宇宙起源与未来的探索

 宇宙的起源是目前科学界十分关注的问题,存在着多种模式,经过长期争论,大致可归纳为两种理论:一种是大家熟知的“大爆炸”学说;另一种为“稳恒态宇宙学理论”,该理论否认宇宙有起源。     

欣欣向荣的宇宙学

 一度被称为“天文学坟墓”的宇宙学现在正欣欣向荣。一系列丰富的科研成果和新仪器装置的研制,使人们感到宇宙学的前景是光明的。 长期以来,人们将１Ａ型超新星作为测量空间距离的“标准光强”,对它们的表观亮度的测量给出了它们的距离值。但是,这一方法很容易出错,不同的实验可以得到不同的结果。有人提出如何通过对衰减率和颜色进行校正的新方法,从而得到数值为５９±７的哈勃常数,它所相对的宇宙年龄约为１７０亿年。 宇宙学的另一个参数是ω,它是宇宙中的物质与阻止宇宙膨胀所需临界量的比。大爆炸膨胀模型预期ω必须精确等于１,宇宙才是“膨胀的”。     

现代宇宙学概述

 现代宇宙学是天文学和物理学的分支学科, 它从整体角度研究宇宙的结构、运动和演化.事实上,自古以来人类对于宇宙的认识一方面依赖于观测和经验,另一方面依赖于思维和演绎推理.宇宙,按其原来的字义就是空间和时间的意思.中国古代先哲提出“四方上下曰宇,经古来今曰宙”、“天圆如张盖、地方如棋局”以及“浑天如鸡子,地如鸡中黄”等概念,古代所讨论的宇宙,不外乎大地及其周围的天空.哥白尼冲破了宗教神学的阻挠,纠正了托勒密地心说的错误,建立了日心说,引起了天文学的巨大革命.但是,哥白尼时代所指的宇宙实质上是太阳系.     

反物质的寻找和理论研究现状

 反物质研究是宇宙学的重要课题之一。近年来这方面的研究比较活跃,比如华裔科学家丁肇中主持的轰动一时的“α磁谱仪计划”,其主要目的就是捕获宇宙中的反粒子。去年我国成功发射了“神舟”五号载人飞船,标志着我国航空航天技术已步入世界前沿,其目的也是为将来进行包括反物质问题在内的一系列科学研究创造条件。其他的研究设备还包括各种大型的国际空间站等等。     

向您介绍一本新书——《宇宙学引论》

 高尔基说过:“书籍是人类进步的阶梯”。其实,对于任何一门具体的学问,从始闻、到浅知、到渐识、到熟习、到深谙,乃至精通,都需要一系列由浅入深、由简而详的书,作为读者登堂入室的阶梯。对宇宙学这门“把宇宙看作一个整体,来探索它的结构、运动、起源和演化的科学”而言,近一二十年来,世界上曾出现过好些不同层次的名著。     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

 2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力地支持了大爆炸宇宙学模型，并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战，诸如什么是暗物质？暗能量的物理本质是什么？     

谈谈牛顿力学思想体系的科学美

 牛顿是近代自然科学的开山鼻祖,他对自然科学的巨大贡献是多方面的,但最伟大的贡献主要是在力学领域。他在1687年出版了传世杰作《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》),建立起有史以来第一个科学的力学体系,为人类建构出一个完美的“牛顿宇宙”模式。我国著名科学家周培源称“《原理》一书是人类的自然科学的奠基性巨著,是自然科学史上最重要的著作之一。”     

惯性原理及其宇宙起源(下)

 四、常曲率空时惯性原理及其宇宙学意义常曲率空时相对性原理和德西特不变的相对论如何面对暗宇宙的尖锐挑战?为什么我们的宇宙在加速膨胀,一定不渐近平坦,而很可能具有一个正的极小宇宙常数,渐近于德西特空时?而按照通常的处理,德西特空时却带来一系列疑难;极小而又为正的宇宙常数也带来极大困惑。通行的看法是把宇宙常数等同于量子理论中“真空”的能量。可是,这样得到的宇宙常数值比观测值大了一百二十几个量级;考虑种种可能修正、包括超对称等等,也还要大几十个量级。理论与观测之间如此大的差别,前所未有。根本问题出在哪里?通常的作法是考虑种种动力学模型、修改引力场方程,甚至借助量子引力等等。     

引力改变了时空——从欧几里得空间到准黎曼空间

 爱因斯坦在1905年所建立的狭义相对论建立了高速运动下的时空变换,这种变换是局限在惯性系之间的,这正是“狭义”的涵义。作为狭义相对论的推广,爱因斯坦从1907年开始努力尝试将相对性理论推广到非惯性系。他在研究了引力场与加速系关系的基础上,于1916年在德国《物理学杂志》上以“广义相对论基础”为题正式发表了广义相对论。广义相对论的诞生进一步更新了我们对空间、宇宙的认识观念。从平直均匀的欧几里得3维空间,到闵可夫斯基的4维空间,再到弯曲的黎曼空间,独立于时间与物质的“绝对空间”概念被彻底地打破了。     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅳ)

 超弦/M理论,既然作为认识宇宙的“终极理论”,就应当能够解释宇宙学中的诸多问题,例如黑洞,因此,在超弦理论第二次革命以后,超弦/M理论的一个重要发展就是黑洞物理的研究。     

