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1、对宇宙探索的研究报告 宇宙是所有的时间和空间和它的内容 ， 它包括行星 、 月亮 、 小行星 、恒星 、星系 、星系际空间的内容和 所有物质 还有能量 ， 整个宇宙的大小是未知的。 宇宙的最早的科学模型是由古希腊和印度哲学家发达和地心，将地球在宇宙的中心。 在过去的几个世纪里，更精确的天文观测导致 Nicolaus Copernicus（ 1473 1543）在太阳系的中心，太阳的日心模型的发展。在万有引力定律的发展，艾萨克牛顿爵士（ NS： 16431727）建立在哥白尼的工作以及第谷布拉赫观测（ 1546 1601）和开普勒（ 1571 1630）行星运动定律。 进一步的观测改进使我们意识

2、到我们的太阳系位于银河系中，银河系是宇宙中众多星系中的一个。据推测，星系分布均匀，在所有方向上相同，这意味着宇宙既没有边缘，也没有中心。在第二十世纪初的发现表明，宇宙有一个开始，它正在扩大 在不断增长的速度 宇宙中的大多数质量似乎存在于一个未知的形式称为暗物质。 宇宙大爆炸理论是宇宙发展的主流宇宙学描述。根据这一理论，空间和时间一起出现在13.799 年前的 2100 万 中，随着宇宙膨胀，能量和物质的密度越来越小。最初的膨 胀后，宇宙冷却，允许第一次原子粒子形成，然后简单的原子。巨云随后通过重力合并形成星系、恒星和今天所看到的一切。 有许多关于宇宙最终命运的相互竞争的假设，以及如果有什么事情

3、发生在大爆炸之前，而其他物理学家和哲学家拒绝猜测，怀疑以前的状态的信息将永远是可访问的。一些物理学家提出各种多重宇宙假说，即宇宙可 能是一个同样存在许多宇宙中 。 年表与大爆炸 宇宙演化的普遍模式是大爆炸理论 宇宙大爆炸模型指出宇宙最早的状态是非常热和 稠密的，随后它膨胀。该模型是基于广义相对论和简化假设，如均匀性和各向同性的空间。宇宙常数（）和冷暗物质的模型，称为 CDM模型的版本，是最简单的模型，提供了一个相当不错的帐户的各种观测宇宙。大爆炸模型解释的观测，如星系的距离和红移的相关性，氢氦原子的数目的比率，和微波辐射背景 。 最初的热，致密的状态被称为普朗克时代，一个从零到约 1043秒一

4、个普朗克单位时间的延伸段。在普朗克时代，所有类型的物质和所有类型的能量都集中在一个稠密的状态，引力被认为是强大的其他基本力量 ，所有的力量可能已经统一。普朗克时代以来，宇宙已扩大到目前的形式，可能有一个非常短暂的宇宙膨胀导致的宇宙达到小于 1032秒，一个更大的规模。 后普朗克时代，通货膨胀是夸克和轻子，强子，时代。总之，这些时代包含不到 10 秒的时间后，大爆炸。所观察到的丰度的元素可以解释相结合的整体扩展的空间与核和原子物理。随着宇宙的膨胀，电磁辐射的能量密度比物质的能量下降得更快，因为光子的能量随波长的减小而减小。随着宇宙膨胀和冷却，基本粒子稳定地组合成更大的组合。因此，在物质占主导地位

5、的早期，形成稳定的质子和中子， 然后通过核反应形成原子核。这个 过程，被称为大爆炸核合成， 导致较轻的原子核，目前氢氘丰度特别 。大爆炸核合成结束约 20 分钟的大爆炸后，当宇宙有足够的冷却，使核聚变能不再发生。在这个阶段，宇宙中的物质主要是带负电的电子、中性中微子和正原子核的热稠密等离子体。这个时代，被称为光子时代，持续了大约 38 万年。 最终，在被称为复合的时候，电子和原子核形成稳定的原子，对大多数波长的辐射都是透明的。随着光子与物质脱钩，宇宙进入物质主导的时代。来自这个时代的光可以自由旅行，它仍然可以在宇宙中看到的宇宙微波背景（ CMB） 。经过大约 1 亿年，第一代恒星形成；这些可能

