宇宙加速膨胀
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宇宙加速膨胀范文第1篇
那么暗能量究竟是什么？宇宙加速膨胀是如何发现的？暗能量研究的现状和未来是怎样的以及它对于宇宙有什么样的影响？诸如此类的宇宙奥秘引发公众极大的探索兴趣。在国际天文联合会第28届大会在北京召开之际，2012年8月23日，主题为“探秘宇宙”的中国科协第十八期“科学家与媒体面对面”邀请了2011年诺贝尔物理学奖获奖者之一Brian P . Schmidt，中国科学院国家天文台宇宙暗物质暗能量团组首席研究员、星系宇宙学部副主任陈学雷，紫金山天文台研究员、中国南极天文研究中心主任王力帆，北京师范大学天文系教授、天体物理教研室主任张同杰等专家、学者，为广大公众揭开宇宙未解之谜的神秘面纱，探索宇宙扑朔迷离的科学奥秘。
宇宙加速膨胀的发现
宇宙是非常大，我们现在能看到的宇宙是有限的，如果能拍三千二百万张照片，就可以看到整个的宇宙。因为没有足够的时间，当我们取最远的照片时，这是看到的137亿年前的宇宙。我们看到的不是恒星或者星系，而是宇宙当中的氢和氦，像太阳一样发出光。在那之前，是大爆炸，那个时候，时间才开始。
宇宙学的研究开始，是当我们能够用光谱分解，让它变成像彩虹一样不同的波长。莱斯特·斯莱弗先生把星系的光展开成像彩虹一样的光，他看到这些光的波长比通常的星系的光的波长拉长了。斯莱弗了解多普勒效应，当一个物质靠近你或者远离你的时候，它发出来的波长会压缩或者拉长，比如说当一个警车开近的时候，你会听到警笛的声音升高。光也是一样，当氢气靠近你的时候，它的光发生向蓝的偏移，如果远离时候，会发生红移。斯莱弗发现，离我们大部分的星系正在逐渐向远处飞去，为什么会这样呢？这个谜通过测量距离得到了解答，我们在天文学当中测量距离，是通过测量星的亮度，越远的东西越暗一些。哈勃在1929年的时候，他可以使用世界上最大的望远镜，他用这个望远镜观测斯莱弗观测的星系，测量他们的距离，他发现星系走得越快，它们就越暗一些，所以他宣布宇宙是在膨胀的。1917年爱因斯坦也惊奇地发现宇宙是在运动的。
Brian P. Schmidt告诉我们，用于观测宇宙的天体是一种超新星，剧烈的爆炸发出的光是非常非常亮的，是太阳的很多很多倍。这些超新星可以达到太阳的50亿倍的亮度，可以从一个月以内完成从亮到暗的过程。中国古代宋朝天文学家1006年观测到一颗银河系内的超新星，亮度可以和月亮相比，但是它只有一个星。1998年我们进行的观测结果表明宇宙过去是在以稍微慢的速度在膨胀，后来在加速。
暗能量的研究及其现状和未来
是什么在推动宇宙加速膨胀？爱因斯坦引入的常数项可能表示了宇宙当中一些基本的材料。在过去十多年里，我们很多人都用了不同的方法进行了这样的观测，但是我们都获得了同样的结果，这就是我们把它叫做暗能量的东西，它在推动宇宙加速膨胀，它构成了宇宙当中73%的部分，剩下产生引力的部分是27%。但是即使这27%当中，大部分也都是一些神秘的东西，其中22.5%是我们称为暗物质的东西，我们看到它产生了引力，但是没有办法用望远镜看到。组成我们的地球还有人体的这些普通的重子物质，只占了4.5%。宇宙的未来可能看上去都是暗能量，因为暗能量是构成时空的基本材料，宇宙越膨胀，暗能量就越多。它可以越来越强有力地推动宇宙，使它膨胀得越来越快，这样就造成了更多的暗能量，然后又推动得更多，宇宙的膨胀就越来越快。
宇宙中很大一部分是暗能量，这部分占74%，按照吸引力和排斥力来分类，暗能量是排斥力，正常物质和暗物质是吸引力。宇宙就是在这些物质作用下进行演化，没有这些物质作用，我们无法研究宇宙演化方向。我们可以认为宇宙就是在这种吸引力和排斥力两种力的相互抗衡之下进行演化，暗物质和正常物质是吸引力，是把宇宙拉过来。我们看一下排斥力暗能量，排斥力正好是相反的，宇宙就是在这两种力量作用下进行它的演化。
张同杰教授告诉我们，从我们现在理解来看，暗能量好象是一种跟引力相反的力，或者说斥力，在推动宇宙加速膨胀，到底是不是这样的？陈学雷介绍了观测的一种手段“重子声学振荡”，实际说的就是通常说的声波。在早期的宇宙当中，宇宙经历高温的时期，我们可以看到那个时候发出的光，就是我们通常称之为宇宙微波背景辐射。通常在这个时期，宇宙微波背景辐射有一些不均匀，这种不均匀来自宇宙早期的声波，这个声波可以影响宇宙的演化。
【专家简介】
Brian P. Schmidt：1967年生，1993年从哈佛大学获得博士学位，澳大利亚国立大学（ANU）斯特朗洛山天文台（Mount Stromlo Observatory）的一位天文学家，高红移超新星搜寻小组领导者，特聘教授。拥有美、澳双重国籍，长年定居于澳大利亚首都特区堪培拉。施密特著名于观测超新星，他也是澳大利亚科学院（AAS）院士、澳大利亚研究委员会（ARC）桂冠会员。2011年，施密特与亚当·里斯、索尔·珀尔马同该年的诺贝尔物理学奖，获奖理由是“透过观测遥远超新星而发现宇宙加速膨胀”。他还获得了2006年的邵逸夫天文学奖，2007的Gruber 宇宙学奖。
陈学雷，1969年生，博士，博士生导师，中国科学院国家天文台宇宙暗物质暗能量团组首席研究员，星系宇宙学部副主任。从事暗物质、暗能量、星系大尺度结构等宇宙学研究，1999年哥伦比亚大学博士毕业，2005年入选中科院百人计划，获国家杰出青年科学基金，已60余篇，主持863项目暗能量射电探测（天籁计划）关键技术研究。
宇宙加速膨胀范文第2篇
Gamma Ray Bursts
Discoverer: U.S. scientists
The coming of the “space age” ushered[引领] in a golden age of astronomy that is still going on today. That golden age began, strangely enough, not in space but with the turning point in cold war relations, that also contributed to our next great discovery.
In the 1960s, despite a nuclear test ban treaty, The Soviet Union refused to allow on-site[现场的] inspectors at its nuclear facilities. As a result, the U.S. opted[选择]
to monitor the Soviets by developing an orbital satellite
system, capable of detecting gamma ray bursts
produced by nuclear explosions. Because the satellite’s detectors looked up as well as down, scientists decided to use them to see if supernovae[超新星] produced gamma rays when they exploded. Between 1969 and 1972, they detected evidence of 16 short gamma ray bursts scattered across the sky. There was just one problem. None of the bursts correlated[相互关联] with any of the known supernova events. And the mystery deepened.
Over the next two decades, astronomers detected an average of one gamma ray burst a day, but each burst happened so quickly that it was over before astronomers could get a telescope aimed at it. Finally, astronomers
began to solve the puzzle with the help of the BeppoSAX注1
space telescope, which was designed specifically to
detect short bursts of gamma and X-rays and precisely pinpoint[精确定位] their locations.
On December 14th, 1997, BeppoSAX located a gamma ray burst, leading to the first photographs ever taken of a burst in wavelengths other than gamma. To their astonishment, astronomers discovered that the burst took place in a galaxy 12 billion light years away, making
it one of the universe’s most powerful explosions. Since then, dozens of other gamma ray bursts have been
similarly documented, all just as powerful and far away. As for what it all means, the discovery of gamma ray bursts have once again shown us that, hidden out there behind the veil of the earth’s atmosphere are objects that are not only strange and hard to fathom[进行探测] black holes, pulsars[脉冲星], quasars[类星体] but they’re lethal[致命的], too. Gamma ray bursts are now considered a possible cause of past extinction events on earth.
