主题：宇宙学概论 绪论 -- songcla
家园 宇宙学概论 绪论 宇宙是最大的物理系统，但是有趣的是它的起源，演化已经可以有一个比较可信的描述了。
宇宙的基本构成是时间空间和物质，迄今描写时空的理论是广义相对论，描写物质的是标准模型，在它们的共同作用下，宇宙从开端0.x秒到现在的动力学是比较完善可信的，更早期的宇宙则由于粒子模型和引力理论的不完善还处于猜测中。
我们下面先看看时空。
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家园 6 篇外，解释一下为何哈勃定理和狭义相对论不矛盾 哈勃定理说，恒星推行的速度和它的距离成正比，由此推算，终有一刻其推行速度会超过光速，这代来两个疑问，其一，我们还看得到那颗恒星吗，其二，这是否与狭义相对论相违背。
科学的数学化对科普是一个很大的麻烦，要解释这个问题给我的同行，我只用用粉笔写一堆公式，然后同行会点点头，必进这种比较成熟的问题的概念是清楚的，而这时要和公式争论是徒劳的。但是，要试图不用公式把这个问题说明白还是很费脑筋的。
事实是光速啊，电荷啊，等等常数实际上不是常数，哈哈，初中物理在骗我们大家。
电荷的问题离题较远，以后再谈，我们先来看看光速。
光速是恒定的这个结论当然是试验得出的，但是我们的试验肯定都是在相对很小的范围能完成的。（有同学举手，提出罗默的卫星蚀法范围可不小。不过即使太阳系的尺度对于星系尺度也只是沧海一粟，不是吗。呵呵）所以，我们只能拍着胸脯说，小范围里，光速是恒定的。
这时可能有同学要指责我是伪科学，是胡说，要多读点书再出来吓人，但是，同学，我说的基本全是真话，为什么说基本呢，因为这个领域是微妙的，我也不能靠灌水吃饭，能少写几个字，就尽量少些几个字，再加上不准写公式，文学比拟的有限性，描述不周是难免的，但是，如果你相信我，还是可以领略现代物理的美妙的。
我们说过，时空是膨胀的，所以当火箭出发后以每秒5公里飞一段路，会发现它实际上飞出不止5t的距离，原因是他身后的距离膨胀了。同样，光子身上会发生同样的事。当然，这个效应一般来说太小，毕竟时空膨胀是缓慢的。
对于宇宙尺度的距离，这个效应就不小了，所以，真正的光速这时要大于c，我们还是可以看得到部分超光速退行的恒星的。
而这些超光速推行的恒星实际上根本没动，他们的推行速度完全是由于时空的膨胀，如果局域的测量，它们的速度是0，当然不违反狭义相对论了。
对数学感兴趣的同学可以参看
[卷心菜 于:2008-12-07 18:16:31
在某处看到的问题：
1.如果光速在宇宙中是恒定的，我们能不能看见一个以超光速远离我们（退行）的星体在超光速退行之后所发出的光？
2.想象某个星系现在跟我们的距离正好等於哈勃半径，也就是说它正在以光速远离我们（退行），而且这个退行速度会越来越快（超光速）。假设哈伯半径正好是137亿光年，哈勃时间正好是137亿年，而宇宙将继续膨胀下去，不会减速、停止膨胀：
A. 这个星系将在小於137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
B. 这个星系将正好在137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
C. 这个星系将在大於137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
D. 这个星系永远（至少在宇宙终结之前）不会从我们的视界中彻底消失。
[songcla 于:2008-12-07 21:34:30
欢迎啊
各项同性k=0度规
ds^2=-dt^2+R(t)^2(dr)^2
星系退行速度v=LR',距离=LR,所以有哈勃定理 v=(R'/R)L。 t=今天的（R'/R)为所谓的哈勃常数。所以我们看到，退行速度是可能超过光速的。
同期光通过的距离是：ds=0的侧地线，即是R(t)*对1/R(t)的积分。
所以关键是R(t)的形式决定是视界扩大的快还是星系推行的快。
物质或辐射主导的宇宙R(t)~t（1比2）次方或 R（t）~t（2比3）次方。所以今天的宇宙视界扩大的比星系推行的快，你的两个问题的回答都是可以的， D。
但是宇宙是微妙的，由于暗能量的存在，R(t)形式还未完全定论。暴涨时期，视界扩大远远慢于星系的推行。宇宙曾经暴涨过，是否会在次进入暴涨是未定论的。
如果进入深度暴涨，xx的一句话会很适用。你永远看不到你眼前的手掌。]
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家园 我有一些宇宙大小与视界的问题，可以借地方问一下吗？ 在某处看到的问题：
1.如果光速在宇宙中是恒定的，我们能不能看见一个以超光速远离我们（退行）的星体在超光速退行之后所发出的光？
