做宇宙學需要哪些數學

⑴ 想研究宇宙學需要具備什麼知識技能

綜述
宇宙學(或宇宙論) 譯自英文之Cosmology，這個詞源自於希臘文的κοσμολογ?α(cosmologia, κ?σμο? (cosmos) order + λογια (logia) discourse)。宇宙學是對宇宙整體的研究，並且延伸探討至人類在宇宙中的地位。雖然宇宙學這個詞是最近才有的，人們對宇宙的研究已經有很長的一段歷史，牽涉到科學、哲學、esotericism以及宗教．
宇宙學同樣也可以詮釋人生，只有當你建立起清晰的宇宙概念，才能理解世界的根本秩序，如果對天文學一無所知的話，就不能算受過完整的教育．
在最近，物理學與天文物理學在目前所謂的物理宇宙學(藉由科學觀察與實驗 宇宙學來了解宇宙)的發展上扮演了核心的角色。這個學科專注在宇宙最為巨觀且最早期的面向，一般被理解為由大爆炸起頭，大爆炸指的是空間的膨脹，而宇宙被認為約於137億年前由此膨脹產生。從宇宙劇烈的發生直至它的結束，科學家認為宇宙的整個歷史是一個有秩序的、且在物理定律支配之下的進程。
天體物理學
天體物理學是應用物理學的技術、方法和理論，研究天體的形態、結構、化學組成、物理狀態和演化規律的天文學分支學科。
利用理論物理方法研究天體的物理性質和過程的一門學科。1859年﹐基爾霍夫根據熱力學規律解釋太陽光譜的夫琅和費線﹐斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學元素﹐這表明﹐可以利用理論物理的普遍規律從天文實測結果中分析出天體的內在性質﹐是為理論天體物理學的開端。理論天體物理學的發展緊密地依賴於理論物理學的進步﹐幾乎理論物理學每一項重要突破﹐都會大大推動理論天體物理學的前進。二十世紀二十年代初量子理論的建立﹐使深入分析恆星的光譜成為可能﹐並由此建立了恆星大氣的系統理論。三十年代原子核物理學的發展﹐使恆星能源的疑問獲得滿意的解決﹐從而使恆星內部結構理論迅速發展﹔並且依據赫羅圖的實測結果﹐確立了恆星演化的科學理論。1917年愛因斯坦用廣義相對論分析宇宙的結構﹐創立了相對論宇宙學。1929年哈勃發現了河外星系的譜線紅移與距離間的關系﹐以後人們利用廣義相對論的引力理論來分析有關河外天體的觀測資料﹐探索大尺度上的物質結構和運動﹐這就形成了現代宇宙學。
從公元前129年古希臘天文學家喜帕恰斯目測恆星光度起，中間經過1609年伽利略使用光學望遠鏡觀測天體，繪制月面圖，1655～1656年惠更斯發現土星光環和獵戶座星雲，後來還有哈雷發現恆星自行，到十八世紀老赫歇耳開創恆星天文學，這是天體物理學的孕育時期。
十九世紀中葉，三種物理方法——分光學、光度學和照相術廣泛應用於天體的觀測研究以後，對天體的結構、化學組成、物理狀態的研究形成了完整的科學體系，天體物理學開始成為天文學的一個獨立的分支學科。
天體物理學的發展，促使天文觀測和研究不斷出現新成果和新發現。1859年，基爾霍夫對太陽光譜的吸收線(即夫琅和費譜線)作出科學解釋。他認為吸收線是光球所發出的連續光譜被太陽大氣吸收而成的，這一發現推動了天文學家用分光鏡研究恆星；1864年，哈根斯用高色散度的攝譜儀觀測恆星，證認出某些元素的譜線，以後根據多普勒效應又測定了一些恆星的視向速度；1885年，皮克林首先使用物端棱鏡拍攝光譜，進行光譜分類。通過對行星狀星雲和彌漫星雲的研究，在仙女座星雲中發現新星。這些發現使天體物理學不斷向廣度和深度發展。
人類對宇宙的認識不斷擴大，不僅使人們愈來愈深入地了解宇宙的結構和演化規律，同時也促使物理學在揭示微觀世界的奧秘方面取得進展。氮元素就是首先在太陽上發現的，過了二十五年後才在地球上找到。熱核聚變概念是在研究恆星能源時提出的。由於地面條件的限制，某些物理規律的驗證只有通過宇宙這個「實驗室」才能進行。六十年代天文學的四大發現——類星體、脈沖星、星際分子、微波背景輻射，促進了高能天體物理學、宇宙化學、天體生物學和天體演化學的發展，也向物理學、化學、生物學提出了新的課題。
高能天體物理學
光子-結構模型圖天體物理學的一個分支學科。主要任務是研究天體上發生的各種高能現象和高能
宇宙學過程。它涉及的面很廣，既包括有高能粒子（或高能光子）參與的各種天文現象和物理過程，也包括有大量能量的產生和釋放的天文現象和物理過程。最早，高能天體物理學主要限於宇宙線的探測和研究，真正作為一門學科是20世紀60年代後才建立起來的。60年代以後，各種新的探測手段應用到天文研究中，一大批新天體、新天象的發現，使高能天體物理學得到了迅速發展。高能天體物理學的研究對象包括類星體和活動星系核、脈沖星、超新星爆發、黑洞理論、X射線源、γ射線源、宇宙線、各種中微子過程和高能粒子過程等等。
中微子-結構模型圖
編輯本段
研究領域

