武汉大学,宇宙新概念,公选课通识课——宇宙新概念(第一次课)

通识课
宇宙新概念简介
教师：赵江南
宇宙是如何起源的，又是如何演化、发 展、灭亡的?自古以来一直是人类最感兴趣 和不断探索的问题。关于宇宙的问题，历 史上曾出现过各种神话故事，但作为一门 科学，应该建立在严格的理论和实验基础 上。宇宙学无论在科学上还是在哲学上都 是一个探索中的问题，并没有现成的确切 答案，所以科学的态度对认识宇宙尤为重 要。
J1903+0327号中子星可能还受到其他恒星的影响
此电脑模拟图显示一颗中子星从伴星大气中吸收气体
银河系中央潜伏着一个巨大的黑洞，身处黑洞附近的天 体都会逐渐地被黑洞吞噬，并最终消失地无影无踪，也 就是说在理论上黑洞附近是不可能存在任何天体的。但 科学家近日通过研究发现，一大群巨大的恒星漂浮在我 们银河系的中央，它们就神秘地盘旋在黑洞附近。 这些体积巨大的恒星是如何在黑洞附近形成，这一 问题一直让天文学家感到困惑，它们本不应该在黑洞附 近形成，就像其他被黑洞吞噬的天体一样，当天体还是 巨大的气体云的时候，气体云就会被黑洞附近巨大的引 力撕裂，然后逐渐被黑洞吞噬。
一、时间的形态 二、虛时间 三、p- 膜理论
四、全息术在高维空间中的应用
五、从膜到泡泡
六、回到从前
§8.5 量子引力论
一、什么是量子引力论 二、量子引力论的特征 三、量子引力论的困难所在

§8.6 量子宇宙学
一、宇宙的波函数 二、M理论
附录一常用天文常数
附录二88个星座名称
一、恒星的距离 二、恒星的亮度和视星等 三、恒星的光度和绝对星等 四、恒星的大小、质量和密度
§3.2 恒星光谱及其相关性质
一、光谱概念的物理基础
二、恒星光谱与氢原子谱线
三、光谱在恒星研究中的应用
四、恒星的光谱、颜色和表面温度之间的关系 五、恒星的赫罗图
§3.3 变星和新星
一、造父变星
二、新星和超新星
二、吸引与排斥的对立统一是恒星演化的动力
三、质量互变是恒星演化的主要规律
第四章 星系
§4.1银河系
一、银河系的结构 二、银河系的运动 三、星族 四、银河系经典理论与起源学说简介
§4.2河外星系
一、河外星系的分类
二、星系团
三、银河系附近的三个著名星系
四、多普勒效应和谱线红移
天文学家发 现来自奥特 云(Oort Cloud)内部 的首颗天体 游客，为太 阳系日益增 多的星体又 增添了新丁。 它是一块冰 冷的岩石， 目前与地球 之间的距离 大约32亿公 里。
SQ372的运行轨道（蓝色）比海王星、冥王星和“塞德娜”的轨道还大
斯隆数字巡天计划测量了所选区域内近25万颗恒 星的运动，寻找以相同速度飞行的星团。这次搜 索发现了14条独特的恒星流，其中11条前所未见。 美国加州大学圣克鲁兹分校研究生凯文· 施劳夫曼 (Kevin Schlaufman)说，因为这次调查仅仅针对于 银河系的极少区域，发现14条恒星流预示着“我 们可能会在银河系剩余区域内发现大批恒星流。”
附录三有关天文学的诺贝尔物理学 附录四关于本书数据的一点说明
附录五天文学与宇宙探测大事记
参考文献
据美国宇航局太空网报道，美国宇航局“凤 凰”号火星登陆器掌握的最新数据显示，与最初 得出的结论不同，火星北极区表层可能不利于生 命存在。 今年7月，“凤凰”号的显微、电子化学及传 导分析仪对两份土壤样本的分析发现，火星土壤 可能含有一种有毒物质高氯酸盐，这是一种强氧 化物，可创造一种不利于任何潜在生命的恶劣环 境。这一新发现与显微、电子化学及传导分析仪 的第一次分析结果不同，第一次分析结果显示火 星土壤在几个方面与地球土壤相同，包括它的pH 和所含的矿物质，都与地球类似。
天文学的研究需要人们认识自然的最新 知识，需要最先进的技术，而且天文学永 远是人类认识自然的最前沿的科学。但是 天文学又是最古老的科学，它几乎是伴随 人类同时产生的，现代天体和宇宙所有的 新概念都经历了漫长的发展，所以现代天 文学是建立在人类不断追求和摸索的基础 之上的。
在所有的学科中，天文学与哲学的关系 最为密切，两者互相依存、互相促进：一方 面，哲学是一门研究世界观的学问，世界观 就是宇宙观，它在阐明关于宇宙的最根本观 点——宇宙是精神的还是物质的，宇宙是静 止的还是运动的时，离不开天文学为之提供 的科学证据；另一方面，天文学在研究它的 一些重大理论问题时，离不开哲学的指导， 要精确地描绘宇宙、宇宙的发展、人类的发 展，以及这种发展在人们头脑中的反映，就 必须用辩证唯物主义的方法，使我们的理论 不偏离科学的轨道。
§6.5宇宙的暴胀模型
一、大爆炸理论的缺陷 二、大统一理论 三、暴胀宇宙模型
§6.6宇宙中的其他问题
一、下落不明的质量 二、宇宙中的暗能量 三、宇宙线及其起源 四、化学元素的产生 五、宇宙中的常数 六、引力波 七、人类面临的挑战
§6.7 宇宙中的哲学问题

