物理学与人类文明课件14.pdf

第十四讲 宇宙的起源与演化 第十四讲 宇宙的起源与演化 茫茫宇宙有无边际？ 芸芸众生身在何处？太阳系是否有特殊之处？ 我们生活的宇宙是否像生命一样有生死？ 当人类的智慧进步到超过一般动物的时代，他 们就不可能不注意到天穹上永恒的现象和日月 星辰的运动与和谐。 • 中国古代上至帝王将相，下至普通百姓 对宇宙、天文都有浓厚的兴趣。目前中 国台湾“ 中央研究院” 就保存有一片甲 骨，其上所刻甲骨文的内容是世界上首 次关于新星（Nova ）的观察记录。 SN1006 残骸 超新星SN1006是历史记载中最亮的超新星，中国对其 有非常详细的记载，宋代的天文学家称其为周伯星。 《宋史》第五十六卷天文志上详细记载：“景德三年四 月戊寅，周伯星见，出氐南，骑官西一度，状如半 月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东。八月，随 天轮入浊。十一月复见在氐。自是，常以十一月辰见 东方，八月西南入浊。”现代天文学家将它编为SN1006。 中国对SN1006爆发的细致记载对其研究提供了有价值 的历史文献 占星术 • 希腊人的宇宙观 古代民族观察天象，只从实用的或者神秘的观 点出发，而且对于观测只有叙述，并不加以解 释（有时会附会上神话的故事）。 希腊人自公元前4世纪以后，首先从非功利的观 点，使用科学方法，来研究天体的现象与运 动，他们只想追求一个合理的解释，并不企图 去推测未来的天象。 工作的人 智慧的人 • Anaximander （BC 610-545)等认为地是薄薄的 圆片，漂浮在空气的旋涡里，孤立在球状宇宙 的中心。 • Pythagoras (BC580-500)等，首先发现地是球形 的。 6.1 传统的宇宙观及其不足 6.2 哈勃的发现 6.3 宇宙的起源 6.4 大爆炸模型的观察证明 6.5 宇宙的命运 6.6 二十一世纪宇宙学面临的问题 6.1 传统的宇宙观及其不足 6.1.1 传统的宇宙观 • 起源说 • 轮回说 • 永恒说 6.1.2 永恒宇宙与热力学的矛盾 6.1.3 夜空为什么是黑暗的 6.2 哈勃的发现 波的多普勒效应 6.2 哈勃的发现 • 恒星距离的测定 同类恒星（例如有相同的组分，大小等） 具有相同的固有亮度，但它们的“视亮度” 与离开我们的距离平方成反比，因此可通 过同类恒星的视亮度的变化可测出他们距 开我们的距离。 哈勃定律 v H ⋅R 6.3 宇宙的起源 6.3.1 大爆炸模型（Big Bang ） 宇宙暴胀过程 宇宙暴胀过程 −35 −33 从10 秒到10 秒 宇宙经历了一次 暴胀过程。随后 宇宙继续膨胀， 10−35 温度下降，不同 的温度下会发生 不同的粒子反应 过程。首先是夸 克阶段。 宇宙的演化过程 宇宙的演化过程 • 轻子自湮灭的轻子阶段，延续到0.1秒。 • 1秒种时已有等量的质子和中子， • 100秒时，温度降到了10亿开，中子与质 子合成为氘核。然后氘核合成为氦核。 • 1万年后，温度降到了1万开，开始了物 质阶段。 • 10万年时温度到了3000K ，电子可以和质 子复合成为中性的氢原子。继续冷却， 成恒星和星系 6.3.2 宇宙哥白尼原理 6.3.2 宇宙哥白尼原理 银河系只不过是“四维球的三维球面”这个 均匀宇宙中的普通