前言：中文期刊网精心挑选了宇宙加速膨胀范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
宇宙加速膨胀范文1
关键词 宇宙起源；太初世界；始粒子；爆炸；大膨胀
中图分类号P15 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）68-0098-02
0 引言
宇宙是空间、时间、物质和能量构成的统一体，它从何而来，有多大，如何演化，求知的欲望迫使人类在不停地探索。从古代的神话传说到地心说、日心说和著名物理学家勒梅特、伽莫夫提出的宇宙大爆炸理论。人类对宇宙的认识越来越深刻，特别是近百年来，随着科学技术的进步，通过望远镜我们可以看到100多亿光年的天体，看到数千亿的星系，能从更深的领域、层次和科学的角度去探索宇宙的奥秘。目前，大多数的人都同意宇宙大爆炸理论，但仍存在很多让人迷惑的地方，如奇点的产生和大爆炸，反物质是什么，暗物质和暗能量之秘等。宇宙大膨胀假设是宇宙起源的另一种解释，该假设对宇宙的诞生、宇宙加速膨胀等提出了不同的观点，为我们探索宇宙打开了一扇新的窗子。
1 宇宙的起源
宇宙大膨胀假设认为在宇宙诞生之前是太初世界，太初世界无限大，空无一物，没有物质、没有能量、没有光、没有温度、没有时间，是一切都为零的世界。由于太初世界什么也没有，要讨论太初世界空间有多大，存在多长时间是无意义的，如果真要定个大小和时间，那就是无限大和无穷长。我们的宇宙将在太初世界中诞生。
宇宙的诞生开始于在太初世界出现了物质，物质的产生经过了漫长的等待，是在偶然情况下出现的，这虽然是一个偶然事件，但是从太初世界存在时间的无穷长和空间上的无限大来看，物质的出现是必然的。由于在太初世界要产生物质是非常困难的，因此最初产生的物质结构非常简单和弱小，它的大小可能只有一个粒子大，或者比粒子还要小，所拥用的能量也非常的微弱。可把它叫做始粒子，始粒子的出现是宇宙从无到有的开端。
始粒子虽然很微小，但对于一切为零的太初世界，再小也是无限的大，它在太初世界中不可能平静的存在，它出现后随即在太初世界发生激烈反应而发生爆炸。始粒子在太初世界的爆炸和目前已知的爆炸完全不同，爆炸将始粒子撕裂，分裂成多种物质，物质有正物质和反物质，正反物质产生后不是简单的相互湮灭，而是向四周扩散，这些物质进入太初世界，发生新的爆炸，产生更多的物质。物质进入到太初世界再发生爆炸，爆炸产生更多的物质进入太初世界而引发了连续不断的爆炸并产生更多的物质。每次爆炸后，未进入太初世界而进入宇宙空间的物质间发生着相互作用和变化，随着温度的降低，形成能量、氢元素氦元素等，随着温度的进一步下降，演化形成恒星，再经过一系列的演化，从而组成星系。爆炸从宇宙诞生时一直在持续着，经过了上百亿年，目前我们的宇宙边缘仍在爆炸，宇宙在永不停息地爆炸和膨胀，产生更多的物质，形成无数的星系，现在宇宙已形成了上千亿的星系。
2 膨胀中的宇宙
大膨胀假设认为宇宙加速膨胀的原因是是物质进入太初世界引发连续爆炸，经过无数次爆炸的加速使宇宙加速膨胀，没有暗能量的存在。
始粒子的爆炸产生了第一批的新物质，这批新物质以始粒子所在位置为球心向外运动并爆炸，宇宙从一开始就在膨胀。而后，连续的爆炸形成大量物质向各个方向扩散，向外扩散进入太初世界的物质在爆炸的作用下加速运动并引发下一次的爆炸，每一次爆炸都使向外运动的物质加速，从而使宇宙在不断加速膨胀，膨胀的速度有可能会超过光速。
而每一次爆炸后向内进入宇宙世界的物质组成了宇宙中的物质。因为爆炸是在向外加速运动中发生的，所以这些物质也在向外加速膨胀，但膨胀的速度低于宇宙膨胀的速度。
根据科学家的研究，另外一个影响宇宙膨胀速度的是重力，它会减低宇宙的膨胀速度。早期宇宙形成的物质受重力影响时间长，膨胀速度慢一些，而在宇宙后期形成的物质受重力影响时间短，膨胀速度相对要快一些。
3 宇宙的物质
始粒子出现后，随着不断的爆炸，宇宙有了物质、能量、空间、温度和时间等。同时宇宙空间在不断的膨胀增大，时间经过了上百亿年。物质的数量在增加并通过相互作用在发生演化。
在持续的爆炸中产生的物质和能量在宇宙中相互作用，有的相互湮灭，有的生成质子、电子、中子等一些基本粒子形态的物质。而后随着温暖降低，中子与质子结合形成最简单的氢元素和氦元素，氢元素和氦元素目前是占宇宙物质总量的99%以上。其它化学元素的形成是通过恒星不同演化的八个阶段而合成的，即霍伊尔和伯比奇夫妇、福勒四人提出的B2FH理论。化学元素生成之后，随着温度的进一步降低，气态物质逐渐凝聚成气云，而后逐渐形成各种各样的恒星体系。
