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粒子宇宙学
- 热力学系统下的场论和QFT有什么区别
- 红移与尺度因子的关系是
- 背景光子的温度随尺度因子的演化规律是
- 在宇宙经历哪个过程后，中微子背景与光子背景的温度不再相等
- 宇宙弱电相变的能标大约为
- 下列哪个不是旧暴胀模型的特征
- 目前为止，最精确的CMB观测实验是
- 下列哪一个不是解决大爆炸模型疑难的必要条件
- 下列哪项不是标准宇宙学认为宇宙经历过的时期
- 减速因子的值满足什么条件代表宇宙膨胀在加速
- 提出黑洞奇点定理的是
- 物质的背景能量密度随尺度因子的演化规律是
- 线性扰动理论中，真实的张量自由度有多少？
- 是什么保证了扰动的不同k模之间独立演化
- 宇宙中分开因果联系的边界叫什么
- 暴胀场的两点函数近似为
- 宇宙弦对应哪种同伦群
- 下列哪项不是CMB的TT谱的特征
- Sachs-Wolfe效应描述的是
- 在物质主导阶段引力势的变化是
- 科学家们是用哪一个参数来描述宇宙的膨胀速率
- 最早探测到宇宙微波背景辐射的是
- 描述电子与光子之间相互作用的是
- 穿越哈勃视界是指扰动的什么参数近似于哈勃半径
- 畴壁对应哪种同伦群
- 下列哪些是宇宙热历史经历过的阶段
- 下列描述错误的是
- 在宇宙学背景下的玻耳兹曼方程中，需要考虑的相互作用有
- 相信扰动中，从能动张量守恒可以导出哪些方程
- 求原初扰动运动方程时一般用哪些规范
- 从收缩的共动哈勃视界中我们还能得出什么暴胀条件
- 拓扑学关注哪些变化
- 在课程中非高斯计算用了哪些假设
- 最一般的暴胀模型通常有哪些
- 什么量有螺旋度为0的成分
- 宇宙弦损失能量一般有什么方式
- 下列哪些天文观测能够支持宇宙学原理假设
- 旧暴胀模型有什么特征
- 发生在原初核合成之前的过程有
- 张量扰动有什么性质
- 原初量子涨落中用了什么条件使得最终的真实标量自由度只有一个
- 宇宙弦在那些时期满足标度不变
- 线性扰动理论中度规扰动可以选什么规范
- 原初扰动中的规范不变量有哪些
- 下列属于当前各种反弹宇宙模型可能面临的疑难是
- 光子的温度反比于尺度因子
- 宇宙学扰动理论考虑的时空是史瓦西时空
- 将黑洞的奇点定理推广到整个宇宙的是史蒂芬·霍金
- 宇宙弦能量的损失来源于它的膨胀
- 德西特时空下标量扰动功率谱的定义没有问题
- 玻耳兹曼方程描述了粒子在热平衡状态下的能量分布
- 反弹宇宙模型中，反弹点哈勃参数对宇宙时的导数小于0
- 我们看到的宇宙微波背景辐射（CMB）光子实际上是光子与我们周围的原子散射后的景象
- 空间平移不变性保证了不同扰动模式间的独立演化
- 小场暴胀通常起源于自发对称性破缺
- 在忽略各向异性压的情况下，两个巴丁势相等
- 宇宙学原理是说我们宇宙在各个尺度上都是均匀且各向同性的
- 一致性关系是指张量谱指数和标量谱指数
- 宇宙结构的形成一定程度上是流体之间的引力与流体内部的压强相互竞争的结果
- 物质扰动在大尺度与小尺度上的演化是不同的
- 原初核合成过程发生在复合过程之后
- BD真空是唯一的
- 引力势可通过泊松方程求得
- TT谱上角尺度越大的区域，实验误差也越小。
- 在宇宙的整个演化历史中辐射的能量密度始终高于物质的能量密度
物理学史上最糟糕的理论预测
以下文章来源于公众号原理
原创： 二宗主
1915年，爱因斯坦（Albert Einstein）提出了革命性的引力理论——广义相对论，将弯曲的时空和宇宙中的物质和能量连接在一起。爱因斯坦的新理论不仅解决了当时牛顿引力理论所无法解释的问题，还作出了许多可检验的新预言。但唯一的问题是，当爱因斯坦将他的新理论应用在整个宇宙的时候，却遇到了麻烦。
1917年，爱因斯坦向普鲁士科学院提交了一篇题为《广义相对论下的宇宙学思考》的论文。在论文中，为了使宇宙保持静态，他在方程中引入了所谓的宇宙学常数（用字母“Λ”表示）。这个常数被物理学家视为眼中钉，它的理论预测值与天文观测值之间的差异高达10¹²¹。因此，这一预测也毫无疑问地成为了整个物理学史上最糟糕的理论预言。
