为什么宇宙学常数如此之小

1916年,爱因斯坦给出广义相对论场方程 其中R,g和丁分别是曲率、度规和能量-动量 张量,G是牛顿引力常数.然而,此方程不存在 静态宇宙解.在当时,宇宙的哈勃膨胀尚未被 观测到,爱因斯坦更倾向宇宙的静态模型.因 此,他在场方程左边又加上一项gμνλ,并把新引 入的未定参数L称为宇宙学常数.若λ为正,相 当于引入一等效于排斥力的项,它和引力的吸 引相抵消,使得有可能存在静态宇学解.当 星系红移测量表明宇宙并非静态之后,爱因斯 坦曾给韦尔写信说,如果字宙并非静态就去掉 宇宙学项. 可是,从现代量子场论看来,宇宙项很难去 掉.实际上,在场方程…     

亚历山大·弗里德曼和现代宇宙学的起源

1925年英年早逝的弗里德曼堪称大爆炸宇宙学之父．然而,他杰出的贡献常常被误解和低估． 90年前,俄罗斯物理学家弗里德曼（1888—1925）首次阐述了爱因斯坦的广义相对论存在非静态的解．他发现这些解可以描述宇宙的膨胀、收缩、坍缩,甚至可能从奇点中诞生．     

量子纠缠与宇宙学弗里德曼方程

量子纠缠作为量子信息理论中最核心的部分,代表量子态一种内在的特性,是微观物质的一种根本的性质,它是以非定域的形式存在于多子量子系统中的一种神奇的物理现象.熵也是量子信息理论的重要概念之一,纠缠熵作为量子信息的一个测度已经成为一种重要的理论工具,为物理学中的各类课题提供了新的研究方法.本文主要考虑量子纠缠的宇宙学应用,试图更好地从纠缠的角度来理解宇宙动力学.本文研究了量子信息理论的概念和宇宙学之间的深层联系,利用费米正则坐标和共形费米坐标构建了弗里德曼- 勒梅特-罗伯逊-沃尔克宇宙学弗里德曼方程和纠缠之间的联系.假设小测地球（a geodesic ball）的纠缠熵在给定体积下是最大的,可以从量子纠缠第一定律推导出弗里德曼方程.研究表明引力与量子纠缠之间存在着某种深刻的联系,这种联系对引力场方程的解是成立的.     

勒梅特（Lemaitre，Abbe Georges Edouard 1894-1966）比利时天文学家（Astronomer，Belgium）

比利时天文学家勒梅特（他又是一位天主教神职人员），1927年独立地求出爱因斯坦方程的弗里德曼（前苏联数学家，曾提出引力场方程的各向同性通解，称弗里德曼宇宙模型）解。他的文章发表在一家不知名的比利时杂志上，他设想，宇宙早期处于极端稠密的状态，现在宇宙中的全部物质集中在一个大约只有太阳30倍大的球里，他把这个球称为“原初原子”，像一个巨大的原子核，宇宙起源于这个“原初原子”的爆炸。他的学说比较粗糙，是后来的大爆炸宇宙学说的先河。     

哈勃及其科学成就

美国天文学家哈勃（图1）在星系研究领域做出了一系列杰出的贡献。他确定了我们所处的银河系以外还存在河外星系,并证明了宇宙处于不断的膨胀之中,这使爱因斯坦修改了他的宇宙学方程,最终引出了关于宇宙起源的“大爆炸”理论。从1929年哈勃发现星系的红移现象到现在已经整整80周年了,它的建立使天文学成为理论与观察空前统一的现代科学,因此撰此文以纪念之。     

