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ΛCDM模型和宇宙的年龄

快捷方式: 差异相似杰卡德相似系数参考

ΛCDM模型和宇宙的年龄之间的区别

ΛCDM模型 vs. 宇宙的年龄

ΛCDM模型(英语:ΛCDM Model或Lambda-CDM Model)是所谓Λ-冷暗物质(Cold Dark Matter)模型的简称。它在大爆炸宇宙学中经常被称作索引模型,这是因为它尝试解释了对宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构以及宇宙加速膨胀的超新星观测。它是当前能够对这些现象提供融洽合理解释的最简单模型。. 宇宙的年龄是指自大爆炸开始至今所流易的时间,当今理论和观测认为这个年龄在136亿年到138亿年之间。这个不确定的区间是从多个科研项目的研究结果的共识中取得的,其中使用的先进的科研仪器和方法已经能够将这个测量精度提升到相当高的量级。这些科研项目包括对宇宙微波背景辐射的测量以及对宇宙膨胀的多种测量手段。对宇宙微波背景辐射的测量给出了宇宙自大爆炸以来的冷却时间,而对宇宙膨胀的测量则给出了能够计算宇宙年龄的精确数据。 根据2013年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.98 ± 0.37亿年。.

之间ΛCDM模型和宇宙的年龄相似

ΛCDM模型和宇宙的年龄有(在联盟百科)13共同点: 大爆炸威尔金森微波各向异性探测器宇宙學常數中微子弗里德曼方程哈勃定律冷暗物质光子重子Ia超新星暗物质暗能量曲率

大爆炸

--又稱大--靂(Big Bang),是描述宇宙的源起與演化的宇宙學模型,这一模型得到了当今科学研究和觀測最廣泛且最精確的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的。根据2015年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.99 ± 0.21亿年,并经过不断的到达今天的状态。 大爆炸这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论,又在场方程的求解上作出了一定的简化(例如宇宙學原理假设空间的和各向同性)。1922年,苏联物理学家亚历山大·弗里德曼用广义相对论描述了流体,从而给出了这一模型的场方程。1929年,美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现,从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移,从而推导出宇宙膨胀的观点。1927年时勒梅特通过求解弗里德曼方程已经在理论上提出了同样的观点,这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。哈勃的观测表明,所有遥远的星系和星系团在视線速度上都在远离我们这一观察点,并且距离越远退行视速度越大 。如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大,则说明它们在过去曾经距离很近。从这一观点物理学家进一步推测:在过去宇宙曾经处于一个密度极高且温度极高的状态,大型粒子加速器在类似条件下所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。然而,由于当前技术原因,粒子加速器所能达到的高能范围还十分有限,因而到目前为止,还没有证据能够直接或间接描述膨胀初始的极短时间内的宇宙状态。从而,大爆炸理论还无法对宇宙的初始状态作出任何描述和解释,事实上它所能描述并解释的是宇宙在初始状态之后的演化图景。当前所观测到的宇宙中氢元素的丰度,和理论所预言的宇宙早期快速膨胀并冷却过程中,最初的几分钟内通过核反应所形成的这些元素的理论丰度值非常接近,定性并定量描述宇宙早期形成的氢元素丰度的理论被称作太初核合成。 大爆炸一词首先是由英国天文学家弗雷德·霍伊尔所采用的。霍伊尔是与大爆炸对立的宇宙学模型——穩態學說的倡导者,他在1949年3月BBC的一次广播节目中将勒梅特等人的理论称作“这个大爆炸的观点”。虽然有很多通俗轶事记录霍伊尔这样讲是出于讽刺,但霍伊尔本人明确否认了这一点,他声称这只是为了着重说明这两个模型的显著不同之处。霍伊尔后来为恒星核合成的研究做出了重要贡献,这是恒星内部通过核反应利用氢元素制造出某些重元素的途径。1964年发现的宇宙微波背景辐射是支持大爆炸确实发生的重要证据,特别是当测得其频谱从而绘制出它的黑体辐射曲线之后,大多数科学家都开始相信大爆炸理论了。.

