宇宙学中的基本常数
宇宙法则十六条
宇宙法则十六条宇宙法则是指宇宙中存在的一系列自然规律和原理，它们影响着宇宙中所有物质和能量的运动和变化。
这些法则既适用于宇宙中的星球和恒星，也适用于地球上的生物和人类社会。
宇宙法则的存在使得宇宙呈现出有序、稳定的状态，同时也影响着人类的生活和发展。
在本文中，我们将探讨宇宙法则的十六条基本原则，以便更好地理解宇宙的运行规律和人类的生存状态。
第一条：引力定律引力是宇宙中最基本的力之一，它是由质量之间的相互吸引而产生的。
根据牛顿的引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量和距离成正比。
这一定律适用于宇宙中的所有物体，包括行星、恒星和星系。
引力的存在使得宇宙中的物体能够相互吸引，形成星系和星际结构。
第二条：相对论相对论是爱因斯坦在20世纪提出的一种物理理论，它描述了物体在高速运动和强引力场中的运动规律。
相对论改变了人们对时间、空间和能量的理解，它揭示了宇宙中的一些奇特现象，如时间的相对性和质量能量的等价性。
相对论对宇宙的演化和结构具有重要的影响。
第三条：热力学定律热力学定律描述了能量在物体之间的传递和转化规律。
根据热力学定律，能量在物体之间的传递是不可逆的，热量总是从高温物体传递到低温物体。
这一定律适用于宇宙中的所有物体，包括恒星、行星和生物体。
热力学定律对宇宙中的能量流动和物质演化起着重要作用。
第四条：量子力学量子力学是描述微观世界的物理理论，它揭示了微观粒子的奇特行为和性质。
量子力学改变了人们对物质和能量的理解，它揭示了宇宙中微观世界的规律和原理。
量子力学对宇宙的微观结构和演化具有重要的影响。
第五条：熵增定律熵增定律是热力学中的基本原理，它描述了宇宙中的混乱程度和无序程度的增加规律。
根据熵增定律，宇宙中的混乱程度总是在增加，这导致了宇宙的演化和结构的变化。
熵增定律对宇宙的演化和生命的起源具有重要的影响。
第六条：宇宙膨胀宇宙膨胀是宇宙学中的基本观测事实，它揭示了宇宙的演化和结构的变化。
根据宇宙膨胀理论，宇宙中的物质和能量在不断膨胀，这导致了宇宙的结构和性质的变化。
25个物理常数
25个物理常数篇一：标题: 25个物理常数(创建与标题相符的正文并拓展)正文:物理学是研究自然现象的科学,其基础是一些基本常数。
这些常数是通过对自然界的观察和实验得出的,它们对物理学的理论和实践具有至关重要的影响。
本文将介绍25个基本的物理学常数,包括它们的值、定义和意义。
1. 开尔文(k)开尔文(k)是一个常量,它的值为1.19264×10-19J/(K·K)。
它是电离常数,用于描述电解质的电离程度。
2. 普朗克常数(h)普朗克常数(h)是一个基本的物理学常数,它的值为6.626176×10-35J/(K·s)。
它是热力学中的基本常数,用于描述能量和热量之间的关系。
3. 光速(c)光速(c)是一个基本的物理学常数,它的值为299,792,458米/秒。
它是真空中光的速度,也是宇宙中最基本的速度。
4. 磁感应强度(B)磁感应强度(B)是一个物理学常数,用于描述磁场的强度。
它的值通常在0到1000特斯拉之间,磁感应强度越大,磁场越强。
5. 电容(C)电容(C)是一个物理学常数,用于描述电容器的电容值。
它的值通常在0到1特斯拉之间,电容器的电容值越大,电容器的储存电能的能力越强。
6. 电阻(R)电阻(R)是一个物理学常数,用于描述导体的电阻值。
它的值通常在0到无穷大之间,电阻值越大,导体的电阻能力越强。
7. 温度(T)温度(T)是物理学中的基本常数,用于描述物体的状态。
