宇宙的起源和发展¶
宇宙学部分序言¶
遥感是观测天文学的一个支柱，它本身是宇宙学的一个密切相关的领域，宇宙学是研究宇宙整体起源、演化、结构和行为的科学。通过望远镜进行的视觉和仪器观测都使用了类似于（但通常更为复杂和先进）的解释技术，这些技术是我们用来研究地球和邻近行星的。越来越多的天文观测是从在扭曲的大气层上方运行的空间平台上进行的。在可见光（光学）范围内运行的各种望远镜和/或调到其他波长的传感器（例如，射电望远镜；伽马射线望远镜）所获得的光谱测量和光谱波段图像的构造是主要数据，因此厄斯曾设计现代宇宙学模型。天文学家是遥感界的真正成员。
通过对当前天文学教科书的阅读，支持上述论文。以下是天文学家用来对电磁频谱不同区域固有辐射进行采样的仪器和探测器的部分列表（注意与地面定向传感器的一般相似性）：传统光学望远镜（折射镜和反射镜）；光学干涉仪；照相板；光电倍增管（光子-->电子）；图像增强器；摄像机；半导体探测器；闪烁探测器；电荷耦合器件（CCD）；辐射计；棱镜、滤光片和栅格分光计；偏振计；射电望远镜；红外望远镜；伽马射线和X-RAY望远镜
这些面板是在美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理数据中心使用那里和其他地方研制的卫星的结果组装而成的。每一个的放大版本，以及在不同波长下的更多版本都出现在页面的开头附近。 page 20-4.
天文学家发现，将地面和/或空间天文台望远镜收集到的不同波长的辐射感应图像结合起来，有助于解释。当然，任何输入图像中的信息本身通常具有启示性，对于理解恒星过程很重要。这是一张钱德拉X射线图像、一张可见图像和两张半人马座A星系不同射电波长的图像的合成图，说明了这些点：
宇宙学是作家（NMS）的爱好和特殊兴趣之一——从高中开始，他就对科学有了第一次的了解。这曾经是一个尝试性的职业选择，直到我的数学能力变得明显，以至于我无法掌握物理学的基本概念，达到在天文学和宇宙学方面取得卓越成就所需的程度。但是，多年来，我“吞食”了许多文本和流行的叙述（从艾萨克阿齐莫夫的平装本开始），它们涉及物理学的三个主要领域：量子力学，它涉及非常小的领域；牛顿物理学，它涵盖了“日常世界”尺度的物理学，以及相对论/天体物理学，它研究了非常大的领域。（宇宙尺度），特别是在 相对论的 以接近光速的速度对物体进行测量的条件。这使我有足够的基础知识来尝试这一部分，这是对宇宙学基础的当前知识的浓缩调查，在一个广义的描述性叙述中呈现，而不是一个严格的，数学发展的概要，并由许多插图支持。管理。我已经寻求-但还没有获得-由专业的天文学家审查，希望验证和改进其内容（如果你的评论，如果你这么有资格，将非常感谢，并作出相应的改变）。但就目前而言，我对不可避免地在本文中出现的错误和疏忽承担全部责任。
当我第一次开始这一节时，我已经知道大多数天文学家/宇宙学家/物理学家已经接受了关于宇宙的两个基本观点：它是 扩大 它似乎有一个有限的开始，涉及一个非常小的原始粒子的“爆炸”（包含几乎无法想象的巨大能量），被称为 大爆炸 . 我准备这一部分的出发点（早在1997年初）是重新阅读 大爆炸 ，作者：Joseph Silk，1989年第2版，W.H.Freeman Co.，我概述了这一点。 在TOTO。 （注：第三版已于2000年底出版，这是一本 [平装本] 如果你想深入研究宇宙学，我会敦促你去学习。在我组织这次宇宙学调查时，我“发现”了通过哈勃太空望远镜在太空望远镜科学研究所的 Home Page 在互联网上，我下载了其中的许多内容，并将其纳入本节的文本中，这些内容已经被扩展并反复重写。1997年秋天，我发现 The Whole Shebang: A State-of-the-Universe(s) 作者Timothy Ferris，1997年，西蒙和舒斯特在一家书店参观华盛顿特区。在全面阅读之后——这是一个非常推荐的外行语言账户——进行了更多的修改。
又一次去那里，发现了一本刚刚出版的教科书。 现代宇宙学基础， 由J.Hawley和K.Holcomb于1998年出版的《牛津出版社》（Oxford Press）将这一调查范围定为大学研究生院一级的调查，我以谨慎的步伐完成了这一调查，尽管一直很着迷。我认为它是我读过的最好的科学书籍之一。它从爱因斯坦狭义和广义相对论的观点出发，对宇宙学进行了恰当的论述。（首先是狭义相对论，它从运动系统的电动力学角度来处理时空问题；广义相对论是对引力作用的一种改进。）
我从他们的书中提取了一些重要的思想和信息，并将这些思想和信息合并到文本中，而不是根据相对论宇宙学重新编写整个第20节——这将大大延长它的长度。但是，如果你对宇宙学有一种持久的好奇心，或者从这一部分中得到发展，并且想通过一篇包含相当直接和可管理的数学的论文来学习更多，我强烈建议你订购现代宇宙学的基础（它不太可能是在通常的书店里找到答案），并留出一个月左右的时间来研究宇宙学的“基础”（我建议每天大约10页，因为你需要消化和思考它的许多意义）。或者，如果你想在互联网上获得一个相当严谨（数学）但速度更快的天文学/宇宙学概要，那么试试 lecture notes ，由宾夕法尼亚大学物理系编写；特别有用的是24-26节课。
我故意避免了第20节中的详细解释性报道 先锋派 宇宙学的各个方面，如：一切理论（包括宇宙起源的所有物理方面的统一模型）；自发的自我创造；霍金辐射（利用量子力学、热力学和相对论）；超维（大于3，小于10）尺寸）空间；超对称；超弦site 对于这个新的，也许是革命性的领域的一个很好的总结；磁单极子；虫洞和时间旅行。然而，这些主题中的一些与正在考虑的想法相关的部分会被简要地提及。也许关键的答案来自于将于21世纪初发射的“普朗克探索者”号宇宙飞船和詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测。同时，考虑到这些想法的平装本是 超空间 作者：Michio Kaku，主播书。1994年（双倍日）在一个清晰的阐述中对待上述许多主题，是另一个推荐阅读。另一个，最近的精装本涵盖了上述许多主题，重点是超级明星，是布莱恩·格林的 优雅的宇宙 ，W.W.Norton&Co.，1999；本书在互联网上总结如下： M. McGoodwin. .
