天体物理学和宇宙演变
世界是物质的，宇宙是物质的，宇宙中物质颗粒是客观存在的，物质颗粒的运动出现扩散、溶合、碰撞三种结果，使得在宇宙空间物质颗粒产生各种分布。其中溶合在一起的颗粒渐渐溶合增长，依次形成星子、行星、恒星、星团、类星体、星系。当星系形成时，使杂乱无章的宇宙中星体的无规则运动变化成有规则运动，星体结束了碰撞期，星系又以自身的运动特点运动下去，它们同样会出现碰撞、溶合和扩散。这便是宇宙的演变。
天体物理学属于应用物理学的范畴，是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。
本书作者Leonard S Kisslinger是美国卡内基梅隆大学教授，他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解。本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程，运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解。
全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、
加速度、动量和能量的基本概念，温度（作为一种能量形式），力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移，然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律，最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转，太阳（作为一个熔炉）的特性，大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性，怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性，通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要假设，以及由此产生的长度收缩和时间膨胀，由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与假设的相一致性，利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波，以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念，重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（Electroweak phase Transition）：定义了量子力学的相变和潜伏热，重点讨论了电弱理论和电弱相变，电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关
系，由于相对论性的重离子碰撞量子色动力的产生。
本书的目的是使大学生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此讲述早期到现在宇宙演化背后的天文物理学理论。本书不要求学生有太深的数学基础，适用于所有对科学尤其是天文科学感兴趣的大学生，同时也适合于对这些话题感兴趣的读者。
郑耀昕，硕士研究生
（中国科学院空间科学与应用研究中心）
宇宙的形成与演化论文。 前言：这学期我们选修了宇宙的形成与演化这门课程，在这一个学期的时间里，我们跟随徐老师进行学习，了解了宇宙的形成过程，星系的组成，宇宙的演化过程等很多知识，同时，徐老师也经常给我们播放相关的视频，使一些宇宙相关理论变得更加生动和易于理解。我对天文学向来报有一种强烈的好奇与好感，选择这门课程我感到很开心。接下来，我会结合老师的讲课以及自己的课外拓展，谈一谈我对宇宙的了解和认识。 （一）宇宙的起源 目前关于宇宙的起源的理论影响较大的便是大爆炸理论。老师在课堂上给我们放过宇宙起源的主题教育片，给我影响比较深刻的便是其中几位美国学者的那种独特的思想观点。 大爆炸理论是目前人们普遍认可的一种理论。这种理论是这样解释的，宇宙在爆炸之后开始不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。 现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。这个理论首先是建立了两个基本假设：物理定律的普适性和宇宙学原理。同时也比较自然地说明了许多观测现象，而且理论和观测结果能较好地相符。具有很强的科学性。该理论最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。在课堂上，我们了解了星系谱线红移这个新的知识概念。根据哈勃定律。天文学家通过观测星系的谱线红移量，就能求出星系的视向速度，进而能得出它们的距离。 大爆炸理论的科学性令人信服，但它也存在一些问题，比如视界问题，均匀度问题和重子不对称等，其中最突出的是“原始火球”是从哪里来的? 而目前另一种理论是定宇宙永恒说。这种理论认为宇宙是处于一种稳定的状态，这就是说，一些星体湮没了，在另一处会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内是稳定的。我相信，随着科学的发展和研究的深入，这两种理论将不断地接受新的考验。可能会被新的理论证实，也可能被新的疑点推翻。当然也有可能产生更加科学的新的理论。不断怎样，我相信，我们对宇宙的起源的了解，会不断的更新，不断地接近最终实际。 星系的形成与分类 在宇宙中，我们把由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。 目前，我们对星系形成演化过程比较流行的看法就是：在原始星系云收缩过程中，第一代恒星出现，在原星系的中心区，收缩快，密度高，恒星形成率也高，形成漩涡星系的星系核或形成椭圆星系整体。漩涡星系和椭圆星系内部所包含的能量是经常会发生物理变化，用自身的自传离心力阻止赤道的进一步收缩。