準穩態會一直保持下去嗎

時間 2021-08-30 09:54:26

1樓:匿名使用者

穩態理論是20世紀宇宙學中提出的一種理論,它解釋了宇宙膨脹的證據,但仍然保留著宇宙總是看起來一樣的核心思想。因此宇宙在現實中是不變的,它沒有起點和終點。

穩態理論的背景和發展

當愛因斯坦創立廣義相對論時,早期的分析表明,它創造了一個不穩定(膨脹或收縮)的宇宙,而不是一直假設的靜態宇宙。愛因斯坦也持有這個關於靜態宇宙的假設,所以他在他的廣義相對論場方程中引入了一個稱為宇宙學常數的術語。這有助於使宇宙保持靜止狀態。

然而,當埃德溫·哈勃發現證據表明遙遠的星系實際上在向各個方向遠離地球時,科學家們(包括愛因斯坦)意識到宇宙似乎並不是靜止的,於是這個術語被刪除了。

穩態理論在20世紀20年代由詹姆斯•金斯首次提出,但在2023年得到了真正的推廣,當時物理學家弗雷德•霍伊爾、托馬斯•戈爾德和赫爾曼•邦迪重新闡述了該理論。有一個有趣的故事,他們是在看了電影《夜深人靜》後提出這個理論的,這部電影的結尾和開始時一模一樣。

霍伊爾特別成為這一理論的主要支持者,尤其是在反對大**理論的情況下。事實上,在英國的一個廣播節目中,霍伊爾用「大**」這個詞來嘲諷與之相反的理論。

物理學家米奇奧·卡庫在《平行世界》一書中為霍伊爾對穩態模型的執著和對大**模型的反對提供了一個合理的解釋:宇宙大**理論的一個缺陷是,由於測量來自遙遠星系的光的誤差,哈勃錯誤地計算出宇宙的年齡是18億年。地質學家聲稱,地球和太陽系可能有數十億年的歷史。

宇宙怎麼可能比它的行星年輕呢?

在宇宙學家保羅·斯坦哈特和尼爾·圖羅克合著的《無盡的宇宙:大**之外》一書中,他們對霍伊爾的立場和動機不太贊同:霍伊爾尤其憎惡大**,因為他強烈反對宗教,他認為宇宙的圖景與聖經的描述驚人地接近。

為了避免宇宙大**,他和他的合作者們願意考慮這樣一個想法——物質和輻射在整個宇宙中不斷地被創造出來,就像保持宇宙膨脹時的密度和溫度一樣。這幅穩定的畫面是宇宙不變概念的最後支持者,引發了與大**模型的支持者長達30年的鬥爭。

正如這些引述所表明的,穩態理論的主要目標是解釋宇宙的膨脹,而不必說宇宙作為一個整體在不同的時間點看起來是不同的。如果宇宙在任何給定的時間點看起來基本相同,就沒有必要假設一個開始或一個結束。這就是眾所周知的完美宇宙學原理。

霍伊爾能夠保留這一原理的主要方法是,在宇宙膨脹的同時,提出一種新的情況,即產生新的粒子。

在這個模型中,宇宙的某些部分實際上在膨脹,但新物質不斷地從虛無中產生,因此宇宙的密度保持不變。對霍伊爾來說,一場不知從何處冒出的熾熱的大災難會讓星系向四面八方飛奔,這似乎不合邏輯。他更喜歡從無到有地創造質量。

換句話說,宇宙是永恆的。它沒有結束,也沒有開始。

反駁穩態理論

隨著新的天文學證據的發現,反對穩態理論的證據越來越多。例如,遙遠星系的某些特徵(如類星體和射電星系)在較近的星系中是看不到的。這在大**理論中是有道理的,在大**理論中,遙遠的星系實際上代表「年輕」的星系,而較近的星系則代表較老的星系,但穩態理論沒有真正的方法來解釋這種差異。

