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1、第一节 宇宙的起源本讲稿第一页，共二十九页一、宇宙一、宇宙宇宙是广漠空间和存在的各种天体宇宙是广漠空间和存在的各种天体以及弥漫物质的总称。以及弥漫物质的总称。2.包括：包括：1.概念：概念：宇宙中有上千亿的星系，平均宇宙中有上千亿的星系，平均每个星系又有上千亿的恒星和每个星系又有上千亿的恒星和各类天体。各类天体。本讲稿第二页，共二十九页3.宇宙的传说：宇宙的传说：1)盘古开天辟地盘古开天辟地 2)女娲补天女娲补天本讲稿第三页，共二十九页3)上帝创造天地和万物上帝创造天地和万物本讲稿第四页，共二十九页为什么古代人会对宇宙有这样的认识？为什么古代人会对宇宙有这样的认识？n古代观察天空的工具仅仅是眼

2、睛，而现古代观察天空的工具仅仅是眼睛，而现代科学家能借助更先进的科技手段对宇代科学家能借助更先进的科技手段对宇宙的起源进行更深入的研究，才发现了宙的起源进行更深入的研究，才发现了许多关于宇宙起源的证据。许多关于宇宙起源的证据。n所以说人类对自然界的认识水平是和当所以说人类对自然界的认识水平是和当时的科学技术发展水平相适应的。时的科学技术发展水平相适应的。本讲稿第五页，共二十九页 随着现代技术的发展，现随着现代技术的发展，现代的科学家们利用先进的科学代的科学家们利用先进的科学技术，对宇宙起源做了深入的技术，对宇宙起源做了深入的研究，发现了许多关于宇宙起研究，发现了许多关于宇宙起源的证据。源的证据

3、。证据之一：星系的运动证据之一：星系的运动本讲稿第六页，共二十九页本讲稿第七页，共二十九页二二.大爆炸学说大爆炸学说1.哈勃哈勃的发现：的发现：所有的星系都在所有的星系都在远离远离我们而去。我们而去。星系离我们越远，运动的速度星系离我们越远，运动的速度越快越快；星系间的星系间的距离距离在不断地在不断地扩大扩大。本讲稿第八页，共二十九页星系在膨胀的宇宙中就好比在气球表面上的星系在膨胀的宇宙中就好比在气球表面上的紅紅色标记色标记。当。当气球膨胀气球膨胀时，时，两个星系远离两个星系远离对方的对方的速度与它们之间的距离成正比。速度与它们之间的距离成正比。实验实验：星系运动模型。：星系运动模型。气球充气

4、后，两点的变化气球充气后，两点的变化本讲稿第九页，共二十九页哈勃望远镜的记录：哈勃望远镜的记录：宇宙中的伽玛射线大爆发宇宙中的伽玛射线大爆发美国航空航天局科学家们通过测算发现，美国航空航天局科学家们通过测算发现，宇宙中的星系正在宇宙中的星系正在以加速度离我们远去以加速度离我们远去，也就是说，宇宙的确在也就是说，宇宙的确在加速膨胀。加速膨胀。本讲稿第十页，共二十九页3.大爆炸学说：大爆炸学说：本讲稿第十一页，共二十九页150本讲稿第十二页，共二十九页 “大爆炸学说大爆炸学说”认为：认为：宇宙的起源于宇宙的起源于一次大爆炸一次大爆炸.大约大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以亿年前，我们所处的宇宙

5、全部以粒子的形式粒子的形式、极高的温度极高的温度、极大的密度极大的密度，被，被挤压在一个挤压在一个“原始火球原始火球”中。宇宙就是在中。宇宙就是在这个火球的这个火球的大爆炸大爆炸中诞生的。中诞生的。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀膨胀，温度也相应下降温度也相应下降，后来相继出现在宇宙，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。本讲稿第十三页，共二十九页大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图本讲稿

6、第十四页，共二十九页大爆炸宇宙产生示意图大爆炸宇宙产生示意图本讲稿第十五页，共二十九页本讲稿第十六页，共二十九页2)2)我我们银们银河河诞生诞生 (50(50亿亿年年)1)1)星星出星星出现现(10(10亿亿年年)3)恒星、银河并演化成我们今日所恒星、银河并演化成我们今日所知的宇宙知的宇宙4)4)现在宇宙持续膨胀中现在宇宙持续膨胀中(150(150亿年亿年)本讲稿第十七页，共二十九页大胆猜测：宇宙的将来大胆猜测：宇宙的将来或者会塌缩而在大挤压处终结或者会塌缩而在大挤压处终结 永远膨胀下去永远膨胀下去，不断地扩大，不断地扩大，我们将看到所有星系的星球老化、死亡，我们将看到所有星系的星球老化、死亡

