9 大爆炸与宇宙起源.ppt

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1、大爆炸与宇宙起源大爆炸与宇宙起源亘古不衰的问题亘古不衰的问题n蓝天白云，碧空广袤浩瀚；蓝天白云，碧空广袤浩瀚；n群星璀璨，河汉深不可测；群星璀璨，河汉深不可测；n宇宙为何是这个样子？它从何处而来？又宇宙为何是这个样子？它从何处而来？又向何处而去？宇宙会有开端吗？时间会有向何处而去？宇宙会有开端吗？时间会有终结吗？终结吗？一个著名的传说一个著名的传说相传罗素在作过一次关于宇宙的演讲后，相传罗素在作过一次关于宇宙的演讲后，听众中的一位老年妇女站起来，听众中的一位老年妇女站起来，n老夫人说：老夫人说：“你说的这些全是废话，这你说的这些全是废话，这个世界是驮在乌龟背上的一块平板！个世界是驮在乌龟背上的

2、一块平板！”n罗素问道：罗素问道：“那么这只乌龟站在什么地那么这只乌龟站在什么地方呢？方呢？”n老夫人说：老夫人说：“年轻人，你很聪明！不过，年轻人，你很聪明！不过，这是一只驮着一只一直驮下去的乌龟塔这是一只驮着一只一直驮下去的乌龟塔啊！啊！”1.1.简短的历史回顾简短的历史回顾n中国：盘古开天辟地中国：盘古开天辟地n印度：印度：“象象-龟龟”模型模型n希腊：地球在水上浮动希腊：地球在水上浮动n基督教：上帝的创生基督教：上帝的创生上帝在创造宇宙之前做什么？上帝在创造宇宙之前做什么？n有人问奥古斯丁：上帝在创造宇宙之有人问奥古斯丁：上帝在创造宇宙之前做什么？前做什么？n奥古斯丁的回答：奥古斯丁的

3、回答：“他正在为问这个问题的人准备他正在为问这个问题的人准备地狱！地狱！”笛卡尔笛卡尔(1596-1650)“漩涡学说漩涡学说”n宇宙空间充满了物质宇宙空间充满了物质微粒微粒“以太以太”，以，以太的漩涡运动促使物太的漩涡运动促使物质向中心聚集，从而质向中心聚集，从而形成太阳，其余物质形成太阳，其余物质慢慢形成了地球和其慢慢形成了地球和其他行星，残余的物质他行星，残余的物质则形成了透明的天空。则形成了透明的天空。康德康德-拉普拉斯的拉普拉斯的“星云假说星云假说”n德国哲学家康德德国哲学家康德17551755年，年，他的著作他的著作自然通史和天自然通史和天体论体论出版，在该书中他出版，在该书中他提

4、出了太阳系演化的星云提出了太阳系演化的星云假说。后来，为拉普拉斯假说。后来，为拉普拉斯修正和完善。至今，这个修正和完善。至今，这个假说仍被视为对哲学和自假说仍被视为对哲学和自然科学有巨大影响和推动然科学有巨大影响和推动作用的学说。作用的学说。(Immanuel Kant，1724-1804)康德拉普拉斯康德拉普拉斯“星云假说星云假说”太太阳阳系系一一开开始始可可能能是是一一团团巨巨大大的的旋转星云旋转星云随随着着星星云云中中无无数数粒粒子子的的相相互互吸吸引引，行行星星和和卫卫星星从从中凝聚出来中凝聚出来该该假假说说可可以以说说明明所所有有行行星星和和卫卫星星都都围围绕绕着着太太阳阳从从同同一