因而让它们的扁率各不相同，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素，使部分气体未结合成成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面，从而形成旋涡星系和不规则星系，结果使星系从形成之初就已经定形并保持下来，不再显著变化。在几亿年期间，由原星系形成的为年轻星系最终变成了我们现在所熟悉的宇宙星系。 美国天文学家哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，同时也是河外天文学的奠基人。他把宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分成了四类：（1）、椭圆星系。椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的（2）、旋涡星系。旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化（3）、不规则星系。不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。
论星系的形成与演化 摘要：宇宙演化是通过大爆炸形成各种天体，与宇宙随后在万有引力作用下收缩，引发新宇宙再生的脉动循环方式进行。同时，要研究恒星的起源，就必须首先解决星系起源问题，因为恒星是在星系演化过程形成的。不首先解决星系的起源与演化问题，恒星起源模式就是空中楼阁，镜中水月，根本不能认为具真正可信的基础。 关键词：大爆炸宇宙星系恒星 引言：学习了现代自然科学技术概论，我深深的了解到了宇宙的奥妙，宇宙中的星系更是我们我们无法预料的。尤其是对于我这样一个男生来说，能够真真切切的了解星系是多么令人心驰神往的事情。人类正在逐渐的探索其中的秘密，我相信这将会给我们带来无限的惊喜与期待。 一、宇宙起源与演化的真正正确模式 （一）宇宙的起源 关于宇宙的起源，虽已提出了不少不同理论模式，并且有的模式还被十分人们推崇，但这些被推崇的模式，其实许多都是具有不合理性的。例如爱因斯坦宇宙模式，认定万有引力只在很小距离有效，一旦天体间距离大于一定数值后，引力就变斥力，就完全是一种根本不合理的假定。因为有谁能为这种随距离增加。就会引力消失与斥力产生，真正提出一种可信机制？又有谁至少可从纯理论上说明，万有引力为何就只在近距离内才有效？所以这种模式虽然从表面上看，似乎建立在非常严谨数学模式上，但模式本身其实根本没有任何 科学性可言。大爆炸理论认定宇宙是由一奇点大爆炸产生。但这一奇点又怎么产生？不首先解决这一问题，就认定宇宙是这一奇点大爆炸后的演化产物，同样也很难让人觉得真正可信。另外在一般大爆炸理论中，也同样存在忽视万有引力存在的问题。而一旦认定有万有引力存在时，大爆炸后产生的宇宙，就决不会是一直进行膨胀了……。其它的一些宇宙演化模式，在此不一一进行评论，但这些宇宙演化模式，同样也都存在一些这样那样的问题。事实上万有引力，是以客观存在的物质性引力作用粒子作基础的，并且这种引力作用粒子，是一种即可吸收到与之接近天体物质内，对天体产生引力，又可随原子对同样具物质粒子性的光电辐射的发射与吸收，而进出物质原子，因而是一种的实实在在的客观存在物质粒子。并且这种物质性引力作用粒子，也同样可由于光电等辐射粒子，在空间内的运动，而散布到无限远的宇宙空间。所以万有引力即使对无限远的天体，也同样是存在作用的，绝不会因空间距离变远，引力就变为斥力，而要建立真正正确的宇宙及星系的起源与演化模式，就绝对不可忽略万有引力的作用问题。其实要建立正确的宇宙起源与演化模式，就必须以客观存在的宇宙空间内已知天体特征作为基础，任何不以客观存在天体特征作为基础，而去假定一些根本不具客观合理性的条件，作为建立宇宙起源与演化模式的基础条件，全都不可能建立真正正确合理的模式。那么根据现有宇宙内的各种天体特征，要建立正确的宇宙起源与
宇宙起源和演化学说简史 王为民（四川南充龙门中学） 今天我本想在帖吧转发我的“宇宙大爆炸的缺陷”一文，因为这篇文章刚刚见报，其兴奋之情溢于言表。 人类从牛顿时代习惯万有引力主宰宏观宇宙的现象，却对于宇宙三大力学(电磁力、强核力、弱核力)的电荷、色荷、弱荷中性视而不见。人们习惯于上帝的安排，很少去问上帝，这样安排宇宙秩序的原因是什么? 我们知道，原子是电中性的，原子核中的质子数总是等于核外电子数。问题是我们的宇宙质子数为什么也等于电子数，我们的宇宙也是电中性的。 如若不然，电力比万有引力强一万亿亿亿亿倍是不容许万有引力支配天体运动的。但事实是，牛顿万有引力和爱因斯坦的时空弯曲理论却能够很好地解释行星围绕太阳运动的轨迹。完全不需要电磁力来帮忙。 宇宙大爆炸学说好像不屑于这种解释，它的理由就是宇宙本来就是如此，甚至前一个收缩宇宙死亡以后，再次爆发都是如此，没有理由来解释这个质子数等于电子数的理由。 质子有反质子，电子有正负电子之分，每一个基本粒子都有其反粒子，光子的反粒子是它自身。 宇宙大爆炸最初正反粒子数是相等的，如果永远保持正反粒子数相等，那么正反粒子将湮灭为2～3个光子，宇宙只是光子的海洋，不会出现物质粒子。 但事实是，我们的宇宙主要是由质子、中子、电子等物质组成的，反物质的反质子、反中子、正电子在宇宙射线中有极少数来自强烈的恒星内部核聚变过程，它们遇到物质可以湮灭物质的质子、中子、电子等，并不能湮灭宇宙，因为，我们的宇宙是物质的，而不是反物质的。 在正负电子对撞机中，科学家将正电子和电子分别加速到接近光速，然后进行对撞。由于对撞能量非常高，激发真空产生更多的正负电子，同时还产生了正反π介子、正负μ子，正反质子，正反中子等。对于带电粒子，科学家用磁场将它们进行分离。 我提出的“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”能够解释所有这些问题。所以，我感到非常高兴。 按照“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”应该是正反物质的宇宙大分离。就像人类的起源。为什么我们大中华全是黄种人，欧洲是白人，非洲是黑人，东南亚是棕色种人?这就是人类起源大分离。 1922年，弗里德曼根据宇宙学原理，宇宙天体在大尺度空间分布均匀，各向同性，将罗伯逊——沃克度规代入爱因斯坦含宇宙项的引力方程得到弗里德曼方程，在此基础上，科学家建立了宇宙膨胀、收缩或震荡的各种宇宙流体演化模型。 根据“科普中国”介绍:“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末，对Ia超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀，因为宇宙可能大部分由暗能量组成。