事實上,這種差異正是該理論所要避免的。

然而,反對穩定狀態宇宙學的最後一顆「棺材上的釘子」來自於宇宙微波背景輻射的發現。宇宙微波背景輻射曾作為大**理論的一部分被**,但在穩定狀態理論中完全沒有存在的理由。

2023年,史蒂文·溫伯格談到反對穩態宇宙學的證據時說:「從某種意義上說,這種分歧是模型的功勞。在所有宇宙學中,只有穩態模型作出如此明確的**,以至於即使在我們掌握有限的觀測證據的情況下,它也可能被推翻。

」準穩態理論

以準穩態理論的形式探索穩態理論的科學家仍在繼續。它在科學家中並不被廣泛接受,許多對它的批評也沒有得到充分的解決。​

2樓:嵩山少俠來了

準穩態會一直保持下去嗎?把造山運動時大量上地幔物質湧出地殼邊界形成山體的過程稱為能量化程序的暫態過程。暫態過程前後分別對應一個準穩態過程。

如裂谷及裂谷系的產生對應暫態過程之前的準穩態階段,則山根發育成長就是暫態過程之後的準穩態階段。暫態過程和準穩態過程的物質運動差別反映了能量化程序波浪執行的特徵。

暫態過程對應山體火成岩部分的形成過程,是上地幔運動物質湧出地殼邊界造成的。進入準穩態過程後,雖然仍有上地幔物質向山體方向運動,但已不能大量出離地面使山體部分繼續發育,只能使山根附近的地面隆升。山根停止發育,表明上地幔可運動物質的邊界,相對新的地面在下降,使原來聚集於山根附近的地幔物質變為相對穩定的地殼邊界內物質,質量不同的中子團成為第四周期以下的金屬元素,而少數下地幔質量較大的中子團就成為放射性元素,說明這裡已接近下地幔到上地幔的對流邊界,所以,不同金屬礦床在山根附近的分佈特徵就成為山根停止發育前上地幔物質運動的「化石」。

3樓:吉運升

下面就會介紹一下什麼是準穩態。遮蔽孤子和光伏孤子都是穩態的,準穩態孤子則是一種時變孤子。已報道的準穩態孤子也需要一個外加直流電場。

準穩態孤子只存在於光折變光柵形成之後而外加電場被顯著遮蔽之前的時間間隔裡。準穩態亮孤子所經歷的折射率改變是正的,這剛好與遮蔽亮孤子所看到的折射率相反。準穩態空間孤子起源於訊號光束中各平面波分量的相互耦合。

三十多年以前,人們就開始對光學空間孤子進行研究。近十年來,由於光學空間孤子在全光開關方面有重要的應用前景。光學空間孤子又重新成為研究的熱點。

克爾型光學空間孤子的形成需要mw/cm2量級的光強,而且存在著不穩定性。光折變空間孤子的形成只需mw/cm或更低的光強,且其形成過程包含著許多物理效應,所以它

引起人們的研究興趣。現有三種基本型別的光折變空間孤子被報道,即光伏空間孤子、遮蔽孤子、 準穩態孤子。這些孤子有些用相干光形成,有些用非相干光或部分非相干光形成,而有些則用非相干白光形成。

遮蔽孤子的形成需要一個外加直流電場,光伏空間孤子的形成不需要外加電場,但要求所用的介質具有足夠強的光伏效應。

一般情況下,準穩態孤子的形成需要一外加電場,它存在於晶體的折射率光柵形成之後、而外加電場未被顯著遮蔽之前的那段時間間隔之內, 因此它在時間上表現為瞬態的。在進行全光準穩態空間孤子的實驗中,在相同光強條件下,利用不同波長的光作為訊號光束, 準穩態孤子存在的時間不相同。一般來說,波長較長的光束形成準穩態孤子的時間區間較長。

特殊的,當波長大至一定程度時,將形成穩態的空間孤子,這完全不同於以往所觀察到的準穩態孤子。

全光雙準穩態空間孤子

眾所周知,除了linbo3晶體外,batio3和knsbn晶體均有較強的光伏效應,而knsbn晶體的光伏效應受摻雜的影響極大。實際上,我們已用cu:knsbn晶體獲得了亮光伏孤子。

