分类 '宇宙学' 中的文章


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创造宇宙


2008年6月26日, 星期四

thecreationofadam.jpeg

(下面是《环球科学的专栏文章,勿转。《环球科学》08年第7期目录

几乎每一个神话都有上帝创世说,最著名的故事当然是圣经旧约中上帝用了六天时间创造了世界。在中国的神话中,创世的时间要长得很多,先是盘古的出生到长大,花了一万八千年,然后开辟了天地。印度婆罗门教是梵天创造了世界,而日本神话则用天之御中主神代替了梵天。

现代宇宙学虽然不是创世说,有一点和创世说类似,就是我们现在能够看到的宇宙起源于一个有限的时间之前,这个有限的时间大约是137亿年,比所有神话传说中的时间要长。在137亿年前,宇宙是一团灼热的气体,温度和密度都是不可想象地高(高到即使现在的恒星内部也不可能达到)。这个名为大爆炸学说有一个重要之处和炸弹爆炸不同:当炸弹爆炸时,有一个中心点,在这个中心点之外所有的炸弹碎片都向外飞,而中心点原则上是不动的。大爆炸不同,没有中心点,每一点都在爆炸,很像烤面包,面包的每一块同时在膨胀。和烤面包不同的是,大爆炸时的膨胀速度大得不可想象。

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大爆炸之前


2008年6月11日, 星期三

bigbang.jpg

(一)

Sean Carroll最近倍儿有面子。BBC专门弄了个“Hints of ‘time before Big Bang”节目,和他最近的工作

A Hemispherical Power Asymmetry from Inflation

有关。这个工作有和数年前的一个分析有关,该分析说微波背景辐射涨落的幅度在两个半球是不同的,差了大约10%,原始文献见

Asymmetries in the CMB anisotropy field

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时光之箭


2008年5月31日, 星期六

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上图是Sean Carroll在本期科学美国人发表的文章Does Time Run Backward in Other Universes?的插图。

在贴出为《新发现》写的专栏文章之前,我提一个疑问。我在过去一段时间注意到,我在科学网的博客会偶尔“发疯”,突然点击量大增。我猜测背后有人做动作,可惜和很多门户网站一样,博主根本无法看到访问记录。我很不明白造这个虚假点击背后的动机。不知道有没有高人指点我一下。如果那位开玩笑的人也在这里潜水,请在这里制造点击嘛,科学网的点击我不在乎。

我的文章也将是关于时间箭头的,我会最后评价一下Carroll文章中的观点。我的文章今晚将在下面贴出来。

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以下文章请勿转载

时光之箭

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暗能量的理论问题以及弦论中的宇宙学问题


2008年4月13日, 星期天

cosmology.jpg

(下面是为别人的公文写的一部分,不贴出来觉得有点可惜)

暗能量的观测证据已经积累很多了,其效应几乎是不可置疑的。随着观测证据的积累,理论问题并没有得到很好的解决,虽然理论家们已经写了数以千计的理论文章,提出了上百个模型。这些模型到今天为止基本上是唯象的,也就是说,我们并没有在暗能量的基础理论上取得可见的进展。

要回答暗能量问题,我们至少要理解两个问题。1、暗能量为什么这么小,且是正的?2、暗能量的大小为什么在大爆炸发生了137亿年后的今天,与临界密度的大小相仿。弦论目前流行一种观点,认为存在很多亚稳态“真空”,每个这样的真空对应一个宇宙学常数大小,且有对应的物理如粒子物理中的规范群以及相互作用强度可以是变化的。如果这样的亚稳态真空足够多,那么就会出现接近或等于我们观测到的暗能量密度。这样,用所谓人择原理,就可以解释暗能量的两个问题。这种观点目前争议很大,争议主要围绕对于科学理论的理解和一些技术问题。在科学理论的层次,我们是否应该接受这样一种环境论?即宇宙之所以如此完全是偶然的,就像地球在太阳系的地位一样偶然。这种解释是否是科学的?技术层面上的问题很多。例如,我们真的理解了弦论中的亚稳态真空了吗?这些真空真的存在吗?如果存在,这些真空都会在宇宙中实现吗?实现的几率分布是怎样的?还是存在某种第一原理帮助我们来选择一些亚稳态真空?

