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    标准宇宙的困难—准平坦性疑难

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    • Lv.9高能中微子
      阿基米德🌏

      标准宇宙的困难—准平坦性疑难

       

      广义相对论说,物质可以影响空间的曲率,比如我们的地球就可以让它周围的空间发生弯曲,这是小尺度上的,我们知道在宇宙中有大量的球,所以我们认为小尺度的空间并不平坦,坑坑洼洼的。

      除了考虑小尺度上的形状,物理学家还考虑了大尺度上的,也就是把整个宇宙空间,以及其中的物质密度看作一个整体,来思考我们宇宙空间的曲率是怎样的。

      宇宙空间的曲率由曲率因子K决定,K可以取值为(-1、0和1),分别对应了负曲率的马鞍面、0曲率的平面、正曲率的球面,这三种几何形状。K到底是等于-1、0还是1,又跟宇宙中的物质密度和临界密度的比值Ω有关。

      根据大爆炸模型,科学家设想了这样一种情况,宇宙最开始有一个初始膨胀率,但宇宙中的物质会产生引力互相吸引,那么两种力就开始对抗了。

      在引力的作用下,宇宙的膨胀率会一直变小,如果引力让宇宙的初始膨胀率无限地逼近于0,但不能达到0,我们就说宇宙的物质密度和初始膨胀率处在了一种完美的平衡状态。

      那么在这种情况下,宇宙的物质密度就是临界密度,这样的宇宙它的体积会达到一个最大值,然后不再变大,也不再缩小,可以一直存在。

       

      但这种平衡状态非常脆弱,不稳定,如果宇宙中少一个质子,宇宙就会膨胀,多一个质子宇宙就会坍缩,这就是临界宇宙。

      当宇宙的物质密度等于临界密度的时候,Ω等于1,这样的宇宙空间曲率就是平坦的二维面。当物质密度大于临界密度的时候,Ω大于1,这对应了正曲率的球面,当物质密度小于临界密度的时候,Ω小于1,这对应了负曲率的马鞍面。

      宇宙早期的物质密度非常接近于临界密度,偏离程度只有10-55量级。根据微波背景辐射角功率谱的测量结果显示,我们的可观测宇宙平的不可思议,没有可观测的曲率,Ω非常接近于1,只有1.005正负0.007,只有千分之几的差异。偏差之小,实在惊人。

       

      而且根据预测,Ω和1的差异会随着时间的发展不停地被放大,也就是说,在38万年的时候,宇宙更平。所以我们就需要解释,为什么宇宙早期物质密度会如此接近于临界密度?为什么宇宙早期空间性质会如此接近于平直空间?为什么宇宙空间没有曲率?这就是所谓的平坦难题。

       

      这是十分令人费解的。除非有特别的机制加以保证,否则难以想象会有如此接近的偶然性。

       

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    • Lv.8仄米空洞
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      图灵
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      玻尔
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      飞越地球
      写的非常好,点赞支持一下
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      Lv.32珠穆朗玛峰
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      飞越地球
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      Lv.21紫外波长
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      8周年🎂
      这图看起来不错 [s-3]
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      Lv.33哈雷彗星
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      拉格朗日
      宇宙空间的曲率~
      [s-8]
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      Lv.33哈雷彗星
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      Lynne阿基米德🌏
      个人说明:醉后不知天在水,满船清梦压星河
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