随着我国 社会 经济的快速发展， 社会 与企业对电力服务的需求逐渐增加，分布式发电设备与电网结构得到了快速发展，传统的电网形态已无法满足当前 社会 的发展需要。随着 5G 通信在各大领域中的广泛推广，电网的运营模式与功能必然会得到了新一轮的发展方向，因此结合当前电力通信技术，将电力系统与泛在电力物联网结合形成未来电力能源体系是电力系统发展的重要趋势与方向。因此当前国家电网因重视泛在电力物联网技术发展内容，探讨技术模式与出现的问题，这将有利于进一步扩大电力的服务范围与能力。
1泛在电力物联网的概念
11泛在电力物联网的概念
泛在物联网通常是指在任何时间地点、人员与物质之间信息的有机互联与交互，而泛在电力物联网则具体指的是电力用户、电力企业与供应商和设备之间的信息互联交互。可以说泛在电力物联网就是在电力系统中应用互联网技术，实现不同信息传感设备之间的资源共享，从而实现能够自我感知标识的智能处理实体，通过实体间的交互与连接使得有关数据信息能够得到感知与反馈控制，进而形成整体的电力生产体系。而泛在电力物联网通信可以使电力平台架构上通过智能通讯技术实现不同数据信息之间的共享与管理，这将提高数据和信息的利用效率，同时也有利于数据信息之间的交互与连接。通过不同设备用户在任意时空与范围内的信息的共享与交互实现对电力整体运营的稳定，并有利于能源服务平台的在电力市场中得到进一步发展。
12泛在电力物联网的发展目标
泛在电力物联网建设目标主要有利于充分发挥当前物联网大数据的技术优势，充分的包络不同数据和类型的电力信息，增强数据的空间尺度和来源范围，统一分析与挖掘数据的深度与内容。这将有利于电力数据服务针对不同的区域打破数据之间的兼容性，实现各类业务之间的贯通，将电力数据更好的服务于各个行业中，通过 社会 各类行业的广泛参与实现商业模式的建立与发展。以人工智能和深度学习为特征的大数据智能技术将促进电力物联网的快速发展同时也有利于数据知识的挖掘与学习。可以预见未来将促进整体行业的发展与进步。
2泛在电力物联网的基本架构
通常来讲泛在电力物联网的基本架构主要分为三个方面：技术架构、标准架构与应用架构。就技术架构而言，主要分为感知、网络、平台与应用 4 个层面。感知层面主要完成数据信息的协同采集。通过边缘计算使得终端设备的智能化得到了广泛提高。网络层则主要利用现代通信技术实现不同的电力环节之间的覆盖与连接。平台层则主要用于物联网数据信息的管理与不同云端的协同作用。而应用层则主要用于提高整体系统的稳定性，使得能源系统之间构建综合智能的互联网体系。
标准架构则主要为整体的数据平台提供标准支撑，在感知层面会使设备产生不同环节之间的大量数据。这些数据往往来源与格式均不相同。如果没有完善的标准体系，数据之间将很难相互沟通与连接。因此为了解决数据之间的统一与通信，建立了统一的平台标准将促进数据的使用利用情况，为数据信息的深度挖掘提供准备与保障。泛在电力物联网的应用架构，主要用于保障整体电网的运行，提高能源的综合服务能力，并且通过经济的市场运营得到良好的能源生态体系。
3电力通信技术在泛在电力物联网的发展
泛在电力物联网是以通讯技术为基础发展而来的新型物联网体系，其构建的核心是满足电网能源系统的智能判断和自适应调节能力，这将提高能源的替代和利用能力。对于电力物联网来说，通讯技术是其核心的技术内容之一，也是实现万物互联基本的组成单元，凡在电力物联网可以保证不同类型的通讯网络进行相互的连接与反馈，当前电力通信技术的快速发展，泛在电力物联网必然将得到进一步的发展。
31电力通信基本原理
从 2G 通讯技术发展开始，移动通讯技术都以数字信号作为通讯的基础模式。对于 5G 通讯来说，也将以数字信号作为通讯的基础。简单来说，移动通讯的概念就是利用电磁波在空气中自由传播与通讯实现信号的传输。就其组成部件而言，主要包括有：信号发生器、 接收器、调制解调器等关键步骤单元。在空气中无限通讯必然将面对反射散射等各种传输情况，5G 通讯也不例外。5G 通讯相较于 4G 通信而言实现了巨大的飞跃。从提高传输信号的角度来说，主要包括三个方面内容：1扩展资源，增加了电磁波信号频率。2沿延拓定理，提升了频率的使用效率。3开发技术，物质密度更加密集。可实现频率资源多次重复使用，进而得到密度更高的异质网络连接。
32 5G通信基本特征
5G 通讯至少要包括以下 5 个基本特征：高速率、高容量、高可靠性、低时延与低能耗。
1高速率。5g 通讯的速率主要包括有峰值速率，区域速率与边缘速率三个方面的指标。具体来讲，峰值速率指的是在好的条件下得到的速率。区域速率指的是通讯系统整体所保障的总速率。边缘速率是指差的 5%用户所得到的通讯速率。高速率的基本特征使得 5G 通讯技术将在物联系统中得到广泛的应用。
2高容量。相较于传统的通讯技术 5G 通讯将包括有更多的设备终端。这里不止只有手机，也包括有家用电器、各种穿戴设备等。这也为物联网的发展提供了巨大的物理支撑。
3高可靠性。电力通信可靠性是电力系统的首要保障。5G 通讯能够保障信息传输的整体可靠，为电力通讯提供可靠的技术保障。
4低时延。通常来讲，通信时延就是指信息在传输过程中所需要的时间。对于传统技术而言，由于时间影响很大。所以往往被忽视。在未来通信技术发展的情景下必然要求时延性更好的通讯方式，进而满足各种系统之间的协同配合与控制。
5低能耗。在传感器与通讯设备之间往往需要基本的电力供应。新的 5G 技术，将节约能源损耗，降低能源的浪费。