高雄已经修改了他的 超越爱因斯坦：宇宙对宇宙理论的探索 ，锚书，1995年，其中包括一个关于超弦的扩展部分。建议沿这些线路 上帝的方程式：爱因斯坦、相对论和膨胀的宇宙 作者：Amir Anzel，dell Publ.，1998.膨胀在早期宇宙中的作用是由Alan Guth在 暴胀宇宙 ，珀尔修斯出版社，1997年。一本杰出的平装书从量子的观点清楚地阐明了宇宙学是 其他世界 作者：Paul Davies，Penquin Science，1988年。
另外一个极好的评论是 宇宙蓝图 同样由Paul Davies所著，试金石书籍，1992年；他试图将现代科学世界与形而上学问题（包括上帝在创造中的作用）协调起来的三部哲学大部头书在本节末尾列出。另外两篇由牛津出版社出版的优秀评论是 创造的左手 作者：John Barrow和Joseph Silk，1993年更新版，以及 宇宙的生命 李斯莫林，1997年。另一个彻底的论述是 在开始之前：我们的宇宙和其他 作者：Martin Rees，Addison-Wesley，1997年。最近的一本平装书， 加速宇宙：无限膨胀，宇宙常数，宇宙之美 由Mario Livio，2000，J.Wiley&Sons，强烈推荐其对许多基本宇宙学概念的深入处理，以及对宇宙膨胀正在加速的观察有力支持的观点的调查。
除了上面提到的U.Penn网站之外，互联网上还有很多有趣的网站，当“天文学”和“宇宙学”被输入到任何流行的搜索引擎中作为关键词时，就会出现这些网站。 The best I have found (and strongly recommend visiting) are the three courses taught by, and condensed on the Internet, Dr. James Schombert of the Dept. of Physics at the University of Oregon. The links here are to `Ast122 <http://zebu.uoregon.edu/~js/ast122/>`__ on stars, and `Ast123 <http://zebu.uoregon.edu/~js/ast123/>`__ on galaxies and expansion. And, more recently, Dr. Schombert has put a new course on the Web, entitled `21st Century Science <http://zebu.uoregon.edu/~js/21st_century_science/>`__, which focuses on three themes: 1) Classical and Einsteinian Physics; 2) The quantum World; and 3) Some first order ideas about Cosmology . 此外，还提供了相当丰富的信息 Astronomy Notes 网站由尼克·斯特罗贝尔准备。
以下是我发现的另外五个信息： (1) 由加州大学洛杉矶分校的E.Wright博士编写，其中包括四个关键部分，一个“宇宙新闻”部分，其中更新了这些部分的主要新发现或公告，以及一个非常有启发性的常见问题页面 (2) ， (3) 这是J.Hawley的一个很好的概要，他与K.Holcomb合著了一本关于宇宙学的书。 (4) “今天天文学”网站对宇宙学中的一些关键思想进行了很好的概括，以及 (5) ，PBS上显示的宇宙学程序的摘要。另外两个对这门学科有点深入研究的地方是由 National Research Council 并且通过 Cambridge University astronomers . 我也可以推荐一个由Dr. Sten Oldenwald 它是以fac格式排列的许多问题的形式；单击cosmos组中的任何类别（注意与空间相关的其他有趣主题）。另一个信息丰富的网站回顾了宇宙学的一些基本原理： Goddard's MAP program .
在这篇序言的其余部分中，我无法抗拒诱惑去接触（实际上在许多段落中总结）一些构成相对论和量子力学基础的最基本的思想。相对论是最能描述“超空间”物理学的概念；它不是牛顿力学意义上的确定性。相反，它是相对论的，因为空间（三维）、时间和重力等概念的值和意义与与与它们相关的运动发生的条件有关。因此，如狭义相对论所述，运动中物体的长度不是绝对的，而是根据静止或以不同速度运动的参照系中物体的速度而变化的，其长度是通过通常的测量方法来评估的，即用可见光和其他电磁辐射来获取其值。对于正常情况，例如陆地环境中的移动活动，测量的长度没有显示出明显的变化。相对论的主要适用领域是在这样的条件下：被观察的物体以接近光速的速度运动，在这样的条件下，引力非常强，空间本身就扭曲了。另一方面，量子力学在（亚）原子水平上涉及“微空间”；它本质上是概率论的。在这两者之间，scalewise是牛顿、伽利略和其他人在17世纪建立的经典物理学运动观；这个牛顿物理学，正如人们常说的，是我们人类在日常生活中使用的。
在接下来的段落中，作者通过阅读4本有关这一主题的教科书（最好是霍利和霍尔科姆的《现代宇宙学基础》，上面引用的第6-9章），并通过阅读大量的网页，对相对论进行了概要性的回顾。地点。其中，在你对相对论理解的某个阶段，你要去参观的是1920年由 Albert Einstein ，现在全部在线。在此之前，在阅读了下面的材料之后，有两个网站给出了一个很好的概述：1） Nick Strobel's 治疗；和2）Ed Wright's 版本。
相对论是20世纪初爱因斯坦关于非牛顿框架中运动和重力的思想的产物。他还试图调和（或整合）1）早期麦克斯韦定律所确立的电磁力场的一些基本概念与2）牛顿力学宇宙。牛顿的物理学——特别是在力学领域——在三维空间的动力学（特别是在地球大小的物体和更小的物体的局部尺度上）以及日常经验中常见的速度方面工作得很好。空间、时间、能量和质量不是牛顿物理学中设想的空间和时间等基本参数的绝对视图，而是根据测量和监测它们所用的参考惯性框架，在相对意义上，它们的感知性质会发生变化。他的发现的历史和他们如何影响宇宙学的出色描述都在阿米尔·阿齐尔的书中给出。 上帝的方程式：爱因斯坦、相对论和膨胀的宇宙 1999年，戴尔出版公司。然而，由于爱因斯坦作为科学家和人道主义者的内在“伟大”（被时代杂志选为“20世纪的人”），作者强烈推荐这本精彩的传记： 爱因斯坦：生命和时代 作者：罗纳德·W·克拉克，1971年，雅芳图书公司。两个优秀的互联网网站，包括许多他和他的作品的其他来源的链接： (1) 和 (2) . 这是爱因斯坦晚年的一张典型照片：
版权所有：加州理工学院
