[理学]04 牛顿定律+宇宙之旅.ppt

一、牛顿第一定律 二、牛顿第二定律 中国南极天文台摄 夜晚的天空为什么是黑暗的？ Olbers 之谜 哈里森的计算表明： 不考虑恒星有寿命时，星光传到我们所在处叠加起来的总的辐射能量密度u 等于一颗恒星表面的辐射能量密度 u* 。考虑到有寿命时，则： 可见 u 很小，观察不到。 求得恒星表面的u*值，取 T*≈6000K (太阳表面温度) 可得： 两种估计大致相符，这恐怕不是偶然的。 哈勃红移——1929年起，科学家测得遥远恒星发出的光谱线普遍存在一种“红移”现象，称哈勃红移。这是由于恒星以速度v远离地球所造成的。根据多普勒效应，光源远离地球时，地球上的观察者测得的表现频率将减小，即波长增大，称为红移。 宇宙膨胀 导致的红移 (2) 1965年，3K微波背景辐射的发现，是大爆炸理论的有力论据。两位发现者：美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊也因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。 1989年利用COBE卫星进一步测得了宇宙背景温度为： T=2.725K (3) 第三个证明是宇宙的可见物质主要是氢和氦，约3/4是氢，1/4是氦，与理论估计相符。 (4) 第四个论据是关于恒星和星系的演化，1990年升空至今的哈勃空间望远镜已能看到100亿光年外的天体，观测发现那些遥远的星很少有重元素，正符合大爆炸理论的预言。 (5) 哈里森在计算时考虑了一个在时间上有限膨胀的宇宙模型和恒星的演化，合理地解释了夜晚的天空为什么是黑暗的，也可算是支持大爆炸理论的第五个论据。 宇宙膨胀： 加速还是减速 2、大爆炸理论的5个依据 电视机屏幕上在没有节目时呈现的雪花噪声中就包含有微波背景辐射,无处不在！ 微波背景辐射是宇宙38万岁时从3000度的高温等离子体状态转化为中性气体而遗留下来的残留余辉，现在的温度只有约2.725度。 它是宇宙中最完美的黑体辐射。 微波背景辐射是什么？ 2、大爆炸理论的5个依据 宇宙膨胀究竟减速还是加速？ 万有引力只允许减速。 宇宙加速膨胀的发现 （暗能量的提出） L.M. Krauss, Scientific American,1999 减速 加速 可见物质 ＋暗物质 暗能量 三种物质 三种物质： 普通物质（重子物质）；暗物质；暗能量。 宇宙成分分配 Ostriker Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909 暗能量：73%；暗物质：23%； 发光物质：0.4%（恒星和发光气体0.4%；辐射0.005%）； 不可见的普通物质： 3.7%（星系际气体3.6%； 中微子0.1%；超重黑洞0.04%） 宇宙学引发重大革命 普林斯顿大学的斯坦哈德（Paul Steinhardt）感慨地说：现今宇宙学正处于一个重大的革命时期，正如哥白尼（N. Copernicus）的发现所带来的状况一样。 所谓暗物质、暗能量就是非常稀奇的事物，这里面我想是可能引出基本物理学中革命性的发展来的…… 假如一个年轻人，他觉得自己一生的目的就是要做革命性的发展的话，他应该去学习天文物理学。 —— 杨振宁 杨振宁：20世纪物理学 20世纪物理学的第一个“1/4”是黄金时代，第三个“1/4”是白银时代。 人们曾普遍惋惜未能赶上20世纪的黄金时代，现在很可能正是新世纪的黄金时代” ！不要失之交臂！ 一、恒星的诞生 星际云 1、稀薄：几十个原子/cm2; 2、T=100K 扰动 打破平衡态 密度大的部分开始收缩 形成结构紧密的球体 中心的压强、温度密度不断升高。 开始辐射能量 继续收缩 核反应开始 恒星诞生！ 1、恒星演化的三种归宿 白矮星、中子星和黑洞是恒星演化的三种归宿 恒星在稳恒的核燃烧阶段时，氢不断地转变为氦及更重的元素，灼热气体的向外压强与向内收缩的引力达到平衡。稳恒阶段为恒星的“壮年期”（主序星）。迄今发现的恒星有90%处“壮年期”。 二、恒星的生命历程 二、恒星的生命历程 2、白矮星 恒星质量：M ；太阳质量：M? 恒星 M 8M? ? 红巨星 ?白矮星 ?红矮星 ?黑矮星 依靠电子简并压抵抗万有引力 白矮星的质量不超过 1.4 M? 钱德拉塞卡极限 ：1.4M? 二、恒星的生命历程