狭义相对论的欧氏假定与暗宇宙的启示

本文分析爱因斯坦相对论中关于一类没有相对运动的惯性系中刚性量杆的欧氏假定，以及相对性原理与宇宙学问的不协调。简单介绍我国学者提出的德西特不变的相对论，以及由暗宇宙启示的马赫原理。该相对论提供一个加速膨胀的观测宇宙所渐近趋向的模型。这里，不存在相对性原理与宇宙学问的不协调，存在一类相对于宇宙背景静止的优越惯性系，3维宇宙空间是闭的，宇宙常数起到惯性运动起源的作用。同时，这个模型提供观测宇宙的熵界，与全息原理的猜测一致，当曲率半径趋于无限时，这类优越惯性系仍然存在，不完全是爱因斯坦狭义相对论。     

大亚湾中微子实验

中微子充斥于整个宇宙,可是它看不见、摸不着,很难找到它的踪迹。大亚湾中微子实验要测定的中微子混合角θ13,是自然界最基本的未知参数之一,其数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,并且与宇宙中"反物质消失之谜"有关。在我国广东省的大亚湾,坐落着世界上最大的核反应堆群,这里依山傍海,有利于屏蔽宇宙线、减小实验本底,是开展反应堆中微子实验极佳的地方。科学家在这里建设大亚湾中微子实验装置,建造隧道,研制和安装探测器,工程涉及大量     

宇宙演化与热寂说

在已成熟的宇宙演化理论的基础上,文章作者重新讨论了Clausius提出的热寂问题.宇宙演化指其组分和宏观面貌的变化.主要是微观结团和宏观结团.从物理原理上讲,这些结团过程是力学的,而不是热力学的.力学过程一定程度上破坏了原有的热平衡,热力学则倾向于恢复热平衡.所有已知的物理规律,包括热力学在内,都在宇宙演化中起着它应起的作用.作为后果,宇宙的熵在演化中一直是增加的.克劳修斯把热力学第二定律用于宇宙是正确的.可是他认为宇宙的熵会极大化并不正确.这是因为在演化过程中会出现组分粒子的退耦.     

宇宙演化与热寂说

在已成熟的宇宙演化理论的基础上,文章作者重新讨论了Clausius提出的热寂问题.宇宙演化指其组分和宏观面貌的变化.主要是微观结团和宏观结团.从物理原理上讲,这些结团过程是力学的,而不是热力学的.力学过程一定程度上破坏了原有的热平衡,热力学则倾向于恢复热平衡.所有已知的物理规律,包括热力学在内,都在宇宙演化中起着它应起的作用.作为后果,宇宙的熵在演化中一直是增加的.克劳修斯把热力学第二定律用于宇宙是正确的.可是他认为宇宙的熵会极大化并不正确.这是因为在演化过程中会出现组分粒子的退耦.     

光的概念与本质

光是人类最早从宇宙感受到的实惠.光学是物理学研究中最古老分支之一.对光的本质认知的最大挑战应该是光是否遵循“熵”增原理.     

“宇宙与生命”系列讲座之一——万物之图

2002年,我在中国科学院研究生院开设了一门面向全院的公共选修新课程——“宇宙与生命”。该课本来是为了介绍一些有关宇宙与生命的基础知识和精美图片,但是数年来许多同学的提问和与我的讨论,促使我思考了更广泛和更深层次的一些问题：宇宙为何如此？宇宙与生命之间的关系是什么？我们的宇宙特殊吗？当今前沿科学怎么认识我们的宇宙和其中的生命？开课6年以来,该课深受同学们的欢迎。通过数年的备课、教学和思考,除了解到科学界对这些问题的激烈争论外,还感觉到我自己也产生了一些比较独特的看法。应《现代物理知识》的邀请,我特地对该课和我的一些独特看法加以总结,为该杂志写几篇介绍文章,以便抛砖引玉,启发读者获得更深入的见解。以下是我的各篇文章标题：万物之图,万物之数,宇宙之大,生命之难,调控万物,核之精细,质量的生成,宇宙的格局、演变与未来,从弦与膜的世界到我们的宇宙——未解之谜,我们宇宙的中心角色——高级生命。     

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。     

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…     

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.     

