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.     

大爆炸余晖印证了宇宙的暴胀

科学家首次绘出宇宙背景光的偏振图，这些背景光是宇宙暴燃式诞生之初所发的光残存到今天的景象。新的观测表明，最早的一批恒星出现在大爆炸过后4亿年之时，这对用以说明宇宙如何成长的一些理论提出了严格的观测约束——这些理论认为，宇宙在不到万亿分之一秒的瞬间内，从大理石块那么大小快速发展成接近它目前的大小。     

暴胀宇宙理论和它的哲学意义

演化的宇宙模型,在现代宇宙理论中占了压倒多数。其中最有根据的,是以A.A.弗里德曼思想为基础的热大爆炸模型;人们又把它称为标准模型,因为它实际上在科学界得到了公认。然而在这个模型的基础上,产生了一系列早已为大家所知的困难,例如奇点问题、视界问题、初始涨落问题、空间平坦度问题、重子不对称问题。这些困难迫使宇宙学家们去寻求新的概念,以便解决上述问题的全部或某几个。最新概念之一,是不久前提出的一种理论,它的基础是假定;在宇宙演     

宇宙论的对话:热大爆炸和暴胀宇宙

明子:我最近读到了19世纪英国著名诗人菲茨杰拉德(E.Fitz-Gerald)的诗句,"进入这个宇宙,却不知道自己源自何方,就像流水无奈地流淌."这些诗句使我这个学文学的学生对宇宙充满了好奇,同时对宇宙究竟是什么不免有些迷惘.今天特地向您这位宇宙学专家请教.     

驱动太阳磁周期的原因是什么?

太阳磁活动强度呈现大约11年的周期性变化,这是太阳内部等离子体湍动对流和磁场相互作用的结果,即太阳的磁流体力学发电机过程.由于对流层强分层、湍流和非线性的特征,人们远不能通过真实太阳物理参数的全球磁流体力学的数值模拟来认识太阳磁周期的演化.简化的发电机模型,如轴对称运动学平均场发电机模型在理解太阳磁周期方面取得了长足进步.磁场的极向分量和环向分量在一定速度场的作用下相互维持,使得磁场能持续的周期性变化.其中的关键物理问题包括:产生环向场的机制和位置,产生极向场的机制和位置,环向场浮现到表面产生具有倾斜角黑子的物理过程以及黑子赤道向迁移的机制.目前只有环向场的产生机制争议较少,其他的问题自20世纪60年代平均场发电机模型建立以来,不同时期有不同的主流认识和主流的发电机模型.过去十几年中Babcock-Leighton型磁通量输运发电机较为全面地解释了太阳磁周期变化的整体特征,但也面临一些新认知的挑战.包含环向磁流管浮现的三维Babcock-Leighton型发电机可能成为下一代主流的运动学发电机模型,它将和全球磁流体力学模拟并行发展,互相受益,提升对太阳磁周期的理解.     

触发和驱动第四纪冰期的机制是什么?

晚新生代地球环境演化的重要事件包括冰期气候和人类起源等,其中,冰期及其旋回问题受到广泛关注,但迄今没有被广泛接受的理论解释.地球构造活动诱发的地表风化强度和大洋环流变化,改变了大气CO_2含量和地表热量传输过程,其与地球运动轨道变化调制的太阳辐射量变化周期,包括地球轨道偏心率、黄赤夹角和岁差等,共同驱动了第四纪大冰期降临及旋回变化.其中,太阳辐射量变化起主导作用.在包括海陆配置、大气CO_2、洋流变化、岩石风化等达到临界点的背景下,太阳辐射量变化驱动着第四纪冰期气候旋回变化.在晚上新世,由于地表化学风化加强、深海沉积埋藏碳增多,使得大气中CO_2含量减少,温室气体效应减弱;加上高纬地区接受太阳辐射量降到临界值,高纬地区冰川发育并形成强大的反馈机制,北半球冰期来临并在之后发生了中更新世冰期气候转型.在上新世-更新世的古气候变化中,存在~400,100,41和23ka等周期,这是太阳辐射量变化驱动的结果;其中,大气CO_2和冰冻圈反馈起到重要的放大作用.近200年以来,人类急剧向大气中排放CO_2气体,增强了温室气体效应,可能改变冰期气候的趋向.     

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。”     

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.     

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     

彗星是什么?

自从首次注意到彗星尾巴掠过夜空，人类就一直对彗星很着迷。当看见许多年才出现一次的彗星，人们会记录下它的出现日期。天文学家也对彗星着迷，因为它们是记录着宇宙过去的非凡碎片，能告诉我们大量有关宇宙形成时期的信息。     

什么是地震?

