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对在光锥上模拟LambdaCDM的不均匀宇宙学模型的年龄检验

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第一章 绪论

第二章 观测事实

第三章 宇宙膨胀的动力学

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摘要

在通常的演化的宇宙模型里，宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。对于有些宇宙学模型，如牛顿宇宙学模型、等级模型、稳恒态模型等，宇宙年龄没有意义。通常，哈勃年龄是宇宙年龄的可靠上限，可以作为宇宙年龄的某种度量。宇宙在膨胀时，它的密度必在减小。逆时间方向往过去追溯，宇宙的密度必在增大。经过有限时间，将追溯到密度为无穷的状态。说明宇宙的膨胀必有一个起点。若把宇宙密度为无穷的时刻规定作时间的零点，则就是今天的宇宙年龄。宇宙有一个有限的年龄。不同的宇宙学模型将会给出不同的宇宙年龄。究竟哪种宇宙模型能更好的描述我们的宇宙，只有通过不同模型给出的结论和宇宙学观测相比较来给出结论。宇宙年龄就是理论与实验比较的一个方面。
　　 宇宙年龄无法直接测量，实际测量的是古老天体的年龄。设某天体形成于宇宙年龄为t1时，设它今天的年龄为τ，则有t0=t1+τ。这里的“古老”指它形成的很早，以至于t1<<τ。对于这样的天体，它的年龄τ就是宇宙年龄t0的近似。自Rutherford以后，人们常用放射性元素为“钟”，来测量古代遗迹的年龄。考虑到宇宙的年龄约为10Ga左右，因此适合于测龄的放射性元素的寿命应与此在量级上相近。于是被采用的是233Th（寿命τ=20.3Ga）；235U（τ=1.02Ga）；238U（τ=6.45Ga）等放射性重元素。20世纪80年代以来，人们试用了白矮星的冷却来推断银河系的年龄。在开始形成白矮星时，其内部温度尚很高，因此仍会发光。由于已没有核能源，热辐射将使星体内部逐渐冷却，其辐射光度也相应地逐渐降低。越暗的白矮星内部越冷，年龄也越老。因为冷却过程比核燃烧过程慢，所以很暗的白矮星的年龄几乎就是该恒星的年龄。按这道理，银河系的年龄可以用其中最暗的白矮星的年龄来代表。更为宇宙学家重视的是球状星团年龄的测定。球状星团被认为是银行系中最古老的天体之一。要进一步的用银河系的年龄来推断宇宙的年龄，还需对银河系形成时间做出估计。计算表明银河系的形成时间对宇宙年龄的影响并不大。
　　 不同的宇宙学模型会给出不同的宇宙年龄范围。比较了现在与观测数据符合得很好的LambdaCDM模型和球对称、不均匀的宇宙学模型的宇宙年龄，两者相差将近2Gyr。

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