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威尔金森微波各向异性探测器

威爾金森微波各向異性探測器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,簡稱WMAP)是美國國家航空暨太空總署的人造衛星,目的是探測宇宙中大爆炸後殘留的輻射熱,2001年6月30日,WMAP搭载德尔塔II型火箭在佛羅里達州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心發射升空。 由於宇宙間殘存著大霹靂的熱輻射(即為宇宙微波背景輻射),而WMAP的目的就是測量這些熱輻射的極小差異。這計畫由查爾斯·本內特教授及約翰·霍普金斯大學所領導,與美國太空總署戈達德太空飛行中心及普林斯頓大學合作。WMAP太空船在2001六月30日七點46分46秒於佛羅里達升空,是COBE太空任務的繼承者之一,也是中級探索者系列衛星的一員。2003年,為了紀念曾為研究計畫一員的宇宙學家大衛·威爾金森,MAP更名為WMAP。WMAP在圍繞日-地系統的L2點運行,離地球1.5×106公里。2012年十二月20日,研究團隊發佈了WMAP九年數據及相關影像。 WMAP的測量在建立最近的宇宙標準模型(宇宙常數-冷暗物質模型,或稱ΛCDM模型)中扮演了關鍵的角色。宇宙常數-冷暗物質模型是是一種以宇宙常數型態表示的暗能量為主導的宇宙模型,這模型與WMAP數據及其他宇宙學數據吻合,並且緊密的相互趨近。在宇宙常數-冷暗物質模型中,宇宙年齡為137.72 ± 0.059億年。由金氏世界記錄鑑定,WMAP的任務使宇宙的年齡精確度優於1%。現在的宇宙膨脹速率(見哈伯常數)為69.32 ± 0.80 (公里/秒)/百萬秒差距。宇宙的組成中有 4.628 ± 0.093%的一般重子物質,有24.02+0.88−0.87%既不吸收也不放射光的的冷暗物質(CDM),有71.35+0.95−0.96% 使宇宙加速膨脹的的暗能量。而微中子在宇宙含量中佔不到1%,但WMAP的測量發現其存在。該團隊於2008年首次發現,證實了宇宙微中子背景輻射的存在,微中子的有效種類為3.26 ± 0.35。尤拉平面幾何的曲率(Ωk)為-0.0027+0.0039−0.0038。WMAP的測量在很多方面也支持宇宙是平坦的,包括平坦測量。 根據「科學」雜誌,WMAP在2003年有重大突破。這任務的成果論文榮登2003年後超熱門科學文章排行榜的第一及第二名。在 INSPIRE-HEP數據庫中,物理與天文學引用最多次的論文只有三篇是在2000年以後發表的,而這三篇皆由WMAP發佈。在2010年三月27日,貝內特、來曼、大衛榮獲2010年的邵逸夫獎,以褒揚他們WMAP對天文界的貢獻。 2010年十月,WMAP太空船經過九年的運作,終於功成身退,安息在日心軌道上。天文學及物理高級審查小組在2010年九月於美國太空總署核准了總共九年的WMAP作業,所有WMAP的數據都會仔細檢查並公諸於世。 有些宇宙標準模型的數據型態不同於一般的統計。例如極大角度的測量中,四極矩的數據可能小於模型所預測的,但此不一致性並不顯著。比較小的角度,如大的冷班點及其他數據特徵等,在統計數據上反而較為明顯,而研究將會繼續往這些方面進行。.

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宇宙學常數

宇宙學常數(cosmological constant)或宇宙常數由阿爾伯特·愛因斯坦首先提出,現前常標為希臘文「Λ」,與度規張量相乘後成為宇宙常數項\Lambda g_而添加在愛因斯坦方程式中,使方程式能有靜態宇宙的解。若不加上此項,則廣義相對論所得原版本的愛因斯坦方程式會得到動態宇宙的結果。 這是出於愛因斯坦對靜態宇宙的哲學信念。在哈伯提出膨脹宇宙的天文觀測結果哈伯紅移後,愛因斯坦放棄宇宙學常數,認為是他「一生中最大的錯誤」。 但是1998年天文物理與宇宙學對宇宙加速膨脹的研究則讓宇宙學常數死而復生,認為雖然其值很小,但可能不為零。宇宙常數項的貢獻被認為與暗能量有關。.