4安科瑞为国家电网2021泛在电力物联网建设提供解决方案
安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年，逐渐完善了从电力物联网云平台到终端传感器的生态体系，在“源（电源）-网（电网）-荷（负荷）-储（储能）”各个环节加大研发投入，已经形成“云（云平台）-管（有线/无线物联）-边（边缘计算）-端（终端设备）”的生态系统，参与泛在电力物联网建设，为国家电网建设“三型两网”提供解决方案，使用户在任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互，产生共享数据，从而为电网、发电、供应商、用户服务。
41云平台
安科瑞电气近年来已经陆续推出变电所运维云平台、能源管理云平台、智慧用电云平台、环保用电监管云平台、充电桩（电动 汽车 /自行车）运营管理云平台、预付费管理云平台等云平台解决方案等解决方案，并已经广泛应用在多地国网公司用户端业务、环保部门、安监部门、住建部门等。
411变电所运维云平台
据统计全国高供高计的工商业用户数量达到200多万户，规模巨大，但是大部分日常的运行维护工作比较传统，普遍存在人力成本高、工作效率低、故障抢修时间长、风险预防薄弱等问题。国网公司和众多电力运维公司正在抢占这块巨大的市场，这是一个千亿级别的市场。
AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力仪表、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据，包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。
412能源管理云平台
Acrelcloud-5000能耗管理云平台可适用于各个行业，如政府办公建筑、工厂、教育建筑、医疗建筑、商业综合体等，可通过局域网、互联网或者4G网络采集不同区域多个建筑或单位的用能数据。
平台采集建筑电、水、气、冷热量等能源消耗数据和光伏、风力、储能等新能源数据，对用能数据进行分析，按照区域、部门、用电设备类型进行细分，提供同比、环比分析比较和用能数据追溯，同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表，帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。
413环保用电监管云平台
近年来我们的环境质量有了很大的改善，这都归功于国家层面对环保的重视和环保部门的有力监察执法。安科瑞针对环保监察的痛点研发了环保用电监管系统解决方案，助力环保部门坚决打赢蓝天碧水保卫战。
Acrelcloud-3000环保用电监管平台主要为环保监察部门和产污排污企业服务，为环保部门提供在线监管和执法依据，为生产企业提供设备运行监控和产污排污数据记录。
平台采集生产企业总用电量、生产用电和治污设备用电量，进行关联分析，及时给出环保设备异常运行信号或企业异常生产信号，实现全过程防控。前端设备采用不停电免接线方案采集用电数据，经LORA无线上传到环保数据网关，再通过4G上传平台服务器或县、市、省级环保平台。各地环保部门通过污染防治设施用电实时监控，实现对排污企业生产运行无死角、全流程监控，达到变人防为信息化技防，从事后处罚到介入式执法，扭转传统依靠人力、经验进行现场核查的状态，为环保监管开辟更加切实、有效的监管方式，形成长效机制。
414智慧用电云平台
据应急管理部网站数据，2016~2018年期间因为电气原因导致的火灾占总数的百分之三十到百分之三十四左右，其中2018年全国共接报火灾237万起，因违反电气安装使用规定引发的火灾占总数的百分之三十四，较大和重大火灾事故中，电气火灾的比例更高。国务院、公安部消防局以及各省市自治区直辖市纷纷出台文件推广智慧用电，从源头上预防电气火灾的发生，现用电管理平台已在九小场所、三合一场所、养老福利院、医疗场所、学校、金融网点等人员密集场所广泛开展。
安科瑞Acrelcloud-6000用电管理云平台对电气引发火灾的主要因素（线缆温度、漏电电流、负荷电流、电压）进行不间断的数据跟踪与统计分析，通过2G/NB-IOT/4G方式采集现场数据，实时发现电气线路和用电设备存在的隐患（如：线缆温度异常、过载、过压、欠压及漏电等）并通过短信、APP推送、自动语音呼叫等方式及时预警，有效防止电气火灾的发生。系统可以显示所有监测点位的漏电电流等电气参数和线缆温度，并支持巡检记录和派单 *** 作，提供隐患分析报告，实时评估企业用电状态。
415电动 汽车 /电瓶车充电桩运营管理云平台
电动 汽车 现已成为广泛使用的绿色能源交通工具，Acrelcloud-9000充电桩运营管理云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动 汽车 的充电过程。充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。