宇宙的基本结构 天体的演化 宇宙的基本结构 1、地月系 （一）、地球：是一颗直径约为12756km 、质量约为6.0*1024 kg 的行星，以约30km/s 的平均速率绕太阳高速旋转。 ⑴地球球形的证明： ①船只出海时渐渐没入地平线，最后完全消失在地球的弧线下方。 ②人们向南旅行和向北旅行时所见的星空是不同的 ③月食时观察到地球投到月球上的影子，正好符合地球与月球两者都是球状时所预期的形状 ④1519至1522，葡萄牙航海家麦哲伦率领的船队第一次环球航行成功，实践证明了地球是球形的。 ⑤现代，外太空拍摄的地球照片证实地球是球形的 ⑵北极星附近的星星经长时间曝光摄得的照片说明什么？ 由于地球的自转，星星在天极附近画出美丽的弧线 每隔1h 或15min 观察一次星星。看到星星和月球一样在东方升起，西方落下，不同的星星彼此相对位置不变而成群地穿越天空，而北极星几乎不动，它周围附近的星星环绕着它做圆周运动。 （二）月球：月球走径约为3476km ，质量约为地球的1/81，平均密度几乎和地球地壳的密度相等。1609年伽俐略第一次用自己发明的望远镜看到了月球表面的环形山、高地和月海。 ⑴从地球上看，我们总是看到同样的一些月海，因此我们推断月球总是以同一个面来对着地球。 ⑵月球对地球的影响——潮汐 ①潮汐现象产生的原因：由于月球对地球同同部分施加不同的万有引力 而产生的 ②潮汐： A 点是离地球最近的点。在这一点上，月球对地表水的引力要大于它对 地球其他部位的引力，于是水流向A 点，形成高潮。B 点是离月球最远的点。在这一点上，月球对地表水的引力要小于它对地球其他部位的引力，加上地球本身的运动，水被抛在其后，这些被抛在身后的水形成另一个高潮。C 点和D 点为两个低潮点。 *⑶月球的成因：碰撞论的假说 2、恒星和行星 （一）太阳系 ⑴太阳：太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。太阳的直径约为1.4*106 km ，总质量约为 2*1030 kg 。太阳的能源为：内部的热核反应（轻核聚变） ⑵太阳系的结构：行星在太阳的引力作用下，几乎在同一平面内绕太阳公转。距离太阳越近的行星，公转速度越大。 行星的分类：常按照行星离太阳的远近及其结构对行星进行分类 Ｂ ＣＤ
【关键字】精品 3 地球的起源与演化 3．1 地球的起源和圈层分异 地球起源问题自18世纪中叶以来同样存在多种学说。目前较流行的看法是，大约在46亿年前，从太阳星云中开始分化出原始地球，温度较 低，轻重元素浑然一体，并无分层结构。原始地球一旦形成，有利于继续吸积太阳星云物质使体积和质量不断增大，同时因重力分异和放射性元素蜕变而增加温度。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时，比重大的亲铁元素加速向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始的水圈和大气圈。从此，行星地球开始了不同圈层之间相互作用，以及频繁发生物质-能量交换的演化历史。 正是由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动，原始地球刚形成时的物质记录已经破坏殆尽。我们是怎样推测它已经有46亿年寿命的？这 需要从地球自身的最老物质记录、太阳系内原始物质年龄和相邻月球演化史几方面来探讨。 3．2 地球的年龄 地球上已知最老的岩石（石英岩，一种由石英颗粒组成的沉积岩，后来遭受过温度、压力条件变化）出露于澳大利亚西南部，根据其中所含矿物（锆石）的形成年龄测定，证明已有41～42亿年历史。根据地质学研 究，这种岩石和矿物只能来自地壳的硅铝质部分（见第四章1），而且必须经过地表水流的搬运、筛选和沉积。所以我们可以据此作出推论，地球的圈层分异在距今42亿年前已经完成。 地质学领域较精确的测定年龄方法，主要根据放射性同位素的衰（蜕）变原理：放射性元素的原子不稳定，必然衰变为它种原子（如238U衰变 为206Pb等），而且衰变速率不受外界温压条件变化影响（如238U经过 45亿年后其一半原子数衰变为206Pb，故称为半衰期）。我们只需在岩石中测出蜕变前后元素的含量，就可以获得母体岩石形成的年龄。 不同放射性元素半衰期的长短有很大差异，其测年的精度也存在重要区别（表2-2）。因此，要根据研究对象实际情况选择测试物质，采用合适的方法。例如，时代很新的湖南长沙马王堆考古发掘中，西汉初期（约200BC）的棺木保存完好，可以用14C法测得木材的绝对年龄数值与古墓 内的文史资料相当符合。至于地球漫长演化史中保存的物质记录（岩石和矿物），只能采用238U－206Pb、87Rb－87Sr等方法，精度误差允许达到几个百万年。实际操作中包含复杂的技术因素，如测试手段的误差，测年方法使用条件的偏离，野外采样不当（标本已受风化影响，不够新鲜），
恒星的一生和宇宙的演化（教案） 教学目标: 1、知识目标：（1）知道恒星的不同发展阶段：红巨星、超巨星、中子星、白矮星、暗 矮星和黑洞；（2）了解大质量恒星的演变过程。（3）知道宇宙膨胀的现象和证据。（4）了解大爆炸宇宙论的主要观点。 2、情感目标：树立科学的宇宙观，以及热爱科学勇于探索的精神。 教学重点与难点 知道恒星的不同发展阶段。 了解大爆炸宇宙论的主要观点 学情分析 学生在宇宙方面的基础知识是很缺乏的，教学过程中也很难找到直观的实验和真实的模型支持，学生理解起来比较困难，但同时学生对未知的宇宙充满了好奇。这节课开始带领学生进入神秘的宇宙，为学生发展想象力和创新精神，提供了广阔的空间。 学法点拨 学生在课前应阅读有关宇宙的书籍，如霍金的《果壳中的宇宙》和《时间简史》等，了解一些关于宇宙的信息，激发学生对探索宇宙的兴趣，同时为课堂的发言和提问 做好准备。 学生通过交流了解人类对宇宙认识的历程，小组讨论，认识到人类对自然界的认识水平是和当时的科学技术发展水平相适应。 做好“气球膨胀和黑点运动”实验有助于学生对星系运动的正确理解，如果学生讨论后没有的结论时，教师可以适当提示，帮助学生建立假说——大爆炸宇宙论。 教前准备 一人一机学习环境，（黑马教学软件组织教学）。 《宇宙起源》网络课件一个，课前在网络教室的服务器上调试好。 教学方法 多媒体演示、网络协作式学习、讲述法 教学过程 一、复习旧知提出问题 1、教师通过多媒体回顾恒星的形成，展示各种各样的恒星。