从始粒子出现后，宇宙以始粒子所在位置为球心向外连续爆炸并膨胀，空间不断扩大。由于爆炸是连续性的，早期爆炸生成的物质演化成大量星系，而后期爆炸生成的物质由于距爆炸后时间较短，物质间相互作用的时间短，还处在星系形成的早期，尚未形成星体或者是数量稀少。如果把宇宙看成一个气球，这个气球在膨胀，气球的中心星体较多，由中心向外星体越来越少，因此从观测中发现宇宙深处星体较为稀少。
4 宇宙大膨胀的证据
宇宙大膨胀的最直接的证据是能观测到宇宙边缘物质在太初世界的爆炸。但由于宇宙膨胀的速度太快，可能超过光速，在膨胀速度大于等于光速的情况下，在任何天体上都不可能观测到物质在太初世界爆炸的图像，而要在实验室模拟太初世界环境，制造爆炸，目前还做不到。这样宇宙大膨胀的只能通过观测的证据来证明。
哈勃定律是著名天文学家哈勃经过多年观测得出的定律，是指河外星系的视向退行速度与距离成正比，即距离越远，远离我们的速度越快，宇宙在加速膨胀。大膨胀假设认为这是因为宇宙在连续爆炸和加速的膨胀过程中，物质不断加速运动导致距离越远的恒星远离的速度越快。
宇宙微波背景辐射是两位美国科学家彭齐亚斯和威尔逊发现的宇宙背景辐射，这是一种充满整个宇宙、来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射，温度为3K。宇宙大膨胀假设认为微波背景辐射是宇宙物质在太初世界发生连续爆炸后遗留的。物质进入太初世界发生的爆炸具有相同属性，每次爆炸都产生相同的温度，从而在观测中发现宇宙微波背景辐射。近来的测量表明，背景微波辐射在宇宙中有0.1%的变化。这是由于宇宙空间太大，爆炸虽然属性相同，但因爆炸的时间和区域的不同产生了一定强弱。另外在宇宙的演化过程中微波辐射也会受到波动，这就有了背景微波辐射在宇宙中有0.1%的变化。还有科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现，其温度确实比现在的宇宙温度要高，背景温度约为-263. 89℃，比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。宇宙大膨胀假设认为这是因为爆炸是连续性的，早爆炸的区域温度下降经过了很长时间，降到了低点，后爆炸的区域由于时间短，温度还没降到低点，温度相对较高。
目前科学家的研究发现宇宙中的元素氢和氦占据了99.99%。宇宙大膨胀假设认为这是物质在太初世界中发生连续的爆炸，每一次的爆炸强度和性质是相同的，所生成的物质、温度相同，经过一系列的反应最终形成氢和氦。而更重的碳、氧、硅、铁等元素是在恒星的演变过成中合成的。
5 结论
宇宙大膨胀假设是在大爆炸理论基础上设想出来的，它们的共同之处在于宇宙不是稳恒态的，由非常小的尺寸爆炸膨胀而成的，爆炸产生了物质、能量、空间、时间、温度等，目前宇宙仍在加速膨胀中。不同之处主要在于大爆炸理论认为宇宙是密度极大、温度极高的奇点爆炸而诞生，爆炸时间非常长，目前宇宙仍在爆炸的过程中。大膨胀假设认为宇宙由非常微弱的始粒子出现后引发爆炸而诞生，爆炸由中心向外连续发生，每一次爆炸时间很短，爆炸的位置在宇宙边缘物质与太初世界交汇处，经过膨胀到达今天的状态。
宇宙大膨胀是宇宙起源的另一种假设，对宇宙起源的提出了新的解释，特别是始粒子的提出相比大爆炸理论的奇点让人更容易理解。但是此假设还存在很多问题和疑问，如物质在太初世界如何爆炸、宇宙如何膨胀、暗物质之秘、宇宙的未来等需要我们进一步的深入探索。
参考文献
[1]史蒂芬·霍金著.果壳中的宇宙[M].吴忠超，译.湖南：湖南科学技术出版社，2008.
宇宙加速膨胀范文2
天文工作者首先发现银河系以外的星系离我们愈远，其红移值愈大。根据我们对声波多普勒现象的认识，人们便自然联想到星系是否在飞离我们，而且离我们愈远的星系其飞离的速度也愈大。问题的推演到此并没有结束，如果所有的星系现在都在飞离我们，那么在一个久远的过去，这些星系是否应该聚集到一个点？于是，我们的宇宙是由一个点经过一次大爆炸，随后又不断膨胀而产生的观点便这样顺理成章地出现了。之后天文学领域中若干新的观测结果，如宇宙背景辐射等更进一步证实了大爆炸宇宙学观点。但是，事实真的如大爆炸宇宙学理论所解释的那样吗？笔者的回答则是完全否定的。
其一，宇宙空间不可能发生膨胀。
既然宇宙是由所谓大爆炸产生的，人们首先就会提出这样的问题：宇宙空间真的能够膨胀吗？为了回答这个问题，我们不妨先搞清楚什么是人们所说的宇宙空间。大家知道，科学的时空观认为，空间和时间一样，都是运动物质存在的一种基本形式，而所谓空间则是指运动物质的广延性。但由于物质在真实三维空间中运动的无限性，决定了运动物质的广延性也必然是无限的。这似乎可以与现在人们认为物质引力所及范围是无限的相类似（虽然物质引力传输的距离未必是无限的），所不同的是空间仅仅是运动物质的一种存在形式，而存在形式的范围所及是不需要任何传播过程的。也就是说，只要有物质的存在，空间也必然同时存在。但引力的传输则必须依靠物质的引力子，其传播速度也必将受到光速的限制。由此，我们就不难得到一个明确的结论：宇宙空间与物质是同时存在的，本来就是无限的，因此也根本不存在所谓空间膨胀这一大爆炸理论所设定的命题。
