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在近代宇宙学的研究中,除了称为大爆炸模型的标准宇宙模型之外,还有许多非标准模型,其中最有影响的是稳恒态宇宙模型来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-388.html。在大爆炸宇宙模型提出的初期,人们曾根据哈勃常数推算宇宙的年龄,然而由于哈勃常数在测定远距离星系的视星等与红移关系时,采用了造夫变星决定距离的偏差太大,以致得到的哈勃常数太大,由此估算出的宇宙年龄只有20亿年,比地球的寿命还短,这给当时的大爆炸宇宙学说带来不小的困境,为了摆脱困难,稳态宇宙学说应运而生来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-333.html。[1]稳恒态宇宙学是几位年轻的英国天体物理学家邦迪,戈尔德和福雷德·霍伊尔在1948年提出的。他们的观点是:在相对论中时空是统一的,既然宇宙学原理认为所有的空间位置都是等价的,那么所有的时刻也应该是等价的。也就是说,天体(物质)的大尺度分布不但在空间上是均匀的和各向同性的,而且在时间上也应该是不变的。也就是在任何时代,任何位置上观察者看到的宇宙图像在大尺度上都是一样的,这一原理称为"完全宇宙学原理"。[2]宇宙恒稳态理论认为:宇宙的过去,现在和将来基本上处于同一种状态,从结构上说是恒定的,从时间上说是无始无终的。而大爆炸理论认为:宇宙和时间的开始都源起于宇宙中一次巨大的爆炸,这一爆炸造成了现在的各大星系,而各大星系,以及整个宇宙总是处于不断变化,发展的过程之中。 [1]编辑本段理论依据 哈勃望远镜探测示意图稳恒态宇宙学认为宇宙在时间和空间上都是无限的。它主张宇宙从未有过开始,或者更确切地说,宇宙乃是处于连续的创造过程之中。当宇宙膨胀之时,总密度减少,但会创造出更多的物质来使密度升高。因此当宇宙不断地膨胀时,新的物质便连续地在星体中创造出来以填补空隙。新形成的物质就是构成星系的氢。每个新星系团将随着自身的不断膨胀而爆发,但爆发后的碎片又形成更多的新的星系来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-304.html。从新星系形成到老星系爆发,宇宙会不断膨胀。但宇宙的总密度不变。并且总是存在有各种不同年龄的星系。因此,宇宙在任何时期检验都是一样的。尽管个别星系团有所变化,但总体图象是始终如一的。[3]既然时空是统一的,宇宙物质在空间分布是均匀且各向同性的,宇宙在时间上也应是均匀不变的,这就是所谓的“完全宇宙学原理”。根据这一原理,哈勃常数应是一个不随时间变化的常数,宇宙既然不断地在膨胀,同时又要求保持宇宙物质分布上的均衡,且不随时间改变,必然要求物质在不断地产生,又随宇宙的膨胀不断脱离视界而去,从而保持宇宙物质的密度始终不变。稳态宇宙学预言的物质相对产生率为哈勃常数的3倍,即3H0。虽然这是一个极微小的量,但是稳态宇宙学尚不能清楚地说明,物质在哪里、以何种方式产生,以什么形态出现,只是有人猜测,这些创生的物质在活动猛烈的星系核中产生。[1]稳态宇宙学提出以后,曾得到了几方面的支持,其一是大爆炸宇宙学难以解释的星系产生问题,在这里可以顺理成章地得到说明。因为只要在稳态宇宙方程中,物质的产生和宇宙的膨胀不是正好地得到补偿,就可能出现稳恒态附近的起伏解,解中恰好呈现了物质分布的局域不均匀性。其次在应用电动力学或其它场论研究粒子间相互作用时,推迟势与超前势都是方程的解,然而只有推迟势才得到了观测上的验证,通常只用因果律解释其原因,这种解释带有人为性,常不能令人满意。1945年,惠勒和费因曼曾指出,如果计入一个加速运动的电荷与宇宙中所有其它电荷的作用,就可以证明,在推迟势与超前势中,只有推迟势在起作用。他们的这一讨论正是在稳态宇宙的基础上进行的。这似乎是在理论上对稳态宇宙学的一种间接支持。此外,在稳态宇宙学中,不出现高温、高密度的初态,避开了难以摆脱的“奇点”困扰。[1]编辑本段理论可行性像一切其它宇宙模型一样,稳态宇宙模型也有一些先天不利的因素。它引出了一个物质不断创生的假设,这是现今物理学无法解释与理解的。此外,近年来的一些观测结果也给它增加了诸多不利的因素,例如对河外射电源计数结果与它的预言数不一致。更重要的是3K宇宙微波背景辐射的发现表明,宇宙的早期确实呈高热状态,稳态宇宙学对3K的解释却是牵强和不自然的。此外,它还不能对现今宇宙中元素的形成与丰度做出解释。面对如此多的难题,这一宇宙模型不如大爆炸宇宙那样得到较多的公认。[1]根据"完全宇宙学原理",哈勃常数不仅对空间各点是常数,而且不随时间变化。所以宇宙空间的膨胀在时间和空间上都是均匀的。宇宙空间在膨胀,而物质的分布又与时间无关,这样就必须有物质不断产生出来以"填补真空",也就是填补宇宙膨胀所产生出来的空间。通过完全宇宙学原理和爱因斯坦场方程可以求出宇宙的时空结构,可以得到宇宙的三维曲率为零,也就是三维空间是平直的。[2]稳恒态宇宙学最大的特点是要求物质和能量不守恒,据计算,物质的相对产生率为三倍的哈勃常数,也就是每年在二到三立方公里的体积内产生相当于一个质子质量的物质来。稳恒态宇宙学可以避免奇点,但它也有许多原则性困难,比如,它要求物质不灭定律不成立。为此,霍伊尔提出修改爱因斯坦场方程,他认为新产生的物质是由新产生的真空由高能级向低能级跃迁引起的真空相变产生的来源:https://yz66.net/cshi/202501-2821.html。