关于相对论、量子论和引力的思考

 狭义相对论、广义相对论和宇宙学是关于时空性质和物质分布的关系的理论,也是关于天体和宇宙的理论。     

2005——世界物理年

 1905年,年仅26岁的天才物理学家爱因斯坦连续发表了5篇极具震憾力的物理学论文,论文包括现代物理学中的3项伟大的成就:分子运动论、狭义相对论和光量子假说,从根本上改变了物理学的面貌,并为相对论的建立与发展奠定了基础,这一年被称为“奇迹年”。在这“奇迹年”100周年到来之际,全球物理学界一致呼吁把2005年定为“世界物理年”,这项倡议由欧洲物理学会提出,得到了国际纯粹与应用物理联合会的一致通过。     

探测遥远星系

 探测遥远星系的重要意义至少有下列3点:探究宇宙的形状、检验宇宙学模型的正确程度和积累有关星系形成和演化的知识。1961年,美国天文学家桑德奇(AllanSandage)提出用星系团中最亮的星系做“标准烛光”来延伸哈勃(EdwinHubble)开创的更远星系距离的测定。     

新课程理念下物理学前沿在教学中渗透的几点建议

 以牛顿力学为代表的经典物理学给基础科学、技术科学及工业生产带来过革命性的变化,促成了一系列学科、产业的形成与发展,为人类带来了现代化的文明。传统课程在教材内容的选择和编排上突出的是经典物理部分,而对物理学较新的成果、思想、方法介绍不多。长期对前沿物理研究的相对忽略,导致了科学教育的“片段化”,物理教育成了物理“断代史”的教育。新课程改革要求学生在学习经典物理的同时,能够认识到它的局限性,故而需要加强前沿知识的教学。如模块3-4就增加了相对论的内容并明确提出了教学要求:(1)知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论;(2)了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。     

封面照片说明

 这是被称为“宇宙枪手”的“隼鸟”号小行星探测器,它是由日本科学家设计制造的。这次探测计划与2005年7月实施的“深度撞击”不同,它不是与小行星硬碰硬,而是通过一系列操控来完成,从而收集小行星的信息。“隼鸟”号装有一支长40厘米的枪,枪管开口处呈喇叭形状。当“隼鸟”号接近小行星时,会向其表面射出一颗直径1厘米,速度180米/秒的金属子弹,枪击所激起的小行星表面物质会被喇叭状的枪口吸入并收集。按计划射击将进行两次。同时“隼鸟”号还要在小行星表面放置一个漫游器以获取更多的资料。“枪击”计划于2005年11月上旬实施。     

暗物质的引力透镜测绘

 两千多年前,庄子就提出:“天其运乎?地其处乎?日月其争于所乎?孰主张是?孰维纲是?孰居无事而推行是?”换句话说,到底是什么主宰着宇宙的演变?现代物理学的回答是:那是质量引发的长程力--引力,对巨大引力束缚系统(如星系和星团)内部运动的研究证明:这些系统的质量中占绝对优势的是这样的物质形态:它不以从射电波到X射线中的任何波长发光。这种物质形态叫做“暗物质”,当前宇宙学的中心问题之一就是暗物质所扮演的角色。 到了最近,已有充分证据说明,暗物质的总质量超过明亮物质(恒星、气体和尘埃)的质量至少10倍。     

今日国外物理

 1 美学者提出大科学新概念美国地球物理学家罗·海津和詹·特雷菲尔提出称之为“大科学”的新概念.美国《科学》周刊根据他们新著《大科学概念》,并征集广大学者的意见.将“大科学概念”的内容归纳为28条.即:(1)宇宙发展有自身规律可预测;(2)一切运动形式均符合牛顿三大定律;(3)能量守恒不消失;(4)能量转换遵循热力学第一、二定律;(5)电磁是同种力的两种形式;(6)任何物质都由原子构成;(7)一切物质能及微粒量子特性均离散,对其中某一物理量既不能测量也不能改变;(8)物质的原子均由“电子胶水”粘合;(9)物质的状态由组成它的原子及其排列决定.     

爱因斯坦的等效原理和广义相对性原理——问题实质和出路

精确宇宙学的观测表明,物理学必须面对以宇宙常数为特征的宇宙尺度。 有关宇宙观测的数据分析,是以广义相对论和宇宙学原理为基础的。然而,分析的结果却向爱因斯坦相对论体系和量子理论,以及以之为基础的现代物理学提出重大疑难。这是对物理学前所未有的、更为严重的全面挑战。     

英美提出宇宙形成新理论

 据《科技日报》报道：英国剑桥大学和美国太空望远镜协会的科学家正在研究一种宇宙形成的新理论。这一理论认为,大爆炸发生前,宇宙还曾发生过另外一次大震荡,这意味着可能还有一个看不见的宇宙与现有的宇宙共存。这一称为“Ｍ论”的理论是由美国普林斯顿大学的保尔·斯坦哈特教授提出的,它主要研究宇宙大爆炸发生前的事件和时间。该理论认为,宇宙共有１１维空间,其中６维困绕成微小丝状可忽略不计。大爆炸发生前,宇宙是由两个４维平面构成的,其中一个平面是我们今天的宇宙,另外一个是“隐藏”的宇宙。     

时空理论的演化历程

 关于空间与时间的理论,从古至今有许多的哲学家和自然科学家为其倾注许多的心智和汗水。大体上可分为三个时期。第一个时期可称为古代的探索时期中国古代的庄子就对宇宙有一个自己的看法:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”“有实”是指有形体的物质实在,而每一物质实在都有一定的体积、一定的外形,占有一定的空间;“无乎处”,即没有穷处,没有界限。因此,庄子所谓“宇”是指广阔无边的空间实在。“有长”是指时间而言,时间只讲长度,即古今前后,它没有上下左右;“无本剽者”,即无始又无终。因此,庄子之谓“宙”是指无始无终的古往今来。