不仅如此，我们还可以从另一个角度来证明空间并未发生所谓的大爆炸。按照大爆炸理论，离我们愈远的空间飞离我们的速度也愈快（而且还在加速）。当然，被该空间携带的星系飞离我们的速度也愈快。而根据狭义相对论，当星系飞离的速度愈接近光速，则其质量也就愈大。计算表明，当星系相对地球的 速度为0.9倍光速时，该星系的质量为其静止质量的约2.3倍；当速度增加到0.999倍光速时，该星系的质量则激增至其静止质量的22.4倍。显然，其速度趋近光速，则其质量趋于无穷大。现今，按照大爆炸理论给出的最新哈勃常数和宇宙半径计算，飞离我们最快的星系速度即使达不到超光速至少也应该无限接近光速了。在这种情况下，星系在数十万倍增加的物质引力的作用下，最终引发星系剧烈塌缩并生成黑洞则是完全可以预期的。当然，这样的黑洞我们很难观测到。但就银河系内相对足够遥远的星系来说，其飞离速度也应该趋于光速，因此银河系的质量也理应趋于无穷大。但是，实际情况并非如此，我们周围的一切都很正常。我们总不能设想，我们面前的任何一个物体，其实际静止质量真的趋于无穷小吧？
现实的状况与大爆炸理论的逻辑结果为什么会有如此大的差别呢？最简单的答案是：要么是狭义相对论出了问题，要么就是并不存在所谓宇宙空间的膨胀，更不要说什么近（超）光速的膨胀了。
大爆炸理论的支持者也考虑到了这种情况，于是他们坚持说，星系只是被空间携带着，而相对于空间并没有运动，因此也就不会发生所谓狭义相对论的问题。笔者认为，这其实是一种自欺欺人的说法。设想在一条加速流动的河水中，上下游A、B两点分别有一条无动力小船在漂流着。一般来讲，小船相对于船底的水流并无相对运动，但毋庸置疑的是，A、B两点的水流是有相对速度的。因此，无论将坐标系原点选在哪里，两条船间有相对速度也是不可否认的。当这两个点水流的相对速度超过光速时，两条船的相对速度必定也会超过光速。
其二，宇宙空间的驱动源是什么？
退一步说，如果空间真的可能膨胀，那由此会产生更多的问题。人们首先要问的就是：空间是因什么力量膨胀的？
据说，宇宙的大爆炸经历了两个主要阶段：其一是自旋为零的标量场（也就是所谓的暴胀子）造就了普朗克尺度宇宙（简称微宇宙）的暴胀；其二则是由所谓暗能量驱动宇宙空间发生了后来的热大爆炸。
根据大爆炸理论，从宇宙大爆炸开始后的1E-36秒～1E-34秒，微宇宙以指数增长的速率急剧膨胀。在这极短的一瞬间，微宇宙竟由一个极小尺度的球（他们给出的数据相差极大，从1E-33厘米到3E-25厘米）胀大到几毫米甚至10厘米的大小，其膨胀速度竟达到几亿亿亿倍光速。这就是有名的暴胀理论，它认为暴胀的基本动力源就是标量场的再次量子涨落。“当宇宙仍如普朗克长度那么大时，如果给它一个猛烈的向外推动（其作用犹如反引力），就会促使微宇宙发生暴胀。”（《大宇宙百科全书》。）而这个“猛烈的向外推动”正是由于标量场的再次量子涨落才得以实现的。
但是，人们要问的是，这些自旋为零的标量场是从哪里来的？事实上，即使量子理论，其基本粒子的标准模型中也没有大爆炸理论所需要的标量场，即由自旋为零的介子所构成的场。该理论的标准看法是，在暴胀前的大统一时期，存在着大统一的原始力。而按照大爆炸理论，那些构成自旋为零的介子的夸克，也只是在所谓的暴胀中才被生成的。当然在暴胀之前，由这类自旋为零的介子构成的所谓标量场也不可能存在。不过也有人说，暴胀前还存在着自旋为零的希格斯粒子（或希格斯场）。很多人认为，现有已知的60余种基本粒子中，有质量的粒子其质量都是从希格斯场中获得的。但遗憾的是：①认为希格斯粒子必定存在的希格斯本人，却并没有赋予希格斯场推动宇宙空间急剧暴胀的特殊功能；②标量场即使存在，但它又是如何以“猛烈的向外推动”来推动空间以极其巨大的超光速暴胀的。显然，在大爆炸理论中对于空间如何暴胀（包括后来所谓的热大爆炸）的机制，从来没有做出过任何解释或是猜测。
再说暗能量。对于大爆炸理论来说，这无疑是一种极为重要的促使宇宙空间继续膨胀的斥力源。但是，大爆炸理论对在宇宙大爆炸中物质如何产生进行了十分详尽的描述，但时至今日，却没有对暗能量（包括暗物质）是如何生成的做过任何说明或是猜测。也就是说，在他们创生的宇宙中，原本就没有暗能量和暗物质的地位，只是后来因为该理论的需要才提出这个所谓的暗能量（及暗物质）问题。
