的爱因斯坦-德西特宇宙
1932年,爱因斯坦和德西特提出宇宙学常数应该等于0,然后推导出a均匀各向同性模型提供了封闭和开放Friedmann模型之间的分离情况;即,爱因斯坦和德西特假设空间曲率宇宙不是正的也不是负的,而是零。爱因斯坦-德西特宇宙的空间几何是欧几里得的(无限的总体积),但是时空不是全局平坦的(即,不完全是狭义相对论中的时空)。时间再次以大爆炸开始,星系永远地衰退,但衰退率(哈勃望远镜的“不变”)随着时间的推移,逐渐趋向于零。由于空间的几何形状和总的演化性质在爱因斯坦-德西特模型中得到了唯一的定义,许多具有哲学倾向的人长期以来都认为它是描述实际宇宙的最合适的候选者。
绑定,解开宇宙闭合密度
在弗里德曼大时间尺度上星系的不同分离行为关闭开放模型和爱因斯坦-德西特模型允许一种不同于基于时空整体结构的分类方案。的替代看待事物的方式是在引力约束和非约束系统方面:封闭模型中,星系最初分离,但后来又聚集在一起,代表约束宇宙;在开放模型中,星系继续永远分离,代表不受约束的宇宙;在爱因斯坦-德西特模型中,星系永远分离,但缓慢到停止无限时间代表临界情况。
这种另类观点的优点是,它将注意力集中在局部量上,在这种局部量上,可以用牛顿物理学的更简单的术语来思考——例如,吸引力。在这幅图中可以直观地看出是否应该区分的特征重力是否能够使给定的膨胀速率停止取决于存在的质量(每单位体积)。事实确实如此;牛顿和相对论的形式主义给出了相同的结论标准对于临界,或者封闭,将封闭或束缚的宇宙与开放或未束缚的宇宙分开的密度(以物质和辐射的质量当量为单位)。如果哈勃常数目前纪元记为H0,则闭包密度(对应于爱因斯坦-德西特模型)等于3H02/ 8πG,在那里G是普遍的引力常数在牛顿和爱因斯坦的引力理论中数值价值哈勃常数的H0是每秒22公里每百万光年;闭合密度等于10−29克每立方厘米,大约相当于6氢原子平均每立方米的宇宙空间。如果实际的宇宙平均值大于这个值,宇宙就会受到(关闭),尽管目前仍在扩张,但最终将造成难以想象的巨大冲击。如果它更小,宇宙是开放的,将永远膨胀。这个结果在直觉上是合理的,因为质量密度越小,引力的作用就越小,所以宇宙就越接近自由膨胀(假设宇宙常数为零)。
直接观测到的星系质量,如果在宇宙距离上平均,估计只有闭合宇宙所需质量的百分之几。辐射场中所含的量(其中大部分在宇宙微波背景)目前对总数的贡献微不足道。如果这就是全部,宇宙将是开放的,不受束缚的。然而,暗物质那是由各种推论出来的动态争吵占宇宙的23%,而且暗能量供给剩余的量,使总平均质量密度达到封闭密度的100%。
的热大爆炸
考虑到测量值辐射温度为2.735开尔文(K)时,能量密度为宇宙微波背景能被证明比平均静止能量小1000倍吗密度普通的事在宇宙中。因此,目前的宇宙是由物质主导的。如果一个人回到过去红移z时,粒子和光子的平均数密度均增大了相同的因子(1 +z)3.因为宇宙被这个因素压缩得更大,这两个数字的比值保持在现在的1左右氢核,或质子,每109光子.然而,每个光子的波长都缩短了1 +倍z过去比现在好;因此,辐射的能量密度以1 +的倍数增长更快z比物质的剩余能量密度高。因此,辐射能量密度在红移约1000的情况下与普通物质的能量密度相当。当红移大于10,000时,辐射甚至会占据主导地位暗物质宇宙的。在这两个值之间,当氢重新结合时,辐射就会与物质解耦。不可能使用光子观察到大于1090的红移,因为宇宙等离子体在4000 K以上的温度下不透明的在重组之前。我们可以把球面想象成一个倒转的“光球”可观测宇宙.最后一次散射的球面可能有轻微的波纹,这解释了今天在宇宙微波背景中观察到的轻微各向异性。在任何情况下,宇宙历史的早期阶段,例如,当温度为109K和更高的值不能通过任何望远镜接收到的光来检测。必须通过将物质含量与理论计算进行比较来寻找线索。
出于这个目的,幸运的是,模型宇宙的宇宙演化是特别简单和有义务的到红移远远大于10,000(或温度基本上高于30,000 K)的计算,因为主导成分光子的物理性质在那时是完全已知的。例如,在辐射主导的早期宇宙中,辐射温度T精确地说是宇宙年龄的函数,时间t后大爆炸.