The scientist Sir Arthur Eddington once noted, “Not only is the universe stranger than we imagine, it is stranger than we can imagine.” He could have been
talking about gamma ray bursts, the expanding universe or the theory of general relativity. It also happens to be a perfect description of our next discovery.
Planets Orbiting Other Stars
Discoverer: Alexander Wolszczan, Geoffrey Marcy and other scientists
Once, it would have been impossible for
astronomers to imagine discovering other solar systems with planets like our own. But today, astronomers can imagine, thanks to powerful space- and ground-based telescopes like the one here at the Lick Observatory in Mount Hamilton, California, where Jeff Marcy is hunting for new planets.
Nye: How do you go about finding a planet around a star?
Marcy: Well, it’s very easy. We watch the star to see if it wobbles[摇摆] in response to the planet yanking[猛拉] on it gravitationally.
Nye: Oh, you just need one of these.
Marcy: That’s right. This is the three-meter Lick
Observatory telescope.
The search for extra-terrestrial[地球的] planetary systems gained momentum[气势] in the early 1990s, when a Polish astronomer made a surprising discovery.
Marcy: There’s a wonderful discovery by Alex Wolszczan of a system of three planets orbiting a pulsar, and the way he found them was quite
exciting. He watches the pulses coming from the
pulsar, and the arrival of those pulses changes as the pulsar approaches and recedes[后退] us. These are hideous[可怕的] stars. Pulsars
have ultraviolet[紫外线辐射],
X-rays and gamma rays coming off them. They’re the bizarre[奇异的] end products of a supernova explosion, and despite that bizarre
environment, here we have earth-sized planets going around it. If there’re earth-size planets around pulsars, you can bet there are earth-size planets around other stars.
Since Wolszczan’s discovery, Marcy and other astronomers have found more than 130 extra-solar planets.
Marcy: We thought we would never find even one planet, and we have found the world’s only
triple[由三个部分组成的] planet system and quad-
ruple[由四个部分组成的] planet system with this telescope. These are planets the size of our Jupiter, Saturn, and the smallest are Neptune-sized, so it’s quite exciting. We’re finding planets of Jupiter size, but even those a few times bigger than the earth.
While no earth-like planets have yet been found, the search continues.
The Universe Is Accelerating
Discoverer: Saul Perlmutter and other scientists
As the universe expanded following the Big Bang, logic dictated that the gravitational attraction of all matter should pull at that expanding material and cause the expansion to slow. But how much was the universe slowing down? In the 1990s the Hubble space telescope made it possible
for teams of scientists to answer the question by studying the brightness of light from a special type of exploding star called a Type 1-A supernova.
I paid a visit to the
Lawrence Berkley National Laboratory in San Francisco,
and met with astrophysicist Saul Perlmutter, who
headed-up the Supernova Cosmology Project.
Nye: So what did you find out?
Perlmutter: So we started to make a measurement to try to find out how much the universe, in its extension, is slowing down. When we first saw the data, you…you say, “Well, that’s kind of funny. It kinda looks as if the universe isn’t…isn’t slowing down.” You check each step of the process, and little by little, it really looks like the universe is actually speeding up. This acceleration of the universe doesn’t fit at all. We understand pretty well what all the forces are in the universe and what all the objects are in the universe, and this is one of the first times that we’ve come across something that we wouldn’t have predicted.
Nye: Why is it accelerating?
Perlmutter: Well, that’s the question that has us all dying to know the answer, and, I mean, one way to think about it is that if you have a[n] energy, of this odd sort that would pervade[遍及] all of space, it can actually speed up [the] universe where gravity’s trying to slow it down. And we’re calling that “dark energy,” just to
reflect the fact that we don’t know what it is.
Here we have SNAP注2 that we’re hoping to be able to launch in the not-too-distant future. This one goes out to a location out past the moon. From that vantage point[有利位置]
you can measure the expansion history with such detail that we could actually see the little changes, when it goes from
deceleration[减速] to acceleration. Back when the universe was
really dense and close together, gravity was more important and it slowed the expansion down. As it kept expanding, though, even slower and slower, it lost out and gravity became less important than the dark energy, which took over and started to accelerate
the expansion. And we’re after exactly how that changeover
occurred, and that will tell us about what different possible
theories could be right, to explain the dark energy.
Nye: Always expanding…
Perlmutter: Exactly.
Nye: …but slowly then speeding up.
Perlmutter: Exactly.
Nye: And that’s where we are now.
Perlmutter: Exactly. So it’s this issue of… “Did it slow down and then suddenly spurt[突然急速行进]? Or did it slow and come to a
wobble and then take off?” You know, what…what was that
transition like?
Just like the ancient astronomers, modern scientists have discovered something about the cosmos that we can not yet
explain. It’ll be up to observers and theorists to figure out what’s
going on in our expanding universe. For this, they’ll need new ideas and better instruments. Now, whether this mystery is solved soon or far in the future, you can be certain of one thing
we will keep watching the skies to understand our place in the cosmos. We will continue to explore, understand and discover.
伽玛射线爆发
发现者:美国科学家
“太空时代”的来临开启了天文学的黄金时代,至今方兴未艾。但奇怪的是,这个黄金时代的开始并非来自太空,而是来自冷战时期美苏关系的转折点。这也促成了我们的下一个伟大发现。
20世纪60年代,虽然有禁止核试验条约,苏联拒绝让实地考察员进入其核能设施检查。因此,为了监察苏联的动态,美国开发出一套轨道卫星系统,用以探测核爆产生的伽玛射线。由于卫星探测器可以对其上空和下空进行探测,科学家决定用其观测超新星爆炸时会否产生伽玛射线。1969到1972年间,他们探测到16次分散于星空的短伽玛射线爆发。问题在于,没有一次爆炸与已知的超新星有关。谜团越来越深。
在往后20年里,天文学家平均每天都能探测到一次伽玛射线爆发,但每次爆发都异常迅速,他们根本来不及用望远镜瞄准它。最后,天文学家借助比普卫星才得以解开这些疑问。这个卫星专门用于探测伽玛射线及X射线的短爆发,并能准确定位爆发位置。
1997年12月14日,比普卫星找到了一次伽玛射线爆发的位置,从而拍摄到第一批伽玛射线以外的、其他波长射线爆发的照片。天文学家们惊讶地发现,这次爆炸发生在120亿光年之外的星系中,是宇宙中威力最强大的爆炸之一。随后,天文学家又记录到数十个伽玛射线爆发事件,它们具有同等强大的威力,距离我们都很远。这一发现的意义在于――伽玛射线爆发这个发现再度告诉我们,在地球大气之外的外太空里藏着许多奇妙的星体,不仅难以测量――比如黑洞、脉冲星和类星体,而且其威力足以致命。现在,伽玛射线爆发被认为可能是其中一个造成古代地球生物
灭亡的原因。
(英国)科学家亚瑟・艾丁顿曾说:“宇宙的奇妙不仅超出我们的想象,甚至是我们远远无法想象的。”他所说的话既可以用来形容伽玛射线爆发、宇宙膨胀或广义相对论,也能贴切地概括我们的下一个伟大发现。
行星绕行其他恒星
发现者:亚历山大・沃尔兹刚、
杰弗里・马西及其他科学家
过去,天文学家们根本想不到人类会发现其他拥有像地球这样的行星的太阳系。但如今,多亏了太空及地表高倍望远镜――例如(美国)加利福尼亚州汉密尔顿山利克天文台的这具望远镜,天文学家能够尽情想象(这样的星象)。杰夫・马西在此寻找新行星。
纳尔:你如何寻找绕行恒星的行星?