大爆炸理论认为，在热大爆炸的初期，暗能量的斥力远不如物质引力强，所以这时的宇宙空间只能依靠暴胀的余威在做减速膨胀。只是在宇宙空间的尺度大到足够程度时（宇宙半径三四十亿光年），宇宙空间会因为暗能量斥力逐渐超过物质引力开始由减速膨胀转为加速膨胀。这里就出现了一个奇怪的问题：暗能量在宇宙诞生之初其能量密度显然就低于物质的引力能密度。因此，随着空间的膨胀，二者的能量密度理应随之同时降低，仍然保持引力能密度大于暗能量密度的状态。但是，为了实现宇宙空间的加速膨胀，大爆炸理论却告诉我们在引力能密度下降的同时，暗能量密度却始终精确地保持为一个常值。
事实真的是这样吗？首先让我们听听大爆炸理论是如何解释这个问题的吧！解释一，他们认为新膨胀出来的空间本身就包含着能量，即所谓的真空能（零点能）或暗能量，而且膨胀出来的单位空间中所含的暗能量又与原单位空间含有的暗能量精确相等。因为只有满足这个条件，才可能保证暗能量的能量密度不随宇宙空间膨胀稀释而始终保持一个恒定值。但这种解释又意味着什么呢？其一，能量可以无中生有，或者说能量守恒定律在这里已经完全失效；其二，新膨胀出来的空间中还必须只创生出暗能量，而不能同时创生出物质。因为物质如果与暗能量同步等量创生，则暗能量斥力就永远无法战胜物质引力了。解释二，有一段奇文很能代表大爆炸理论中的另一种观点：“真空能量的张力很强，因此它会紧抓着空间，不让宇宙扩张。换句话说，和辐射相反，宇宙扩张会将能量传给真空能量，让它的张力越来越强。虽然真空能量会因宇宙扩张被稀释，但其张力却增强。这两种效应抵消之下，产生了一个特异的结果：常数的能量密度维持定值，不受宇宙扩张影响！”（《比光速还快》。）
现在，我们就试着对这段奇一点分析。第一，文章开宗明义地指出，真空能量的张力很强，会“不让宇宙扩张”，接着又明确告诉我们“宇宙扩张会将能量传给真空能量，让它的张力越来越强”。这就是说原来驱动宇宙空间膨胀的真空能量，在这里反倒成了不让空间膨胀的阻力。第二，阻止空间膨胀的张力增强了，而暗能量的能量密度又稀释了，宇宙空间将如何完成由减速膨胀到加速膨胀的转换呢？原文认为，张力增强和暗能量稀释这两种效应竟然会相互抵消，保持能量密度维持定值不变。但是，与宇宙半径的立方成反比关系的能量密度是一个标量，而张力则是与宇宙半径成正比的一个矢量。更何况，暗能量密度稀释和张力增强都会阻止空间膨胀，二者又怎么可能相互抵消并保持暗能量的能量密度不变呢？第三，该理论认为宇宙扩张会将能量传给真空能量，这更是一种毫无根据的说法。根据能量守恒定律，真空能量只能在驱动宇宙空间膨胀的过程中不断被消耗。但原文说宇宙空间会反过来将能量又传给真空能量，这恐怕就如同说火箭推进剂燃烧推动火箭运动，而火箭运动又会将能量传给燃烧着的推进剂一样不可思议。在大爆炸理论中，宇宙的膨胀竟然变成了现代版的永动机系统！
其三，宇宙空间是如何膨胀的？
再退一步讲，我们姑且承认上述空间膨胀驱动源真的存在。那么，驱动源又是如何驱动空间膨胀甚至暴胀的呢？对此问题可能有两种答案：①如科学时空观所描述的那样，物质的运动决定了空间运动，因此是零旋粒子或暴胀子猛烈地向外运动产生了对空间的推动，但粒子本身的速度是受到光速限制的，因此无论粒子如何涨落，暴胀的速度都不可能超过光速。因此说空间的膨胀速度可以不受光速的限制，显然是没有任何根据的。②量子涨落本身就是一种巨大的能量或能量场存储着的一种势能。但遗憾的是，所谓空间只是物质客体存在的广延性，或是运动着的物质存在形式的一种。试问，量子涨落或存储的势能怎么可能去猛烈向外推动物质的广延性或物质的存在形式呢？这就好比一个点亮的灯泡，将灯泡视为物质，其光辐射视为广延性。当我们移动灯泡时，光辐射会随着移动。但我们不可能去移动光辐射，更不能用移动光辐射的办法去移动灯泡。
根据相关的引力理论计算，所谓大爆炸产生的宇宙始终是一个强引力场。暴胀后，宇宙中的全部物质已经生成（其实有观点认为，暴胀前就已经存在诸如磁单极子、X玻色子之类的物质粒子），其引力半径也就被确定（约1.5亿光年）。而引力半径与系统最大尺度范围之比我们称为系数K，常被用来表示系统的稳定性，过大的K值则表示系统会在强大的物质引力的作用下发生塌缩。不过大爆炸的宇宙却十分神奇，暴胀时，其K值近于无穷大但却能以超光速膨胀，一直到产生所谓宇宙背景辐射时，宇宙仍有一个很高的K值。这样的系统似乎也应该在引力的作用下强烈收缩成超大黑洞，或者又回到微宇宙的时代。
