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臨界密度

(空間物理學定義)

鎖定
臨界密度(ρ0)是指以物質為主的宇宙在很長時間停止膨脹所需的宇宙密度。
中文名
臨界密度
所屬學科
空間物理學

臨界密度內容簡介

對於哈勃常數為70KM/(秒·百萬秒差距),ρ0=0.9×10^(-29)克/釐米^3 (^後為指數)。這是非常小的數值。假設它們全是氫原子,相應密度是0.5×10^-5原子/釐米^3。更方便的量是密度參數Ω0——實際密度與臨界密度的比值。對於實際密度等於臨界密度,Ω0=1。對於Ω0>1,宇宙膨脹會停止而轉為收縮,最終導致大反衝,對於Ω0<1,宇宙會永遠膨脹下去。
以能量為主的宇宙,Ω0變為Ωmatter與ΩΛ之和。因此,Ω0決定宇宙的幾何學。對於Ω0<1宇宙是張開的;對於Ω0=1,宇宙是平的,Ω0>1,宇宙是閉的
通俗地説,如果宇宙中物質非常多,物質密度超過臨界密度,物質的引力會導致宇宙的膨脹減速,宇宙的膨脹最後會停止,並逆轉為收縮。
如果物質密度等於或低於臨界密度,則宇宙會一直膨脹下去。
另外,宇宙的幾何形狀也與密度有關: 如果密度大於臨界密度,宇宙的幾何應該是封閉的;如果密度等於臨界密度,宇宙的幾何是平直的;如果宇宙的密度小於臨界密度,宇宙的幾何是開放的。並且宇宙膨脹將會變得非常慢,但會永遠膨脹下去。
物質密度大於臨界密度的宇宙是閉宇宙。物質密度低於臨界密度的宇宙是開宇宙。物質密度等於臨界密度,則為平宇宙。
也就是説,如果密度參數大於一,宇宙在空間上是閉合的,宇宙會最終停止膨脹並開始坍縮;如果密度參數小於一,宇宙在空間上是開放的,宇宙會一直保持膨脹下去。如果將空間曲率真空能量都一起考慮到密度參數中,也有可能出現密度參數正好等於一的情況。真空能量能減低物質密度的參數。由於真空能量作用,現宇宙接近平直宇宙。

臨界密度物質密度與引力

空間中的物質密度變小,引力不再占主導地位,宇宙開始加速膨脹。物質密度越小,引力地位越低。

臨界密度物質與能量密度

現在物質占主導地位的宇宙,意味着宇宙中物質的密度遠超過輻射的密度。另一種情形是輻射密度遠大於物質密度,輻射主導宇宙。