马西:这很简单。我们观察恒星,看其是否因应行星重力的拉扯而摆动。
纳尔:噢,你只要借助这么一个
大家伙。
马西:没错。这是口径为3米的利克
天文望远镜。
20世纪90年代初期,寻找太阳系外行星系的势头日渐增大,因为当时一位波兰天文学家有一个惊人的发现。
马西:天文学家亚历克斯・沃尔兹刚有一个伟大的发现,他发现了一个有三颗行星绕行一颗脉冲星的星体系统,而且他发现的方式也相当令人振奋。他观测来自脉冲星的脉冲,而那些脉冲抵达时(的状况)会随着脉冲星接近或远离我们而改变。这是些很可怕的星体。脉冲星能放射出紫外线、X射线和伽玛射线。它们是超新星爆炸后怪异的最终产物,虽然环境奇异,我们却发现有一些和地球体积相当的行星围绕它运行。假若有地球大小的行星绕行脉冲星,你就可以肯定有地球大小的行星绕行其他恒星了。
继沃尔兹刚的发现之后,马西及其他天文学家又发现了超过130个太阳系外
行星。
马西:我们原本以为不可能发现任何行星,但藉由这具天文望远镜,我们发现了宇宙中唯一一个三连颗系外行星以及四连颗系外行星。这些行星的大小相当于我们太阳系的木星和土星,最小的也有海王星那么大,因此这是一项让人兴奋的发现。我们正在寻找木星大小的行星,但即使那样的行星还是比地球大好几倍。
只要仍未找到像地球一样的行星,寻觅工作仍将继续下去。
宇宙加速膨胀
发现者:索尔・普密特及其他科学家
大爆炸之后,宇宙不断向外扩张。理论上,物质间的引力会对物质的膨胀起到牵制作用,减慢其膨胀速度。然而宇宙膨胀的速度到底减缓了多少?上世纪90年代,哈勃太空望远镜让科学家们得以解开这个疑虑――方法是研究某种特别的爆炸恒星,也就是1A型超新星的
亮度。
我造访
了(美国)旧金山的劳伦斯伯克利国家实验室,前去拜访天体物理学家
索尔・普密特。他是“超新星宇宙学计划”的带头人。
纳尔:请问您发现了什么?
普密特:一开始,我们进行了测量,尝试找出宇宙膨胀减缓的程度。第一次看到那些数据时,我们想:“真奇怪,宇宙似乎没有减慢膨胀的速度。”在检查过计算的每一个步骤之后,渐渐地,我们发现宇宙真的正在加速膨胀。宇宙的这种膨胀并不合理。我们已经很清楚宇宙中的各种力量以及宇宙中存在什么星体,这是我们第一次遇到超出预测的
东西。
纳尔:为什么宇宙会加速膨胀呢?
普密特:这就是我们竭尽全力试图解答的问题,我的意思是,你可以这么想,假如有一种怪异的能量遍布整个太空,它能加速宇宙膨胀的速度――尽管引力却试图给膨胀减速。我们把它称为“暗能量”,意思是目前我们还不知道它是一种怎样的能量。
这是超新星加速探测器,我们希望能在不久的将来将其发射升空。它升空后将飞越月球到达某个定点。在那个位置上,你可以详细测量宇宙的膨胀史,这样我们就可以观测到其从减速到加速的微小变化。过去宇宙密度很高的时候,星体之间非常贴近,引力占据主导地位,可以减缓宇宙膨胀。随着宇宙继续膨胀,速度越来越慢,最终停止,那时引力的重要性就比不上暗能量,暗能量就会取代引力,加速宇宙膨胀。我们正在追寻这种改变究竟是如何发生的,这样我们就能知道哪些不同的理论可能正确解释
暗能量。
纳尔:一直在膨胀……
普密特:是的。
纳尔:……但减速后再次加速膨胀。
普密特:没错。
纳尔:这就是我们所处的状态。
普密特:完全正确。因此问题就在于……“(宇宙)到底是先减速然后突然加速?还是减速后经历一个拉锯过程再急速膨胀呢?”你知道,这种变迁究竟是怎样的呢?
就像古代天文学家一样,现代科学家已经发现了一些目前无法解释的宇宙现象。这个重任将落在观测者及理论家身上,他们要弄明白膨胀中的宇宙里到底发生了什么事情。他们需要新观念和更好的观测仪器来追寻答案。无论这个谜团的解答会出现在不久的将来还是遥遥无期,我们可以肯定的是――人类会继续观测天空,从而了解自身在宇宙中的定位。我们会一直坚持探索和了解,继续发现。
宇宙加速膨胀范文第3篇
因此，负能态是必要的，负能态是物质存在的基本形态之一，是客观存在。
从时空点1到时空点2的相对论情况下的传播子
可以看出，t2 时刻x2 处的波函数是由二相项决定的，头一项是来自早些时候的正能态的贡献，而第二项来自迟些时侯的负能态的贡献。
这说明，正能态与负能态是紧密相关的，它们是同一物质的不同运动状态。
下面我们考虑宇宙力的问题：
我们考虑相对论情况下的万有引力定律为：
再考虑量子测不准原理有：
当r〈rc或t
同样，若把我们目前的宇宙初期定义为r0=0或t0=0时，（r为宇宙半径，t为宇宙时）则有：
当r
：AB-O-DC区(即环内双喇叭区) 构成虚时空（反态），它是高能态区，能量为负值，空间曲率为负值，满足罗氏几何性质;AB- FE-DC区(即球外表面)构成实时空，它相对于虚时空为低能态，能量为正，空间曲率为正，满足黎氏几何性质。虚时空中不存在事物间的普遍联系，因果律也不再成立.用数学言语言说，即罗氏空间里，过直线外一点， 可做无数条直线不与该直线相交;在黎氏空间中，过直线外一点的所有直线都与该直线相交.AB，DC构成视界环.。从外部看，DC环构成白洞，AB构成黑洞，黑洞与白洞通过O段相连通。
现在，假设一物质以恒定速率由O处开始向下旋转，当旋过DC时，时间反转，由负变正，手性翻转，反态物质 变为正态物质，继续旋至AB时，时间，手性再次翻转，时间由正又变为负，物质态又变为反物质态。因此，上述过程可以说成一电子＿正电子对在CD处产生，并沿时间正向运行至AB处湮灭。另外，同样也可以说，有一粒子从CD处起经EF运动至AB处，在这一段中，粒子显负电性；当粒子从AB经O点逆时间旋至CD处时，在这一段中粒子显正电性。
如果我们沿中线切开模型，从横断面看一侧，如图2。则物质由O经内侧至D，再经外侧F至B，再经内侧至O点的过程，可看成是经O－D－F－B的过程，这类似粒子在时空图中做匀速运动。如果把这一过程投影在空间轴上，则这一过程又形成一个简谐振动过程。假设规定空间轴由模型外部指向内部为正，则图2中粒子运动在空间轴上的投影，在D－F－B段，力为正，以引力为主；在B－O－D阶段，力为负，以斥力为主。粒子在时空图中B、D点上的运动速度在空间轴上的投影，其速率最大，方向相反，而加速度为零。在O、F点处运动速度在空间轴上投影速度为零，但加速度绝对值最大，且符号相反。如果把上述过程投影在二维空间平面上（图3），则可见，宇宙初期为超光速加速膨胀，以斥力为主，为罗氏空间，空间曲率为负，为负能态区；当膨胀到一定尺度（r=rc或t=tc）时，宇宙开始低光速减速膨胀，此时以引力为主，为黎曼空间，空间曲率为正，为正能态区。由于引力的作用，宇宙膨胀到一定程度时，开始低光速加速收缩，此时仍为黎曼空间，仍以引力为主；当收缩的一定尺度（r=rc或t=tc，即视界面）时，宇宙开始超光速减速收缩，此时又以斥力为主，又为罗氏空间。宇宙就是这样循环往复的。
另外，当物质空间足够小（或许在普朗克尺度以下）或物质发生时间足够短时，将进入超光速的负的高能态罗氏空间中，宇宙力将改变符号，以斥力为主，这一空间形成小宇宙，小宇宙同样遵循关屹瀛环式宇宙模型。小宇宙与我们宏观宇宙之间存在由近光速构成的视界面，这些特殊区域（小宇宙）将在我们目前的宏观宇宙中形成大量小的黑洞和白洞。由于视界环上运动的物质在空间轴上的投影形成了以光速运动的物质构成的视界面， 但界面内的观察者仍可以认为其所在宇宙是无限的，因为，依照公式(2)所有不断接近界面的观察者的尺，都在随速度的不断增大而不断缩短.因此， 该观察者可以用它的尺无限地丈量下去，而永远也不能到达以光速运动的物质构成的宇宙的边界.由哈勃定律可知，在距离我们十分遥远的宇宙深处运动的物质，其速度是可以无限地接近光速.在那里由于十分接近宇宙的边缘，正物质与反物质相互作用也十分剧烈，其作用的结果产生了大量的高能伽玛光子，这种光子将均匀地弥漫在整个空间.这就是宇宙深处强烈物质脉动现象及伽玛射源的弥漫性来源。