爱因斯坦的狭义相对论首次发表于 物理学年鉴 在1905年夏天。在该杂志的同一期中，他还发表了大量关于布朗运动和光电效应的论文（这有助于证实光的双重性质）。 [以波和粒子的形式同时存在] 他后来获得了诺贝尔奖；具有讽刺意味的是，这是一个早期的关键发现，导致了爱因斯坦无法接受的量子不确定性。因此，三篇革命性的论文出现在同一卷中（现在，这些论文的副本以高价出售给收藏家，他们和科学家一样，认识到这三重杰作的壮举是非同寻常的和独特的）。
爱因斯坦并不是第一个认识到物理性质在理论上应该发生重大变化的人，当他们的测量是在观察者以相对于光的高速运动的条件下进行时。1889年，爱尔兰物理学家乔治·菲茨杰拉德（George Fitzgerald）提出物体移动非常快（在光速的显著分数下，根据以下方程式，物体的长度似乎会“收缩”：
L:sub:`v` = L:sub:`0` times the square root of (1 - v:sup:`2`/c:sup:`2`) ，
其中，l是长度，v是物体的速度，c是光速。
这个概念后来被亨利克·洛伦茨（HenrikLorenz）采纳，并发展成更为数学的术语。（但这是闵柯夫斯基，爱因斯坦在苏黎世瑞士联邦理工学院的数学老师，他把狭义相对论放在一个坚实的数学基础上。）爱因斯坦意识到FitzGerald Lorenz的思想，但在几年的深入思考中。（独立于与其他物理学家的交流）他更深入地探讨了这一影响，最终发展出所谓的狭义相对论，并证明了它的许多后果。实际上，他展示了牛顿物理学的局限性，无论何时运动涉及高速运动。
狭义相对论是从光的速度确实是一个常数（绝对值）的前提下推导出来的，它决定了人们必须如何接近宇宙物理现象的测量。许多关于物理宇宙中时间和运动的相关方面的结论都是从这个简单的陈述中得出的：“光速 * 无论其（相对）速度如何，从所有移动（惯性）参照系测量时都是相同的。”
换句话说，光速是不变的，它的精确值总是299792公里/秒（186282英里/秒；或者用地球人更熟悉的术语来表示，它的速度是6705792英里/小时。 [mph] ）无论是从地球上以天体速度运动的点还是从超高速飞行的宇宙飞船上测量。不同于牛顿对相对运动的描述（例如，在以y速度运动的火车上以x速度行走的人被外部观察者视为以x+y速度行走，如果沿着火车运动的方向前进，或与火车运动相反，以x-y速度行走），爱因斯坦展示了当一个物体以小于光“c”的速度运动时，在两者共同的框架内（例如，在达到光速的宇宙飞船中行走的人），也就是说，c+v是不可能的，宇宙中的任何东西都不能以速度比光还快。光速的恒定性（及其极限值）是爱因斯坦狭义相对论的基石。从这一原理得出的推论是，对于以不同的匀速运动的任何两个系统，所有力学定律（在物理学中）在两个系统中以相同的方式运行，即不受其相对速度的影响或缓和。然而，相对论是最相关和适用的现象，其中涉及非常高的速度，以及物理方面涉及的量子态的物质和能量。
在地球生命中行驶的低速（与光相比）下，我们都经历过汽车中的小差速对州际公路的影响，而在下一条车道上，汽车的速度稍低（实际上，我们感觉到我们走得很快，因为我们的眼睛能看到站在路边的特征。生病了）。但相对而言，运动差异的感觉是最小的。但是，一个旁观者（比如一个行人）注意到两辆车都开得很快。然而，当我们将向前运动与在对向车道上反向运动的汽车进行比较时，我们的相对运动感会更加强烈。
让我们考虑相对运动的另一个方面。这被称为“同时性的相对性”。假设我们坐在一列很长的单车厢火车上，火车的玻璃边，而你的位置在火车的中纵面。假设火车运行得很快。让一个装在容器里的灯突然打开，但是有一个狭缝，它向外引导两个光束，一个向前，另一个向后。两个参考光量子（为了简化这一思想实验，我们将忽略光束信号中的所有其他光量子）从列车中部同时向列车两端的反射凸面镜方向相反地离开。您将看到光信号同时到达列车的前部和后部，因为参考系（您，观察者）以列车速度移动。但是，对于离开火车的人，在它经过的瞬间与光源直接垂直的一侧，从后面来的光子会更早到达（到后视镜的距离随着火车向前移动而缩短），而同时从前视镜来的光子会移动Ed：距离中心的距离和以光速行驶时所覆盖的额外距离，由光子事件开始后列车移动的距离表示。对于外部观察者来说，来自前方的光子在来自快速移动列车后部的光子之后到达，因此双镜反射事件不是同时发生的，也就是说，似乎在稍微不同的时间发生。（当然，事实上，这个实验是不可行的，因为火车的速度比光速慢得多。）
现在，用另一个例子来看，假设我们占据一个以极端速度（接近光速）移动的航天器，从中我们向外部观察者发送光信号。如果我们能以某种方式测量出光在宇宙飞船外移动时的速度，不管我们的速度如何，我们发现光以大约300000公里/秒的固定值移动。>从我们船上的参照系来看，我们在航天器内的相对运动是相对于航天器本身静止不动，但相对于外部物体和观察者移动得相当快。对于快速移动的航天器乘客来说，船上的时钟似乎移动正常（一秒钟的长度没有变化），并且长度保持不变。对于其他地方的静止观察者（例如地球上的观察者）或以低于航天器的速度持续运动的观察者，航天器中的时钟似乎更慢地告诉时间，从而使时间膨胀（秒间隔增加）（强烈的引力场产生同样的效果）。从外面看，太空船上的人不仅看起来像在减速，而且在运动方向上也在尺寸上变短。对于一个遥远的观测者来说，由于光线离开快速前进的飞行器的不同部分的时间不同，我们的航天器将出现扭曲。实际上，对于任何以相对论速度运动的人来说，时间都会延长（称为时间膨胀），空间会收缩，质量和惯性会大大增加。 相对于外部观察员 .
在某种意义上，这些相对论效应对外部观察者来说似乎是“虚幻的”。例如，长度作为一个维度，并没有真正减少（收缩）原子间距在一个真正的米棒移动接近光速。对于与木棒同步移动的观察者（由宇航员在快速移动的宇宙飞船上控制），其长度在外观上与发射前保持不变。高速率并不迫使原子沿运动方向挤在一起。但是，对于一个站在一旁的观察者来说，长度的缩短是因为由于相对速度的巨大对比，光线似乎在仪表杆的一端落在另一端之前。所以，对于维度和时间来说，没有 实际的 变化发生了；明显的空间收缩和时间膨胀是测量模式的结果。
对许多人来说，由于相对性而产生的时间效应比与空间维度移动相关的时间效应更为奇怪。如果上述航天器的使用者在高速飞行20年后返回地球，他们将只在较短的时间内老化，而观察者从我们的旅程开始时留下的20年时间则为他们增加了生命。最好的例子是爱因斯坦的孪生悖论。从同一天出生的两个兄弟开始。现在，作为年轻的成年人，他们以这种方式分开：地面双胞胎留在地球上；太空双胞胎像上一段描述的那样进行旅行。返回后，根据时间记录（日历），这对太空双胞胎发现他的兄弟年龄超过了他自己，自太空旅行开始20年。地球双星因此比它大20岁。但是，时间缩短了，他的身体功能（在衰老过程中）进展得更慢，所以他一回来就好像变老了几年（比如说3岁）。（两个显而易见的问题可能是：1）太空旅行者是否把他的返回视为迈向未来的一步；2）时间的缩短是否会变成负值，以便旅行者能够以某种方式从“现在”向后移动到过去？两种前景都是科幻电影的主题。）
