宇宙学常数疑难
宇宙学中的基本常数
（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。
宇宙的常数;宇宙演化的规则之谜(什么是宇宙常数)
宇宙的常数;宇宙演化的规则之谜标题：宇宙的常数与宇宙演化的规则之谜在整个宇宙的漫长历史中，科学家们一直试图理解宇宙的起源和演化规律。
其中一个引人注目的问题是宇宙中存在的常数以及这些常数对于宇宙演化的规则所扮演的角色。
这一课题涉及到物理学、宇宙学等多个领域，挑战着人类的智慧和探索精神。
首先，我们来看一些宇宙中被认为是恒定不变的物理常数，比如光速、引力常数、普朗克常数等。
这些常数被认为是宇宙中普适的规律，它们决定了许多物理现象的发生和演化过程。
例如，光速被视为宇宙中最快的速度，引力常数则决定了天体之间的相互作用力大小。
这些常数的存在和数值似乎是宇宙运行的基础，但科学家们却无法解释为什么这些常数的数值恰好是如此，而非其他数值。
其次，宇宙演化的规则也是一个深奥的谜团。
从大爆炸到宇宙膨胀，再到星系的形成和毁灭，宇宙的演化历程充满了许多未知和神秘。
科学家们通过观测、实验和理论建模，试图揭示宇宙演化的规律和过程，但仍有许多问题没有得到解答。
比如，暗能量和暗物质究竟是什么？宇宙的加速膨胀背后隐藏着怎样的力量？这些问题挑战着我们对宇宙本质的理解和认识。
在探索宇宙的常数和演化规则之谜的过程中，科学家们采用了各种方法和技术。
从天文观测到实验室模拟，从理论推导到数值计算，他们不断努力突破自己的认知界限，试图解开宇宙的奥秘面纱。
然而，随着科学的不断进步，我们或许会有一天能够揭示这些谜团背后的真相，理解宇宙的本质和规律。
总的来说，宇宙的常数和宇宙演化的规则之谜是一个充满挑战和机遇的领域。
在这个浩瀚的宇宙中，人类只是微不足道的存在，但我们对于探索宇宙的渴望和求知欲却是无限的。
或许，正是对这些未知的探索和追求，让我们更加热爱并珍惜这个神秘而美丽的宇宙。
愿科学家们在未来的研究中能够揭示更多宇宙的奥秘，让我们更加深入地理解宇宙的常数和演化规则之谜。
宇宙常数是目前物理学中最令人困扰的问题
宇宙常数是目前物理学中最令人困扰的问题如果我们取出宇宙中所有的行星，恒星和星系，就会获得纯净的真空。
但这是错误的！取而代之的是，您会发现一个动态时间和空间交织的时间，其中的所有粒子都仿佛闪烁着生命，生生灭灭不息。
量子力学是描述无穷小的世界的理论，不允许绝对的“无”。
在时间和空间的任何时刻，能量永远不可能完美地等于零，总会有一些回旋的余地。
在实验中，甚至会出现所谓“虚拟”粒子，特别是一对由粒子和其反粒子组成的粒子，它们相互泯灭，并且很快就消失了。
尽管看起来很奇怪，但实验已经观察到虚拟粒子的真实效果。
当粒子加速器首次测量Z玻色子的质量时，它与纯粹计算出来的数学质量略有不同，因为它有时会变成虚拟的夸克，这是证明虚拟粒子存在的众多迹象之一。
所有这些粒子的实验效果是一种震撼人心的继续，它充满了整个宇宙并向外推动了宇宙本身。
因此这项活动最有可能是暗物质的一种解释，原因是目前观测到宇宙而不是保持静止或以稳定的速度膨胀，而是每时每刻都在向外加速。
真空能量的问题主要在于数学计算结果不符合显示。
科学家们计算出这种能量应该是巨大的，它应该强大而迅速地膨胀了整个宇宙，以至于没有恒星和星系形成。
但是显然现实世界不是这样，所以宇宙中的真空能必须非常小，比量子理论预测的小约120个数量级。
这就像说，重12斤的东西实际上应该重12斤后再加上120个零。
这种差异促使一些科学家将真空能称为“物理学史上最糟糕的理论预测”。
真空能被认为是“宇宙常数”的主要成分，“宇宙常数”是广义相对论方程中的一个数学术语。
真空能量的预测量与测量值之间的巨大差异通常被称为宇宙常数问题。
“它通常被认为是当今理论物理学中最棘手，最尴尬，最棘手的问题之一，”英格兰诺丁汉大学物理学家安东尼奥·帕迪拉说，他花了15年的时间才弄清楚这一点。
“这表明我们的故事中缺少一些东西。
我觉得这很令人兴奋”这个谜语吸引了物理学界的一些最伟大的头脑，并引出了许多解决问题的想法。
宇宙学中的基本常数
哈勃常数测量的历史Physics Today 2013 no.10
年龄矛盾