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关于诗歌的对话(附几篇非高斯性)


2008年4月11日, 星期五

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太阳的音乐,太阳的马-海子

可能喜欢物理不喜欢诗歌的同学会觉得我最近谈诗谈得太多。所以,我后面会谈一下物理。最近宇宙学领域研究非高斯性的文章越来越多,我附一些文章在后面,并作简短的评价。

下面将前些时候我和一位同学兼我的博客读者关于诗歌的对话贴出来,删去和诗歌无关的部分。我没有征求那位同学意见,在这里先行道歉。

maloneclack:谈到新诗,我向您私下里“鸣放”一下:新诗的语言自由度大,更加个性化,有点类似英语诗歌,但诵读起来似乎不如旧诗上口。

李淼:喜欢旧诗很正常,停留在修辞层面的人都这样。喜欢新诗需要经验和感觉,需要有乐感,所以只有少数人能办到,嘿嘿。

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暗能量作祟


2008年4月3日, 星期四

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(SNAP,计划中的超新星探测器,专用于研究暗能量,电脑模拟SNAP的运作:http://snap.lbl.gov/multimedia/animations/snap.avi)

(《新发现》的专栏文章,勿转载)

自从在1998年被发现以来,暗能量使宇宙学界和理论物理界狂欢了十年。随着各种观测数据的增加,暗能量问题并没有得到根本的缓解,反而越来越使得思考它的人们感到不安。

问题不是暗能量存在与否,因为研究过数据的人都相信,暗能量,至少类似暗能量引起的效应,是确凿无疑的。它的存在使得宇宙膨胀加速,也使得我们找回那部分“丢失”的能量,因为爱因斯坦的理论告诉我们,如果宇宙的空间没有弯曲,必须存在足够的能量密度,这个能量密度叫做临界质量。当宇宙中的能量密度正好等于临界能量密度时,空间不发生弯曲,但宇宙还会膨胀-这是时间上的弯曲。如果能量密度低于临界密度,那么空间会像马鞍那样弯曲,这种空间原则上是无限的,没有边界。如果能量密度高于临界密度,那么空间则像球面那样弯曲,空间原则上可以是有限的。现在,许多观测结果表明,宇宙间的物质低于临界密度,而微波背景辐射的观测结果则告诉我们空间几乎是平坦的。这样,暗能量必须来填充能量的短缺。

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探测宇宙最初一刹那


2008年3月30日, 星期天

wmap.jpg

(威尔金森各向异性探测器)

(下面是《南方周末》的稿子,请勿转载)

一门学科的成熟标志是研究进入误差很小的定量化阶段。仅仅是20年前,我们还不能说宇宙学是一门严密的学科,因为那时许多重要的宇宙学参数还非常不确定。我们可以举一个例子看看宇宙学那时是一个什么样的状况。大家都知道宇宙在膨胀,膨胀的最重要的标志是远方的天体在退行,越远的天体退行的速度越快-这就像一个膨胀的气球,气球上的任意两点之间的距离都在变大,本来距离较大的两点以较大的速度相互离开。天体和我们之间的距离每增大一倍,其退行的速度就增大一倍,这就是有名的哈伯定律。决定宇宙膨胀速度的叫哈伯常数,这个常数的测量在宇宙学史上一直是一个核心问题,20年前的测量误差是百分之一百。

今天,哈伯常数的测量已经可以精确到百分之二以内,具体数值大约是:距离我们有一百万光年的天体相对我们的退行速度大约是每秒22公里。我们可以想象,如果这个常数的测量不够准确,那么许多我们关心的数据也不会准确。例如,哈伯常数直接决定了宇宙的年龄。如果哈伯常数的精确度只有百分之百,那么宇宙年龄的准确度大约也是百分之百。这个范围太大了,如同我们说一个女孩的年龄在10岁到20岁之间。

直到十年以前,我们一直觉得过去宇宙膨胀的速度比现在膨胀的速度要大,而未来的膨胀速度要比现在的速度要小,所以,大爆炸发生的那一刻宇宙膨胀的速度最大。这种观念和万有引力很符合,因为既然物体之间存在的万有引力是吸引力,那么这种吸引力只能将物体之间的速度减低。宇宙学的观测手段的发展在十年前完全革新了我们的误信,就是说,现在宇宙的膨胀速度不是越来越小,而是越来越大。这是非常反直观的现象,最合理的解释是宇宙间除了万有引力之外,还存在着一种无所不在的斥力,是这种斥力在宇宙的尺度上克服了万有引力,导致宇宙的加速膨胀。这个革命性的结果被多种观测手段所证实,正是这些观测手段同时帮助我们精确测量了宇宙膨胀速度、宇宙年龄和其它一些重要的决定宇宙图像的物理量。我们今天要介绍的,是这些手段中的一种也是最重要的一种,测量宇宙中弥漫的微波背景辐射的微小涨落。