科学家们在星系团的尺度上证实了红移效应

 检验引力现象很简单：通过二楼的窗子走出去(禁止付诸实践),看看会发生什么！但是要想检验爱因斯坦的引力理论--广义相对论,难度就要大得多。该理论的内容是：一个物体的引力会使其周围的空间和时间扭曲。尽管研究人员在太阳系的尺度上证明了广义相对论,但是在整个宇宙的尺度上验证该理论是更具挑战性的。
哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的拉德克·沃杰塔克(Radek Wojtak)带领一组研究人员着手检验广义相对论的一个经典预测：光在逃离引力场的时候会损失能量,引力场越强,光损失的能量就越多。结果,从一个星系团中心散发出来的光子应该比星系团边缘的光子损失的能量更多,因为星系团中心区的引力最强。星系团是包含了成千上万个星系的大型天体系统。因此在波长上,来自星系团中心的光比来自边缘的光更长,移向光谱的红端。这个效应被称为引力红移现象。
沃杰塔克及同事知道,测量单个星系内的引力红移会很困难,因为星系内引力红移效应非常小,而且需要将这种红移效应跟个体星系的轨道速度以及宇宙膨胀造成的红移效应分离开来。研究人员从斯隆数字巡天计划中搜集了8000 个星系团的数据,他们通过平均这些数据处理了这个问题。“这样做是希望通过研究星系团中星系之间的红移分布特点来发现引力红移效应,而不是分别查看各个星系的红移效应,”沃杰塔克解释说。
果然,研究人员发现正像广义相对论预测的那样,星系团中的光发生了红移,而且与到星系团中心的距离成比例。“我们可以测量出星系之间红移效应的微小差别,可以看得出来自星系团中心区星系的光不得不爬出那里的引力场,而来自边缘星系中的光可以较为轻松地散发出来,”沃杰塔克说。2011 年9 月28 日,这些发现发布在《自然》(Nature)杂志在线版上。
除了证实广义相对论之外,这些研究结果也有力地说明了拉姆达冷暗物质宇宙模型。这个已经流行于世的宇宙学模型表明宇宙的大部分是由不可见物质构成的,这种物质与构成恒星和行星的普通物质不发生相互作用。这项检验结果也支持暗能量的存在,暗能量是似乎正在使宇宙膨胀的一种神秘力量。     

试论弗里德曼对演化宇宙学的贡献

从历史角度，依据史实论述了本世纪２０年代初前苏联数学家弗里德曼在爱因斯坦广义相对论的基础上，建立时空为动态的宇宙模型，提出宇宙不稳膨胀的理论，发展并完善了相对论对宇宙的解释，以及对现代演化宇宙学作出的重要贡献。     

量子引力和弦论在中国

直到20世纪60年代,爱因斯坦的广义相对论一直是理论物理中理论色彩最浓的一个分支,那时广义相对论的主要实验验证是水星近日点进动、太阳引力场中的光线弯曲、引力红移。直到宇宙学和涉及强引力场的一些天体物理问题成为实验观测对象后,广义相对论才成为和其他物理理论（如粒子物理）类似的学科。与此同时,人们开始尝试将引力和量子力学结合起来,这就是著名的量子引力或引力量子化问题。     

《相对论、宇宙与时空》连载⑤——爱因斯坦与狭义相对论(下)

4 广义相对论的实验验证 爱因斯坦发表广义相对论的时候,求出了场方程的一些近似解.他提出了3个检验广义相对论的实验:1)引力红移;2)轨道进动;3)光线偏折[1,2,4-17].     

诱导引力中的虫洞解

诱导引力与爱因斯坦引力难以用目前的实验来区分。本文在研究诱导引力的量子宇宙学时,发现在希格斯场φ的真空期待值附近,即使无任何其它物质场存在,也存在一个虫洞解,而这种解是无法从真空经典爱因斯坦引力理论中得到的。 关键词：     

[306-730⑨]斥力在宇宙学中的应用

 自从爱因斯坦提出宇宙斥力之后,在宇宙学中开辟了对斥力的研究。本书给出斥力的计算公式和斥力常数的数值。应用斥力建立起后星系宇宙模型,从而解释了类星体的高红移;计算出类星体哈勃图中的拟合曲线,并且预言类星体的红移值不大于8。     

