《现代宇宙学》思考题和习题精解

断膨胀吗？宇宙真的是由一次热大爆炸中形成的吗？如果真的是，那么大爆炸之前的所谓 数学奇点是什么东西？它是怎么形成的？大爆炸前一秒钟的激发机制又是什么？有证据表 明，在最初的时刻，宇宙经历了又一次的巨大爆炸，称为膨胀，这样宇宙中的最大星体就起源于亚原子量子态的绒毛微细结构。

这一膨胀的根本物理原因是个谜。

项目是利用美国新墨西哥州的 ApachePoint 观测站 2.5 米的天体望远镜来观测可见宇宙的 实验。

该项目完成对整个天空四分之一的系统测绘任务后，产生详细的图像，确定一亿个 以上的天体的位置和绝对亮度，将在某种程度上阐明膨胀之谜。

该实验还将测量距像。

最后，使我们前所未有地了解到可见宇宙边缘的物质分布情况。

这会提供质量密度中表现为不同形式的一种力，那么大爆炸时期温度极高、密度极大的宇宙中，重力、强力、 粒子和反粒子之间就没有什么区别了，爱因斯坦的物质和时空理论是以更普通的水准点为 基础，因此无法解释宇宙初始时炙热的弹丸之地是如何膨胀成今天我们看到的景象的，我、现代宇宙学中的几个问题在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。

康德说过： 有两种事物，我 们愈是沉思， 愈感到它们的崇高和神圣， 愈是增加虔诚与信仰， 这就是头上的天空和心中的 道德律。

”古代天文学，以天体测量为主，主要研究天体在空间的位置及其运动；至牛顿时 代，牛顿创立牛顿力学， 使天文学出现了一个新的分支 -- 天体力学， 这是天文学发展历史上 的一个巨大飞跃； 以爱因斯坦提出广义相对论为标志， 天体物理学自此诞生并一跃成为天文学研究的主流…。

现代宇宙学从整体上研究大尺度的时空性质,物质运动的规律。

它是当代 天文学中最活跃的前沿阵地之一。

现代宇宙学的最大特征是必须尊重观测到的客观事实， 须能在理论物理学的基础上给予科学的说明。

它涉及到恒星的起源和演化， 星系的起源和演 化，元素的起源和演化等多方面的基础理论问题。

1、量子引力如何帮助解释宇宙起源？ 现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子 粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二 为一，得到一种“万物至理” -- 即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何 随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫 M 理论--这是其名称的最新"升级版”， M 代表“魔法” (magic)、"神秘” (mystery 或“所有理论之母” (motherof all theories).宇宙真的是在不Sloan 数字寻天100 万多个最近星系的距离，通过一个比我们到目前探索大100 倍的体积，给出宇宙一个三维图原始波动情况，膨胀的结果应该是这样。

宇宙篇综合练习太阳系1．光年是一个量度宇宙恒星之间距离的单位，记作l.y.。

1光年等于光在1年内走过真空的路程，请估算1光年的数量（3.9万亿千米）。

2．离我们最近的恒星“半人马座”的α星距离地球约为多远（ 4.3光年）。

3．1918年，沙普利得出银河系是一个透镜型庞大天体的结论，其直径达10万光年，请描述太阳处于银河系的什么地方（猎户旋臂外缘离中心3万光年的地方）。

4．太阳是太阳系质量最大的天体，它占据了整个太阳系总质量的多少（99.7% ）。

5．在八大行星中，水星是最小的也是距离太阳最近的一颗，它的昼夜温差也是最大的，请问水星的昼夜温差可达到多少（ 300 ）℃。

6．金星是地球的近邻，科学家认为它是一颗被失控的温室效应主宰的）？大气压大约是地球大气压的星球，其大气的主要成分是什么（CO2多少倍（90）？7．剧烈的温室效应使金星成为八大行星中最热的星球，表面的温度大约为多少度（ 460℃）？8．木星是太阳系中最大的行星，其质量为地球的多少倍（318 ）？体积超过地球至少倍（1300）。