6、是非常巨大的，发光的，负责宇宙再电离。没有比锂更重的元素，这些明星也产生了第一重元素通过恒星核。 宇宙中还包含了一个神秘的能量称为暗能量，它的密度不随时间变化。大约 98 亿年后，宇宙充分膨胀，使物质的密度小于暗能量的密度，标志着当前黑暗能量占主导地位的时代的开始。 在这个时代，宇宙的扩张正在加速，由于暗能量。 性能 宇宙的时空通常是从欧氏空间的角度解释，包括三个方面，与时间组成的一个维度，“第四维度”。 结合空间和时间到一个单一的流形称为闵可夫斯基空间，物理学家已经简化了大量的物理理论，以及在一个统一的方式在超星系和亚原子水平的宇宙描述。 时空事件不是绝对定义的空间和时 间，而是已知的相对于

7、观察员的运动。闵可夫斯基空间近似于没有重力的宇宙；广义相对论的伪黎曼流形描述时空与物质和重力。弦理论假设附加尺寸的存在。 在四个基本的相互作用，引力是占主导地位的宇宙学长度尺度，包括星系和规模较大的结构。重力的影响是累积的；相反的，正电荷和负电荷的作用往往相互抵消，使得电磁学在宇宙学长度尺度上相对不重要。剩余的两个相互作用，弱和强大的核力，下降非常迅速的距离，它们的影响主要限于亚原子尺度。 宇宙似乎比反物质有更多的物质，一个不对称可能与 CP 违反的观察。 宇宙似乎既没有净动量，也 没有角动量。净电荷和动量的情况下将遵循公认的物理定律（高斯分别法和应力能量 -动量赝张量，非发散）如果宇宙是有限

8、的。 形状 广义相对论描述时空是如何弯曲和弯曲的质量和能量。宇宙的拓扑或几何包括可观测宇宙中的局部几何和全局几何。宇宙学家通常与一个给定的象片时空称为随动坐标系。时空可以观察到部分落后的光锥，划宇宙视界。宇宙视界（也称为粒子视界或光地平线）是宇宙在宇宙时代可以向观察者旅行 的最大距离。这是观察到的地平线和宇宙的不可观测的区域之间的边界 的存在，性质和意义的宇宙范 围取决于特定的宇宙模型。 测定宇宙理论的未来发展的一个重要参数是密度参数，（），定义为宇宙的平均物质密度除以密度临界值。本文选取三个可能的几何形状取决于等于、小于或大于 1。这些分别被称为平的、开放的和封闭的宇宙。 观察，包括宇宙背景

9、探测器（ COBE）、威尔金森微波各向异性探测器（ WMAP），和普朗克映射的中巴，表明宇宙在有限的年龄范围是无限的，由弗里德曼 勒马 TRE 罗伯森 Walker 描述（ FLRW）模型。 这些 FLRW 模型从而支持暴胀模型 和宇宙学的标准模型，描述一个平面，均匀宇宙目前的暗物质和暗能量主宰。 大小和区域 宇宙的大小有点难以界定。根据严格的定义，宇宙是在我们的一切连接时空，能有机会与我们互动，反之 亦然。 根据广义相对论，空间的一些地区可能会永远与我们甚至在由于光的有限速度和空间的不断扩张宇宙的寿命。例如，从地球发送的无线电信息可能永远无法到达某些空间区域，即使宇宙将永远存在：空间可能比光

10、传播的速度快。 遥远的空间区域被假定存在，并与我们一样成为现实的一部分，尽管我们永远无法与它们互动。我们能影响和受影响的空间区域是可观测的宇宙。观察到的宇宙取决于观察者的位置。通过旅行，观察者可以接触到一个更大的时空区域比观察者仍然保持。然而，即使是最迅速的旅行者也无法与所有的空间互动。通常，可 观察到的宇宙被认为是宇宙的一部分，可以观察到从我们的制高点在银河系。 适当的距离可以在一个特定的时间来衡量，包括地球和观测到的宇宙的边缘之间现在是460 亿光年（ 140 亿秒差距），使约 910 亿光年的可观测宇宙的直径（ 28 109 PC）。距离从可见宇宙的边缘光旅行到非常接近光速的宇宙时代，