綜述
以下所列的是宇宙學研究的一些最活躍的領域，大致按時間順序排列。這個單子不包括大爆炸宇宙學。它可以參見宇宙時間表。
極早期宇宙
雖然大爆炸理論看起來可以解釋從10~33秒鍾開始的早期熱宇宙，它卻面 宇宙學臨著許多困難。其中之一是現今的粒子物理理論不能為宇宙的平坦性、均勻型和各向齊性（參閱宇宙學原理）提供一個令人滿意的答案。另外，大統一模型預言了宇宙中有磁單極，它們也沒有被觀察到。宇宙暴漲解決了這些問題。它的物理模型雖然很簡單，但是卻沒有被粒子物理所證實，其主要困難在於如何調和它和量子場論的矛盾。一些宇宙學家認為弦理論和膜宇宙學能為解決宇宙學原理提供另一方案。
弦理論-結構模型圖
宇宙學的另一主要問題是解釋為什麼粒子要多於反粒子。X射線觀測表明宇宙並不是由物質和反物質的區域組成的。它的主要組成是物質。這個問題稱為重子不對稱性，解釋這種現象的理論被稱為重子產生。重子產生理論是由薩哈羅夫於1967年提出的，它的必要條件中包括物質和反物質間的電荷——宇稱對稱性的破缺。粒子加速器只觀測到很小的電荷——宇稱對稱破壞，不能解釋宇宙的重子不對稱性。宇宙學家和粒子物理學家希望能發現電荷——宇稱破壞的其它來源。
重子產生和宇宙暴漲都與粒子物理有密切的聯系。這些問題的解決答案可能會產生於高能理論和實驗而不是於天文觀察中。
大爆炸核合成過程
質子-結構模型圖大爆炸核合成是關於元素在早期宇宙形成的理論。當宇宙演化到大約三分鍾時，它已經足夠冷卻，這時核聚變及核合成過程就終止了。因為大爆炸核合成過程持續的時間極為短暫，從氫離子（質子）出發，它的主要合成成品是輕元素如氘、氦-4和鋰。其它元素則極為微量。（重元素主要是由星體如超新星中的核反應而形成的。）雖然在1948年伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼就已經提出了這個理論的基本觀點，由於在此理論中輕元素的豐度與早期宇宙的物理性質關系密切，它至今仍然是檢驗大爆炸時期物理理論的極靈敏的探針。比如，它可以用來檢驗等效原理、暗物質和中微子物理。
宇宙微波背景輻射
宇宙微波背景輻射是指退偶過程（即大爆炸所產生的輻射停止與帶電離子的湯普生散射及原子第一次形成這一過程）所殘余的輻射。這種輻射是由彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的。它具有幾乎完美的2.7K黑體輻射譜，只在十萬分之一內偏離各向同性。宇宙學家們可以用描寫早期宇宙細微起伏演化的宇宙學微擾理論來精確地計算輻射的角度功率譜。最近的衛星（COBE和WMAP）和地面及氣球（DASI，CBI和Boomerang）實驗也測量了此功率譜。這些工作的目的是為了更精確地測量Λ-冷暗物質模型的參數，同時也為了檢驗大爆炸模型和新物理模型的預言。例如，最近WMAP的測量就為中微子的質量提供了限制。
更新的實驗的目的則是測量微波背景譜的極化。它將為微擾理論提供更多的證據，也將為宇宙暴漲和所謂的次級非各向同性（如由背景輻射和星系和星系團相互作用引起的散亞耶夫-澤爾多維奇效應和薩克斯-沃爾夫效應）提供信息。
大尺度結構的形成和演化
理解最早和最大結構（如類星體，星系，星系團和超團）的形成和演 宇宙學化是宇宙學的核心課題之一。宇宙學家們研究的是一種由下至上有層次的結構形成模型。在此模型中，小物體先形成，而大的物體如超團還在形成過程中。研究宇宙中結構最直截了當的方法是普查可見的星系，從而構造一個星系的立體圖像並測量物質功率譜。這就是斯隆數碼天空普查和2dF星系紅移普查的研究方案。