间接测量天体物理S因子的特洛伊木马方法

天体环境下的核反应速率是各种关于天体核合成理论模型所需的输入量,对于了解天体核合成过程,以及宇宙的演化很重要。但是在天体温度下,核反应是在很低的能量上发生的。由于库仑位垒的作用,反应截面非常低,直接测量很难进行。通过测量合适的三体反应截面,特洛伊木马方法提供了一种提取感兴趣的低能两体反应截面的方法;而且,采用一系列近似可得到便于计算的理论公式。本文介绍特洛伊木马方法的原理及其在天体核反应中的应用。     

Physics World选出2013年度的10项突破性进展

<正>Physics World选出2013年度的10项突破性进展,名列第一的是"冰立方南极中微子观测站"首次对高能宇宙中微子进行的观测。受到强烈推荐的还有其他9项,覆盖了从核物理到纳米技术领域。1宇宙中微子观测为了探测宇宙中微子,研究人员在南极的冰下很深的地方建立了巨大的探测器。在那样遥远而恶劣的环境中,冰立方南极中微子观测站的人员克服了各种困难,发现了来自远离太阳系的极高能量的中微子。探测中微子是极其困难的,冰立方使用体积为1立方公里的巨大     

μ子寿命测量实验

根据粒子的平均寿命测量原理,采用大面积塑料闪烁探测器和可编程逻辑器件设计了宇宙线μ子寿命测量的实验教学装置,使用该装置可实现对宇宙μ子寿命的直接测量.通过该实验,可使学生对高能物理理论、高能粒子探测器、高能粒子探测技术和数据获取、处理有整体的理解和认识.本文从实验教学内容和教学方法上对μ子寿命测量实验进行了探讨.     

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。     

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。     

宇宙是无限和有限的统一

本文通过人类对宇宙认识的发展,阐明:1)宇宙在空间上是无限的,但无限不能脱离有限孤立存在。无限和有限是对立的统一,有限转化为无限,无限转化为有限。历史上形形色色的宇宙无限论和有限论,从牛顿的经典宇宙模型到现代宇宙学,都不能正确认识有限和无限的辩证法,结果都走上了形而上学和唯心论。2)宇宙在时间上也是无限的。宇宙万物不断发展,宇宙总体无始无终,宇宙不动论是错误的,人类对宇宙的认识发展深刻阐明:宇宙是绝对无限和相对有限的对立统一。     

哈勃常数危机

哈勃常数定量刻画了当前宇宙的膨胀速率,精确测定哈勃常数是现代宇宙学的一个重要科学问题.近年来,哈勃常数的局域直接测量值与全局模型拟合值之间出现了越来越严重的偏差,其中局域直接测量值来自于晚期宇宙的局域距离阶梯测量结果,而全局模型拟合值来自于早期宇宙的微波背景辐射对宇宙学标准模型的观测限制.如果该偏差不是由其中任何一种观测手段的观测误差和系统误差所致,那么很有可能意味着存在超出宇宙学标准模型的新物理.本文从观测和模型两方面简述该哈勃常数危机问题,并结合作者近年来对此问题的研究从观测和模型两方面进行展望.     

宇宙常数的Bulk流形的起源

关于宇宙常数问题是个至今没有解决的问题, 它的来源至今还没有一个共识. 从额外维的流形出发, 给出了宇宙常数的,bulk,流形起源的理论, 得到了不同情况下宇宙常数的取值和宇宙常数随时间演化的函数, 并且得到了可拟合现代天文观测的宇宙常数.     

爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量

综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系．     

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?...     

弱引力透镜成为精确的巡天科学

正对暗能量巡天(DES)第一年数据的分析显示:利用弱引力透镜效应限制宇宙学参数的精度可与微波背景辐射观测相媲美。基于广义相对论,科学家经过几十年的努力成功地建立了宇宙学模型,即宇宙学常数Λ非零的冷暗物质(ΛCDM)模型。该模型解释了宇宙演化的方方面面,从原初均匀的等离子体到我们如今看到的行星、恒星和星系这一不均匀宇宙。不幸的是,ΛCDM模型与粒子物理标准模型有冲突,后者无法解释ΛCDM宇宙中的两个重要成分:约