它的值通常在0到开尔文之间,温度越高,物体的状态越热。
8. 引力(G)引力(G)是物理学中的基本常数,用于描述物体之间的引力大小。
它的值通常在6.6743×10-11N·(m/kg)^2。
9. 电磁场频率(E)电磁场频率(E)是物理学常数,用于描述电磁场的传播速度。
它的值通常在真空中约为3×10^10米/秒。
10. 质能关系(E=mc2)质能关系(E=mc2)是物理学中的一个重要公式,用于描述质量和能量之间的关系。
宇宙中的常数
宇宙中的常数在宇宙的壮丽景观中，众多的常数扮演着重要的角色，它们决定了宇宙的性质和演化。
本文将探讨宇宙中的几个重要常数，包括万有引力常数、光速常数以及普朗克常数，并阐述它们的意义和应用。
一、万有引力常数万有引力常数，由牛顿在17世纪提出，被记作G。
它描述了物体之间的引力相互作用，并在牛顿引力定律中起到重要的作用。
万有引力常数是一个基本常数，其数值约为6.67430(15)×10^-11 m^3⸱kg^-1⸱s^-2。
它告诉我们，两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。
万有引力常数在宇宙中的应用非常广泛。
它不仅解释了行星之间的引力相互作用，还揭示了恒星和星系的演化规律。
例如，通过万有引力常数，我们可以计算出地球的引力对物体的作用力，从而解释天体运动、航天技术等问题。
二、光速常数光速常数，通常简称为光速，是一个极其重要的物理常数，记作c。
根据狭义相对论，光速在真空中是一个不可超越的极限速度，其数值约为299,792,458 m/s。
这个常数意味着光在真空中的传播速度具有最大值，光速的恒定性是现代物理学理论体系的基石。
光速常数的应用涵盖了众多领域。
它是测量的基准，为我们提供了准确计量的标准。
同时，光速常数还影响到电磁波的传播和调制，从而在通信技术中有着重要作用。
此外，在宇宙学中，光速常数被用于研究和解释星系的红移、宇宙膨胀等现象。
三、普朗克常数普朗克常数，由德国物理学家普朗克于20世纪初提出，被记作h。
它是量子力学中的基本常数之一，其数值约为 6.62607015×10^-34 J⸱s。
普朗克常数描述了物质和能量之间的关系，在理解微观世界的行为和性质方面具有重要地位。
普朗克常数在量子力学中有广泛的应用。
它被用于计算和测量微观粒子的能量、频率和波长，为我们揭示了微观世界的奇妙法则。
此外，普朗克常数还影响到光子的行为和光的量子化理论，为我们理解光与物质之间的相互作用提供了基础。
物理学的五个常数
物理学的五个常数
物理学中的五个常数是指：
1．电子电荷（e）：电子所带的基本电荷量，其值为1.602 176 634×10^-19 C。
2．电子静止质量（me）：电子静止时的质量，其值为9.109 383 7015×10^-31 kg。
3．普朗克常数（h）：描述量子力学中基本作用量子的常数，其值为6.626 070 15×10^-34 J·s。
4．真空中光速（c）：光在真空中传播的速度，其值为2.997 924 58×10^8 m/s。
5．阿伏伽德罗常数（NA）：一摩尔纯物质所含的原子或分子的个数，其值为6.022 140 76×10^23 mol^-1。
这五个常数是物理学中最重要的基础常数之一，它们在物理学各个领域都有着广泛的应用。
1．电子电荷和电子静止质量是描述电磁相互作用的基本常数，它们决定了原子和分子的结构和性质。
2．普朗克常数是量子力学中的基本常数，它描述了微观世界中能量和作用量的量子化性质。