5、一方方向向从从东东向向西西在在同同一一平平面面内内旋旋转转的的事实。事实。困扰人们的问题？困扰人们的问题？走出太阳系，放眼宇宙，首先遇到的问题是：走出太阳系，放眼宇宙，首先遇到的问题是：n恒星距离我们有多远？恒星距离我们有多远？n银河系的结构是怎样的？银河系的结构是怎样的？n银河系之外是怎样的世界？银河系之外是怎样的世界？n整个宇宙是有限的？还是无限的？整个宇宙是有限的？还是无限的？牛顿宇宙无限静止 背景：宇宙是永恒的、稳定的背景：宇宙是永恒的、稳定的 问题：如果宇宙是有限的，那么物质问题：如果宇宙是有限的，那么物质引力引力 宇宙坍缩，这与观测事实不符合宇宙坍缩，这与观测事实不符合 可能的解决

6、途径：可能的解决途径：(1)宇宙在膨胀宇宙在膨胀(2)宇宙有起点和终点宇宙有起点和终点(3)宇宙在空间和质量上是无限大的宇宙在空间和质量上是无限大的其中，其中，(1)、(2)点违反宇宙永恒与稳定的性质，点违反宇宙永恒与稳定的性质，于是牛顿认为宇宙应该是无限的于是牛顿认为宇宙应该是无限的宇宙是无限的吗？宇宙是无限的吗？n两个悖论两个悖论n如果宇宙是无限大的，其中就有无数个恒星，按如果宇宙是无限大的，其中就有无数个恒星，按照牛顿万有引力定律，宇宙空间中任何给定两点照牛顿万有引力定律，宇宙空间中任何给定两点的引力就可能很大或无限大，因此，任意一点的的引力就可能很大或无限大，因此，任意一点的引力势就无

7、法确定。引力势就无法确定。西利格之谜西利格之谜n如果宇宙是无限的，并且恒星的数量也是无限的，如果宇宙是无限的，并且恒星的数量也是无限的，那么黑夜则不复存在，因为你向任何一个方向望那么黑夜则不复存在，因为你向任何一个方向望去，总能看到一个恒星。去，总能看到一个恒星。奥伯斯之谜奥伯斯之谜无限的宇宙没有黑夜！无限的宇宙没有黑夜！Olbers宇宙是有限的吗？宇宙是有限的吗？n如果宇宙是有限的，那么宇宙的边界和中如果宇宙是有限的，那么宇宙的边界和中心在何处？边界以外又是什么？心在何处？边界以外又是什么？n卢克莱修的卢克莱修的“飞矛飞矛”：如果宇宙是有限的，：如果宇宙是有限的，倘若一个人一直走到它的边上，

8、猛掷一根倘若一个人一直走到它的边上，猛掷一根飞矛，那么试问：它将飞向何处？飞矛，那么试问：它将飞向何处？n爱因斯坦的困惑：宇宙究竟是无限伸展的爱因斯坦的困惑：宇宙究竟是无限伸展的？还是有限封闭的？还是有限封闭的？n海涅：一个白痴才希望有个答案。海涅：一个白痴才希望有个答案。爱因斯坦的失误爱因斯坦的失误n1917年，爱因斯坦在年，爱因斯坦在“根据广义相对论对宇宙根据广义相对论对宇宙学所作的考查学所作的考查”一文中通过求解广义相对论引力一文中通过求解广义相对论引力场方程，引入了场方程，引入了宇宙常数项宇宙常数项，建立了一个，建立了一个“静态、静态、有限、无界有限、无界”的宇宙模型。的宇宙模型。n静

9、态静态：从大尺度来考察，宇宙空间中的物质基本：从大尺度来考察，宇宙空间中的物质基本上是静止不动的；上是静止不动的；n有限无界有限无界：宇宙空间是三维的，它的大小有限，：宇宙空间是三维的，它的大小有限，光线在这个空间中沿着弯曲路径传播，始终不会光线在这个空间中沿着弯曲路径传播，始终不会有它的终点，即这个空间没有边界。有它的终点，即这个空间没有边界。有限无界有限无界n莫比乌斯环n克莱因瓶“宇宙常数项是没有必要的宇宙常数项是没有必要的”n1922年苏联科学家弗年苏联科学家弗里德曼重新求解了爱因里德曼重新求解了爱因斯坦的引力方程，认为斯坦的引力方程，认为爱因斯坦引入的爱因斯坦引入的“宇宙宇宙常数项常数

