北京天文馆 天文学词典

英文名称 中文名称 词义解释

frame of reference参考系见惯性系。

Fraunhofer，Josef von夫琅和费，约瑟夫·冯1787-1826，见波谱学。

Fraunhofer lines夫琅和费线见波谱学。

Fred L.Whipple Observatory弗雷德·惠普尔天文台史密松国立博物馆所属的天文台，以前称霍普金斯山天文台。该天文台位于亚利桑那州的霍普金斯山，海拔2 600米，主要望远镜有多镜面望远镜MMT、一具1.5米反射望远镜和一个γ射线探测器。

free fall自由落体只在引力作用下运动的任何物体经受的失重状态。从地球上一座高楼掉下来的人并不是在自由下落，因为空气阻力也影响他的运动。但任何物体在沿轨道绕另一物体运动时（如绕太阳运动的行星），或在恒星之间的无动力轨道上运动时，都是处在自由下落状态。在一个绕地球运行的太空飞船中的宇航员也是失重的，因而也是自由下落。严格地说，每个宇航员有其自身的轨道，太空飞船也有其自身的轨道，不过宇航员的轨道把他们维持在太空飞船内部罢了。 有些书说这并不是真正的失重，因为宇航员（和他们的太空飞船）仍然被地球引力拉扯着。但这些书错了。引力的作用丝毫不差地被自由下落物体的加速度所抵消（见等效原理），轨道上的宇航员既是自由下落，也是处在真正的失重状态。但这种下落并不把他们带回到地面，因为下落的加速度和他们向前的运动相结合，将他们维持在封闭的轨道上。　　在一架沿精心设计的抛物线轨道飞行的飞机中也能感知短暂的失重：这种方法用于训练宇航员，让他们品尝失重的滋味。

free lunch universe免费午餐宇宙关于宇宙可能产生于完全空无一物且总能量为零的一种概念，其名称源于艾伦·古斯“最后的免费午餐”一语。它与暴涨概念紧密相连。 这一概念由1971年的一期《自然》杂志（232卷、440页）中一条未署名的评注（约翰·格里宾撰写）发展而来，该评注认为宇宙可描述成一个黑洞的内部。后来，加拿大安大略省滑铁卢大学的派思利亚（R.K.Pathria）（《自然》杂志240卷、298页）和纽约市立大学的爱德华·特里昂（Edward Tryon）将这一概念进一步加以发展，后者认为这个黑洞宇宙可能是从虚无中浮现出来的，这是量子理论所允许的，叫做真空涨落（《自然》杂志246卷、396页）。　　量子测不准原理允许从虚无中暂时创造出能量泡或粒子对（如电子-正电子对），条件是它们要很快消失。所涉及的能量越小，泡存在的时间越长。奇妙的是，引力场中的能量是负的，锁定在物质中的能量是正的。如果宇宙是真正平坦的（见宇宙模型），那么，如特里昂指出的，正负能量抵消，宇宙的总能量便准确等于零。在这种情况下，量子规则允许宇宙永远存在下去。 如果你觉得这有些虚幻莫测，那我们就谈得来了。乔治·伽莫夫在他的《我的世界线》[32]一书（1979年重印）中，讲到1940年代他和爱因斯坦漫步普林斯顿时的一次谈话情景。伽莫夫漫不经心地提到他的一位同事曾经指出，根据爱因斯坦方程式，恒星有可能从完全虚无中创造出来，因为它的负引力能恰好抵消它的正质量能。“爱因斯坦立时停住脚步，”伽莫夫说，“因为我们当时正穿过一条街，好几辆汽车不得不停下来，以免撞倒了我们。”　　遗憾的是，如果一个含有宇宙（或者一颗恒星）全部质量能的量子泡（大小与普朗克长度相仿）真的从虚无中产生，它那强大的引力场会（除非有其他什么东西干预）把它压成一个奇点而立即将它消灭。所以，在暴涨理论的发展证明量子涨落在引力尚未来得及将它消灭时就按指数膨胀到了宏观规模之前，免费午餐宇宙看来不过是一种不恰当的空谈。　　另见单极子宇宙。

Frequency频率振荡系统在给定时间——通常为1秒钟——内的振动次数。对于波，比如光或其他电磁辐射，频率是每秒种通过一个点的波数，单位是赫兹（=每秒周数）。电磁辐射的波长等于光速除以频率。