9．土星是八大行星里卫星最多的，目前已经探测到较大的土卫至少有多少颗（ 17 ）？10．天王星在八大行星里十分独特，主要表现在什么地方（几乎“横躺”在公转轨道面上）？(*)11．太阳系除太阳以外还有哪些成员？它们是怎样分类的？各有什么特点？答：除太阳以外,还有行星、卫星、彗星行星,又可分为大行星、矮行星和小行星.大行星又可分为类地行星和类木行星类地行星包括水星、金星、地球、火星,特点是体积小,以硅酸盐岩石为类木行星包括木星、土星、海王星和天王星,特别是体积大,以氢、氦、甲烷等为主要成分,有光环.矮行星以冥王星为代表,主要分布在太阳系外围.小行星以第谷神星为代表,主要分布在木星与火星之间卫星,绕行星公转的即为卫星,比较多,如土星自己就有23颗卫星,比较有名的有月球、木卫一、二、三、四,土卫六等.彗星,较著名的有哈雷等,有些彗星周期长达数千年,还有很多彗星我们尚未观测到.慧星分裂会在原轨道上形成流星雨带,当地球掠过时,就会产生流星雨.黑洞1．法国天文学家拉普拉斯提出的关于黑洞的预言建立的理论基础之是什么（牛顿经典力学）？2．德国天文学家史瓦西提出的关于黑洞的预言建立的理论基础之是什么（广义相对论）？3．根据拉普拉斯以及史瓦西关于黑洞预言的推算，若将太阳变成一个黑洞，需要将其半径压缩成半径为多大的球体（3km）?4．根据拉普拉斯以及史瓦西关于黑洞预言的推算，要使我们的地球成为黑洞，就必须把它压缩成半径为多大的球体（3mm）？5．按照人们对于黑洞的分类，“史瓦西黑洞”是由什么星体演化而来的（原质量大于太阳8倍的恒星）？6．根据广义相对论，黑洞实际上是一个特殊的星体，连光线也无法逃脱这个区域。

1.1〔〕较正确地反映了太阳系的实际，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，从根本上动摇了"人类中心论〞的神话。

A.托勒玫的地心说B.哥白尼的日心说C.银河的系发现D.广阔恒星世界的发现正确答案：B你选对了2科学家根据拍照发现，几乎所有宇宙星系的*种元素的光谱线，相对于地球实验室同种元素的广谱线，都具有明显而普遍的〔〕现象，于是根据物理学的多普勒效应，科学家进一步得出了"目前宇宙正在膨胀〞的结论。

A.减弱B.增强C.红移D.蓝移正确答案：C你选对了1.21718年，〔〕将自己的观测数据同1000多年前托勒玫〔Claudius Ptolemaeus，约90-168〕时代的天文观测结果相比拟，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。

A.哈雷B.哈勃C.斯特鲁维D.勒维特正确答案：A你选对了218-19世纪中期，〔〕兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出"银河是一个星系〞的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂构造，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。

A.伽利略B.哈雷C.威廉·赫歇尔D.哈勃正确答案：C你选对了1.3(2分)18-19世纪中期，〔〕兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出"银河是一个星系〞的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂构造，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。

得分/总分A.威廉·赫歇尔2.00/2.00B.哈勃C.伽利略D.哈雷2单项选择(2分)科学家根据拍照发现，几乎所有宇宙星系的*种元素的光谱线，相对于地球实验室同种元素的广谱线，都具有明显而普遍的〔〕现象，于是根据物理学的多普勒效应，科学家进一步得出了"目前宇宙正在膨胀〞的结论。