理解結構形成的一個重要工具是模擬。宇宙學家們用它來研究宇宙中物質的引力堆積和線狀結構，超團和空穴的形成。因為宇宙中冷暗物質要比可見的重子物質多許多，所以大多數模擬只計入它們。這種處理對理解最大尺度的宇宙是足夠了。更先進的模擬已經開始計入重子的效應，它們也開始研究星系的形成。宇宙學家們檢查這些模擬是否與星系普查的結果一致。如果不一致，則研究偏差的原因。
宇宙學家還用其它互補的方法來測量宇宙遙遠處的物質分布和重離子化過程。這些方法包括：
*萊曼阿爾法譜線森林。通過測量氣體對遙遠類星體所發射光的吸收來測量早期宇宙中中性氫原子的分布。
*中性氫原子的21厘米吸收線也提供了靈敏的測試。
*由於暗物質的引力透鏡效應而引起的對遙遠物象的扭曲，即所謂的弱透鏡效應。
這些方法都將幫助宇宙學家解決第一顆類星體如何形成這一問題。
暗物質
大爆炸核形成、宇宙微波背景輻射和結構形成的研究證據表明了宇宙質量的25%是由非重子的暗物質組成的，而可見的重子物質只佔宇宙質量的4%。作為星系周圍暈環中的一種冷的、非輻射性的塵埃，暗物質的引力效應已經被了解得很透徹了，但是它的粒子物理性質還是個謎，人們從沒有在實驗室中觀察到它們。暗物質的可能候選包括穩定的超對稱粒子、弱作用重粒子(WIMP)、軸子和重的緊致空穴物體，它甚至還可能是在極小加速度下引力的修正（修正的牛頓動力學，或MOND)或瞙宇宙學的一種效應。
星系中心的物理（如活躍星系核，超重黑洞）可能會給暗物質的性質提供線索。
暗能量
如果宇宙是平坦的，那麼必須有一種東西組成71%的宇宙密度（扣除25%的暗物質和4%的重子物質）。它被稱為暗能量。這種東西不能幹涉大爆炸核合成和宇宙微波背景輻射，所以它不能象重子和暗物質那樣在星系周圍暈環中結團。因為宇宙是平坦的，所以我們知道它的總質量。通過觀測我們也知道宇宙中結團物質的質量比總質量遠遠要小，這就為暗物質的存在提供了很強的證據。1999年發現的宇宙加速膨脹（類似宇宙早期的暴漲）為暗物質提供了更強的證據。
除了暗物質的密度和結團性質外，我們對它一無所知。量子場論預言了一 宇宙學種類似暗物質但比它大120個數量級的宇宙常數。溫伯格和一些弦理論家由此提出人類學原理。他們認為宇宙常數如此小的原因是因為人類不能在其他大宇宙常數的世界中生存。許多人覺得這種解釋很牽強。暗能量其他可能的解釋包括精粹物質（quintessence）和在大尺度下引力的修正。這些模型的核心是暗物質的狀態方程，不同的理論有不同的狀態方程。暗物質的本質是宇宙學中最具挑戰性的問題之一。
如果我們對暗物質有更好的理解，我們可能會解開宇宙最終結局這一謎題。在現在這個宇宙時期，由暗物質引起的宇宙加速膨脹阻礙了比超團更大結構的形成。我們還不清楚這種加速膨脹會不會永久持續下去。或許它會加快，甚至它也可能會變成減速膨脹。
平行宇宙
平行宇宙（Multiverse、Parallel universes），或者叫多重宇宙論，指的是一種在物理學里尚未被證實的理論，根據這種理論，在我們的宇宙之外，很可能還存在著其他的宇宙，而這些宇宙是宇宙的可能狀態的一種反應，這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同，也可能不同。
嬰兒宇宙
宇宙不是無限的，而是有一個時間上的起點，在那個起點時間發生宇宙大爆炸，形成了現在的宇宙，迄今約137億年，彷如人類發育的嬰兒時期，故此得名嬰兒宇宙。藉助美國宇航局的微波背景輻射探測器，一個國際天文學家小組新獲得了「嬰兒期」宇宙迄今最精細的照片，為宇宙大爆炸理論提供了新的依據，根據這張照片，科學家「精確地測量出了宇宙的實際年齡大約是137億年」。
其它研究方向
原初黑洞。
宇宙射線譜中的格萊森-查策平-庫茲明截斷。對此截斷的違反是否隱示了在極高能下狹義相對論的失效。
等效原理。愛因斯坦引力理論是否正確，物理原理的普適性。