Friedmann，Aleksandr Aleksandrovich弗里德曼弗里德曼，亚力山大·亚力山德洛维奇（1888-1925），从事流体力学和气象学等应用研究的俄国数学家，但他最著名的工作却是对阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论方程式的解，这个解证明宇宙并非必须静止，从而为宇宙模型研究的进展打下了基础。 弗里德曼的一生短促而充满传奇。他于1888年6月29日出生在当时的圣彼得堡（现在又恢复了这个名字），1906～1910年在那里的大学学习数学。他成为该大学数学系教师后专攻理论气象学；第一次世界大战期间自愿以技术专家身份为俄国空军服务，曾在前线从事气候观测，其中包括多次飞越敌国领土进行侦察，至少有一次迫降经历。弗里德曼因其英勇行为获得过乔治十字勋章。 弗里德曼度过1917年革命风暴后，转为佩尔姆大学的正式教授，但他卷入了国内战争，当白俄攻占该城时他不得不逃走（弗里德曼支持革命，学生时代他就是左翼政界的积极分子）。布尔什维克重新夺取佩尔姆后，弗里德曼在困难的条件下协助重建大学。后于1920年回到彼得格勒（当时的名称），并在科学院和地球物理总观象台进行气象学研究。不久他被任命为全苏联气象观测负责人，在他1925年去世前，彼得格勒已经改名为列宁格勒。 根据某些资料，使弗里德曼今天得以成名的工作，是在彼得格勒被围攻期间的1917年、当他获悉爱因斯坦广义相对论后几乎立刻做出来的（情况不可能与卡尔·史瓦西对爱因斯坦新理论做出反应的情形如此不同）。但他的这些思想直到1922年才在一篇论文中发表，该论文提出两个对现代宇宙学至关重要的论点。第一，弗里德曼从一开始就意识到，他处理的是爱因斯坦方程式的系列解，即一组宇宙模型。他明白这些方程式的解不可能是惟一的，而这正是爱因斯坦所希望的。第二，他一开始就在他的模型中引进了膨胀的概念。 如果我们把宇宙时空想像为与肥皂泡弯曲表面类似的弯曲时空，那么弗里德曼的计算则证明它的曲率如何能够随时间而变化。 在某些情况下，这个泡永远膨胀；在另一些情况下膨胀到一定大小，然后当引力压倒了膨胀时往回坍缩。另外还有更复杂的模型。但在所有模型中，存在一个整个宇宙的膨胀产生正比于距离的退行速度的阶段。这正是1920年代埃德温·哈勃及其同事从星系红移研究中发现的情形。 但是，哈勃及其同事当时看来并未听说过弗里德曼的工作，而爱因斯坦则已经看到了。据曾经是弗里德曼1920年代学生之一的宇宙学家乔治·伽莫夫说，弗里德曼发表其工作之前曾给爱因斯坦写信，但一直等到一位俄国同事访问柏林时向爱因斯坦提起这一工作后才收到回信。这封被伽莫夫称为引诱出来的“态度粗暴的回信”（见《我的世界线》[32]）确认了弗里德曼的工作是正确的；弗里德曼在收到那封回信后才发表了他的研究结果。　　1925年9月16日，弗里德曼在列宁格勒逝世。根据官方传记，他死于伤寒；但据伽莫夫称，他死于因参加气象气球飞行时感受风寒后的继发肺炎。伽莫夫是弗里德曼的学生，他的说法也许更可靠，何况弗里德曼在去世前两个月的1925年7月无疑真的参加过高度达7 400米的气球飞行。不管死因如何，弗里德曼未能活到亲眼看到他的计算为观测所证实，而他的这些宇宙模型，直到乔治·勒梅特以弗里德曼用过的同样方法独立求出爱因斯坦方程式的解之后，才为人们认真对待。

Friedmann universe models弗里德曼宇宙模型1922年亚力山大·弗里德曼根据阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论方程式最先导出的基本宇宙模型。五年后，乔治·勒梅特求出了实质上一样的爱因斯坦方程式的解。