电动自行车数量越来越多，解决了老百姓短距离出行问题，但是和电动自行车相关的和火灾事故新闻也屡见不鲜，有逐年增长的趋势，给 社会 带来了很大的损失，成为人民生命和财产的一个隐患。基于电动自行车火灾的危害和特点，各级政府部门发文对电动自行车火灾的整治都放在规范停放和充电行为上。安科瑞Acrelcloud-9500充电桩运营管理云平台，针对电动自行车火灾治理提供充电管理、资产管理和交易管理的一揽子解决方案，解决充电难、管理难和收费难的问题，可应用于商业楼宇、小区、学校、医院等场所设置的电动自行车充电场所的运营管理。
416物业小区预付费管理云平台
安科瑞远程预付费系统可以针对各商业综合体、小区、写字楼、办公楼、酒店式公寓等物业，学校、工厂宿舍的后勤管理部门以及连锁超市、大型物业分布式财务 *** 作，在线支付，总部财务扎口等。目前Acrelcloud-3000预付费管理系统已经成功在上述各场景得到广泛的应用并已经稳定运行多年，适用于物业公司对小区、办公和商铺租户的水电预付费管理，或者学校对学生宿舍的用电预付费和用电管控系统。
42有线/无线物联
安科瑞根据多年来的项目经验，结合用户实际需求，开发了各类有线、区域无线、广域无线通讯产品，包括网关和终端设备。支持RS485、以太网、LORA、ZigBee、GPRS、4G、NB-IOT等多种通讯方式，随着5G建设步伐的加快，未来将会有越来越多的通讯方式融入产品，服务于泛在电力物联网建设。
43边缘计算
安科瑞针对物联网应用开发了多款智能网关，采用嵌入式系统和边缘计算技术，现场采集和存储终端设备数据，并根据云平台的需要，采用不同的协议和云平台对接。所有数据采集、计算、异常报警触发逻辑均在网关就地设置，网络故障时数据存储在本地，网络恢复后补传数据，断点续传，提高数据可靠性。
44终端设备
针对泛在电力物联网的建设，安科瑞陆续推出多款物联网仪表，应用在不同场合以满足不同需求，2019年全年各类终端仪表出货量超过185万台。
45安科瑞产品在泛在电力物联网的应用
近两年来，安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设，提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品，各类用户端云平台在全国各地运行案例700多套，并且根据用户需求不断完善产品功能，这些项目就是未来泛在电力物联网的一部分。
“能源互联网的春天到了，因其所能，它必将成为充满活力的新型能源业态。”尽管针对泛在电力物联网还有一些不同的声音，但是泛在电力物联网已经悄无声息的铺开来，融入能源互联网基础建设的方方面面。
5电力通信与泛在电力物联网建设的展望
51 通信电力网网络间的优化发展
52 多元化的商业模式
随着电力通技术在泛在电力物联网中的应用，将扩大整体电力系统的商业模式。新的商业模式必然会随着市场条件而产生，这有利于解决电力系统长期以来传统商业模式的很多问题。其中实现个人与个人之间的能源交易将成为可能。随着电力通信技术将端对端通信技术实现为 P2P 的交易模式，降低整体交易的通讯成本，有利于泛在电力物联网系统的进一步发展与优化。和其他的专业生的报告差不多，你可以参照我下边给你的模板去写。
尊敬的母校、母校、老师们：
我是物联网工程系XXX(1)班学生XXX。我于20xx年xx月xx日接受学院的安排离校抵达苏州达方电子有限公司参加实习实训工作的，至今离开母校已经5个月之久了，对母校的思念难以言表。现利用工作之余时间，把所有对母校的思念之情用实习报告形式向母校汇报：
实习目的：
1、生产实习是本专业学生的一门主要实践性课程。是学生将理论知识同生产实践相结合的有效途径，是增强自我的群众性观点、劳动观点、工程观点和建设有
中国特色社会主义事业的责任心和使命感的过程。2、实习实训是学院规定的一种完成学业的重要形式之一，是校内教学的延续，而且是校内教学的。3、使自己可
以早日踏入社会，品味社会人生，培养自己的人生观、价值观，为营造美好未来打好基础。实习内容：我的实习主要分为两个重要阶段，第一是2010年11月
28日至20111月28日，苏州达方电子有限公司阶段;第二是2011年3月3日至今，张家港浦项不锈钢有限公司阶段。第一：苏州达方电子有限公司阶段
公司介绍：苏州达方电子有限公司是台湾明基集团之子公司，成立于1999年5月，投资总额4700万美金,目前员工约有10000人。公司现位于占地
200亩地的达方科技园内。现阶段公司主要产品为键盘(Keyboard)，鼠标(Mouse),表面粘着型变压器(SMD),电压变换器
(Inverter)、压控镇荡器(VCO)和陶瓷积层电容(MLCC)。为全球前一大的笔记型计算机键盘与前一大的23寸以上液晶电视背光模块点灯器
(Inverter)制造商。 达方电子创立于1997年，秉持「热情务本、追求卓越、关怀社会」的企业文化，与「光电与精密组件的专家」的定位，专注于
外围组件、电源组件、与整合通讯组件的研发与产品服务。达方深耕于技术与研发，拥有近五百件的全球专利。并以丰富的OEM/ODM合作经验，将产品行销至
世界各大知名客户。达方员工约有20000人，分布于台湾、中国大陆、日本、美国、及欧洲等世界营运据点。近年来营业额持续成长。达方将不断用创新的技术
与产品服务，来满足客户需求甚至超越客户期望，以传达信息生活的真善美。实习经历：2010年11月28日，我按照学院的安排和计算机工程系大批同学一同
坐上离校前往苏州达方电子有限公司的参加实习实训的车。这我同学们第一次离开学校去异地参加实习工作，心情很激动!很开心!十几年寒窗苦读终于快要结束
