宇宙大爆炸理论[应用]

宇宙大爆炸理论[应用] 宇宙大爆炸理论 百科名片 宇宙大爆炸 大爆炸理论(Big Bang)是天体物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论，宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型，宇宙空间可能膨胀。延伸到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点，但物理学家对此 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 并不统一。 目录 宇宙大爆炸理论定义 发展历史 1. 大爆炸理论概况 证据 1. 疑点和反对意见 大爆炸理论的主要疑点和问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 有: 1. 暗物质Dark Matter 1. 宇宙的未来推演 宇宙大爆炸理论定 义 发展历史 1. 大爆炸理论概况 证据 1. 疑点和反对意见 大爆炸理论的主要疑点和问题有: 1. 暗物质Dark Matter 1. 宇宙的未来推演 , 哲学和宗教意义 1. 展开 编辑本段 宇宙大爆炸理论定义 大爆炸一词在狭义上是指宇宙形成最初一段时间所经历的剧烈变化，这段时间通过计算大概在距今137亿(1.37 × 10^10)年前;但在广义上指当今流行的揭示宇宙起源和膨胀的理论。这一理论的直接推论是我们今天所处的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根据这一理论，乔治?伽莫夫在1948年预测了宇宙微波背景辐射的存在。1960年代，这一辐射被探测到，有力地支持了大爆炸理论，从而否定了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。 编辑本段 发展历史 大爆炸理论是通过实验观测和理论推导发展的 实验观测方面 1910年代，维斯特?斯里弗尔(Vesto Slipher)和卡尔?韦海姆?怀兹(Carl Wilhelm Wirtz)证实了大多数旋涡星系正在退离地球，不过他们并没有因此联想到这对宇宙学意味着什么，也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。同时在理论上，爱因斯坦的广义相对论成功建立并推出没有稳定态宇宙。通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩，爱因斯坦认为他自己解错了，并加入了一个宇宙学常数来进行改正。第一个不使用宇宙学常数，而真正认真将广义相对论运用到宇宙学中的是亚历山大?弗里德曼，他的方程所描述的宇宙称为 Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙，时间是1922年。1927年，比利时天主教牧师勒梅特独立推导出 Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker方程，并在螺旋星云后退现象的基础上提出了宇宙是从一个“初级原子”“爆炸”而来的—这就是后来所谓的大爆炸。 实验条件 1929年，埃德温?哈勃为勒梅特的理论提供了实验条件。哈勃证明这些旋涡星云其实是星系，并通过观测造父变星测算出了他们的距离。他发现，星系远离地球的速度同它们与地球之间的距离刚好成正比，这就是所谓霍伊尔的稳恒态宇宙模型。在稳恒态宇宙模型里，新物质在星系远离留下的空间中不断产生，从而宇宙基本不变化。其实这个理论的名称是出于霍伊尔的讽刺，他在1949年通过BBC广播节目形式传播的，论文《物质的特性》(The Nature of Things)发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 于1950年。 理论并立 之后的许多年，这两种理论并立，但观测事实开始支持一个演变于热密状态的宇宙。1965年宇宙微波背景辐射的发现使人们认为大爆炸理论是宇宙起源和演变最好的理论。1970年以前，很多宇宙学家认为宇宙可能在膨胀以前先收缩，这样可以避免从弗里德曼模型推出一个无限致密的“荒谬”的奇点。