稳恒态宇宙学出台后曾经引起过轰动,但这种原则性的大改动是不能轻易采取的,除非新理论取得了大的成就,并且与观测事实符合得很好,但实际上稳恒态宇宙学与观测符合的程度并不好,不如大爆炸宇宙学,因此目前还无法撼动大爆炸的根基,成为标准模型。[2]月亮绕地球转,地球绕太阳转,太阳绕银河的银心转,银河又在星系团中转……从朴素的观点来看,宇宙应该是有这样一种无限的阶梯组成的,无穷无尽。观测表明,在星系团的尺度上,也就是一千万光年到一亿光年尺度上,天体分布是这种阶梯状,但再往上就没有这种现象了,星系团在空间的分布是均匀的。以伏库勒为代表的少数人认为,在一亿光年以上也是这种阶梯状分布,只是目前观测能力不够,没有发现这种现象。这一模型称为等级宇宙模型。但由于缺乏理论基础,而且天文观测证据几乎没有,因此等级宇宙模型的前景不容乐观。[2]编辑本段历史意义虽然这一学说目前还没有完全得到证实,但提出这一学说的人是伟大的,不是说这一学说伟大(因为还没有证实),是说提出这一学说的人的这种科学精神,这样说是因为这一学说要否定更加伟大、更加权威的物质不灭定律,科学是不讲权威的,讲权威就没有真正的科学。[2]
参考资料1. 宇宙学的进展 .湖州师范学院 大学物理 精品课程 .2011-8-30 [引用日期2013-03-21] .2. 宇宙恒稳态理论 .百度百科 .2013-2-2 [引用日期2013-03-21] .3. 稳恒态宇宙学稳恒态宇宙学认为宇宙在时间和空间上都是无限的 .新华网 .2013-01-19 [引用日期2013-03-21] .扩展阅读:1稳恒态宇宙学
宇宙学和粒子物理学,有区别么
1、瓦特发明蒸汽机
瓦特小时候有一次看到火炉上烧的水开了,蒸汽把水壶盖顶开,瓦特把壶盖放回去但很快又被顶开了。瓦特就这样不断地把壶盖放来放去想找出为什么,后来瓦特意识到是蒸汽的力量,由此引发了他对蒸汽的兴趣并导致了蒸汽机的发明。
2、牛顿发现万有引力定律
伟大的物理学家牛顿小时候看到苹果熟了,掉下来很好奇,他想,地球上的东西,失去了支持后为什么都掉到地上来,而不会向其它方向掉呢?后来,他终于发现了万有引力定律。
3、哥白尼提出日心说
天文学家哥白尼在中学时代,听说日晷可以用太阳的影子来确定时间。他很好奇找老师问了日晷的原理,回家找了些废旧材料,很快就做出来啦。他利用自己做出来的日晷,研究太阳和地球的运动规律。哥白尼后提出著名的日心说,推翻过去一直认为是太阳绕地球转的地心说错误说法。
4、贝克勒尔发现放射性物质——铀
1896年初,伦琴发现X射线不久之后,在法国科学院的一次例会上,法国科学家彭加勒向人们展示了这个发现,并且提出了一个猜想。会议结束后,贝克勒尔就急忙赶回自己的实验室,和他的科学家父亲一起来设计实验验证彭加勒的猜想。
实验发现只要化合物里含有铀元素,就会放出这种神奇的射线,他把这种射线称为“铀射线”。1903年,发现放射性元素铀的贝克勒尔和随后发现放射性元素钋、镭的居里夫妇一起获得了当年的诺贝尔物理学奖。
物理学,天文学,天体物理,宇宙学之间有什么区别和联系?来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-985.html
宇宙学研究的对象是-宇宙宏观世界,而粒子物理学研究的对象是-基本粒子微观世界
宇宙学(Cosmology):
也称宇宙论(cosmism),宇宙学是对宇宙整体的研究,并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位。虽然宇宙学这个词是最近才有的,人们对宇宙的研究已经有很长的一段历史,牵涉到科学、哲学、神秘学以及宗教。
宇宙学-模型图:
图中+-号代表不可分割的最小正负弦信息单位-弦比特(string bit)来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-348.html
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特
粒子物理学(particle physics)
粒子物理学是研究组成物质和射线的基本粒子以及它们之间相互作用的一个物理学分支。由于许多基本粒子在大自然的一般条件下不存在或不单独出现,物理学家只有使用粒子加速器在高能相撞的条件下才能生产和研究它们,因此粒子物理学也被称为高能物理学(high-energy physics)
粒子物理学主要研究对象-基本粒子(elementary particle)图解分析:
粒子物理学中,基本粒子是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下,已知的基本粒子可以分为费米子(包含夸克和轻子)以及玻色子(包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子)。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)来源:https://www.faithandyoung.com/cshi/202501-6500.html。
