人·与·宇·宙

20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师在寻找卫星通过的干扰源时,意外地发现了微波背景辐射。它是宇宙学家早就预言的大爆炸的余烬,从而为大爆炸论确立了它在宇宙学中的主导地位。以后,物理学家古斯又以暴胀论完善了宇宙创生的整个理论。暴胀论说,蕴藏在空间的反引力,在宇宙年龄为万亿万亿分之一秒时,促使宇宙发生迅猛地膨胀,这样,把很少量的一点物质变成了整个宇宙的能量和物质。也许有人要问,真空空间的一小点物质从何而来?按量子论的测不准原理,诸如粒子的位置—动量、能量—时间,是无法精确测定的,这是大自然的一条基本法则。它使得…     

宇宙探索100问

什么叫量子引力论 量子引力论是将广义相对论与量子理论结合起来的理论,它包括引力场、电磁场和其他所有与基本粒子相关的力场,实际上,量子引力论是把量子场论推广到涉及时空的引力中。量子引力论认为,在小于106厘米的最初宇宙中,引力起支配作用,时空像能量和物质一样,是由颗粒组成的,引力是量子化的,它的量子过程可使时空突然膨胀起来,这样,量子引力论准许时空自发地、没有原因     

宇宙起源于宙宇“漏洞”

当今的宇宙大爆炸学说认为，宇宙起源于一个体积为零、能量密度无穷大的奇点。虽然，在霍金等人后来提出的虚时间概念中．奇点可以被消去，但这在现实中仍不可避免，所以奇点问题并没有发生实质性的改变。宇宙学家对量子引力论的探索和尝试，也没有告诉我们更多的一些东西。     

宇宙中最贵异的东西

5.真空能真空能是一种存在于空间中的背景能量,即使在没有物质的空间(称为自由空间)依然存在。真空能量导致了多数基本力的存在。它的效应可以在各式各样的实验中观测到,例如光的自发放射、伽马辐射、卡西米尔效应、范德瓦耳斯尔力、兰姆位移等等。另外它也被认为与物理宇宙学中的宇宙常数项有关。这里,另一个名词大家有必要了解:零点能量。     

宇宙将会永远膨胀下去吗?

“宇宙所具有的质量可能仅仅需要一点儿就能阻止其膨胀.”两个在美国的天文学家说.如果他们是正确的,理论学家将不得不放弃“膨胀论”,他们最珍爱的宇宙起源的模式.这要求宇宙将永远不会坍塌或膨胀,但这平衡于两种可能性的边缘上.天文学家用一个叫做Ω的量表示宇宙的质量.如果Ω大于1,宇宙就会重得其所有物质的引力均匀地阻止其膨胀而造成宇宙坍塌.如果Ω小于1,宇宙将会永远膨胀下去.大多数理论宇宙学家认为Ω正好等于1,但许多观测天文学家认为Ω只有0.2或0.3.新西泽州普林斯顿大学的耐塔·贝考尔和雷恩尤·森,使用一台电脑来摹拟包含有不同数量物质的宇宙.他们想确定他们需要多少物质才能摹拟观测到的星团的特性.     

宇宙起源新说

我们探知的宇宙是一个巨大而古老的大杂烩,其中充斥着形形色色的粒子,不同波长的光波和其他奇异的物质。但是宇宙学家们认为它并不是一直就是这样。大约140亿年前,当宇宙刚刚诞生几微秒的时刻,宇宙是由叫做“夸克—质子构成块”的亚原子粒子组成的温度极高的一锅“过热汤”,其均匀程度之高使现代法国厨师也自愧不如。卓越的宇宙学家迈克·特纳花了大半辈子的精力致力于宇宙演化问题的研究,想弄清宇宙是如何从原始的“夸克汤”演变成现在星系分布的气泡状结构的。所谓星系分布的气泡状结构,是指观测到的星系分布在巨大气泡的表面,而气泡里面…     

宇宙探索十六、宇宙大爆炸和宇宙暴涨

大爆炸的最初过程所谓“宇宙大爆炸”,是指“宇宙蛋”或“宇宙火球”的最初膨胀过程。目前认为,宇宙有过两次爆炸,第一次的爆炸规模较小,第二次爆炸的规模要大得多,叫“宇宙暴涨”。宇宙大爆炸是时间的起源,在开始爆炸的那一刻为零时零秒。到10-43秒时,温度为1032K,尺度为10-33厘米,4种基本力还是统一的超力,只有能量,没有物质,整个宇宙为量子不确定性所主宰,被称为“大统一时期”或“普朗克时期”。到10-36秒时,温度降至1029K,各种粒子开始从能量中产生出来。由于温度极高,粒子的能量和运动速度如此之大,在碰撞中会产生更多的正、反粒子对…     