10、项”完全没有必要，完全没有必要，并建立了并建立了“弗里德曼宇弗里德曼宇宙模型宙模型”，认为宇宙的，认为宇宙的演化与宇宙物质的平均演化与宇宙物质的平均密度和临界密度有关。密度和临界密度有关。弗里德曼的膨胀曲线弗里德曼的膨胀曲线开平闭开放的宇宙永远膨胀，闭宇宙膨胀后会再次收缩开放的宇宙永远膨胀，闭宇宙膨胀后会再次收缩开：双曲型开放宇宙，开：双曲型开放宇宙，宇宙曲率为负宇宙曲率为负平：欧几里得型平直平：欧几里得型平直的开放宇宙，曲率为的开放宇宙，曲率为零；零；闭：没有边界、体积闭：没有边界、体积有限的闭合宇宙，宇有限的闭合宇宙，宇宙空间曲率为正。宙空间曲率为正。又是一个挑战！又是一个挑战！n我们生活

11、于其中的宇宙会不断的膨胀，或我们生活于其中的宇宙会不断的膨胀，或者到了一定的时候还会收缩，由此意味着者到了一定的时候还会收缩，由此意味着宇宙有个开端，或者还有末日！宇宙有个开端，或者还有末日！n爱因斯坦认识到弗里德曼工作的重要意义，爱因斯坦认识到弗里德曼工作的重要意义，认为自己在引力方程中引入认为自己在引力方程中引入“宇宙常数项宇宙常数项”的做法是最愚蠢的。的做法是最愚蠢的。n但是，这种但是，这种“膨胀的宇宙膨胀的宇宙”如何能得到证如何能得到证明呢？明呢？2.2.历史转折：哈历史转折：哈勃发现星系红移勃发现星系红移n大概从大概从19101910年起，天文学家们在研究河外星系年起，天文学家们在研

12、究河外星系的光谱时，发现有系统的红移现象。到的光谱时，发现有系统的红移现象。到19171917年，年，事情变得很清楚，除了少数几个离地球近的星事情变得很清楚，除了少数几个离地球近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越远，红移越显著。远，红移越显著。19291929年美国天文学家哈勃提年美国天文学家哈勃提出了著名的出了著名的“哈勃定律哈勃定律”，宣布星系的退行速，宣布星系的退行速度与距离大致成线性关系度与距离大致成线性关系V=HV=H0 0D D，H H0 0称为哈勃常称为哈勃常数，现在确定其值为数，现在确定其值为5050公里公里/（秒（秒百万秒差距

13、）百万秒差距）。多普勒效应多普勒效应(Doppler Effects)n多普勒效应多普勒效应 速速度和波长的关系；度和波长的关系；日常经验：飞驰日常经验：飞驰而来的火车，音而来的火车，音调升高，当背你调升高，当背你而去时，音调降而去时，音调降低。音调：波长低。音调：波长（波峰之间的距（波峰之间的距离）和频率（每离）和频率（每秒钟的波动数目）秒钟的波动数目）多普勒效应对应于光波也是正确的多普勒效应对应于光波也是正确的 哈勃的伟大发现n哈勃是继哥白尼以后哈勃是继哥白尼以后最伟大的天文学家最伟大的天文学家他发现了星系，他发现了星系，指出它们具有宇宙大指出它们具有宇宙大规模尺度的特征。后规模尺度的特征