但这样的情况并没有发生。大爆炸理论对此辩解说：“……以致引力即使现在已经能够快速发挥其将一切东西拉回到大崩塌的作用，也需要经数千亿年先制止膨胀，然后才能使其反转。”（《大宇宙百科全书》。）但真实的情况并非如此。按照大爆炸论者的观点，物质粒子只是被空间携带着，相对于空间并没有运动，那么这些被携带的粒子是否具有动量呢？如果没有动量，这些粒子在超强引力的作用下必将在极短的瞬间被消灭于无形。因此，物质粒子也必然具有动量。如果物质粒子和空间暴胀一样，具有百万亿亿倍光速的速度，我们则可以根据大爆炸论者给出的数据做一个简单的计算：暴胀结束时宇宙的尺度约10厘米，物质粒子的末速度约为1E22倍光速，引力质量仅计算物质，约为0.08E52千克，再考虑到粒子动量与引力作用于粒子的外冲量最终实现平衡，结果表明，在不到1.4E-12秒的时间内，暴胀的余威就消耗殆尽。如果对暴胀之初进行同样的计算，其时宇宙的尺度仅略大于普朗克长度；暴胀提供的物质粒子总质量应该极少，物质粒子的初速度与普朗克时期末的速度大体一致（约为1倍光速）。根据这些数据，则计算的结果更加令人吃惊———粒子动量与外冲量达到平衡的时间竟远不到1E-40秒。也就是说暴胀刚开始，就已经被自己创生的物质引力所消灭，暴胀尚且无法实现，当然也就更不可能为后来的热大爆炸提供初期的驱动力了。加之热大爆炸初期，暗能量的反引力（斥力）又远弱于物质引力，那么宇宙空间的热大爆炸又怎么可能实现呢？当然也就更不可能发生继续膨胀数千亿年的奇迹了！
其四，宇宙只能要么膨胀、要么收缩吗？
正如我们在前面已经指出的那样，宇宙空间不可能在宇宙常数或物质引力的直接作用下发生膨胀或收缩，除非它们排斥或吸引的是空间中的物质。宇宙间的物质在宇宙常数的斥力及物质本身引力的共同作用下，可能会获得暂时的平衡。但是这样一个暂时平衡的宇宙显然是不稳定的，因为只要有一个适当的扰动，宇宙就可能失去平衡，物质会在斥力或引力的作用下要么飞散，要么聚拢。但这一分析却只能适用于大爆炸产生的尺度有限的宇宙。可是如果宇宙空间是无限的呢？如下的结论应该是可以被我们接受的：在一个无限均匀且各向同性的空间中，任意一点在任何方向上所受到的物质引力或暗能量（如果真的存在的话）斥力虽然均为无穷大，但其合引力或合斥力却都必将为零。正因如此，所有的星系才可能自由自在地悬浮于这个广袤无垠的宇宙空间之中。也正是这样的宇宙才可能是一个真正没有中心的宇宙，才会是一个总体上既不会发生塌缩也不会发生膨胀的宇宙。
其实，宇宙空间的特性到底是什
宇宙加速膨胀范文3
暗能量在宇宙中更像是一种背景，让人根本感觉不到它的存在，但它确实存在，且起着非同一般的作用。有人把暗能量称为“真空能”。20世纪20、30年代，就有科学家认为真空不空，只是物理的探测仪器探测不到“真空”中并非真的什么都没有。
爱因斯坦的“宇宙常数”
对暗能量理论上的猜测可追溯到爱因斯坦年代，1915年爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）提出了广义相对论，这是自牛顿时代以来第一次出现的重力理论。1917年，他将广义相对论公式应用到整个宇宙，想看看能否获得对宇宙本质的新认识。世界上的物理学家、数学家随即开始解其中的引力方程，方程有两种解，结论是宇宙不会完全静止、宇宙没有静止点。
方程的第一种解是，如果宇宙只存在引力，没有别的力作用的话，出于相互吸引，宇宙不可能静止；方程的另一种解是，宇宙爆炸的那一瞬间获得了一个初速度，向外膨胀，但由于引力作用往回拉，宇宙肯定越胀越慢，所以宇宙不是膨胀就是收缩，不可能静止。
爱因斯坦觉得从哲学思想上分析，这两种解都不合适，按他的想法宇宙应该是静止的，不能永不停息地运动。因此，爱因斯坦又向广义相对论引力方程中引入了一项“宇宙常数”（Cosmological Constant λ）。这个宇宙常数起排斥力的作用，有了该常数之后，引力方程同时具备了引力和斥力，正好能够达到平衡，可让宇宙“静止”下来。
20世纪20年代，美国著名天文学家哈勃（Edwin Powell Hubble，1889-
1953）经过观测发现，宇宙确实是在不断膨胀，他根据星系的距离和运行速度证实，离我们越远的星系向外运动的速度越快，这是宇宙正在膨胀的表现。这一观测结果完全与引入“宇宙常数”之前的引力方程的计算结果相契合，迅速得到了世界上绝大多数科学家的认可。爱因斯坦本来是想把宇宙“静止”下来，但实际的宇宙是在膨胀着。他认为：“引入宇宙常数是我这一生所犯的最大错误！”
但爱因斯坦提出的“宇宙常数”并未被科学家们遗弃，一小部分科学家此后在将观测结果与理论进行对比的时候，常常会把此常数捎带上。如果计算结果显示“宇宙常数”等于0，就证明该数确实不能用；反之，就证明爱因斯坦引入一个常数的思路是对的。
观测超新星1997ff的重大发现
1997年哈勃太空望远镜拍摄到一颗超新星，编号为“1997ff ”。美国马里兰州太空望远镜研究所和劳伦斯伯克利国家实验室的天文学家通过对该超新星光线的相对强度进行的研究表明，“1997ff ”爆发于110亿年前，是迄今发现的最遥远的超新星，当时宇宙的年纪只有现在的四分之一，宇宙的膨胀很可能经历了一个先减速、后加速的过程。科学家为爱因斯坦的“暗能量”理论找到了第一个直接证据。
超新星即爆炸中的恒星，它发出的亮度是几十亿颗恒星亮度的总和。测定超新星的亮度，可以用来判断宇宙膨胀的速率。在宇宙减速膨胀中诞生的星体，其发出的光到达地球时，该星体和地球之间的距离由于膨胀减速的原因要比预计的近，因而地球上的观测者会发现其光要比预计中更亮。
