遗迹引力波对宇宙微波背景辐射极化的影响

根据宇宙大爆炸理论的预言,宇宙经历了由暴涨阶段到辐射阶段到物质阶段再到如今的加速膨胀阶段.在辐射阶段所残留的退耦的自由光子便形成了现在人们所观测到的宇宙微波背景辐射.如果没有扰动,微波背景辐射将是各向同性的,但是在宇宙形成的初期存在各种各样的扰动,因此宇宙微波背景辐射呈现各向异性.针对由遗迹引力波对微波背景辐射极化所产生的各向异性的影响,重点讨论电场型极化和磁场型极化. 关键词： 遗迹引力波 微波背景辐射 极化各向异性     

宇宙背景辐射告诉我们什么

本文讨论宇宙背景辐射的发现和实测研究在热大爆炸宇宙理论的确立中的重要作用．它包括四个要点：一、证实了早期宇宙确曾热至４０００Ｋ以上，二、证实了宇宙物质分布确曾是高度均匀的，三、证实了银河系与其他屎系一样，在宇宙空间有自身的运动，四、证实了早期宇宙中确有结构形成的种子存在。     

有关宇宙微波背景辐射的最新报告

2006年3月15日在普林斯顿大学的一个记者招待会上，WMAP^＊（威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星）小组发布了他们关于宇宙大爆炸后辐射残留的最新报告．报告提供了首张偏振宇宙微波辐射图谱，其内容有助于了解字宙诞生10埘秒之后的情况，也使标准宇宙模型通过了目前最严格的数据检验．他们还宣称我们生活在一个扁平状的宇宙中，这个宇宙仅含有4％的常规物质，但有22％的暗物质和74％的暗能量，这些结果与宇宙标准模型相吻合．WMAP成员Lyman Page说：     

宇宙将永远膨胀下去

 大部分宇宙学家认为,宇宙─-它目前的膨胀速度比以往任何时候都缓慢─-最终或者会逐渐地实际上停顿下来,不再膨胀;或者膨胀停止后会重新开始收缩。现在,两位研究人员表明,根据来自宇宙背景辐射探测卫星（ＣＯＢＥ）测量到的数据,可以判断;宇宙将会无限期地膨胀下去．微波背景辐射存在的踪迹遍及整个宇宙,它被认为是宇宙大爆炸的遗迹．在天空的不同区域,这一辐射的温度有着轻微的差别,其数值为十万分之一左右．人们认为,这种差别为星系的形成──当宇宙处于青的期时──提供了线索．爱因斯坦的广义相对论指出,宇宙会拥有三种可能模型中的一种,每种模型同时也决定了宇宙的命运．     

宇宙“小爆炸”中的“华尔兹”——高能重离子碰撞中的自旋极化

<正>宇宙大爆炸(Big Bang)理论认为我们的宇宙诞生于137亿年前的一个致密炽热的奇点,在宇宙的早期,物质都是以基本粒子的等离子体形式而存在。而在我们地球上,能够重现这一宇宙早期物质形态的实验只有高能重离子碰撞,形成夸克胶子等离子体,所以高能重离子碰撞也被人们给予了一个更加形象的名字——宇宙"小爆炸"(Little Bang)。     

2006年诺贝尔物理学奖——宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性

相传约137亿年前我们的宇宙起源于“盘古开天地式的大爆炸”，能量密度和温度均超高无比，却绝无什么特殊的“爆炸”中心，在足够大的尺度上均匀且各向同性，一直持续膨胀至今．刚开始的时候，随着宇宙温度的迅速降低，若干基本粒子物质相继浮现，宇宙早期的核合成过程制备形成了宇宙时空中第一代恒星形成之前的大致原初元素丰度分布．宇宙“大爆炸”发端时空中的能量场应当有量子涨落；耦合演化到后来呈现的物质场中，这些微弱而此起彼伏的涨落逐渐被引力在各种不同层次上放大，从而最终形成宇宙时空中不同尺度的物质结构系统（包括超星系团、星系团、星系、球状星团、恒星、行星等）．伴随着宇宙膨胀，有一个温度不断下降的热电磁辐射场被“捂”在物质场中；大约在389000年以后，这个热电磁辐射场基本不再与物质相互耦合作用，但它依然带有早期物质场中各处涨落的信息烙印．基于Einstein创立发展的广义相对论（1915年），Einstein（1917年）、Friedmann（1922年）、Lemaitre（1927年）、de Sitter（1932年）开辟了近代理论宇宙学的先河．Hubble（1929年）公布了遥远的星系退行速度正比于它们到我们的距离的划时代观测事实．基于宇宙元素丰度和核合成物理，Gamow，Alpher和Herman于1940—1950年大胆设想了宇宙“大爆炸”的物理框架图像．Penzias和Wilson（1964年）在贝尔试验室从事微波天线研究时意外地发现了2．7K宇宙微波背景辐射．经过多年的精心设计和准备，Mather和Smoot（1989—1994年）领导的“宇宙背景探索器”（COBE）空间试验精确地测量宇宙微波背景辐射的黑体谱和微弱的各向异性涨落；他们俩因此荣获2006年度的物理诺贝尔奖．90年来，科学家们众说纷纭，唇枪舌战，搜索证据，编造理论．随着地面、高空和空间综合试验及理论研究的持续迅速发展，精确宇宙学的时代已经到来．     