第6课浩瀚的宇宙一、填空题。

1.我们看到夜空中璀璨闪亮的银河光带，其实是由大约2000亿到4000亿颗组成的。

2.银河系像一个，银盘直径约万光年；又像一个旋涡，它有多条。

太阳在其中一条支臂上，距离银河系中心约万光年。

二、判断题。

1.太阳是银河系中唯一能够自身发光的恒星。

（）2.宇宙空间分布着大小不同的天体系统，银河系只是其中之一。

（）3.宇宙中的星系秩序井然，星系之间不会发生碰撞的情况。

（）4.太阳系只是银河系的一小部分。

（）三、选择题。

1.从结构图看，银河系是由（）组成的。

A.银心和银盘B.核心和核面C.核球和盘面2.下列关于恒星的说法，正确的是（）A.所有恒星都会有节奏地收缩B.所有恒星都在膨胀并向外抛射物质C.所有恒星都在不停地高速运动3.图片中展示的大体系统面（）A.仙女座星系B.旋涡星系 M104C.大犬星座4.“大爆炸宇宙论”认为宇宙诞生于大爆炸，爆炸引起宇宙膨胀，并认为（）A.宇宙仍处在不断地膨胀中B.宇宙膨胀已经结束，且即将面临收缩C.宇宙处于既不膨胀也不收缩的静止状态5.下列说法正确的是（）A.人们用天文望远镜观察到了宇宙边缘B.光年是一个时间单位，用来衡量光运行的时间C.恒星会出现从诞生到消亡的变化过程四、根据所学知识，将下面的结构图补充完整。

五、根据所学知识和银河系模型，回答下列问题。

1.判断对错：在利用陀螺、纸片、米粒等材料制作银河系模型时，一颗米粒代表一个行星。

（）2.下列关于建立银河系模型的操作，合理的是（）A.先画好银河系的“核球”以及“旋臂”B.先把纸片固定在陀螺上再剪C.把米粒轻轻摆放在纸片上即可3.如果在未来的某一天，我国的“天眼”接收到外星人发出的信号，关于如何将准确的通信地址发送给“他们”，下列说法正确的是A.我们可以从银河系一太阳系-地球-中国这样的层级详细说明B.宇宙正在不断地运动、变化着，多年后我们在银河系的位置可能会发生变化C.只需描述星系，不必描述如太阳系在距银河系中心多少光年等具体信息六、阅读材料，判断下列说法的正误。

1.1（）较正确地反映了太阳系的实际，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，从根本上动摇了“人类中心论”的神话。

A.托勒玫的地心说B.哥白尼的日心说C.银河的系发现D.广阔恒星世界的发现正确答案：B你选对了2科学家根据拍照发现，几乎所有宇宙星系的某种元素的光谱线，相对于地球实验室内同种元素的广谱线，都具有明显而普遍的（）现象，于是根据物理学的多普勒效应，科学家进一步得出了“目前宇宙正在膨胀”的结论。

A.减弱B.增强C.红移D.蓝移正确答案：C你选对了1.21718年，（）将自己的观测数据同1000多年前托勒玫（Claudius Ptolemaeus，约90-168）时代的天文观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有了明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。

A.哈雷B.哈勃C.斯特鲁维D.勒维特正确答案：A你选对了218-19世纪中期，（）兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出“银河是一个星系”的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。

A.伽利略B.哈雷C.威廉·赫歇尔D.哈勃正确答案：C你选对了1.3(2分)18-19世纪中期，（）兄妹及父子，通过数遍天上星星等大量观测事实提出“银河是一个星系”的观点，第一次为人类确定了银河系的盘状旋臂结构，把人类的视野从太阳系伸展到10万光年之遥，树立了继哥白尼以后开拓宇宙视野的第二个里程碑。

得分/总分A.威廉·赫歇尔2.00/2.00B.哈勃C.伽利略D.哈雷2单选(2分)科学家根据拍照发现，几乎所有宇宙星系的某种元素的光谱线，相对于地球实验室内同种元素的广谱线，都具有明显而普遍的（）现象，于是根据物理学的多普勒效应，科学家进一步得出了“目前宇宙正在膨胀”的结论。

得分/总分A.减弱B.增强C.蓝移D.红移2.00/2.003多选(2分)以托勒密模型为代表的日心说虽然较正确地反映了太阳系的实际，并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，但是由于当时的科技水平和观测的局限，其陈述也有一些错误，即（）。

2、现代宇宙学中的几个问题在所有科学学科中，宇宙学是最吸引公众的学科之一。

康德说过：“有两种事物，我们愈是沉思，愈感到它们的崇高和神圣，愈是增加虔诚与信仰，这就是头上的天空和心中的道德律。

”古代天文学，以天体测量为主，主要研究天体在空间的位置及其运动；至牛顿时代，牛顿创立牛顿力学，使天文学出现了一个新的分支--天体力学，这是天文学发展历史上的一个巨大飞跃；以爱因斯坦提出广义相对论为标志，天体物理学自此诞生并一跃成为天文学研究的主流…。