了。学院和系里的领导都十分重视，在图书馆门前开了很隆重的欢送仪式，古院长和束主任都做了深情的。上午10段多钟从学校出发，大约下午5点钟到苏州。当
晚连夜给我们安排了宿舍，我和其他6位同学分在一个宿舍。第二天早晨我们就去做了简单的培训，然后同学们就分到了不同的岗位。我是被分在一期的生产键盘流
水线上，我主要负责印刷计算机键盘的符号键，称作小键盘。由于是生产型企业，追求效率是非常迫不及待的，机器是每天不停的运作的，公司是分为白班和夜班。
我很不幸刚到就被分成了夜班，每天别人睡觉的时候我在上班，别人上班的时候我在睡觉。上班时间为20：00—08:00，中间23:30-00:30为
“午餐时间”。每天我18:00就起床洗刷、吃饭、并整理内务，19:10分左右在公寓门口做班车，路上时间大约25分钟，到工厂里还要换上上班专业的鞋
子和帽子。19:45分钟左右开个小例会，领班安排一下今天的主要任务。20:00准时上岗，夜班真的很难熬的，在那快速的流水线上时刻都得保持精神紧张
状态，保重产品的质量还要保重自己的安全。当前面一站的面板留到我的面前我就必须很快的把它拾起，放在我面前的机器上印，要放稳还要确定网板的清晰程度。
每印刷3快面板要用无尘布擦拭一下网板(根据具体情况而定)，印刷完了后要把面板放在UV机里烘干后流入下一站。一段时间的夜班后，我明显感觉自己的头上
开始有了皱纹，脸庞和身体也都有感觉瘦了一圈。在这里我记得一件非常尴尬的事情，是关于我自己的。有一天早晨下班我在公司门前排队等车到8:45才坐上班
车，夜班早使我精疲力竭了，做在车上我就合上了我那双逞强的眼睛。不知道多久后，当我被车身剧烈的振动而晃醒了后，看着车窗外的风景，我满眼充满着陌生
感，立马回过神来喊住司机，才知道我已经超过我宿舍有一个多小时的车程了距离的地方了。说来蛮丢人的，想想挺有意味的。我这件事会是达方给我最深刻的记
忆。20XX年1月26日递交了辞职申请并于28日正式辞职。：
〈一〉、工作态度非常重要，因此，在工作中必须做到认真而细致。
〈二〉、工作要有坚强的毅力
我有这样的：把一件简单的事做好就是不简单，把每一件平凡的事做好就是不平凡。要有效率而且又不出错地做好每一件事，真的并非容易的事。在这里实习，
开始的时候很不习惯，还有点惧怕，还曾退缩过，是老师的鼓励给了我信心，使我明白：有勇气退缩为何不勇敢地面对，况且，实习的时间并不长，还是趁这个难得
的机会学多一点，努力一点，因为学到的知识永远属于自己，这样一来，我不再退缩，重新又回到了实习单位，继续工作学习。
〈三〉、虚心请教是做好工作的前提
实习是走上社会的第一步，实习可以积累工作经验，而虚心请教是积累工作经验最直接的途径，因此，工作中遇到不明白的地方，我就虚心地请教同事或领导，在他们耐心的教导中我不断走向成熟，也积累起一定的工作经验。
所谓实习，就是从实践中学习，这是我在实习中体会出
来的。学习不能光靠舒舒服服地坐在课室里听老师讲理论，还要走出课室，抛开重重的书本，走向社会去学习。因为，外面的世界无限大，那里有很多在书里学不到
的宝贵知识，况且书本知识也是来源于实践，理论知识就是在实践中体验生活、体验工作而形成的理论概括。现代的科技日新月异，知识需要不断拓宽。因此，我们
更应学习——工作——再学习，发掘自己的实力，寻找我们的理想，实现我们的理想。
第二：张家港浦项不锈钢有限公司阶段公司介绍：简称ZPSS，公司坐落于江苏省张家港市沿江经济开发区。东临上海，西接南京，北倚扬子江，南靠苏州、
无锡，交通十分便利。ZPSS成立于1997年2月15日，由韩国POSCO和江苏沙钢集团共同投资建设，是专业生产不锈钢的中外合资企业。公司一、二期
工程所有设备全部从美国、日本、瑞士等国具有世界领先技术水平的公司进口，生产过程采用国际领先的网络技术控制。通过公司全体员工的共同努力，2003年
ZPSS在韩国POSCO海外投资企业排名中拔得头筹，同时公司还被评为江苏省高新技术企业，冷轧不锈钢薄板被评为江苏省高新技术产品。本着解决
POSCO在中国投资的冷轧不锈钢生产企业(ZPSS和青岛浦项不锈钢有限公司)的原供应问题及为中国的钢铁事业的发展作贡献的经营理念，同时也是为降低
生产成本，提高ZPSS的经济效益，POSCO决定在ZPSS一、二期工程的基础上开展STS一贯制钢所的扩建工程。扩建工程位置在张家港市大新镇沿江公
路两侧，距离一、二期工程8Km路程。工程包括不锈钢冶炼、连铸、热轧三大主体工程，设计生产能力为年产热轧不锈钢钢板60万吨。产品主要为300系和
400系高附加值的热轧不锈钢。扩建工程于20x年9月8日获得国家批准，核定扩建投资总额为744亿美元。投资比例为韩国POSCO占825%，江
苏沙钢集团占175%。20xx年10月31日，ZPSS扩建工程指挥本部成立，开始了不锈钢扩建工程的规划、设计工作。在经过19个月的艰苦、紧张施
工后，扩建工程于20xx年x月x日全面完成了一贯制铁所的建设过程，正式宣告ZPSS从此成为名副其实的一贯制铁所。（4）量子引力理论
20世纪基础物理研究的巨大成就，当归功于相对论、量子论与引力论的建立。相对论、量子论和引力论都具有普适性，它们的普适性的一个重要体现分别表现在c、h和G这三个普适常数上。然而，三个理论是否真的具有普适性，还在于它们彼此间的相容性，广义相对论的建立证实了引力论与相对论的相容性。
