篇一：宇宙的起源与演化
关于宇宙起源与演化的
调研报告
目录
一．宇宙学标准模型 ...................................................................................................... 3
（一）背景知识 .................................................................................................................... 3
（二）标准宇宙模型 ............................................................................................................ 3
（三）宇宙大爆炸理论 ........................................................................................................ 7
（四）标准模型的成就 ........................................................................................................ 8
（五）宇宙密度的测定 ...................................................................................................... 10
（六）标准模型的困难 ...................................................................................................... 10
二．暴胀理论 ............................................................................................................... 12
（一）真空有能量吗？ ...................................................................................................... 12
（二）标量场的自作用 ...................................................................................................... 12
（三）真空相变 .................................................................................................................. 12
（四）暴胀的产生 .............................................................................................................. 13
（五）三个疑难的解决 ...................................................................................................... 14
（六）暴胀理论的现状和将来的发展方向 ...................................................................... 14
三．量子宇宙学 ............................................................................................................ 16
（一）背景知识 .................................................................................................................. 16
（二）宇宙路径积分 .......................................................................................................... 16
（三）虚时间 ...................................................................................................................... 17
（四）宇宙自足解 .............................................................................................................. 18
（五）人则原理 .................................................................................................................. 19
（六）小结 .......................................................................................................................... 20
四．古代对于宇宙起源的认识 ...................................................................................... 21
（一）圣经 .......................................................................................................................... 21
（二）古代印度 .................................................................................................................. 22
（三）古代埃及 .................................................................................................................. 22
（四）古代中国 .................................................................................................................. 23
（五）量子宇宙理论与中国古代哲学 .............................................................................. 24
一．宇宙学标准模型
（一） 背景知识
1. 宇宙学原理
宇宙物质在空间上是均匀分布和各项同性的。
这里的均匀是一个宏观观念，我们已经知道在星系团和超新星系团的尺度以下宇宙物质的分布是结团的。因此这里的均匀性和各项同性是一个宇观概念。 宇宙学原理表明宇宙中任一点和任一方向都不可能用任一物理量来区分，即所有的位置和方向都是平等的。
2. 引力场方程
1R???Rg????g???kT???2 （1.1）
?为宇宙常数，最初Einstein在建立静态宇宙模型时为了使得宇宙保持静态而引入的一个常数。
3. 自然单位制
一个完整的单位制要包括四个基本量。普通单位制取长度、时间、质量和温度。在宇宙学中为了方便常用自然单位制，。自然单位制把光速c，普朗克常数h，玻尔兹曼常数k作为基本量,并规定为1，此外把能量也作为基本量，单位规定为1GeV。
在自然单位制中能量，质量和温度有相同的的单位，压强和密度有相同的单位，时间和长度有相同的单位。
（二） 标准宇宙模型
1. Robertson-Walker度规
从几何学上讲，度规是描述空间（时空）是否弯曲以及如何弯曲的的基本量。广义相对论则论述了时空弯曲状况是引力场的体现。这样度规成了描述引力场分布的物理量。
根据宇宙学原理，在宇观上，宇宙时一片充满全空间的均匀介质。这样由它
产生的引力（度规）场也自然应当是均匀和各向同性的。正是这两方面的要求，把度规的一般形式限定的的很简单。
虽然我们在宇宙中的位置没有特殊性，但为研究方便，依然把坐标原点取在银河系。其他质元（星系）的位置由广义相对论的球坐标r,?,?来表示。这里用的是随体坐标，意即在宇宙运动（膨胀和收缩）中，每一坐标的r是不变的。它与我们的距离变化将由尺度因子R（t）来描述。这样，利用纯用数学可证明，四维距离的平方总能写成
dr2
22222ds??cdt?R(t)?rd??rsin?d?} 21?kr （2.1）2222
2. Friedman方程（宇宙动力学方程）
把宇宙的Robertson-Walker度规带入Einstein场方程，在适当的整理后，得出两个常微分方程如下：
R2?k??
3?8?G?mR2
3 （2.2）
R2?
???定义eff 8?G?3??4?G(?m?3P)R3 （2.3） 那么以上三式可写作：
R2?k?8?G(?m??eff)R23 （2.4）
R2??4?G(?m??eff?3P)R3（2.5）
取??0，得出两个常微分方程如下
R2?k?