观察大爆炸后5亿年第一代星系之发光

大爆炸后的38万年,宇宙从辐射为主转为进入以物质为主的时代.自由电子被质子俘获,形成中性氢原子,使得空间对电磁辐射变得透明.从此,直到大约3亿年后,空间几乎没有发光的恒星,以致于这期间被称为黑暗时代.按照现代天文学界的认识,在红移z=6—11的距离范围内,伴随着第一批恒星的形成,星际间的介质发生重新电离.最近,来自美国霍普金斯大学物理-天文系的Zheng等,在Nature周刊上撰文,报告     

回眸我国高海拔宇宙线研究

一、前言 自Hess的热气球实验于1912年发现宇宙辐射以来,人们一直把它当作"粒子炮弹"和宇宙物质样品,用作打开基本粒子世界大门和了解宇宙及空间环境的有力工具.但时逾百年,除了低能的太阳粒子外,人们从不知晓他们的原产地(宇宙线源)究竟在哪,因为这些以质子为主的高能原子核的行进路线早被途中的星系际和星际磁场搅拌得各向同...     

中微子在其他学科研究中的应用

 目前宇宙学研究认为,中微子生成于137亿年前宇宙诞生后持续扩张、冷却的过程中。理论认为,这些中微子形成了绝对温度为1.9K(-271.2℃)的宇宙背景辐射(有别于另一种宇宙大爆炸理论所预言的"微波背景辐射",其温度为2.7K)。宇宙中其他能量的中微子源于星体活动和超新星爆发的过程。因此,随着宇宙的诞生,便有了中微子的存在。     

探测宇宙原初氢原子的重新电离

在宇宙大爆炸的40万年之后,宇宙的充分冷却使得原初氢原子得以形成,这些氢原子充满了早期的宇宙.再经过数亿年,第一批恒星以及星系形成,它们产生紫外辐射,进而将原初氢原子电离成电子和质子.这一过程被称为重新电离,标志着成年宇宙的一次相变.相变何时产生?持续的时间有多长?     

宇宙真空量子涨落、宇宙弦及宇宙不均匀性的起源

宇宙中的物质分布是相当不均匀的,有的地方密度高,有的地方密度低,形成各种尺度的成团结构.例如,星系、星系团、超星系团等是高密度区;巨洞则是低密度区.宇宙学中一个待解决的课题,就是说明为什么会有这种非均匀性. 首先,有很强的证据表明,宇宙在早期是相当均匀的,没有今天所观测到的非均匀性.最主要的证据是微波背景辐射的各向同性.观测证明,3K背景辐射的各向异性不超过万分之一,甚至十万分之一.背景辐射是宇宙早期遗留下来的,因此它的高度各向同性标志着宇宙早期物质分布的均匀性.其他的均匀性证据是:二.各种天体中的氦含量相当一致,按重…     

第二讲宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展，以及有关它的解释、理论和意义．宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口．在未来几年，它还将扮演更加重要的角色．     

中微子对宇宙大尺度结构的非线性效应

中微子的特性是现代物理学的重大问题之一。在粒子物理标准模型中有三类中微子,中微子振荡实验测量出不同中微子的质量平方差,表明中微子的质量总和不为零,并给出了中微子质量和的下限:0.05eV。中微子质量对宇宙演化有着复杂的影响。在宇宙早期,中微子为相对论性粒子,作为辐射能量密度,从而改变了物质辐射的能量密度比。基于此效应,宇宙微波背景辐射(CMB)的观测给出了中微子质量总和的上限:0.2eV。     