量子理论的发展证明，物质的各种运动形态都遵从量子化的要求，与此同时，一切相对论性场，如电磁场也应是量子化的。在场量子化研究的初期，曾出现了一系列的发散困难。在40年代末，量子化电磁场的发散困难初步通过重正化理论得以解决。发散困难的最根本解决是在60年代完成。弱电统一理论的建立，不仅解决了弱相互作用中的发散困难，而且在类似弱相互作用的框架之中，还可望在强相互作用领域解决相对论与量子论的相容性。最困难的一步就是引力论与量子论的相容，这一步骤的一个主要目标就是建立量子化的引力理论。量子引力理论的研究还起源于广义相对论的奇点问题。由彭罗塞提出，后经霍金和杰罗奇等人最终建立的奇点定理表明，在相当宽的物态条件下，引力场方程的解必定具有奇性。奇性的存在表明，广义相对论属于服从因果律的经典物理范畴，在奇点处，这一理论不再适用。有可能在考虑到引力场的量子性之后，奇性自然消失，这一猜测随后在霍金黑洞蒸发理论中得到了支持。
迫使人们研究量子引力理论的第三个动机来源于大统一理论。弱电统一理论已经建成，弱电与强相互作用的大统一理论正是当前的热门课题，研究过程表明，必须同时考虑到它们与引力作用的统一，而这一统一的实质就是建立量子引力理论。经典物理学的理论框架是建立在因果律的基础上的，经典物理学依赖于物理定律和它相应的边界条件，然而当问题涉及到奇点，而这个奇点又不是数学或模型的缺陷由人为造成的时，奇点很难消除，又很难给出合理的边界条件，这就迫使人们必须重新考虑原有的理论。
沿着膨胀和暴涨的宇宙反向历程，应用经典宇宙学所给出的框架，回溯宇宙在暴涨之前的状态，很自然地会得到宇宙的尺度将趋于零。这意味着，引力场的强度以及物质场的能量密度将趋于无限大，宇宙是从一个奇点演化而来的，而这个奇点并非由于模型的缺陷人为引起的。早在60年代，彭罗塞和霍金就曾利用整体微分几何证明过①，奇点不仅是高度对称的，而且是广义相对论的必然产物。这意味着，在广义相对论的理论框架之中，不可能找到解决奇点的方案，或者说，尽管广义相对论揭示了时空的引力弯曲，但它对于极高曲率的空间并不适用。量子论的鼻祖普朗克很早就主张，应在所有的自然力之间建立联系。1899年，他首先提出了“普朗克长度”这一普适的这一最小长度Lp，以后又陆续提出了“普朗克时间”tp、“普朗克温度”Tp与“普朗克质量”Mp，它们分别为Lp=(hG/c3）1/2=405×10-33cm, tp=(hG/c5)1/2=135×10-43s,Mp=(hc/G)1/2=545×10-5g，Tp=(hc5/k2G)1/2=356×1032K。由于h、c和G三个常量都是相对论不变量，以它们为基准的普朗克自然单位将是不变和唯一的，这一点具有深刻意义。审查上述量的大小不难看出，温度Tp极高，甚至比宇宙大爆炸时刻的温度还高，长度Lp、时间tp却极小，质量Mp也不很大，虽然这些值都是实验室条件下无法得到的，它们却使人们想到，在暴涨之前的宇宙这些是否是可以接近的尺度，因此，应该由一个量子化的广义相对论取代经典广义相对论。
本世纪初，量子力学诞生之后，量子力学原理首先用于解释微小系统——原子结构方面的困难，确立了薛定谔方程，同时也得到了有关原子特征的一系列量子力学描述。本世纪60年代以来，当人们试图用量子力学解释巨大的体系——宇宙结构时，却发现它们之间有着惊人的相似①。首先，在具有电磁作用的质子与电子微小体系中，重要自由度r（t）在趋于零时，产生奇点的经典困难，而在具有引力作用的大物质体系中，重要自由度标度因子R（t）在趋于零时，也产生奇点的经典困难；微小电磁体系具有玻尔半径10-8cm的量子长度，而引力作用体系则具有普朗克长度10-33cm的量子长度；微小体系服从薛定谔方程的动力学规律，而引力体系则有惠勒-德维特方程。关于这两个体系间的相似与联系，近年来的研究又有了新的进展。本世纪60～70年代，德维特(DeWitt,BS)、米斯纳(Misner,CW)和惠勒等人在量子宇宙学方面做出了重要的基础性工作，他们建立了描述宇宙量子特征的惠勒-德维特方程，然而求解这个方程却面临边界条件的确立。因为最初宇宙究竟处于什么状态仍然不能确定。
D、宇宙学的进展
在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。物理学与高科技的结合，创造了口径相当于25米的巨型光学望远望、空间X射线和红外线望远镜以及地域甚大的天线阵列射电望远镜，这不仅使人们观测宇宙的窗口从红外、可见光一直延伸到X射线和γ射线整个波段，还使观测宇宙的时空尺度伸展到了170亿光年。如今，在人类面前，已展现出一幅生动壮丽的宇宙画面。
以现代高能粒子物理与广义相对论为基础建立起来的理论宇宙学，已能从理论上描述出从原始火球大爆炸，到星系形成和演化的整个过程。大爆炸模型已经由现代天文学的观测，如河外星系谱线红移、3K微波背景辐射以及氦丰度等得到了一定的证实。与此同时，在解决这一模型自身的问题，如视界问题、平坦性问题和磁单极问题等的过程中，与高能物理真空相变理论相结合，又发展成更为完善的暴胀宇宙模型。虽然具有暴胀机制的大爆炸模型为宇宙学的发展奠定了基础，然而随着量子引力理论的发展，有关量子宇宙学的一系列更深层次的问题，如宇宙时空拓扑结构、基本耦合常数的真空参数问题、宇宙常数的动力学解释等，又引起了更新一轮的激烈争论。这场理论研究的重要进展的源头，即把世人的目光从一般天体引向宇宙整体的就是哈勃定律的建立。
