做宇宙学需要哪些数学

⑴ 想研究宇宙学需要具备什么知识技能

综述
宇宙学(或宇宙论) 译自英文之Cosmology，这个词源自于希腊文的κοσμολογ?α(cosmologia, κ?σμο? (cosmos) order + λογια (logia) discourse)。宇宙学是对宇宙整体的研究，并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位。虽然宇宙学这个词是最近才有的，人们对宇宙的研究已经有很长的一段历史，牵涉到科学、哲学、esotericism以及宗教．
宇宙学同样也可以诠释人生，只有当你建立起清晰的宇宙概念，才能理解世界的根本秩序，如果对天文学一无所知的话，就不能算受过完整的教育．
在最近，物理学与天文物理学在目前所谓的物理宇宙学(借由科学观察与实验 宇宙学来了解宇宙)的发展上扮演了核心的角色。这个学科专注在宇宙最为巨观且最早期的面向，一般被理解为由大爆炸起头，大爆炸指的是空间的膨胀，而宇宙被认为约于137亿年前由此膨胀产生。从宇宙剧烈的发生直至它的结束，科学家认为宇宙的整个历史是一个有秩序的、且在物理定律支配之下的进程。
天体物理学
天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论，研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。
利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。1859年﹐基尔霍夫根据热力学规律解释太阳光谱的夫琅和费线﹐断言在太阳上存在着某些和地球上一样的化学元素﹐这表明﹐可以利用理论物理的普遍规律从天文实测结果中分析出天体的内在性质﹐是为理论天体物理学的开端。理论天体物理学的发展紧密地依赖于理论物理学的进步﹐几乎理论物理学每一项重要突破﹐都会大大推动理论天体物理学的前进。二十世纪二十年代初量子理论的建立﹐使深入分析恒星的光谱成为可能﹐并由此建立了恒星大气的系统理论。三十年代原子核物理学的发展﹐使恒星能源的疑问获得满意的解决﹐从而使恒星内部结构理论迅速发展﹔并且依据赫罗图的实测结果﹐确立了恒星演化的科学理论。1917年爱因斯坦用广义相对论分析宇宙的结构﹐创立了相对论宇宙学。1929年哈勃发现了河外星系的谱线红移与距离间的关系﹐以后人们利用广义相对论的引力理论来分析有关河外天体的观测资料﹐探索大尺度上的物质结构和运动﹐这就形成了现代宇宙学。
从公元前129年古希腊天文学家喜帕恰斯目测恒星光度起，中间经过1609年伽利略使用光学望远镜观测天体，绘制月面图，1655～1656年惠更斯发现土星光环和猎户座星云，后来还有哈雷发现恒星自行，到十八世纪老赫歇耳开创恒星天文学，这是天体物理学的孕育时期。
十九世纪中叶，三种物理方法——分光学、光度学和照相术广泛应用于天体的观测研究以后，对天体的结构、化学组成、物理状态的研究形成了完整的科学体系，天体物理学开始成为天文学的一个独立的分支学科。
天体物理学的发展，促使天文观测和研究不断出现新成果和新发现。1859年，基尔霍夫对太阳光谱的吸收线(即夫琅和费谱线)作出科学解释。他认为吸收线是光球所发出的连续光谱被太阳大气吸收而成的，这一发现推动了天文学家用分光镜研究恒星；1864年，哈根斯用高色散度的摄谱仪观测恒星，证认出某些元素的谱线，以后根据多普勒效应又测定了一些恒星的视向速度；1885年，皮克林首先使用物端棱镜拍摄光谱，进行光谱分类。通过对行星状星云和弥漫星云的研究，在仙女座星云中发现新星。这些发现使天体物理学不断向广度和深度发展。
人类对宇宙的认识不断扩大，不仅使人们愈来愈深入地了解宇宙的结构和演化规律，同时也促使物理学在揭示微观世界的奥秘方面取得进展。氮元素就是首先在太阳上发现的，过了二十五年后才在地球上找到。热核聚变概念是在研究恒星能源时提出的。由于地面条件的限制，某些物理规律的验证只有通过宇宙这个“实验室”才能进行。六十年代天文学的四大发现——类星体、脉冲星、星际分子、微波背景辐射，促进了高能天体物理学、宇宙化学、天体生物学和天体演化学的发展，也向物理学、化学、生物学提出了新的课题。
高能天体物理学
光子-结构模型图天体物理学的一个分支学科。主要任务是研究天体上发生的各种高能现象和高能
宇宙学过程。它涉及的面很广，既包括有高能粒子（或高能光子）参与的各种天文现象和物理过程，也包括有大量能量的产生和释放的天文现象和物理过程。最早，高能天体物理学主要限于宇宙线的探测和研究，真正作为一门学科是20世纪60年代后才建立起来的。60年代以后，各种新的探测手段应用到天文研究中，一大批新天体、新天象的发现，使高能天体物理学得到了迅速发展。高能天体物理学的研究对象包括类星体和活动星系核、脉冲星、超新星爆发、黑洞理论、X射线源、γ射线源、宇宙线、各种中微子过程和高能粒子过程等等。
中微子-结构模型图
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研究领域