8?G?mR2
3（2.6）
4?GR2??(?m?3P)R 3（2.7）
我们有了两个是独立方程，可是涉及未知函数三个，如果引入介质的物态方程，我们就有了三个独立的方程。
3. 介质方程
宇宙介质的组分可粗分为实物和辐射两大类。实物指其密度主要来自静质量的贡献，而热运动的部分可忽略。辐射指静质量为零（或可忽略）的物质。其重要的代表就是光子气体。
对于实物因热运动的速度远小于光速，所以对实物有 P ???于是可认为P=0.可从式，解出
?mR3?常量（2.8）
对于辐射热平衡时P??/3于是可解出
?R4?常量（2.9）
以实物为主的宇宙，辐射对密度的贡献可忽略；以辐射为主的宇宙，实物对密度的贡献可忽略。在宇宙早期宇宙以辐射为主，但以辐射为主的宇宙只持续了很短的时间，随后变为以实物为主的宇宙。目前的宇宙就是以实物为主。 所以在研究宇宙年龄等问题时常忽略宇宙早期的那段时间。
4. 宇宙模型的动力学性质
首先我们先定义Hubble常数H RH? RHubble常数H是关于宇宙时的常数，我们把当前的Hubble常数记为H0。
?R0?8?G8?G2?k?(???)?H?k?(?0)????m0eff0R33 (2.10) ?0?
我们再引入
23H0??c??0?0?0??m0??? 8?G，?c，2
?m0??m?， ???eff ?c?c0
（2.10）式又可改写为
1??0??k
22R0H0(2.11)
于是有
篇二：《探索宇宙起源之谜》观后感
探索宇宙起源之谜
现在我们对太空、星体、宇宙、能量的了解比我们的先辈多得多，随着新的现象不断发现，我们的幻想也在不断增长，观看这部科教片时，它带领着我们畅游宇宙，在时空之间穿梭，感受我们周围奇妙的力量和精心复杂的构造，并且我们会对宇宙的发展，我们在宇宙之中的作用以及相关的理论研究，有一个清晰的了解，这也是此类科普片的教育功能和教育目的。
“我们是坐在一次有控制，有目的爆炸里的乘客。就像那些微生物一样，坐在一块正在爆炸的手榴弹的弹片上。宇宙中的所有物质和能量，即使是时空，都形成于一瞬间。但那绝不是一次毫无秩序的爆炸，最初似乎还相当有节奏、相当协调，似乎已经设计好了，对我们和我们的星球都有利”这是《探索起源宇宙之谜》的开场白，注意最后一句话，尤其是“似乎已经设计好了”，应该引起我们的关注与思考。
如果我们抛去对托勒密地心学说的过多的偏见与指责，认真思考和进行多方面的对比研究，从某方面来说，托勒密的地心说似乎也并不是那么荒谬，地球也许不是宇宙的地理中心，但是它似乎是生物的中心，地球远远不是一个普通得不能再普通的原始行星，而且好像在每个方面又是与众不同的。不然，那么我们又如何解释从观测结果看整个宇宙似乎是精心为人类设计的呢？你可以说是巧合，或者是几率。但是，正如影片所描述的，如果我们综合所有的生命存在的条件、宇宙特性和所有这些已知参量随意聚合在一起的概率，大概是十的215次方分之一，概率之小令人难以置信，估计得说不可能。
总的说来，这部纪录片对我们的启发还是有莫大的帮助，对我们了解世界，生命存在的终极目的及意义引出一个新的思考方向，让我们感受到生命存在的不易与可贵，对时至今日的环境保护也有所裨益。毕竟现阶段，只有一个地球。
班级：地质四班 姓名：姚福兰 Qq ： 1468093682
篇三：宇宙的形成与演化论文
宇宙的形成与演化论文。
前言：这学期我们选修了宇宙的形成与演化这门课程，在这一个学期的时间里，我们跟随徐老师进行学习，了解了宇宙的形成过程，星系的组成，宇宙的演化过程等很多知识，同时，徐老师也经常给我们播放相关的视频，使一些宇宙相关理论变得更加生动和易于理解。我对天文学向来报有一种强烈的好奇与好感，选择这门课程我感到很开心。接下来，我会结合老师的讲课以及自己的课外拓展，谈一谈我对宇宙的了解和认识。
（一）宇宙的起源
目前关于宇宙的起源的理论影响较大的便是大爆炸理论。老师在课堂上给我们放过宇宙起源的主题教育片，给我影响比较深刻的便是其中几位美国学者的那种独特的思想观点。
大爆炸理论是目前人们普遍认可的一种理论。这种理论是这样解释的，宇宙在爆炸之后开始不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。
现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。 这个理论首先是建立了两个基本假设：物理定律的普适性和宇宙学原理。同时也比较自然地说明了许多观测现象，而且理论和观测结果能较好地相符。具有很强的科学性。该理论最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。在课堂上，我们了解了星系谱线红移这个新的知识概念。根据哈勃定律。天文学家通过观测星系的谱线红移量，就能求出星系的视向速度，进而能得出它们的距离。
大爆炸理论的科学性令人信服，但它也存在一些问题，比如视界问题，均匀度问题和重子不对称等，其中最突出的是“原始火球”是从哪里来的?