fundamental forces基本力（=基本相互作用）发生在基本粒子之间的四种力。从最弱的力开始按照强度顺序，它们是引力、弱核力、电磁力和强力。　　1980年代曾有人宣称发现了“第五种力”，并一度把它解释为引力在数十米作用范围内的可能变种（实为“反引力”）。但仔细的实验证明，归因于第五种力的所有效应，在扣除了实验地区地质层密度的变化后，实际上都能用引力来解释。没有证据表明宇宙中还存在四种已知力之外的任何其他力，粒子物理学家的主要目标之一就是用一揽子数学模式解释全部四种力的作用方式（见大统一理论）。 四种力相对强度的差别极为悬殊。如以强力的强度为1单位，则电磁力的强度是10^-2（正好是强力强度的百分之一），弱力的强度是10^-6（强力强度的百万分之一），而引力的强度只有10^-40。这意味着，比如，两个电子之间的电磁斥力比同样两个电子之间的引力大10^38倍。引力的微弱如此惊人，致使它在粒子对或几个粒子之间的相互作用中实际上不起任何作用。 但在四种力中人们最先加以科学研究的却是引力，而且（艾萨克·牛顿）建立了圆满的数学理论来描述它。这是由于引力具有可加性——物质团块中含有的粒子越多，该团块的引力越强。而且引力的作用程非常长，强度的减弱仅仅与到物质团块距离的平方成反比（平方反比律）。太阳的引力很大，因为它含有极大量粒子，而它那极长的作用程能将行星维持在它们的轨道上。 确实，正是电磁力和引力在大小上的差异才使恒星能够那样大。在太阳这类恒星的内部，核子之间的电力总是力图把它们分开，因为所有核子带正电荷，而同性电荷互相排斥。同样，原子外部的电子全都带负电荷，如果你试图把两个原子推到一起，它们总是被它们电子云之间的斥力分开。虽然电磁力也遵守平方反比律，而且原则上作用程也很长，但每个原子的净电荷却等于零，因为电子云的负电荷正好与核的正电荷相互抵消（电子因量子效应而不会落到核中；见量子理论）。所以，即使你把大量原子放到一起，总电荷仍为零，而引力则因原子数量的增多而变大。 一个物质团块一旦拥有大约10^38个原子，团块中心的原子受到的引力（它上面的全部原子的重量）将强大到使个别原子核挤到一起，使原子核互相接触，而维持恒星内部高温的核聚变过程得以开始。所以，简单地比较电磁力和引力的强度，就能够预报所有恒星必定含有至少10^38个原子核。 但情形并非完全如此，因为10^38个原子不是集中在一个点，而是扩散到恒星的整个体积中。这对引力来说是个不利因素，它使引力的效率减小了1/3，因为物质团块的体积正比于半径的立方。因此，实际上，引力要能把原子压到一起并引发核聚变，团块应含有大约10^57个原子，因为38是57的2/3。一个拥有10^57个氢原子核（记住这个数叫做海因兹汤参数）的物质团块，确实正好是比太阳小一点点的恒星的大小，它的质量大约是太阳质量的85％。 由于量子效应，稍轻一些的恒星是可能存在的，但决不会轻于太阳质量的大约10％。需要这么多质量是为了使恒星足够重，能将两个原子压到一起，使一对核发生聚变——当然，一旦恒星有那么重，它将把其深部的所有原子压到一起并引起很多核聚变。 展示引力微弱程度的另一个例子是苹果从树上落下。苹果的柄是通过原子和分子之间的电磁力维持成一体的，柄只含有很少的分子，却要忍受地球的全部粒子作用在苹果上、试图扯断它的柄并使苹果落到地面的联合引力。 另外两种力，即强核力和弱核力（通常省略“核”字，直接称之为强力和弱力），不遵守平方反比律，作用程很短，其影响仅及于一个原子核大小的范围。强力直接作用在夸克之间，使它们结合成强子，包括原子核中的质子和中子（重子族的成员）。尽管质子之间的电磁斥力总想把原子核炸开，强力却能从个别核子漏出而影响近旁粒子，从而将质子和中子保持在原子核内。 既然强力比电磁力大约强100倍，那么我们期望当原子核含有100个以上质子时，电磁力将占优势而使原子核不稳定（在这种情况下，电磁力由于所有质子的电荷相等而可加，作用程很短的强力则不可加，而只在相邻的核子之间起作用）。实际上，强子的处境因原子核中存在中子而稍稍轻松些，但最重的一些稳定原子核仍然含有正好超过200个核子，不过其中的质子都不到100个（甚至钚原子核的质子也只有94个）。再说一遍，对两种基本力之间平衡的简单理解，解释了本来可能成为自然界之谜的现象，即稳定元素数量是有限的。 强力的一个独特性质是，在其作用范围内，分开较远的夸克具有较大的强力。一个核子中三个夸克只要彼此相距在大约10^-15米以内，就根本不会明显感受到力的作用——它们似乎由与作用范围大致同样长的松紧带连接着。但是，当某个夸克试图运动到离它的同伴超过10^-15米，“松紧带”就开始绷紧，把它拉回到原地。它试图运动得越远，绷紧得越厉害，拉它回来的力也越大。夸克要逃离核子，仅当注入极大能量（可能通过与其他粒子碰撞），将松紧带扯断，在断裂处的两边各产生一个由纯能量转换而来的新夸克（见狭义相对论），才有可能。 逃离的夸克将与一个新夸克结合，形成一个叫做介子的束缚对，而第二个新夸克则占据它在核子中的地位。 弱力的行为更加不像通常意义下的力，而是引起β衰变过程的一种相互作用。弱力的作用发生在轻子之间和产生轻子的强子衰变过程中。但弱相互作用和电磁相互作用两者能用叫做弱电理论的同一个数学描述统一起来。这个理论把这两种力描绘成单一力的不同方面；将不同力的数目减少到三种是粒子物理学家的重大成功之一，它（大概）也是建立一个将强力与弱电力统一起来的更完整数学模式的办法。 在经典力学中，粒子之间的力用场方程式描述，并想像一个粒子周围存在对其他粒子施加力的“力场”。在量子理论中，力（或相互作用）由粒子携带（或传达）。电磁相互作用由光子传达而在带电粒子间交换；弱相互作用由叫做中介矢量玻色子的粒子传达而在轻子间（有些情况下在一个轻子和一个强子之间）交换；强相互作用由胶子传达；引力由引力子传达。有直接证据表明，除引力子外，所有这些力的载体都存在；而且几乎肯定（弦理论也预言了的）引力子确实存在，但引力的极度微弱使得对它们在粒子间交换方式的探测成为不可能。