14、。后来又发现了宇宙的膨来又发现了宇宙的膨胀，这些都是非常伟胀，这些都是非常伟大的里程碑，也确定大的里程碑，也确定了他在历史上的位置。了他在历史上的位置。Edwin Hubble,1889-1953“诺贝尔奖诺贝尔奖”的遗憾的遗憾n20世纪世纪40年代和年代和50年代初，由于哈勃在天年代初，由于哈勃在天文学方面的巨大贡献和影响，有人倡议授予文学方面的巨大贡献和影响，有人倡议授予哈勃诺贝尔物理学奖。但诺贝尔奖评委会中哈勃诺贝尔物理学奖。但诺贝尔奖评委会中一些保守者说，获奖学科不能随便跨越。于一些保守者说，获奖学科不能随便跨越。于是，哈勃终于与诺贝尔奖无缘。但是到了是，哈勃终于与诺贝尔奖无缘。但是到

15、了1953年哈勃去世后，瑞典的评委会却追悔年哈勃去世后，瑞典的评委会却追悔莫及：哈勃不能获奖不但是他本人的遗憾，莫及：哈勃不能获奖不但是他本人的遗憾，也是诺贝尔奖的遗憾。但去世的人不能得奖，也是诺贝尔奖的遗憾。但去世的人不能得奖，这个原则又是不能改变的。这个原则又是不能改变的。遨游太空的遨游太空的哈勃望远镜哈勃望远镜n直径直径2.4米，长米，长13米，重米，重9.98吨。吨。1990年由年由“发现者发现者”号送号送上天空。上天空。耀眼的星体3.3.大爆炸宇宙论的提出大爆炸宇宙论的提出n星系红移星系红移（redshift）逆向思）逆向思维：在过去的某一时维：在过去的某一时刻，宇宙中所有物质刻，宇

16、宙中所有物质应该是彼此紧密地聚应该是彼此紧密地聚集在一点的！集在一点的！膨胀宇宙“给我一个原子，我就可以用它给我一个原子，我就可以用它建造出一个宇宙建造出一个宇宙”勒梅特勒梅特n1932年，比利时的主教、天文学与宇宙学年，比利时的主教、天文学与宇宙学家勒梅特根据哈勃的发现，提出了原始原子家勒梅特根据哈勃的发现，提出了原始原子爆炸的宇宙模型，他认为，现在观测到宇宙爆炸的宇宙模型，他认为，现在观测到宇宙是由一个极端压缩状态的巨大的原始原子通是由一个极端压缩状态的巨大的原始原子通过一系列相继的裂变过程而形成的。这一过过一系列相继的裂变过程而形成的。这一过程经历了三个膨胀阶段：快速膨胀期、慢速程经历了

17、三个膨胀阶段：快速膨胀期、慢速膨胀期、加速膨胀期。描述了一个膨胀着的、膨胀期、加速膨胀期。描述了一个膨胀着的、物质分布均匀的、各项同性的宇宙。物质分布均匀的、各项同性的宇宙。伽莫夫：大爆炸学说的真正奠基人伽莫夫：大爆炸学说的真正奠基人n1948年美籍苏联物理学家伽莫夫提出年美籍苏联物理学家伽莫夫提出“大爆大爆炸炸”宇宙学说。这种理论认为，今天所看到宇宙学说。这种理论认为，今天所看到的宇宙的膨胀现象，如果随着时间追溯上去，的宇宙的膨胀现象，如果随着时间追溯上去，将开始于一次强烈的爆炸，爆炸时的宇宙是将开始于一次强烈的爆炸，爆炸时的宇宙是极其致密的，而且处于一种超高温状态。极其致密的，而且处于一种

18、超高温状态。一个预言一个预言n伽莫夫预言：现今宇宙背景中应当留有当初大爆伽莫夫预言：现今宇宙背景中应当留有当初大爆炸残留下来的热辐射。炸残留下来的热辐射。n伽莫夫的学生阿尔弗和核物理学家赫尔曼经过推伽莫夫的学生阿尔弗和核物理学家赫尔曼经过推算指出：早期宇宙遗留下来的背景辐射至今已经算指出：早期宇宙遗留下来的背景辐射至今已经很微弱了，其谱分布大体对应于绝对温度为很微弱了，其谱分布大体对应于绝对温度为5K的黑体辐射的黑体辐射“坑灰虽冷，余烬犹在坑灰虽冷，余烬犹在”！。！。n但是，人们对这一预言并没有在意，就是作者本但是，人们对这一预言并没有在意，就是作者本人也没有继续走下去！而两位与此毫不相干的无