在一篇即将发表在《物理学快报B》上的论文中，瑞士日内瓦大学物理系的助理教授Lucas Lombriser提出了一种新的方法，他对广义相对论方程进行了一种新的数学处理，运用这种方法似乎可以协调宇宙常数的理论值和观测值之间的矛盾。
这篇论文最初的一个想法是，在广义相对论方程中出现的另一个重要常数——牛顿万有引力常量（G），或许也会发生变化。目前，这一想法已经得到了一些物理学家的关注。
自爱因斯坦提出宇宙学常数以来，一个多世纪已经过去了。当时，爱因斯坦需要宇宙学常数来确保他的理论与他所认为的静态宇宙相容，因为一个随着时间而演化的宇宙是他所不能接受的。然而在1929年，物理学家哈勃（Edwin Hubble）发现，所有的星系都在相互远离，这意味着宇宙正在膨胀。得知这一点之后，爱因斯坦对在方程中加入宇宙学常数一事非常后悔，在他看来这是个没用的常数，甚至把它描述为“我一生中最大的错误”。
1998年，天文学家从对遥远的超新星的精确分析中惊喜地发现了宇宙不但在膨胀，而且还是在加速膨胀，仿佛有一种神秘的力量在使我们的宇宙膨胀得越来越快。为了描述这种被物理学家称为“真空能量”的事物，宇宙学常数又再次被召唤登场。所谓的“真空能量”是一种有着未知性质的能量，它可以是我们谈论的暗能量、精质等等，它是宇宙加速膨胀的幕后推手。
通过对超新星、宇宙微波背景等进行高精度的观测，科学家们可以对宇宙学常数的实验值进行测量。他们得到的结果是一个非常小的数字，1.11×10⁻⁵² m⁻²，但这已经足以产生预期的加速膨胀效果。
可是问题在于宇宙学常数的理论值与上述的观测值完全不匹配。理论值是通过量子场论得到的：它认为，在任何时刻，在极小尺度上的粒子对在空间中的每个点上都是瞬间产生和毁灭的，这种“真空涨落”是一种非常真实的现象，它的能量被解释为对宇宙学常数的贡献。但当计算这个值时，我们得到了一个巨大的数字，3.83×10⁺⁶⁹ m⁻²，这与实验值简直有着天壤之别。而宇宙学常数的理论值和实验值之间的差异，也代表了迄今为止在科学理论和实验之间所出现过的最大差距——相差121个数量级。
宇宙学常数问题也成了当前理论物理学中最热门的一个课题，许多从事物理学、天文学研究的科学家都在思考这一难题。每个人都在从所有能想象到的角度研究广义相对论方程，试图能挖掘出可以解决这个问题的方法。虽然已经提出了许多可能的解释，但还是缺乏普遍的共识。
几年前，Lombriser教授对研究这个问题的新方法产生了一个初步想法，他认为万有引力常量（在我们所生活的宇宙中，G=6.67408×10⁻¹¹ m³/kg·s²）只是无数不同理论可能性中的一个特例。
经过大量的推演和假设，Lombriser教授的数学方法终于可以计算出参数ΩΛ。ΩΛ是宇宙学常数的另一种表达方式，但要更容易操作。这个参数表示了宇宙中由暗能量组成的部分，Lombriser得到的理论值为70.4%（ΩΛ=0.704），与迄今获得的最佳实验观测值68.5%（ΩΛ=0.685）非常接近。与10¹²¹相比，理论值与观测值之间的差异得到了巨大的改善。
不过，这一方法虽然获得了初步的成功，但显然它还需要经过更进一步的分析验证，才能判断Lombriser所提出的新的框架是否能用来重新解释或阐明宇宙学的奥秘。现在，虽然论文还没有正式发表，但Lombriser所提出的概念已经受到了科学界的广泛兴趣，他已被邀请在多个科学会议上展示和陈述他的方法。
参考来源：
A:空间几何不一样 B:不会有相互作用 C:无真空态 D:真空随温度变化
AI参考:正确选项：B:不会有相互作用。场论和QFT都是研究热力学系统下的场的行为的，但是它们之间存在一些区别。场论主要关注场本身的性质和行为，而QFT则更加关注场之间的相互作用。因此，场论和QFT的主要区别在于它们是否考虑相互作用。在热力学系统中，如果没有相互作用，那么场的行为可以更简单、更直接地进行分析和描述。因此，答案为B：不会有相互作用。'
A:是尺度因子的平方减去1 B:是尺度因子的倒数减去1 C:是尺度因子的倒数 D:是尺度因子的平方
答案:
A:反比于尺度因子 B:正比于尺度因子 C:反比于尺度因子的2次方 D:正比于尺度因子的2次方
答案:反比于尺度因子
