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宇宙学常数

时间:2024-09-25 08:44:44 编辑:莆仙君

你知道宇宙背后的基本常数都有哪些吗?

如果宇宙重新开始,并诞生一个与我们的宇宙一样大的新宇宙(138亿年),这两个宇宙在许多重要方面都会看起来一样。拥有相同数量的星系,相同质量的星系,以相同的方式组合在一起,宇宙中新元素的比例将与今天的元素丰度相同,宇宙将拥有与我们新的质量分布相同数量的恒星和行星,暗能量和暗物质的共同材料,中微子和辐射的比例与我们的宇宙相同,最重要的是,所有基本常数都有相同的值。而最后一个是非常重要的,因为从相同的初始条件,新的宇宙将看起来像我们今天的宇宙,那么这些常数是什么?在宇宙的遥远角落,光的速度比我们知道的要快还是要慢?在现有的物理学中,光速与其他几十个所谓的基本宇宙学常数一起,是物理学家理解宇宙的关键。这些常数甚至可以用来定义计量单位,如米、秒和公斤。然而,对于基本常数为什么必须是常数,物理学界并无共识。事实上,如果这些基本常数变化太大,支撑粒子物理学的标准模型将经不起几十年的严格实验审查,也无法预测夸克和希格斯玻色子等基本粒子的存在。标准模型描述了物质是由什么构成的,以及它如何与除引力之外的三种基本力相互作用。规律。理论物理学家的目标是将物理规律的本质纳入一套统一的方程式或几个数字。还有很长的路要走,但正在取得进展。本书介绍了关于宇宙的六个数字,这些数字特别重要和强大。其中两个与自然界的基本力量有关;两个都决定了宇宙的大小和整体结构,并决定了它是否会永远存在;其余两个决定了空间本身的属性。

宇宙常数是多少???

爱因斯坦说1+1等于3:1+1=3,从物理维度学上来讲,1+1确实等于三,1+1在一为的世界是一个点,无法移动的一个点,1+1在二维的。根据爱因斯坦的相对论,我看1+1=3也是正确的麻。因为根据相对论:1滴水加1滴水也可以变成3滴水麻,当然也可以是1滴2滴4滴9滴76滴8滴,甚至更多。如果水蒸发了则为0了,如果从水分子角度看,则是无数了。宇宙常数:爱因斯坦在提出相对论的时候,曾将宇宙常数(为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在,他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项,用符号Λ表示。该比例常数很小,在银河系尺度范围可忽略不计。只在宇宙尺度下,Λ才可能有意义,所以叫作宇宙常数。即所谓的反引力的固定数值)代入他的方程。他认为,有一种反引力,能与引力平衡,促使宇宙有限而静态。当哈勃将膨胀宇宙的天文观测结果展示给爱因斯坦看时,爱因斯坦说:“这是我一生所犯下的最大错误。”

宇宙项常数的引入让爱因斯坦错过了什么

错过了稳态宇宙理论。那是1915年,爱因斯坦发表了他的杰作——广义相对论,使我们理解了宇宙空间弯曲的含义,彻底革新了我们的宇宙时空观。1917年,爱因斯坦将广义相对论公式应用到整个宇宙,想看看能否获得对宇宙本质的新认识。当时,所有人都相信,宇宙是封闭而静止的——既不膨胀,也不收缩。但爱因斯坦的公式却让他十分惊讶:公式表明宇宙要么在膨胀,要么在收缩,但就是不能保持静止!面对着如此不符合“常识”的公式,爱因斯坦觉得他唯一的选择就是引进一个附加因素,以使他的理论导出一个静止不变的宇宙。这个附加因素就是宇宙常数,宇宙常数更准确的说法应该是“宇宙常量”。它代表着真空中有一种看不见的能量,其密度是一个常数,会产生宇宙排斥力, 同引力相反,它随着天体之间距离的增大而增强。这是一个假想的、用以抵消引力作用的力。宇宙常数就是指这种宇宙空间中恒定的能量密度。我们只要调整这个常数,就可以平衡引力与宇宙排斥力,而得到静止且封闭的宇宙。在发现了宇宙膨胀这个事实后,爱因斯坦抛弃了自己过去信奉的稳态宇宙理论,就急急忙忙把他方程中的宇宙常数项去掉了,并认为宇宙常数是他“一生中最大的错误”。随后,宇宙常数被抛进历史的垃圾堆。简介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。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,但总体图像是始终如一的。

爱因斯坦添加“宇宙常数”的真正原因是什么?