比较有代表性的是Richard Tolman的脉动宇宙模型(oscillating universe)。1960年代末，史蒂芬?霍金等人证明这个假设行不通，因为奇异点是爱因斯坦引力理论的直接和重要推论。之后大多数宇宙物理学家开始接受广义相对论所描述的宇宙在时间上是有限的。但是，由于对于量子引力规律缺乏认识，现在还不能断定这个奇异点到底是 真正集合意义上的无限小点，还是物理收缩过程可以无限进行下去，从而间接达到宇宙在时间上无限。 理论延伸 现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。90年代后期和21世纪初，由于望远镜技术的发展和人造探测器收集到大量数据，大爆炸理论又有了新的巨大突破。大爆炸时期宇宙的情况和数据可以计算得更加精确，并产生了很多意想不到的结果，比如宇宙的膨胀在加速。 编辑本段 大爆炸理论概况 大爆炸理论测算出宇宙的年龄是 137?2 亿年，这一计算是通过对Ia型超新星的观测，对宇宙背景辐射强度的测量，以及对星系相关函数的测量得出的。这三个独立测算所得到的结果一致，从而被认为是所谓更详细描述宇宙中星系性质的 Lambda-CDM model 的有力证据。早期的宇宙充满了同源同性的物质，其温度、压强、能量都极高。随着膨胀和冷却，宇宙物质经历了相变，这种相变与蒸气冷却时的凝结过程和水的凝固过程相似，不同之处在于前者发生在更基本的粒子层面上。 普朗克时期之后大约 10-35 秒，相转变引起宇宙产生指数级增长，称为暴胀。之后暴胀停止，此时宇宙的物质形式是夸克-胶子等离子体，这些物质的运动都符合相对论。宇宙继续在空间上膨胀，温度继续下降。在某一温度下，一种至今未知的所谓重子相变的相变产生，夸克和胶子组成重子，就是质子和中子，同时还在物质和反物质之间产生了不对称性，这种不对称性已经被实验证实。随着温度进一步降低，更多无对称的相变发生，形成了现在的基本粒子和基本相互作用。之后，一些质子和中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做太初核合成。随着宇宙的冷却，静止质量的能量密度以引力形式存在，并超过辐射形式的能量密度。在大约 30 万年之后，电子和原子核结合成为原子(主要是氢原子)，而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这就是今天的宇宙微波背景辐射。 随着时间的前进，在几乎是均匀分布的物质空间中，密度稍微大一点儿的区域通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成今天的气体云、恒星、星系和其他天文学观测到的结构。具体过程决定于宇宙 物质的形式和数量，其中形式可能有三种:冷暗物质、热暗物质和重子物质。 编辑本段 证据 三个观测基础 一般来说，大爆炸宇宙学理论有三个观测基础: 星系红移为基础的哈勃膨胀; 宇宙微波背景的细致测量; 轻物质丰度(参见太初核合成(Big Bang nucleosynthesis))。 另外，观测到的宇宙大尺度结构的相关函数符合标准大爆炸理论。 哈勃定律和宇宙膨胀 哈勃定律是物理宇宙论的陈述:来自遥远星系光线的红移与他们的距离成正比。这条定律是哈勃和米尔顿?修默生在接近十年的观测之后，于1929年首先公式化的。 它被认为是在扩展空间范例上的第一个观察依据，和今天经常被援引作为支持大爆炸的一个重要证据。在宇宙学研究中，哈勃定律成为宇宙膨胀理论的基础。在发现了宇宙膨胀这个事实后，爱因斯坦把他方程中的宇宙常数去掉，并认为宇宙常数是他“一生中最大的错误”。 编辑本段 疑点和反对意见 宇宙大爆炸理论在其发展的过程中产生了一些疑点和问题，其中有些随着观测和理论的不断完善得到了解决，而成为了历史，但也有一些问题至今没有圆满解决，诸如星系晕尖点问题(Cuspy halo problem)、冷暗物质的矮星系问题(dwarf galaxy problem)等。有些人认为这些问题并不是大爆炸理论的致命问题，通过大爆炸理论的进一步发展可以得到解决。 编辑本段 大爆炸理论的主要疑点和问题有: 视野问题 (horizon problem):视界问题 在各个方向看出去，3K宇宙背景辐射非常的均匀，超出标准大爆炸理论所能解释的范围，这个难题就称为视界问题 均匀度问题 (flatness problem): 如果是幅射占主导 (这是宇宙早期的情形)， 则 a=2， 如果是物质占主导 (当前的情形)， 则 a=1。 