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中微子

中微子(Neutrino,其字面上的意義為「微小的電中性粒子」,又譯作--)是一种电中性的基本粒子,自旋量子數為½,以希腊字母ν标记。现在已经有证据表明其具有质量。但其质量即使相比于其他亚原子粒子也是非常微小的。它可能是现在唯一一种已探测到的暗物质,是一种热暗物质。 中微子与电子、μ子以及τ子同属轻子,有三种“味”:电中微子()、μ中微子()以及τ中微子()。每种味的中微子都相应存在一种同样电中性且自旋量子數為½的反中微子。在标准模型中,中微子的产生过程遵循轻子数守恒定律。 由于中微子是电中性的,同时还是一种轻子,因而其并不参与电磁相互作用以及强相互作用。其只参与弱相互作用以及引力相互作用。 由于弱相互作用作用距离非常短,而引力相互作用在亚原子尺度下又是十分微弱的,因而中微子在穿过一般物质时不会受到太多阻碍,且难以检测。 中微子可以通过放射性衰变以及核反应等多种方式产生。由于太阳内部时时刻刻都在发生着核反应,而超新星产生等过程也会伴随着剧烈的核反应,因而在宇宙射线中可以检测到中微子的存在。地球附近所检测到的中微子大多来源于太阳。事实上,地球面向太阳的区域每秒钟在每平方厘米上都会穿过大约650亿个来自太阳的中微子。 人们现在认识到中微子在飞行过程中会在不同味间振荡,比如β衰变中产生的电中微子可能在检测时会变为μ中微子或τ中微子。这一现象表明中微子具有质量,且不同味的中微子的质量也是不同的。依据现在宇宙学探测的数据,三种味的中微子质量之和小于电子质量的百万分之一。.

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弗里德曼方程

弗里德曼方程(英文:Friedmann equations)是广义相对论框架下描述空间上均一且各向同性的的一组方程。它们最早由亚历山大·弗里德曼在1922年得出 (English translation in),他通过在弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规下对具有给定质量密度\rho\,和压力p\,的流体的能量-动量张量应用爱因斯坦引力场方程而得到。而具有负的空间曲率的方程则由弗里德曼在1924年得到 (English translation in)。.

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哈勃定律

在物理宇宙學裏,哈伯定律(Hubble's law)表明,來自遙遠星系光線的紅移與它們的距離成正比。這條定律是因證實者哈伯而命名。它被認為是的第一個觀察依據,和今天經常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據。 在宇宙学研究中,哈伯定律成为宇宙膨胀理论的基础,以方程式表示 其中,v 是由紅移現象測得的星系遠離速率,H_0 是哈伯常數,D是星系與觀察者之間的距離。 2012年12月20日,美國國家航空暨太空總署的威爾金森微波各向異性探測器實驗團隊宣布,哈伯常數為69.32 ± 0.80 (km/s)/Mpc。 2013年3月21日,從普朗克卫星觀測獲得的数据,哈伯常數為67.80 ± 0.77 千米每秒每百万秒差距(67.80 ± 0.77 km/s/Mpc)。,table 9.

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冷暗物质

冷暗物質(英语:Cold Dark Matter,简称CDM)是大爆炸理論在改善的過程中加入的新材料,這種物質在宇宙中不能用電磁輻射來觀測,因此是暗的;同時這種微粒的移動是緩慢的,因此是冷的。在2006年,多數的宇宙學家熱衷於描述冷暗物質如何在早期宇宙仍是平滑的初始狀態下(如宇宙微波背景辐射所示),如何形成如同我們今日所見的星系和星系團的結構-宇宙的大尺度結構。 在冷暗物質的理論中,結構依層級增長,在連續和逐級增長的過程中,少量的物質先塌縮和合併在一起,逐漸形成越來越巨大的結構。在流行在80年代的熱暗物質的事例中,結構不依層級增長(由下而上),而是以斷裂的方式發展(由上而下),最巨大的超星系團先形成像船艙甲板似的,像薄煎餅的層狀結構,然後斷裂形成,像星系-我們的銀河系-這樣的小碎片。熱暗物質預測的與觀察到的大尺度結構大相逕庭,而冷暗物質的事例卻總能與觀測的現象契合。 有兩個重要的矛盾出現在冷暗物質理論的預測和觀測的事例之間:星系和星系團在空間中的出現和形成,為冷暗物質的拼圖製造了潛在的危機。.