在開路情況下,若用一束光入射到晶體,則瞬態總電流(忽略擴散效應,這裡為電導率,,和分別為晶體對入射誘導光的有效glass係數、吸收截面、施主密度和離化施主密度)將對晶體的兩個c面充電,使其帶上符號相反的電荷。這些電荷將在晶體中產生一個巨集觀的直流電場e0。這個電場對光折變效應有顯著的影響。

我們已利用這一效應,在ge:bstio3晶體中實現一束鐳射對另一束鐳射自抽運相位共軛的控制。如前所述,準穩態空間孤子的形成需要一外加直流電場,那麼,就有可能利用這裡所說的光誘導巨集觀直流電場e0來代替外加的直流電場,從而獲得準穩態空間孤子。

首次在實驗中觀察到一種雙準穩態光折變空間孤子,這種孤子是(1+1)維的。它的形成不需要外加電場,但需要一束與訊號光不相交疊的誘導光束。誘導光束通過光伏效應及熱釋電效應產生一個形成準穩態孤子所需的巨集觀電場。

熱釋電效應和光伏效應在兩個準穩態形成過程中分別起作用。這種孤子的形成過程具有全光開關效應。

全光準穩態空間孤子對波長的依賴性

研究進展

自從2023年segev等人提出利用光折變效應補償光束在介質傳播過程中的衍射效應,從而形成光折變空間孤子的理論以來,已有大量的理論和實驗工作被報道。由於形成光折變空間孤子所需的光強很低(mw或μw量級),而且光折變空間孤子在光傳輸、光開關等方面有著潛在的應用前景,近十年來逐漸成為研究的熱點。已報道的光折變空間孤子,從形成機理來看主要有三種不同的型別:

準穩態孤子、遮蔽孤子和光伏孤子這些孤子可以用相干光形成、也可用非相干光或部分非相干光形成,而有的也可用非相干白光形成。隨著理論和實驗研究的深入,最近有報道提出在光伏光折變晶體上外加電場的方法可以形成遮蔽-光伏孤子。

人們發現,若用一束光入射到有較強光伏效應的晶體中,例如batio3和knsbn等晶體, 能夠在晶體中產生一個可觀察的巨集觀直流電場,在穩態時,此電場可高達103-105v,所以可以利用此光誘導巨集觀直流電場來代替形成準穩態孤子時所需的外加電場,從而獲得全光準穩態孤子。she等人已在實驗中觀察到全光準穩態空間孤子。

光折變材料是一種重要的非線性光學材料,在入射光照下能激發出自由載流子(電子、空穴),使用較多的是linbo3,batio3,snb,knsbn等。其中,在對摻cu的knsbn晶體的研究中發現,它具有較強的光伏效應,其折射率改變為正,已利用它實現了光伏孤子。同時,cu:

knsbn晶體含有不同深度的能級中心,其光激發載流子密度隨溫度的不同而不同。載流子的密度又直接影響到晶體內空間電荷場的大小。2023年,fressengeas等人利用晶體內空間電荷場的分佈情況分析了準穩態孤子的形成,指出準穩態孤子存在的時間區間與晶體的性質和入射光束的光強有關,光強越強孤子存在的時間區間越短。

在給定光折變晶體時,準穩態孤子存在的時間區間不僅與光束的光強有關,而且與光束的波長有關,入射訊號光的波長越長,準穩態孤子存在的時間區間越長。例如當我們用波長較長的he-ne光作為訊號光,進行全光準穩態孤子的實驗時,在很長的時間內(達10min),光束一直保持孤子狀態,並未發生擴散。從一定意義上說,在一定時間範圍內,這個孤子可以被看作是穩態的。

此現象不同於以往所觀察到的準穩態空間孤子,從形成孤子的實驗條件來看,它又明顯不同於遮蔽孤子和光伏孤子。希望在這種環境下能夠一直保持下去。讓這種科學會更加進步。

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