2.想象某个星系现在跟我们的距离正好等於哈勃半径，也就是说它正在以光速远离我们（退行），而且这个退行速度会越来越快（超光速）。假设哈伯半径正好是137亿光年，哈勃时间正好是137亿年，而宇宙将继续膨胀下去，不会减速、停止膨胀：
A. 这个星系将在小於137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
B. 这个星系将正好在137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
C. 这个星系将在大於137亿年之後从我们的视界中彻底消失。
D. 这个星系永远（至少在宇宙终结之前）不会从我们的视界中彻底消失。
家园 欢迎啊 你的问题应该如下正确理解。
各项同性k=0度规
ds^2=-dt^2+R(t)^2(dr)^2
星系退行速度v=LR',距离=LR,所以有哈勃定理 v=(R'/R)L。 t=今天的（R'/R)为所谓的哈勃常数。所以我们看到，退行速度是可能超过光速的。
同期光通过的距离是：ds=0的侧地线，即是R(t)*对1/R(t)的积分。
所以关键是R(t)的形式决定是视界扩大的快还是星系推行的快。
物质或辐射主导的宇宙R(t)~t（1比2）次方或 R（t）~t（2比3）次方。所以今天的宇宙视界扩大的比星系推行的快，你的两个问题的回答都是可以的， D。
但是宇宙是微妙的，由于暗能量的存在，R(t)形式还未完全定论。暴涨时期，视界扩大远远慢于星系的推行。宇宙曾经暴涨过，是否会在次进入暴涨是未定论的。
如果进入深度暴涨，xx的一句话会很适用。你永远看不到你眼前的手掌。
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家园 3 宇宙的年龄和最初的3秒钟 前面说了，宇宙是不断膨胀的，倒推回去，我们假设一个时刻宇宙的半径是0，从那时到现在的流逝的时间就是宇宙的年龄。如果做一个简化的假设，认为宇宙中所有物质和辐射是均匀分布的（这个假设在宇宙尺度还是很不错的），我们可以大概估计宇宙的年龄是100到200亿年。
最初的3秒钟非常重要，因为这决定了几种轻元素的丰度。最初的几秒钟，温度非常高，粒子的速度是接近光速的，正粒子和反粒子不断的产生湮灭，光子由于被正反粒子不断吸收发射，其自由程很小。（以下部分并未证实）正反物质由于一个很小的不对称，一部分反轻子（正电子）转换成了重子（质子），其它的正反粒子都相互湮灭，变成了光子，剩下的物质（质子，电子等等）构成了今天的星星，星云，和我们。
这时的高温融合了部分的质子，于是我们有了氢核，氘核，氦核，锂核...当然，很重的物质是要在恒星中合成的。
随着R的增大，温度逐渐降低，电子和核子就会形成原子，于是宇宙变得透明，光子可以自由的飞翔，这些光子到了今天被我们接收到，就是当年火光的余晖。
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家园 5 新的观念，视界 视界指从某一点，所有能与它有因果关系的区域。由于光速是最快的，所以视界也就是光能够传播到的区域。很显然，视界的大小与时间成正比。
由于早期宇宙R~【T^(1/2)】,现代宇宙R~【T^(2/3)】，可见视界扩大的速度比宇宙扩大得快，反推出去，今天可观测的区域在宇宙的早期是很多各无因果联系的部分，但是微波背景辐射告诉我们，它们当时温度是高度一致的，这就带来了第一个问题，为何互不影响的部分高度一致。就象连续抽到多张相同的牌，你一定会怀疑洗牌的人在作弊。
一个可能的解决机制是暴涨理论
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家园 4 一些基本观测事实 本世纪天文学家逐渐获得了测定星系3维分布的能力，重要结论是大范围看星系是均匀分布的，这也是可以将它们看做理想流体处理的原因。
另一个观测事实是各个星系都相对于地球推行，推行速度与距离成正比，这是宇宙成动态演化的直接证据。
广义新对论可以证明，如果把宇宙看做各项同性的，空间曲率有3类可能 正曲率 负曲率 0，观测表明，实际上的空间是非常平坦的，也就是我们一般说的欧式空间，曲率是0。这对宇宙演化有重要意义。
微波背景辐射的各向同性表明早期宇宙物质处于非常均匀的等离子体状态，而其温度微小的波动为宇宙星系结构的形成提供了线索。
银河系和其他星系悬臂的旋转速度说明了暗物质的存在，以后我会具体介绍一下。
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家园 多读书没啥坏处 然后再出来给大家写概论作科普。。
对不起说话直了点。。