關於宇宙的平直性問題?
關於宇宙的平直性問題:膨脹會使曲率衰減,但曲率的衰減比物質密度的降低和輻射的衰減更加緩慢,為什麼就能說明平直模型是不穩定的?同宇宙大爆炸理論有什麼矛盾呢?!
你好,不知道你是不是文科生,反正這句話我是在《文科大學生自然科學技術知識讀本下》
找到的。
你要知道,這個問題,限於文科科學讀本不涉及具體的公式推導,所以文章只能摘抄結論,而不能夠具體給出推導過程,所以難以理解非常正常。
這個問題其實涉及到為什麼會有「暴漲宇宙學」這門理論的誕生,詳細的討論請參見
向守平《宇宙大尺度結構的形成》P59~61頁。
在此我可以簡單敘說一下,現代宇宙學的基礎就是弗里德曼方程(宇宙動力學方程):
這裡面的a代表的就是宇宙的尺度因子,a上面帶點(下面用da表示)就是宇宙尺度因子的變化率。H0就是哈勃常數,m代表matter(物質),r代表radiation(輻射),k 代表曲率,Λ代表宇宙常數(暗能量), Ω代表這種物質占宇宙總能量的比例。
有:
弗里德曼方程表示,宇宙的變化速率,和宇宙中物質的各個組分相關。更具體的討論我就不進行下去了,只要知道,k 也就是宇宙曲率,是決定宇宙變化的一個量。
不同的組分,在宇宙不同時期,佔據宇宙的成分是不相同的。在最早期,宇宙中是由輻射主導,輻射佔據宇宙中能量的絕大多數。
隨著時間推移,宇宙變大,a 也變大,但是宇宙中各個組分卻隨著宇宙膨脹而縮減。
輻射,隨著宇宙的膨脹,成a的(-4)次方衰減
物質,隨宇宙的膨脹, 成a的(-3)次方衰減
曲率,隨宇宙的膨脹, 成a的(-2)次方衰減
宇宙常數,不隨宇宙膨脹衰減。
由於輻射衰減的很快,所以很快輻射占宇宙的組分就迅速減少,大約宇宙誕生後4萬年就小於物質占宇宙的組分。
物質在之後主導了宇宙,但是很快衰減,在大概紅移z=1的時候,物質就不佔主導了。
之後,暗能量主導了宇宙,導致了我們現在的宇宙加速膨脹。
但是曲率呢?我們一直沒考慮曲率,
我們假設宇宙常數為0,經過計算,從宇宙誕生的普朗克時間開始,在今天,宇宙的曲率相較於物質,應該膨脹了10^58 次方倍!
所以,按理來說,只要曲率有稍微的不接近於0,那麼現在宇宙中應該是曲率主導的!
但是知道今天的觀測,宇宙的的曲率仍然是幾乎為0,所以說,宇宙的要麼曲率就是為0,要麼就是發生了一個過程,抹平了我們的宇宙,使得我們的宇宙如同鏡面一樣平整!
這就是宇宙的平性疑難。還有另一個視界疑難,不贅述暴漲宇宙學認為宇宙在極早期發生了一次劇烈的膨脹,瞬間抹平了宇宙中的所有溝壑,使得宇宙的曲率半徑幾乎達到無窮大,同時曲率縮減為無窮小。導致了我們今天的宇宙,極為平整,我們測到的宇宙,基本上就是平的~
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