让我们把宇宙飞船的运动进一步推进。2002年10月第期 科学美国人 保罗·戴维斯在他的文章《神秘的流动》（指时间的概念和感知，他证明时间的稳定流动是一种幻觉）中讨论了这种旅行方式。在一个题为“它都是相对的”的同时性盒子里，他回顾了一个航天器以80%光速向地球移动的情况，然后继续沿着一条直接的线到达和经过火星。我将在以下4段中总结他的情景：
对太空船上的人来说，在任何时间间隔，他们感觉好像他们站着不动，而地球和火星都朝着他们移动。在戴维斯开发的两个参考系示例中，他引用了地球和火箭上测量的不同事件的实际计算时间。在这种情况下，起始点是正午，地球和月球观察员都能精确同步；在实验开始时，航天器上的时钟也设定在正午。就在那时，火星观测者向地球观测者发送光信号。它的过境时间是由实际（已知）距离火星预定的20光年分钟。
首先，从设定为地球站的参照系来看，在中午，地球人假设火星人刚刚在预定的时间（也就是中午）向地球发送了光脉冲。当然，那个信号在下午12:20到达地球。就在这时，火箭以80%的光速穿过地球，但也有一段距离。通过计算，地球人确定火箭在下午12点11分看到火星信号——比地球还早，因为宇宙飞船运行的太快了。但是，由于从地球人的角度来看时间变慢了，他记录下宇宙飞船刚好在下午12:25经过火星上空的Zeneth点。
现在，从火箭的角度来看，这些事件正在发生。首先，在接近地球时，宇宙飞船人员测量了地球和火星之间的距离，发现这是12光年（由于高速物体从外部观察明显移动的目标时长度收缩）。当火箭人在正午经过地球上空，知道火星人计划在正午给地球发信号后，他们现在在进入两个行星之间的空间时寻找这个信号。他们期望在12:12看到它（从他们测量的距离中推断出的过境时间）。但是，由于时间膨胀，火箭时钟的运行速度与地球和火星时钟的运行速度不同。奇怪的是（但有效的）地球和火星人认为宇宙飞船的时钟比他们的时钟慢，即使火箭人反过来认为他们的宇宙飞船时间慢。火星正午信号在12点07分到达宇宙飞船，他们没有考虑相对论，而是怀疑它是否被提前发送。在12点15分的宇宙飞船时间，火星“出现”，就好像它已经到达了它上面的宇宙飞船（实际上宇宙飞船已经完成了旅行）。它在这个到达点向火星（下方）和地球（后方）发出信号。那个信号在下午12:35到达地球。
这个故事的“道义”是相同的瞬间事件在不同的时间出现在不同地点的观察者面前，从而证实了爱因斯坦的推论，即没有一个测量系统可以记录一个事件在任何地方同时发生——相同的运动似乎是相互关联的。关于不同地点的“时间”，每个地点都有自己的观察条件，对于多个、独立的和移动的观察者，因此时间并不像牛顿和其他人曾经确认的那样是绝对的。对于一个在宇宙飞船上以相对论速度飞行的人来说，当他/她接触地球时，他/她会发现那里的时钟似乎运行得更快，也就是说，已经加快了。相反，与地球上的时间相比，宇宙飞船上的时间流逝似乎减慢了。同样，空间的维数也不是绝对的。
因此，根据这种推理，爱因斯坦得出结论，解释相对论运动产生的不寻常现象所需的适当数量的维度必须是四个而不是传统的三个（空间：长度、宽度、深度或高度）。宇宙基本上处于四维状态。第四维度，即时间维度，在牛顿力学中被认为独立于空间维度，但在爱因斯坦系统中却紧密相关。（注：牛顿物理学中用来测量速度、加速度、动量等的时间是普通的或固定的变化。）在相对论条件下，时间在测量运动中物体的位置时起着至关重要的作用：时间进入，因为位置甚至在变化。随着时间的消耗，光从一个光源到另一个观察者，因此当信号到达观察设备时，物体现在已经改变了位置。
在他的一个 思维实验 爱因斯坦设想，如果一束光以相对论速度加速穿过宇宙飞船内部，会发生什么。将狭义相对论的概念应用到机载观测者身上，光沿着直线传输，因为光源和车辆都以相同的速度行驶。但是对于一个静止的外部观察者来说，光束似乎是弯曲的，因为当它的光子从高速车辆中出来时，它们的路径会逐渐移动。因此，在重力加速度的影响下，必须在两点（a，光源；b，目标）之间移动最短距离的光将受到a在传输时间内相对于b处观察者移动有限距离的影响-因此，光沿着一条曲线移动，从中空间本身是弯曲的，光穿过空间时，沿着一条弯曲的路径走，这条路径仍然代表点之间的最短距离。（球体上的任何一段纵线都是弯曲的，但仍然是该段两端点之间最短的距离。）
从狭义相对论这一方面得出的一个推论是，宇宙的巨大维度要求我们在测量距离时总是考虑时间。我们看到的是当时的任何遥远星系，而不是现在的样子（事实上，到目前为止，它已经有了很大的进化，失去并获得了许多恒星）。同样，它当时相对于我们的位置和现在不一样。
让我们把最后这段话再详细讲一遍。物体在浩瀚的空间中的分布，在我们今天所观察到的信息中，反映了过去不同的时间和地点，体现了 *Spacetime *在宇宙层面上，所有的事件行为（沿着所谓的“世界线”）以及大小和距离的相对变化都嵌入到时空中。因此，正如我们将在后面的宇宙学部分看到的，这是时空的一个结果：来自一个光源（例如，星系）的光，位于50亿光年之外（或者，大约在47×10的距离）。21 公里）离开了许多年前的星系，显示了当时该星系所达到的外观或进化状态。今天在（和对）那个星系正在发生的事情将被接收（感知）为一个事件或状态，在这个时刻只是在遥远的将来的某个时间才被传送出去，在此期间，这个星系已经远离地球（实际上，银河系和地球都在分离），并且已经进化成在21世纪早期的宇宙学观测中，它的描述是什么？
在宇宙尺度上想象时空意味着什么：想象你在一个巨大的球体内的某个地方（为了方便起见，比如靠近中间），在这个球体内随机分布着大量的点（对于宇宙模型来说，这些点可能是包含inh的星系）。作为观测点的非独立行星）；现在你向外看，可以看到不同距离的星系；如果这实际上只是一个有限维的真实世界模型，例如几百英尺，那么其他每一个点都会把你的光发送到同样的瞬间，所以视图是静态的，只是三维的；但是如果你真的在观察三维宇宙中所有可探测的星系，在任何给定的时刻，从任何一个星系接收到的光都需要有限的时间（与你的本地框架相比，时间很长）才能到达那里，并且有差异。不同距离的不同点（星系）发出的光现在在过去的不同时间接收到；因此，你可以看到宇宙空间中的一个三维点阵列，代表不同年龄的物体（最远的是最古老的，因为光必须传播更长的时间才能到达你身边，因此必须早点走；最近的是最年轻的）。这是一幅时空全景图，因为不同距离的点的三维组合实际上也由不同年龄和传播时间的点组成。在这样一个阵列中，另一个特征是，现在（现在的时刻）这些点（在距离、进化阶段等方面）与你现在观察到的点不同，即它们随着扩展而移动，并转变为新的状态，其程度取决于它们的距离。从你的观察点开始。
狭义相对论在宇宙学中的一个悖论分支涉及对 past 和 未来 . 如果一束光子在某个特定的时间离开一个遥远的星系，然后到达我们的观测点，我们确实已经看到了“进入过去”来指定这一时刻。这被称为 回望时间 -在观测点（如从恒星到地球望远镜）接收来自光源的光子所需的时间。但是，对于一个“在我们之外”的星系中的观察者来说，如果没有被地球拦截，光会朝着一个方向运动，那一刻还没有发生。对于那个观察者来说，它属于“未来”中的某个时间（用地球时间来衡量我们的框架），但当他/她最终看到它时，它将被表示为我们在地球上“现在”接收时间所见证的同一时刻。然而，对于任何一对在时间上分离但有因果关系的事件（光信号可以在它们之间相互传递），这两个事件的证据接收顺序始终遵循前后顺序。