综述
以下所列的是宇宙学研究的一些最活跃的领域，大致按时间顺序排列。这个单子不包括大爆炸宇宙学。它可以参见宇宙时间表。
极早期宇宙
虽然大爆炸理论看起来可以解释从10~33秒钟开始的早期热宇宙，它却面 宇宙学临着许多困难。其中之一是现今的粒子物理理论不能为宇宙的平坦性、均匀型和各向齐性（参阅宇宙学原理）提供一个令人满意的答案。另外，大统一模型预言了宇宙中有磁单极，它们也没有被观察到。宇宙暴涨解决了这些问题。它的物理模型虽然很简单，但是却没有被粒子物理所证实，其主要困难在于如何调和它和量子场论的矛盾。一些宇宙学家认为弦理论和膜宇宙学能为解决宇宙学原理提供另一方案。
弦理论-结构模型图
宇宙学的另一主要问题是解释为什么粒子要多于反粒子。X射线观测表明宇宙并不是由物质和反物质的区域组成的。它的主要组成是物质。这个问题称为重子不对称性，解释这种现象的理论被称为重子产生。重子产生理论是由萨哈罗夫于1967年提出的，它的必要条件中包括物质和反物质间的电荷——宇称对称性的破缺。粒子加速器只观测到很小的电荷——宇称对称破坏，不能解释宇宙的重子不对称性。宇宙学家和粒子物理学家希望能发现电荷——宇称破坏的其它来源。
重子产生和宇宙暴涨都与粒子物理有密切的联系。这些问题的解决答案可能会产生于高能理论和实验而不是于天文观察中。
大爆炸核合成过程
质子-结构模型图大爆炸核合成是关于元素在早期宇宙形成的理论。当宇宙演化到大约三分钟时，它已经足够冷却，这时核聚变及核合成过程就终止了。因为大爆炸核合成过程持续的时间极为短暂，从氢离子（质子）出发，它的主要合成成品是轻元素如氘、氦-4和锂。其它元素则极为微量。（重元素主要是由星体如超新星中的核反应而形成的。）虽然在1948年伽莫夫、阿尔菲和赫尔曼就已经提出了这个理论的基本观点，由于在此理论中轻元素的丰度与早期宇宙的物理性质关系密切，它至今仍然是检验大爆炸时期物理理论的极灵敏的探针。比如，它可以用来检验等效原理、暗物质和中微子物理。
宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射是指退偶过程（即大爆炸所产生的辐射停止与带电离子的汤普生散射及原子第一次形成这一过程）所残余的辐射。这种辐射是由彭齐亚斯和威尔逊在1965年发现的。它具有几乎完美的2.7K黑体辐射谱，只在十万分之一内偏离各向同性。宇宙学家们可以用描写早期宇宙细微起伏演化的宇宙学微扰理论来精确地计算辐射的角度功率谱。最近的卫星（COBE和WMAP）和地面及气球（DASI，CBI和Boomerang）实验也测量了此功率谱。这些工作的目的是为了更精确地测量Λ-冷暗物质模型的参数，同时也为了检验大爆炸模型和新物理模型的预言。例如，最近WMAP的测量就为中微子的质量提供了限制。
更新的实验的目的则是测量微波背景谱的极化。它将为微扰理论提供更多的证据，也将为宇宙暴涨和所谓的次级非各向同性（如由背景辐射和星系和星系团相互作用引起的散亚耶夫-泽尔多维奇效应和萨克斯-沃尔夫效应）提供信息。
大尺度结构的形成和演化
理解最早和最大结构（如类星体，星系，星系团和超团）的形成和演 宇宙学化是宇宙学的核心课题之一。宇宙学家们研究的是一种由下至上有层次的结构形成模型。在此模型中，小物体先形成，而大的物体如超团还在形成过程中。研究宇宙中结构最直截了当的方法是普查可见的星系，从而构造一个星系的立体图像并测量物质功率谱。这就是斯隆数码天空普查和2dF星系红移普查的研究方案。