经过大量的计算和分析，科学家们确认“1997ff”的亮度是预计正常亮度的两倍，比距离更近、更年轻的超新星爆炸发出的光还要亮。科学家们据此判定，这颗超新星爆发于宇宙的减速膨胀阶段。
科学家们指出，新发现和此前的观测结论相结合，证实了宇宙膨胀先减速后加速，同时也证明宇宙中确实存在“暗能量”。“暗能量”据认为是更接近能量，而非物质。科学家认为，与暗物质一样，“暗能量”构成了宇宙中不可见的一部分。科学家估计“暗能量”可能占据了宇宙成分的三分之二，对它的了解对于理解时间、空间、物质和能量具有关键作用。
1998年，天文学家们在南极用80
万立米气球搭载BOOMERANG（Balloon
Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics）微波探测器（气球从1998年12月29日到1999年1月9日从37千米的高空飞越南极），BOOMERANG在空中控测了宇宙微波背景（CMB）下扰动的大量样本，其中，CMB是从各个方向袭击地球的持续的电磁声波。这些遥远的声音是大爆炸之后的遗留辐射。他们探测的只是全天中的一小块，得出的结论是：“宇宙常数”不等于0，且在整个宇宙中所占比例还很大。此后，“宇宙常数”正式被称为“暗能量”。
借助WMAP发现最有利证据
2003年7月23日，美国匹兹堡大学斯克兰顿（Scranton）博士领导的一个多国科学家小组宣布，他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，简称WMAP）的观测数据（观测宇宙微波背景辐射的微小变化），发现了暗能量存在的直接证据。作为“大爆炸”的“余烬”，宇宙微波背景辐射大约在“大爆炸”后38万年产生，其中的光子在宇宙中穿行时会经历一系列物理过程，特别是在经过质量较大的星系时，这些光子将遭遇“引力陷阱”。探测结果显示，宇宙年龄约为137亿年，宇宙由23%的暗物质，73%的暗能量，4%的普通物质组成。宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的，至今仅知道它们存在着，但还不清楚它们的性质。
宇宙加速膨胀范文4
尔出生于墨西哥市，直到1990
年去威尔士大学读研之前一直没有离
开过那里。1993年，米格尔·阿尔库比
埃尔在威尔士大学获得哲学博士学位，
研究数值广义相对论，用快速计算机
解决爱因斯坦的地心引力方程式。现
在他仍然在这个领域做研究，为描述
环绕黑洞设计数值技术。
米格尔·阿尔库比埃尔曾发表了一
篇出自广义相对论研究的优秀论文，
探讨现在的时空和引力“标准模型”，
论文描述了解决爱因斯坦广义相对论
的一种不同寻常的方法一曲速引擎，
通过改变时空，让太空飞船以极高速
飞行。下面就让我们看一看米格尔·阿
尔库比埃尔的研究及其意义。
首先，从广义相对论和狭义相对
论的视角来看著名的光速限制。在狭
义相对论的环境中，光速指的是宇宙
中任何具有真正质量的物体（即除了
半神话的超光速粒子之外的一切）的
绝对速率。
原因有二。其一，给一个快速移
动的物体更大的动能主要会增加其质
能而不是速度，随着速度接近光速，
其质能也会无限增大。根据这种机制，
相对论性质量增大将重物的速度限制
在亚光速。
狭义相对论还提供了第二个快于
光速限制：假设发现能够实现快于光
速的瞬间通讯。在以完全公平和民主
处理所有参考系（即以某种恒速移动
的坐标系）时，基础均为狭义相对论，
因此，快于光速的通讯被狭义相对论
暗中排除，因为它可以用来执行不同
时钟读数的“同时性试测”，以揭示宇
宙优先的或“真正的”参考系。然而，
这样的优先参考系与狭义相对论相冲
突。
广义相对论把狭义的相对看为适
用于太空中一个小区域的有限的次理
论，这个区域小到其曲线足以被忽略。
广义相对论并非禁止快于光速的旅行
或通讯，但它要求对狭义相对性的区
域进行限制。也就是说，光速是区域
的速度限制，但是广义相对性更为广
泛的考虑可以提供回避这种区域限制
的迂回途径，比如说连接相距5光年
之遥的空间方位的虫洞。物体可以一
路遵循区域限速用几分钟时间以低速
穿过虫洞的颈部，然而该物体通过这
个虫洞所花时间仅仅为几分钟，产生
的速度是光速的100万倍。
广义相对论下快于光速的另一个
例子就是宇宙本身的膨胀。宇宙膨胀
时，任意两个物体之间会产生新的空
间。这两个物体相对于各自的区域环
境和宇宙微波背景来说是处于静止状
态，但是它们之间的距离可以超光速
迅速拉开。按照宇宙学的标准模型来
看，宇宙的局部在以快于光速的速度
远离我们，因此与我们完全隔离。随
着宇宙的膨胀速度由于引力的原因而
减弱，超过光速的宇宙遥远部分与我
们接触，因为大爆炸正在越过光速的