爱因斯坦的另一个结论是，质量和能量遵循等效原理，这样在某些条件下，能量可以“凝结”成质量，反之，质量可以转换成能量（因此著名的方程： E = mc:sup:`2` ，c是光速）。从这个方程可以推断，当物体以接近光速的速度运动时，其能量（和质量当量）将开始显著增加。因此，原则上，给定质量可释放的最大能量由c确定。2 . 这种质量-能量等效与时空等效并列在他所取得成就的榜首。它还构成了从原子核“攻丝”中回收大量能量的方案的基础；原子弹爆炸释放的能量来源于这种关系（核爆炸只产生总能量的一小部分）。
相对论性质量增加的原理被用于物理学家们建造的粒子加速器中，“粉碎原子”，或者更精确地说，穿透原子核以了解其性质，并确定自然界中可能存在的亚原子粒子的类型。由于电子、质子、中子、μ子等粒子（通过磁场运动）被加速到接近最大相对论速度，它们的质量大大增加（接近无穷大），使它们变得更强大和有效，在碰撞时传递足够的能量。用一个原子核把它分裂或改变它。
为了总结狭义相对论的本质，简单地记住，对于一个缓慢移动或固定的观察者来说，在一个快速移动的物体上（想想一些未来的航天器），时间（对于较慢的观察者）会出现在 减速 （时钟滴答声变慢），三维物体会出现 缩短 和群众意志 增加 然而，对于对象上或对象中的任何人，这些指标都保持不变。各种实验反复证明了狭义相对论的正确性。相对论效应在以光速40%的速度运动的物体中被注意到，当它们以指数形式上升时，相对论效应显著高于70%。引用罗纳德·克拉克（Ronald Clark）的《爱因斯坦的书》（见上文），“爱因斯坦已经表明，时间和空间不是人们认为的非弹性物体，而是与考虑它们的所有环境的总和相关的。因此，他改变了“现实”一词的含义（第755页）。
广义相对论（gr）是爱因斯坦在1913年和1915年提出的第一个元素，随后在1916年提出了他的“基础”论文，经过大约十年的酝酿，他努力将引力融入到时空图中。自1905年以来，爱因斯坦作为一名数学家变得更加熟练；他发现张量微积分和黎曼几何特别适合发展理论中的定量关系。
广义相对论与宇宙学的关系比深奥的狭义相对论更为直接。gr涉及的是相对于某个本身可以移动或静止的帧加速的参考帧。狭义相对论适用于以匀速运动的帧（或一帧可能处于明显静止状态；明显是因为如果它在地球上 [比如说，固定望远镜] 由于地球的自转、围绕太阳的轨道、太阳在星系臂中的运动以及星系相对于整个膨胀的宇宙的运动，它实际上在运动。广义相对论关注加速速度的影响，以及它们与正确理解重力和重新思考宇宙空间几何（推翻欧几里得框架）的关系。 [三个正交轴] 一个弯曲的性质）。广义相对论的概念，加上狭义相对论的某些方面，使科学家能够预测诸如相对论红移、宇宙膨胀、类星体、中子星、黑洞、引力波和膨胀空间中各成分的年龄衰退（记住上图：边缘附近的物体显示出它们在宇宙历史早期的样子；那些离地球较近的物体通常是在老年时期）。
根据我们的经验，重力强烈地依赖于质量。爱因斯坦认识到重力也依赖于运动和空间的几何学。因此，他还假设了另一个等价物：加速度和重力。这一点通过以下思维实验得到了证实：把自己放在一个最初静止在建筑物（或地面）的电梯里。你投下一个球，它自然地落在地板上（以9.8米/秒的加速度）2 或32英尺/秒2 . 在这个传统的例子中，重力是球加速度的“原因”；加速度的值与地球的总质量有关（记住牛顿方程f=ma）。现在，想象一下这个电梯和你们在外太空的某个地方，远离大型物体，任何由于地球或其他大型物体引起的引力效应都接近于零。让一些动力源（如火箭发动机）作用在电梯上，以9.8米/秒的加速率将电梯向上移动。你会感觉就像在地面电梯里一样：你的脚被放在电梯的地板上，如果你放开球，它就会像在地面上一样掉下来。由于没有重力作用，你可以得出这样的结论：你所经历的类似重力的情况一定是由于施加的加速度造成的。
从这个实验中，爱因斯坦得出结论，重力和加速度遵循等效原理（即等效），只是两种基本物理效应的变体。因此，任何被封闭在无窗盒子里的人，如果他不能向外看看，看周围环境是否在移动，就不能分辨盒子是受重力作用还是在远离任何重力源的空间向外加速。国际视野。这一结论是进一步推导引力和空间总形状的基础，从而使爱因斯坦产生了广义相对论中的相对论思想。
简单返回到 电梯落球 场景中，我们演示重力/加速度作用的另一个方面。如果电梯停下来，一个球掉下来，它将以适合地球重力的加速度直线向下移动。如果在快速下降（从而加速）的电梯中释放，当电梯的速度变化刚好与标准重力平衡时，球将“悬挂”在电梯中，而不是下降。（这类似于飞机加速快速俯冲时短时间内诱发失重的效应；这一效应由自由漂浮证明，航天飞机上的宇航员在以平衡的角速度运行时也会经历这种效应 [抵消] 地球引力。）
还有第三个电梯例子：从这个例子开始。
摘自尼克·斯特罗贝尔的天文学相对论笔记
（链接见上文）
想象一下电梯有玻璃边，里面有一个观察者。电梯外面的人通过电梯水平地发出光。静止时，内部和外部观察者都能看到光束保持其直接水平路径。然后将电梯以恒定速度向上运行，让外部人员再次瞄准电梯梁。外部的人看不到光束方向的变化，但内部的人看到光束以某个恒定的角度向下弯曲（因此，保持笔直但向下弯曲）。如果相反，电梯在加速，那么通过电梯的光束就会向下弯曲。（由于速度和加速度必须大于移动车辆所能获得的速度和加速度，因此这种束流路径行为的序列目前不可能在实验上重复。 [即“电梯”] 尽管空间探测器的轨道或后退速度足以参与相对论实验。）第三种情况是，加速升降器（等效为产生重力的模拟装置）表明，当受到强大引力场的影响时，光束将沿着弯曲路径运动。
重力，在大尺度上（恒星和星系），可以被认为是一个影响几何学的力场：换句话说，重力弯曲或扭曲时空结构。物质/能量决定了时空的曲率，并被称为“扭曲”空间（这可以被可视化为：考虑一个固定的橡胶板，上面画着一个网格图案；一个重物，如一块圆形的岩石，如果允许落在板上，将产生一个凹陷并扭曲网格在凹痕周围）。这可以在下图中看到：
我们可以用这个图表来想象重力是如何影响一个进入它周围的物体的。当它接近高质量时（图中的球体可能是一颗巨星），当它沿着代表时空二维“结构”的网格移动时，它将开始跟随网格的变形而产生凹陷。随着运动的继续，物体（图中未显示）最终必须在到达球体时“被困”（这类似于不断增加的重力被吸引到球体上）。在爱因斯坦的描述中，是空间的局部质量曲率，而不是牛顿力把物体传递给质量本身。（进入的物体可以通过施加足够的能量（力）来避开或离开这个“陷阱”。）
在某种意义上，重力通过诱导这种曲率增加了另一个“空间”维度。在爱因斯坦看来，引力只是质量在四维空间延伸（即时空）中施加曲率的影响。物理学家约翰·惠勒简洁地总结了这个概念：“空间告诉物质。 [mass] 如何移动；物质告诉空间如何弯曲”。