3．真空中光速是相对论中的基本常数，它是光在真空中传播的速度，也是宇宙中信息传播的速度上限。
4．阿伏伽德罗常数是联系宏观和微观世界的桥梁，它将物质的摩尔质量与原子或分子的质量联系起来。
这五个常数的值都是通过精密实验测定的，它们的精确度不断提高，也为物理学的发展提供了重要的基础。
光速常数、普朗克常数、万有引力常数的关系
光速常数、普朗克常数、万有引力常数的关系光速常数、普朗克常数和万有引力常数都是物理学中的重要常数，它们各自具有特定的物理意义和作用。
光速常数是光在真空中的传播速度，它是一个恒定的常量，精确值为每秒299，792，458米。
光速是宇宙的基本常数之一，是狭义相对论和广义相对论的基础。
在光学、量子力学和宇宙学等领域中，光速起着非常重要的作用。
普朗克常数是量子力学中的基本常数，表示能量和频率之间的比例关系，即E=hν。
它表示的是能量量子化的程度，其中E表示能量，ν表示频率，h表示普朗克常数。
普朗克常数是描述量子世界特性的重要参数，对理解量子力学的基本原理和现象至关重要。
万有引力常数是牛顿万有引力定律中的常数，表示两个物体之间的引力大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比。
万有引力常数是物理学中描述物体之间相互作用的重要参数之一，在地球物理学、宇宙学等领域中广泛应用。
至于它们之间的关系，可以从以下角度理解：首先，从历史角度看，这三个常数的发现和使用是物理学发展中不可或缺的里程碑。
光速常数的发现奠定了狭义相对论和广义相对论的基础；普朗克常数的发现揭示了能量量子化的本质；万有引力常数的提出则建立了物体之间引力的数学模型。
它们在不同的物理领域中起着至关重要的作用。
其次，从物理角度看，这三个常数在各自的领域中起着至关重要的作用。
光速常数是光和其他电磁波在真空中的传播速度，普朗克常数则是描述量子力学中能量和频率关系的基本参数，而万有引力常数是描述物体之间引力相互作用的重要参数。
它们在不同的物理模型和理论中扮演着关键的角色。
最后，从应用角度看，这三个常数在各个领域中都有广泛的应用。
例如，光速常数在光学、通信和测量等领域中发挥着重要作用；普朗克常数在量子力学、固体物理学和光谱学等领域中有着广泛的应用；万有引力常数则在地球物理学、宇宙学和天文学等领域中扮演着重要的角色。
综上所述，光速常数、普朗克常数和万有引力常数都是物理学中的重要常数，各自具有特定的物理意义和作用。
宇宙常数一览表
宇宙常数一览表引言：宇宙常数是描述宇宙中各种物理现象的基本常数，它们在宇宙的各个方面起着至关重要的作用。
本文将为大家介绍一些重要的宇宙常数，并探讨它们对宇宙的影响。
1. 光速（c）：光速是宇宙中最基本的常数之一，它代表了光在真空中的传播速度。
光速的数值约为299,792,458米/秒，它在相对论中起到了至关重要的作用，限制了物体的速度上限。
2. 引力常数（G）：引力常数是描述物体之间引力相互作用的常数。
它的数值约为6.67430 x 10^-11 N·(m/kg)^2。
引力常数决定了宇宙中物体之间的引力强度，是万有引力定律的重要组成部分。
3. 普朗克常数（h）：普朗克常数是量子力学中的基本常数之一，它的数值约为6.62607015 x 10^-34 J·s。
普朗克常数与能量的量子化密切相关，揭示了微观粒子行为的奇特性质。
4. 电子电荷（e）：电子电荷是描述电子带电性质的常数，它的数值约为 1.602176634 x 10^-19 C。
电子电荷的大小决定了物质的电性质，是电磁学研究中的重要参数。