宇宙极早期的剧涨

 在为数众多的宇宙演化理论中,目前为大多数科学家所接受的就是热宇宙标准模型,即我们通常所说的大爆炸学说.大爆炸学说是建立在爱因斯坦的广义相对论和近代物理理论基础上的,它得到了与观察事实相符合的一系列结论,譬如:它可解释目前的宇宙处在膨胀之中和宇宙中氦的丰度等,并预言了宇宙中存在3K微波背景辐射(已于1965年由彭齐斯和威尔逊证实,他们俩为此荣获了1978年度的诺贝尔物理学奖金).但是,就像通常刚建立的物理理论一样,随着研究的进一步深入,科学家们发现了它的几个致命缺陷,这些缺陷可归纳为以下几点:一、视界问题.这是在解释可观察宇宙的大尺度均匀性时所遇到的问题.在微波背景辐射的研究中已证实宇宙有一个非常重要的特征量--宇宙等效温度,简称宇宙温度.根据微波背景辐射中已测出的辐射能量密度及其频率,再利用普朗克黑体辐射公式,就可知道当今的宇宙温度为2.7K;这说明了宇宙在大尺度范围内是处在热平衡之中的(否则就没有宇宙温度可言).但大爆炸理论诉告我们:在混沌初开时,宇宙是一个灼热的奇点.但随着爆炸过后,需要多长时间才能达到热平衡状态呢?     

浅谈太阳能的利用

 地球上的万物无不沐浴着太阳的光辉,生生息息,不断发展、进化。随着科学技术的进步,太阳奥秘不断被揭示,太阳辐射能的利用提上了日程。 太阳这个星体是如何向外辐射能量的呢? 首先,太阳是一个高温星体。现代物理研究的一种假说认为,在星体形成之前,宇宙物质处于弥散状态,由于引力作用逐渐集中到某凝集中心周围,从而形成了星体。 设在凝聚过程中太阳物质总势能由0→-V₀,由于能量守恒,总动能相应升高,体系的温度由原来的0（K）→T（K）。     

Schwarzschild-de Sitter黑洞的Hawking辐射

利用延拓Damour-Ruffini方法,研究Schwarzschild-de Sitter黑洞的Hawking辐射.在保持时空中总能量守恒的条件下,考虑辐射粒子对时空的反作用和黑洞事件视界与宇宙视界的相互关联后,得到黑洞辐射谱.此辐射不再是严格的纯热谱,与黑洞事件视界和宇宙视界对应Bekenstein-Hawking熵变有关,发现其结果仍然符合幺正性原理. 关键词： Damour-Ruffini方法 Hawking辐射 能量守恒     

“暗宇宙”之谜

 夜幕降临,星光灿烂,银河、星斗与皎洁的月光交辉相映,编织出美丽的夜空,这就是我们从小获得的知识:恒星、星云、星系……构成的浩瀚宇宙。然而,这只是个错觉,我们的宇宙实际上是“暗无天日”的,这就是2003年过去一年最新的科学成就:宇宙是黑暗的,或者说是个“暗宇宙”(请参阅封二精美彩图)。什么是暗宇宙?那是指组成宇宙的绝大多数物质和能量是不可见的,发光的物质和辐射只占宇宙物质的极小部分,这种不可见的物质和能量称为暗物质和暗能量。根据最新的测量,暗能量和暗物质合计占宇宙质量密度的96%,而我们熟知的恒星、星系等发光物质或重子物质仅仅只占4%。     

关于标量-张量理论中含物质及黑体辐射的宇宙解

各向同性的3°K黑体辐射的发现[1],支持了早期宇宙处于火球状态的演化理论,从而引起了讨论包含有物质及黑体辐射的宇宙模型的必要.初期的模型多限于物质及辐射间无相互作用的情况,在最近的一些工作中[2],通过物态方程唯象地引入了物质及辐射间的作用,即假定压力p与能量密度ρ之比在早期宇宙中近于1/3(类辐射状态),在现阶段宇宙中它近于零(类物质伏态).在这种近似下,他们根据Einstein的引力理论,给出了符合于观测的宇宙解. 这篇短文的目的是讨论标量-张量理论[3]中的相应问题.目前,无论关于太阳扁率的实验[4].或者关于行星反射雷达信号的实…     

普朗克卫星:揭开宇宙深层次的秘密

文章对宇宙微波背景辐射这一学科做了简单的介绍,并根据普朗克卫星2015年的主要宇宙学结果,重点阐述了测定宇宙学参数、测量引力透镜、测量B-模式极化及其与南极BICEP实验的关系、检验宇宙暴胀模型、检测暗能量模型,以及寻找"丢失的重子物质"等问题,并对观测宇宙学未来的发展进行了展望。     

高维de Sitter时空中宇宙视界处的Fermi子隧穿

运用半经典近似理论,本文研究了来自静态高维de Sitter时空和高维Schwarzschild-de Sitter时空宇宙视界处的Fermi子隧穿辐射.在文中,描述1/2自旋粒子行为的Dirac方程被简化为一个简单的形式,接着运用方程组有非平凡解的条件,可以得到了半经典的Hamilton-Jacobi方程,从而使得问题大大得以简化,最终得到了静态de Sitter时空中宇宙视界处的Fermi子隧穿率和Hawking温度.