对广义相对论有效性的“酸性检验”是在一次日全食期间，对来自遥远恒星的光线进行弯曲（轻微，但可测量）的实际观测，以便太阳边缘外的恒星看起来相对于它们在天空中的通常位置在位置上移动。这项测试（由英国天文学家在阿瑟·埃丁顿爵士的指导下完成）最初是在1919年5月的日食中成功地进行的，结果导致了一个小的，但测量到的恒星在暗日附近的位移；这项现在很著名的实验标志着人们普遍接受了一般的相对论。物理学家和天文学家之间的相互关系。随后，多次重复试验，始终根据广义相对论的数学原理，在实验误差范围内确定了位移的预测量。这项测试使爱因斯坦举世闻名，因此他的名字被“街上的人”所熟知。一旦他的名声确立，他就被说服加入和平组织，并成为国际联盟（不幸的）的发起人；他作为一名顶级科学家的卓越地位也使他成为犹太复国主义者争取在巴勒斯坦建立家园的努力的代言人（在以色列建国后的几年）。1947年，联合国授权他担任第一任总统，但由于健康原因，他不得不下台。
现在这个原理被用来解释引力透镜效应。例如，来自一个非常遥远的类星体的光，经过一个离地球较近的大质量星系，可以弯曲产生两个（很少是三个）图像。换句话说，引力引起光束路径的轻微但可测量的弯曲，无论光束经过一个大质量物体附近。计算机断层扫描。有时，远处物体的透镜图像以弧形展开。这张哈勃太空望远镜的图片展示了这种效果的一个例子。
也许最“壮观”的引力透镜显示是 爱因斯坦十字 其中一个类星体图像（G2237-0305，如HST所见）由于中间物体（可能是星系）弯曲其光线而重复4次：
爱因斯坦还表明，重力可以影响时间和空间。实验证明，当时钟远离引力源时，当引力场减弱时，时间运行得更快。为了验证这一观点，一项具体的测试是：当火箭沿着一条直线垂直轨道从地球发射时，在实验过程中，一个微波激射器信号被传送到地球，监测时间为100分钟。与这个脉泽钟在地球上产生的时间单位相比，信号频率发生了系统性的变化（因此与时间有关）。虽然时间进程的高速度变化很小（在10000公里的距离上，它比地球快0.02%），但它超过了实验误差的50倍，低于这个误差，真正的加速将是不确定的。基于相对论的观测值与预测值在飞行过程中有很好的一致性。
广义相对论后果的早期产物是由爱因斯坦和其他宇宙类型的人根据其原理设计的模型：因此，所谓的爱因斯坦宇宙是封闭的、有限的、弯曲的和无界的。这在第20-9页中有更详细的介绍；现在可以说，基于膨胀率和我们研究过的宇宙中发现或推导出的总物质/能量的数量的证据反驳了这一类型，而爱因斯坦在哈勃和其他人展示后，自己放弃了这个模型。宇宙在膨胀。不管怎样，广义相对论的概念仍然适用于我们逐渐了解和理解的实际宇宙。而且，对于那些寻求方程来定义宇宙行为（膨胀类型等）的人来说，另一个有趣的结果是，这些方程必须满足相对论对他们提出的任何数学模型施加的条件（或限制），即方程必须与伊思（不能违背）从相对论中推导出来的适用于宇宙尺度的戒律。
因此，这些都是相对论的一些基本概念，希望在这里不会如此肤浅地表达在这种凝聚中，只有对其特性、性质和影响的模糊洞察才会被植入。有关更多详细信息，请参阅以上引用的任何参考文献。此外，您可能希望通过另一个具有挑战性的审查，把这个主题放在互联网上 J. Schombert . 还要记住，很多相对论对于日常生活经验来说都是陌生的，因此很难想象高速发生的物理过程的后果。地球上的重力很弱，相比之下，我们所受的运动相当缓慢。对我们来说，牛顿物理学在地球上的大多数日常活动中都很好地工作；对于整个宇宙来说，爱因斯坦物理学和量子力学是获得其运行的正确图像所必需的。由于量子物理学对于理解我们在日常生活中所处理的地球和太空中正常环境下的小尺度科学成就的重要性，下面将介绍一些关于这一重要主题的附加段落。
量子力学（QM）或量子物理学是对牛顿（经典）物理学（NP）的补充；后者适用于宏观和通常是刚性的物体，而QM在原子和亚原子粒子和辐射（通常称为微观）领域中工作。您可能会发现这个包含 Classroom notes 处理导致量子物理学的物理学。弗吉尼亚大学的Sobottka教授在他的评论中发现了对qp的更具体的评论。 Chapter 3 ，继续参考第4章-点击ch.3页面底部的主页，然后点击左边距中ch.4的第一部分。我们在np中所经历的许多事情，在qm中都没有以同样的方式工作，在qm中，物质和能量的行为似乎以“奇怪”的方式进行。质量管理的一个特点是，对组成物质和辐射的粒子的作用的描述必须被视为概率性的——也就是说，具有某种程度的不确定性，需要进行统计分析。因此，原子和亚原子粒子的性质和行为的知识（物理和形而上学）属于 不确定性 这意味着我们永远无法准确地知道被检查的物质“物”的真实状态和性质。
二十世纪初，科学界的两位杰出人物Max Planck和阿尔伯特·爱因斯坦奠定了质量管理的基础。（具有讽刺意味的是，在后来的生活中，爱因斯坦永远无法接受量子力学的主要观点，这在很大程度上是因为他相信不确定性在自然秩序中是没有位置的。）普朗克对来自一个性能的辐射能（可见光范围及范围之外的光）的分布很感兴趣。ECT辐射或黑体，由此导出普朗克黑体定律。 (page 9-1 ②）对于这样一个物体，在某一温度下，辐射强度随波长而变化，可测量的能量限制在发射波长的连续但有限的范围内。正如我们在热遥感部分所观察到的那样，这可以绘制成光谱曲线（参见 page 9-2 ）曲线的形状和总能量与温度有关（wien s位移定律；同一页）。1900年，普朗克解释了这种能量分布，以及在发射光谱中观察到的不连续光谱的离散位置（参见 page 13-6 ，假设辐射能是量子化的，它是微粒状的，由称为 量子 （量子是最小的能量单位）。从这个概念出发，他推导了遥感和物理学的基本公式之一，这是我们在导言中首先遇到的。 (page I-2 _：e=hf（其中h是普朗克常数） [~ 10-27- erg sec] -f是量子的频率 [被当作振荡器，即振动的粒子] ）因此，激发原子（例如，在电弧中加热，如在发射光谱中所做的）以不同的离散能量发出辐射，这些离散能量对应于狭窄的、不连续的、特定的波长（频率的倒数）。同样，加热到一定温度的物体在一定的光谱范围内发出连续的辐射。在每种情况下，辐射都是由量子流组成的，量子流具有与能量波长关系相关的特殊性质。
普朗克假说一直延续到1905年，当时爱因斯坦认识到它适用于他试图解释之前发现的（海因里希·赫兹1987年发现的）光电效应，即光线照射到某些类型的金属，导致产生电子流的现象（W）。1897年，J.J.汤姆森证实了软管的存在，并将其作为电流提取出来。释放的最大动能与（单色）光束中的光频率有关，但该频率必须等于或大于（金属）特征频率，该频率表示称为功函数φ的能量值。这种效应的普朗克方程为：k.e.=hf-φ。爱因斯坦推断光是由“块”或“束”组成的，他称之为“束”。 光子 推测是普朗克命名的一种表现。 量子 . 这些光子能够从主原子中打出电子（在这种情况下，是光电子），然后这些电子就可以以电流的形式被收集起来。一个特定的光子，爱因斯坦证明它是麦克斯韦先前假设的物理实体，用来组成电磁辐射，电磁辐射以特定波长和lamda（或频率）同时以波和粒子的形式传播，产生相应的有限能量（k.e.）值（通常为gi）。电子伏特数 [eV] ）对于释放的光电子。他的解释最终（1922年）为爱因斯坦赢得了诺贝尔物理学奖。