19、人也没有继续走下去！而两位与此毫不相干的无线电通讯工程师却发现了，并因此而获得诺贝尔线电通讯工程师却发现了，并因此而获得诺贝尔奖！奖！n20世纪世纪60年代，为了实现通过人造卫星进行无年代，为了实现通过人造卫星进行无线电通讯的目的，美国贝尔电话实验室研制低噪线电通讯的目的，美国贝尔电话实验室研制低噪声接受系统，首先要找出空间中存在的各种可能声接受系统，首先要找出空间中存在的各种可能干扰通讯的噪声源。干扰通讯的噪声源。n实验室中的两位工程师彭齐亚斯和威尔逊的工作实验室中的两位工程师彭齐亚斯和威尔逊的工作任务就是如何降低来自各种可能的噪声，为此，任务就是如何降低来自各种可能的噪声，为此，他们改进了

20、一个喇叭形无线电接受器，并使其保他们改进了一个喇叭形无线电接受器，并使其保持在绝对温度在持在绝对温度在4K的温度下，这样，电路各部的温度下，这样，电路各部件的噪声温度大大降低，从而提高了测量的精度。件的噪声温度大大降低，从而提高了测量的精度。4.他们听到了他们听到了n测量背景辐射的喇叭天线测量背景辐射的喇叭天线“天籁之音！天籁之音！”n1964年年5月，他们发现了波长月，他们发现了波长7.35厘米微波噪声厘米微波噪声（相当于（相当于3.5K的黑体辐射），这个噪声的特点：的黑体辐射），这个噪声的特点：各向同性、无偏振、不随季节变化！各向同性、无偏振、不随季节变化！他们无法解释：他们无法解释：因为

21、这种噪声没有辐射源。因为这种噪声没有辐射源。n一天，彭齐亚斯为别的事打电话给一天，彭齐亚斯为别的事打电话给MIT射电天文学射电天文学家伯克教授，顺便谈到他们了一直使他们感到烦心家伯克教授，顺便谈到他们了一直使他们感到烦心的的“噪声噪声”，没想到，伯克说，没想到，伯克说“你们的发现太重要你们的发现太重要了！了！”建议他们同普林斯顿大学的物理学家迪克谈建议他们同普林斯顿大学的物理学家迪克谈谈，因为，他正在读迪克小组的一篇关于宇宙学论谈，因为，他正在读迪克小组的一篇关于宇宙学论文的预印本，其中谈到了宇宙背景的噪声！文的预印本，其中谈到了宇宙背景的噪声！迪克的遗憾！迪克的遗憾！n原来，迪克领导一个宇宙

22、学研究小组，原来，迪克领导一个宇宙学研究小组，1945年，在年，在测量月球、太阳的微波辐射时，发现天体背景也有辐测量月球、太阳的微波辐射时，发现天体背景也有辐射，辐射温度上限约为射，辐射温度上限约为20K,他们设想，这可能代表他们设想，这可能代表了宇宙中所有星系物质的总辐射。了宇宙中所有星系物质的总辐射。1946年他们将这年他们将这一发现写成论文发表在一发现写成论文发表在物理学评论物理学评论，但是，他们，但是，他们不知道，不知道，20年前，这份杂志已经发表了伽莫夫的论年前，这份杂志已经发表了伽莫夫的论文，其中一个推论就是宇宙中可能存在残余的微波背文，其中一个推论就是宇宙中可能存在残余的微波背景