现代宇宙学的起源是爱因斯坦1917年发表的论文《广义相对论的宇宙学思考》,但内容与评注中的介绍大相径庭。将整个宇宙结构方程代入相对论方程,结果表明宇宙是动态变化的,但认为这很奇怪的爱因斯坦并没有在原方程中找到宇宙。

爱因斯坦大学毕业后找不到研究工作,在瑞士专利局工作了一段时间,检查申请文件。其间,他写了一篇物理学论文,但忙于在图书馆研究,在不了解洛伦兹和庞加莱的前沿研究的情况下,他写了一篇狭义相对论的论文。或许因为这份职业,他的论文有些业余。

专业物理学家不写多余的东西,只总结要点,但爱因斯坦很有趣,因为它描述了他基于什么样的想法。在他的宇宙学论文中,他的宇宙观得到了充分的发展。

这篇论文是基于星系是唯一存在于外层空间的天体的时间动力学理论。当我无限远离星系时,我已经研究了关于空间几何特性的各种事情,但我找不到合理的答案。他写道,他想出了一个球状结构,直行时会回到原点,作为一个“不能远离星系”的空间。

但是,即使代入球面空间方程,也不能满足基本的相对论方程。因此,我选择了将基本方程改为加入宇宙常数的形式。满足修正方程的球面空间的解就是所谓的“爱因斯坦静止宇宙”。从这些描述中可以看出,对他来说重要的是他离开银河系时的几何结构,并且他最终没有将随时间的变化视为问题。

遵循爱因斯坦的球面空间思想,弗里德曼讨论了它的动力学行为。他的论文发表于 1922 年,在科学史书中经常被描述为“考虑没有宇宙常数的方程的解”,但事实并非如此。加上宇宙常数时的解是按情况计算的。

弗里德曼的论文中存在一些数学错误,但可以通过阅读原始论文推断出原因。

由于现代物理学中的许多基本方程都是偏微分方程的形式,现在向理工科大学生教授偏微分方程已经司空见惯。然而,在20世纪初,即使在西欧,也尚未建立系统地教授偏微分方程的体系。

在弗里德曼所在的俄罗斯,教育系统会进一步延迟。在他犯错的地方,他引用了 Weierstrass 1866 年前的一篇旧数学论文,但他可能没有机会获得有关分析研究等的最新文献。

勒梅特与弗里德曼一起在宇宙学研究中发挥了重要作用。他在 1927 年表明,爱因斯坦静止的宇宙是不稳定的,并在轻微波动的情况下转向膨胀。有时有人说勒梅特讨论了包括宇宙常数在内的方程的通解,与弗里德曼不同,但实际上,是弗里德曼讨论了通解,而勒梅特主要处理的是特解。

尽管在一个鲜为人知的比利时期刊上以法语发表,勒梅特的论文还是引起了英国天文学大亨爱丁顿的注意,并成为众人瞩目的焦点。爱丁顿建议将论文翻译成英文进行传播,勒梅特自己的英文译本于 1931 年出版。今天,英文翻译主要收录在宇宙学论文集中。

这个英文翻译与原论文有一些不同。你现在可以在网上找到法文原版,所以如果你有兴趣,搜索它。

原论文没有提到弗里德曼,但他并没有窃取他的成就,他根本不知道。在英文翻译中,新添加的注释提供了正面评价。

重要的是,在英文翻译中,讨论观测数据与理论预测之间关系的部分已被完全删除。删除的原因尚不清楚,但也许哈勃在 1929 年发布了遥远星系的最新数据,因此他认为没有必要保留旧数据。然而,如果缺失的仍然存在,那么斯利弗在哈勃之前就已经观测到了星系的衰退速度,这一点会更广为人知。

此外,勒梅特预测在遥远的星系中发现的红移与距离之间会存在比例关系,并使用哈勃之前的数据进行验证。哈勃在他的论文中根据自己的观测数据坚持了这个比例关系,但是那里显示的数据有很大的误差,很难承认这个比例关系本身成立。

哈勃借鉴了勒梅特的想法并主张比例性,因为勒梅特和哈勃都在 1928 年参加了一次国际会议,在那里他们就红移和距离之间的关系交换了意见。可能是这样。考虑到这些情况,2018 国际天文学联合会大会决定将之前所谓的“哈勃定律”重新命名为“哈勃定律”。