1913年，尼尔斯·玻尔发表了他关于一个原子的“图片”，它由一个原子核（欧内斯特·卢瑟福早先提出）和一系列轨道组成，这些轨道与中心的距离不同（分钟），其中每个轨道的特定能态的电子以高速运动。当某些过程，例如加热或电激发，导致电子从一个轨道能级移动到另一个轨道能级，然后电子又回到其初始状态时，根据以下关系发射出一个特定波长的光子：e2 -e 1 =高频。因此，从一个能级到另一个能级的转换是量化的，即具有离散值。玻尔还发现这些能级可以被指定为整数量子数，这些量子数解释了电子的角动量l，这样l=n（h/2p），其中n可以形成一个系列1,2,3,4，。利用这个概念，可以解释氢等元素的光谱线。
然而，玻尔原子虽然是一个优雅的概念，但在用激发时的光谱输出来研究原子序数较高的元素时，它有局限性。在质量管理的“黄金时代”，这些发现被发现了：1）当X射线（波长比可见光短得多的高能光子）作为粒子与其他粒子（例如电子）碰撞时，它们的一些动量被转移到反冲电子，两者都有新的时刻。ums（康普顿效应）（1923年）；动量的这种分配进一步证明了辐射由粒子组成；2）Louis de Broglie（1924年）确定，由于辐射粒子可以被描述为也具有波长，它们必须以移动波的形式传播-因此，光子具有 dual 自然，在某些观测条件下以粒子的形式表现，在其他条件下以波的形式表现（这种波-粒子二象性是亚原子或量子物理学中的一个基本概念；尽管普朗克曾暗示过，但正是爱因斯坦的光电效应假说设定了a基于坚实的实验和理论基础）；所谓的移动亚原子粒子的德布罗意波长由l=h/p给出，其中p=粒子的动量mv；3）w.pauli宣布了他的排除原理（1925年），即同一原子中的任何两个电子都不能有相同的4个主电子。量子数；4）E.Schroedinger于1926年发表了他著名的波动方程（见附加的下一段），该方程更好地描述了自由电子的运动，但适用于包括光子在内的其他粒子，并包含一个称为波函数的重要项饨；5）Werner Heisenb1927年，ERG阐明了著名的不确定性原理，该原理指出，不可能同时固定运动粒子（如电子）的动量和瞬时位置，两者的精度都很高；6）1927年，几位研究人员还进行了实验，证明了这一点。当电子通过一个或两个微小的狭缝进入一个记录屏幕时，T发现了衍射效应；电子不会专门指向狭缝，而是以概率控制的方式通过一个或另一个狭缝（见下文8段）。
不确定性原理充分利用了这样一个事实（在上面的发现6中提到），即在量子世界中，每一个事件或过程都不能被精确地指定。特征必须是 概率 从统计学的角度来说。例如，电子围绕其原子核的精确轨道和位置永远无法确定——人们只能根据一系列概率来推测其各种可能性。这意味着电子的位置和速度是不确定的。如果这是正确的，那么我们必须得出这样的结论：一个纯粹的决定论的宇宙（一个可以追溯到古希腊哲学家的概念，甚至在20世纪的哲学流派中也有很多争论）不符合证据，至少在量子层面上是如此。
薛定谔方程本质上是一个可能的方程。我们选择这里只是为了展示 [没有详细说明] 这个方程，定义了量子物理核心的波粒二象性的基本数学表达式之一。它可以用多种方式书写。首先，它以微分方程形式表示一维时间无关函数的基本情况：
在这个表达式中，m是粒子的质量（薛定谔的原始推导是关于电子的波行为），h是普朗克常数，e是粒子的总能量，v是它的势能，x是一维位置定位器，θ是波函数。 [类似于经典波动方程的振幅测量] . 对于三维 [using spherical geometry; hence radius r] 随时间变化的情况下，薛定谔偏微分方程可以表示为：
我们不希望你“完全了解”这个方程的意义和用法（除非你有适当的物理/数学背景），但我们只希望把它作为亚原子粒子如何在微观世界中运动的优雅陈述来呈现。
因此，质量管理的大部分要点都是从1900年到20世纪20年代的十年来制定的，但此后，进一步的洞察和应用仍在继续，包括对通常被称为量子宇宙学的外推。当量子概念应用于宇宙学时，其主要应用与宇宙的第一分钟左右有关：1）奇点产生；2）与原子有关的各种粒子首先产生。宇宙时间后期还有其他的应用，包括恒星内部元素的形成。
在20世纪初，许多积累的知识来自于对电子的研究，重点是它与光的相互作用。作为一个粒子，最初的概念认为它有一个离散的形状和一个尖锐的边界，并认为它在一个精确距离的平面轨道。相反，现在人们认为它有一个模糊的边界（边缘被“涂抹”掉），并与它自己的电场一起运动；当它与一个原子结合时，它以一条与原子核平均距离的路径运动，这条路径可以沿着一个反射球沿着无数可能的轨道运动。参考。当一些仪器试图定位并确定它的速度时，测量方法，例如光子束，与电子相互作用，实际上干扰了它的运动。由于海森堡的不确定性，如果在任何时刻有关其位置的信息是可靠的（高精度），那么有关其运动的相应信息就已经通过相互作用变得不那么广为人知了。这就转化为在任何试图指定粒子状态的尝试中的某种程度的不可预测性，无论粒子是否在与之相关的原子内；因此，由于这种相互不相容性，对粒子位置和运动的确定性被否定。因此，电子不能表现得像静止的一样，在不影响其实际运动的情况下固定位置。这对于原子尺度上的任何粒子或波都是正确的。不确定性原理可以表示为形式为ΔxΔp等于或大于h的不等式，其中位置（x）和动量（p）的增量（不确定性极限）的乘积等于或大于普朗克常数的值。类似的论点（ΔeΔt等于或大于h）得出结论，随着测量运动粒子能量所需时间的增加，能量值e的不确定性也增加。不确定性原理的一个结果是，围绕原子核的电子行为不能用牛顿物理学来描述，牛顿物理学依赖于作用于“刚性”物体的力学定律，这些“刚性”物体沿着围绕原子核的精确（类似于行星的）轨道运行。这需要对玻尔原子模型进行修改，因为玻尔原子模型过于简单，无法描述原子世界的微观现实。
量子的波粒二象性可以通过将一束电子射向含有窄缝的平板来证明，然后在这些电子在缝处衍射后，记录它们随时间的总路径，然后移动到荧光屏等记录介质。结果是波浪理论预测的典型模式，屏幕“点击”（屏幕上的持续光点）的累积类似于此图：
大多数的撞击都是沿着穿过狭缝的电子的视线轴分布的。但是在每一边都有一个周期性的对称的高低系列：这些是不同角度衍射的电子的撞击总数。撞击事件是由受其运动波动方面影响的电子（或光子或其他粒子）的量子行为产生的概率分布引起的（如果粒子没有波动性质，则只有那些通过窄缝W直线运动的电子）。应该是敲击屏幕，把裂缝复制成一个很薄的图像。
当电子束遇到彼此靠近的两个狭缝时，会观察到一种更令人费解的行为。结果是一种稍有不同的高/低干涉模式（如果使用胶片记录衍射波，则为亮/暗）。把每个电子通道看作一个单独的事件，就不可能预测或推断出哪个狭缝接受了它——每个电子的行为就好像它不知道它没有穿过的另一个狭缝一样。在薛定谔方程中，一缝和两缝的例子是由不同的波函数控制的。在这两种情况下，对于每一个事件，电子（或其他粒子）仅通过其中一个狭缝，但其周围的场通过这两个狭缝，作为其波动性质的表现。