⑵ 自學宇宙學使用什麼書比較合適

現代宇宙學包括密切聯系的兩個方面，即觀測宇宙學和理論宇宙學。前者側重於發現大尺度的觀測特徵，後者側重於研究宇宙的運動學和動力學以及建立宇宙模型。
觀測宇宙學已經發現，在目前觀測所及的天區上，存在著一些大尺度的系統性特徵，比如：河外天體譜線紅移；微波背景輻射；星系的形態；天體時標；氦豐度等。
除了幾個近距星系之外，河外天體譜線大都有紅移，而且絕大多數是一致紅移，即各種譜線的紅移量是相等的。此外，在星系團尺度上，對於不同類型的星系，在各自的紅移量與視星等之間、紅移與星系角徑之間存在著系統性的關系。它們反映著紅移量與距離之間的規律。
在整個背景輻射中，微波波段比其他波段都強，譜型接近溫度為3K的黑體輻射。微波背景輻射大致是各向同性的。這種輻射的小尺度起伏不超過千分之二。三：大尺度的起伏則更小一些。
河外星系的形態雖有多種，但絕大多數星系都可歸納為不多的幾種類型，即橢圓星系、旋渦星系、棒旋星系、透鏡型星系和不規則星系。而且，各種類型星系的物理特徵，彌散范圍不算太大。
從球狀星團的赫羅圖形狀可以判斷，較老的球狀星團的年齡差不多都達到100億年左右。按照同位素年代學計算，太陽系中某些重元素是在50億到100億年前形成的，即最老天體的年齡都不超過200億年。
在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約佔99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。

