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宇宙模型

宇宙模型:引力波奶酪型、扰动型和薛定谔宇宙

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017-01-03 11:36    浏览次数:     

  到了19世纪70年代,良多的科学家都相信了引力波的存正在,正在此中一些科学家的勤奋之下,破费了几十年的时间和大量的人力以及天文数量的,终究正在2015年,第一次正式探测到引力波。相关引力波的简单引见,能够参看笔者专栏里的文章《遥远的会发生如何震动的波动?》《两个黑洞碰撞到底是怎样一回事?》

  正在宇宙膨缩的最后阶段,膨缩的速度高得惊人,辐射的能量密度也极高,薛定谔所发觉的这个过程就显得极为主要。

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  3、栗弗席兹的计较也表白,引力波能以微扰的形式存正在于一个绝对滑腻的宇宙中,这些微扰会跟着宇宙的膨缩而衰减,以波的形式四周。(注:以上3点详见书P126-128)

  可惜其时的宇宙学家们还不大能接管量子力学,连爱因斯坦也否决量子理论,薛定谔本人也没无意识到他的发觉有多主要。

  同时,哥德尔的宇宙也表白,宇宙的扭转会以一种极端的体例扭曲空间,以致于把时间都闭合了。(注:详见书P132-136)人们到现正在为止也不晓得哥德尔是若何获得这个解的,他本人没有留下任何线索,哥德尔本人和它的宇宙模子简曲是太奇异了。

  我们晓得,即便从某种大标准上来看宇宙是平均、各项同性的,但只需降低察看的标准,就很容易发觉实正在的宇宙并不是如许的。于是,科学家们更多地起头考虑各向同性、非平均的宇宙。

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  20世纪30年代,爱因斯坦和他的帮理纳森·罗森,发觉了爱因斯坦方程组的一类新的解。它描述了一个膨缩的圆柱状宇宙,所有的工作正在随时间变化的同时,也沿着空间的某一个标的目的变化。这个宇宙有一个很是出格的新特点——此中着一种波,所到之处的空间几何纷纷掀起波纹。这种波,就是“引力波”。爱因斯坦—罗森宇宙不包含物质,任何波动城市掀起空间几何的波纹,随时间开去。(注:详见书P112-113)

  2、若是让物质迟缓地震弹,那么自转物质构成的漩涡会正在宇宙膨缩时转得更慢。由此能够反推,好久以前的漩涡该当转得更快,我们今天看见的扭转星系有可能是由一个原始的混沌漩涡构成的。

  库尔特·哥德尔是20世纪最伟大的数学家之一,他也是爱因斯坦的好伴侣。正在研究爱因斯坦方程组的解时,哥德尔获得了一个不竭扭转的宇宙。

  这个宇宙不膨缩,所有的物质都环绕着一个对称轴匀速动弹。宇宙学小于0,因此是负的力——能够理解为另一种引力,它和引力一路抵消了动弹发生的离心力。

  这个宇宙最奇奥的地朴直在于,答应时间旅行。哥德尔证明,当时空中的一些径构成了闭合的回,详见下图:

  从今天的各类不雅测成果来看,栗弗席兹的计较可是说是十分主要的,他供给了一种处置微扰的方式,用以探究原始宇宙的细小扰动是如何跟着时间而变化成长的。

  成果发觉:1、密度分布的细小差别会随时间的推移变得越来越较着。正在不膨缩的空间中,物质分布的不不变性很快就会表现出来;正在膨缩的宇宙中,这种不不变性也会表现出来,但犯警则性的堆集过程比力慢;若是物质堆积时存正在阻力,结团的尺寸又脚够小的话,犯警则性的堆集最终会停下来。

  苏联伟大的物理学家朗道有一个出名的学生伊夫金·栗弗席兹,他用物理学中一种很通俗的方式来研究非平均的宇宙:先求得一个简单的切确解,然后进行小幅度的扰动,看成果若何变化。他对弗里德曼的各向同性、平均的宇宙进行了微扰。

  1944年,爱因斯坦有了一个新的帮手,数学神童恩斯特·施特劳斯。他们二人合做,发觉了一个新的宇宙模子。这个宇宙只包含无压强的物质,例如星系,正在它的空间中,含有球形的空腔,每一个空腔的核心都有必然质量,其大小等于构成这个空腔要挖走的物质质量。正在这个模子中,物质堆积成团,就像星系一样,正在空间中开。(注:见书P123)单从这个角度看,是不是有点接近现实的宇宙呢?不外,这个模子过于简单,因为是球对称的,不会发生任何引力波。

  春天来了。正在一众描写春日的诗词中,出格喜好这首《天净沙·春》,可惜近年来花粉过敏,一到这好时节,只敢坐正在楼阁帘栊之后,不敢近春色半分。幸而案上有书有茶有喷鼻炉,焚一炉檀喷鼻,沏一壶小茶,静翻《宇宙之书》,又打开另一番奇异的图景。

  哥德尔的宇宙供给了一种可能性,若是存正在一个其他的宇宙,具备哥德尔宇宙的特征,那么正在阿谁宇宙中,时间就不是一条有前有后的曲线了,而是一个闭合的圆圈。

  开初,爱因斯坦和罗森认为这种引力波并非实正在存正在,而是像地球仪上的经线一样纯属人制产品。可是对广义手艺细节洞若不雅火的科学家霍华德·罗伯特逊则认为,这个模子中的引力波是实正在存正在的,而且了爱因斯坦。相关引力波还有一些风趣的小故事,大师能够翻阅原书。(注:详见书P114-117)

  埃尔温·薛定谔正在1926年发觉的薛定谔方程,是数学物理范畴中最主要的方程。薛定谔本人对宇宙膨缩也很是感乐趣,他发觉,宇宙膨缩的过程会把此中的量子实空的能量实存正在的、可丈量的粒子。——若是宇宙不膨缩,实空中成对的粒子、反粒子不竭发生,又不竭湮灭成辐射。然而,若是实空所正在的空间膨缩得很是快,或是处正在一个极端不服均的引力场感化下,那么此中的粒子和反粒子就会被分歧的感化力拉开,无法再湮灭成辐射。(注:详见书P130-131)

  正在现现代的科学研究中,好的物理学家得具备优良的数学演算能力,若是他正在这方面略有欠缺的话,那就需要数学极佳的合做伙伴,或者帮手。爱因斯坦有极高的物理先天,却也很率直本人数学不敷好,于是,为了用数学言语表达他的广义,爱因斯坦的老同窗、老伴侣马塞尔·格罗斯曼赐与了极大的帮帮。后来,爱因斯坦城市挑选擅长数学计较的帮理,帮帮他开展研究。

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