银心和星系核的磁单极模型

改进后的暴涨宇宙学认为,宇宙极早期的相变时期Higgs场的急剧振荡和热涨落将可能产生极微量的磁单极(m_m～10~(16)m_p,对于无色磁单极而言,磁荷g_m=3hc/2e)。按照Parker、Lazarides等人的分析,宇宙极早期遗留的磁单极数目与核子总数之比ζ_0(≡(N_m/N_B)_0)(?)10~(-20±1)。     

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     

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.     

D-维时空中的三次量子化

自Hartle和Hawking.Vilenkin在量子引力的框架中探讨宇宙的量子创生以来,量宇宙学已经历了3个发展阶段:(1)单个宇宙的量子理论,(2)Wormholes的机制及空间的拓变化,(3)多宇宙体系的量子理论,3次量子化-即宇宙量子场论.显然,研究这个时(≈10~(-43)S)宇宙的性质对我们完整地认识宇宙是十分重要的.     

de Sitter时空背景中具有整体单极的蒸发黑洞的度规

现今人们一般认为,宇宙的演化可由暴涨宇宙模型较好地描述.在早期宇宙的演化过程中,当周围温度低于临界大统一温度(T_(GUT)—10~(16)GeV)时宇宙进入暴涨阶段.此时宇宙中真空能量将占主导地位,相应的有效宇宙常数为(?)～(T_(GUT)~2/m_P)(m_p为普郎克质量～10~(19)GeV),宇宙进入de Sitter指数膨涨相,其时空度规可表为:     

宇宙学的新动向

首先介绍观察宇宙学方面的一些新动向: 3K微波背景辐射的各向异性1965年彭齐阿斯和威尔逊发现了各向同性的宇宙微波背景辐射,这对均匀的、各向同性的标准宇宙模型(弗里德曼模型)是个有力的支持.然而,1978年美国普林斯顿大学的威尔金森(Wilkinson)及加里福尼亚大学贝克莱实验室的斯莫特(Smoot)等人,各自独立地发现在微波背景辐射中存在着偶极的各向异性,辐射温度最高点在狮子座a星方向,最大温度超过平均值3.5×10~(-3)K.对此可以看作是宇宙非各向同性的证据,即宇宙的整体可能既有切向运动又有转动.但由于这个各向异性是偶极分布的,因此也可以解释为:地球相对于微波背景辐射有一个速度为390公里/秒的运动,正是这个运动引起的多普勒效应使人们观察     

宇宙的遥远未来

本文根据现代天文学和宇宙学知识,特别是根据传统的‘大爆炸’模型,探讨宇宙及其内部事物演化的极远未来,并将笔者早期有关方面的研究工作和一些最新进展作一总结和概述。宇宙的现代结构就宇宙的宏观结构而言,可以认为,宇宙的基本成分是星体受本身相互间的引力吸引,聚大约10~(11)个星体为一体的各个星系的总合。星系存在于星团(亦称族)中,少则几个,多则几千个。按平均数计算,星系似乎在任意给定时间都均匀地弥漫于整个     

高红移类星体的观测

在宇宙大爆炸后10亿年以内的高红移(红移大于6)类星体为我们研究早期宇宙提供了重要的探针,这也使得对高红移类星体的观测研究成为星系宇宙学前沿研究领域的一大热点.本文对高红移类星体观测研究的重要性及其宇宙学意义,利用光学和近红外波段的观测发现早期宇宙中光度最高和中心黑洞质量最大的高红移类星体,以及利用亚毫米、毫米和射电波段观测对高红移类星体寄主星系所开展的研究等进行了较全面地总结,并对这一领域未来的研究前景与挑战进行了展望.     

