宇宙大爆炸ppt

广漠空间 1、宇宙是＿ ＿＿和其中存在的 各种 ＿＿ 天体 弥漫物质 物质世界 ＿＿以及＿＿＿＿的总称。宇宙是＿ ＿＿＿。 运动 发展 它处于不断的＿ ＿和＿ ＿中。 星系 2、宇宙中有上千亿的＿＿＿，平均每 恒星 各类天体 一星系又约有上千亿的＿＿及＿＿＿＿＿。
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
四、宇宙的将来
1、宇宙的将来是由现在观察到的宇 宙中物质的多少（宇宙密度）决定的。
2、如果宇宙密度大于4.5×1027 ㎏/m3， 宇宙将会收缩，最终回到高温高密状态；
如果宇宙密度小于4.5×1027 ㎏/m3 ， 宇宙将永远膨胀下去，最终消亡在接近 绝对零度的冷寂世界中。
3、科学家发现： 宇宙不仅在膨胀， 而且在加速膨胀， 因此，宇宙很可能永 远膨胀下去。
二、热大爆炸的证据---微波背景辐射 微波背景辐射为宇宙起源于热大 爆炸提供了证据，3K（-270℃ ）就是 热大爆炸留下的余温。
三、宇宙的演化
大爆炸 → 出现复合原子核（3分钟） → 出现原子（100万年）
→ 出现恒星和星系（10亿年）
→ 太阳和地球诞生（100亿年）
大爆炸宇宙产生示意图
宇 宙 大 爆 炸
宇宙的命运
史蒂芬 • 霍金
霍金预言宇宙的两种结局： 1、会永远的膨胀下去。 2、或者会塌缩而在大挤压处终结
史蒂芬 · 霍金，广泛尊崇为继爱因 斯坦之后最杰出的科学家。 黑洞理论 和“大爆炸”理论的创立人， 著名的 《时间简史》的作者。
17岁的霍金患病后只能永远坐在轮
椅上并且失去了语言能力，这位全身只 有三个手指能动的残疾人，却依靠惊人 的毅力完成了一系列惊人的关于大爆炸 和黑洞的理论。

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。
12/10/2021
第三页，共十八页。
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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第十四页，共十八页。
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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第十八页，共十八页。
第十页，共十八页。
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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第十一页，共十八页。

5、史蒂芬·霍金的宇宙无边界设想是现 代宇宙学的重要基石之一，这种设想的主要 内容是：第一，宇宙是＿无边的＿＿，它没有 “外面”;
第二，宇宙不是可以任意赋予初始条件 和边界的一般系统 。霍金预言宇宙有两种 结局：一是它可以永＿远＿膨胀＿下＿去＿＿；二是它 会塌缩而在大＿挤＿压处＿＿＿终结。问答推广 知道问答 钙痋耶宇宙的命运
史蒂芬 • 霍金
霍金预言宇宙的两种结局： 1、会永远的膨胀下去。 2、或者会塌缩而在大挤压处终结
史蒂芬 ·霍金，广泛尊崇为继爱因 斯坦之后最杰出的科学家。 黑洞理论 和“大爆炸”理论的创立人， 著名的 《时间简史》的作者。
17岁的霍金患病后只能永远坐在轮 椅上并且失去了语言能力，这位全身只 有三个手指能动的残疾人，却依靠惊人 的毅力完成了一系列惊人的关于大爆炸 和黑洞的理论。
4、有关宇宙的起源的说法，得不到科学 支持的说法是 (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 炸中诞生的
C、宇宙是相当近的过去创生的，十七世纪 时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前 4004年
D、大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在 “原始火球”之前到底存在着什么东西
§1-2、热大爆炸宇宙模型
一、宇宙的起源 1、宇宙起源于150亿年前的热大爆炸 2、宇宙大爆炸是没有中心的爆炸 3、伽莫夫提出了热大爆炸宇宙理论
宇宙形成的理论之一
—大爆炸宇宙论
最初的宇宙没有空间和时间，温度极高，在100 亿度以上。物质密度也相当大。宇宙间只有中子、 质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的 物质。全部的物质和能量集中在一点 ——“奇点”。 现在观测到的宇宙开始于150亿年一次大爆炸。大 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10亿度左右时，化学元素开 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。