在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。恒星诞生于太空中的星际尘埃（星云），恒星是在熊熊燃烧着的星球。一般来说，恒星的体积和质量都比较大，只是由于距离 地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。恒星发光的能力有强有弱，恒星表面的温 度也有高有低。一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越 偏蓝。 2、学生欣赏的过程中，课件出示问题。 （1）各种恒星诞生后，会发生变化吗？（以上是恒星不同演变阶段的实物照片。） （2）图片中哪张是红巨星？它有什么特点？ （3）图片中的白矮星在哪里？为什么看不到？这说明它的亮度大还是小？ （4）图片是想象黑洞是个空洞吗？你能想象看不到它有原因吗？ （5）图片中哪张是超新星大爆炸？ 3、学生讨论讲述新知 1、恒星不同发展阶段的特点和它们之间转化的关系。（教师总结学生的回答，在对应 的图片旁边出示说明。） （1）红巨星：红色直径比太阳大10～100倍，亮度比类似太阳的恒星大得多。 （2）白矮星：密度很大，体积和亮度很小，由红巨星转变而来。 （3）黑洞：质量更加大的恒星爆炸形成的，密度非常巨大，任何物质，甚至光线都无法逃脱它的吸引。 （4）超新星：超新星在超红巨星的爆炸中诞生，密度巨大。 （5）中子星：超新星爆炸后形成，体积很小，密度极大的星核 二、自然过渡，接着讲授宇宙的起源 （一）教师展示课件，播放新闻。 新华网浙江频道8月13日电依靠手指拨动着轮椅机器前行的霍金，“拨动”了杭州城，“拨动”了长江三角洲，甚至轰动了整个中国——在他到达杭州之前，他的科普名著《时间简史》和《果壳中的宇宙》已在当地连续畅销了好几个星期；印有霍金头像的文化衫，风靡了杭城的大街小巷；8月9日，当他从上海浦东国际机场转道杭州时，媒体热情的“长枪短炮”再一次对准了他；昨天，霍金召开记者见面会，来自沪浙两地的数十家媒体蜂拥而至；8月15日他关于“膜的新奇世界”的公众演讲，成为杭州市民眼下最为期盼的盛事…… 1、请学生谈谈关于霍金的事迹和他的著作，或者谈谈关于宇宙的话题。（学生自由谈话，可以说说你知道的东西，也可以说说你想知道的东西；教师鼓励学生大胆想象，对学生的发言
宇宙的起源与演化知识提纲-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1. 我们的宇宙 （1）宇宙中的天体系统：宇宙中存在着各种各样的天体。这种天体按照它们的体积大小和质量大小，可以排列为行星、恒星、星团、星系等不同层次。 （2）星系是由几亿至上万亿颗恒星和星际气体以及尘埃物质构成的天体系统，星系是宇宙的基本组成部分，银河系是星系的一员。由数十个星系组成的星系集团称为星系群，由几百到几千个星系组成的星系集团称为星系团，另外，还发现了由大量星系团组成的超星系团。 （3）宇宙在大尺度上的结构是均匀的，各向同性的，宇宙是无边的。 （4）用多普勒效应可以来解释河外星系的谱线红移现象，并可以推断星系之间正在相互退行远离，宇宙正在膨胀，宇宙的膨胀是没有中心的膨胀。 （5）通过活动：气球表面上圆点之间的距离在膨胀中相互增大来体验没有中心的膨胀。 2. 热大爆炸宇宙模型 （1）宇宙起源于热大爆炸，从大爆炸到现在已经过去了约150亿年。 （2）宇宙微波背景辐射是宇宙起源于热大爆炸的有力证据，3K就是热大爆炸留下来的余温。 （3）宇宙从大爆炸起就始终在演化着，大爆炸后3分钟出现了复合原子核，大爆炸后100万年出现原子，大爆炸后10亿年出现恒星和星系，大爆炸后100亿年太阳和地球诞生。 （4）宇宙物质密度的大小是决定宇宙将来究竟继续膨胀还是收缩的唯一条件。不过，20世纪的最后两年里，科学家发现宇宙不仅在膨胀，而且是在加速膨胀，因此，宇宙很有可能永远膨胀下去。 3. 恒星的演化 （1）恒星的演化经历了形成中的恒星——主序星——红巨星——白矮星、中子星（脉冲星）、黑洞。 （2）主序星是稳定的恒星，使它发光发热的能源是核能，太阳就是一颗主序星。红巨星是大多数恒星一生中必定要经历的一个阶段，太阳在50亿年后将成为红巨星。白矮星和中子星都是恒星演化的晚期，其中白矮星是由质量不太大的恒星演化来的，中子星是由质量较大的恒星演化过来的。质量更大的恒星将演化成黑洞。 （3）形成中的恒星依靠引力势能发光发热；主序星是依靠氢核聚变来发光发热，红巨星依靠氦核聚变来发光发热，白矮星和中子星依靠冷却发光。 （4）超新星爆发是大质量恒星演化到晚期形成中子星或黑洞时发生的能量巨大的爆炸。超新星爆发是一些恒星诞生的直接动力，也是各种元素形成的原因。 4. 星际航行和空间技术 （1）人类对星际航行的渴望和面临的困难：地球引力是人们星际航行面临的第一个障碍。还面临如何保证星际航行的安全、如何避免受到星际空间致命辐射的袭击、如何保证星际旅行中人类生存所必须的供给等。 （2）1957年10月4日苏联成功地发射了第一颗人造卫星。 （3）航天器可分为无人航天器和载人航天器两大类。无人航天器有人造卫星、无人航天飞船、空间探测器等，载人航天器有载人航天飞船、航天飞机和空间站等。此外还有把各种航天器送入空间的运载火箭。 （4）人造卫星的主要功能是依靠它的高位置优势对地面进行观测或作为微波通信的中继站。按照使用功能的不同可以分为通信类卫星和对地观测类卫星两大类。例如各种通信