23、辐射。景辐射。n20年后，他们关注到伽莫夫的年后，他们关注到伽莫夫的“预言预言”，既然宇宙，既然宇宙存在背景辐射，就应该能够捕捉到这种存在背景辐射，就应该能够捕捉到这种“噪声噪声”。因。因此，他们准备用喇叭形天线装配一台灵敏的辐射计，此，他们准备用喇叭形天线装配一台灵敏的辐射计，用以测量宇宙背景辐射。用以测量宇宙背景辐射。大爆炸大爆炸“余烬余烬”的存在被首次证实！的存在被首次证实！n但是正当他们刚刚开始这项工作的时候，接但是正当他们刚刚开始这项工作的时候，接到了彭齐亚斯的电话！到了彭齐亚斯的电话！n迪克立即带领一个小组访问了贝尔电话实验迪克立即带领一个小组访问了贝尔电话实验室，他们发现，彭齐亚

24、斯和威尔逊发现的室，他们发现，彭齐亚斯和威尔逊发现的“噪声噪声”不是别的，正是他们自己准备寻找的不是别的，正是他们自己准备寻找的宇宙背景辐射！宇宙背景辐射！n六个月后，迪克小组用自己的辐射计在六个月后，迪克小组用自己的辐射计在3.2厘米波长处也发现了厘米波长处也发现了3k背景辐射！背景辐射！n1978年，年，贝尔实验贝尔实验室彭齐亚室彭齐亚斯和威尔斯和威尔逊因首次逊因首次测量到测量到3K宇宙宇宙背景辐射背景辐射而获得诺而获得诺贝尔物理贝尔物理学奖。学奖。“无心插柳无心插柳”大爆炸理论的检验大爆炸理论的检验一、河外天体的谱线红移（哈勃）一、河外天体的谱线红移（哈勃）二、宇宙年龄的推算（小于二、宇

25、宙年龄的推算（小于200亿年）亿年）三、氦元素的丰度（三、氦元素的丰度（25%）四、宇宙微波背景四、宇宙微波背景3K辐射辐射 “这是一项带有根本意义的发现，它使我们这是一项带有根本意义的发现，它使我们能够获得很久以前、在宇宙创生时期所发生的宇能够获得很久以前、在宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。宙过程的信息。”（瑞典科学院颁奖决定）（瑞典科学院颁奖决定）n“宇宙蛋宇宙蛋”（宇宙背景的不均匀辐射）（宇宙背景的不均匀辐射）“宇宙的创生宇宙的创生”n大爆炸开始时大爆炸开始时 150200亿年前，极小体积，亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。极高密度，极高温度。n大爆炸后大爆炸后10-43秒秒 宇

26、宙从量子背景出现。宇宙从量子背景出现。n大爆炸后大爆炸后10-35秒秒 同一场分解为强力、电弱力和引同一场分解为强力、电弱力和引 力。力。n大爆炸后大爆炸后10-5秒秒 10万亿度，质子和中子形成。万亿度，质子和中子形成。n大爆炸后大爆炸后0.01秒秒 1000亿度，光子、电子、中微子亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。膨胀，温度和密度不断下降。n大爆炸后大爆炸后0.1秒秒 300亿度，中子质子比从亿度，中子质子比从1.0下降下降到到0.61。宇宙的创生宇宙的创生n大爆炸后大爆炸后1秒

27、后秒后 100亿度，中微子向外逃逸，正负亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。n大爆炸后大爆炸后13.8秒后秒后30亿度，氘、氦类稳定原子核亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。（化学元素）形成。n大爆炸后大爆炸后35分钟后分钟后3亿度，核过程停止，尚不能形亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。成中性原子。n大爆炸后大爆炸后30万年后万年后3000度，化学结合作用使中性度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，