无法从黑洞中逃逸吗？

现有理论认为，没有任何东西能够从黑洞中逃逸出来，即使光也不例外。然而，真的是“没有任何东西”吗？其实，说“几乎没有”应该更准确一些。要说明这一点，首先要了解两个名词，一个叫“势垒”，一个叫“量子隧道效应”。势垒就是势能比附近的势能都高的空间区域，而量子隧道效应是由微观粒子波动性所确定的量子效应，又称势垒贯穿。粒子的运动过程中若遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，     

大爆炸之前

大爆炸之前的宇宙是什么模样？若你问宇宙学家，他们通常会搪塞说，这个问题没有意义。如著名物理学家霍金，便对此反问道：“北极之北是什么地方？”故按现代宇宙学的主流思想，大爆炸意味着宇宙的真正开始，空间和时间由此而出现，决不存在“之前”这样的问题。但这可能并非真实，就有一位物理学家敢于挑战这个问题。若他说的正确，那么在大爆炸之前，宇宙已经历了一个不可想象的久长时期。欧洲核子研究所的G．范纳奇奴说：“大爆炸远不是时间的开始，它仅是宇宙历史的一个转折点。”范氏早在２０世纪９０年代初，就开始对“大爆炸之前”…     

中微子有质量

美国《科学》杂志评选１９９８年世界十大科学进展，其中一项是中微子有质量的发现。这一发现有可能推翻某些物理学定律，其结果引起了激烈的争论：是否需要建立一个新的粒子理论？中微子是否是形成宇宙大部分质量的“暗物质”的一部分？在烦恼着宇宙论学者的众多难题中，最令他们苦恼的问题就是：宇宙的最终命运会怎样？是一直膨胀上去最后稳定下来呢，还是收缩成一个灾难性的火球而告终？答案取决于宇宙中物质的总量，也就是引力的大小。如果引力不够大，宇宙会无限制地膨胀下去；反之，如果引力过大，宇宙会以一种天体物理学家称为“大坍…     

扑朔迷离的暗物质

<正>在茫茫宇宙中,恒星间相互作用,进行着各种各样有规则的轨道运动。但是,有些运动我们却找不着使其相互作用的物质。因此,人们设想在宇宙中也许存着我们看不见的物质,并将这种物质称之为暗物质。在宇宙学中,暗物质是指那些自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用的一种物质。人类无法通过现有的任何观测工具来直接观测到它们,只能通过引力产生的效应来得知它们的存在。     

宇宙大爆炸与奇点理论

正宇宙大爆炸理论(The Big Bang Theory)是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它认为,宇宙是由一个致密炽热的奇点于约150亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年,美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。     

宇宙之外

从纯数学的理论推断而出的五维和五维以上的世界包含着无数个四维宇宙体的说法已经定论。物理上,林德根据爱因斯坦的著名公式E=mc2计算后认为:宇宙之所以爆炸是因为其能量的不稳定性所造成的,由于真空中的不稳定性会反复出现,因此大爆炸也不可能仅仅发生一次。每当真正的能量偶尔碰撞一次,从中就会产生出一个新的宇宙。许多宇宙会以此种方式而产生,这便是多元宇宙论。人类眼中所认为广阔无边的宇宙,只不过是数目无穷多的宇宙大海中的一滴而已。除此之外,平行宇宙论也是比较流行的宇宙学说。这种学说认为,我们目前所观测到的只是完整宇宙中…     

世界空间高能天文发展展望

1引言 空间高能天文是空间天文中最先发展起来的、至今仍然非常活跃的一门学科。它研究涉及宇宙中最极端的一类天体——致密天体（包括白矮星、中子星和黑洞）的形成及其结构,星系中心超大质量黑洞的增长及其与星系的共同增长,高度相对论喷流、高能宇宙线粒子加速、宇宙中最高密度、最强压力、最强磁场、最强引力、最高真空等最极端状态下的物理规律,     