从这一关系式可以看到， 宇宙尺度越小 Ω 与 1 就越接近。 虽然我们对于 Ω 的了解还很不精确， 但却已经可以确定其当前值 (即 Ω0) 的数量级在 1 附近。 由于今天宇宙的尺度达 10 米， 由此天文学家推算出在宇宙的极早期 (尺度为 10 米 - Planck 长度 - 时) 的 Ω-1 约为 10 或更小。 也就是说宇宙极早期的 Ω 约为: Ω = 1.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 虽然谁也不能说大自然就一定不会采用这样一个极度接近于 1 却又偏偏不等于 1 的数值， 但是当一个计算结果出现这样一种数值时， 我们显然有理由 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 一个合理的解释。 我们需要有一个理论来解释为什么在我们宇宙的初始条件中会出现一个如此接近于 1 的 Ω， 或者说为什么我们宇宙的初始空间曲率会如此地接近于零 - 这在宇宙学上被称为平直性问题 (Flatness Problem)。 这样的一个理论由 Guth 和 Linde 等人于二十世纪八十年代初所提出， 被称为暴胀宇宙论 (Inflationary Cosmology)， 现在已是标准宇宙论的一个重要的组成部分[注三]。 暴胀宇宙论不仅解释了宇宙早期 Ω 与 1 之间异乎寻常的接近， 还进一步预言今天的 Ω (即 Ω0) 也非常接近于 1。 按照前面所说， Ω=1 表明宇宙的物质密度等于临界密度。 因此暴胀宇宙论对 Ω0 的预言也可以表述为目前宇宙的物质密度非常接近于临界密度。 但即使考虑到对宇宙物质密度及临界密度的观测都存在很大的误差， 我们所观测到的可见物质密度也远远达不到临界密度， 两者的差距在一到两个数量级之间。 暗物质很自然地被用来填补这一差距。 磁单极问题 (Magnetic monopoles):每一个磁体都有两极，磁单极在目前还没发现，但在1931年物理学家在一篇文章中明确指出:在自然界中有磁单极存在，科学家从力量对磁单极进行研究，认为磁磁单极的质量超过质子质量的5000倍(而现在的大统一理论中，认为磁单极的质量约是质子质量的10的16次方倍(科学家指出:在宇宙大爆炸的一瞬间，产生了能量极高的 磁单极(但现在磁单极已并不存在或还未发现～ 暂且假设有磁单极，如果它的磁感线是不闭合的直线，则当N磁单极匀速穿过一闭合线圈时，假设磁极从很远的地方运动过来，那么同过线圈的磁感线均匀增加，产生的电流为恒定电流I，直到磁体刚要穿过时同过线圈的磁感线已达到最多，接下来在穿国的过程磁感线的条数就没变化，也就没电流了～如果磁感线是闭合的，则通过线圈的磁感线先匀速增加后匀速减少(假设没有漏磁，也就是没有磁损失)，也就是没有电流也从0立即变为I再立即变为反方向的I(两个方向的电流大小相等)～ 重子不对称 (Baryon asymmetry):重子不对称性是在物理宇宙学一个重要的问题，就是为什么在宇宙中，重子(重子是构成质子、中子等粒子)的数量比反重子多,根据在现在说明宇宙诞生的理论来看，粒子的数量应该和反粒子的数量一样多，而粒子会和反粒子湮灭产生光子(也就是电磁波)，因此宇宙应该是由完全电磁波构成的，而不会有任何的物质，但我们知道事实不是这样，因此出现许多的理论出来解释，其中可能是;宇宙有分许多不同的地区，有些地区是被物质占据，而其他的地区则是反物质，这些地区的之间建的距离很远，要不然不同地区的粒子就会互相湮灭，于是展开观察反物质的行动，但情况并不乐观，到2007年5月都没由任何比氦重的反原子核被观测到,因此这个问题还有待其他物理学家解决。 球状星团的年龄 (Globular cluster age): 球状星云 定义:在星系轨道上由恒星群组成的古老的球形星团，最多可包含100万颗恒星。球状星团由成千上万，甚至几十万颗恒星组成，外貌呈球形，越往中心恒星越密集。球状星团里的恒星平均密度比太阳周围的恒星密度高几十倍,而它的中心附近则要大数万倍。同一个球状星团内的恒星具有相同的演化历程，运动方向和速度都大致相同，它们很可能是在同时期形成的。它们是银河系中最早形成的一批恒星，有约100亿年的历史。 