A:中微子退耦 B:弱电相变 C:光子复合 D:正负电子湮灭
答案:正负电子湮灭
A:800KeV B:150MeV C:30TeV D:100GeV
答案:137亿光年AI参考:正确选项是【B:150MeV】。宇宙弱电相变是宇宙学中一个重要的概念，指的是在宇宙演化过程中，由弱电相互作用导致的相变。这个能标大约为150MeV，即选项B。这个能标的选择是基于理论推导和实验验证的结果。其他选项A、C、D虽然也具有一定的参考价值，但不是宇宙弱电相变的能标的准确选择。'
A:从亚稳定真空到稳定真空 B:相变期间温度极低 C:一级相变 D:可产生微弱的不均匀性
答案:存在不稳定假真空;一级相变;相变期间温度极低;势能会被温度修正AI参考:正确选项是B：相变期间温度极低。旧暴胀模型的特征包括从亚稳定真空到稳定真空、一级相变、产生微弱的不均匀性和相变期间温度极高。因此，选项B不是旧暴胀模型的特征。'
A:COBE卫星实验 B:WMAP卫星实验 C:Planck卫星实验 D:哈勃太空望远镜实验
A:空间平坦 B:负压强 C:加速膨胀 D:减小的共动哈勃半径
AI参考:正确选项是：D：减小的共动哈勃半径。大爆炸模型疑难是指在大爆炸模型中，宇宙的膨胀速度在不断地增加，无法解释宇宙中的物质和辐射的分布和性质是如何随着时间的推移而变化的。为了解决这个疑难，需要满足一些条件，其中包括空间平坦、负压强和加速膨胀等。但是，减小的共动哈勃半径并不是解决大爆炸模型疑难的必要条件。共动哈勃半径是指在宇宙学距离上观测到的两个天体在退行中的距离，当这个距离逐渐减小，意味着宇宙的膨胀速度在减缓，可以用来间接推断宇宙的物质密度和压力情况等参数。但是减小的共动哈勃半径并不能直接解决大爆炸模型疑难。'
A:物质主导时期 B:辐射主导时期 C:暗能量主导时期 D:原初黑洞主导时期
A:对宇宙时的导数大于0 B:对宇宙时的导数小于0 C:大于0 D:小于0
A:爱德华·威滕 B:罗杰·彭罗斯 C:保罗·戴维斯 D:史蒂芬·霍金
A:正比于a的3次方 B:反比于a的3次方 C:正比于a的4次方 D:反比于a的4次方
A:4 B:1 C:3 D:2
A:微分同胚变换 B:空间转动不变 C:空间平移不变 D:规范变换
AI参考:正确答案是D：规范变换。规范变换能够保证扰动的不同k模之间独立演化。在物理学中，规范变换是一种将物理量从一个理论或框架转换到另一个理论或框架的方法，它能够保持物理规律不变，从而保证了扰动的不同k模之间独立演化。微分同胚变换、空间转动不变、空间平移不变都是描述空间几何性质的概念，与扰动的不同k模之间独立演化没有直接关系。'
A:粒子视界 B:事件视界 C:类光超曲面 D:黑洞视界
A:长度分之一 B:长度的平方 C:长度 D:长度的平方分之一
AI参考:正确选项是【长度】。暴胀场是一种在宇宙学中描述宇宙膨胀的物理量，其两点函数通常用来描述暴胀场在不同时间点的涨落情况。根据物理学中的基本定义，长度是描述物体或空间大小的物理量，因此暴胀场的两点函数近似为长度。选项A、B、D都与长度的定义不符，只有选项C正确地描述了暴胀场的两点函数近似为长度。'
A:π0 B:π1 C:π2 D:π3
A:第一个峰的高度最大 B:角尺度较大时变化较为平缓 C:较高的峰与较低的峰交替出现 D:在角尺度较小时有一个明显的截断
A:引力势随时间的变化对CMB各向异性的影响 B:引力势对CMB各向异性的影响 C:引力波对CMB各向异性的影响 D:引力波随时间的变化对CMB各向异性的影响
A:正比于尺度因子 B:反比于尺度因子 C:不变 D:正比于尺度因子的对数
A:红移 B:尺度因子 C:临界密度 D:哈勃参数
A:Alan Guth 与 Robert Brandenberg B:John Mather 与 George Smoot C:Arno Penzias 与 Robert Wilson D:Max Planck
A:康普顿散射 B:布拉格散射 C:拉曼散射 D:汤姆逊散射
A:波长 B:振幅 C:波数 D:频率
A:π0 B:π1 C:π3 D:π2
A:中微子退耦阶段 B:原初核合成阶段 C:复合阶段 D:正负电子湮灭阶段