11、138 亿光年（ 4.2 109 PC），但这并不代表距离在任何给定的时间，因为观测到的宇宙的边缘和地球已经搬到了更远的分离。 作比较，一个典型的星系的直径是 30000 光年（ 9198 秒差距），和两个邻近星系之间典型的距 离是 300 万光年。 （ 919.8 秒），例如，银河系的直径约 100000 光年 和最近的姐妹星系银河、仙女座星系，位于大约 250 万光年。 因为我们可以没有观察到可观察宇宙的边缘之外的空间，它是未知的宇宙的大小是否是有限的或无限的。 年龄和扩展 天文学家计算宇宙的年龄，假设 lambda CDM模型准确地描述了宇宙的演变，从一个非常统一的，热的，密集的原始状态

12、，其目前的状态和测量宇宙学参数构成的模型。这个模型是很好理解的理论和最近的高精度天文观测如 WMAP 和普朗克支持。通常情况下，安装的观测集包 括宇宙微波背景各向异性，亮度 /红移 Ia型超新星的关系，和大规模的星系簇，包括重子的声学振荡特征。其他观察，如哈勃常数，星系团的丰度，弱引力透镜和球状星团年龄，一般都与这些一致，提供了一个检查的模型，但目前还不准确测量。与之前的 lambda CDM模型是正确的，使用多种技术的参数的测量由大量的实验产生的最佳值的宇宙的年龄为 2015 的 13.799 2100 万年。 随着时间的推移，宇宙和它的内容已经进化，例如，类星体和星系的相对人口已经改变 5

13、8 和空间本身已经扩大。由于这一扩张，地球上的科学家们可 以观测到 300 亿光年外的一个星系的光，尽管这光已经旅行了仅仅 130 亿年，它们之间的空间扩大了。这种扩张是与观察，从遥远的星系发出的光被红移一致；光子发射已延伸到更长的波长和频率较低的在他们的旅程。 Ia型超新星的分析表明，空间扩张正在加速。 宇宙中的物质越多，物质的相互引力越强。如果宇宙密度太大，它就会再次坍缩成引力奇点。然而，如果宇宙包含太少的物质，那么膨胀会加速行星和行星系统的形成。宇宙大爆炸以来，宇宙单调膨胀。也许毫不奇怪，我们的宇宙质量密度大约是每立方米 5 个质子，这使得它在过 去的 138 亿年里得以扩展，给了今天观

14、测到的宇宙形成时间 。 有动力作用在宇宙中的粒子影响膨胀率。在 1998 之前，它被认为是哈勃常数的增加率会随着时间的推移，由于宇宙中的引力相互作用的影响减少，从而有一个额外的可观数量的宇宙称为减速参数，宇宙学家认为是宇宙中的物质密度直接相关。 1998、用两组不同的测量是 1 但不为零的减速参数一致，这表明当今的哈勃常数增长率随时间增加。 时空 时空的竞技场中，所有的物理事件发生的一个事件是由它的时间和地点的特定的时空点。时空的基本要素是事件。在任何给定的时空，事件是一个独特的位置，在一个独特的时间。由于事件是时空点，在经典相对论物理学中，一个基本（点）粒子在某一特定时间的位置可以写成（ x

15、， y， z， t）。时空是所有事件的联合，就像一条线是它所有的点的结合，正式地组织成一个流形。 宇宙似乎是一个平滑的时空连续体，由三个空间维度和一个时间（时间）维度组成。 就平均而言，空间的观察是非常近平（接近零曲率），即欧氏几何是经验真的与整个宇宙的大部分精度高。 时空似乎也有一个简单连接的结构，类似于一个球体，至少在可见宇宙的尺度。然而，目前的观测不能排除的可能性，宇宙有更多的维度，它的时空可能有一个多连通的全球拓扑结构，类比的二维空间的圆柱形或环形拓扑结构 。 内容 宇宙几乎完全由暗能量、暗物质和普通物质组成。其他内容是电磁辐射（估计是从 0.005%到 0.01%）和反物质 的宇宙内

16、产生的电磁辐射量减少了 1 / 2，在 过去的 20 亿年 。 所有类型的物质和能量的比例在整个宇宙的历史变化。 今天，普通物质，包括原子、恒星、星系、生命，只有宇宙 4.9%的内容账户。 这类物质目前的整体密度很低，大约 4.51031克每立方厘米，相对密度为每四立方米的体积只有一个质子的秩序。 的暗物质和暗能量的性质是未知的。暗物质，一种尚未确定的神秘物质，占 26.8%。暗能量，这是空空间的能量，这是导致宇宙加速膨胀，占余下的 68.3%的内容 。 地图的超空隙靠近地球 物质，暗物质，暗 能量是均匀分布在整个长度超过 3 亿光年左右的较长的宇宙。 然而，在较短的长度尺度，物质趋于聚集层次