1哈勃定律与膨胀的宇宙
研究表明，宇宙的年龄、演变及结局，在很大的程度上决定于它的膨胀速率。对宇宙膨胀的观测大体分成两个方面，这就是测定星系的运动速率与测定地球到星系的距离。前者关系到宇宙的形成模型及有关理论的发展，而后者则是估算天体亮度、质量和大小的重要依据，然而无论哪一种，都取决于哈勃常数的测量。哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要的基本常数之一。20世纪初，几台口径1米的大型望远镜陆续建造成功，它们为河外星系的系统观测创造了条件。美国天文学家哈勃(Hubble,EdwinPowell1889～1953)在这种条件下，为现代天文学与宇宙学做出了重要的贡献。哈勃1910年毕业于芝加哥大学天文学系，后到英国牛津大学读书，在那里获得法律学硕士学位。1914年至1917年在耶基斯天文台攻读天文学博士学位。第一次世界大战期间，曾在法国服役，战后在威尔逊山天文台从事星系的观测研究。当时的威尔逊山天文台已建成100英寸的天文望远镜。利用这台望远镜，哈勃把观测的目标集中在他所称的“一片片的亮雾”之上，这就是星云。与哈勃同时代的一些天文学家也在对这些星云做了大量的观测工作，例如在里克天文台工作的美国天文学家柯蒂斯(Curtis,HeberDoust1872～1942)致力于河外星系的研究，他借助对新星的观测及利用星系角大小估算距离，认为所观测到的绝大部分星云都属于河外星系。热衷于星系观测与研究的还有美国天文学家沙普利(Shap-ley,Harlow1885～1972)，他曾任美国哈佛大学天文台台长，1915～1920年间，曾用威尔逊山天文台100英寸望远镜研究旋涡星云，他利用勒维特(Leavitt,HenriettaSwan1868～1921)发现的造父变星作为量天尺，确定了这些星云的距离，认为它们大约距太阳5万光年左右，应该属于银河系，因此将银河系的尺度扩展到原有的3倍。沙普利还第一个提出，太阳系不处在银河系的中心，虽然他把太阳从银河系的中心地位赶了下来，却又把银河系放到了宇宙的中心之上。柯蒂斯的看法则不同，他认为宇宙中充满着大量的像银河系那样的恒星系统。1920年，在美国国家科学院，柯蒂斯与沙普利的两种不同观点正式交锋，虽然在这场论战中柯蒂斯占了上风，却并未有得出公认一致的结论，直到三年后，哈勃给出的观测事实，才使上述论战有了决定性的结果。1923年，威尔逊山天文台建成了25米口径的天文望远镜，哈勃利用它在仙女座星云外缘找到一颗造父变星，根据其光变周期与光度之间的关系，他推断出该星的距离为15万秒差距（实际为80万秒差距），比沙普利的银河系要大得多。这表明，仙女座大星云是一个河外星系，从而结束了河外天体是否存在的辩论，使天文学家的研究领域迈出了银河系。与哈勃同时代的另一位天文学家斯里弗(Slipher,VestoMelvin 1875～1969)也对星云研究感兴趣。他对星系光谱做了大量的观测。1921年，他首先把多普勒-斐索效应用于仙女座大星云，发现所观测到的星系光谱波长大多比实验室观测到的要长，这表明，这些星云都在远离地球退行，其退行速度大大地高于恒星的视向速度。 1929年，在同行们研究成果的基础上，哈勃仅以24个已知距离星系的观测资料为依据，做出了速率-距离的关系图。图中显示速率与距离值成正比，即vr=H0r，vr为星系对银河系的视向速率，上式即为哈勃定律，式中的常数H0就是哈勃常数，由这一常数得到的宇宙年龄H0-1=184×108年，该值恰与当时用散射方法观察到的地壳中古老岩石年龄18×108年惊人地一致，哈勃的结果，很快地得到认同。哈勃的这一结果，不仅证明了整个宇宙处于膨胀之中，而且这种膨胀速度与距离r成正比，因而既是处处没有中心又是处处为中心的。为了扩展观测的范围，需要能观测到更为遥远星系团中的星系。由于工作量的骤增，哈勃开始与赫马逊(Huma-son,MiltonLaSalle1891～1972)合作。哈勃负责测量星系的亮度，赫马逊负责测量红移量。赫马逊并非科班出身，最初只是威尔逊山天文台的一位看门人，工作之便使他热爱上了天文学，在为别人假期代班的天文观测中，显示了他出众的才华和娴熟的观测技巧，不久即正式投入天文学研究。在哈勃去世后，他继续了哈勃的天文观测事业，1956年，他又与其他人合作，利用观测到的资料，改进了哈勃定律，因而与勒梅特和盖莫夫的大爆炸理论取得了一致。
2哈勃常数值修正的三次高潮
从原理上看，似乎哈勃常数的测定是简单的，即只要测出星系距离与退行速率，即可由哈勃定律得到哈勃常数。然而在实际上并非如此，星系的速率可以直接从谱线红移获得，可是距离的测量却是既困难又复杂的。对于1000万光年以内附近星系的距离，天文学家们的测量结果都比较一致，这种测量以造父变星为量天尺进行。1908年，在哈佛天文台工作的勒维特在南非观测时发现，造父变星的亮度周期性变化，光变周期越长，平均亮度也越大。这一发现具有不寻常的意义，因为观察亮度变化的整个过程，就可以得到光变周期和视亮度，随后即可计算得到它的绝对亮度。再根据距离加大，视亮度递减的关系，即可由绝对亮度与视亮度之比，确定造父变星的距离。因此，把造父变星作为量天尺，利用三角视差法，逐步扩大测量范围，不仅可以量出银河系的大小，还能测量出各河外星系的大小和距离。在20年代，哈勃用造父变星证实了银河系以外还存在有其它星系以后，从30年代到50年代，哈勃与桑德奇（Sandage，Allen Rex 1926～）等人，又在附近星系中寻找更多的造父变星以确立更新的量天尺，为此做了大量的工作。他们成功地测量了十几个星系的距离，改进了确定哈勃常数的基础。