7、，剩下我们孤零零的，在一片黑暗当中。剩下我们孤零零的，在一片黑暗当中。本讲稿第十八页，共二十九页史蒂芬史蒂芬.霍金霍金 史蒂芬史蒂芬霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰出的科学家。黑洞理论和出的科学家。黑洞理论和“大爆炸大爆炸”理论的创立人，著理论的创立人，著名的时间简史的作者。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

8、理论。爆炸和黑洞的理论。霍金预言宇宙的两种结局霍金预言宇宙的两种结局1、会永远的膨胀下去。、会永远的膨胀下去。2、或者会塌缩而在大挤、或者会塌缩而在大挤 压处终结压处终结本讲稿第十九页，共二十九页 1942 1942年年1 1月月8 8日，出生于英国的牛津。日，出生于英国的牛津。19621962年，在牛津年，在牛津大学完成物理学学位课程，搬到剑桥大学攻读研究生。霍金大学完成物理学学位课程，搬到剑桥大学攻读研究生。霍金被诊断患有运动神经元疾病。被诊断患有运动神经元疾病。1965 1965年，被授予博士学位。他的研究表明：用来解释黑年，被授予博士学位。他的研究表明：用来解释黑洞崩溃的数学方程式，也

9、可以解释从一个点开始膨涨的宇宙。洞崩溃的数学方程式，也可以解释从一个点开始膨涨的宇宙。19701970年，霍金研究黑洞的特性。他预言，来自黑洞年，霍金研究黑洞的特性。他预言，来自黑洞(现在叫现在叫霍金辐射霍金辐射)的射线辐射及黑洞的表面积永远也不会减少。的射线辐射及黑洞的表面积永远也不会减少。19741974年，被选为皇家学会会员。他继续证明，黑洞有温度，年，被选为皇家学会会员。他继续证明，黑洞有温度，黑洞发出热辐射，以及气化导致质量减少。黑洞发出热辐射，以及气化导致质量减少。19801980年，任剑年，任剑桥大学数学鲁卡斯教授桥大学数学鲁卡斯教授(艾萨克艾萨克牛顿曾任此职牛顿曾任此职)。19

10、881988年，年，出版时间简史，成为关于量子物理学与相对论最畅销的出版时间简史，成为关于量子物理学与相对论最畅销的书。书。19961996年至今，继续在剑桥大学工作。年至今，继续在剑桥大学工作。本讲稿第二十页，共二十九页小视窗：黑洞理论小视窗：黑洞理论 宇宙中某些恒星能产生巨大宇宙中某些恒星能产生巨大的引力，使得即使光也无法向外的引力，使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的射出，从而切断了恒星与外界的一切联系，一切联系，“黑洞黑洞”诞生了诞生了黑洞是怎样产生的呢？黑洞是怎样产生的呢？本讲稿第二十一页，共二十九页思考无论地球上观察，无论地球上观察，还是在其它星球上观察，还是在其它星球

11、上观察，都可以观察到其它星球都在远离观察点都可以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。而去，这是宇宙膨胀的结果。其实，大爆炸而产生宇宙的理论其实，大爆炸而产生宇宙的理论 也不能确定起始爆炸中心。也不能确定起始爆炸中心。在地球上观察到宇宙中的星系都在地球上观察到宇宙中的星系都在远离地球而去，能否说明地球在远离地球而去，能否说明地球是宇宙大爆炸的中心？为什么？是宇宙大爆炸的中心？为什么？本讲稿第二十二页，共二十九页总结：总结：1 1、星系运动的特点：、星系运动的特点：所有的星系都在离我们而去，所有的星系都在离我们而去，星系离我们越远，运动的速度越快，星系离我们越远，运动的速度越快，

12、星系间的距离在不断地扩大。星系间的距离在不断地扩大。2 2、现在的宇宙处于、现在的宇宙处于不断的膨胀之中不断的膨胀之中3 3、目前被人们广为接受的、目前被人们广为接受的 一种宇宙起源学说是一种宇宙起源学说是大爆炸宇宙论大爆炸宇宙论本讲稿第二十三页，共二十九页1.1.如果小气球上有图如果小气球上有图，在气球膨胀过程中，每一个，在气球膨胀过程中，每一个点间的距离都在不断地点间的距离都在不断地_，每一条线条都不断在，每一条线条都不断在_。2 2宇宙中星系间的距离在不断地宇宙中星系间的距离在不断地 ,说明宇宙处在不说明宇宙处在不断地断地 之中之中,这为这为_理论提供了有力理论提供了有力的证据。该学说认