17、；许多原子凝聚成恒星，大多数恒星形成星系，大多数星系团，超星系团，最后，大规模的星系丝。观察到的宇宙包含大约 300 百万的六乘方（ 3 1023）星 和超过 1000 亿（ 1011）个星系。 典型星系的范围从矮人与一千万 77 为几（ 107）明星到巨人一兆 （ 1012）明星。结构之间的空隙，这是典型的 10 - 150 MPC（ 3300 万 - LY）的直径。银河系是本星系群，而这又 是在laniakea 超星系团。 本超星系团的跨度超过 5 亿光年，而本地组跨越了1000 万光年。 宇宙也相对空虚的大片区域；已知最大的无效措施 18亿 LY（ 550 MPC 在 ）。 比较宇宙的内

18、容到今天的宇宙大爆炸380000年与 5年 WMAP数据后测量（ 2008）。 （由于舍入误差的影响，这些数字的总和是 100%）。这反映了 2008 限制探测器的能力来定义的暗 物质 可观察到的宇宙是各向同性的尺度明显大于超星系团，这意味着宇宙的统计特性在各个方向观察到地球是一样的。宇宙 沐浴在高度各向同性的微波辐射，相当于一个热平衡的黑体谱约 2.72548 开尔文。 假设宇宙是均匀的和各向同性的大规模被称为宇宙学原理。 宇宙是均匀和各向同性的看起来都一样，无论从哪方面看 和没有中心。 暗能量 宇宙膨胀加速的解释仍然是难以捉摸的。这往往是由于“暗能量”，能量是假设渗透空间未知形式。 在大众

19、 能量等价的基础上，暗能量的密度（ 71030克 /立方厘米）远小于普通物质和暗物质在星系内的密度。然而，在当前暗能量时代，它支配着宇宙的质量能量，因为它在空间上是统一的。 暗能量的两个建议形式是宇宙学常数，一个恒定的能量密度填充空间均匀， 和标量场，如精髓或模量，动态量的能量密度可以在时间和空间上变化。常数空间中标量场的贡献通常也包含在宇宙常数中。宇宙常数可以被配制成相当于真空能。标量场只有轻微程度的空间非均匀性很难区分宇宙常数。 原始物质 他剩余的 4.9%的宇宙能量是普通物质，也就是原子、离子、电子和它们形成的物体。这件事包括恒星，产生几乎所有我们看到的星系发出的 光，以及星际气体在星际

20、和星系际介质，行星，和所有的对象，从日常生活中，我们会碰到，触摸或挤压。 事实上，宇宙中绝大多数普通物质是看不见的，因为可见的恒星和气体在星系和星团占不到 10 的普通物质的贡献占到宇宙质量能量密度。 普通物质通常存在于四个状态（或相位）：固体、液体、气体和等离子体。然而，在实验技术的进展已显示以前的理论阶段，如玻色爱因斯坦凝聚和费米子凝聚 。 普通物质是由两种类型的基本粒子：夸克和轻子。 例如，质子是由两个上夸克和一个下夸克；中子是由两个下夸克和一个上夸克 ；而电子是一种轻子。原子由由质子和中子组成的原子核和围绕原子核的电子组成。因为大多数原子的质量都集中在原子核，它是由重子的重子物质，天文学家通常使用的术语来描述普通物质，虽然这种“重子物质”，一小部分是电子。 在大爆炸之后不久，原始的质子和中子形成的夸克 -胶子等离子体的早期宇宙，因为它冷却低于二兆度。几分钟后，在一个过程被称为大爆炸核合成，从原始质子和中子组成的原子核。这形成的轻元素核合成，那些小的原子数达锂和铍，但更重元素的丰度急剧下降，随着原 子序数的增加。一些硼可能已经形成在这个时候，但下一个较重的元素 -碳，并没有形成显着量。大爆炸核合成关闭大约 20 分钟后，由于在膨胀的宇宙的温度和密度的快速下降。从恒星核合成和超新星核合成产生的重元素后形成的。