宇宙演化史(课前教育)：江西、南昌、青山湖、南钢学校：蔡林 我们的宇宙产生之前，有一个巨大的原始黑洞，黑洞里面密度极大，温度极高，并不断吸收周围的能量；黑洞中有许多平行宇宙，由于黑洞不断吸收能量，体积越来越大，当能量达到超载时，黑洞就会释放能量，被称为“霍金射线”，产生虫洞，释放奇点，并产生大爆炸，形成今天的宇宙。 大约在137亿年前，宇宙由一个奇点大爆炸形成，（这是科学家根据大量星系快速远离我们而去的逆向思维得出的理论。）爆炸到0.1秒时，产生了1000亿度的高温，这时宇宙中什么也没有，但时间开始了，空间也不断膨胀。136.5亿年前，宇宙温度先快后慢的冷却，宇宙中出现了最早的元素：氢和氦，氢和氦是构成宇宙最基本、也是最重要的元素；136亿年前，宇宙中产生了许多大质量的恒星，由于大质量的恒星消耗能量多，灭亡得也快，经过了几十亿年后，大质量恒星不断毁灭，在宇宙中产生了许多星云、星团和生命元素。135亿年前，宇宙中产生了最早的星系及银河系，110亿年前，宇宙中产生了氮、氧、铁等元素，90亿年前，产生了大量星云、星团，70亿年前，产生了大量恒星。星云、星团、星系、黑洞、恒星、超新星、中子星、黑矮星、白矮星、红巨星、行星、矮行星、卫星、小行星、流星、彗星、暗物质、暗能量等物质，是逐渐并不断产生的。 人类进化史可以追溯到太阳系的产生。大约在45亿年前，距银河系中心（黑洞）三万光年的地方产生了太阳系，44亿年前，在太阳系中产生了地球，43.7亿年前，一颗像火星大小的行星撞击在地球的太平洋处，使之飞出去一块，形成了地球的卫星——月球。地球最早是一个火球，逆时针旋转很快，40亿年前，宇宙中的冰陨石带着生命元素到达地球，并形成海洋；36亿年前，海洋中的水、火山温度、海底火山喷发出来的少量的氧，激活了海水中的生命元素——氨基酸，形成了地球上最早的生命——蓝藻，29亿年前，最早的植物：藻类植物产生，23亿年前，最早的动物：史前海母产生，15亿年前，史前海洋生物达到了繁荣时期。 那么，我们人类是怎样进化来的呢？大约在5亿年前，棘鱼（史前鲨鱼）产生，被科学家认为是迄今为止所知的最早的人类祖先。3亿年前，史前鲨鱼进化成了史前三角鱼，2亿年前，又进化成了两栖动物——史前螈鲵鱼，1亿年前，进化成了爬行动物——似鸡龙，6500万年前，一颗直径十千米的小行星撞击在墨西哥的尤卡坦半岛，地球环境变得异常恶劣，引起了地球物种大灭绝，4500万年前，人类进化成了啮齿类动物——史前地波鼠，1500万年前，进化成了哺乳动物——猿猴，700万年前，进化成了直立动物——智人，500万年前，进化成了高智商生物——现代人。 目前人类可以用射电望远镜观测到150亿光年以内的宇宙，已经发现了1000亿个像银河系这样的星系，但还没有发现宇宙的边缘。宇宙还在像吹气球那样不断膨胀。宇宙膨胀是先快、（爆炸能量大于暗能量）后慢、（爆炸能量等于暗能量）再快。（暗能量大于爆炸能量）最后宇宙会发生大撕裂。黑洞是大质量的恒星超新星爆发形成的，形成后会吞噬周围的星际物质，连光也不放过，然后，大黑洞吞并小黑洞，大约在550亿年后，宇宙将回到原始平行宇宙，一切终结后又会从新开始。 三年级科学上复习 植物 1、在大树前看到了什么？ 树瘤、果实、小动物、鸟巢、小草、藤蔓等。 2、观察：就是带着目的用眼睛、感觉、仪器去看去想。 3、感觉：包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，还有错觉、直觉、幻觉、预感、灵感、通
天体物理学和宇宙演变 世界是物质的，宇宙是物质的，宇宙中物质颗粒是客观存在的，物质颗粒的运动出现扩散、溶合、碰撞三种结果，使得在宇宙空间物质颗粒产生各种分布。其中溶合在一起的颗粒渐渐溶合增长，依次形成星子、行星、恒星、星团、类星体、星系。当星系形成时，使杂乱无章的宇宙中星体的无规则运动变化成有规则运动，星体结束了碰撞期，星系又以自身的运动特点运动下去，它们同样会出现碰撞、溶合和扩散。这便是宇宙的演变。 天体物理学属于应用物理学的范畴，是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。 本书作者Leonard S Kisslinger是美国卡内基梅隆大学教授，他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解。本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程，运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解。 全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、
加速度、动量和能量的基本概念，温度（作为一种能量形式），力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移，然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律，最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转，太阳（作为一个熔炉）的特性，大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性，怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性，通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要假设，以及由此产生的长度收缩和时间膨胀，由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与假设的相一致性，利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波，以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念，重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（Electroweak phase Transition）：定义了量子力学的相变和潜伏热，重点讨论了电弱理论和电弱相变，电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关
