在宇宙学中哪个方程是最重要的?


04: 56: 41轮回

扩展的宇宙

上周,圆圈理论物理研究所提出了一个话题,询问了14位科学家最喜欢的方程式中的哪一个,以及为什么。从热力学到纯数学,许多不同的研究领域都有很多好的答案。许多人选择基本方程,如万有引力定律,牛顿第二运动定律(F=ma),引力场方程或控制量子粒子的薛定谔方程。但天体物理学家Ethan R. Siegel选择了一个非常特殊的方程式:弗里德曼方程,它是一组从爱因斯坦广义相对论得出的方程。那么弗里德曼方程有什么特别之处呢?

简单地说,弗里德曼方程是一个扩展宇宙的模型,这是迄今为止最现实的观察模型。

时间和空间

1915年,爱因斯坦建立了广义相对论,它将空间和时间的曲率与宇宙中物质和能量的存在联系起来。爱因斯坦的理论不仅可以解释牛顿引力理论可以解释的引力现象,还可以解释牛顿引力理论无法解释的引力现象,例如水星轨道的近日点,并对星光的弯曲做出新的预测。这种预测在1919年的日全食中得到了证实。从那以后,爱因斯坦和他的广义相对论已经成名。

那时,人们认为宇宙是静止的。为了防止宇宙自身缩小,爱因斯坦在他的理论中加入了宇宙常数,这是对广义相对论中静态时空不稳定性的一种特殊修正。

扩展宇宙

到1922年,弗里德曼找到了一种特殊的解决方案,其中不需要引入宇宙学常数。弗里德曼认为宇宙中充满了物质和辐射,并允许弯曲。他进一步假设宇宙是大致各向同性和均匀的。因此,他得出了弗里德曼方程。

这个等式表明宇宙不是静态的,它要么膨胀要么收缩,这取决于宇宙的膨胀率和它所包含的物质。此外,这个等式也可以告诉我们宇宙是如何随着时间的推移而演变的,这个时间可以任意地延伸到未来或过去。

弗里德曼的宇宙预测方程

值得注意的是弗里德曼在哈勃发现宇宙正在扩张之前提出了这个方程,甚至在哈勃发现银河系外的星系之前。两年后,哈勃通过仙女座星系中的造父变星发现了河外星系。此外,直到20世纪20年代末,哈勃还得出结论,宇宙正在通过银河系的红移定律扩展。不幸的是,37岁的弗里德曼在1925年的蜜月期间感染了伤寒,并于同年去世。

虽然弗里德曼的生命是短暂的,但他留下的科学遗产是不容置疑的。随着我们对宇宙学的更多了解,弗里德曼方程变得更加重要。弗里德曼首先从广义相对论中推导出描述宇宙的方程,指出我们的宇宙充满了物质并且在膨胀。此外,他是一位有影响力的老师。最着名的学生是George Gamow。后来他将弗里德曼的研究应用于不断扩展的宇宙,这极大地发展了宇宙起源的大爆炸理论。

弗里德曼方程

近一个世纪之后,在一个包含飙升的起源,中微子,暗物质和暗能量的现代宇宙学中,弗里德曼方程仍然是完全有效的,并且不需要相应的修改来解释这些伟大的进步。弗里德曼方程在宇宙膨胀时至关重要。这个等式将物质和能量与过去,现在和未来宇宙的扩张速度联系起来,使我们现在能够探索宇宙的命运和历史。在宇宙学方面,弗里德曼方程是最重要的。

扩展的宇宙

上周,圆圈理论物理研究所提出了一个话题,询问了14位科学家最喜欢的方程式中的哪一个,以及为什么。从热力学到纯数学,许多不同的研究领域都有很多好的答案。许多人选择基本方程,如万有引力定律,牛顿第二运动定律(F=ma),引力场方程或控制量子粒子的薛定谔方程。但天体物理学家Ethan R. Siegel选择了一个非常特殊的方程式:弗里德曼方程,它是一组从爱因斯坦广义相对论得出的方程。那么弗里德曼方程有什么特别之处呢?

简单地说,弗里德曼方程是一个扩展宇宙的模型,这是迄今为止最现实的观察模型。

时间和空间

1915年,爱因斯坦建立了广义相对论,它将空间和时间的曲率与宇宙中物质和能量的存在联系起来。爱因斯坦的理论不仅可以解释牛顿引力理论可以解释的引力现象,还可以解释牛顿引力理论无法解释的引力现象,例如水星轨道的近日点,并对星光的弯曲做出新的预测。这种预测在1919年的日全食中得到了证实。从那以后,爱因斯坦和他的广义相对论已经成名。

那时,人们认为宇宙是静止的。为了防止宇宙自身缩小,爱因斯坦在他的理论中加入了宇宙常数,这是对广义相对论中静态时空不稳定性的一种特殊修正。

扩展宇宙

到1922年,弗里德曼找到了一种特殊的解决方案,其中不需要引入宇宙学常数。弗里德曼认为宇宙中充满了物质和辐射,并允许弯曲。他进一步假设宇宙是大致各向同性和均匀的。因此,他得出了弗里德曼方程。

这个等式表明宇宙不是静态的,它要么膨胀要么收缩,这取决于宇宙的膨胀率和它所包含的物质。此外,这个等式也可以告诉我们宇宙是如何随着时间的推移而演变的,这个时间可以任意地延伸到未来或过去。

弗里德曼的宇宙预测方程

值得注意的是弗里德曼在哈勃发现宇宙正在扩张之前提出了这个方程,甚至在哈勃发现银河系外的星系之前。两年后,哈勃通过仙女座星系中的造父变星发现了河外星系。此外,直到20世纪20年代末,哈勃还得出结论,宇宙正在通过银河系的红移定律扩展。不幸的是,37岁的弗里德曼在1925年的蜜月期间感染了伤寒,并于同年去世。

虽然弗里德曼的生命是短暂的,但他留下的科学遗产是不容置疑的。随着我们对宇宙学的更多了解,弗里德曼方程变得更加重要。弗里德曼首先从广义相对论中推导出描述宇宙的方程,指出我们的宇宙充满了物质并且在膨胀。此外,他是一位有影响力的老师。最着名的学生是George Gamow。后来他将弗里德曼的研究应用于不断扩展的宇宙,这极大地发展了宇宙起源的大爆炸理论。

弗里德曼方程

近一个世纪之后,在一个包含飙升的起源,中微子,暗物质和暗能量的现代宇宙学中,弗里德曼方程仍然是完全有效的,并且不需要相应的修改来解释这些伟大的进步。弗里德曼方程在宇宙膨胀时至关重要。这个等式将物质和能量与过去,现在和未来宇宙的扩张速度联系起来,使我们现在能够探索宇宙的命运和历史。在宇宙学方面,弗里德曼方程是最重要的。