13、为，大约在的证据。该学说认为，大约在 年年 前，我们所处的宇宙全部被挤压在一个前，我们所处的宇宙全部被挤压在一个“”中，宇宙就是在这个大火球的中，宇宙就是在这个大火球的 爆炸中产生。爆炸中产生。扩大扩大增长增长扩大扩大膨胀膨胀大爆炸宇宙大爆炸宇宙150150亿亿原始火球原始火球本讲稿第二十四页，共二十九页3.3.下列关于大爆炸宇宙论的说法正确的是（下列关于大爆炸宇宙论的说法正确的是（）A.A.一种已经被证明是正确的科学理论一种已经被证明是正确的科学理论 B.B.一个比较合理的科学假说一个比较合理的科学假说 C.C.一个著名的神话故事一个著名的神话故事 D.D.一段现代科普作品里有趣的描写一段现

14、代科普作品里有趣的描写4.4.宇宙起源的证据是（）宇宙起源的证据是（）A.A.哈勃定律哈勃定律B.B.旧约旧约“创世纪创世纪”C.C.盘古开天辟地的神话盘古开天辟地的神话D.D.女娲补天的传说女娲补天的传说A AB B本讲稿第二十五页，共二十九页5 5有关宇宙的起源的说法，得不到科学支持的说法是有关宇宙的起源的说法，得不到科学支持的说法是 ()A A、大约在、大约在150150亿年前，我们所处的这个宇宙是被挤压在一起亿年前，我们所处的这个宇宙是被挤压在一起的一个的一个“原始火球原始火球”B B宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆炸中诞生的宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆炸中诞生的C C、宇宙是

15、相当近的过去创生的，十七世纪时邬谢尔主教、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算出宇宙诞生的日期是公元前40044004年年 D D大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在“原始火球原始火球”之前之前到底存在着什么东西到底存在着什么东西C本讲稿第二十六页，共二十九页美国科学家美国科学家20042004年年2 2月月1515日宣布，他们借助哈勃望日宣布，他们借助哈勃望远镜观察到距离地球远镜观察到距离地球130130亿光年的星系。根据科学亿光年的星系。根据科学家的计算，这个新发现的星系是在导致宇宙诞生的家的计算，这个新发现的星系是在导致宇

16、宙诞生的“大爆炸大爆炸”之后之后7.57.5亿年时形成的。由于它形成在宇亿年时形成的。由于它形成在宇宙生命的初期，当时正是星系形成的开端。因此科宙生命的初期，当时正是星系形成的开端。因此科学家希望，研究它可以得到更多有关的信息，从而学家希望，研究它可以得到更多有关的信息，从而能更好地了解宇宙是如何形成和发展的。在天文学能更好地了解宇宙是如何形成和发展的。在天文学中，中，“光年光年”是一个是一个 单位；科学家们观察到单位；科学家们观察到的光线是这个星系的光线是这个星系 发出的（填发出的（填“观观察前不久察前不久”或或“130“130亿年前亿年前”）。）。时间时间130亿年前亿年前本讲稿第二十七页

17、，共二十九页太空中有时会发生恒星爆炸，产生所谓的超新星，太空中有时会发生恒星爆炸，产生所谓的超新星，恒星爆炸时会突然变化得比以前亮得多，恒星离我恒星爆炸时会突然变化得比以前亮得多，恒星离我们很远，它的光要经过多年才能达到地球。因此，们很远，它的光要经过多年才能达到地球。因此，我们看到的恒星爆炸的光一定是在很多年前发出的，我们看到的恒星爆炸的光一定是在很多年前发出的，从那个时候以来，光一直在向地球传播着。我们年从那个时候以来，光一直在向地球传播着。我们年看到的恒星爆炸的光是白光，而不是在不同时间到看到的恒星爆炸的光是白光，而不是在不同时间到达的各种色光。根据这一事实，你的推断是不同色达的各种色光

18、。根据这一事实，你的推断是不同色光在空气中传播速度光在空气中传播速度 (相等或不相等）相等或不相等）不相等不相等本讲稿第二十八页，共二十九页天文观测发现，几乎所有的星系都以各自的速度背离我们而运天文观测发现，几乎所有的星系都以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度越大，也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v v和它们和它们离我们的距离离我们的距离r r成正比，即成正比，即v=Hrv=Hr，式中，式中H H为一常量，称为哈勃为一常量，称为哈勃常数，已由

19、天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙以不同的速度运动，并设想我们就位于其中心，论，认为宇宙以不同的速度运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观察则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观察结果一致。结果一致。由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙的年龄由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙的年龄T T，其计，其计算式为算式为T=T=。根据近期观测，哈勃。根据近期观测，哈勃常数常数H=310H=310-2-2米米/（秒（秒光年），其中光年是光在一年光年），其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为 _ _ _年。年。1/H本讲稿第二十九页，共二十九页