最初的哈勃常数值为H0=550千米/秒/百万秒差距（以下单位略）。1936年，考虑到星际消光因素，哈勃常数被修定为H0=526。在最初，这一数值被认为是准确的，因为按H0-1得到的宇宙年龄恰好与当时的地质观测结果相一致。二战之后，利用造父变星为量天尺，使哈勃常数逐渐得到了修正。1952年，在威尔逊山帕洛马文天台工作的旅美德国天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960）掀起了哈勃常数修正的第一个高潮。这次高潮是由修改量天尺引起的。此时，帕洛马天文台5米口径天文望远镜建成并开始运转。巴德利用他的精确而系统的测量，不仅在仙女星座中找到了300个以上的造父变星，而且还发现恒星分为两种星族，每一星族都有自己的造父变星，它们只适用于附近星系，而原有哈勃定律所针对的则都是建立在第一星族基础上的造父变星。随着对造父变星周光曲线的修定，随着观测尺度的加大，必须更换原有哈勃常数测定中的量天尺。经巴德计算，遥远星系的距离比原来的估计值增加了一倍，哈勃常数将比原来减小一倍。1952年，巴德在罗马举行的第8届国际天文学大会上，宣布了他的结果，H0=260。
哈勃常数修正的第二个高潮由哈勃的接班人桑德奇掀起。桑德奇是一位著名的实测天文学家，从1956年开始，他在帕洛马天文台对哈勃常数进行了系统的测量工作。在几年的时间内，他得到了600多个星系的数据，最大的红移量值达到Z=0202，所得到的哈勃常数值为H0=180。在此基础上，桑德奇又对哈勃常数做了进一步的修正，他们再度更换量天尺并把观测范围进一步加大，此时原有确定距离的方法已不再适用，因为当星系距离达到了几百万秒差距时，望远镜已无法区分星系中单个的星，必须寻找代替造父变星做为新距离标准的“指示体”。他们通过天体的绝对星等和视星等的关系，先确定指示体的距离，再由指示体确定星系距离。他们认为能作为距离指示体的有，造父变星、HⅡ区、球状星云、超新星和椭圆星系等。1961年，桑德奇在美国伯克利召开的国际天文学大会上宣布，总估各种测量结果，哈勃常数值应在75与113之间，最或然值为H=98±15，一般可取为100。这一结果表明，宇宙的尺度要比人们早期预期结果远大得多。
进入70年代以来，哈勃常数的测定日益受到天文学家们的重视，对它的测量方法也更加系统，测量的精度也日益提高，因而形成了哈勃常数修正的第三次高潮。然而，这次修正高潮之后，局面却日益复杂化。哈勃常数的各次测量值越来越多地接近高低两个值上。桑德奇和他的合作者塔曼得到的值是50，而德克萨斯大学的德瓦科列尔（de Vaucouleurs）的结果却是100，两个值的测量方法都是以造父变星为起点，其后选用不同距离的指示体进行的，结果竟然相差一倍，不仅出现了哈勃常数纷争的局面，也使人们在实际运算中，出现了任意选择的局面，有人选取50，有人选取100，还有人选择平均值75，虽然这些值的选取都具有权威性，但是仍无法最后判定哪一个最准确。目前，对哈勃常数做出裁决为时尚早，但是，从其它方面得到的佐证中，仍然可以提出带有倾向性的意见。
根据哈勃常数值，宇宙的哈勃年龄应为t0=197×109年和t9=98×109年。然而宇宙的年龄还有其它的估算方法。一种方法是测量矿石中放射性元素的含量，根据其半衰期加以估算。对各种放射性元素综合测量的结果，所给出的宇宙年龄是1×1010另一种较为有效的方法是测定球状星团的年龄。根据球状星团的赫罗图，得出它们的年龄在（10～20）×1010综合这些从不同角度得到的估算结果，宇宙的年龄不超过200亿年，这表明取小值哈勃常数更符合实际。
由于哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要也最基本的常数之一，近年来，对它的研究已成为十分活跃的课题。正式发表的有关哈勃常数的论文已有数百篇。1989年，著名天体物理学家范登堡（Van den Bergh）为天文学和天体物理评论杂志撰写了一篇权威性论文①，它综述了截止到80年代末所有关于哈勃常数的测量和研究结果，最后认为，哈勃常数的取值应为H0=67±8。
3．多余天线温度的发现
1963年初，在贝尔实验室工作的年青物理学家彭齐亚斯（Penzias，Arno Allan 1933～）和射电天文学家威尔逊（Wilson，Robert Woodrow 1936～）合作，测量银河系内高纬星系的银晕辐射。他们所使用的射电望远镜原是用于接收人造卫星“回声号”回波用的大喇叭口天线加辐射计制成。他们还采用了当时噪音最低的红宝石行波微波激射器，并利用液氦致冷的波导管作为参考噪音源，因为它能产生功率确定的噪音以作为噪音的基准，使噪音的功率可以用等效的温度表示。由于当时的手头正好有一台735cm的红宝石行波微波激射器，他们就先在7cm波段上开始了天线的测试工作。
彭齐亚斯和威尔逊的测量结果①表明，天线的等效温度约为67±03K，天线自身的温度为32±07K，其中大气贡献为23±03K，天线自身欧姆损耗和背瓣响应的贡献约为1K，扣除这些因素，最后得到，天线存在有多余噪音，它的等效温度约为35±1K。尽管他们采用了各种措施，把各种估计到的噪音来源尽量消除，这个多余噪音的等效温度值依然存在，它不仅稳定，而且均匀无偏振，在任何方向都能接收到。