视野，重新让宇宙中我们所属的区域
看到。
米格尔·阿尔库比埃尔提出的突破
快于光速的速度限制有点像宇宙的膨
胀，但是规模小得多，是区域膨胀。
他提出广义相对性的“度制”，用数学
方式表达空间的曲度，用它来描述一
个平坦空间在其周围受到翘曲围绕时，
以任意速度被推向前方，包括快于光
速的速度。
阿尔库比埃尔的翘曲由双曲正切
函数构成，在平坦空间体积的边缘形
成非常特殊的扭曲。实际上，在移动
体积后面新的空间会很快生成（如膨
胀的宇宙），而移动体积前边的现有空
间正在被湮灭（如宇宙崩溃的大挤
压）。因此，处于阿尔库比埃尔翘曲体
积（以及体积本身）之内的太空船会
被后部膨胀的空间和前部收缩的空间
推进。
对于熟悉狭义相对论常规的人来
说，有了洛伦兹收缩、质量增加和时
间膨胀，阿尔库比埃尔翘曲度制呈现
出一些相当独特的性质。既然处于该
度制移动体积中心的飞船从其与区域
平坦空间的关系来说是静止不动的，
那么就不会产生相对论性质量增加或
时间膨胀效果。飞船上的时钟和外在
观察者的时钟同速走动，即使飞船以
快于光速的速度移动，观察者也不会
觉察到它的质量增大。而且，阿尔库
比埃尔认为，即使飞船在加速度，其
移动仍然在自由落体的测地线上。也
就是说，利用这个翘曲加速或减速的
飞船总是处于自由落体的状态，飞船
上的飞行员体会不到加速度带来的重
力。由于巨大空间曲率，该平坦空间
的边缘附近会有巨大的潮力，但是，
如果于度制进行适当的限定，在飞船
占据的体积内，这些潮力就会变得非
常小。
如果不受狭义相对性带来的令人
烦恼的限制而去其他星球，那么这一
切似乎已经再好不过了。我们会问：
“问题在哪里？”原来阿尔库比埃尔曲
速引擎计划存在两个问题。
其一，他的翘曲度制虽然有效地
解决了爱因斯坦的广义相对论公式问
题，但是我们还不知道如何形成这样
一个时空扭曲，这个理论的实施需要
在太空的延伸区域施加基本的弯曲度。
宇宙加速膨胀范文5
然而在1998年，新一代的天文学家发现，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀速度比以前更快。没人知道是什么原因导致了这种加速膨胀，但不管怎样，它已经有了一个名字，那就是暗能量。尽管暗能量的性质依然神秘，但通过它造成的影响可以计算出它的数量。就目前可以确定的情况而言，暗能量占宇宙质量的三分之二（所以也就是三分之二的能量，E=mC2）。因此不夸张地说，暗能量是个大事儿。如果你不理解暗能量，你就不能真正理解（物质） 世界。
最近，宇宙学家为了照亮笼罩着暗能量的黑暗，设计了三项实验——两家设址在智利，第三家在夏威夷。这些实验将追溯到几近宇宙起始的时候，并将衡量星系间以及星系和星系团间的相互关系，其结果的详细程度将是前所未有的。当实验完成的时候，哪怕暗能量的性质还没有得到解决，至少也应该变得更清晰。
以上的三项实验都是假设暗能量真的存在。不过，宇宙学界一群骨干反对者仍然不相信暗能量。他们不否认那些让别人得出暗能量假设的观测结果，但是他们否认得出的结论。对于他们来说，这些实验倒是提供了一个测试替论的机会。
黑暗和黎明
新实验中最先进的设备是5吨重、5亿7千万像素的暗能量相机，这台相机去年安装在了阿塔卡马沙漠智利境内海拔2200米的赛拉·托洛洛美洲天文台上。预计该相机将在几周后投入使用，它将在五年时间的525个夜晚中每晚拍摄400张夜空照片，每张容量为1GB。
这个摄影“马拉松”，是芝加哥大学的乔舒亚·弗里曼博士领导的“暗能量巡天”计划的一部分。弗里曼计划扫描八分之一的天空，仔细研究10万个星系团，并测量地球与那些星系团中3亿个独立星系的距离。
所有这一切努力，目的都是要考察星系团的大小以及它们的形状如何随时间变化，以便可以详细研究引力和暗能量间的每一次拉锯。引力具有减缓宇宙膨胀的倾向，会让星系团变得更紧凑；暗能量具有加速宇宙膨胀的倾向，会让星系团分散开来。星系团的收缩或膨胀速率显示出两股力量的相对强弱。弗里曼博士和他的同事无法跟踪任意一个星系团的变化，因为他们看到的只是星系团历史中的一个掠影。但是，观察许多年龄各异的星系团之间的不同之处，是退而求其次的好办法。
此前的观测表明，在宇宙137亿年的生命中，有一半以上的时间引力占据上风；一直到了大约60亿年前，暗能量才反超引力。“暗能量巡天”计划希望观察远达100亿光年以外的星系团，通过这种简单的权宜之计来一直回溯100亿年，对这段转变期进行仔细研究。
第二个新实验是由东京大学物理与数学研究所的村山仁领导的“斯巴鲁成像与红移测量”（SuMIRe）实验，它定址在夏威夷的一座山顶上。实验将于明年开始收集数据，方法与暗能量巡天计划相仿，但要更好。虽然它只观测十分之一而不是八分之一的天空，但它看得更远——130亿光年而不是100亿光年。比起暗能量相机，它还有更多的花招；确切地说，它有一台积分视场光谱仪，用来计算红移。