地震,是人们通过感觉和仪器查觉到的地面振动。它与风雨、雷电一样,是一种极为普遍的自然现象。强烈的地面振动,即强烈地震,会直接和间接造成破坏,成为灾害。凡由地震引起的灾害,统称之为地震灾害。直接地震灾害是指由于强烈地面振动及形成的地面断裂和变形。引起建筑物倒塌和损坏,造成了人身伤亡及大量社会物质的损失,例如震惊全国的1976年7月28日唐山大地震,整个唐山市变成一片废墟,共死亡24.2万人,损失达100亿元。间接地震灾害则是指由于强烈地震而使山体崩塌,形成滑坡、泥石流;水坝、河堤决口或发生海啸而造成水灾;震后流行瘟疫;由于没…     

什么是路由器?

一座办公楼、一个社区的计算机可以连接起来,这就形成了局域网(LAN)。由于不同的应用目的和利益需要,20世纪70年代以来,出现了许多标准各异,且不能互相兼容的局域网.其中主要有以太网(我国现在多采用这种网络)、令牌环网、令牌总线网等。互不兼容的局域网防碍了信息交流,但又不可能完全统一这些标准或重建,于是就迫切需要使用某种机制使不同的局域网互联。路由器于是应运而生了。     

什么是量子力学?

量子力学大概是本世纪洞察自然所取得的最富革新精神和极有成效的科学成果。C.P.斯诺曾经用“无疑是人类思想的最大智力成就”一语来表征它。对于C.P斯诺的话,我有两点异议:第一,他应该说“人们的思想”;第二,很难说它是最大的智力成就。牛顿的《原理》、达尔文的《物种起源》、爱因斯坦的《相对论》,该怎么说呢?还有,在科学领域之外莫札特的《唐璜》又该怎么样呢?不过,量子力学的确是一个伟大的成就,并且,我认为,对不直接接触     

占星术是什么?

从最广泛的意义说,占星术是基于天上日月行星运动和人间生命运动相对应的假设,阐述宇宙普遍概念的学问。在其漫长的发展和运用历史上,占星术被不同地认定为一门科学、伪科学、星际神学,抑或一种方术,直到今天,它的支持者和反对者仍然持相冲突的意见。的确,每一种规定都如实描述了它的历史和实践的不同方面,而对占星术的准确规定不能够孤立地脱离历史的考察。     

什么是干细胞?

干细胞就是在生命的成长和发育中起“主干”作用的细胞，用通俗的话说就是“干什么都行的细胞。”它对于生命成长发育的重要性，就如同建筑中的钢筋泥沙等基本材料。     

什么是肿瘤学家?

目前在整个肿瘤学领域中,有七个公认的专科,即外科肿瘤学、内科肿瘤学、放射肿瘤学、外科病理学、儿科肿瘤学、泌尿科肿瘤学和妇科肿瘤学。虽然我们大家都用“肿瘤学”这个术语,但由于各人的传统的医学学科的不同,因此对“什么是肿瘤学家”这一点,看法便有分歧。谁才是真正的肿瘤学家呢?所有肿瘤学家的共性,一定寓于各家的个性之中,否则我们就不能继续     

什么是暗物质?

虽然暗物质的存在已经得到了大量的天文观测的支持,但暗物质的属性是什么仍然是个未解之谜.近期暗物质探测的实验和理论研究均取得了长足的进展.本文从暗物质问题的提出讲起,介绍了暗物质的基本特点和可能的粒子物理候选者,之后详细介绍了暗物质研究的最新进展.(1)暗物质研究的早期历史.从星系旋转曲线、引力透镜、微波背景辐射等方面介绍了暗物质的观测证据,特别是暗物质丰度起源的标准热退耦理论机制和典型的暗物质粒子候选者,如弱相互作用有质量粒子等.(2)暗物质粒子的实验探测的基本原理和手段,如地下直接探测和空间间接探测等.重点综述了近期实验研究的进展.在地下直接探测方面综述了10 Ge V以下轻质量暗物质的探测实验:Super CDMS(super cryogenic dark matter search),CDEX(China dark matter experiment)等,以及大质量暗物质探测中的液氩探测器Dark Side等.(3)暗物质未来的碰撞方向性探测实验,如DRIFT(directional recoil identification from tracks),MIMAC(MIcro-tpc MAtrix of Chambers)等.在空间间接探测方面介绍暗物质湮灭到宇宙线粒子中涉及到的宇宙线粒子产生和传播的基本理论.(4)已有的实验,如Fermi-LAT(Fermi large area telescope)和AMS(Alpha magnetic spectrometer)-02在高能宇宙线电子和核子方面已经取得的成果,特别是近期DAMPE(dark matter particle explorer)卫星实验的首个结果中看到的正负电子总流强中的新现象和疑似反常现象以及AMS-02的反质子结果对暗物质搜寻的影响.展望了未来在反核子,如反氘和反氦方面可能取得的结果及其对暗物质研究的重要性.