5. 精细结构常数（α）：精细结构常数是描述电磁相互作用的常数，它的数值约为1/137。
精细结构常数揭示了电子运动和原子结构的微妙关系，对于理解原子、光谱学等领域具有重要意义。
6. 暗能量密度（ΩΛ）：暗能量密度是描述宇宙加速膨胀的常数，它的数值约为0.6911。
暗能量密度的存在导致宇宙膨胀加速，并在宇宙学研究中扮演重要角色。
7. 宇宙微波背景辐射温度（Tcmb）：宇宙微波背景辐射温度是描述宇宙早期演化的常数，它的数值约为2.72548 K。
宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后遗留下来的剩余辐射，对于研究宇宙起源和演化具有重要意义。
结语：宇宙常数是宇宙中各种物理现象的基本参数，它们决定了宇宙的性质和演化。
本文介绍了一些重要的宇宙常数，并探讨了它们的作用。
通过深入理解这些常数，我们可以更好地理解宇宙的奥秘。
宇宙的基础参数
宇宙的基础参数
宇宙的基础参数是描述宇宙整体性质和演化的一组基本物理量。
以下是一些重要的宇宙基础参数：
宇宙膨胀速率（哈勃常数，Hubble Constant）：描述宇宙膨胀的速率，通常用表示。
它表明远离我们的天体速度与其距离成正比。
宇宙密度参数：描述宇宙的密度相对于临界密度的比值。
通常用Ω表示，包括物质密度（Ω_m）、辐射密度（Ω_r）、暗能量密度（Ω_Λ）等。
宇宙的年龄：宇宙的估计年龄，表示从大爆炸开始到现在的时间。
当前估计的宇宙年龄约为138亿年。
宇宙微波背景辐射温度：宇宙微波背景辐射是宇宙辐射的剩余，其温度约为2.725千尔文，几乎均匀分布在宇宙中。
大尺度结构的形成：描述宇宙中大尺度结构（如星系、星系团）的形成和演化，涉及到物质的聚集和引力作用。
宇宙红移：描述天体光谱的红移程度，与其远离地球的速度有关。
红移用z 表示，它与哈勃常数和宇宙的膨胀有关。
原初核丰度：描述宇宙早期物质的组成，主要关注氢、氦等元素的丰度。
这些元素的比例受到大爆炸核合成的影响。
暗物质和暗能量的含量：描述宇宙中暗物质和暗能量的相对含量，它们是构成宇宙物质能量结构的关键组成部分，但目前我们对它们的本质知之甚少。
这些参数是在宇宙学研究中常用的，它们有助于我们理解宇宙的结构、演化和性质。
科学家们通过观测、实验和理论模型不断精确测量和研究这些参数，以深化我们对宇宙的认识。
需要注意的是，这些参数的值可能会根据新的观测数据和研究结果而发生变化。
1。
宇宙三大常数
宇宙三大常数宇宙三大常数宇宙是一个神秘而又广阔的存在，人类对宇宙的认知不断深入，但仍有许多未知之处。
在研究宇宙的过程中，科学家们发现了三个非常重要的常数，即普朗克常数、光速和引力常数。
这三个常数被称为“宇宙三大常数”，对于研究物理学和天文学等领域具有重要意义。
一、普朗克常数普朗克常数是量子力学中的重要物理量之一，用符号h表示。
其大小为6.62607015×10^-34 J·s。
普朗克常数最初由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出，用于解释黑体辐射谱线的发射和吸收问题。
普朗克常数与能量、频率和波长等物理量密切相关。
根据普朗克-爱因斯坦关系式E=hf（其中E为能量，f为频率），可以计算出一个粒子或波的能量大小。
此外，在计算微观粒子运动时，也需要用到普朗克常数。
二、光速光速是指光在真空中传播的速度，用符号c表示。
根据国际标准，光速的数值为299792458 m/s。
光速最早由丹麦天文学家奥莱·罗默在17世纪末发现，他通过观察木卫二卫星的运动，发现其运动轨迹比预期的要快。