关于宇宙形成与演化的几种理论 引言：宇宙学是一门年轻又古老的学科，人类对宇宙的起源在不断地探索着。 当我们回望人类漫长的探索宇宙的进程时,在我国历史上最早认识宇宙，是有“科圣”之称的伟大的科学家张衡。也可以说是人类历史上认识宇宙的先驱。在后来主要是西方国家对宇宙探索有很大的进展，尤其是近几百年，其中对宇宙的形成与演化有很多的著名的观点，主要形成的观点有相对论原理、宇宙膨胀模型、大爆炸宇宙论等。霍金在《时间简史》中比较全面的描述了整个宇宙的图景，他还还提出了自己的很多观点，本着一种好奇心,想了解一下关于宇宙学的观点 , 所以借助史蒂芬·霍金的《时间简史》及其他书籍，将宇宙学的一些观点在这里罗列出来。在这里主要写了膨胀中的宇宙、大爆炸宇宙理论以及黑洞中的奇点与量子效应观点，这些观点在宇宙学中都具有重大的意义。 希望我们对宇宙理论有更多的认识和了解，宇宙学是一门古老而年轻的学科, 希望更多的人去了解宇宙学、研究宇宙学、了解我们所处的宇宙空间。让我们更早的回答出我们一直想知道的问题：我们从何而来，又到何处去? 1、宇宙膨胀模型 在人们认为宇宙是膨胀之前爱因斯坦曾提出过静态的宇宙模型。广义相对论主要的是把强大的引力场解释成为时空弯曲的几何特征，所以它也是一种引力理论。爱因斯坦根据自己建立的广义相对论对宇宙进行了考察，他引入了一个常数——“反引力”，此力和其他力是不一样，没有什么源引起，是时空中固有的。爱因斯坦认为时空有膨胀的趋势，但刚好可以用此力平衡宇宙中所有物质与物质间的作用力，因此爱因斯坦设想这样一个有限无边的静态宇宙模型。 在宇宙空间中，物质分布是均匀的，宇宙大尺度特征不随时间变化而变化（又物质没运动）[1]。静态宇宙模型虽与事实不相符合，但它为现代宇宙学研究开启了新的起点。就在爱因斯坦和其他一些物理学家讨论非静态宇宙的预言时，1922年俄国物理学家、数学家弗里德曼用广义相对论着手解释它，他根据广义相对论方程解得的动态解，认为宇宙是不稳定的，有可能是脉动的。（他曾对宇宙提出过一个非常简单的设想：我们不管从哪个方向看，也不管从何地进行观察，宇宙看起来都是一样的。弗里德曼指出，仅从这两观念出发，就可以预言宇宙是不稳定的。此观点在后来不久被哈勃证明了。[2]）后来天文学家勒梅特又一次独立的的到这样一个模型：得到宇宙中的物质在均匀的同时在向各个方向膨胀或者是在收缩的宇宙模型。 1924年现代宇宙图像才被奠定，这一年哈勃证明了除我们所处的这个星系，还有许多其他的星系，在他们之间是一个巨大的空虚的空间，也称为太空。哈勃用100英寸的望远镜在威尔孙山对太空进行观测时，埃德温·哈勃发现恒心在整个空间之中不是均匀分布的，而是有很多的恒心大量地集中在星系之中。埃德温·哈勃对来自星系的光利用多普勒效应进行了测量，这样就可以对星系是蓝移还是红移进行确定。哈勃曾预想对于我们现在正所处在的星系中来看宇宙中的其他星系，飞向我们星系和离开我们星系的其他星系是一样多的。这是存在于一个不变的宇宙中应该有的，但是事实总是给人惊奇，埃德温·哈勃测量出的结果发现，所有的星系几乎都是在红移，而且，哈勃发现当星系离我们越远时，他离我们而去的速度越快，也就是说红移的大小与星系离我们的距离是正比，这也是著名哈勃定律。[3]也就是说，宇宙不是人们想象的那样宇宙是静态的，它是随着时间在不断的变化，它是在膨胀，所有的星系之间的距离不断的增加。从而静态
宇宙起源假说，挑战你的思想 仔细一想，感觉什么东西都是有起源的。 比如：几十年前，我们没有来到这个世界上，我们从哪里来？全都是父母生养的；家里养的狗猫都是狗猫妈妈生的；家里的电视机都是从商店买来的，商店里面的电视机都是电视机厂生产的；你的知识都是老师教给你的；你用的钱是你打工赚来的。 可能人们就会形成一种思维定势：一切东西都是有起源的。 但是，我认为这个命题是错误的，至少有一些事物就没有起源，它们一直永永远远是老样子。 对于宇宙来说，可能宇宙就没有起源，可以说：这个思维定势不适用于宇宙。 宇宙的科学定义是什么呢？对于宇宙，科学家是如何认识的呢？ 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。 科学家们确信：宇宙是由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大（称为奇点），瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸，这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。 大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，因大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。 关于宇宙是如何起源的？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。 大爆炸理论认为，宇宙起源于一个单独的无维度的点，即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120～150亿年以前，宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。
人类的起源与演化 ——旧石器考古热点探讨 人类起源研究的简要回顾 1856年在德国尼安德(Neander) 山谷发现了人类化石，被命名为尼安德特人(Homo neanderthalensis)，是当时已知最早的人类，其年代不超过距今10 万年。1891年在印尼发现了爪哇猿人化石，但没有发现石器与之共存。由于当时人类学界普遍认为古猿只有进化到能够制造工具才算变成了人，因此爪哇猿人是否是人类的问题争论了近40 年。1929年在中国周口店发现北京猿人头盖骨并在1931年确认了与之伴存的石器和用火的遗迹，基本解决了争论40年的爪哇猿人是人是猿的问题，把人类历史的记录提前到大约50万年前。1959年在坦桑尼亚的奥都威峡谷发现了175万年前的石器和“东非人包氏种”(Zinjanthropus boisei)头骨。1960年在同一峡谷大约190万年前的地层中发现能人头骨破片，于是一般认为那些175万年前的石器更可能是这种早期人类制造的。人类历史又得到延伸。60年代发现黑猩猩也能制造工具，说明制造工具不是人类独有的能力，因此这种能力不宜作为区分人和猿的界标。人类学界改而采用两腿直立行走作为人类最初的独有特征，这样南方古猿被纳入人类范围。70年代在埃塞俄比亚发现了南方古猿阿法种(Australopithecus afarensis)，将人类的历史记录延长到300多万年。1994年报道了新发现的440万年前的南方古猿始祖种(Australopithecus ramidus)（次年改为地猿始祖种Ardipithecus ramidus）人类历史记录再次得到延长。