宇宙加速膨胀范文第4篇
温迪・劳雷・弗里德曼1957年7月17日生于加拿大安大略省多伦多，是医生和钢琴家的女儿。温迪的家境不错，童年也没有什么烦心事。父亲渊博的知识使她更早地接触了科学。
在她7岁那年，父亲带着她去看夜晚的星空，幽幽繁星诉说着宇宙的悠远。父亲指着一颗星告诉她，也许那颗星，现在已经不在那了。他告诉女儿，星光跨越空间传到这里，经过了遥远的距离，经历了漫长的时间，才进入人的眼睛。现在看到的星星，实际上是很多年以前的样子。这个说法相当新奇，也让温迪对宇宙有了深深的好奇。也许就是在那个时候，在她的心里埋下了自然科学的种子。
在她14岁那年，这颗种子萌发了，物理课堂激起了她对自然科学的兴趣。尽管她的高中班主任信誓旦旦地表示“女孩们不需要学这个”，但她不打算接受这个忠告。
于是，温迪进入了多伦多大学。最初，她的专业是生物物理学，但她最后还是选择了天文学。温迪在校的表现不错，1977年获得了学校的杰克逊奖，并在1979年获得了理学学士学位。毕业后，她继续在多伦多大学深造，并最终在1984年通过天文学和天体物理学的工作获得了理学博士学位。
紧接着，她就以博士后研究生的身份进入了美国加利福尼亚州帕萨迪纳的卡内基天文台。在那里，她最初的工作是测量河外星系的距离，并且评估附近星系中天体的数量，以便更好地理解它们的演化。也就是从这个时候开始，她渐入佳境，最后在天体观测方面获得了极高的成就。
加速膨胀的宇宙
温迪的观测最终涉及了宇宙的起源问题。从1929年哈勃观测到远方的星系存在红移现象，证明周围的星系在离我们远去开始，物理学家就放弃了宇宙不变论。我们都知道，当前对宇宙起源的普遍观点是它始于一场大爆炸，之后，宇宙便开始向外扩张。但是，这次大爆炸到底是多久之前发生的，或者说，我们的宇宙到底已经有多大年龄了？
除了对宇宙背景辐射的分析，包括温迪在内的许多天文学家还在观测极远的天体，通过比较这些天体的红移和它们的距离来测定宇宙的膨胀速度。知道了宇宙膨胀的速度，就可以计算出宇宙从一个中心点膨胀到当前的状态用了多少时间，也就获得了宇宙的年龄。但是，这需要一个标准参考，天文学家也形象地称之为“标准烛光”。
Ⅰa型超新星作为标准烛光再适合不过了。Ⅰa超新星发生的条件是比较苛刻的。一般，如果双星系统中的一个白矮星不断通过引力吞噬它的伴星中的物质，当它的质量累积到大约太阳质量的1.4倍时就会爆炸，这时候就产生了一颗超新星，也就是Ⅰa型超新星。它会极为明亮，即使隔着几十亿光年，依然能够被观察到。因为所有的Ⅰa型超新星都是在相同质量的时候爆炸，其亮度恒定，就成了很好的观测标尺。从20世纪80年代开始，一些自动化的搜寻装置就已经开始寻找这些罕见的标尺了。
后来，国际上出现了两个实力很强的团队展开这个领域的工作，一个是由美国劳伦斯伯克利国家实验室的普尔马特领导的“超新星宇宙学计划”团队，另一个是后来出现的由澳洲国立大学的施密特和太空望远镜科学中心的瑞斯领导的High-Z超新星团队。他们利用地面望远镜和1990年发射的哈勃空间望远镜寻找和搜集超新星。到了1997年，两个团队都获得了足够的数据，而他们
的结果显示，远方的超新星比预想的要暗，宇宙的膨胀可能不是在逐渐变慢，而是正在加速。1998年，成果被。天文学家特纳创造了“暗能量”这个词，用来代表推动宇宙加速膨胀的这股未知能量。1998年12月，美国著名的《科学》杂志将发现膨胀的宇宙评价为“年度重大突破”。而宇宙的膨胀速度到底有多快呢？该温迪了。
比想象的要年轻
在卡内基天文台，温迪和她的团队也在关注着超新星的变化，同样，她们的团队也使用哈勃空间望远镜，她以卓越的观测手段，积累了大量的数据。她们利用Tully-Fisher 关系、行星状星云法和表面亮度起伏法进行了独立运算，结果高度一致，获得了用来指征宇宙膨胀速度的哈勃常数的新结果：大约80千米/（秒・百万秒差距）。这个数值比之前桑德奇等人得出的45千米/（秒・百万秒差距）的值高了不少。
而一个较高的哈勃常数暗示着一个更年轻的宇宙年龄，如果按照温迪等人其中的一个结果――高达100千米/（秒・百万秒差距）――计算的话，宇宙的年龄只有70亿至100亿年，即使按照80千米/（秒・百f秒差距）来计算，宇宙的年龄也只有80亿至120亿年。这个数据确实有点惊掉人的下巴……因为如果按照桑德奇等人差不多50千米/（秒・百万秒差距）的数据来计算，宇宙的年龄是150年至200亿年，足足差了将近一倍。
最初，温迪等人的数据被一些天文学家斥为荒谬，因为温迪计算的宇宙年龄甚至比球状星团那等古老的恒星系统的估计年龄还要短。这些星团被认为是在银河系中最先形成的天体，其年龄估计在130亿至170亿年。换句话说，你不能让宇宙的年龄比银河系还小吧？
但是，温迪并不这样想。她回应一些天文学家的观点时说，这些计算值所依据的球状星团理论模型并不完善，并且可能是以不准确的假定作为依据的。而且她认为，对球状星团元素组成和距离的观测误差可能造成不可靠的结果，而结果的可靠程度又很难判定。同时，温迪也承认，较大的哈勃常数与星系在太空中的分布和形成的标准理论存在冲突。或者说，要么她得出的哈勃常数有问题，要么，要对一些理论进行调整。为了获得更准确的哈勃常数，温迪还得继续努力。
接下来，温迪的团队借助另一台天文望远镜――斯皮策空间望远镜――进行观测。这也是一台大型轨道望远镜，是世界上第一台地球同步空间望远镜。与哈勃望远镜主要观测可见光不同，斯皮策望远镜主要关注天体红外波段。2012年，温迪团队宣布了哈勃常数的修正结果：74.3±2. 1千米/（秒・百万秒差距）。欧空局以宇宙微波背景辐射为研究对象的团队在2013年将这一数
据修正为67.80±0.77千米/（秒・百万秒差距）。看来，哈勃常数最终会锁定在70千米/（秒・百万秒差距）上下了。依此推算，宇宙的年龄大约在130亿年上下，目前比较常用的说法是13.2亿年。
更大，更清楚
为了获得更好的结果，需要更强大的望远镜。温迪发起了大麦哲伦望远镜（GMT）项目，在2 003年至2015年担任GMT项目委员会主席期间为GMT项目奔走呼号、筹集资金。
宇宙加速膨胀范文第5篇
关键词 黑洞 暗能量 外层黑洞
中图分类号：F832.46 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.10.074
Personal Speculations about Some of the Problems in Cosmology
WANG Xin
（Central China Normal University， Wuhan， Hubei 430074）
Abstract The first thought of the concept of a black hole began in eighteenth Century. Some people think that if there is a large enough star， it is even larger than the speed of light， then it can not be observed， to become a completely dark star can not be observed directly. Until today， for all people， the black hole is still a mysterious color of the stars.