光速在物理学中有着极为重要的作用。
首先，它是相对论中的一个基本常数，影响了许多相对论效应，如时间膨胀、长度收缩等。
其次，在天文学中，测量星系和星际物质的距离都需要用到光速。
三、引力常数引力常数是描述万有引力作用强度大小的物理量，用符号G表示。
其大小为6.67430×10^-11 N·m^2/kg^2。
引力常数最早由英国科学家亨利·卡维修斯于1798年提出，并由德国科学家卡尔·弗里德里希·高斯于1813年进行了精确测量。
引力常数与万有引力定律密切相关。
根据万有引力定律F=Gm1m2/r^2（其中F为两个物体间的引力大小，m1和m2分别为两个物体的质量，r为两个物体间的距离），可以计算出任意两个物体间的引力大小。
引力常数也在研究黑洞、宇宙膨胀等问题中发挥了重要作用。
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（从光子观点：ρ=n hν∝a-4,n∝a-3,所以ν∝a-1,λ∝a)
若a(t)随时间增加，则z大于0，观测波长大于 发射波长，称为宇宙学红移。对于近邻天体，可将a(t) 展开成幂级数a(t0)[1+ (t-t0) H0+…]. 于是有：cz =cΔλ/λ= H0(t 0-t 1)c+…=H0d+…
从数学上可以证明，满足宇宙学原理的时空一定是RW度规
R（t)为标度因子，描述曲率半径随时间的演化， R（t0)=Rc,0 k=1 正曲率，k= -1 负曲率，k=0 平直几何
弗里德曼方程 1922
设宇宙物质由理想流体描述，将其能量动量 张量（ρc2,-p,-p,-p)和R-W度规代入场方程 得弗里德曼方程
哈勃图（1929）
哈勃
天体距离的测定
三角视差法：以地球绕 日轨道直径为基线测量 一天体在天球上的视差 角位移，则
d=206265 AU（日地 平均距离）/π（角秒）
此法最为简单可靠，但 只适合银河系内距离小 于1kpc（卫星测量）的 恒星（1pc相应于π=1 角秒的距离，称1秒差 距，约3.26光年）。
a(t)=R(t)/R(t0)
弗里德曼
将以上两方程联立可得
再加上物态方程 得密度的演化：
w=0
W=1/3
W= -1 ρ=常数
基本宇宙学参数
哈勃参数：H（t）是用物理距离x(t)=a(t)r定 义的（r为共动距离，a(t)为标度因子）
哈勃参数今天的值H0称为哈勃常数
密度参数：物质或能量密度与临界密度之比
宇宙距离阶梯
一级示距天体：造父变星周光关系的零点可用三角视差定标， 称为一级示距天体，尽管其光度可达太阳的10万倍，也只在 近邻星系（d≈20Mpc）中能够看到。为了更精确地测定哈 勃常数，需寻找光度更高、能在更远看到的标准烛光。
二级示距天体：Ia型超新星产生于碳氧白矮星吸积质量超过 钱德拉塞卡极限（约1.4倍太阳质量）而导致的热核爆炸。 它们的峰值光度比造父变星明亮百万倍，而彼此差异相对较 小，且与其光变曲线的形状密切相关。经过光变曲线改正和 尘埃消光改正之后，统计弥散在光学波段约15％，在近红外 约10％。 Ia型超新星的高光度和低弥散使其成为最理想的 远程标准烛光，测量距离的范围可达40-5000 Mpc。但其 距离需要通过造父变星来校准，故称为二级示距天体。
斯莱弗测得41个旋涡星云视向速度
1927年 勒梅特提出试探性的星系退行速度和 距离关系 v = H0d
1929年哈勃以更精确的距离测定提供了最好 的 观测证明。史称哈勃定律，H0称哈勃常数。
爱因斯坦建立广义相对论 （1915）