2000年在肯尼亚Baringo地区的Turgen 山区又发现了一批距今600万年前的人类化石，其中一根股骨的形态显示能直立行走。这些被称为“千禧人”的古人类化石被命名为“原始人图根种(Orrorin tugenensis)”。至此，人类的最早化石记录达到600 万年前。 迄今在非洲已经发现了大量200-400 万前的人类化石，而在非洲以外还没有发现早于200万年前的人类化石。因此人类学界普遍认为人类发源于非洲。早先认为人类走出非洲的时间大约在100万年前。90年代在格鲁吉亚发现170 万年前的人类化石和爪哇Mojokerto 类化石地点测得的181 万年前的的新年代数据使人们认为早期人类在大约200万年前开始走出非洲。 目前国际人类学研究的热点主要集中在：（1）早期人类是否起源于非洲及早期人类走出非洲的时间；（2）现代智人的起源。在这两个领域中国古人类研究都可能对之做出较大的贡献。尤其在现代人起源方面是我国最可能做出重大贡献所在。在时间上从这个热点向前追溯与人类何时走出非洲这个热点相衔接，就是早期人类走出非洲到达中国后的经历，也就是人类在东亚这个地区进化的过程，正是我国古人类学应该特别关注而且潜力最大的的领域。 主要问题： 1）研究古人类学—旧石器考古学有何意义？ 2）旧石器考古学在探讨早期人类起源和现代人类起源方面能够扮演什么角色? 3) 中国更新世古人类在行为模式上具有怎样的特点？ 4）旧石器考古学还能在学术领域取得哪些突破？ 人类起源与演化研究的意义： 1）基础科学的一个主要领域：人类起源仍是科学界未被破解的重大谜团之一 2）现实意义：正确认识人类的过去、现在和将来
宇宙140亿年的演化史 （节选自《万物起源：宇宙140亿年的演化史》，江苏科学技术出版社2008年 10月第一版） 最伟大的故事 天地绵延亘古， 万物皆有规律。 ——卢克莱修（Lucretius) 大约在140亿年前，在时间开始之初，已知宇宙的所有空间、所有物质和所有能量加在一起只有一个针尖那么大。宇宙那时非常炽热，基本的自然力（它们整体上代表了宇宙），被合并成单个统一的力。当宇宙沸腾咆哮，温度达1030℃、时间仅只过了10-43秒时——在此之前的时间里，我们关于物质和空间的理论全都失去意义——由于统一力场里所蕴含的能量，黑洞自然地形成，消失，再形成。在这些极端的情况下，按照公认为是纯理论的物理学观点看，空间和时间结构弯曲得非常厉害，泊泊地流入一个多孔而有弹性的、泡沫一样的结构里。在这一时期，爱因斯坦广义相对论（现代的引力论）所描绘的（宏观）现象与量子力学（描述最小的物质形态）所描绘的（微观）现象都难以区别。 随着宇宙膨胀和冷却，引力从其他诸力中分离出来。此后不久，强核力和电弱力互相分裂，这一事件伴随着巨大的储存能量的释放，引发宇宙快速膨胀，体积增大10的50次方倍。这种快速膨胀，被称为“暴涨期（epoch of inflation)”，使物质和能量扩展并且变得平滑，以至宇宙相邻部分的密度变化不到十万分之一。 那时宇宙是如此炽热，光子可以自然地把它们的能量转换成物质与反物质粒子对，后者又立即互相湮灭，把能量返还给光子。由于目前尚不清楚的原因，这种物质与反物质之间的对称在上述的力分裂时产生“破缺”，导致物质略微超过反物质。这种不对称很小，对于宇宙的演化却是至关重要的：对应每10亿颗反物质粒子，有10亿零1(10亿＋l）颗物质粒子诞生。 随着宇宙继续冷却，电弱力分裂成电磁力和弱核力，完成众所周知的自然界四种不同的力。随着光子流的能量继续跌落，物质与反物质粒子不再能够自然地由现有的光子产生。所有剩余的物质-反物质对粒子迅即湮灭，宇宙间每10亿个光子只留下一颗普通物质的粒子，没有反物质粒子。如果这种物质超过反物质的不对称不出现，膨胀的宇宙将永远只由光构成，再没有其他东西，甚至没有天体物理学家。在大约3分钟的时间里，物质成为光子和中子，其中许多组合成最简单的原子核。与此同时，自由游荡的电子彻底地来回驱散光子，产生出一种不透明的物质和能量组成的“汤”。 当宇宙温度降至几千K（开氏温标）时（比鼓风炉温度稍高一些），自由的电子运动速度很慢，足以被汤里游荡的核子攫取，形成完整的氢原子、氦原子和锂原子这三种最轻的元素。现在宇宙（第一次）变得可以让可见光透过了。这些自由飞行的光子如今作为宇宙微波背景仍然可以观测到。在第一个10亿年里，宇宙继续膨胀和冷却，而物质由于引力的作用成为庞大的凝聚物，我们称之为星系。在我们所能看见的宇宙范围内，所形成的星系达1 000亿个，每个星系又都
宇宙的起源与演化 摘要：宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的起源和演化以及利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。随着新兴高科技迅速发展,给与宇宙学相关的各种观测和实验注入了新的活力。什么是宇宙?宇宙是如何起源的?早期宇宙是什么样子的?宇宙是怎样发展演化的?宇宙的基本组成又有那些?本文简单介绍了人类对宇宙的起源与演化发展的认识过程,宇宙的基本组成以及当今热门的大爆炸理论。 一、人类认识宇宙的过程 从古至今，人类一直在探索着存在和生命的意义，可是由于缺乏足够的观测数据，以及怀着以人为本的观念，在古代，无论是东方还是西方，人类都错误的把地球当做是宇宙的中心，他们观察到的实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映，以此基础上建立起来的宇宙理论体系，都没超出太阳系的范围，恒星也只不过是个一成不变的布景或陪衬。这一由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来地心说体系一直维持了2000多年，只到哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出了日心说，认为地球并不位于宇宙中心，从而把宇宙的中心从地球挪向了太阳。在此后的18、19世纪，太阳系天文学发展到鼎盛时期，人类发现了太阳系中的所有行星。与此同时，人类的视野也逐渐从太阳系扩展到银河系这个广阔的恒星世界。 进入二十世纪，由于物理基础理论的进一步发展和完善，以及制造水平的提高，宇宙学开始迅速发展，通过观察和演算，人们进一步的了解和认识宇宙。