中科大宇宙学专题讲座：宇宙学研究的三个阶段.pptVIP

暴胀示意 平直性问题 宇宙早期物质密度永远十分接近于临界密度！ 宇宙空间是平直的。为什么？除非有特殊机制 保证如此！ 暴 胀 磁 单 极 应当存在不少，但未曾观测到过。 暴胀机制可以有效将其稀释。 “If you can’t find them, dilute them.” 暴胀的预言 原来情况：今天的宇宙密度意味着早期密度有极高度的微调！ 暴胀的存在使之变得很自然。 预言：在早期相当宽的情况下均要求今天的宇宙密度应非常接近临界密度，即： ，已为WMAP观测证实。 宇宙加速膨胀的发现recent achievements 3 宇宙加速膨胀的发现（暗能量的提出） 标准烛光与Ia型超新星 宇宙加速膨胀的发现 暗能量的提出：负压强 宇宙物质成分 观测结果： ?可见＝0.04?c （来自原初核合成） ?可见??暗? ?c 暴胀预言： ?total＝?c ?可见是重子物质，?暗是暗物质。还应有什么成分？ 比较－引力理论 牛顿： 广义相对论： 物态： w＝0（非相对论）；1/3（相对论） 对于一般物质，w不可能是负的。 宇宙常数?相当于：w＝－1 （Einstein） 要加速必须有大的负压。 新物理 L.M. Krauss, Scientific American,1999 减速 加速 * 下图是上图的加权平均。清晰表明在高红移下偏向减速。 * * 宇宙学研究的三个阶段 中国科学院 紫金山天文台 南大－紫台：粒子、核、宇宙学联合研究中心 物理前沿、科学前沿 按照Victor Weisskopf （1908－2001）： a）纵向：小到粒子；大到天体、宇宙 b）横向：从简单到复杂(生物) V. Weisskopf 1908-2001 人手的尺度在粒子与宇宙中间 Universe Quark－Lepton 宇 宙 学 在宇宙学中也有自己的两个前沿： a）早期宇宙 b）晚期宇宙 表 天体物理领域获诺贝尔物理奖的8个年度、11个天体物理项目、15位天体物理学家 1967 H．Bethe 核反应理论研究，恒星能源的发现 1970 H．Alfvén 磁流体力学中的基本工作和发现 1974 M.Ryle 综合孔径技术， A.Hewish 脉冲星的发现 1978 A.A.Penzias R.W.Wilson 宇宙微波背景辐射的发现 1983 S．Chandrasekhar 恒星结构与演化的理论研究； W.A. Fowler 宇宙中化学元素起源的理论和实验研究 1993 R．A．Hulse J．H．Taylor 发现一种新类型脉冲星，开辟了引力研究新的途径 2002 R．Davis Jr. M．Koshiba 宇宙中微子的观测 R．Giacconi 宇宙X射线源的发现 2006 J．C．Mather G．F．Smoot 宇宙微波背景辐射黑体谱和各向异性的发现 3 4 4 5 10 9 4 * 背 景 现代宇宙学提出的背景 牛顿力学框架不能用来研究宇宙学。 广义相对论能为现代宇宙学提供正确的研究框架。 Einstein静态宇宙（1917）、Friedmann动态宇宙（1922）。 Hubble发现宇宙在膨胀（1929）。 观测支持“宇宙学原理”，那是以星系为“分子”的均匀气体。 宇宙膨胀的发现 宇宙膨胀的发现 Hubble关系 Friedmann宇宙模型 Einstein 静态宇宙 使爱因斯坦放 弃宇宙常数? 宇宙膨胀曲线 k=+1 封闭，有限 ? k=0 平直，无限 ? k=–1 开放，无限 哈勃年龄（1/H0） 真实年龄小于哈勃年龄 必有诞 生时刻 大爆炸宇宙学 1946：Gamow 1 大爆炸宇宙学的提出Gamow: 1946 根据膨胀倒退回去，必有个起始点。 膨胀带来宇宙的演化，从高温、高密绝热膨胀降温、降密，经历各个演化阶段。 可以明确计算每时每刻宇宙物态的变化、各种物理过程的发生以及引起的各种观测特征。 今天大尺度均匀，推到早期是真正的由粒子组成的均匀气体。 Feynman 名言 “物理学家具有这样的习惯，对于任一类现象，研究它们的最简单例子，把这称为‘物理’，而把更复杂的情况，看作其它领域的事。” R. P. Feynman 宇宙学基本关系式 温度（K） 能量（eV） 时间（秒） 时