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纽约:w·h·弗里曼,2008。雪,西奥多·p·必需品的动态宇宙。一个
介绍天文学。4。圣保罗,明尼苏达州。
西,1991年。
宇宙学宇宙学研究宇宙的结构和演化。宇宙学家寻求问题的答案如多大和多大了宇宙,它的结构是什么小和大尺度,和其历史和命运将它扩大,或回崩溃本身?宇宙学涵盖的主题包括恒星和星系的生命周期,了解物质的形成,团结宇宙的自然法则。
研究宇宙和它的历史,首先有必要做一些基本的观察。首先,宇宙结构和秩序,在每一个可观察到的规模,从亚原子粒子到银河星团的分布。此订单意味着自然法则被跟踪,控制这个结构(另一种方式来查看这是自然的法则,我们构造都是我们的试图解释可观测的宇宙)。关于宇宙的一个有趣的观察是,重要的是聚集在音阶从亚原子粒子超星系团的星系。最大尺度的观察,然而,覆盖巨大的广阔的宇宙,它变得明显,物质的分布变得均匀,巨大的距离。另一种方式说,宇宙的每一区域都是关于200 - 300年大跨越([1秒差距= 3.26光年,19.174 x 1012英里(30.857 x 1012公里);百万秒差距= 100万秒差距,或者3262000光年,2 x 1019英里)大概是同质的。
宇宙学是基于一些根据观察和理论支持的基础假设宇宙的结构。cosmo-logical原则声明,宇宙大尺度结构的均匀和各向同性,这意味着在大尺度的分布质量都是一样的在宇宙,宇宙看起来同样在各个方向的观察。宇宙学原理具有重要意义。例如,同质性的概念意味着宇宙没有边界,和各向同性的想法意味着没有宇宙的中心。这似乎是由观察证实,所有星系在宇宙中可以测量银河系匆忙离开,似乎,所有星系移动相对远离彼此,在一个膨胀的宇宙。
接受iso-tropic和同质无限宇宙的宇宙学原理导致问题基本从地球上观测。如果宇宙是无限的、同质性和各向同性,那么在任何方向的视线从地球(或其他地方)应该最终相交与一个明星,因此应该有星星在天空,在所有地方,晚上应该均匀明亮的天空。天空是黑暗的事实被称为奥伯斯佯谬的关键,德国天文学家海因里希Olber后,推广这个概念在19世纪。
一个人怎么能调和奥伯斯佯谬的关键与宇宙学原理和宇宙膨胀的观测?美国天文学家哈勃定律(由两个来自美国中西部,埃德温·哈勃(1889 - 1953)和弥尔顿Humason[1891 - 1972] 1929年)指出,光来自遥远星系的红移是与距离成正比。这一过程可以表达如下:
经济衰退速度= H0 x距离H0哈勃常数,等于46.5英里(75公里)/秒/百万秒差距。哈勃定律可以用来估计宇宙的年龄。自从经济衰退的速度不同的星系从一个另一个,和经济衰退率增加而增加距离,时间向后自星系都在一个地方可以计算。自率增加而增加距离,这个数是一样的,不管你的星系,和日期,所有星系都是大约130亿年前。宇宙中的一切,所有物质,辐射,暗物质,暗energy-everything-was局限于一个单一的点,从即时向外爆炸大规模原始扩张被称为宇宙大爆炸。但必须记住,扩张的速度是假定为常数的计算,和大多数宇宙模型表明,最初的扩张可能是速度比目前,这将使宇宙的真实年龄比这些估计年轻。
宇宙大爆炸的概念,从一个点开始,以一定的速度不断扩大,意味着宇宙是有限的。这个观点似乎与cosmo-logical原理,说明宇宙是无限的。和解可以理解在夜空中意识到,只有一个有限的宇宙的一部分是可见的。的光到达地球只是宇宙的一部分,不到130亿岁;光从更遥远的地方,在时间和空间,还没有到达地球。此外,宇宙大爆炸的想法似乎表明,宇宙是有限的,而光从130亿多年前并不存在。矛盾仍然存在。
更深入地理解这种矛盾,有必要考虑大爆炸的性质。大爆炸并不是物质爆炸突然进入太空,从扩张。宇宙大爆炸是一切的突然膨胀,而是包括空间本身。唯一已知的解释这些观察是宇宙大爆炸的突然创造和扩张空间分成,和星系,宇宙中的一切,只是随着他的影片,扩大和远离彼此,宇宙膨胀的空间。因此尽管星系相互远离,他们不动(除了小,内部运动)对织物的空间。空间实际上是扩大以同样的速度移动的速度有从一个另一个。理解宇宙大爆炸这种方式明确表示,没有发生”,“从一个遥远的星系爆炸点进入太空,但相反,宇宙大爆炸发生大爆炸“无处不在”,后来,空间扩大的极小点是整个宇宙,宇宙大爆炸发生在整个宇宙在同一瞬间。此后所有空间和宇宙中所有点都彼此远离。
人类思维是难以理解宇宙大爆炸之前就存在了。宇宙大爆炸本身是一个奇点,根据物理定律,当所有的质量和能量和宇宙空间没有大小,和无限的密度和温度。这个想法是基于物理定律作为一个有限的破译宇宙,然而,这些法律并不适用于州如奇点。宇宙大爆炸开始代表空间,质量,和开始的时间。因此没有概念,如什么是在大爆炸之前,因为在宇宙大爆炸的时候,没有时间,没有“之前”。
最好的描述宇宙可能像什么,以及它如何表现,即时的大爆炸中发现爱因斯坦的广义相对论,在密度极高质量的存在扭曲它周围的空间和时间,相反,空间的曲率决定如何穿过,空间。这导致一个不同的解释遥远星系的红移和推断增加速度随着它们之间的距离增加。根据哈勃定律,上面所描述的那样,这是由于增加的相对速度和增加距离。根据爱因斯坦的广义相对论,现在有必要认为这不是速度的增加,而是作为宇宙膨胀的空间。随着光线的空间扩大,光的波长的光子受到这种扩张,转向更长的波长,导致红移。红移的数量因此对应多少宇宙进一步扩大自光子emit-ted-the光子来自,扩张和越红移越大。宇宙红移真的措施多少光子,发射以来扩大了是不遥远的星系的相对速度的观察者。对于大多数情况,然而,更熟悉的牛顿运动定律很好工作对象和力量在宇宙中。
宇宙的形状取决于质量宇宙包含,根据这些rela-tivistic概念。因为质量扭曲时间和空间,宇宙中质量实际上决定了空间本身的几何。如果质量高于临界值,那么宇宙空间是弯曲的本身和被认为是一个封闭的宇宙,以积极curvature-much像里面的一个球体。在这样的空间里,在一条直线移动的任何东西理论上最终回到相同的位置开始,就像一个小球滚在一个大的球体。如果质量小于临界值,空间的形状是开放和有一个负curvature-much像马鞍的形状。第三种可能是宇宙是平坦的,密度正好等于临界值。
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