理解结构形成的一个重要工具是模拟。宇宙学家们用它来研究宇宙中物质的引力堆积和线状结构，超团和空穴的形成。因为宇宙中冷暗物质要比可见的重子物质多许多，所以大多数模拟只计入它们。这种处理对理解最大尺度的宇宙是足够了。更先进的模拟已经开始计入重子的效应，它们也开始研究星系的形成。宇宙学家们检查这些模拟是否与星系普查的结果一致。如果不一致，则研究偏差的原因。
宇宙学家还用其它互补的方法来测量宇宙遥远处的物质分布和重离子化过程。这些方法包括：
*莱曼阿尔法谱线森林。通过测量气体对遥远类星体所发射光的吸收来测量早期宇宙中中性氢原子的分布。
*中性氢原子的21厘米吸收线也提供了灵敏的测试。
*由于暗物质的引力透镜效应而引起的对遥远物象的扭曲，即所谓的弱透镜效应。
这些方法都将帮助宇宙学家解决第一颗类星体如何形成这一问题。
暗物质
大爆炸核形成、宇宙微波背景辐射和结构形成的研究证据表明了宇宙质量的25%是由非重子的暗物质组成的，而可见的重子物质只占宇宙质量的4%。作为星系周围晕环中的一种冷的、非辐射性的尘埃，暗物质的引力效应已经被了解得很透彻了，但是它的粒子物理性质还是个谜，人们从没有在实验室中观察到它们。暗物质的可能候选包括稳定的超对称粒子、弱作用重粒子(WIMP)、轴子和重的紧致空穴物体，它甚至还可能是在极小加速度下引力的修正（修正的牛顿动力学，或MOND)或瞙宇宙学的一种效应。
星系中心的物理（如活跃星系核，超重黑洞）可能会给暗物质的性质提供线索。
暗能量
如果宇宙是平坦的，那么必须有一种东西组成71%的宇宙密度（扣除25%的暗物质和4%的重子物质）。它被称为暗能量。这种东西不能干涉大爆炸核合成和宇宙微波背景辐射，所以它不能象重子和暗物质那样在星系周围晕环中结团。因为宇宙是平坦的，所以我们知道它的总质量。通过观测我们也知道宇宙中结团物质的质量比总质量远远要小，这就为暗物质的存在提供了很强的证据。1999年发现的宇宙加速膨胀（类似宇宙早期的暴涨）为暗物质提供了更强的证据。
除了暗物质的密度和结团性质外，我们对它一无所知。量子场论预言了一 宇宙学种类似暗物质但比它大120个数量级的宇宙常数。温伯格和一些弦理论家由此提出人类学原理。他们认为宇宙常数如此小的原因是因为人类不能在其他大宇宙常数的世界中生存。许多人觉得这种解释很牵强。暗能量其他可能的解释包括精粹物质（quintessence）和在大尺度下引力的修正。这些模型的核心是暗物质的状态方程，不同的理论有不同的状态方程。暗物质的本质是宇宙学中最具挑战性的问题之一。
如果我们对暗物质有更好的理解，我们可能会解开宇宙最终结局这一谜题。在现在这个宇宙时期，由暗物质引起的宇宙加速膨胀阻碍了比超团更大结构的形成。我们还不清楚这种加速膨胀会不会永久持续下去。或许它会加快，甚至它也可能会变成减速膨胀。
平行宇宙
平行宇宙（Multiverse、Parallel universes），或者叫多重宇宙论，指的是一种在物理学里尚未被证实的理论，根据这种理论，在我们的宇宙之外，很可能还存在着其他的宇宙，而这些宇宙是宇宙的可能状态的一种反应，这些宇宙可能其基本物理常数和我们所认知的宇宙相同，也可能不同。
婴儿宇宙
宇宙不是无限的，而是有一个时间上的起点，在那个起点时间发生宇宙大爆炸，形成了现在的宇宙，迄今约137亿年，彷如人类发育的婴儿时期，故此得名婴儿宇宙。借助美国宇航局的微波背景辐射探测器，一个国际天文学家小组新获得了“婴儿期”宇宙迄今最精细的照片，为宇宙大爆炸理论提供了新的依据，根据这张照片，科学家“精确地测量出了宇宙的实际年龄大约是137亿年”。
其它研究方向
原初黑洞。
宇宙射线谱中的格莱森-查策平-库兹明截断。对此截断的违反是否隐示了在极高能下狭义相对论的失效。
等效原理。爱因斯坦引力理论是否正确，物理原理的普适性。