28、直至恒星和恒力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。星系统。5、没有完结的历史、没有完结的历史n 在解释宇宙起源上，大爆炸学说取得了很大在解释宇宙起源上，大爆炸学说取得了很大的成功，但是，仍然有许多的疑难尚未解决。的成功，但是，仍然有许多的疑难尚未解决。其中最大的困难是宇宙的其中最大的困难是宇宙的“奇点奇点”问题。问题。n宇宙的膨胀有一个开端，在开端处，时间和宇宙的膨胀有一个开端，在开端处，时间和空间缩为一点，物质密度为无限大，温度为空间缩为一点，物质密度为无限大，温度为无限高，这一点在数学上称为无限高，这一点在数学上称为“奇点奇点”。n对宇宙对宇宙“奇点奇点”的研究，引出了又一

29、位科学的研究，引出了又一位科学巨人巨人“轮椅上的巨人轮椅上的巨人”霍金霍金霍金与黑洞理论霍金与黑洞理论n1942年年1月月8日出生于日出生于剑桥；剑桥；n1963年被诊断患有肌年被诊断患有肌肉萎缩性疾病；肉萎缩性疾病；n1965年，研究黑洞获年，研究黑洞获得博士学位；得博士学位；n1974年提出霍金辐射，年提出霍金辐射，成为英国皇家学会会员成为英国皇家学会会员n1988年出版年出版时间简时间简史史什么是黑洞？（什么是黑洞？（black hole)n爱因斯坦预言：质量大于太阳爱因斯坦预言：质量大于太阳3倍的物体，倍的物体，将会发生坍缩，以致于到这一程度，它的周将会发生坍缩，以致于到这一程度，它的

30、周围的时空发生弯曲，从而使星体中央的物质围的时空发生弯曲，从而使星体中央的物质无法逃逸出来。光线从它的附近经过将会发无法逃逸出来。光线从它的附近经过将会发生偏转，因此光辐射中的光子或电磁能量束生偏转，因此光辐射中的光子或电磁能量束将围绕恒星的中心运动，这就意味着即使是将围绕恒星的中心运动，这就意味着即使是光也无法从中逃逸。其结果将是一颗冰冷或光也无法从中逃逸。其结果将是一颗冰冷或黑暗的星。黑暗的星。即后来所称的即后来所称的“黑洞黑洞”。n引力坍缩形引力坍缩形成黑洞。成黑洞。1)在一个燃烧核燃料的大质量恒星周围的时空翘曲2）随着恒星收缩时空越发翘曲3）时间在黑洞内终结n霍金的重要贡霍金的重要贡献

31、是建立了黑献是建立了黑洞的力学定律，洞的力学定律，即即“奇点理论奇点理论”宇宙的膨胀宇宙的膨胀是从奇点开始是从奇点开始的。的。1981年梵蒂冈年梵蒂冈宇宙学会议，宇宙学会议，教皇保罗二世教皇保罗二世的大会演讲：的大会演讲：在大爆炸之后在大爆炸之后的宇宙演化是的宇宙演化是可以研究的，可以研究的，但是人们不要但是人们不要去过问大爆炸去过问大爆炸本身，因为那本身，因为那是创生的时刻，是创生的时刻，是上帝的事务。是上帝的事务。宇宙探索之路漫长而修远宇宙探索之路漫长而修远n为什么我们的宇宙空间是三维的？为什么我们的宇宙空间是三维的？n为什么时间是一维单向流逝的？为什么时间是一维单向流逝的？n为什么宇宙中有多种对称性？为什么物质为什么宇宙中有多种对称性？为什么物质的运动速度不能超过光速？的运动速度不能超过光速？n自然界的基本常数会不会变化？自然界的基本常数会不会变化？n我们的宇宙会不会有终结？我们的宇宙会不会有终结？宇宙之死n大崩塌理论（Big Crunch）n大冰冻理论（Big Freeze/Chill）n大撕裂理论（Big Rip）n大自然真的是自然的吗？大自然真的是自然的吗？n“上帝上帝”真的不存在吗？真的不存在吗？n宇宙哲学宇宙哲学