编后

在整个人类文明中,最令人着迷的问题大概要算宇宙的创生了.宇宙学很象考古学,考古学家根据大量化石和零星的“遗迹”复制出人类远古时代的模型,宇宙学家则致力于探寻宇宙早期自然过程所留下的“遗迹”,并以此推断出宇宙早期结构.那么宇宙创     

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     

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     

新的膨胀宇宙

在过去四年中,宇宙学标准大爆炸理论中某些缺陷已经导致宇宙最开初历史的一个新模型的发展。这个模型叫做新的膨胀宇宙,对于最初10~(-30)秒以后所有的时间,它与以前对观察到的宇宙所采用的描述是精确一致的。然而,对于最初这段极短的时间,情况就极其不同了。按照这个膨胀模型,宇宙经历一个短时期的异常迅速的扩张或“膨胀”,在这个膨胀中,宇宙的直径以一个比以前认为的速度或许要大10~(50)倍的因子而增加着。在这个惊人增长的喷射中,从虚无中创造出了宇宙间所有物质和能量。这个膨胀过程对现在的宇宙也有重要的意义——如果新模型是正确的,那么我们至今观察到的区域仅是整个宇宙极小的一部分。     

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     

SO(10)GUM和GUD

自狄拉克以来,磁单极和双子已有广泛的讨论,1980年道科斯(Dokos)和托马思(Tomaras)给出了SU(5)磁单极解,但是SO(10)解的具体形式一直没有解决,本文第一次给出了SO(10)→SU(3)_c(?)U(1)_(em)模型的磁单     

量子宇宙学和宇宙创生

将量子力学用于整体宇宙,宇宙学家希望窥视宇宙创生时刻。我们许多人遥望晴朗夜空而询问:"所有这些来自何方?"许多世纪以来,哲学家和神学家沉思默想的这个问题是科学研究所不可企及的。仅在本世纪我们才有足够精妙而严密的理论借以窥视宇宙极早期。运用爱因斯坦的广义相对论,将时间逆转,研究人员推断宇宙是在一个体积小、密度大、温度高的区域中出现的。     

早期宇宙

《早期宇宙》一文综述了理论物理学和高能粒子物理学两者在宇宙学研究上的最新进展,由作者在一次有国际上的宇宙学家和高能粒子物理学家共同参加的探讨“早期宇宙问题”会议的基础上撰写而成。     

天体系统的自相似性

小行星、行星、恒星、星团、星系、星系团及超星系团等天体系统,按质量(10~(17)～10~(48)克)和大小(10~6～10~(26)厘米)形成层次或等级.英国剑桥大学的韦桑(P.S.Wesson)对层次宇宙学或等级式宇宙学研究了多年.前不久,他分析了天文界多年来的观测数据后指出,由万有引力作用结合在一起的各类天体系统是自相似的,即与这些天体系统的尺度大小无关.其自相似特征主要表现在两个分别反映天体系统密度律和自转律的无量纲量η1≡GρR~2/c~2和η_2≡ωR/c上.这里R是天体系统的典型尺寸,ρ、ω分别是该系统的平均密度和平均转动角速     

磁单极子有没有?

长期来,人们一直认为电是单极性的,有单独带有一个正电荷的质子;也有单独带有一个负电荷的电子。而磁是非单极性的,即使是电子产生的很小的磁场,也同时存在N、S两个极。这种现象与宇宙中广泛存在的对称原则相矛盾,因此,狄拉克于1931年预示有所谓磁单极子存在,并认为它含有68.5整数倍的量子化磁荷。     

闹腾的宇宙弦研究

一年多来,探讨宇宙弦的文章不断涌现,成为宇宙学研究中的热门话题之一。诸如有关星系的诞生和宇宙大尺度结构的形成,类星体的能源以及关于银河系附近许多高速星系相对于宇宙背景辐射的运动等似乎都可用宇宙弦这一物理概念来说明。现简介于下: 1.文献中提到的宇宙弦圈“播种”星系的问题在韦顿(E.Witten)提出超导宇宙弦的概念后有了新的发展。如果在早期宇宙     

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