是由成千上万颗、甚至几十万颗恒星密集而成的集团，因为呈球对称或接近球型而得名，其半径从10秒差距到75秒差距。 球状星团和疏散星团(也叫银河星团)是银河系中两种主要星团。银河系中约有五百个球状星团，全天最亮的球状星团为半人马座ω(NGC5139)，它的密度大的惊人，几百万颗恒星聚集在只有数十光年直径的范围内，它中心部分的恒星彼此相距平均只有0.1光年。而离太阳系最近的恒星在4光年之外。北半天球最亮的球状星团是M13。半人马座ω(NGC5139)和M13两个球状星团，都是由英国天文学家哈雷发现的。 球状星团在银河系中呈球状分布，属晕星族。球状 星团和银核一样，是银河系中恒星分布最密集的地方，这里恒星分布的平均密度比太阳附近恒星分布的密度约大50倍，中心密度则大到1000倍左右。 球状星团以偏心率很大的巨大椭圆轨道绕着银心运转，轨道平面与银盘成较大倾角，周期一般在三亿年上下。球状星团的成员星是银河系中形成最早的一批恒星，年龄大约在一百亿年。 在球状星团中发现的变星中主要是天琴座RR变星，其余多半是星族II造父变星，因此一些球状星团的距离可以被较为精确的计算出来。已发现的一些球状星团在银河系的外面，如NGC2419离银心的距离大于大麦哲伦星云离银心的距离，处于星际空间。在一些距离我们较近的河外星系中也发现有球状星团。 成份 球状星团通常由数十万颗的低金属含量的老年恒星组成，这些在球状星团中的恒星与在螺旋星系的球核的恒星相似，但是体积却被局限在仅有数立方秒差距之内。她们之中没有气体和尘埃，因为假设在很早以前就都已经凝聚成为恒星了。 由于球状星团是恒星的高密度区，因此被认为是不利于行星系统发展的地区。行星轨道再恒星密集的区域内，因为其他恒星经过时的摄动，使得行星轨道在动力学上是不稳定的。在杜鹃座 47的核心区域，距离恒星1天文单位的行星，大概只能存在108年(数量级)。 然而，至少已经有一个环绕波霎 (PSR B1620?26)的行星系统在球状星团M4内被发现。 除了几个著名的例外，每个球状星团都有明确的年龄，也就是说，大多数星团中的恒星在恒星演化的阶段中都有相似的年龄，暗示她们几乎都是同时形成的。所有的球状星团看起来都没有活跃的恒星形成的活动，这与球状星团是星系中年老的成员的看法是一致的，而且是第一批形成的恒星。 有一些球状星团，像是在我们的银河系内的半人马座ω和在M31的G 1，有异乎寻常大的质量(数百万太阳质量)，成员包含多种星族。这两者可以被认为是矮星系被大星系吞噬的证据，超重球状星团是矮星系残余的核心。有些球状星团(像是M15)有极端大质量的核心，可能是怀有黑洞，虽然摹拟的模型 建议 关于小区增设电动车充电建议给教师的建议PDF智慧城市建议书pdf给教师的36条建议下载税则修订调整建议表下载 集中在中心的中子星、巨型的白矮星、或小型的黑洞都能解释。 金属含量 球状星团通常拥有的是第二星族星，与第一星族星比较，例如太阳，金属的含量是较少的。(在天文学中所称的金属是比氦重的元素，像锂和碳等。) 荷兰天文学家Pieter Oosterhoff注意到球状星团会有两种不同的恒星，目前已经被认知为Oosterhoff 群。其中的第二型是周期稍长的天琴座RR变星。这两群恒星都有微弱的金属元素谱线，但是在第一型(OoI)中的谱线比第二型(OoII)明显一些，因为第一形是"富金属"的，而第二型是"贫金属"的。 在许多星系(特别是大质量的椭圆星系)中都观察到了这两种类型的恒星，而且两型的年龄都一样老(几乎与宇宙同年龄)，只有金属含量上的差异。许多理论都尝试解释解释这两个次群的成因，包括含有大量气体的星系剧烈的合并、矮星系的累积、和在一个 星系中多个阶段的恒星诞生。在我们的银河系，贫金属星团聚集在银晕中，而富金属星团则在球核中。 在银河系内，贫金属星团被发现呈一直线的分布在银河平面和外围的银晕中，这种结果支持第二型恒星是被从卫星星系中剥离出来的，而不是早先认为原来就存在于银河系中的球状星团系统。这两种星群之间的差异，或许可以用来解释两个星系在形成各自的星团系统时间上的差异。 奇特的成员 球状星团有非常高的恒星密度，因此恒星仳此间相互的接近和碰撞便会经常发生。由于这些遭遇的机会，西些奇特的恒星类型便产生了，像是蓝掉队星、毫秒脉冲星、和低质量X射线双星，在球状星团中都很常见。蓝掉队星是由两颗恒星因遭遇而合并形成的，而可能原本就是双星，结果便是星团中温度比一般恒星高，但是发光度相同，有别于主序星的恒星。 