狭义相对论的四维表述：闵可夫斯基时空（1907）
爱因斯坦的推广：“时空因应物质而弯曲，物质因 应时空而运动”
哈勃常数H0~ （70.8±4.0 ）km s-1Mpc-1 曲率常数K ~0
宇宙学常数λ= (1.2 ± 0.2) x 10-55 cm-2
现代宇宙学早期历史
1905年 爱因斯坦建立狭义相对论
1915年 爱因斯坦建立广义相对论 爱因斯坦
1917年 爱因斯坦提出静态宇宙模型
1922年 弗里德曼得到爱因斯坦方程膨胀解
宇宙学中的基本常数
邹振隆 （中科院国家天文台）
2013年11月6日
宇宙学中的常数
现代宇宙学是物理学与天文学共同发展的结果，宇宙学 中的基本常数实质上是物理常数，要用物理方法测定。 这些常数决定着宇宙的年龄、几何、演化和命运，地位 十分重要，但相比其他物理常数，测量值不确定性很大。
当前的测量结果是：
时空的性质： 引力场方程：牛顿引力理论的泊松方程（物质密度
ρ决定引力势Φ）：
受此启发，爱因斯坦将其推广为：
爱因斯坦建立静态宇宙模型 1917
宇宙学原理：宇宙从大尺度上看是均匀、各向同性的 （没有优越的位置和方向）。
南天200万个星系的分布
微波背景辐射的分布
WMAP
Robertson-Walker度规
星系红移（视向速度）的观测
斯莱弗
旋涡星云（星系）的视向速度 （引自爱丁顿《相对论的数学理论》，1923）
哈勃常数的初次测量
勒梅特
比利时神甫和宇宙学家乔治•勒梅特1927年用法文 发表了一篇文章，题为“质量恒定和半径增加的均 匀宇宙是河外星云视向速度的原因”。在该文中， 勒梅特报告了爱因斯坦广义相对论方程的膨胀宇宙 解。他还用斯莱弗的视向速度观测结果，结合所有 星系具有相同光度的不准确假设，提出一个试探性 的“哈勃定律”v = H0d ，即，距离d和速度v之间 成线性关系，得出的哈勃常数值为625km s -1Mpc -1。
物质和能量密度决定空间几何
将哈勃参数代入第二个弗里德曼方程得：
于是有：
负曲率，开宇宙
正曲率，闭宇宙
零曲率，平宇宙
开open
flat
close
开
平
闭
减速参数：由标度因子对时间的二阶导数定义 对于压强为零的情形，由弗里德曼方程可得：
由观测可得： 所以有：
加速膨胀
哈勃常数与宇宙年龄
以爱因斯坦-德西特模型为例（
）
弗里德曼方程的解为
宇宙年龄
宇宙学常数主导的宇宙
忽略物质密度：ρ≈0，弗里德曼方程变为
其解为
指数膨胀
随着时间的增长，曲率项可以忽略，方程变为
这意味着空间渐近于平直（欧几里得）
弗里德曼方程的解描述宇宙的动力学演化
宇宙学红移
取以观测者为原点的R-W坐标系，考虑沿径向到达的 一条光线（类光测地线 ds2=0）。不难证明，光的波 长与标度因子成正比:
远
近
标准烛光法：具有恒定光度， 或其光度与某种可测量特性 如光变周期相关（而与距离 无关）的天体称标准烛光。 在辐射各向同性和欧氏几何 假设下，按辐射通量（视亮 度）与距离平方成反比的规 律可以算出其距离。典型的 例子是造父变星。哈勃正是 利用其周光关系准确测定了 一批近邻星系的距离而成为 观测宇宙学之父。
多普勒效应
宇宙学红移显示标度因子随时间增加，即宇宙的普 遍膨胀，在共动坐标中相对静止的光源和观察者的 退行速度随距离而增大。此外由于小尺度上物质分 布不均匀使得光源产生额外速度（例如地球公转30 km/s，太阳绕银心转动200 km/s，银河系在室女座 星系团中的运动330 km/s…），按照狭义相对论， 这种“本动”的视向速度分量会产生多普勒频移 Δλ/λ= v/c。实际观测到的频移是宇宙学红移与本动 的多普勒频移之和。