我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子,原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后,原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子,这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展,发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子,还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。
基本粒子(次原子粒子),分类如下:
费米子
基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。
夸克来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-406.html
目前的实验显示共存在6种夸克,和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是
第一代:u(上夸克) d(下夸克)
第二代:s(奇异夸克) c(粲夸克)
第三代:b(底夸克) t(顶夸克)
它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是,他们之所以未能被早期的科学家发现,原因是夸克决不会单独存在(顶夸克例外,但是顶夸克太重了而衰变又太快,早期的实验无法制造)。他们总是成对地构成介子(见下图),或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。
轻子
共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代:
第一代:(电子) (电中微子)
第二代:(μ子)(μ中微子)
第三代:(涛子) (τ中微子)
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玻色子
玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计,自旋为整数的粒子。
规范玻色子
这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”,是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。
自然界一共存在四种相互作用,因此也可以把规范玻色子分成四类来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-794.html。
引力相互作用:引力子(尚惟理论性)
电磁相互作用:光子
弱相互作用(使粒子衰变的相互作用):W及Z玻色子,共有3种:W+,W-,Z0来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-420.html
强相互作用(夸克之间的相互作用):胶子
粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用,称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量(普朗克尺度)时很可能这四种相互作用全都是统一的,这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低,所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。
? 普朗克尺度-10^-33公分
胶子
胶子是强相互作用的媒介子,带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过,像单个的夸克一样,它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注:一个夸克,一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。
希格斯玻色子
希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子,没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中,希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。
图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-487.html
物理,研究的是物质为核心的4块:运动,力,时,空。物质是这4块的基础,没有物质就没有这4种东西。然后天文,是研究天体级别(包括比如陨石)的“物质”的运动,轨迹,什么的,天文学是观察和研究宇宙间天体的学科,它研究天体的分布、运动、位置、状态、结构、组成、性质及起源和演化,天文学的实验方法是 观测天体物理呢,是天体级别的物理,即很宏观的物理,是应用物理学的技术、方法和理论,研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律物理>天文>天体物理 学而宇宙论(或宇宙学)是对宇宙整体的研究,并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位,牵涉到科学、哲学、神秘学以及宗教。
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