哈勃测得的H0值太大，由此估计宇宙年龄只有20亿年，比 地球（45亿年）还年轻！20多年后巴德发现哈勃混淆了不 同星族造父变星光度的差别（贫金属的II型比I型暗1.5星等）， 经他修订后的距离增加一倍，H0值减小一半。随后30年桑 德奇组一直声称50 km s-1Mpc-1 ±10％ ，德•德沃古勒组 坚持测量值为100 km s-1Mpc-1±10％。这些测定所引的 误差显然太小，两者没有交集。如果取两个值的平均，推算 出宇宙的年龄（约90亿年）仍然小于银河系中最古老的星团 （约130亿年）！年龄矛盾的最终解决需要两个途径：伊巴 谷卫星精确的距离测量，这在一定程度上降低了计算恒星的 年龄；发现宇宙膨胀正在加速，这意味着宇宙的年龄较老。
这些“世纪”问题对全世界物理学家、天文学家、数学家提 出了重大挑战。期待着我们联合起来寻求新的突破。
谢谢！
Saul Perlmutter，
Adam Riess，
Brian Schmidt
奖给宇宙加速膨胀的发现
WMAP观测结果的约束
宇宙成分分配
Ostriker & Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909
暗能量：73%；暗物质：23%； 发光物质：0.4%（恒星和发光气体0.4%；辐射0.005%）； 不可见的普通物质： 3.7%（星系际气体3.6%；中微子0.1%； 超重黑洞0.04%）
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：
宇宙常数问题
2、宇宙常数问题（一）、宇宙常数问题的提出1916年，Einstein在分析宇宙时发现，根据广义相对论，宇宙是不平衡的，它要么是膨胀，要么是收缩。
如果仅仅存在万有引力，那么星系之间应吸引而相互靠近，宇宙应是在收缩。
为了使宇宙趋于平衡而完美，Einstein给宇宙方程加了一个常数。
1917年，Einstein提出，宇宙间存在一种与万有引力相反的力量，使所有星系保持一定距离，这样宇宙才不会因星体间的万有引力而不断收缩。
Einstein认为这种与万有引力相反的力量是恒久不变的，称之为“宇宙常数”。
Einstein场方程为Rμν— 0.5gμνR+υgμν= —8πGTμν，υ称为宇宙常数，由于增加了υgμν项，该方程在稳态、弱场非相对论近似下，回不到引力方程。
因此只有假定υ非常小，在一般space-time范围与Newton引力势相比可以略去，上面的场方程才可能成立。
故υgμν项，只有space-time在宇宙级上才有显示。
上世纪中叶人们就试图对Einstein场方程进行修正．Brans和Dicke认为标量场和引力场同样起作用，正确的引力场方程应当是Rμν－gμνR/2＝－8π（Tμμν+Tφμν）/φ，（10）φ～1/G是同宇宙的质量密度相联系的标量场，Tφμν是包含φ场的能动张量．另一种简洁的方式是把Einstein方程等价地写成R（1）μν－ημνR（1）λλ/2＝－8πG（Tμν+tμν），（11）tμν≡（Rμν－gμνRλλ/2－R（1）μν+ημνR（1）λλ/2）gμν＝ημν+hμνR（1）是Ricci张量中与hμν成线性的部分，上式说明场hμν是由总的能量和动量的密度和流产生的，tμν只是引力场本身的能动张量．以上修正未考虑不同时空形式下的修正．我们曾试图寻找Einstein场方程的一般形式，它普适于Schwarzschild时空、Robertson-Walker时空和四维最大对称时空，但后来发现，Einstein场方程可能是普适的，问题在于ρ．当代著名的天体物理学家F. Hoyle等人强烈主张稳态的宇宙模型，并作了许多工作。
哈梅克常数问题回答
哈梅克常数
哈梅克常数（Hubble constant）是宇宙学中非常重要的物理常数之一。
它是宇宙膨胀的速率与距离之间的比率。
该常数的名称来自于美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble），他在1920年代利用望远镜观测到了远离地球的银河系的星系，这个发现证实了宇宙正在不断地膨胀。
哈梅克常数的数值经过多年观测和研究，现在已经非常精确地被确定为约70.0（km/s）/Mpc。
这个数值意味着每秒钟，一个到距离地球10百万光年远的天体将以70千米/秒的速度离开我们。
哈梅克常数还被用来估算宇宙的年龄和大小。
理解哈梅克常数有助于人们更好地了解宇宙的膨胀和演化。
通过观察近距离的恒星和星系，科学家们能够确定宇宙的膨胀速率。