在球状星团M15的核心中有一个约4,000太阳质量的黑洞NASA image.从1970年代开始，天文学家就在球状星团内寻找黑洞。这项任务是艰苦和难以达成的，估计只有哈柏太空望远镜有可能达成，而他也真的确认了第一个的发现。在一个独立的计划中，哈柏太空望远镜对M15球状星团的观测显示在其核心中有一个质量是太阳4,000倍的中等质量黑洞(摹拟提供了可能的目标选择);在仙女座星系的球状星团梅欧II则有一个20,000太阳质量的黑洞。 这是特别令人感兴趣的，因为在其中首度发现了质量介于常规的恒星黑洞和位于星系核心的超重质量黑洞之间的中等质量黑洞。这种中等质量黑洞存在于球状星团中的比例是很高的，一如预期的模式，在超重质量黑洞存在的星系周围被发现。 中间质量黑洞还有许多被怀疑的争议，球状星团中质量密集的这一部份，由于许多质量的离析，被预期会偏离星团的核心;应该像球状星团一样，充斥着白矮星和中子星这些老年的恒星族群。在Holger Baumgardt和合作者的两份论文中指出，即使没有黑洞的存在，在M15 和梅欧II 的质-光比在接近中心时都应该明显的升高。 编辑本段|回到顶部颜色-星等图 赫罗图(黑罗图)是以大量恒星的样本和她们的绝对星等制作成的色指数图，B?V，是她们在蓝色(B)的星等和视星等(V，黄-绿色)的差值;大的正值表示这颗恒星是表面温度较低的红色星，负值则暗示是表面温度较高的蓝色星。 当邻近太阳的恒星被描绘在赫罗图上时，可以显示出这些恒星的质量、寿命和组成的分布。多数恒星的位置都在一条倾斜的曲线上，所熟知的主序带，越热的星绝对星等就越亮，颜色也越蓝。但是也有一些演化至晚期的恒星会出现在图中，她们的位置已经远离了主序带的曲线。 球状星团因为球状星团中所有的恒星到我们的距离都一样远，因此视星等和绝对星等的修正差值都是一样的。我们相信球状星团中的主序星也会像邻近太阳的恒星一样分布在主序带上。(这个假设的正确性可以观察邻近太阳的短周期变星，例如天琴座RR型变星和造父变星，和星团中的相同的变星比较而获得证实。) 经过赫罗图的比对，可以测量出球状星团内主序星 的绝对星等，这反过来也可以提供对球状星团的距离估计，因为视星等和绝对星等的差异就是距离模组，可以测量出距离。 当球状星团的赫罗图被描绘出来时，几乎所有的星都明确的落在定义的相对曲线上，与邻近太阳恒星的赫罗图不同的是，星团中的恒星都有相同的起源和年龄， 球状星团的曲线形状是同一个时间、相同的材料和成分，只有质量不同的恒星所形成的典型曲线。由于在赫罗图上的每一个位置都对应于不同质量恒星的寿命，曲线的形状就能测量球状星团整体的年龄了。 在球状星团中质量最大的主序星有最高的绝对星等，也会是最早转变朝向巨星阶段演化的恒星。随着年龄的增长，低质量的恒星也将逐渐演化进入巨星阶段，因此球状星团的年龄便可以从正转向巨星变化阶段恒星在赫罗图上的位置来测量了。在赫罗图上形成的"湾曲"，会朝向主序带的右方。弯曲处对应的绝对星等是球状星团整体的作用，年龄的范围可以从平行于星等的轴上描绘出来。 另一方面，也可以测量球状星团中温度最低的白矮星，典型的结果是球状星团的年龄约为127亿岁。 这是与年龄仅有数千万年的疏散星团对比而得的。 球状星团的年龄，几乎就是宇宙年龄的上限，这个低限是宇宙论的一个重大限制。在1990年代的早期，天文学家遭遇到球状星团的年龄比宇宙论模型所允许的还要老的窘境。幸而，通过更好的巡天观测，例如柯比(COBE)卫星对宇宙学参数的测量，解决了这个问题，并且利用计算机模式融合了不同的恒星演化模型。 对球状星团演化的研究，也能被用于测量球状星团开始时的气体与尘埃的组成，也就是说，由于重元素的丰度变化可以追踪演变的路径。(天文学中的重元素是指比氦重的元素。)从球状星团的研究得到的数据，可以用在对银河系整体的研究上。 在球状星团中有少数恒星被观察到是蓝掉队星，这些恒星的来源还不是很清楚，但是多数的模型都建议这些恒星是多星系统内质量转移所产生的结果。 半径 天文学家经由标准半径来描述球状星团的形态，他们分别是是核心的半径(rc)、晕半径(rh)和潮汐半径(rt)。整体的亮度时由核心向外稳定的减弱，核心半径是表面光度降为中心一半的核心距离，用于比较的量是晕半径，或是总光度达到整个星团一半区域的半径，通常这个值会比核心半径要大。 