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地球科学概论第二章第1页，本讲稿共28页宇宙宇宙尸佼的宇宙：四方上下，宇尸佼的宇宙：四方上下，宇 古往今来，宙古往今来，宙民歌的宇宙：天似穹庐，笼罩四野民歌的宇宙：天似穹庐，笼罩四野霍金的宇宙：无边界有限宇宙霍金的宇宙：无边界有限宇宙马克思的宇宙：时空无限马克思的宇宙：时空无限第2页，本讲稿共28页1.盘古开天，创世纪与无中生有盘古开天，创世纪与无中生有传说与神话传说与神话宗教将神话加工成教义宗教将神话加工成教义 圣经开宗明义：圣经开宗明义：“起初，神创造天地，地是空虚混沌，渊面黑暗。起初，神创造天地，地是空虚混沌，渊面黑暗。”“神说要有光就有了光，神看光是好的，就把神说要有光就有了光，神看光是好的，就把光暗分开了。神称光为昼，暗为夜。有晚上，有光暗分开了。神称光为昼，暗为夜。有晚上，有早晨，这是头一日。早晨，这是头一日。”空气，海，地，太阳，众星，大鱼，飞鸟空气，海，地，太阳，众星，大鱼，飞鸟 牲畜，昆虫和野兽，第七日牲畜，昆虫和野兽，第七日 人人第3页，本讲稿共28页易易关于宇宙我们都知道了关于宇宙我们都知道了 阴阳两仪变化阐释宇宙万物的变化法则：阴阳两仪变化阐释宇宙万物的变化法则：无极生太极，太极生两仪无极生太极，太极生两仪两仪生四象，四象生八卦，以至无穷两仪生四象，四象生八卦，以至无穷 （见下页图）（见下页图）第4页，本讲稿共28页我什么都知道了我什么都知道了第5页，本讲稿共28页程伊川：阴阳分离就不再有道，形成阴阳程伊川：阴阳分离就不再有道，形成阴阳 的因才是正道。的因才是正道。阴阳是气阴阳是气 形而下；形而下；道是形成阴阳的理道是形成阴阳的理 形而上。形而上。朱熹：无极而太极。朱熹：无极而太极。太极是阴阳的因，是无极。太极是阴阳的因，是无极。老子：无，以无为有道；老子：无，以无为有道；“无无”中生有中生有 裂变裂变 演化演化第6页，本讲稿共28页2.宇宙观与宇宙学的两类时空宇宙观与宇宙学的两类时空假定：宇宙是有起源的，是有限的假定：宇宙是有起源的，是有限的问题：？问题：？回答：宇宙是无限的，在时空两个方面回答：宇宙是无限的，在时空两个方面 被打击的教会和教会的打击被打击的教会和教会的打击 如哥白尼，伽利略，布鲁诺如哥白尼，伽利略，布鲁诺第7页，本讲稿共28页上帝在科学的宇宙中找到了自己的地盘上帝在科学的宇宙中找到了自己的地盘“无产阶级无产阶级”将宇宙学当成了活靶子将宇宙学当成了活靶子 它与奥德斯丁站在了一起。它与奥德斯丁站在了一起。科学的傲慢不能校正常识的偏见。科学的傲慢不能校正常识的偏见。*我的宇宙观：宇宙是时空无限的我的宇宙观：宇宙是时空无限的*我们目及的宇宙：有限无边？我们目及的宇宙：有限无边？宇宙学家可以把目及的宇宙一直追溯到时间的宇宙学家可以把目及的宇宙一直追溯到时间的地点，把全部的物质反演回这个起点所在的空间。地点，把全部的物质反演回这个起点所在的空间。第8页，本讲稿共28页3.科学对宇宙的认识过程科学对宇宙的认识过程v 宇宙或创世以来没有改变过宇宙或创世以来没有改变过 无限的宇宙从来都是如此无限的宇宙从来都是如此v“变变”证据在积累，证据在积累，19世纪以来世纪以来 地质学证明：岩石的形成，化石地质学证明：岩石的形成，化石 Boltzmann的热力学第二定律：的热力学第二定律：“宇宙中无序度的总量（由熵测量）宇宙中无序度的总量（由熵测量）随时间增加随时间增加”，宇宙只能运行有限的时，宇宙只能运行有限的时间。间。否则：无序！恒温否则：无序！恒温-稳衡态宇宙的提稳衡态宇宙的提法法第9页，本讲稿共28页稳衡态宇宙论稳衡态宇宙论宇宙空间中，由连续产生的物质将会形成新的星宇宙空间中，由连续产生的物质将会形成新的星系，每系，每5千亿年在一升体积内将创造出一个氢原千亿年在一升体积内将创造出一个氢原子。子。困难：困难：1.