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哈特尔和霍金的妖蛾子:三H文章


2008年3月14日, 星期五

3945148.jpg

Hartle、Hawking和Hertog今天发的一篇文章

The Classical Universes of the No-Boundary Quantum State

这篇长文是前面一篇短文的展开,那篇文章是

The No-Boundary Measure of the Universe

三H的文章我觉得很有意思。我这几年看量子宇宙学的文章不多,主要是因为Henry Tye的两篇文章引起了我的兴趣。所以,我不知道在三H之前,关于量子宇宙学中的经典时空的讨论到了什么地步。这篇文章对经典时空的讨论很不错。

为什么这么说?因为,在过去绝大对数的讨论中,Hartle-Hawking波函数的计算都是在Euclidean区域,没有太多关于经典区域的信息。在这篇文章中,三H指出,即使是经典几何,也可以用Hartle-Hawking的办法来计算,唯一要做的是用复解,这样作用量的实部决定几率,虚部说明几何是Lorentz几何。

他们利用几率的守恒,建议波函数的绝对值平方是历史的几率,不是某个几何的几率,这很重要,因为某个几何概念上很困难,因为时间这个概念在广义相对论没有物理意义。

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远在远方的风比远方更远-WMAP五年结果


2008年3月8日, 星期六

像WMAP这样的大实验,每次公布数据都比预期的要晚,这次也差不多晚了一年。

我不懂数据,略去不说。

我说几点关于宇宙学参数的结果:

1、总的说来,6参数宇宙学模型,即所谓\LambdaCDM模型没有遭遇任何挑战。

2、WMAP五年结果强化了新的标准宇宙学模型,同时说明宇宙学已经到了研究细节的程度,例如暴涨宇宙的具体模型,因为已有的数据已经可以排除很多模型。

3、有一些可能的新物理的迹象:

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地外文明和缪子加速器


2008年3月5日, 星期三

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SETI,是英文Search for Extra-Terrestrial Intelligence的缩写,即搜寻地外文明计划。英文的维基百科对此有很好的介绍。

看过Judie Foster演的《Contact》的人知道Foster是如何搜寻地外文明的,那是今天大多数搜寻地外文明活动的样板。Carl Sagan同学的原小说我没有读过,但他确实对这项事业很上心。

做一回文抄公,根据维基,用射电手段搜索地外文明起源于1960年,一帮康奈尔大学闲着没事干的家伙做了第一个实验,实验的工具是一个直径为25米的射电望远镜。结果当然是一无所获,但我佩服这帮人的想象力。用一位当年目击第一次火箭实验的家伙的话来说,这帮人不是一般的nut(狂人),是超级nut。Carl Sagan还和前苏联的Iosif Shklovskii 一同合作了一本著作《Intelligent Life in the Universe》,发表的年代正是我们的人类历史上史无前例的文化大革命的开始。

1971年,美国航天部启动了一个SETI计划,准备花1百亿美金建造一个巨大的射电望远镜阵列,该计划没有实施。1977年,《Contact》电影的开头部分实际发生了,一位老兄收到了地外信号,画出一个WOW字样。

大部分SETI计划都和射电有关,也有人设想地外文明会利用激光和我们联系。激光发明人之一Charles Townes也发表了利用激光做SETI的想法。

我今天谈SETI的原因是看到了一篇新文章:

SETI and muon collider

该文论证,也许\mu子加速器是做SETI最好的工具,因为这种加速器可以产生大量的高能中微子,地外文明很有可能用中微子来和我们联系。就像一般加速器一样,缪子碰撞产生出来的中微子可以形成一个窄的有一定长度像铅笔一样的中微子束。缪子能量越高,中微子束的张角越小。如果从很远的有高级文明的星球发射到我们这儿,需要调节张角以达到照射地球的目的。

该文作者做了一个简单的计算,假如20光年之外的外星人建造一个能量为200 Tev的的缪子加速器,那么地球上正在建造的中微子探测器,如位于南极的IceCube,可以每年探测到10个左右事例。这些事例超过了宇宙射线造成的本底。

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