要住一的是晕半径所包含的恒星在视线的方向上是包含了在星团外围的恒星，所以理论上也会使用半质量半径(rm)—，由中心志包含星团一半质量的距离。如果半质量半径小于星团半径的一半，这个星团的核心便是高密度的，例如M3，他整体的视直径是18角秒，但是半质量半径只有1.12角秒。 最后的潮汐半径是核心到星团外围受到星系影响大于星团本身影响的距离，在这个距离上，原属于星团的单独恒星会被星系的引力拉扯出去。M3的潮汐半径大约是38″。 球体的椭率 星系 椭率 银河系 0.07?0.04 LMC 0.16?0.05 SMC 0.19?0.06 M31 0.09?0.04质量隔离和 光度 在测量特定球状星团的核心距离与光度曲线的函数时，银河系内多数的球状星团在衣锭的距离内光度都会因距离的增加而稳定的降低，然后光度呈现水平。典型的距离都在距离核心1–2 秒差距之处。然而有20%的球状星团经历了所谓的"核心崩溃"的过程，在这一类型的星团中，光度一直是平稳的增加至核心的区域内。一个有核心崩溃的球状星团例子是M15。 杜鹃座 47 – 是继半人马座ω之后，全银河系中第二亮的球状星团。核心崩溃被认为是球状星团中较重质量的恒星与他较轻的伴星遭遇时发生的状况，结果是较大质量的恒星损失了动能，于是朝向核心掉落。经历一段较长的时间之后，导致大质量的恒星集中在核心的附近。 哈柏太空望远镜被用来蒐集和观察大质量恒星向中心集中的过程和程序。仲的恒星因为减速而群集在拥挤的核心，轻的恒星则因加速而花费较长的时间在外围环绕着。球状星团杜鹃座 47大约有一百万颗的恒星，是在南半球的一个恒星密度最高的球状星团之一，对这个星团进行了一次密集的摄影观测，使得天文学家可以追踪其中的恒星运动，几乎得到了15,000颗恒星精确的运动速度。 在银河系和M31内的球状星团整体的光度可以经由亮度Mv和变量σ2，来塑造高斯曲线。球状星团的光度分布称为球状星团光度函数(GCLF)，在银河系，Mv = ?7.20?0.13, σ=1.1?0.1星等。 GCLF也可以最为标准烛光来测量其他星系的距离，只要先假设在其他星系中的球状星团也遵守在银河系中的各项准则。 潮汐遭遇 当球状星团接近大质量物体时，例如星系核心，会与潮汐力交互作用。当大质量物体的重力在拉扯球状星团近端和远端的力量不同时，结果就会造成潮汐力。无论何时，每当星团通过星系的平面时，"潮汐震波"便会发生。 潮汐震波造成的结果是，一连串的恒星会从星团的晕中被扯出，只有星团核心的恒星会留在星团中。这些潮汐作用扯出的恒星可以在星团后面拖曳出好几度长，由恒星组成的星弧。[40] 这些星弧通常会沿着轨道散布在星团的前后，这些尾巴可能累积了大量的星团原始特性，并且形成有相似特征的丛集。[41] 例如球状星团帕罗马 5，才在银河中通过轨道上的近星系点之后不久，一连串的恒星就沿着他的轨道前后方向延伸出去，距离远达13,000光年。[42]潮汐的交互作用从帕罗马 5剥离了大量的质量，当她穿越星系的核心时，近一步的交互作用将把它转变成围绕着银晕的长串恒星链。 潮汐的交互作用增加了球状星团的动能，戏剧性的加大星团的蒸发率和缩小了体积。[27] 潮汐震波不仅剥离了球状星团外围的恒星，增加的蒸发率也加速了核心的崩溃。同样的物理机制也会作用在矮椭球星系，像是人马座矮椭圆星系，就是因为接近银河的核心才会被潮汐力扯裂的。 大爆炸之前的宇宙 (Universe before big explosions): 在宇宙起源这个问题上，有个说法是自大爆炸(Big Bang)之后开始。这里姑且不谈大爆炸的理论本身，关于大爆炸之前就有很多争论。原有的大爆炸设想是，之前所有的物质都高度密集在一点(奇点)，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。而这篇文章里如是说: 过去天文学家假设在宇宙零点(T=0，宇宙起始时间)时，宇宙的容量是零，而密度无限大。爱因斯坦尝试在这个假设的基础上推导和描述大爆炸的过程，但是失败了。 现在情况有所改变。佩恩州立大学的助理教授 Martin Bojowald 打破了这个障碍。他在研究量子力学时得出结论，在宇宙零点时，宇宙的容量不是零, 密度也不是无限的。按照 Bojowald 的描述，宇宙塌陷后，又开始反弹，形成现在的宇宙。但是根据他的计算方法，还是无法确定宇宙的原始容量。 # 原文比较晦涩，召唤量子物理达人。 # 所谓大爆炸理论，基本论点是在 T=0 之前，时间和空间还未产生;T=0 时为创始点在专业上称为奇点;当你按时间回溯，宇宙就越来越缩小，时空曲率无限增大，直到奇点处成为无穷大。粗略地说，它类似于圆锥的锥顶，圆锥结构逐渐变细，直到一个无限尖的点而终止，空间和时间就从这里开始。 编辑本段 暗物质Dark Matter 暗能量 什么是暗物质 什么是暗物质,暗物质(包括暗能量)被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到(约5,左右)。暗物质无法直接观测得到，但它却 能干扰星体发出的光波或引力，其存在能被明显地感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。 暗物质理论演变 几十年前，暗物质(dark matter)刚被提出来时仅仅是理论的产物，但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6.3倍，在宇宙能量密度中占了1/4，同时更重要的是，暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜，但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话，那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过，最近对星系以及亚星系结构的分析显示，这一假设和观测结果之间存在着差异，这同时为多种可能的暗物质理论提供了用武之地。通过对小尺度结构密度、分布、演化以及其环境的研究可以区分这些潜在的暗物质模型，为暗物质本性的研究带来新的曙光。 大约65年前，第一次发现了暗物质存在的证据。当时，弗里兹?扎维奇发现，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是根据其中恒星数量计算所得到的值的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。尽管对暗物质的性质仍然一无所知，但是到了80年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质以被广为接受了。 在引入宇宙膨胀理论之后，许多宇宙学家相信我们的宇宙是平直的，而且宇宙总能量密度必定是等于临界值的(这一临界值用于区分宇宙是封闭的还是开放的)。与此同时，宇宙学家们也倾向于一个简单的宇宙，其中能量密度都以物质的形式出现，包括4%的普通物质和96%的暗物质。但事实上，观测从来就没有与此相符合过。虽然在总物质密度的估计上存在着比较大的误差，但是这一误差还没有大到使物质的总量达到临界值，而且这一观测和理论模型之间的不一致也随着时间变得越来越尖锐。 当意识到没有足够的物质能来解释宇宙的结构及其特性时，暗能量出现了。暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光。从微观上讲，它们的组成是完全不同的。更重要的是，像普通的物质一样，暗物质是引力自吸引的，而且与普通物质成团并形成星系。而暗能量是引力自相斥的，并且在宇宙中几乎均匀的分布。所以，在统计星系的能量时会遗漏暗能量。因此，暗能量可以解释观测到的物质密度和由暴涨理论预言的临界密度之间70-80%的差异。之后，两个独立的天文学家小组通过对超新星的观测发现，宇宙正在加速膨胀。由此，暗能量占主导的宇宙模型成为了一个和谐的宇宙模型。最近威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotrope Probe，WMAP)的观测也独立的证实了暗能量的存在，并且使它成为了标准模型的一部分。 暗能量同时也改变了我们对暗物质在宇宙中所起作用的认识。按照爱因斯坦的广义相对论，在一个仅含有物质的宇宙中，物质密度决定了宇宙的几何，以及宇宙的过去和未来。加上暗能量的话，情况就完全不同了。首先，总能量密度(物质能量密度与暗能量密度之和)决定着宇宙的几何特性。其次，宇宙已经从物质占主导的时期过渡到了暗能量占主导的时期。大约在“大爆炸”之后的几十亿年中暗物质占了总能量密度的主导地位，但是这已成为了过去。