第二章 太阳系
§2.1 太阳
一、太阳的基本参数
二、太阳大气
三、日球
四、太阳的能量来源
五、太阳中微子之谜
§2.2 地球和月球
一、地球的基本参数 二、地球大气 三、地球的自转、公转和地轴进动 四、月球的基本参数 五、盈亏现象 六、月球的表面状况 七、月球探测 八、日、月、地天文现象 九、日地空间
§2.3 太阳系的其他天体
宇宙新概念作为一门通识课，总的授课 时间为36学时，因此它不可能涉及深奥的数 学运算，但对每个概念及其物理意义，需用 最简洁易懂的语言加以概括和总结，这样才 能做到形象生动。作为一门全校性公共选修 课，面对文、理、工、医各年级学生，对其 内容的选取必须考虑到授课对象的特点。天 文学的范围太广了，我们当然不可能深入地 讲解天文学的各个细节，而且这也不符合通 识课的目的。我们希望以天体物理为主要内 容，系统地介绍天文学的主要概念。
为了纪念哈勃飞行10万次，科学家们将哈勃望远镜对准NGC 2074 星团附近的一个星云的一部分
西班牙天文学家日前宣布，他们发现了迄今 为止最小的太阳系外行星。该行星拥有固体表 面和较为浓密的大气层，体积仅为地球的1.5倍。 这颗新发现的行星已被命名为GJ 436c，位 于狮子座以颗编号为GJ 436的红矮星旋转，距 离地球约30光年。 据悉，GJ 436c号行星的发现主要得益于一项 并不算很新的技术：通过观测那些遥远恒星 附件的大型气态行星的运行情况，便有可能 找到那些距离恒星相对较远且体积较小的行 星，其中也包括那些拥有固体表面的行星。 借助类似的技术，科学家们在过去的一个世 纪中还发现了海王星。
一、宇宙起源中的辩证法
二、宇宙演化中的辩证法

第七章 地外生命 §7.1 关于生命 一、生命的定义 二、生命存在的条件 三、生命的起源
太空拍摄的地球部分表面
§7.2 地外生命 一、地外存在的依据 二、地外生命的探测 §7.3 地外文明 一、地外文明存在的可能性 二、地外文明的分类 三、地外文明的探索 四、UFO现象
§3.4 恒星集团
一、双星 二、聚星 三、星团
四、星协
§3.5 星云和星际物质
一、星云 二、星际物质
§3.6 恒星的起源和演化
一、恒星的内部结构 二、恒星的年龄 三、引力收缩阶段 四、主星序阶段 五、红巨星阶段 六、爆发阶段 七、临终阶段
八、小结
§3.7恒星起源与演化中的哲学思想
一、新陈代谢是恒星演化的基本规律
一、九大行星 二、太阳系的小天体 三、冥王星是九大行星之一吗 四、太阳系有第十大行星吗
§2.4 深度撞击和登陆火星
一、深度撞击 二、登陆火星
§2.5 太阳系的起源和演化
一、太阳系起源的研究简史 二、太阳系起源的现代观点 三、太阳系的演化 四、太阳系起源和演化的哲学思想

第三章 恒星
§3.1 恒星参数的测定
第一章 绪论
§1.1 天文学研究的对象、方法和意义
一、天文学研究的对象
二、天文学研究的方法
三、天文学三大分支
四、天文学研究的意义
§1.2 现代天文学的起源及发展简述
一、地日说 二、日心说 三、近代天文学 四、现代天文学
§1.3 时间和历法
一、地平坐标系 二、节气 三、时间 四、历法
五、干支纪时和属相
五、河外星系的起源演化简介
§4.3正常星系和特殊星系
一、正常星系 二、特殊星系 三、类星体 四、哈勃常数
五、类星体红移的可能机制和能量来源
六、类星休研究的最新成果