讓我們來看兩張圖片吧
古時
宇宙大爆炸理论告诉我们，宇宙大爆炸伊 始，宇宙间只有能量。这验证了古代思想 家们的直觉。古希腊哲学家柏拉图提出 “从一发散”；中国古代《道德经》中认 为“一生二，二生三，三生万物。”这个 “一”就是能量。其后，能量凝聚成基本 粒子。就此，宇宙的演化开始了：能量→ 基本粒子→原子、分子→无机界→生物界 →人类
1
一、采用哈特尔－霍金无边界条件的时空有限模型； 采用哈特 哈特尔 霍金无边界条件的时空有限模型； 大爆炸理论的确给出了一个有限的时间， 大爆炸理论的确给出了一个有限的时间，但它的成 立并不需要奇点的存在。 立并不需要奇点的存在。 二、认为暴涨是由于弦理 论中膜的运动的膜宇宙模型；一个前大爆炸模型； 论中膜的运动的膜宇宙模型；一个前大爆炸模型； 认为大爆炸是由于膜彼此碰撞产生的ekpyrotic模型 模型； 认为大爆炸是由于膜彼此碰撞产生的ekpyrotic模型； 以及ekpyrotic模型的变种 模型的变种——循环模型 循环模型， 以及ekpyrotic模型的变种——循环模型，认为这种 膜的碰撞是周而复始的。在循环模型中， 膜的碰撞是周而复始的。在循环模型中，大挤压跟 随在大爆炸之后发生， 随在大爆炸之后发生，并且宇宙永不停歇地进行着 这种循环。 混沌暴涨理论， 这种循环。 三、混沌暴涨理论，在这一理论中宇宙 的暴涨会在随机的地方发生局部停止， 的暴涨会在随机的地方发生局部停止，每一个停止 点都会发生自身的大爆炸并由此膨胀出新的气泡宇 宙。 后两类设想都把大爆炸看作只是一个更庞大且 更古老的宇宙（ 平行宇宙）中的一个事件， 更古老的宇宙（即平行宇宙）中的一个事件，而非 传统意义上的宇宙开端。 传统意义上的宇宙开端。
宇宙大爆炸
學說
宇宙大爆炸
宇宙大爆炸(Big Bang)是一种学说，是根 据天文观测研究后得到的一种设想。 大 约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度 密集在一点，有着极高的温度，因而发生 了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向 外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。

§1-2、热大爆炸宇宙模型
一、宇宙的起源
1、宇宙起源于150亿年前的热大爆炸 2、宇宙大爆炸是没有中心的爆炸
3、伽莫夫提出了热大爆炸宇宙理论
宇宙形成的理论之一 —大爆炸宇宙论
最初的宇宙没有空间和时间，温度极高，在100 亿度以上。物质密度也相当大。宇宙间只有中子、 质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的 物质。全部的物质和能量集中在一点 ——“奇点”。 现在观测到的宇宙开始于150亿年一次大爆炸。大 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10亿度左右时，化学元素开 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。
四、宇宙的将来
1、宇宙的将来是由现在观察到的宇 宙中物质的多少（宇宙密度）决定的。
2、如果宇宙密度大于4.5×1027 ㎏/m3， 宇宙将会收缩，最终回到高温高密状态；
如果宇宙密度小于4.5×1027 ㎏/m3 ， 宇宙将永远膨胀下去，最终消亡在接近 绝对零度的冷寂世界中。
3、科学家发现： 宇宙不仅在膨胀， 而且在加速膨胀， 因此，宇宙很可能永 远膨胀下去。
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个价格可合适？”乔氏说：“不会错的，他们在这一带的口碑很好，已经做了好多年了。”耿老爹说：“我看那头儿是 一个很实在的人，不但吩咐刚走的那俩伢子要把大木桶装满当装结实，还借给了咱们这把据他说很好用的泥叶子，还有 这泥托子、翻动搅拌石灰泥用的小铲子和木棍儿；喏，还送了这包上好的榆皮毛拉絮，我正在考虑上哪里去买呢！”耿 英说：“我看也是，这个人很不错！”耿正则高兴地说：“正好我也有泥叶子和泥托子使用了！”小青说：“姆妈你是 没有看见，我耿伯伯可会和人谈生意啦。依我看啊，这样的谈法，即使他们多给了咱们石灰膏，并且又借工具又送榆皮 毛拉絮的，心里也是非常高兴的。看得出来，我耿伯伯可真正是一个做生意的好手啊！”耿直挺了挺脖子骄傲地说： “嗬，这算什么啊。小青姐姐你是没有看见我爹在汉口镇上是怎样开我们的“耿记粮油零售店”的，那才叫带劲儿哪！” 耿老爹笑着说：“小直子，你就夸你爹吧！我有多大的本事，难道自己还不知道嘛。学着干呗。依我说这人哪，只要想 做一件事情，不管是大事情还是小事情，都必须得想办法做到最好才行。这实际上啊，我们做事的过程，也就是学习的 过程；而其中最重要的是，一定要学会总结经验，知道汲取教训，并且还要将心比心，理解人心。我们大家一辈子都在 学习呢。”乔氏听了耿老爹这一番话，心里说：要不这耿家仨兄妹一个比一个有出息呢，感情这耿大哥教子有方耶！如 果这正伢子真能成为我家女婿的话，那我可得把菩萨请到家，早晚三柱香了呢！这样想着，乔氏高兴地回屋准备午饭去 了。耿老爹对小青和耿正兄妹三人说：“我们必须给这些大桶里的石灰膏少量地淋洒一些清水，然后用湿布盖起来，不 能让表面上的石灰膏风干了！”耿英赶快端来一盆清水，耿正和耿直用手攫着淋在石灰膏的表面上。小青拿来一些布片， 泡在水盆里弄湿了，和耿英一起，把八大桶石灰膏蒙得严严实实的。耿老爹把那包榆皮毛拉絮等分成八份，将其中的一 份泡在水盆里，剩下的七份用七块儿布片包起来。然后对小青和耿英说：“没有你俩的事情了，帮着做饭去吧。我们三 个再收拾一下屋子，摆好高架凳子，咱们下午就开始亮家！”111第三十一回 船老大看好耿老爹|（船老大看好耿老爹， 有意充当月下老；乔氏不忘亡夫情，耿大哥可敬永为兄。）白百大的“百日”祭就要到了，乔氏母女俩早早就准备好了 各种祭品。那日早饭后，大家都待在家里，静等船老大派马车来接。不一会儿，一阵轻轻的叩门声，耿正赶快去打开院 门。出乎意料的是，敲门的竟然是船老大。耿正奇怪地问：“老大伯，您怎么亲自来啦？”船老大说：“我想过来看看 啊！你爹也在吗？”耿正赶快往里让，说：“在，都在

04
机械运动概念——时间&时刻
思考： ① 时光机究竟有没有可能制造？ ② 时光倒流能否存在？ ③ 穿越究竟是什么原理呢？
Q1：时光机究竟有没有可能制造？
——时光旅行难成现实。 需寻找或制造一个虫洞：这是连接空间中两地点 的一种隧道。大的虫洞也许自然存在于太空深处， 是大爆炸的遗迹。要不然我们就只好拿次原子虫洞 来充数。它们可能自然存在（有人说它们就在你我 周遭不断冒出又消失），或是人造的（譬如此处所 想像，由粒子加速器制造）。这些小虫洞必须放大 到有用的大小，譬如用上类似大爆炸後让空间膨胀 的能量场。
成熟阶段
根据大爆炸宇宙论，早期的宇宙是一大片由微观 粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以 很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的 温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志， 因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低， 使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
03
主要证据及观测 事实
红移现象
美国天文学家哈勃把一个天体的光谱向长波（红） 端的位移叫做多普勒红移。通常认为它是多普勒效 应所致，即当一个波源（光波或射电波）和一个观 测者互相快速运动时所造成的波长变化。美国天文 学家哈勃于1929年确认，遥远的星系均远离我们地 球所在的银河系而去，同时，它们的红移随着它们 的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈 勃定律，它成为星系退行速度及其和地球的距离之 间的相关的基础。这就是说，一个天体发射的光所 显示的红移越大，该天体的距离越远，它的退行速 度也越大。
验证阶段
但是自从1922年美国天文学家埃德温· 哈勃开始 观测到到“红移现象”开始，有关“宇宙胀”的 观点开始形成。 1929年，埃德温· 哈勃总结出了一个具有里程碑意义 的发现，即：宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早 先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100 亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方， 所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻， 当时宇宙处于一个密度无限的奇点。

5、史蒂芬· 霍金的宇宙无边界设想是现 代宇宙学的重要基石之一，这种设想的主要 无边的 内容是：第一，宇宙是＿ ＿＿，它没有 “外面”; 第二，宇宙不是可以任意赋予初始条件 和边界的一般系统 。霍金预言宇宙有两种 永远膨胀下去 结局：一是它可以＿＿ ＿＿＿＿；二是它 大挤压处 会塌缩而在＿ ＿＿＿＿终结。
4、有关宇宙的起源的说法，得不到科学 支持的说法是 (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 炸中诞生的 C、宇宙是相当近的过去创生的，十七世纪 时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前 4004年 D、大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在 “原始火球”之前到底存在着什么东西
广漠空间 1、宇宙是＿ ＿＿和其中存在的 各种 ＿＿ 天体 弥漫物质 物质世界 ＿＿以及＿＿＿＿的总称。宇宙是＿ ＿＿＿。 运动 发展 它处于不断的＿ ＿和＿ ＿中。 星系 2、宇宙中有上千亿的＿＿＿，平均每 恒星 各类天体 一星系又约有上千亿的＿＿及＿＿＿＿＿。
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
四、宇宙的将来
1、宇宙的将来是由现在观察到的宇 宙中物质的多少（宇宙密度）决定的。
2、如果宇宙密度大于4.5×1027 ㎏/m3， 宇宙将会收缩，最终回到高温高密状态；
如果宇宙密度小于4.5×1027 ㎏/m3 ， 宇宙将永远膨胀下去，最终消亡在接近 绝对零度的冷寂世界中。
3、科学家发现： 宇宙不仅在膨胀， 而且在加速膨胀， 因此，宇宙很可能永 远膨胀下去。
二、热大爆炸的证据---微波背景辐射 微波背景辐射为宇宙起源于热大 爆炸提供了证据，3K（-270℃ ）就是 热大爆炸留下的余温。