Keywords black hole； dark energy； outer black hole
黑洞的内部究竟是什么样的，根据现有的知识恐怕还远远不够对其做出准确的预测，所有的理论既不能被证实，也不能被证伪，所以对其内部世界的猜测可以说是相对“安全”的。在这里，我也对此做出自己的推测。
1 宇宙是一个黑洞吗
物理学中定义了“黑体”这一理想物体，它可以吸收所有波长的辐射。当然，如果是完全意义上的黑体，那么由于它将入射的电磁波全部吸收，我们将无法对其进行研究，所以一般所说的黑体并不是理想完全的黑体，而是近似的黑体。并且，我们承认，不存在理想的黑体，这就意味着我们测量所得到的辐射谱都会与理想状况所预言的有所偏差。但是，有一种辐射谱却几乎与理想状况完全符合，那就是宇宙微波背景辐射谱。
如果要研究一个完美的黑体，那么我们当然不能在黑体以外进行观测，可是若在黑体的内部进行观察就不成问题了，这也许可以推导出“我们所处的宇宙是一个黑体”这样的结论。然而，这个黑体是什么样呢？就我现在的所知看来，黑洞是最有力的候补。
由于无法直接观测黑洞，所以它本身是否存在这个问题在科学界都被争议了相当长的一段时间。不过现在，可以通过间接观察的方法来对黑洞进行一些测量。由于有一些星体的运动方式看起来是受到了大质量恒星的吸引而又无法找到这样的恒星，那么就可以间接的预言这里存在着一个黑洞。
2 我们的宇宙
如果假设宇宙是处于一个黑洞之中，那么很容易可以联想到，这个黑洞应该又在一个“外层”的宇宙之中，然后这个“外层的宇宙”仍然是在一个黑洞之中，黑洞又存在于一个“更外层”的宇宙里。这个想法与多重宇宙理论有些类似，但是各个宇宙之间不是平行而是从属关系。
考虑到我们所处的宇宙处处应符合同样的物理规律，那由此推论这个“外层黑洞”与我们的宇宙中的黑洞即使有所不同，也应该有着类似的行为。与我们的黑洞相类比，可以想象这个“外层黑洞”在不断吞噬周围一切物质的样子。这些被吞噬的物质并不会掉入黑洞的中心，而是在视界面上“静止”，这样也就防止了我们的宇宙中会不断喷涌出新的物质。这些被吸入的物质在“外层黑洞”的视界面与引力场边界之间形成了一个环带。这个环带的质量每个黑洞应该有所差异，但绝大多数，可以想象，其质量是十分巨大的。虽然黑洞隔绝一切电磁信号的作用，但却无法屏蔽这质量巨大的环带所产生的引力作用。这个环带对“外层黑洞”的内部，也就是我们的宇宙应该也会有所影响。
最直接可以联想到的就是吸引作用。我们知道，宇宙正在加速膨胀，这也是我们预言暗能量的最大根据之一。 由于宇宙之中各种物质的相互吸引，人们层一度认为宇宙应该在膨胀一段时间后开始收缩。但观测结果了这样的观点，这也迫使人们提出“应该存在无法观测到的能量”这样的理论来解释现象。
以之前的想法为前提，我们可以换一个思路来解释这个问题。如果这个“外层宇宙”的环带部分可以对内部有所影响，那么，受到这部分质量所产生的引力势能的影响，我们的宇宙中的物质便开始加速运动。这个环带的质量由于黑洞的行为可能会有所变化，引起我们宇宙的膨胀加速度发生变化。对我们宇宙中的黑洞环带的性质进行测量并且与宇宙加速膨胀的加速度变化进行对比也许可以验证这个推测。
3 关于引力波
1916年，爱因斯坦预言了引力波的存在。今年年初，引力波的成功探测让人们开始接触它。
长久以来，引力波的探测是非常艰难的工作，原因之一在于它实在太微弱了，以至于很容易被环境中任何信号覆盖掉。引力波的探测依靠光的干涉原理。通过两个很长的腔中的激光，在腔受到引力波的影响后腔长度发生变化，导致激光光程差发生变化，会让干涉条纹发生移动，从而探测到引力波。今年探测到的是来源于双黑洞融合所产生的引力波。
M理论认为，我们的宇宙在一个高维的膜之上，并且还有额外的维。几乎所有存于宇宙内的东西都被束缚在这个膜上，而引力是一例外。引力子被描述为闭环弦，它无法被束缚在膜上，因此有机会移动到其他的维中，这也是为什么我们的世界中引力相互作用如此微弱的原因。这些额外的维是什么，为什么我们只能感受到包括时间在内的四维？人们给出的猜测是，这些额外的维都因为卷曲而变得十分微小，小到几乎无法被观察到的地步。这个解释要被验证是相当困难的。
回到之前讲的推测中的“外层宇宙”。我们的宇宙中所产生的引力相互作用应该也可以传播到这个“外层宇宙”中，“外层宇宙”中产生的引力作用也应该可以被我们接收到，尽管小到我们连忽略了它这件事都意识不到。既然引力波可以在两个宇宙之间传播，我们有机会用它来解读一些信息。说不定“外层宇宙”中的某种智慧生命体已经通过我们的宇宙发出的引力波意识到了他们的宇宙中某个黑洞内有我们的存在，但这些对现在的我们来说没有意义。我们关心的是，我们是否有可能从这些引力波中找到关于我们宇宙的一些问题的答案。
如果这个“外层宇宙”存在，它的维不一定与我们所熟悉的三维世界一样，也许它有更多的维度，这些维度在我们的宇宙之外，而又包含着我们的宇宙，对我们有种种的影响，同时又无法被我们观察到。这些维度可能可以成为那十维或十一维的线索。
接收到宇宙诞生初期的引力波是引力波探测领域的最高目标之一，这些引力波中包含着宇宙诞生的秘密。距离宇宙诞生已经过去百亿年的时间，这项工作的难度是可想而知的。然而，如果说我们的宇宙是在一个“外层宇宙”的某一个黑洞之内成立的话，可以推测得知我们宇宙中的黑洞也应该有孕育一个宇宙的能力。通过对黑洞的探测，我们可以挑选出一些具有产生新的世界的能力的黑洞，对它们产生的引力波进行精细的探测，与我们猜测的宇宙起源做对比，说不定可以从中获取答案。
4 宇宙的边界
如果说宇宙在一个黑洞之中，那么可以肯定的是，宇宙是有边界的，毕竟就连这个“外层黑洞”也是有边界的。宇宙的边界就如同一个气球，宇宙中的一切物质都散落在这个气球的球面上，气球膨胀的大小就是我们宇宙边界的尺寸。物质不可以从这个球面上脱离出去。但是，由于宇宙在膨胀，那就意味着宇宙的边界在不断扩大，然而这个“外层黑洞”不可以无限的扩大，实际上，它的尺寸不应该怎么变化，这就产生了一个问题：宇宙的边界要怎么样增大？
由于我们只有构建三维空间模型的能力，所以想要讨论高维的东西只能靠高维在三维上的投影来计算。若是想描绘出超过三维的世界是什么样子，这个问题已经超出了我们的能力。要讨论更高的维度，只能用二位来做一个类比。设想在一个最普通的三维直角坐标系中，我们的宇宙被规定限制在X-Y平面的一层薄膜上，这就好像我们看电影荧幕中的我们自己。而这个“外层黑洞”并不是被束缚在这个二维膜上的，它包含了这个世界的维度，它包含了这个坐标系中的Z轴，也就是说，无论这个二维的世界如何扩张，都不会改变更高维度的尺寸，这样，也许可以解决这个问题。
上面的模型又会产生一个新的问题，如果这个二维膜在第三维中所处的位置发生任何细微的变化，那么它都将不再属于原来的那个膜的世界。换句话说，这样的模型会产生无数个平行的二维膜世界。回到我们所熟知的宇宙，这个假设会给我们带来同样身处一个“外层黑洞”中的其它的无数个世界。如果“外层宇宙”中某种智慧生物有能力观察它们黑洞中的世界的话，说不定他们可以想调电视机的频道一样观察各个宇宙的样子。这个假设很有意思，但它看起来对现在的我们并没有什么帮助，所以它无论成立与否，都可以先放下来暂且不谈。
我希望讨论的问题是对我们有意义的问题，即使是完完全全的错误，也可以在未来的讨论中明确的告诉其他人“这样是行不通的”，而不是那些无论正确与否都无关紧要的问题。所以，这个模型给我的有一些意义的问题是，我们若是在宇宙中朝着一个方向永远前进下去，我们真的有可能会回到原点吗？