现在我们宇宙的未来将由暗能量的特性所决定，它目前正时宇宙加速膨胀，而且除非暗能量会随时间衰减或者改变状态，否则这种加速膨胀态势将持续下去。 不过，我们忽略了极为重要的一点，那就是正是暗物质促成了宇宙结构的形成，如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星，也就更谈不上今天的人类了。宇宙尽管在极大的尺度上表现出均匀和各向同性，但是在小一些的尺度上则存在着恒星、星系、星系团、巨洞以及星系长城。而在大尺度上能过促使物质运动的力就只有引力了。但是均匀分布的物质不会产生引力，因此今天所有的宇宙结构必然源自于宇宙极早期物质分布的微小涨落，而这些涨落会在宇宙微波背景辐射(CMB)中留下痕迹。然而普通物质不可能通过其自身的涨落形成实质上的结构而又不在宇宙微波背景辐射中留下痕迹，因为那时普通物质还没有从辐射中脱耦出来。 另一方面，不与辐射耦合的暗物质，其微小的涨落在普通物质脱耦之前就放大了许多倍。在普通物质脱耦之后，已经成团的暗物质就开始吸引普通物质，进而形成了我们现在观测到的结构。因此这需要一个初始的涨落，但是它的振幅非常非常的小。这里需要的物质就是冷暗物质，由于它是无热运动的非相对论性粒子因此得名。 在开始阐述这一模型的有效性之前，必须先交待一下其中最后一件重要的事情。对于先前提到的小扰动(涨落)，为了预言其在不同波长上的引力效应，小扰动谱必须具有特殊的形态。为此，最初的密度涨落应该是标度无关的。也就是说，如果我们把能量分布分解成一系列不同波长的正弦波之和，那么所有正弦波的振幅都应该是相同的。暴涨理论的成功之处就在于它提供了很好的动力学出发机制来形成这样一个标度无关的小扰动谱(其谱指数n=1)。WMAP的观测结果证实了这一预言，其观测到的结果为n=0.99?0.04。 但是如果我们不了解暗物质的性质，就不能说我们已经了解了宇宙。现在已经知道了两种暗物质--中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的，暗物质中的绝大部分现在还不清楚。这里我们将讨论暗物质可能的候选者，由其导致的结构形成，以及我们如何综合粒子探测器和天文观测来揭示暗物质的性质。 编辑本段 宇宙的未来推演 在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙有两种未来。如果宇宙物质密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到最大体积之后收缩，在收缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——一个致密致热的小球。或者如果宇宙物质密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。造星运动会随宇宙密度减小而逐渐停止，而宇宙的温度会趋近于绝对零度。黑洞被气化，宇宙的熵会增加到极点，再也不会有有组织的能量形式产生，这叫做热寂说。如果质子衰变存在，宇宙最后甚至连氢原子这种最基本最多的重子物质都会消失，而只剩下辐射。 但现在在发现宇宙加速膨胀之后，人们有了新的推测:现今可观测的宇宙将离开我们的事件视界而同我们失去联系，最终结果还不清楚。Lambda-CDM model宇宙模型认为宇宙的暗能量以宇宙常数形式存在，并提出只有诸如星系等重力支配系统的物质会聚集，从而同样推出宇宙膨胀和冷却到最后将是热寂说。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论(phantom energy)则认为星系群甚至星系都会在大分离过程中被“撕”开。 编辑本段 哲学和宗教意义 哲学上 有一些对大爆炸理论诠释完全主观和超越科学。一些诠释企图解释大爆炸的原因(第一因)，被自然主义的哲学家批评为现代的世界起源神话。一些人相信大爆炸理论支持传统的世界起源观点，譬如在创世记所载的，另一些人认为所有大爆炸理论都与传统观点不合。 大爆炸理论本身是纯粹的科学理论，不与宗教关连。但是一些基督教教会，包括罗马天主教教会已经接受大爆炸理论，把它作为哲学上宇宙起源的一种描述。庇护十二世教皇对推广大爆炸理论很热心，尽管当时的理论并不完善。 佛教理论上 “大爆炸”并不存在。由于因果律的连续性，宇宙为“过去无始，未来无终。”“引力奇点”不会凭空产生，而爆炸背后必有“因”。