⑶ 天體物理學和宇宙學需要那些數學基礎

先把 該高數自學了 然後數學物理方法 基礎最重要！

⑷ 宇宙物理學未來需要整體數學探索未知問題嗎

也就是粒子物理標准模型出現了問題，可能得用其它的理論來取代Higgs粒子作為質量起源的作用。

⑸ 天文學需要哪些化學，物理和數學的知識

天文學需要各種化學，物理和數學的知識

⑹ 要學天文學就要學好數學

如果你有讀天文學系的打算，那麼肯定是要學好數學的，不過好在我們有很多不錯的數學軟體可以用如MATLAB、Maple、Mathematica等，這些對於處理數學計算很有幫助。天文學系一般分有很多方向，如高能天體物理、天體測量、天體力學、宇宙學等等，尤其涉及到天體物理的方面，數學物理方法就十分重要；天體物理由於是用物理的方法研究天文學，數學對物理的學習就很重要了，如力學用到矢量分析的內容等，一般來說，不學好數學是無法適應現物理學的需要的。當然，如果你只是學著玩兒，國外有不用高等數學的物理學書籍，天文學也是一樣，有一些用初等數學的知識就可以了，不過那畢竟是少數，如果你想深入天文學的研究，建議還是學好數學和物理；否則如果當作愛好的話，那就無所謂；愛好和專業是兩個不同的領域，你可以搞天文攝影等不怎麼需要數學；當然，這就看你是指哪個方面了。 對於此方面，你可以買一些天文類的書籍看看，專業的和業余有很大不同。

⑺ 如何學習宇宙學

我的研究生畢業論文就是《宇宙學簡史》。遠還達不到「權威」。真正的權威人士不會來這里的。
目前國內大學沒有宇宙學的專門學系或者學位。
研究宇宙的現狀和前因後果就是宇宙學。宇宙學的理論層次比天文學高一級。按照目前人類的研究水平，天文學「務實」，宇宙學「務虛」。霍金的成名領域就在宇宙學。
不知道樓主是本科生還是研究生。如果樓主想做宇宙學方面的研究，嗯，如果是普通愛好者的話，到書店買本霍金的《時間簡史》讀讀，領會其中一點精髓的話就可以鎮住絕大部分老百姓甚至絕大部分高校物理系的學生、老師了。國內專門研究宇宙的人少之又少。如果想高層次研究，大學物理的相關科目都要學習。大學物理、理論力學、量子力學、數學物理……

⑻ 宇宙學需要哪些知識

最起碼需要天文學的知識和比較高的數學能力（能對微分幾何與拓撲學很熟練），還有物理學知識（量子論和廣義相對論）。
宇宙學是天文學的一個分支，宇宙學的入門書籍可以看看霍金的一些科普書，比如《時間簡史》，還有愛德華·哈里森著的《宇宙學》（湖南科學技術出版社），很詳細，也不難。

⑼ 學習天文學需要具備哪些方面的知識

天文學是人類運用所掌握的新的數學、物理學、化學、生物學等知識以及尖端的科學技術手段，對宇宙中的恆星、行星、星系以及其它像黑洞等天文現象進行專業研究的一門科學。它是一門基礎學科，也是一門集人類智慧之大成的綜合系統。（六大基礎學科依次為數學、物理學、化學、生物學、天文學、地球科學）。

天文學專業知識與技能：

1．掌握較系統的數學及物理等方面的基本理論和基本方法；

2．掌握天文學的基本理論和基本知識，以及進行天文觀測的技術和基本分析方法，具有理論分析、數據處理和計算機應用能力；

3．了解相近專業的一般原理和知識；

4．了解天文學發展的理論前沿和新發展動態；

5．了解國家科學技術、知識產權等有關政策和法規；

6．掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有一定的實驗設計，創造實驗條件，歸納、整理、分析實驗結果，撰寫論文，參與學術交流的能力。

⑽ 學習宇宙學需要哪些預備知識

主要是物理學、化學和數學知識。
物理學是最基本的，包括力學、光學、原子物理學和核物理學，如果能對相對論物理學和量子物理學有所了解，會有助於宇宙學的學習。
化學主要是無機化學和有機化學。
數學是自然科學之母，是必備的知識。