上海交通大学：《科学前沿与哲学》教学资源_第5讲 万物之理与终极梦想

第5讲 万物之理与终极梦想 DAWN OF TIME inflation tiny fraction of a second 380,000 years 13.7 billion years

第5讲 万物之理与终极梦想

内容提要 ●宇宙学原理 ·微波背景辐射 怎樣的宇宙配 宇宙学方程 QUE UNIVERSO? 70% 宇宙的演化 暗蔽能量 energia 25% escura 。暴涨宇宙学 暗蔽物質 5% 世紀宇 massa escura 已知宇宙 暗能量 universo 論 暗物质 3.5 conhecido Macau, ina DAMIEL DIAS des 量子场论 统一场论

 宇宙学原理  微波背景辐射  宇宙学方程  宇宙的演化  暴涨宇宙学  暗能量  暗物质  量子场论  统一场论

一.宇宙学原理 (假设)宇宙在空间上是均匀各向同性 的 ·宇宙标准坐标系（原点及时钟） 。各向同性：各个方向相同 ·均匀性：没有特殊位置

 （假设）宇宙在空间上是均匀各向同性 的  宇宙标准坐标系（原点及时钟）  各向同性：各个方向相同  均匀性：没有特殊位置

爱因斯坦的失误 ☑AL寸日0229< ·1916年，爱因斯坦在“根据广义相对论对宇宙 学所作的考查”一文中通过求解广义相对论引力 场方程，引入了宇宙常数项，建立了一个“静态、 有限、无界”的宇宙模型。 ·Ruv-gvR/2-gv=8πGTv/c4 静态：从大尺度来考察，宇宙空间中的物质基本 上是静止不动的； 有限无界：宇宙空间是三维的，它的大小有限， 光线在这个空间中沿着弯曲路径传播，始终不会 有它的终点，这个空间是没有边界的4维圆柱

 1916年，爱因斯坦在“根据广义相对论对宇宙 学所作的考查”一文中通过求解广义相对论引力 场方程，引入了宇宙常数项，建立了一个“静态、 有限、无界”的宇宙模型。  Rμ -gμ R/2-λgμ =8πGTμ /c 4  静态：从大尺度来考察，宇宙空间中的物质基本 上是静止不动的；  有限无界：宇宙空间是三维的，它的大小有限， 光线在这个空间中沿着弯曲路径传播，始终不会 有它的终点，这个空间是没有边界的4维圆柱

圆极限 mlo be 图中所 有的天 使有鬼欧 、所 的魔 全等的！

图中所 有的天 使、所 有的魔 鬼在非 欧度量 下都是 全等的！

·非欧几何 的庞加莱 模型

 非欧几何 的庞加莱 模型

广 义相对论 Ruv-38mv Ro=-Thv d2=R2{dr211-r2)+r2(d02+sin20dp2)} Einstein ↓↓ dl2=R(t)2{dr2/1-m2)+r2(d02+sin20dp2)} Friedmann a(t)=R(t)/R(to)=R(t)/Ro,ao=a(to)=1 0=0,p=0,dl=R(t)dr/V1-a2

{ /(1 ) ( sin )} Einstein 2 2 2 2 2 2 2 2 dl  R dr  r  r d  d 2 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 0, 0, ( ) / 1 ( ) ( )/ ( ) ( )/ , ( ) 1 ( ) { /(1 ) ( sin )} Friedmann dl R t dr kr a t R t R t R t R a a t dl R t dr kr r d d                     R gR T c G 4 8 2 1   

Friedmann-Robertson-Walker Universe: s=-d+aaa+rd0+sn6uo） 1)k=-1 open 2)k=0 3)k=1 closed

Friedmann-Robertson-Walker Universe: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ( )( sin ) 1 dr ds dt a t r d r d kr          1) k = -1 open 2) k = 0 flat 3) k =1 closed

字市膨陈曲贷 ⊕ehS 。k=+1 封闭，有限 R(t) 无=0 ·k=0 k=一1 (A=0) 平直，无限 R, k=十1 ·k=1 开放，无限 时间： to

 k=+1 封闭，有限 • k=0 平直，无限 • k=–1 开放，无限

历史转折： 哈勃发现星系红移 大概从1910年起，天文学家们在研究河外星系 的光谱时，发现有系统的红移现象。到1917年， 事情变得很清楚，除了少数几个离地球近的星 系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越 远，红移越显著。1929年美国天文学家哈勃提 出了著名的“哈勃定律”，宣布星系的退行速 度与距离大致成线性关系V=HD,H称为哈勃常 数，现在确定其值为50公里/（秒·百万秒差 距)

 大概从1910年起，天文学家们在研究河外星系 的光谱时，发现有系统的红移现象。到1917年， 事情变得很清楚，除了少数几个离地球近的星 系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越 远，红移越显著。1929年美国天文学家哈勃提 出了著名的“哈勃定律” ，宣布星系的退行速 度与距离大致成线性关系V=H0D，H0称为哈勃常 数，现在确定其值为50公里/（秒·百万秒差 距）