这些观测信息被称为本地哈勃常数，它们用于确定哈梅克常数的准确值。
科学家们也使用哈梅克常数来计算宇宙的年龄和大小，这些数据是宇宙膨胀模型的关键参数之一。
目前，哈梅克常数的精确值仍存在争议。
一些观测结果显示出与标准宇宙模型预测相差较大的哈梅克常数值。
这些差异可能意味着我们需要重新评估宇宙模型，或者揭示出未知物理学原理的存在。
总之，哈梅克常数是宇宙学研究中一个非常重要的物理常数，对于人
类对宇宙的认知和理解具有重要意义。
尽管它的精确值目前还有争议，但人们相信未来的科学研究可以进一步探索宇宙的奥秘并进一步确定
这个重要常数的准确值。
天体物理学中的宇宙学常数
天体物理学中的宇宙学常数在天体物理学中，宇宙学常数是一个非常重要的概念。
它涉及到宇宙学中的许多重要问题，如宇宙的演化、暗物质和暗能量的性质等。
本文将从宇宙学常数的定义、测定方法及其带来的意义等方面进行讨论。
一、宇宙学常数的定义宇宙学常数H0，又称哈勃常数，是一个衡量宇宙膨胀速率的物理常数。
具体来说，它表示的是单位时间内单位距离的扩展速率。
即，在哈勃定律中，它表示的是宇宙中所有恒星和星系在相对位置上的变化速率。
二、宇宙学常数的测定方法目前，人们主要通过观测宇宙红移和星系超新星等数据来确定宇宙学常数。
其中，红移是指宇宙中的物体向远处移动而发生的频率变化，而超新星是一种极亮的爆炸星体，被认为是宇宙学常数的最精确的测量方法之一。
三、宇宙学常数的意义宇宙学常数的值并不是恒定不变的，它会随着时间的推移而发生变化。
因此，它在宇宙学研究中具有重要的意义。
首先，它提供了宇宙的测量标尺，可以帮助人们更准确地了解宇宙的年龄、大小和演化历史等。
其次，在宇宙学中，宇宙学常数和其他重要的物理参数之间存在密切的关系。
例如，宇宙学常数的值和宇宙密度、暗物质和暗能量等有关联。
因此，通过对宇宙学常数的测量，人们可以更深入地探寻宇宙的本质，也有助于科学家探索宇宙演化中的各种恒星和星系。
最后，宇宙学常数还有助于揭示宇宙中不同物质和物理现象之间的联系。
例如，在暗物质和暗能量的研究中，宇宙学常数的值被认为是探索其本质的重要窗口。
还有，在宇宙中的引力波研究中，宇宙学常数也是非常重要的物理参数。
总之，宇宙学常数对于人类探索宇宙的奥秘和本质有着非常重要的意义。
虽然目前的测量精度还有限，但相信随着技术的进步和人们认识的加深，它将会为我们揭示更多宇宙的奥秘。
宇宙学常数问题的解释
宇宙学常数问题的解释宇宙学常数（Cosmological Constant）也被称为宇宙学Lambda项，是描述物质和能量密度对宇宙膨胀和加速影响的一项参数。
它在广义相对论中被引入，以解释宇宙膨胀的现象。
本文将对宇宙学常数问题进行解释，带您深入了解它的来源、意义及研究进展。
一、宇宙学常数的起源及意义宇宙学常数最早由爱因斯坦在1917年引入。
当时，爱因斯坦正试图构建一个静态宇宙模型，以解释他的广义相对论。
为了保持宇宙静态的假设，爱因斯坦引入了一个负压力的项，即宇宙学常数，以抵消引力的作用。
然而，在后来的观测和研究中，宇宙学常数维持宇宙静态的假设被证明是错误的，宇宙处于膨胀的状态。
宇宙学常数的意义在于描述了宇宙空间的几何性质，以及宇宙膨胀和加速的原因。
它可以被看作是一种在时空中存在且均匀分布的能量，其作用类似于暗能量。
宇宙学常数越大，对应的暗能量越强，宇宙的膨胀和加速越明显。
宇宙学常数的正值表示引力的斥力作用，而负值则表示引力的吸引作用。
二、宇宙学常数问题的提出宇宙学常数问题是指理论计算得出的宇宙学常数值与实际观测到的暗能量值之间的巨大差异。
根据精确的宇宙学观测数据，暗能量占据了宇宙总能量的约七成，而宇宙学常数的理论计算值与观测值相差了多达120个数量级。
这一巨大差异使得宇宙学常数问题成为目前理论物理学中最困扰学者的之一。
三、宇宙学常数问题的挑战与解决宇宙学常数问题的提出给物理学界带来了巨大的挑战。
解决宇宙学常数问题的一种可能的途径是重新审视和改进宇宙学模型及相关的理论。
科学家们通过引入新的物理机制、修正引力理论或提出新的暗能量机制等方式，试图解释和预测宇宙学常数的值。
另一种解决宇宙学常数问题的方式是通过更精确的观测和实验，获取准确的宇宙常数值。
随着科技的不断进步和实验设备的提高，科学家们能够更精确地测量宇宙背景辐射、引力波、星系分布等信息，以获取更准确的宇宙学常数值，并对它的物理意义做出更深入的解释。