“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)

些质子和中子。
坦描述宇宙本性的方程，导出了这些方程的 1948年，英国天文学家邦迪，戈尔德，霍伊尔共同提出稳恒态宇宙学说。
宇宙，是广漠空间和其中存在的各种天体及弥漫物质的总称。
动态解： 威尔逊观察到宇宙微波背景辐射，证实了他们的预言
关于宇宙的起源，还有太多太多未解之迷，太多太多的疑惑。
特别是近年来关于“星系长城”和“大吸引物”等新发现，对标准宇宙模型提出了挑战。
1965年物理学家阿诺.
经过弗里德曼，哈勃，勒梅，加莫夫 等人的不断完善，“大爆炸宇宙学” 已经非常成熟。并被称之为“标准宇 宙模型”
事实上，它仍存在着不少困难问题。特别是 近年来关于“星系长城”和“大吸引物”等 新发现，对标准宇宙模型提出了挑战。
1948年，英国天文学家邦迪，戈尔德，霍伊尔共 同提出稳恒态宇宙学说。这种学说的出发点是 “完全宇宙学原理”，即认为宇宙中天体的分布 不仅在空间上是均匀的，各向同性的，再时间上 也应该是不变的。此模型所描述的宇宙永远膨胀， 无始无终。
现代宇宙学所研究的课题主要是可观测时空的大尺度特征。
[9]新星系如形成果，在物恒星质周围的凝结量成太大阳系于。 某个临界值，那么引力就会十分强大， 足以使空间弯曲到这样的地步：先是膨胀停止下来，继而 如果物质的量少于某个临界值，则膨胀将会永远继续下去，星系团就会彼此越离越远，这时，宇宙是“开放的”；
[8]物质团形成类星体，恒星和元星系。 恒星开始合成重核。
[9]新星系形成，在恒星周围凝结成太阳系。 原子连接形成复杂的生命形式的分子。
并被称之为“标准宇宙模型”
1922年，苏联数学家弗里德曼改进了爱因斯 大约在大爆炸后的百分之一秒，温度为1000亿度，宇宙大多数成分为光子，电子和中微子（极轻的粒子），和它们的反粒子，还有某

• 古代希腊和罗马关于宇宙原本的学说
水是宇宙万物本源--泰勒斯 宇宙做外层是永不熄灭的天火说--毕达哥拉 斯 多层水晶球说--亚里士多德 地球中心说--托勒密
• 中世纪西方宇宙学说
中世纪后，宇宙学被纳入经院哲学体系，知 道文艺复兴时代后期哥白尼根据长期的天文观测 写出《天体运行论》提出日心说。布鲁诺进一步 认为太阳也不是宇宙的中心，宇宙是无限的，不 存在任何中心。
论。
• 60年代，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理 论的新的有力证据，他们发现了宇宙背景辐射， 后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下 的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依
据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
• 20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集 中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙 演化图景作了清晰的阐释。 宇宙的起源：最初是 比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆 炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量 的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此， 大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。
• 经典宇宙模型 牛顿最早用经典力学方法和欧几里得几何观
念建立了绝对的无限的宇宙体系。
• 相对论宇宙模型 爱因斯坦1915年11月发表了广义相对论，指
出空间和时间不能脱离物质单独存在，建观念下，1932年勒梅特提出了宇 宙是由一个极端高温高压状态下的“”原始原子 “突发膨胀产生的，这一理论启发了伽莫夫，并 于1948年和他的学生发表了《宇宙的演化》建立 了宇宙大爆炸理论模型。
要说到宇宙的缘起，得先说说我们现在的 宇宙是什么样子的。因为我们活着现在的宇宙时 空里，所谓的“宇宙缘起”，都是我们根据现在 我们所在的宇宙时空推断出来，一一求证的。