天体和宇宙是物理学的巨大实验室-厦门大学天文学系.ppt

简明天文学 天文与物理 天文学与物理学的相互促进 20世纪初物理学家预言推动着天文学发展： 光线在太阳引力场中弯曲 水星近日点的运动规律 引力场中的光谱红移 中子星的存在 宇宙微波背景辐射的存在 黑洞的存在 物理学是天文学的理论基础： 原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学、相对论天体物理学；等离子体天体物理学；高能天体物理学；宇宙磁流体力学；核天体物理学 天文与物理 天文学观测的贡献： 天文学的发展已对物理学产生重大影响： 万有引力定律的获得；氦元素的发现；热核聚变的概念；白矮星理论等。 向物理学提出挑战的问题： 视超光速现象；类星体、星系核和? 射线暴的能源等。 天体和宇宙是物理学的巨大实验室： 天文观测为物理学的基本理论提供了地球上实验室无法得到的物理现象 和物理过程。在宇宙中所发生的种种物理过程比地球上所能发生的多得多。 （1）极端物理条件实验室 如中子星：超高密、超强磁场、超强压力、超高温和超强辐射的空间实 验室； （2）引力实验室 （3）等离子体实验室； （4）超流超导实验室； （5）高能带电粒子加速器等 天文与诺贝尔奖 和天文学密切相关的诺贝尔物理学奖获奖项目： （1）1936年奥地利物理学家赫斯（Victor Franz Hess,1883-1964）因发现宇宙线而荣获诺贝尔物理学奖。他在 1911—1912年，用气球把电离室送到离地面五千多米的高空，进行大气导电和电离的实验，发现了来自地球之外的宇宙线。 （2）汤斯 1964年因微波激射器的研制和激光的研究获的诺贝尔奖。他在1957年预言星际分子的存在，并于1963年在实验室里测出羟基（OH） 的两条处在射电频段的谱线。这些分子谱线处在厘米波和毫米波段。1967年发现星际分子，证实他的预言，开辟了毫米波天文学新领域。 （3）美国物理学家贝特(Bethe)因核反应理论研究获1967年诺贝尔物理学 奖。1938年他提出太阳和恒星的能量来源理论，认为太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核释放出大量的能量。 天文与诺贝尔奖 诺贝尔物理学奖天文成果获奖项目 阿尔文，瑞典天文学家，太阳和宇宙磁流体力学获1970年诺贝尔奖。（阿尔文波，磁冻结） 赖尔，英国天文学家，发明综合孔径射电望远镜，获1974年诺贝尔奖 休伊什，英国天文学家，发现脉冲星，证认为中子星，获1974年诺贝尔奖 钱德拉塞卡，美籍印度天文学家，提出恒星演化及白矮星质量上限，获1983年诺贝尔奖 福勒，美国天文学家，因研究恒星上元素的合成，获1983年诺贝尔奖 天文与诺贝尔奖 彭齐亚斯和威耳逊，因发现宇宙背景辐射，荣获1985年诺贝尔物理学奖 泰勒和赫尔斯，因发现脉冲双星及其引力辐射验证，共获1993年诺贝尔物理学奖诺贝尔奖获得者 雷蒙德·戴维斯、小柴昌俊和里卡尔多·贾科尼，共同荣获2002年诺贝尔物理学奖，表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献，其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙Ｘ射线源”方面的成就。 约翰·马瑟和乔治·斯穆特因其对“宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而获得2006年诺贝尔物理学奖。 Saul Perlmutter、Brian P. Schmidt和Adam G. Riess获奖。获奖理由是“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。 /en/visuals/videos 白矮星 电子简并对抗引力束缚 1932年L. D. Landau预言简并中子流体的存在。 1934年W. Baade和F. Zwicky预言超新星爆发产生中子星 (?) 约翰·马瑟（John C. Mather，1945年8月7日－）是美国国家航空航天局戈达德航天中心的高级天体物理学家。约翰·马瑟于1968年在史瓦斯摩学院（Swarthmore College）获得物理学学士学位，1974年在伯克利加州大学获得物理学博士学位。 证实预言 1948年，美国物理学家伽莫夫、阿尔菲和赫尔曼估算出，如果宇宙最初的温度约为十亿度，则会残留有约5~10k 的黑体辐射。然而这个工作并没有引起重视。1964年，苏联的泽尔多维奇、英国的霍伊尔、泰勒(Tayler)、美国的皮伯斯(Peebles)等人的研究预言，宇宙应当残留有温度为几K的背景辐射，并且在厘米波段上应该是可以观测到的，从而重新引起了学术界对背景辐射