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约克:WH.自由曼报,2008年Snow TheodoreP动态宇宙基本原理安市
天文学简介第四版编辑圣书院保尔明恩
西城1991
宇宙学宇宙学研究 宇宙结构进化宇宙学家寻找问题解答,例如宇宙大小大小结构何在,历史命运何在-它会永久扩展或自崩溃吗?宇宙学涵盖专题包括理解恒星和星系生命周期、物组成和自然定律将宇宙联结
研究宇宙历史,首先需要做一些基本观察首先是宇宙从子原子粒子到银河集群分布的层次和结构指自然规律控制结构(另一种观察方式是,我们构建自然规律是我们解释可观察宇宙的最佳尝试)。一种有趣的宇宙顺序观察是,物质聚类从子原子粒子到超星系集群不等最大测距覆盖宇宙大片时 物料分布在远距离变同换种方式说,宇宙中每个面积约200-300兆帕采克遍历[1剖面=约3.26光年,19.174x1012里程[30.857x1012千米]大剖面值=100万剖面值或3262 000光年或2x1019里)大致同质性
宇宙学基础对宇宙结构有某些观察和理论支持假设宇宙学原理表示宇宙大尺度结构同源和异代,意指大尺度质量分布在宇宙所有部分都相同,宇宙在所有观察方向看起来都相同。宇宙学原理有重要涵义比方说,同质概念表示宇宙没有边缘,异步概念表示宇宙没有中心观察似乎证实了这一点,即宇宙中所有星系都可测量离银河而去,而所有星系似乎相对相去甚远,在一个不断扩大的宇宙中相去甚远。
接受异热带和同源无限宇宙的宇宙原理引出地球基本观察问题如果宇宙无限、同质和异向,则地球(或别处)任何方向的视线应最终与恒星交叉,因此天空所有地方应可见星,夜间天空应均匀亮亮天空多为黑暗这一事实被称为Olber悖论,继德国天文学家Heinrich Olber后,他在19世纪推广这一思想
如何调和olber与宇宙原理和宇宙扩展观察相悖哈勃定律(由中西部两位美国天文学家Edwin Hubble[1899-1953]和Milton Humason[1891-1972]1929)规定,远星系红转光与距离成比例可表述如下:
ec/Megaparsec等值46.5里(75千米)/sec/Megaparsec哈波定律可用于估计宇宙时代自已知不同星系互减速率以来,可计算出衰退速率随距离增加而增高,可计算出星系齐聚一地后退时间增速随距离增加, 数字变换为相同, 不论使用星系, 所有星系并发日期大约在130亿年前那时宇宙中所有事物 辐射 暗物质 暗能量-一切-都局限在一个单点上 从此即时爆出假设扩展速率不变计算, 多数宇宙模型显示初始扩展速度可能比目前快, 这将使宇宙真实时代比这些估计小
大爆炸概念 即宇宙起始点 自那以来以一定速度扩展 意味着宇宙有限概念似乎与宇宙学原理相冲突 表示宇宙无限可理解调和,即认识到在夜空中只有有限部分宇宙可见光线到达地球 只来自宇宙中 不到130亿年远段光,时间和空间都尚未到达地球大爆炸概念似乎显示宇宙有限, 130多亿年前光并不存在悖论仍然存在
深入理解这一自相矛盾现象,有必要考虑大爆炸的性质大爆炸无关紧要 突然爆入空间 从点扩展大爆炸代之以所有事物的突然扩展, 包括空间本身唯一已知解释这些观察是大爆炸即空间突然生成并扩展为空无物,而星系和宇宙中所有其他事物正相伴而行,随着宇宙空间扩展而扩展并相互移动因此,虽然星系相互移位,但它们对空间结构没有移位(小动作和内部动作除外)。空间实以相同速率扩展 星系相分离以这种方式理解宇宙说明大爆炸并非发生在“某处”,星系从远点向空间爆炸,但大爆炸发生在“任何地方”-大爆炸前,空间从整个宇宙扩展的无限小点和大爆炸同时发生在全宇宙各地自那以来 宇宙中所有空间和点 都离别
人脑难以理解大爆炸前存在的东西大爆炸本身是一个奇特性, 片刻根据物理定律 宇宙所有质量和能量 空间零大小无限密度和温度.依据物理定律破译有限宇宙, 这些法律并不适用于奇特性等状态大爆炸表示空间启动 质量启动 时间启动并没有什么概念像大爆炸前, 因为在大爆炸前,没有时间,没有“前”。
最能描述宇宙看似喜欢的东西和行为方式的即时大爆炸可见于爱因斯坦的相对论中。 爱因斯坦的广义相对论中,它的存在极稠重质波折时空-反之,空间曲率决定物体如何穿透空间并推导远星系增速随距离增长按照上文描述的哈勃法例,这是因为相对速度增高而距离增高根据爱因斯坦泛泛相对论, 有必要不认为这是速度提高, 而是宇宙空间扩展光经空间扩展后,光子波长受扩展影响,波长移到较长波长上,引起红色移位红色移位量对应自光子发布以来宇宙扩展量-光子出发越远,扩展越多,红移位越大红色移位实测自光子发布以来宇宙扩展多广, 而不是观察者距离远星系的相对速度对大多数环境来说 更熟悉牛顿运动定律 对宇宙对象和力效果很好
宇宙形状取决于宇宙内含多少量, 根据这些反拉tivictic概念自大规模扭曲空间和时间以来, 宇宙质量量实际上决定空间本身几何性如果质量高于临界值,则宇宙空间反转并据说是一个闭合的宇宙,并有正曲线-大似球体内部在这种空间中, 直线移动的任何事物 理论上都可能回溯到原位 仿佛小球滚入大球圈质量小于临界值时,空间形状据说开张并有负曲线-大似马鞍形状第三个可能性是平面宇宙 密度完全等同临界值
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