非奇异宇宙的理想气体自相似模型

通过引力作用下理想气体运动连续性方程的无量纲化,根据量纲理论Π定理,以尺度因子R(t)为物理量统一度量基准,发现了引力作用下理想气体宇宙模型的自相似性和一系列R(t)的解析解.基于R(t),可建立对应的、具有非欧氏几何特性的均匀膨胀时空坐标系S(t,ξ,θ,φ),并获得一个密度ρ为常数、速度u为零、压强p不为零的理想气体宇宙解.在这个解的形式中,光子红移量z所表现的是光子传播距离r,当红移量z较小时两者成正比(即哈勃定律).由均匀膨胀坐标系还可推导出Robertson-Walker度规(k= 关键词： 宇宙 自相似 哈勃定律     

黑洞及其视界附近的物理规律

 人类对黑洞的认识过程在1796年,法国天文学家拉普拉斯在他的著作《宇宙体系论》中就预言:如果它引力足够强,光速也不足以成为逃逸速度的话,我们可能会看不见它。宇宙中最大的天体可能是完全看不见的,这种观点是建立在牛顿引力理论基础上的,当时没有任何办法能够验证他的想法。直到100年后,爱因斯坦发表了广义相对论,它在基本概念上与牛顿引力理论完全不同。在广义相对论中,空间和时间构成了一个四维时空,时空的几何性质与物质,通过爱因斯坦引力方程联系起来,物质是引力的源,也决定了时空的弯曲。广义相对论发表后不久,德国天文学家史瓦西立即对球对称的情况求出了爱因斯坦引力方程的解。     

诱导引力理论中的Baby宇宙

本文讨论诱导引力理论中Baby宇宙的量子效应.我们证明了在诱导引力理论中Baby-Parent宇宙相互作用是非定域的,并论证了在低能极限下诱导的宇宙学常数为零.这一论证并不依赖于诱导势的细节.     

测量哈勃常数

天体退行速度与到我们距离之比这一宇宙学基本参数,或许蕴含着有关宇宙的年龄、组成和结构的信息。2011年爆发了一场充满激情的辩论:宇宙膨胀的发现应该归功于谁?背景如下。截止1922年2月美国天文学家斯莱弗已测得了41个星系的红移。1924年,瑞典天文学家伦德马克提供了宇宙膨胀的初步定性证据。然而,他的结果并无太大分量,因为他引入了所有星系直径相同这一并不太靠谱的假设。     

诱导引力理论中宇宙场的三次量子化

诱导引力与爱因斯坦引力难以用目前的实验来区分.在研究诱导引力的宇宙量子场论时,通过对宇宙场的三次量子化,发现在希格斯场的真空期待值附近,即使无任何其它物质场存在,宇宙也可以从“无”(nothing)通过量子隧道过程而创生,其创生宇宙遵从Planck分布.但这种从无到有的宇宙创生过程是无法从真空经典爱因斯坦引力理论中得到的. 关键词：     

现代宇宙学简史

 自爱因斯坦发表广义相对论以来已有一百年,该引力理论得到了广泛验证也推动了基础物理的蓬勃发展。现代宇宙学正是爱因斯坦引力理论下发展极为成功的一门学科。本文旨在回顾现代宇宙学的发展简史,详细阐述研究现状和所取得的一系列科学成就,并对它的未来发展做一个展望。     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速     

熵力:对引力的新阐释

人人都感受到引力的存在,但要阐明引力究竟是什么却非易事.虽然引力已被牛顿和爱因斯坦先后发现的定律成功地描述,但我们仍不清楚宇宙的基本性质是如何结合起来产生所观察到的现象的.现在,荷兰阿姆斯丹大学的理论物理学家弗林     

开拓对宇宙认识的新天地

目前的宇宙大爆炸理论认为,我们的宇宙诞生于137.7亿年前的一次爆炸.1922年Friedmann在证明Einstein提出的广义相对论中的引力场方程时,解出了此方程的非静态解,认为宇宙是膨胀的,1929年Hubble通过他的观测结果也证明了宇宙在膨胀,这一观点才得到天文学界的承认.1930年后的时间里,稳恒态宇宙模型与热大爆炸宇宙模型成为天文学界的主流观点,1965年宇宙微波背景辐射的发现,彻底结束了这场争论,Gamow,Alpher及Herman提出的热大爆炸宇宙模型也成为近代宇宙学的标准模型.随着理论的完善和观测仪器精密度的提高,大爆炸宇宙模型也面临着更多的挑战.