现实不似你所见

正副标题:量子引力之旅出版社:湖南科学技术出版社出品方:博集天卷出版年:2017-11世界的基本组成部分是什么?时间和空间真的存在吗?现实的本质是什么?现象级科普畅销书《七堂极简物理课》的作者、意大利理论物理学家卡洛·罗韦利将在这本书中,以优雅易懂的方式带我们踏上这场探索现实之旅——从德谟克利特到爱因斯坦,从电磁理论的建立到引力波的发现,从经典物理到量子引力,目睹现实的概念如何随时间变迁,探究今天的物理学家如何理解宇宙的结构。     

宇宙探索100问

什么叫超统一理论大统一理论无法统一引力,将引力也统一为单一超力的理论就叫超统一理论,也叫“超引力理论”。由于这种理论引入了超对称概念,所以又叫“超对称理论”。对称是一个普通的概念,如上下、正反等等。在物理定律中,也一直存在着电荷、镜像和时间对称。后来发现,在基本粒子的性质中,除了上述对称外,还存在着一种更玄妙的超对称,即粒子通过旋转而相互联系起来,一个旋转的粒子可以变成一个不旋转的粒子,一个组成物质的费米子可以变成一个携带力的玻色子。如光微子变成光子、引力微子变成引力子等。在一定意义上,     

宇宙和暗物质

２０世纪主流科学家的意见是宇宙起源于一次大爆炸。据说那是在１５０亿或１２０亿年前，大爆炸形成了时间、空间和物质。数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为，宇宙最初是一个像豌豆大小的物体，悬浮于一片没有时间的真空，“豌豆”状的宇宙存在的时间与“大爆炸”相隔一个极短瞬间。他认为，“豌豆”状的宇宙在大爆炸前的瞬间内经历了被称为“暴胀”的极其快速的膨胀过程。根据大爆炸理论，宇宙由于爆炸不断膨胀，膨胀到一定程度又将坍塌，然后整个宇宙乌呼哀哉，所有的一切宣告消亡。虽然科学家宣称宇宙的消亡也要有一二百…     

奇异的宇宙空间

茫茫宇宙原属空间形态，时空一体，然而善于“运动”的物质顺应“潮流”而后来居上，竟使这位“忠厚”的空间长者退避三舍，退居为次要的配角地位。纵观全局，种类繁多的物质不可谓不重要，但倘若寻根究底地考察一番，就会发现尽管物质早已在舞台中心占尽了辉煌，却依然无力回天，依然改变不了空间之第一性的历史地位。现代电子计算机的结构无论怎样复杂，其工作原理仍是简单的“０”和“１”；同理广袤的宇宙和宇宙间的物质无论怎样变化，其最基本的存在方式也不过是“有”和“无”。在本体宇宙中，空间是独立的。就是说空间离开物质仍然可…     

引力理论发展的新契机

牛顿的划时代巨著《论自然哲学的数学原理》中曾记载了牛顿对万有引力的一段评述：迄今为止，我只是用引力解释月球绕地球的运动及潮汐现象，引力的本质是什么尚未可知，引力是客观存在的，这就足够了。在牛顿谢世之后的三个多世纪中，人类从没有停止对引力理论及引力本质的探索。２０世纪２０年代，爱因斯坦基于物质的引力质量与惯性质量的等效性，建立了文广义相对论，使人类对引力理论的发展迈入了一个新高度。但是，广义相对论对引力的描述仍然是“惟象”的，即引力是由于空间的弯曲造成的。但空间的弯曲为什么会形成引力及引力传播的载…     

神秘的黑洞

黑洞是宇宙中一种非常奇特的天体。它那巨大的引力如饥似渴地不断吞噬宇宙物质，它的引力是如此之大，以至连宇宙中速度最快的光，也像孙悟空逃脱不了如来佛的手掌心那样，逃离不了黑洞。而且，它还穿着隐身衣，谁也看不见它，即使你用强光照射，用雷达探测，仍然探寻不到它的踪迹。科学家们把这种奇异天体比喻为宇宙中的“怪兽”。 　　其实黑洞并不是洞，不是深不见底的空洞，而是比铁、比铝要沉重得多的物质。那么为什么称之为黑洞呢 ?黑洞为什么会有如此神奇的魔力呢 ?这需要从引力谈起。我们都知道，即使是世界跳高冠军，也不可能一蹦…