⑵ 自学宇宙学使用什么书比较合适

现代宇宙学包括密切联系的两个方面，即观测宇宙学和理论宇宙学。前者侧重于发现大尺度的观测特征，后者侧重于研究宇宙的运动学和动力学以及建立宇宙模型。
观测宇宙学已经发现，在目前观测所及的天区上，存在着一些大尺度的系统性特征，比如：河外天体谱线红移；微波背景辐射；星系的形态；天体时标；氦丰度等。
除了几个近距星系之外，河外天体谱线大都有红移，而且绝大多数是一致红移，即各种谱线的红移量是相等的。此外，在星系团尺度上，对于不同类型的星系，在各自的红移量与视星等之间、红移与星系角径之间存在着系统性的关系。它们反映着红移量与距离之间的规律。
在整个背景辐射中，微波波段比其他波段都强，谱型接近温度为3K的黑体辐射。微波背景辐射大致是各向同性的。这种辐射的小尺度起伏不超过千分之二。三：大尺度的起伏则更小一些。
河外星系的形态虽有多种，但绝大多数星系都可归纳为不多的几种类型，即椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜型星系和不规则星系。而且，各种类型星系的物理特征，弥散范围不算太大。
从球状星团的赫罗图形状可以判断，较老的球状星团的年龄差不多都达到100亿年左右。按照同位素年代学计算，太阳系中某些重元素是在50亿到100亿年前形成的，即最老天体的年龄都不超过200亿年。
在宇宙中，氢和氦是最丰富的元素，二者丰度之和约占99％。而且氢和氦的丰度比在许多不同的天体上均约为三比一左右。

⑶ 天体物理学和宇宙学需要那些数学基础

先把 该高数自学了 然后数学物理方法 基础最重要！

⑷ 宇宙物理学未来需要整体数学探索未知问题吗

也就是粒子物理标准模型出现了问题，可能得用其它的理论来取代Higgs粒子作为质量起源的作用。

⑸ 天文学需要哪些化学，物理和数学的知识

天文学需要各种化学，物理和数学的知识

⑹ 要学天文学就要学好数学

如果你有读天文学系的打算，那么肯定是要学好数学的，不过好在我们有很多不错的数学软件可以用如MATLAB、Maple、Mathematica等，这些对于处理数学计算很有帮助。天文学系一般分有很多方向，如高能天体物理、天体测量、天体力学、宇宙学等等，尤其涉及到天体物理的方面，数学物理方法就十分重要；天体物理由于是用物理的方法研究天文学，数学对物理的学习就很重要了，如力学用到矢量分析的内容等，一般来说，不学好数学是无法适应现物理学的需要的。当然，如果你只是学着玩儿，国外有不用高等数学的物理学书籍，天文学也是一样，有一些用初等数学的知识就可以了，不过那毕竟是少数，如果你想深入天文学的研究，建议还是学好数学和物理；否则如果当作爱好的话，那就无所谓；爱好和专业是两个不同的领域，你可以搞天文摄影等不怎么需要数学；当然，这就看你是指哪个方面了。 对于此方面，你可以买一些天文类的书籍看看，专业的和业余有很大不同。

⑺ 如何学习宇宙学

我的研究生毕业论文就是《宇宙学简史》。远还达不到“权威”。真正的权威人士不会来这里的。
目前国内大学没有宇宙学的专门学系或者学位。
研究宇宙的现状和前因后果就是宇宙学。宇宙学的理论层次比天文学高一级。按照目前人类的研究水平，天文学“务实”，宇宙学“务虚”。霍金的成名领域就在宇宙学。
不知道楼主是本科生还是研究生。如果楼主想做宇宙学方面的研究，嗯，如果是普通爱好者的话，到书店买本霍金的《时间简史》读读，领会其中一点精髓的话就可以镇住绝大部分老百姓甚至绝大部分高校物理系的学生、老师了。国内专门研究宇宙的人少之又少。如果想高层次研究，大学物理的相关科目都要学习。大学物理、理论力学、量子力学、数学物理……

⑻ 宇宙学需要哪些知识

最起码需要天文学的知识和比较高的数学能力（能对微分几何与拓扑学很熟练），还有物理学知识（量子论和广义相对论）。
宇宙学是天文学的一个分支，宇宙学的入门书籍可以看看霍金的一些科普书，比如《时间简史》，还有爱德华·哈里森着的《宇宙学》（湖南科学技术出版社），很详细，也不难。

⑼ 学习天文学需要具备哪些方面的知识

天文学是人类运用所掌握的新的数学、物理学、化学、生物学等知识以及尖端的科学技术手段，对宇宙中的恒星、行星、星系以及其它像黑洞等天文现象进行专业研究的一门科学。它是一门基础学科，也是一门集人类智慧之大成的综合系统。（六大基础学科依次为数学、物理学、化学、生物学、天文学、地球科学）。

天文学专业知识与技能：

1．掌握较系统的数学及物理等方面的基本理论和基本方法；

2．掌握天文学的基本理论和基本知识，以及进行天文观测的技术和基本分析方法，具有理论分析、数据处理和计算机应用能力；

3．了解相近专业的一般原理和知识；

4．了解天文学发展的理论前沿和新发展动态；

5．了解国家科学技术、知识产权等有关政策和法规；

6．掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。

⑽ 学习宇宙学需要哪些预备知识

主要是物理学、化学和数学知识。
物理学是最基本的，包括力学、光学、原子物理学和核物理学，如果能对相对论物理学和量子物理学有所了解，会有助于宇宙学的学习。
化学主要是无机化学和有机化学。
数学是自然科学之母，是必备的知识。