当然，质量管理不仅仅是对其显著特征的简要总结。这里还有一些评论可以澄清一些要点。
1）与原子有关的各种力（强、弱、电磁力；见20-1页）作用于它们通过量子交换控制的粒子。（在核物理学中，至少有一个学派认为这种强大的力量在某些方面与引力相似。）原子核中的质子和中子通过提供结合力的胶子的强大的力量结合在一起。放射性涉及到原子核内的统计随机衰变，它依赖W玻色子来驱动弱作用力；当作用力被克服时，无法预测任何特定原子的单个核粒子（电子、质子和其他）将逃逸，导致任何衰变的原子。R变成所涉及元素的不同同位素或变成一个或多个新元素物种。由于电磁力的作用，原子核周围的电子在跃迁到更高的电子壳层时发生能量状态变化时，在衰变到较低的能量状态时，会释放出光子，这些光子可以与更多的电子或其他粒子相互作用。这些力在作用和相互作用时是可以用场论交替描述的：具体地说，在量子层面上，杨米尔斯场（与电磁波有关的麦克斯韦场的一种扩展或变种）描述了核能量层中力交换的工作模式。EL。
2）量子理论允许粒子进行一些真正奇怪的活动。一种是“隧道”现象，在这种现象中，粒子（例如电子）可以穿过物理势垒，在物理势垒内，粒子只能出现在势垒之外；这种情况是概率发生的，并且可能只在很长一段时间后发生。另一种更为奇特的活动是：在所谓的空白空间中，似乎存在某种形式的能量（尚未被发现和定义），允许间歇性地“创造”反粒子和粒子，它们在相互湮灭之前持续短暂的瞬间（见 page 20-10 ）
3）尽管物质和能量在微观空间层次上的不精确性或概率性，但qm并不否定我们在更传统的宏观层次上对物理现象的方法。它在宇宙尺度（星系中的原子和开始）的物体上运行，并在量子术语以外描述的过程中运行，例如化学键、导电性、热性能和核能，经典物理学，其公式不包括量子因子，但提供了有效的解释是功能性的，允许计算描述可行的和有意义的结果，在一个对人类规模敏感的世界。
4）在爱因斯坦狭义相对论和广义相对论之后才逐渐成熟的质量管理理论，似乎与这些观点发生了冲突，并暂时掩盖了从相对论中得出的结论。爱因斯坦最初设想了一个静态的、大体不变的宇宙，其物理性质由它的几何性质决定。他根据np推断了宏观行为对原子本身的刚性，但qm的证据确凿地表明，在微观世界里，牛顿定律必须被概率定律所取代。尽管爱因斯坦对光电效应的解释对质量管理做出了重大贡献，但他一生对质量管理的各个方面一直持怀疑态度。他仍然坚信物质世界是决定性的（根据一些外部智慧——一个类似于哲学家斯宾诺莎的非个人的上帝的创造者——提出的法律运作）。他拒绝接受量子微观世界的不确定性（他最著名的一句话：“上帝不与世界玩骰子游戏”）。爱因斯坦在过去的35年中（没有成功），试图找到一个方程，将引力和电磁力整合在一个单一的规律中，这个规律支配着整个物理宇宙（物理学家们仍然没有达到这个目标）。最终，qm和相对论都被接受了，但现在的注意力集中在把它们结合到一切理论中（写成toe），在这个理论中，引力（以相对论的形式）与量子力整合（调和）。这方面的努力已经取得了进展，但是一个经过验证的所有理论仍然难以捉摸。
假设你已经阅读了以上量子力学的概要，仍然想要更多的洞察，试试这个。 Web site 它是为方便用户而编写的。本文对量子宇宙学进行了一个很好的回顾，包括瞬子概念的含义。 Cambridge University 站点。
概括上述有关狭义和广义相对论（sgr）、量子物理学（qp）和牛顿物理学（np）的段落，它们适用于宇宙学：qp在宇宙诞生后的最初几分钟内最为相关，但从那时起继续适用于所有物质和能量；sgr是p。在最初的几分钟内，随着空间的增长，NP发挥着最大的作用；当NP被应用于人类经验中普通观察所能感知的尺度上的行动和运动时，NP发挥着最有效的作用。
在接下来的13页长篇大论中，这篇文章涵盖了广泛的范围和许多相关的信息，但如果你像大多数人一样缺乏对宇宙学家和天体物理学家如此深奥的高级知识和训练，那么它仍然可能给出一个大致的理解。量子物理学和相对论的“世界”远远超出了普通人的生活经验，只能通过他们的数学戒律来正确理解。非常小和非常大的领域确实很奇怪。然而，它们通过重力的作用相互关联（决定一个正在进行的工作是如何进行的）。但是有一个显著的区别：对于相对论来说，引力场是连续的；而对于亚原子领域，量子场是不连续的。
作为一个离别的想法，请记住宇宙学，像天文学和所有科学一样，在解决旧问题、发现新问题、发现不可避免地会改变已发展为工作思想的基本概念的原理时，仍在不断发展。因此，当今世界存在着宇宙膨胀的竞争模式，关于“创造”早期的规则仍在争论中，甚至大爆炸本身也在其细节和本质正确性方面受到质疑。宇宙学仍然是一门有点不精确的科学，而且仍在进行中。
这是序言的结尾。按浏览器上的后退按钮，如果不起作用，按下面的上一个标志或下一个标志（取决于您如何访问前言），现在返回到宇宙学部分的第一页。
:sub:`` <>`__* The speed of light was first estimated in 1678 by Christiaan Huygens. He started time difference measurements made two years earlier by the astronomer Ole Roemer (credited with establishing that light travels at a finite speed) of systematic variations of the time intervals in which moons of Jupiter were eclipsed as the Earth moved in its orbit from position 1 to position 2 six months later. The difference of 22 minutes was combined with the then estimated value of the mean Earth-Sun distance to arrive at a speed of light value of 2.3 x 108 m/sec, about 77% of the currently accepted value. In 1849, Armand Fizeau (in Paris) used laboratory apparatus to improve the measurement, obtaining a speed of 3.15 x 108 m/sec. Later measurements closed in on the present value (2.998 x 108 m/sec); this most precise value has been determined with timing based on use of the cesium-beam atomic clock.`