现代宇宙学从整体上研究大尺度的时空性质，物质运动的规律。

它是当代天文学中最活跃的前沿阵地之一。

现代宇宙学的最大特征是必须尊重观测到的客观事实，必须能在理论物理学的基础上给予科学的说明。

它涉及到恒星的起源和演化，星系的起源和演化，元素的起源和演化等多方面的基础理论问题。

1、量子引力如何帮助解释宇宙起源？现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”--即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”（ｍａｇｉｃ）、“神秘”（ｍｙｓｔｅｒｙ）或“所有理论之母”（ｍｏｔｈｅｒｏｆａｌｌｔｈｅｏｒｉｅｓ）．宇宙真的是在不断膨胀吗？宇宙真的是由一次热大爆炸中形成的吗？如果真的是，那么大爆炸之前的所谓数学奇点是什么东西？它是怎么形成的？大爆炸前一秒钟的激发机制又是什么？有证据表明，在最初的时刻，宇宙经历了又一次的巨大爆炸，称为膨胀，这样宇宙中的最大星体就起源于亚原子量子态的绒毛微细结构。

这一膨胀的根本物理原因是个谜。

Sloan 数字寻天项目是利用美国新墨西哥州的ApachePoint观测站2.5米的天体望远镜来观测可见宇宙的实验。

《现代科学与技术概论》练习题、思考题、实验指导等练习题：1.细胞学说的创立者是（）A.虎克；B.施莱登；C.谢林；D.奥肯2.《心血运动论》的作者是（）A.塞尔维特；B.盖伦；C.哈维；D.迈尔3.第一次技术革命的发生地是（）A.英国；B.美国；C.法国；D.德国4.第二次技术革命的标志是（）A.蒸汽机技术；B.化工技术；C.纺织技术；D.电力技术5.X射线的发现者是（）A.伦琴；B.居里夫人；C.贝克勒尔；D.汤姆生6.放射线的发现者是（）A.伦琴；B.克鲁克斯；C.贝克勒尔；D.汤姆生7.电子的发现者是（）A.瓦利；B.汤姆生；C.居里夫人；D. 贝克勒尔8.模糊数学的创立者是（）A.托姆；B.阿达马；C.查德；D.莱布尼茨9.一般系统论的提出者是（）A.贝塔朗菲；B.泰勒；C.维纳；D.申农10.控制论的创始人是（）A.泰勒；B.维纳；C.申农；D.贝塔朗菲11.信息论的创始人是（）A.泰勒；B. 贝塔朗菲；C. 维纳；D. 申农12.宇宙大爆炸模型的提出者是（）A.伽莫夫；B.牛顿；C.爱因斯坦；D.哥白尼13.《海陆的起源》的作者是（）A.霍姆斯；B.曼尼兹；C.赫斯；D.魏格纳思考题：第一部分1．简要叙述宇宙膨胀的发现原理及发现途径。

2．叙述“哈勃定律”的内容和公式，谈谈它的作用和意义。

3．恒星辐射能量的来源有哪些？4．结合恒星的分类叙述恒星演化的四个阶段及最终的演化结果。

5．黑洞家族都有哪些成员，各有什么特点？6．目前已初步观测到哪几个可能是黑洞的天体？7．通过上网浏览搜集关于“超级大黑洞”的报道资料，你从这些资料能够的出怎样的认识和推断？8．简述人类对宇宙认识的发展进程，你丛这一进程大概能得出怎样的思考？9．如果宇宙是静态而无限的，将会引出哪几个“理论与现实不能自恰”的矛盾（佯谬）？10．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。

11．20世纪天文学的四大发现是什么？12．讨论题：宇宙会永远膨胀下去吗？13．讨论题：我们有可能向地外空间移民吗？14．结合阅读书籍上网浏览，写一篇综述报告，题目是“星系的产生与演化”。