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光子

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重子

重子(Baryon)是一個現代粒子物理學名詞,在標準模型理論中,「重子」這一名詞是指由三个夸克(或者三个反夸克组成的「反重子」)组成的複合粒子。在這理論中它是強子的一類。值得注意的是,因為重子屬於複合粒子,所以「不是」基本粒子。最常见的重子有組成日常物質原子核的质子和中子,合称为核子。其它重子中,有比这两種粒子更重的粒子,所谓的超子。重子这个称呼是指其质量相对重于轻子和介于两者之间的介子起的。 重子是强相互作用的费米子,也就是说它们遵守费米-狄拉克统计和泡利不相容原理,它们通过组成它们的夸克参加强相互作用。同时它们也参加弱相互作用和引力。带电荷的重子也参加电磁力作用。 重子与由一个夸克和一个反夸克组成的介子一起被合称为强子。强子是所有强相互作用的粒子的总称。 质子是唯一独立稳定的重子。中子假如不与其它中子或者质子一起组成原子核的话就不會稳定,並產生衰变。.

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Ia超新星

超新星(Type Ia supernova)出現在其中的一顆是白矮星,而另一顆可以是巨星或低質量恆星的聯星系統(兩顆軌道互繞的恆星)。白矮星是已完成其正常命週期核融合反應的恆星殘骸。但是,一般最常見的碳-氧白矮星,如果他們的溫度上升得足夠高,仍有進行核融合反應,進一步釋放大量能量的能力。物理上,低自轉速率的碳-氧白矮星會低於1.44太陽質量()有點令人費解的是,儘管與電子簡併壓力無法阻擋災難性坍縮的錢德拉塞卡質量(Chandrasekhar mass)有所不同,這個限制通常被稱為錢德拉塞卡極限。如果一顆白矮星可以從其聯星系統的伴星逐漸吸積質量,一般假設當其接近此一質量極限時,核心將達到碳融合的點火溫度。如果白矮星與另一顆恆星合併(極為罕見的事件),它將在瞬間就超越了質量限制並開始坍縮,也會再次提升溫度超越核融合的燃點。在啟動核融合之後幾秒鐘,白矮星絕大部分的質量會經歷熱失控反應,釋放出極為巨大的能量(1–),在超新星爆炸中解除恆星的束縛。 這種類型的超新星由於爆炸的白矮星通過吸積的機制使質量幾乎一致,因此產生一致的峰值光度。因為超新星的視星等隨著距離而改變,這種穩定的最大光度使它們的爆發可以做為標準燭光,用來測量宿主星系的距離。 在2015年5月,NASA報告克卜勒太空望遠鏡觀測新發現一顆Ia超新星,KSN 2011b,爆炸的完整過程:爆炸前、爆炸中和爆炸後。前超新星時段的詳細資訊可能可以讓科學家對暗能量有更好的瞭解。.

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暗物质

在宇宙学中,暗物质(Dark matter),是指無法通過电磁波的觀測進行研究,也就是不與电磁力產生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知,而且已經發现宇宙中有大量暗物质的存在。 现代天文学經由引力透镜、宇宙中大尺度结构的形成、微波背景辐射等方法和理论来探测暗物质。而根据ΛCDM模型,由普朗克卫星探测的数据得到:整个宇宙的构成中,常規物質(即重子物質)占4.9%,而暗物质則占26.8%,还有68.3%是暗能量(质能等价)。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性(inconsistency),对结构形成也非常关键。暗物质很有可能是一种(或几种)粒子物理标准模型以外的新粒子所構成。对暗物质(和暗能量)的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。 2015年11月,NASA噴射推進實驗室的科學家蓋瑞‧普里茲奧(Gary Prézeau)以ΛCDM模型模擬銀河系內暗物質流過地球與木星等行星的情形,發現這會使該暗物質流的密度明顯上升(地球:10^7倍、木星:10^8倍),並呈現毛髮狀的向外輻射分佈結構。.

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暗能量

在物理宇宙學中,暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種。在宇宙標準模型中,暗能量佔據宇宙68.3%的質能。 Sean Carroll, Ph.D., Cal Tech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 2 page 46, Accessed Oct.

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曲率

曲率,符号以Kappa:κ表示,是几何体不平坦程度的一种衡量。平坦对不同的几何体有不同的意義。 曲率半径,符号以Rho:ρ表示,是曲率的倒数,单位为米。.

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上面的列表回答下列问题

ΛCDM模型和宇宙的年龄之间的比较

ΛCDM模型有36个关系,而宇宙的年龄有28个。由于它们的共同之处13,杰卡德指数为20.31% = 13 / (36 + 28)。

参考

本文介绍ΛCDM模型和宇宙的年龄之间的关系。要访问该信息提取每篇文章,请访问: