大爆炸宇宙学(2)精品PPT课件

课堂小练
8、开创热大爆炸宇宙学的科学家是（ A ）
A.俄国 伽莫夫
B.美国 爱因斯坦
C.英国 牛顿
D.英国 霍金
课堂小练
5、在气球上画些小圆点，充气使气球膨胀，下列有关这一实验的 说法，不正确的是（ D ） A.气球上的点代表宇宙中的星系 B.该实验可模拟宇宙的膨胀过程 C.该实验模拟的宇宙膨胀过程中作为大爆炸宇宙论的证据 D.气球膨胀过程中有一个中心，由此可推测宇宙也有一个中心
课堂小练
6、如图的白点气球可以形象地说明宇宙大爆炸学说，气球上的白
课堂小练
3、人们对事物的认识常需经历一个不断修正和发展的过程，
人类对宇宙的探索和认识也是如此。根据已学知识，下列
有关观点中你认同的是（ B
）
ห้องสมุดไป่ตู้
A.太阳表面没有大气
B.宇宙在不断膨胀
C.地球是宇宙大爆炸的中心 D.恒星就是永远存在的星球
课堂小练
4、如图为大爆炸宇宙模型中宇宙半径、宇宙温度与时间之间 的关系，下列相关说法合理的是（ B ） A.宇宙由太阳系和银河系构成半径 B.大爆炸宇宙论是一个科学论 C.随着宇宙半径的增大，宇宙温度在升高 D.此模型表示宇宙在不断膨胀
界中。
绝对零度约-273℃。
3、现在还无法给出宇宙密度的确切数据。现在观测到的宇宙密
度虽然不大，但是宇宙还存在我们无法看见的各种各样的暗物质，所
以宇宙密度的数值可以比目前测量值大。
4、科学家在20世纪的最后两年里发现，宇宙不仅在膨胀，而且
是在回事膨胀，因此，宇宙很有可能永远膨胀下去。
课堂小结
1、宇宙起源于热大爆炸； 2、微波背景辐射是宇宙起源于热大爆炸的一个证据； 3、宇宙正在演化着； 4、宇宙物质密度的大小是决定于宇宙将来究竟是继续膨胀还是收

处逢生，奇迹般地完成人类首次太空之旅。
2.通过不断总结经验，1969年7月21日格林尼
治时间12时56分，美国宇航员阿姆斯特朗走 出阿波罗11号的登月舱，终于在月球上印下 人类第一个脚印，迈出了“人类巨大的一 步”。至此，人类探索太空的旅程翻开了新
的一页。
阿波罗登月视频.MPG
新建文件夹\8嫦娥二号发射成功.3gp 新建文件夹\7嫦娥探月]动画演示：嫦娥二号
题的讨论中去。要是我们对此找到了答案，那么将
会是人类理智最终极的胜利。
从爱因斯坦广义相对论可推断出，宇宙必 须有个开端，并可能有个终结。
几乎所有星系都远离我们而去。从星系光谱的红移 可以推断出，越远的星系以越快的速度远离我们而 去，这表明整个宇宙处于膨胀的状态。宇宙不可能 像原先人们所想像的那样处于静态，这是一个动态 的过程。哈勃的发现暗示着存在一个叫做大爆炸的 时刻，当时宇宙的尺度无穷小，而且无限紧密。
五.人类对宇宙的探索
• 1. 1961年4月12日，首次载人航天发射即将 开始。当时，谁也没有把握这次能成功。 苏联曾有人建议让尚未生儿育女的宇航员 戈尔德·季托夫来执行这次任务。当时负责 载人航天研究工作的苏联宇航专家谢尔 盖·科罗列夫却坚持选用经验更为老道的尤 里·加加林，尽管他已是两个孩子的父亲了。
似乎世间万物最终的道路都是走向毁灭，无论是人 类，还是宇宙······
如科事果学实有的上一终宇天极宙我目中们的每确在一实 于件发 提东现 供西了 一要一 个形简套成单完一的整套理的完论理整去论统描。一述那的 时整理，个论我宇是们宙非所。常有困人难，的包。括哲学家、科学家以及普普通 通的人，都能参加到“为何我们和宇宙会存在”的问
一个著名的河外星系
银河系的友邻星系
四.宇宙大爆炸理论

始形成。当温度进一步下降到 100万度后，早期形 成化学元素的过程结束。当温度降到几千度时，辐 射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成 气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我 们今天看到的宇宙。
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二、热大爆炸的证据(zhèngjù)---微波背景辐射
谢谢！
内容(nèiróng)总结
§1-2、热大爆炸宇宙模型。2、宇宙大爆炸是没有(méi yǒu)中心的爆炸。最初的宇宙没有(méi yǒu)空
间和时间，温度极高，在100。质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的。全部的物质和能量集中
No 在一点 ——“奇点”。爆炸使物质四散飞出，整个体系在不断膨胀，温度。很快下降，当温度降到10亿度左
3、宇宙诞生于 ( D) A、公元4004年以前 B、上下不过五千年
C、38亿 年以前
D、150亿年以前
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4、有关宇宙的起源的说法，得不到科学支持(zhīchí)
的说法是 (
)C
A、大约在150亿年前，我们所处的这个宇宙是
被挤压在一起的一个“原始火球”
B、宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆炸
右时，化学元素开。射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成。→ 出现复合原子核（3分钟）。2、 如果宇宙密度大于4.5×10 −27 ㎏/m3，
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3、科学家发现：
宇宙不仅在膨胀，
而且在加速(jiā sù)膨胀，
因此，宇宙很可能永
远膨胀下去。
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大爆炸后10-43秒（普朗克时间）：约1032度，宇宙从量子涨落背景出现，这个阶段称为普朗克时间。在此 之前，宇宙的密度可能超过每立方厘米1094克，超过质子密度1078倍，物理学上所有的力都是一种。（超对称） 在这个阶段，宇宙已经冷却到引力可以分离出来，开始独立存在，存在传递引力相互作用的引力子。宇宙中的其 他力（强、弱相互作用和电磁相互作用）仍为一体。
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。
膨胀空间
膨胀空间的基本概念可通过一项简单的模拟来加以理解。想象在一条松紧带上缝有一排纽扣。假定从松紧带 的两端把它拉长，结果所有的纽扣都彼此远离。不论我们选择从哪个纽扣来看，它邻侧的纽扣似乎都在远离，而 且这种膨胀是处处相同的，不存在特殊的中心。当然，我们在画这排纽扣时，它有一个中心纽扣，但这与系统的 膨胀方式毫不相干。只要把这条带纽扣的松紧带无限加长，或环成一个圆圈，这个中心便不再存在了。
珀尔马特、里斯和施密特的研究对象，是一些大质量恒星在演化后期伴随星核与星壳分离出现的一种现象， 即超级规模大爆炸。质量相当于太阳的8至25倍的恒星以超新星爆发方式结束“生命”，而恒星外侧气体包则高 速抛离，所显现的绝对光度可超过太阳光度100亿倍。分析特定类型的超新星爆发，珀尔马特、里斯和施密特所 属的研究小组发现，超过50颗超新星所显现的光度比先前预期暗淡。对这一结果的解释，是宇宙正在加速扩张。 这个发现，被瑞典皇家科学院称为“震动了宇宙学的基础”。诺贝尔物理学奖评审委员会认定，3名获奖者所获研 究结果改变了人类对宇宙的认识。“将近一个世纪，一种公认看法是，宇宙正在扩张，是大约140亿年前‘大爆 炸’的结果。”评审委员会说。“不过，发现宇宙扩张正在加速，令人惊异。”评审委员会介绍说，“如果扩张 继续加速，宇宙将以冰冻状态终结。”另外，3人的研究，确认了最初由科学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的一种理 论，即他称之为“宇宙学常数”的理论。1998年，珀尔马特主持一个研究小组，施密特则主持成员包括里斯的另 一个研究小组。两个小组各自努力，相互“竞争”，而观测结果可谓“不约而同”。评审委员会宣布，奖金1000 万瑞典克朗（约合146万美元），珀尔马特获二分之一，施密特和里斯获另外二分之一。

“我这一生最大的错误就是错误地引进了宇宙常数项”(Einstein) — 21世纪初天文学家发现宇宙加速膨胀,
Einstein 的宇宙常数项 成了现代宇宙学研究的中心环节 宇宙暗能量的研究 (2019年以来)
Lemaitre的原始原子理论
•1927年，比利时传教士和天文学 家G. Lematire重新得到Einstein 引力场方程的Friedman解。
zHd VHd c
H: Hubble常数
所有遥远的河外星系的光谱线全部都在远离我们运动，而且距离愈 远的星系，远离速度愈快。 宇宙正在膨胀 (Lematire, 1927)
物理本质
光子的波长随着宇宙的膨胀在同步膨胀。
如何看待宇宙学红移与Doppler红移？宇宙学红移是不是Doppler红 移?
L
L ~ 31018 厘米 ~ 4.3 光年 ~ 2.7 105 天文单位(AU)
8.6 kpc ~ 2.8 x 104 ly
银河系 我们在此
星系集团 (Hercules)
10 25 厘米
几千个星系
最遥远的星系
L
L ~ 1026 厘米
TL ~ 31015 s
Source: Hubble Space Telescope web page (Courtesy NASA)
Hubble 定律告诉我们，我们所处的宇宙正在膨胀
说明宇宙早期是高温、高密的状态
• 1940s Gamov和Alpher首先提出宇宙起源 于约150亿年前一次猛烈的巨大爆炸。
• 宇宙的爆炸是空间的膨胀，物质则随着空 间膨胀（宇宙是无中心的）。
• 随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原 初元素相继形成 。
宇宙大尺度结构
(bubbles 200 Mly across)

应被用于维生素A合成的一步。有机锂化物加成到醛和酮上，得到水解时能产生醇的加成产物。 由锂和氨反应制得的氨基锂被用来引入氨基，也被用作脱卤 试剂和催化剂。 [] 生理 当狼吃下含有锂化合物的肉食后，能引起消化不良，食欲大减，从而改变狼食肉的习性，这种习性还具有遗传性。 人类对金属锂的 应用已有了良好的开端，但由于锂的生产工艺比较复杂，成本很高。如果人们一旦解决了这些问题，锂的优良性能将得到进一步的发挥，从而扩大它的应用 范围。 [] 其他 锂能改善造血功能，提高人体免疫机能。锂对中枢神经活动有调节作用，能镇静、安神，控制神经紊乱。锂可置换替代钠，防治心血管疾病。 人体每日需摄入锂.mg左右。 锂的生物必需性及人体健康效应。锂是有效的情绪稳定剂。随着新的情绪稳定剂的出现，对锂治疗的兴趣和研究虽已减少，但 锂仍是治疗急性躁狂症和躁狂-抑郁病预防性管理的最有效措施。许多研究证明，锂对动物和人具有必需功能或有益作用。动物缺锂可导致寿命缩短、生殖异 常、行为改变及其他异常。人类流行病学研究显示，饮水锂浓度与精神病住院率、杀人、自杀、抢劫、暴力犯罪和度品犯罪率呈显著负相关。度品犯的营养 性锂补充研究证
自学第一节３分钟目标：
１知道自然界是由各种各样 的物质组成
２知道物质是由分子或原子组成．记
住阿伏加德罗
３了解微观粒子的种类和原子 模型
优点，已被广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。用锂电池发电来开动汽车，行车费只有普通汽油发动机车的/。由锂制取氚，用来发动原子电池组， 中间不需要充电，可连续工作年。要解决汽车的用油危机和排气污染，重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。 锂化合物早先的重要用途之一是用
自学第二节目标:
1,知道物质是由分子组成的,分 子与分子之间存在着间隙.
2,知道物质是由分子组成的,分子是 在永不停息地运动着.

L
L ~ 31018 厘米 ~ 4.3 光年 ~ 2.7 105 天文单位(AU)
8.6 kpc ~ 2.8 x 104 ly
银河系 我们在此
星系集团 (Hercules)
10 25 厘米
几千个星系
最遥远的星系
L
L ~ 1026 厘米
TL ~ 31015 s
Source: Hubble Space Telescope web page (Courtesy NASA)

zHd VHd c
H: Hubble常数
所有遥远的河外星系的光谱线全部都在远离我们运动，而且距离愈 远的星系，远离速度愈快。
宇宙正在膨胀 (Lematire, 1927)
物理本质
光子的波长随着宇宙的膨胀在同步膨胀。
如何看待宇宙学红移与Doppler红移？宇宙学红移是不是Doppler红 移?
0/1a0/a1
宇宙大爆炸
彭秋和 (南京大学天文系)
太阳系
水星 金星 地球 火星
类地行星
木星 土星 天王星 海王星
类木行星
日地距离 (1 AU---天文单位)
L
地球
L ~ 1.51013 厘米 = 1.5 亿公里 T ~ 3.1107 秒 (1年)
离我们最近的恒星
Centauri Proxima (半人马座)比邻星
个起斥力作用“宇宙常数”Λ项,得到一个静态宇宙模型。
1922年，俄国数学家A. Friedman求得不含“宇宙常数”项的引 力场方程的均匀的和各向同性的通解。 在这个模型中宇宙是膨胀的，膨胀宇宙的演化取决于宇宙中的物质
自引力或密度ρ的大小。
“我这一生最大的错误就是错误地引进了宇宙常数项”(Einstein) — 21世纪初天文学家发现宇宙加速膨胀,