万有引力万有引力-引力佯缪引力佯缪 牛顿的哲学思考：一个无限的恒星集合不会落到一牛顿的哲学思考：一个无限的恒星集合不会落到一起。因为不存在可供它们落下去的中心。起。因为不存在可供它们落下去的中心。2.光度佯缪（奥尔勃斯佯缪）光度佯缪（奥尔勃斯佯缪）恒定不变的宇宙存在很多困难，但是直到二十世纪恒定不变的宇宙存在很多困难，但是直到二十世纪初叶，谁也没有想过：初叶，谁也没有想过：“宇宙也许是随时间演化的宇宙也许是随时间演化的”。牛顿，爱因斯坦也不例外。牛顿，爱因斯坦也不例外。第10页，本讲稿共28页牛顿的引力场牛顿的引力场:空间空间爱因斯坦（爱因斯坦（1905）狭义相对论：时间空间（背景），）狭义相对论：时间空间（背景），时空中的宇宙事件。时空中的宇宙事件。1915年，广义相对论引入一个新概念：年，广义相对论引入一个新概念：“引力不仅引力不仅仅是在一个固定的时空背景里作用的力，引力还是仅是在一个固定的时空背景里作用的力，引力还是由在时空中物质和能量引起的时空畸变。由在时空中物质和能量引起的时空畸变。”“物质物质的运动可以弯曲时空的运动可以弯曲时空”。时空中的炮弹，行星，光线；时空中的炮弹，行星，光线；宇宙弯曲宇宙弯曲-宇宙失衡宇宙失衡 宇宙中项宇宙中项-永远持续下去的静态宇宙模型永远持续下去的静态宇宙模型第11页，本讲稿共28页第12页，本讲稿共28页第13页，本讲稿共28页第14页，本讲稿共28页弗里德曼证明了：弗里德曼证明了：相对论相对论 膨胀的宇宙膨胀的宇宙哈勃的发现，大爆炸宇宙模型哈勃的发现，大爆炸宇宙模型 第15页，本讲稿共28页4.哈勃发现了非稳衡宇宙哈勃发现了非稳衡宇宙红移（见图）红移（见图）第16页，本讲稿共28页第17页，本讲稿共28页第18页，本讲稿共28页多普勒效应多普勒效应1929年，年，24个星系，个星系，d已知已知 V=Kd;V=Hod Ho=150km/秒秒.千万光年千万光年第19页，本讲稿共28页5.2.7K的发现的发现1925年，贝尔实验室年，贝尔实验室 央斯基央斯基 最大的无线电干扰最大的无线电干扰-射电辐射源射电辐射源 射电天文学射电天文学 3万个射电源万个射电源 “类星体，脉冲星，类星体，脉冲星，3K，星际有机分子谱线，星际有机分子谱线”普：普：R.H迪克迪克60年代寻找年代寻找5K.1962年，彭齐亚斯，威尔逊年，彭齐亚斯，威尔逊 1964年，排除噪声年，排除噪声 1965年年 1978年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖第20页，本讲稿共28页v“他们的发现是一项根本性的发现，他们的发现是一项根本性的发现，它使人们很有可能得到关于很久以前它使人们很有可能得到关于很久以前-在宇宙形成时在宇宙形成时-所发生的宇宙变化过程所发生的宇宙变化过程的信息。的信息。”v意外意外-偶然偶然-必然必然第21页，本讲稿共28页6.He的丰度的丰度 预言：天体预言：天体He丰度为宇宙丰度为宇宙 成分的成分的26%7.天体年龄天体年龄第22页，本讲稿共28页8.宇宙事件宇宙事件第23页，本讲稿共28页宇宙的时间历程宇宙的时间历程第24页，本讲稿共28页9.宇宙的结局宇宙的结局“凡是形成的东西都是要灭亡的。凡是形成的东西都是要灭亡的。”宇宙有起源，宇宙有终结；宇宙有起源，宇宙有终结；“杞人忧天杞人忧天”预言并非都是骗局预言并非都是骗局 关键是宇宙的平均密度关键是宇宙的平均密度 取决于将行星系拉回来的引力的大小取决于将行星系拉回来的引力的大小 引力取决于：宇宙中物质总量，宇宙半径引力取决于：宇宙中物质总量，宇宙半径第25页，本讲稿共28页 宇宙也会衰老宇宙也会衰老第26页，本讲稿共28页哥白尼原理哥白尼原理宇宙中没有任何一点具有优越性，所有宇宙中没有任何一点具有优越性，所有的位置都是平权的。的位置都是平权的。有限的无边宇宙没有中心。有限的无边宇宙没有中心。第27页，本讲稿共28页第28页，本讲稿共28页