红移是天文学最重要的信息来源之一，它会告诉你一个星系有多远。红移是由多普勒效应引起的，这在地球上也是常见的现象，当警车和救护车向你接近然后远离的过程中，警笛的音调会发生变化。光也会受到多普勒频移的影响，因而一个离你远去的物体发出的光会偏红（即波长更长）。物体离开的速度越快，红移就越大。正是这一效应使得那些20世纪20年代的天文学家在埃德温·哈勃的带领下得出了宇宙正在膨胀的结论。暗能量相机缺少光学摄谱仪，它不得不依靠其他带有摄谱仪的望远镜为其进行红移测量。因此，拥有一台积分视场光谱仪是SuMIRe项目的一个优势。
第三个实验是由普林斯顿大学的莱曼·佩治开展的“阿塔卡马宇宙望远镜偏振敏感接收器”（ACTPol）项目。ACTPol与前两个项目相当不同，它不是观察来自星系的光，而是研究来自于宇宙微波背景辐射（CMB）的微波。这些微波是宇宙大爆炸后38万年左右形成的，因此保留了早期宇宙样貌的印记。
ACTPol项目也在智利，在一座名为塞罗·托哥山的山峰上。测试于2013年7月19日开始。它的目的在于观察CMB的偏振，当微波从波源穿过中间星系到达地球的时候，偏振的各个部分都将是被显著扭曲过的。从偏振观测出发，使用大量统计技巧之后就可以得到引力和暗能量对星系团的跷跷板效应（即上文的拉锯作用，原文直译为溜溜球效应）的第三个估测。
对于理解宇宙怎样从一个比电子还小的奇点演化成今天见到的浩瀚空间来说，如果这三项实验成功完成并且结果一致，那么将是一大进步。理论学家能够把新的数据放入他们的暗能量模型中，看看能得出什么东西。但其他人也能使用这些数据，而且他们可能会得出不同的结论。
疯狂到了足以正确吗
尽管天文学家在争相解释宇宙膨胀之谜，一些理论学家却在试图说明宇宙膨胀不存在。此类尝试中的最近一次，刚刚由德国海德堡大学的克里斯托夫·韦特里奇完成。他不但不相信暗能量，也完全不相信宇宙正在膨胀。
在现代宇宙学的背景下，否定宇宙正在膨胀是一种相当严重的“异端邪说”。但韦特里奇博士发表于在线资料库arXiv上的最新论文试图为这种“邪说”撑腰。
在韦特里奇博士的宇宙图景中，在其他人看来由宇宙膨胀导致的红移反而是宇宙质量增加的结果。他推断，如果原子质量比过去更轻，那么它们那时发出的光将遵守量子力学定律，比它们现在发出的光能量更低。由于能量低的光波长较长，所以天文学家现在观察它们的时候会认为它发生了红移。
乍一听起来这种想法很疯狂，因为质量守恒的观点深入到了每一个刚刚达到高中水平的物理学者心中。放弃质量守恒是件很痛苦的事，但是韦特里奇博士的提议漂亮地解决了大爆炸理论中的一个大麻烦，那就是解释宇宙开始时刻的那一点——被称为奇点——的无限密度。这是正统理论无法解释的。
宇宙加速膨胀范文6
北卡罗来纳大学文学和科学院著名物理学教授保罗.法拉姆顿博士和路易斯.J.罗宾及研究生罗伊斯.鲍姆共同提出了一个循环模式，这个循环模式有四个关键部分：膨胀、逆转、收缩和反弹。在膨胀阶段，暗物质（引发宇宙加速膨胀的未知能量）不停的推进，直到所有物质分裂成任何东西都无法连接的碎片。黑洞中释放出来的所有东西都被分裂成了原子。然后在膨胀结束前的一瞬间转入逆向阶段。
逆向阶段，在一次逆大爆炸过程中，碎片没有再重新粘合在一起，而是每一个碎片分裂和个自收缩。这些碎片形成了无数个独立的宇宙，这些宇宙收缩，然后反弹，以类似于大爆炸的方式再次向外部膨胀。其中的一块碎片就形成了我们现在这个宇宙。
法拉姆顿说，“这个循环进行了无数次，从而令我们无从了解确切的开始或者结束时间。因此在这种循环中不存在宇宙大爆炸。”
《物理评论快报》杂志将在下一期中刊登阐述这一模式的论文。法拉姆顿说，宇宙学家二十世纪三十年代首次提出没有开始或者结束的宇宙振荡模式来取代大爆炸理论。但因振荡理论无法与包括热力学第二定律在内的物理学吻合，这一理论最终被遗弃。
热力学第二定律说熵不可能消失。但是假如熵在一个振荡到下一个振荡的过程中增加的话，宇宙每个循环之后就会变得更大。法拉姆顿说，“宇宙就可能像混雪球一样越混越大。每一次振荡的时间同时也会持续更长。从时间上反推，我现在宇宙之前的振荡时间将非常的短暂。这将不可避免地要引发宇宙大爆炸的产生。”
法拉姆顿和鲍姆通过假定在逆向阶段所有碎片中残留的熵都相隔太远而无法相互产生作用来避开大爆炸。每一个分裂碎片都成为一个独立的宇宙，每个宇宙都可以收缩基本为空的物质和熵。法拉姆顿说，“任何物质的出现都会对收缩产生无法克服的困难。返回为空的观点是这一新循环模式的最重要部分。”当去年10月份他突然想到这一观点的时候感到非常震惊。他说，“我突然发现了一个解决这个看似无法解决难题的新方法。我座在椅子上，把腿放在桌子上，半睡半醒地苦思这一问题。当我发现这一非常简单的可能性后几乎从椅子上摔下来。”