太阳啥时变成红巨星？
50亿年后，我们的太阳也将由主序星演变成这样的红巨星，膨胀 的太阳将逐步燃烧吞食水星、金星和地球。地球的轨道将被包在 红巨星之内。海洋将全部沸腾蒸干，地球的残骸将继续在红巨星 内部公转，红巨星外层气体灼热而稀薄，比我们实验室中所能得 到的最好的真空还要空，所以地球仍然存在，并继续转动。当然 生命已不可能在地球上生存。
不同类型的恒星：
（1）规模较小的星云形成一个孤立的恒星, （2）大的星云由于密度不均匀,其中有几个质量中心,因而形 成双星、聚星或星团。 （3）质量非常小的星云,不能收缩成为恒星
恒星的存在，一方面依赖于万有引 力把物质聚集在一起，不至于漫天 飞扬，另一方面则靠热核反应产生 的热量，造成粒子迅速运动，产生 排斥效应，使物质不至于收缩到一 点。正是万有引力的吸引作用与热 排斥作用这对矛盾的存在，才保证 了恒星的生存。
------原恒星
恒星形成理论: 弥漫学说
散布于空间弥漫物质在引力作用下凝聚为恒星
（1）宇宙空间存在着大量的星际物质（星际气体--主要由氢和氦组成、星
际尘埃、宇宙线与星际磁场）
（2）由于星际物质密度的不均匀性，形成了一些密度较大区域，星际物质
受到万有引力的作用，便聚集到这些区域，形成星云。 （3）弥漫星云在引力作用下，不断收缩成比较密集的气球体，在收缩过程 中，引力势能转化成热能，使原本很冷的物质温度升高
恒星的中年
------主序星
恒星中氢燃烧生成氦的热核反应，大约可以维持100亿 年，这时，恒星处在一个长期稳定的时期，这个时期约占 恒星寿命的99%。这样的恒星称为主序星。我们的太阳就 是处于主序星阶段的恒星，它的中心温度高达1500万度， 压强达到3×1016Pa，那里正进行着猛烈的热核反应。主序 星阶段会占居恒星一生寿命的大半辈子，是恒星最稳定的 阶段。太阳已经在主序星阶段燃烧了50亿年，目前正处在 它的中年时期。

绍
6
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆
炸 理 论
• 大爆炸后0.1秒后 300亿度， • 中子而质去。子比从1.0下降到0.61。
的
介
绍
7
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 炸 理
• 大爆炸后1秒后 100亿度， • 中微子向外逃逸，
论 • 正负而电去。子湮没反应出现，
大
爆 • 大爆炸后30万年后 3000度，
炸 理 论
• 化学结合作用使中性原子形成，
•
宇宙主要成分为气态物质， 而去。
的 • 并逐步在自引力作用下凝聚成密度
介
较高的气体云块，
绍 • 直至恒星和恒星系统。
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发现1、所有的星系都在远离我们
大
爆
炸
理
论
而去。
的
介
绍
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发现1、所有的星系都在远离我们
无论地球上观察，还是在其它星球上观 察，都 可以而去观。 察到其它星球都在远离观 察点而去，这是宇宙膨胀的结果。其实， 大爆炸而产生宇宙的理论也不能确定起 始爆炸中心。
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发现1、所有的星系都在远离我们 大爆炸理论主要观点
大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以
粒子的形式、极高的温度、极大的密度，被挤
压在一个“而去原。 始火球” 中。
大爆炸使物质四散出击，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。
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发现1、所有的星系都在远离我们 宇宙的命运
宇宙起源于大爆炸大爆炸理论的介绍?大爆炸后30万年后3000度?化学结合作用使中性原子形成?宇宙主要成分为气态物质?并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块?直至恒星和恒星系统

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。
迷惑之处
宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙 当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，即将人类至 今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小 空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关 系考虑，一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量 从何而来呢？
大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：
（1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后 产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降 至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种 天体年龄的测量证明了这一点。
（2）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且 红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解 释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。
所以不会无限膨胀。
稳态理论
诸如希腊哲学家亚里士多德的 一些人，他们不喜欢宇宙有个 开端的思想。他们觉得这意味 着神意的干涉。他们宁愿相信 宇宙已经存在了并将继续存在 无限久。某种不朽的东西比某 种必须被创生的东西更加完美。 他们对有关人类进步的诘难的 回答是：周期性洪水或者其他 自然灾难重复地使人类回到起 始状态
相关说法 ：虫洞喷发说
：我们现在所生存的宇宙起源于一次时空之门的开启。 在许许多多平行宇宙中，有一个极其普通的平行宇宙， 在这个宇宙中，质量最大的一个黑洞的不断地吞噬宇 宙中的其他天体，它的质量 虫洞喷发说不断增大，大 到其万有引力可以摧毁一切物质形态，首先将其核心 变为能量体，能量逐渐积蓄，最终冲破其外壳，向外 释放能量，形成虫洞，时空之门打开。当能量释放完 全后，虫洞停止喷发，时空之门关闭。而喷出来的高 能粒子，经过漫长的演变后，形成了我们现在所生存 的宇宙；那个喷发的虫洞则变为先前那个平行宇宙中 的一个普通的天体，这也是我们不能找到宇宙的中心 的原因。