如果宇宙是三维空间上的一张球形膜，那么在地球这个球面上生活的经验告诉我们，如果我们一直朝着一个方向走，终究会回到出发的地方，所以，宇宙中的行动轨迹也应如此。那么，我们所接收到的某一个较近星球的信号，与一个较远星球的信号会不会是同一个星球朝两个方向所发射出来的呢？其中一个直接到达了地球，而另一个则是绕着宇宙转了一大圈，然后最终也来到了地球，由于长途跋涉我们误以为这是另一个星球所发射的信号。如果事实如此，那么必将引起天文界的极大浪潮。当然，这样的情况并不会发生。现在的宇宙学研究表明，宇宙在极早期的时候曾经历过被称之为“暴涨”的过程，暴涨理论认为，宇宙在极短的时间内经历了一个极大倍率的膨胀过程。这个过程太过迅速，让一些物体的光甚至无法到达我们这里。这个理论解决了宇宙的平摊性问题，同时也告诉我们即使在自己的宇宙中也有看不见的区域，即在我们的宇宙中也存在一个视界。我们的宇宙存在的时间还太短，即使是最短的路径，仍然有大部分信号传达不到我们的地球，更不用谈绕过整个宇宙回到地球这件事了。不过，过了足够长的时间，我们应该能够接收到那些“从另一侧绕回来”的信号，宇宙中的视界最终会从各个方向连到一起。
参考文献
宇宙加速膨胀范文第6篇
关键词 连带性；能量保留；宇宙膨胀
中图分类号O4-0 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0152-02
0引言
能量守恒似乎是不争事实，但宇宙的膨胀现象却是能量守恒所无法解释的。按照能量守恒，宇宙一部分膨胀，另一部分收缩，永远保持平衡。但观测事实却证明，宇宙总体都在膨胀，膨胀的宇宙带来能量守恒不可解释的问题，宇宙增加的能量从何而来，能量还守恒吗？
1变化中的相对质量及连带性能量保留
传统理论认为，光子是没有静止质量的，但是，如果光子没有静止质量就谈不上运动质量及能量，世间万物不可能存在没有质量的物质，因此若解释宇宙膨胀问题，首先要承认光子是有静止质量的。下面我们就假定光子是有静止质量，并结合爱因斯坦质量方程
m=m0来演示宇宙的能量是如何增加的。在这里笔者需要声明，爱因斯坦的质能关系式是E=mc2 ， E0=m0c2 。从这个方程可以看出，只要相对质量m增大，就意谓着能量E的增大，所以，为简便起见，本文只用质量方程来简单地代表整个质能关系。
爱因斯坦质量方程m=m0的解释：
1）在静止质量m0不变的情况下，运动速度v越快，其相对质量m越大；
2）欲保持相对质量m不变，只有减少静止质量m0同时增加速度v。
我们知道，电子受高能光子照射后，接受了一个正值能量，因此它的频率会增高，自转会加快，相对质量会增大，从而进入激发态。只是此时静止质量还保持原值（这是因为电子只接受了外来能量，而入射光子则被反射①，即入射光子与电子并非完全非弹性碰撞，双方只能是能量互导、频率互导。），这符合质量方程第一种解释。继尔，电子会自发地发射一颗光子将这正值能量带走，一进一出能量守恒。
但是，仔细研究会发现，在电子发射光子后，，其相对质量值m会暂时降到受激发前的状态，这是因为静止质量m0减少了，但紧接着因其发射光子后，半径缩短了，根据角动量守恒原理，其自转速度v肯定又会提高，因此，它的相对质量m又会有微小的上升，这是不容忽视的。这符合质量方程解释之二。对此，我们称之为“连带性能量保留”。用质量方程直观的表示就是：
（1）m=m0此为受激发前的状态；
（2）m激发态﹦m0此为受激发时的状态，v21表示受激发时电子自转的第一次增速。m激发态表示受激发时电子的相对质量。
3）m微升﹦m0-此为电子发射光子后的状态，m微升表示此时电子的相对质量比受激发前有微小的上升，m0-表示电子此时静止质量减少，v22表示电子静止质量减少后其自转的第二次增速。
可以类推，电子受高能光子激发一次，相对质量增加一次。
如果电子接受低频光子的激发，它也产生连带性能量保留。具体情况是，它接受了一份负值能量，产生跃迁，然后它将自发发射一颗光子将这负值能量带走，此刻它的能量必减少这个负能量值，而静止质量也在此刻减少一个正值，但因静止质量的减少同样会带来自转速度的加快，其相对质量比减少一个负能量值时肯定会有微小增加，因此它并没有遵守能量交换原则，经过这连带性的过程，它产生了连带性能量保留。
现在再换个角度演示连带性能量保留的存在。如电子间发生碰撞，那麽，一方面电子轨道平面的倾角会改变（限于篇幅暂不讨论），另一方面，电子本身必受到压缩，这必有利于电子自转的加速，虽然电子在运动方向上受阻，但其自转却在加强（这有益于碰撞双方），相对质量上升，因而其发射的光子频率必升高，摩擦生热正是这个道理。如果我们不承认有连带性能量保留的存在，那么，当我们以同一力度、同一速度进行摩擦，摩擦双方的温度总应保持在一个稳定的水平，因为摩擦时电子受激发而发射的光子的频率是恒定的。由此可见，连带性能量保留是客观存在的。
再看一个事实.由于连带性能量保留的存在，可以设想电子轨道也在扩大，因此宇宙在不断膨胀，星球也在膨胀，其体积在不断变大，自转在减慢.例如，六亿年前，地球上的一天为20小时，四亿年前为21.5小时，二亿年前为23小时，由此可见，地球在膨胀，自转在减慢.但是，地球也有收缩的时候，当其膨胀后，内部压力将变小，原子间的连带性能量保留将下降，地球又将收缩.星球就是在这种膨胀收缩中变大的.
另外，我们知道，地球在春季自转较慢，而在秋季则较快，这是因为北半球的冬季正是地球轨道的近日点，因此，受太阳一冬近距离的照射，地球上产生的连带性能量保留大些，地球因此膨胀，所以，在春季地球自转较慢.而北半球的夏季是地球轨道的远日点，正与冬季相反，地球收缩，因而到秋季地球转速快些.
这里再提出一个猜想。氢原子光谱或白炽体的“红移”现象可能与连带性能量保留有关，例如，当物体被连续加热时，温度越高，物体所辐射的光谱线越向紫端移动 ，这表明连带性能量保留可使电子以指数函数跃迁，不过其指数变化的幅度是极其微小的，可能小于1。00000001，它同时告诉我们，电子的基态轨道可能在变大。
从上面演示可以看出，电子或质子由于连带性能量保留的存在，频率、能量不断攀升，整个宇宙的引力也在变大，如果这一假设成立，那么，关于宇宙膨胀的问题就迎刃而解了。即从能量交换和电子运动的全过程中可以发现，能量不守恒，宇宙的膨胀是一种虚内能的增加。随着连带性能量保留的不断继续和时间的推移，电子的半径将不断缩短，而自转频率将不断增高，当超过某一临界点时，宇宙将开始坍缩。
2 提供二个试验方法
1）取一“稳定”光源，利用光电效应，在一段时间内，记录下入射光的频率前后有何不同，再记录下电子逸出功随时间增长有何变化，如果电子逸出功随时间延长而增高，则说明入射光子频率在随时间而增高，说明光源内部有连带性能量保留现象的发生。因此也间接证明了光子有静止质量；
2）或者，建立一充分大密闭的恒温装置，将温度设定在某一温度，比如20℃，再将一不太大的、温度假定在10℃的被测物体放入此恒温装置内，注意观察并记录被测物体的温度由10℃上升到20℃所用的时间。然后，再做一次，这次是将20℃的被测物体放入温度为10℃的恒温装置内，注意观察并记录被测物体的温度由20℃降到10℃所用的时间，比较这两次实验，如果被测物体升温比降温所用的时间短，则证明有连带性能量保留现象的存在。因为如果物体接受低频光子的能量时，由于有连带性能量保留的存在，它降温要困难一些。在实验时，应考虑被测物体在升温时可能升不到20℃，而在降温时也可能降不到10度，这是因为恒温装置内增加了被测物体的缘故，因此，可将恒温装置做得充分大，以保证被测物体的温度达到恒温装置的温度。
注释：
①这大概就是暗能量的来源.