第五章 特殊天体 §5.1白矮星和黑矮星
一、白矮星 二、黑矮星
§5.2 中 子 星 和 脉 冲 星
§6.2大爆炸宇宙模型
一、消除不掉的噪声
二、宇宙起源的大爆炸理论
三、背景辐射的确认
四、背景辐射的均匀性
§6.3宇宙的形状和年龄
一、宇宙的形状 二、宇宙的年龄
§6.4宇宙学的其他模型
一、稳恒态模型 二、疲劳光宇宙论 三、阿普天体 四、星系和反星系 五、收缩的宇宙 六、小结
火星上的液态水迹象
第八章
霍金的宇宙

§8.1一个好汉三个帮 一、费因曼 二、瑞斯 三、哈特尔 四、彭罗斯 五、索恩
§8.2 时空奇点 一、奇性定理 二、奇点的消失
8.3 黑洞不是那么黑了 一、不确定原理
二、黑洞的辐射
三、黑洞不是那么黑了
四、黑洞的空间弯曲
§8.4 时空再认识
科学家绘制出类似于银河系的星系理论模型
这是一张由美国斯皮策太空望远镜和日本位于夏威夷的一具望远镜所拍摄的图像 的合成照片。照片中红绿斑点是这个恒星制造工厂最活跃的部分
这一遥远星系的恒星生成速度每年最多可达4000颗， 相比之下，我们的银河系生成恒星的速度平均每年 只有10颗。加州理工学院美国宇航局斯皮策(Spitzer) 科学中心的彼得· 卡帕克说：“这个星系正经历着一 次大规模的生育高峰，一次性生成了它的大部分恒 星。如果我们人类以类似的高峰生产的话，那今天 几乎所有人活着的人都是同岁。
3颗“超级地球”围绕左方恒星公转的想象图，最大一颗“超 级地球”的质量是地球的9.4倍。
天文学家们日前发现了一颗极为罕见的中子星－－ 不知是何原因，其绕另外一颗恒星旋转的轨道表现 出了非常奇怪的特点。这颗中子星的编号为 J1903+0327，距离地球约2.1万光年（约9.5万亿公 里）。 通常情况下，脉冲射电源所围绕旋转的都是一颗 已经死亡的恒星－－白矮星，而前者的运行轨道几 乎都是标准的圆形。但新发现的J1903+0327却并非 如此。 不过，有澳大利亚学者宣称已经成功揭开了围绕 在该天体周围的谜团。他们指出，J1903+0327的轨 道之所以会出现“偏差”，主要是因为其所围绕旋 转的恒星出现了“偏差”。
这是5亿光年外的一个星系Zw II 96， 新发现的恒星工厂与Zw II 96看起来有些相似。
日内瓦天文台学者2008年7月16日在研讨 会提出最新发现，他们在距离剑鱼座与绘架座 大约42光年（1光年距离约为9.5兆公里）的天空 中，发现1颗恒星与3颗行星，这颗恒星比太阳 略小，但环绕它运行的3颗行星质量都比地球大， 其中1颗大约是地球的4.2倍，另2颗分别为6.7倍 与9.4倍。3颗行星公转速度分别是4、10天与20 天，比起地球公转一周要365天，速度快了许多。
双星系统4U 1636-53的中子星每天爆发好几次
科学家4月30日表示，他们首次发现在巨大的宇宙 合并发生之后，待在母星系中的一个巨大黑洞被弹 射出来了。 当二个碰撞的星系最终合并时，按理说它们中 心的黑洞也应该一同融入其中。但天文学理论认为， 由此释放的巨大能量能将新近形成的黑洞弹射出其 母星系，进入太空中。不过，一直以来都还没有人 看到此事件的发生。
六、周
§1.4 天文学和哲学关系略论
一、天文学在哲学进步中的作用 二、哲学对天文学的指、光学望远镜 三、光学望远镜发展简史 四、哈勃望远镜 五、射电望远镜 六、射电望远镜发展简史
§1.6 我国天文研究现状简介 一、研究机构 二、高等教育
三、我国天文研究的发展方向
一、脉冲星
二、中子星
三、脉冲双星和引力波探测
§5.3黑洞和白洞
一、引力坍缩与黑洞
二、黑洞的性质
三、寻找黑洞 四、天鹅座X-1的特征 五、黑洞研究的最新成果 六、白洞和虫眼 七、白洞的性质
第六章
宇宙论
§6.1两种不同的时空观
一、牛顿时空观 二、相对论时空观