彭齐亚斯和威尔逊观测到天线多余噪音温度现象，带有一定的偶然性，因为实验并没有在理论的预言或指导下进行。然而可贵的是，他们重视观测的结果，忠实于原始资料，不但没有轻易放弃偶然观测到的现象，反而抓住它们一追到底。并想方设法挖掘观测事实背后的意义，这就使他们能不失时机地做出重大发现。在这一成功之中，更难能可贵的是贝尔实验室对实验工作的支持。这一当今最大的工业实验室，拥有数千名才华出众的科技工作者，他们在进行电话、电报技术发展与开发业务的同时，始终重视基础科学，特别是基础物理学的研究工作。它在世界通讯事业中起着中流砥柱的作用，在物理学的研究中，也取得了许多令世人瞩目的成果，例如，在天体物理学方面，1931年，贝尔实验室的电信工程师央斯基（Jansky，Kart Guthe 1905～1950）首先发现了来自银心的周期性噪音射电辐射，从此开创了射电天文学的新领域。这次彭齐亚斯与威尔逊的观测是贝尔实验室与国家射电天文观测台合作进行，贝尔实验室远见卓识地从人力、设备与资金上给予了大力支持，提供了当时世界一流的灵敏毫米波谱线射电望远镜、热电子辐射计、液氦致冷参照噪音源，为实验的成功起到了至关重要的作用。
4．宇宙微波背景辐射的证实
在与彭齐亚斯、威尔逊实验观测的同时，另一些人也在对同一目标搜寻着。他们是以迪克（Dicke，Robert Henry 1916～）为首的普林斯顿大学的一个研究小组，正在开展一项有关宇宙学的探索性研究。1941年，迪克从罗彻斯特大学获得博士学位。1946年前，他在普林斯顿大学物理系执教。迪克成名于他的一项重要成果——标量-张量场论的提出①。这一理论与爱因斯坦的引力理论并驾齐驱，也能成功地解释引力研究中的一些观测现象，以致在引力场研究中，谁是谁非还一时难见分晓。在60年代，随着宇宙学研究的兴起，迪克对伽莫夫的宇宙原始大爆炸理论产生了浓厚的兴趣。他曾设想，至今宇宙应残存有大爆炸的遗迹，例如宇宙早期炽热高密时期残留的某种辐射。他与他的合作者认为，这种辐射有可能是一种可观测到的射电波②。迪克建议罗尔（Roll，PG）和威尔金森（Wilkinson，DT）进行观测，还建议皮布尔斯（Peebles，PJE）对此进行理论分析。皮布尔斯等人在1965年3月所发表的论文中①明确指出，残存的辐射是一种可观测的微波辐射。叙述了极早期宇宙中重元素分解后，轻元素重新产生的图景。皮布尔斯后来在霍普金斯大学做过的一次学术报告中，也阐明了这个想法。1965年，彭齐亚斯在给麻省理工学院射电天文学家伯克（Burke，B）的电话中，告之他们难以解释的多余天线噪音，伯克立即想起了在卡内基研究所工作的一个同事特纳（Turner，K）曾提到过的皮布尔斯的那次演讲，就建议彭齐亚斯与迪克小组联系。就这样，实验上和理论上的两大发现由此汇合并推动事态迅速地发展起来。先是彭齐亚斯与迪克通了电话，随即迪克寄来一份皮布尔斯等人论文的预印本，接着迪克及其同事访问了彭齐亚斯和威尔逊的实验基地，他们在离普林斯顿大学只有几英里之遥的克劳福德山讨论了观测的结果之后，双方协议共同在《天体物理学》杂志上发表了两篇简报，一篇是迪克小组的理论文章《宇宙黑体辐射》②，另一篇是彭齐亚斯与威尔逊的实验报导《在4080MHz处天线多余温度的测量》③，虽然后一篇论文考虑到自己尚未在宇宙论方面做出什么工作，出于慎重，论文并未涉及背景辐射宇宙起源的理论，只是提到“所观察到的多余噪音温度的一种可能解释，由本期Dicke、Peebles、Roll和Wikinson所写的另一篇简讯中给出”，但是，两篇论文分别从理论与实验的不同角度表述的研究成果竟如此珠联璧合，不能不令人惊叹。两篇论文发表后，引起了极大的反响。人们意识到，如果能给出天线多余温度确实来自宇宙背景辐射的证明，这个成果对宇宙学的发展的影响将是不可估量的。根据理论分析，早期宇宙极热状态下的光辐射是处于热平衡状态下的，它应具有各向同性且热辐射能量密度分布遵守普朗克定律等特点。随着宇宙的热膨胀，宇宙逐渐冷却，残存的光辐射谱仍应保持普朗克分布。彭齐亚斯与威尔逊所检验到的辐射是否遵从这一分布，应是检验天线多余温度是否来源于宇宙背景辐射的一项重要标准。从1965年到70年代的中期的近十年时间里，不少研究小组相继完成了各种测试。迪克小组在32cm波段上得到了30±05K，夏克斯哈夫特和赫威尔在207cm上测得28±06K，彭齐亚斯和威尔逊在211cm上测得32±01K。然而3K黑体辐射的峰值应在01cm附近，为取得01cm附近的测量值，康奈尔大学的火箭小组和麻省理工学院的气球小组的高空观测结果是，在远红外区有相当于3K的黑体辐射。加州大学伯克利分校的伍迪小组用高空气球测出，在025cm到006cm波段，有299K的黑体辐射。至此，实验结果与理论已得到极好的符合，彭齐亚斯和威尔逊观测到的多余天线温度确实是宇宙微波背景辐射，这种辐射在宇宙各处的各向同性、无偏振、具有大约3K的黑体谱。这项成果对宇宙学的研究具有重大意义，为此，彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔物理学奖。
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