宇宙加速膨胀范文第7篇
第一次飞跃：日心說取代了地心說
日心說代替地心說，是人类认识宇宙的第一次飞跃，日心說中行星绕太阳运动这一基本思想的正确性完全得到了验证。这一次飞跃的重要性在于，地心說隐含地支持了基督教（包括天主教）等宗教的基本教义，也就是神创造的人类和地球在宇宙中具有重要的中心位置。日心說代替地心說，则从科学上挑战了这些宗教教义。
第二次飞跃：太阳系也不是宇宙的中心
人类认识宇宙的第二次飞跃是通过天文观测得到的，不但地球不是宇宙的中心，就连太阳也不是宇宙的中心。那时人类认识的宇宙就是银河系，卡普坦（Jacobus Cornelius Kapteyn，1851年～1922年）通过测量超过45万颗恒星的距离，得到了银河系的结构，这就是卡普坦的“岛宇宙”，这个“岛宇宙”說明银河系有着明确的边界，而太阳系在稍微偏离银河系中心的位置。而沙普利（Harlow Shapley，1885年～1972年），通过测量69个球状星团的距离，得到的银河系结构显示，太阳系处于银河系比较边缘的地方。尽管这两个结果的细节有所不同，而且和现代的结果也有出入，但它们有一个共同的重要结果，就是太阳系不是银河系的中心，当然也就不是宇宙的中心。
第三次飞跃：银河系不是整个宇宙
在20世纪初，关于观测到的众多“星云”的性质，科学界有两种截然不同的观点。以沙普利为代表的多数派认为星云就是银河系内的天体，银河系就是整个宇宙。而以柯蒂斯（Heber Doust Curtis，1872年～1942年）为代表的少数派，则认为星云实际上是和银河系一样的“岛宇宙”，处于银河系以外很远的地方，而整个宇宙则是由无数个这样的“岛宇宙”组成。为此，1920年4月26日，在位于华盛顿美国国家科学院史密松学会的自然史博物馆里，这两个派系举行了一次激烈的沙普利柯蒂斯世纪大辩论。但是这场辩论并没有解决这个问题，因为辩论本身并不能解决科学问题，科学问题的解决只能通过科学研究来实现。此后不久，哈勃（1889年～1953年）就通过进一步的观测确认了这些星云实际上是众多遥远的、但是形态各异的星系，很多都和银河系类似，这有力地支持了柯蒂斯的基本观点。到此时为止，人类认识的宇宙尺度突然变得极度地广阔无涯，这是人类认识宇宙的第三次飞跃。
第四次飞跃：宇宙是膨胀的、非永恒的
由于哈勃观测到的很多星系都非常暗，因此距离银河系应该很远。把哈勃的观测结果直接外推，就会得到宇宙是无限的、永恒的，物质分布是均匀的。但是奥伯斯（Heinrich Wilhelm Matth us Olbers，1758年～1840年）佯谬（奥伯斯佯谬实际上是现代宇宙学的发端，第一次定量地考虑了整个宇宙的行为）告诉我们，这样的宇宙中，即使没有太阳光，但是由于永恒宇宙中的每一个天体的光都会照到地球，黑夜也应该像白昼一样明亮。（实际上在永恒和物质均匀分布的无限大宇宙中，宇宙中任何一处接收到的光流强都是无穷大。）但是这个推论显然和我们的常识不符，我们见到的黑夜是黑暗的，所以一定是什么地方有重大问题！到了1929年，哈勃发现远处的星系在退行，退行速度和距离成正比，因此宇宙在膨胀，反推回去就得到宇宙的年龄是有限的，更远的光来不及到达地球，所以存在“视界”（称为宇宙的视界）。宇宙空间相对于地球的巨大退行速度使得该距离以外的天体发出的光尚未到达地球，这就自然地解决了奥伯斯佯谬。因此我们可见的宇宙必顶是有边界的，这是人类认识宇宙的第四次飞跃。
第五次飞跃：宇宙大爆炸
1965年彭基亚斯（Arno Allan Penzias，1933年～）和威尔逊（Robert Woodrow Wilson，1936年～）发现了宇宙大爆炸残留的宇宙微波背景辐射，这和伽莫夫（George Gamow，1904年～1968年）的模型曾经预言的宇宙大爆炸留下的热辐射一致，证实了哈勃膨胀是宇宙大爆炸的结果，他们也因此于1978年获得了诺贝尔物理学奖。因此我们观测到的宇宙不仅是有边界的，而且也是有起点的，这是人类认识宇宙的第五次飞跃。
第六次飞跃：宇宙在加速膨胀
1998年，三位年轻的天文学家普尔穆特（Saul Perlmutter，1959年～）、施密特（Brian P.Schmidt，1967年～）和赖斯（Adam G.Riess，1969年～）通过观测一类特殊超新星（Ia型）的光度随宇宙红移的变化，发现了目前的宇宙在加速膨胀，确定了宇宙由未知的暗能量主导，并于2011年获得了诺贝尔物理学奖。把他们的结果和其它天文观测结果结合起来，可以得到宇宙从大爆炸开始（约140亿年之前）到今天的演化过程，以及在不同时期宇宙中的普通物质、暗物质和暗能量的比例的演化。今天宇宙中的普通物质、暗物质和暗能量分别占宇宙总的物质—能量的比例为4%、23%和73%，但是物理学中最成功的粒子物理标准模型只能解释其中仅仅占宇宙组成4%的普通物质，也就是說我们目前对今天宇宙成分的96%几乎毫无所知。这既是物理学和天文学共同面临的巨大挑战，当然也是人类认识宇宙的第六次飞跃。
第七次飞跃：可能有其它世界和文明
尽管有大量的证据支持生命能够从低级到高级进化，但是地球生命“种子”的来源目前仍然未知：可能产生在地球，也可能来自于太阳系其它行星，也完全可能来源于太阳系外的其它行星。科学家们于1992年在一个脉冲星（中子星）周围发现了第一颗太阳系外的行星，又于1995年在一个恒星周围发现了第一颗绕着另外一个恒星运动的行星，至今已经在太阳系外其它恒星周围共发现了超过700个行星。其中有些行星是“宜居”行星，很有可能存在生命，甚至高级生命或者文明，这是人类认识宇宙的第七次飞跃。
目前，对于太阳系外行星的搜寻以及生命的探测已经成为天文学的重要研究前沿。我们有可能找到高级生命能够存在的其它“地球”，使得外太空移民成为可能；有可能找到我们生命的“种子”，使得地球上的生命最终可以“认祖归宗”；有可能回答人类在宇宙中是否孤独这个问题；甚至可能真的和“外星人”交流！如今，人类已经开始努力搜寻外星人的通讯信号了。因此，所有这些已经不是科学幻想，也不是哲学的探讨，而是实实在在的科学研究。我想，人类认识宇宙的第八、九、十次飞跃是否都将来自于这里？
宇宙加速膨胀范文第8篇
不过，至少我们为这种最神秘的东西起了个名字：暗能量。现在，对它的追捕正在进行。2013年年底，天文学家将启动一项新的巡天，在爆炸的恒星和古老的星系团之间寻找这些东西的迹象。一系列的空间任务和地面上的巨型望远镜很快也会加入其中。同时，一些物理学家正在探求一个非正统的想法：在实验室里诱捕暗能量。
迄今为止，我们对暗能量仍知之甚少，所知的或许只限于3点。
第一，暗能量是向外推的。1998年，我们首次留意到了这一点，因为我们发现某一类超新星爆炸的亮度暗得出乎意料，说明它们的距离远过我们的预期。空间似乎从某个时刻起开始了加速膨胀，就好像有一种斥力抵御着物质间的引力在向外推动一样。
第二，暗能量大量存在。星系的运动和成团能告诉我们宇宙中有多少物质，而大爆炸后38万年时发出的宇宙微波背景辐射，则向我们透露了宇宙中物质和能量的总密度。这第二个数字要比第一个大得多。根据最新的观测数据，包括欧洲空间局普朗克卫星的微波观测，宇宙中大约68%的成分是以非物质的、表现为斥力的能量形式出现的。在每立方千米的空间中大约有1焦耳。
