10^40的由宇观和微观物理参量所组成的无量纲量。随着宇宙膨胀的发现，宇观和微观参量之间存在联系从一种信仰，变成了经验定律。大数巧合变成了大数定律。为了解释大数定律，又产生了人择原理与自中心原理之争。带有人择色彩的可变引力常数理论由此而诞生了。近几年来，一些物理学家提出了光速可变理论，用以解决宇宙学的视界问题、平坦性问题以及其他疑难问题。     

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。     

宇宙的命运

正宇宙注定走向灭亡还是保持永恒?取决于哈勃常数的数值。是什么决定了我们的命运?对于希腊斯多葛学派哲学家来说,人的命天注定。对于像亨利·梭罗(Henry David Thoreau)这样的先验论者来说,我命由我不由天。对现代宇宙学家来说,命运完全是另外一回事:一个攸关万物、与人无关的物理过程,可以归结为一个重要数字——"哈勃常数"。     

我们的宇宙与德西特相对论

精确宇宙学揭示,宇宙尺度的物理学应以极小的正宇宙常数为标志.这应受到高度重视. 我们认为,较之爱因斯坦相对论,德西特(W.de Sitter)相对论,包括德西特狭义相对论和以其局域化为基础的德西特引力,才能更好地反映这一特征.     

毕竟，λ是遍布于时一空的一种张力

宇宙学常数（cosmological constant）λ之值非常接近于零。印度班加罗尔拉曼研究所的两位科学家在美国物理学家Rafael Sorkin提出的因果集丛（Causal Set）理论的基础上，用起泡皂液模拟的方法来说明λ之值如何演变为如此之小的问题。     

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。     

Mg-Gd二元合金中β′-Mg7Gd沉淀相的第一性原理计算研究

亚稳β′相是Mg-Gd系合金中最有效的沉淀强化相. 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Mg-Gd二元合金中β′-Mg7Gd沉淀相的晶格常数、弹性性质以及电子结构. 计算结果表明,β′-Mg7Gd与β′-Mg基体的晶格错配能够合理解释实验观察到的β′相的形貌. 采用弹性常数分析了该相的力学性能及其成键特性. 结果表明, β′-Mg7Gd为硬质脆性相. 电子结构表明β′-Mg7Gd相中存在强烈的共价键, 同时解释了其力学性能. 本文的理论计算结果同实验观察的结果吻合.     

测量最简单宇宙的大小

美国普林斯顿大学进行的新的分析表明,宇宙的最简单宇宙学模型可能与现实世界很好符合。这就是说,宇宙的确具有引力“闭合”所需的密度,而不需要与爱因斯坦引入广义相对论方程中的系数(所谓宇宙常数)有关的复杂化。至今,对宇宙密度的估计不能对关键问题给出精确的解答。但已建议,宇宙具有比要求的临界密     

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。     

探索引力和宇宙学奥秘的"启明星"--访翟向华博士

在我翻阅 2 0 0 2年度上海科技启明星入选名单时 ,有几个让我眼睛一亮的名字 ,翟向华就是其中一个。小翟与我并不陌生 ,早在上世纪 90年代初 ,《世界科学》天体物理学、宇宙学等栏目的译者一栏里就时常可见翟向华的名字。我从当时任华东理工大学理论物理研究所所长的李新洲教授那里得知 ,翟是他的学生(后为同事 ) ,是一位难能可贵的对物理学、宇宙学有兴趣、有悟性 ,愿意以此为业的青年女性。此次小翟以“谱采他函数在引力和宇宙学中的应用”申报启明星计划 ,一路过关斩将 ,最终榜上有名 ,获得资助 ,可见她潜心于引力和宇宙学方面的研究又有…     

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?