1917年爱因斯坦将广义相对论理论应用到整个宇宙，发表了标志着物理宇宙学建立的论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考察》，但是从广义相对论出发建立的宇宙模型不是静态的，这和当时相信静态宇宙的主流观点并不符合，因此爱因斯坦在场方程中加入了一个宇宙学常数来进行修正。得到一个静态的宇宙。1924年，哈勃发现了仙女座大星云中的造父变星，根据周期—光度关系推算出它远在银河系之外，是尺度同银河系相当的巨大恒星系统。这一发现将人类认识的宇宙范围从恒星组成的银河系扩展到由众多星系组成的更广阔的世界。1929年，哈勃又通过观测发现了红移定律，得出河外星系视向退行速度与距离成正比v=Hd，即哈勃定律，又称哈勃效应，H是哈勃常数。从此宇宙演化的观念开始进入人类的意识，也就是说宇宙不可能是一直处于稳定的状态。可以说哈勃的发现是现代宇宙论诞生的开端。第二次世界大战以后，宇宙膨胀的观点引出了两种互相对立的理论：一种理论是由勒梅特提出，乔治·伽莫夫支持和完善的大爆炸理论。另一种理论则是英国天文学家弗雷德·霍伊尔等人提出的稳恒态宇宙模型。在稳恒态宇宙模型里，新物质在星系远离留下的空间中不断产生，从而宇宙在任何时候看上去都基本不变化。具有讽刺意味的是，大爆炸理论的名称却是来自霍伊尔提到勒梅特的理论时所用的称呼，之后的许多年，这两种理论并立，但是随后的一系列观测证据使天平逐渐向大爆炸理论倾斜。 二、基于大爆炸理论的宇宙起源与演化 目前为科学界所普遍接受的宇宙起源理论认为，宇宙诞生于距今约137亿年前的一次“大爆炸”。宇宙微波背景辐射被认为是“大爆炸”的“余烬”，均匀地分布于整个宇宙空间。“大爆炸”之后的宇宙温度极高，之后30多万年，随着宇宙膨胀，温度逐渐降低，宇宙微波背景辐射正是在此期间产生的，并且是可以观测的。1964年，两位无线电工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在使用贝尔实验室的一台微波接收器进行诊断性测量时，意外发现了宇宙微波背景辐射的存在，这种辐射被观测到是各向同性的，并且对应的黑体辐射温度为3K。宇宙微波背景辐射的发现和确认使绝大多数物理学家都相信：大爆炸是能描述
第三章宇宙的起源与宇宙大爆炸 教学目的：了解古今描述宇宙的模型，掌握银河系和宇宙膨胀的发现，理解大爆炸的证据 教学重点：宇宙的起源，宇宙的演化，宇宙大爆炸 教学难点：宇宙的起源 课时分配：一、人类对宇宙的认识0.5课时 二、宇宙的起源0.5课时 三、宇宙的演化0.5课时 四、宇宙大爆炸0.5课时 课后讨论：1．叙述“哈勃定律”的内容和公式，谈谈它的作用和意义。 2．简述发现宇宙膨胀的原理及途径。 3．试论述从现代宇宙理论的创立到宇宙大爆炸模型的建立过程及重要人物。 一、人类对宇宙的认识 1．宇宙的概念 早在2300多年前，我国战国时代的思想家庄子（大约公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和“栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四方（空间）、古往今来（时间）的总称。它超越了东西南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法，也是时间（世代）和空间（边界）的合称。 在西方，以英语为例也有两个词表达“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申为“有秩序的宇宙体系”；university则表示包罗万象、无所不容的宇宙全体。 2．人类对宇宙的认识 (1).局限于太阳系的宇宙说──地心说 古代的人们首先注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空背景上的移动等等，实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映。因此，以这些现象为基础建立起来的宇宙理论，无论是中国古代“天圆如张盖，地方如棋局”的盖天说，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄”的浑天说，还是古希腊以地球为中心，依次排列月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心说，都没超出太阳系的范围。恒星在这些宇宙理论中的地位，只不过是个一成不变的布景或陪衬。 (2).局限于太阳系的宇宙说──日心说 16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。这不仅直接为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。它作为自然科学第一次从神学桎梏下解放出来的“独立宣言”，在人类思想史以至社会发展史上作出了不可磨灭的贡献。 (3).从太阳系到广阔的恒星世界 18，19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。借望远镜的帮助，人们不仅发现了天王星、大量的小行星、行星卫星等太阳系成员，还根据天王星实际观测位置与理论计算位置的偏差，用天体力学理论准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时的宇宙理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。 17l8年，哈雷将自己的观测同1000多年前托勒玫时代的观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 1837年，斯特鲁维测定了织女星的周年视差（由于地球绕日公转而产生的天体方向变化）为0.125角秒，这意味着它与太阳的距离为日地距离（1．5亿公里）的165万倍，远远超出了太阳系的边界（日地距离的40倍）。 1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的遥远恒星集团的距离成为可能。 6年后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的距离和视分市资料，得出银河系是一个直径达10万光年的庞大的透镜形天体系统，太阳并不处于其中心的正确结论。