而目前另一种理论是定宇宙永恒说。这种理论认为宇宙是处于一种稳定的状态，这就是说，一些星体湮没了，在另一处会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内是稳定的。我相信，随着科学的发展和研究的深入，这两种理论将不断地接受新的考验。可能会被新的理论证实，也可能被新的疑点推翻。当然也有可能产生更加科学的新的理论。不断怎样，我相信，我们对宇宙的起源的了解，会不断的更新，不断地接近最终实际。
星系的形成与分类
在宇宙中，我们把由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。
目前，我们对星系形成演化过程比较流行的看法就是：在原始星系云收缩过程中，第一代恒星出现，在原星系的中心区，收缩快，密度高，恒星形成率也高，形成漩涡星系的星系核或形成椭圆星系整体。漩涡星系和椭圆星系内部所包含的能量是经常会发生物理变化，用自身的自传离心力阻止赤道的进 一步收缩。因而让它们的扁率各不相同，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素，使部分气体未结合成成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面，从而形成旋涡星系和不规则星系，结果使星系从形成之初就已经定形并保持下来，不再显著变化。在几亿年期间，由原星系形成的为年轻星系最终变成了我们现在所熟悉的宇宙星系。
美国天文学家哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，同时也是河外天文学的奠基人。他把宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分成了四类：（1）、椭圆星系。椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的（2）、旋涡星系。旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化（3）、不规则星系。不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。
通过课外的学习拓展，我还了解了其他几种分类方法。比如， （1）、按照星系之间是否有隶属关系将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。
（2）、按照中心星是否旋转划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。
（3）、按照星系运行的轨迹划分为直线运动星系和曲线运动星系。在宇宙空间中，那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。
（三）宇宙的未来
我们通过大爆炸理论了解了宇宙的形成。到目前，距离宇宙形成已经过去了140多亿年的时间，但我们了解的只有大约30%的物质，还有70%是我们还不知道究竟是什么的暗能量。此外还有一点，就是宇宙空间是平直的，它还在不断地膨胀 ……
关于宇宙的未来，在发现暗物质之前，科学家们有两种推演。一方面，如果宇宙物质密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到最大体积之后收缩，在收缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——一个致密致热的小球。另一方面，如果宇宙物质密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。造星运动会随宇宙密度减小而逐渐停止，而宇宙的温度会趋近于绝对零度。黑洞被气化，宇宙的熵会增加到极点，再也不会有有组织的能量形式产生。如果质子衰变存在，宇宙最后甚至连氢原子这种最基本最多的重子物质都会消失，而只剩下辐射。
现在在发现宇宙加速膨胀之后，人们有了一种新的推测，那就是现今我们可观测的宇宙将离开我们的事件视界而同我们失去联系，最终结果尚无人知晓。
学习了，经过本学期通识课的学习，我深深体会到了探索宇宙奥秘的趣味，同时对宇宙的了解变得更加广泛和丰富。一般而言，星系的演变十分缓慢的，除因邻近的伴星系的潮汐作用等因素星系的一般结构无大变化。正因如此我们才能生活在安定、稳固的大自然里。 总结自己所学过的知识，我意识到自己虽然对星系的形成和演化不是特别的了解，作为大学生， 我们应该自己最大的努力去学习关于星系的知识，让更多的知识充实我们的大脑。目前，人类正在逐步探索其中的原理，我相信，总有一天，我们会把宇宙的所有秘密全部揭开。
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