第三，暗能量让物理学家富于创造力的思维充满了活力。他们已经提出了数百种不同且充满想象力的理论。
其中最平淡的，当属宇宙学常数，不过即便如此，它仍属于“狂野之物”。它是空间固有的能量密度，在爱因斯坦的广义相对论下会产生斥力。随着空间膨胀，它会越来越多，使得它的排斥力超过因物质日益分散而逐渐变弱的引力。粒子物理学甚至为它提供了一个起源：在充满了不确定性的量子真空中不断出现和消失的虚粒子。但问题是，这些粒子的能量太多了――根据最简单的计算，每立方千米含有的能量约为10120焦耳。
这一灾难性的差异，为琳琅满目的其他替论留下了生存空间。比如说，暗能量有可能是“第五元素”（quintessence，又译作“精质”），一种假想的能量，能渗透进空间，随时间改变，甚至能在不同的地方聚集。它也可能是一种经过修改的引力，在远距离上表现为斥力。又或者，它是地球在宇宙中所处的特殊位置造成的错觉。暗能量还可能是波长比可观测宇宙大万亿倍的无线电波，甚至有可能是更奇特的东西。
“许多聪明人都试图构想出比宇宙学常数更好的东西，或者去理解为什么宇宙学常数具有如此的数值，”卡罗尔说，“大致说来，他们都失败了。”
黑暗降临
观测暗能量是否会随时间变化，是做出裁决的一种方式。如果它确实随时间演化，宇宙学常数就可以排除了：作为空间的固有特性，它的密度应该保持不变才对。与之相反，在大多数“第五元素”模型中，随着空间的膨胀，暗能量会慢慢地稀释――不过在一些模型中，它实际上会增强，加速宇宙的膨胀。在大多数修改引力的理论中，暗能量的密度也会变化。它甚至可以先上升后下降，或者反过来。
宇宙的命运完全取决于这一平衡。如果暗能量保持稳定，宇宙就会加速膨胀，把我们变成一个孤立小岛，跟宇宙的其他部分隔绝开来。如果暗能量会增强，最终可能就会把所有物质全部“撕碎”，甚至连空间结构都变得不再稳定。根据对超新星的观测，我们今天最佳的估计是，暗能量的密度相当稳定。有一种观点认为，暗能量正在缓慢增强，但不确定性太大，目前我们还不必担心这一增长。
从2013年9月起，一个名为“暗能量巡天”的国际项目将开始收集数据，旨在进一步了解暗能量。位于智利托洛洛山美洲天文台口径4米的维克托・布兰科望远镜，以及一个专门设计的红外照相机，将在广大的天区中寻找暗能量的若干迹象。该项目主管――美国芝加哥大学的乔舒亚・弗里曼（Joshua Frieman）说：“虽然不是世界上最大的望远镜，但它的视场非常大。”
这台望远镜将捕获更多的超新星。每一场恒星爆炸的视亮度（就是在我们看来它有多亮），都能告诉我们它们发生在多久之前。这些光向我们传播的过程中，波长会因空间的膨胀而被拉长，也就是红移。把这两样东西结合起来，我们就能测出宇宙如何随时间膨胀。
这项巡天还将绘制一幅复杂的天图，会标出几亿个星系的位置以及它们到我们的距离。在宇宙的婴儿时期曾经在宇宙中回荡的声波，给巨大的超星系团赋予了一个特征尺度。通过测量超星系团的视大小（就是在我们看来它有多大），我们可以从一个新的视角来回顾宇宙膨胀的历史。
放眼天空
这份天图还将揭示暗能量对较小尺度的影响。暗能量会阻碍星系聚集形成星系团。巡天项目组将直接对星系团进行计数，还会借助引力透镜效应追踪它们的成长。引力透镜是星系团弯曲更遥远的天体发出的光线时出现的一种现象。
这些不同的测量，应该能给我们提供一些线索，透露暗能量是否会随时间而变――如果确实会变的话。弗里曼说，他们的巡天可以把现有结果的误差范围减小到1/4。到2016年，巡天的初步分析结果公布时，他们就能开始甄别一些不同的理论模型了。
一个完整的暗能量猎手团队，将在几年之后组建完毕。由美国主导的大口径全天巡视望远镜（Large Synoptic Survey Telescope）将在2021年睁开它的巨眼。其他巨型望远镜，比如位于夏威夷的30米望远镜（Thirty Meter Telescope），以及同在智利的欧洲特大望远镜（European Extremely Large Telescope）和巨麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope），都将在大约同一时间投入使用。在澳大利亚和南非兴建的巨型射电接收器――平方千米阵也会加入它们的行列。通过观测氢云的射电辐射，平方千米阵可以追踪宇宙的结构。到2020年，欧洲空间局和美国宇航局计划发射一颗名为“欧几里得”（Euclid）的暗能量探测卫星，能够观测宇宙更早时期的引力透镜和星系成团。美国的大视场红外巡天望远镜或许会紧随其后。
这场穿越空间的暗能量围猎将会惊心动魄，但猎物仍有可能会逃之夭夭。比方说，我们也许会发现，暗能量的密度随着时间的推移几乎保持恒定。这看起来似乎支持了宇宙学常数，但它并不能排除一部分“第五元素”的理论，因为那些理论中的“第五元素”恰好具有几乎恒定的密度。况且，就算我们发现暗能量密度确实在增长或者降低，我们可能也无法分辨，这种变化到底是由于“第五元素”，还是出自某种随时间变化的引力。
于是，一些物理学家提出，在地球上设置“陷阱”来诱捕暗能量。英国诺丁汉大学的克莱尔・伯雷奇（Clare Burrage）说：“如果你引入一种新的场或者粒子，来充当你的暗能量，那么它们也将成为载体，传递一种新的作用力。”类似“第五元素”的东西，会产生有别于引力、电磁力、弱核力和强核力的第5种基本作用力。“但是，我们在太阳系里没有看到第5种力，”伯雷奇说。
理论学家摆脱这一症结的通常做法是，添加一个屏蔽机制，削弱密度相对较高的环境中（比如太阳附近）第五种力的强度。一个被称为“GammeV”的项目已经在美国费米实验室就位，已经开始搜寻一种被屏蔽的特殊暗能量，也就是所谓的“变色龙”。
到目前为止，GammeV仍然一无所获，不过现在，伯雷奇打算搜寻更大范围内的暗能量，灵敏度也要更高。她和英国诺丁汉大学的同事埃德蒙・科普兰（Edmund Copeland）及英国伦敦帝国学院的埃德・海因兹（Ed Hinds）合作，想利用处于玻色-爱因斯坦凝聚态的低温原子团来暴露暗能量的踪迹。这种低温原子团会像一个整体那样，在量子波动中振荡。暗能量应该会略微降低这种振荡的频率。这个研究团队计划把一团凝聚物一分为二，在其中之一附近放置一个高密度物体。如果物体屏蔽了暗能量，两个“半团”凝聚物中的波就会脱离同步，再把它们重新放在一起时，两者就会发生干涉。
电效应
在美国西雅图的华盛顿大学，E?t-Wash扭摆实验正在探测其他形式的宇宙斥力。有一种理论认为，尺度不到1毫米的空间额外维度可能为暗能量提供了容身之处。在这么小的尺度上，它或许还能够增大引力的强度。一种被称为“对称子”（symmetron）的被屏蔽的“第五元素”，会在类似的小尺度上产生一个额外的作用力――如此微妙的效应，应该可以在E?t-Wash扭摆细微的扭动中显现出来。
与此同时，美国普林斯顿大学的迈克尔・罗马利斯（Michael Romalis）和美国达特茅斯学院的罗伯特・考德威尔（Robert Caldwell）在2013年提出，如果普通光子或电子能够感受到哪怕极其微弱的“第五元素”，那么地球上的磁场就应该会产生一个微小的静电电荷。这种有可能很容易探测，当然任何专门为此设计的设备都必须非常精密才行。