A:光度距离等于角距离 B:哈勃定律只在低红移处近似成立 C:一个张量场如果是均匀的那么也一定是各向同性的 D:宇宙学原理是说我们宇宙在小尺度上是均匀且各相同性的。
A:暗物质与时空度规 B:电子与质子 C:光子与时空度规 D:光子与电子
A:连续性方程 B:泊松方程 C:克莱因戈登方程 D:欧拉方程
A:空间平坦规范 B:zeta规范 C:牛顿规范 D:共动规范
A:加速膨胀 B:初始为平坦宇宙 C:暴胀持续时间长 D:负压强
AI参考:正确选项是【B:初始为平坦宇宙 C:暴胀持续时间长 】从收缩的共动哈勃视界中我们还能得出初始为平坦宇宙和暴胀持续时间长这两个暴胀条件。收缩的共动哈勃视界是宇宙微波背景辐射在空间各点上的信息，可以反映宇宙早期的状态。通过分析这些信息，我们可以推断出宇宙的初始状态是否平坦，以及暴胀持续的时间。其他选项A、D与收缩的共动哈勃视界的信息不相关。'
A:拉伸 B:粘连 C:撕裂 D:扭转
AI参考:正确选项为【B:粘连 C:撕裂 D:扭转】：拓扑学主要关注物体或系统在空间中的变化，包括粘连、撕裂、扭转等不涉及物体物质本身的变化。拉伸和扭转虽然也是拓扑学关注的内容，但它们更侧重于物体在长度和旋转方向上的变化，与题目要求不完全匹配。'
A:f(R)引力 B:非最小耦合 C:慢滚暴胀 D:BD真空
A:小场暴胀 B:混合暴胀 C:混沌暴胀 D:大场暴胀
A:张量 B:标量势 C:标量 D:矢量
A:自相互作用 B:尖端运动 C:碰撞 D:缠绕
AI参考:正确选项是【A:自相互作用】。宇宙弦是一种存在于宇宙中的长而细的物质束，它们可以通过自相互作用来损失能量，例如当两个宇宙弦靠近时，它们之间会产生引力相互作用，导致宇宙弦逐渐塌缩并损失能量。其他选项中，尖端运动、碰撞和缠绕虽然也可能对宇宙弦的运动产生影响，但它们不太可能是宇宙弦损失能量的主要方式。'
A:宇宙中射电点源的分布 B:宇宙微波背景辐射（CMB）的观测 C:对日食月食的观测 D:宇宙大尺度结构的观测
A:势能会被温度修正 B:一级相变 C:存在不稳定假真空 D:相变期间温度极低
A:中微子退耦过程 B:复合过程 C:正负电子湮灭过程 D:弱电相变过程
A:横向 B:正则 C:守恒 D:无迹
A:规范选取 B:约束方程 C:超视界条件 D:绝热条件
A:暴胀时期 B:物质为主 C:辐射为主 D:后期加速膨胀时期
A:牛顿规范 B:幺正规范 C:同步规范 D:空间平坦规范
A:共动曲率扰动 B:绝热扰动 C:等密度曲率扰动 D:熵扰动
AI参考:正确选项为：A:共动曲率扰动、C:等密度曲率扰动。原初扰动中的规范不变量包括共动曲率扰动和等密度曲率扰动，这两个扰动是原初扰动中的重要组成部分。绝热扰动和熵扰动虽然也是扰动，但它们不属于规范不变量。'
A:反弹过后无法维持宇宙的持续膨胀 B:扰动的梯度不稳定性 C:张标比较大 D:扰动具有大的非高斯性
A:对 B:错
AI参考:光子的温度反比于尺度因子这个说法是正确的。光子的温度与其频率有关，而尺度因子则与光子的尺度有关。当光子的尺度越小，其温度越高，反之则温度越低。因此，光子的温度反比于尺度因子，这是一个正确的物理关系。所以，正确答案是选项A：对。"
A:错 B:对
A:对 B:错
A:对 B:错
AI参考:答案：A。宇宙弦是一种假想的物体，它们是由数学模型预言存在的存在奇异物质构成的。当宇宙弦向外释放引力波时，它的一部分能量会转化为宇宙弦本身的热能，从而导致宇宙弦能量的损失。因此，宇宙弦能量的损失来源于它的膨胀。所以答案是A，即“对”。"
A:对 B:错
A:对 B:错
A:错 B:对
A:错 B:对
A:错 B:对
A:错 B:对
A:错 B:对
AI参考:答案：B。在忽略各向异性压的情况下，两个巴丁势相等。"
A:对 B:错
A:对 B:错
A:错 B:对
A:对 B:错
A:对 B:错
A:错 B:对
A:错 B:对
A:对 B:错
AI参考:答案：B:错。 TT谱上角尺度越大的区域，实验误差也越大。因为随着角尺度的增大，信号的波动性也会增大，导致实验误差增大。因此，这个判断题是错误的。"
A:错 B:对
