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(共22张PPT)
科学进步无止境
第5章
鲁科2019
高中物理必修二
第三节 探索宇宙的奥秘
这浩瀚无垠的宇宙从哪里来，又将去向何处。
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PART first
宇宙的起源
我国有古人认为：
大地是平的，日月星辰在天空中运行，其上方扣着穹顶。
在原子碰撞等原因形成的原始旋涡运动中，较大的原子被赶到旋涡的中心相互聚集形成地球，较小的原子被赶到外围环绕地球做旋转运动，变得干燥后燃烧，形成各个天体。
德谟克利特
【古希腊】
“天体演化说”
“星云假说 ”
德国哲学家康德根据万有引力原理提出
宇宙中散布着微粒状的弥漫物质，称为原始物质。在万有引力作用下，较大的微粒吸引较小的微粒，并逐渐聚集加速，结果在弥漫物质团的中心形成巨大的球体，即原始太阳。周围的微粒在向太阳这一引力中心垂直下落时，一部分因受到其他微粒的排斥而改变了方向，便斜着下落，从而绕太阳转动。最初，转动有不同的方向，后来有一个主导方向占了上风，便形成一扁平的旋转状星云。云状物质后又逐渐聚集成不同大小的团块，便形成行星。行星在引力和斥力共同作用下绕太阳旋转。
爱因斯坦发现，根据广义相对论建立的宇宙模型不是静态的，因此引入宇宙学常数进行修正，提出了“有限无界的静态宇宙”模型。
1929 年，哈勃做了一个具有里程碑意义的观测：
不管往哪个方向看，远处的星系都正在急速地远离我们而去，并且距离我们越远的星系离开我们的速度越快。
现象：
静态绝对的宇宙观
膨胀的宇宙观
遥远的恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长变长，即向红光方向偏移。
说明：
美国科学家伽莫夫将微观的核物理、化学元素的起源与宏观的膨胀宇宙联系在一起，提出了描述宇宙起源和演化的大爆炸宇宙模型，认为宇宙从一个温度无限高、物质密度无限大的“奇点 ”爆炸而成。
1965 年，威尔森和彭齐亚斯观测到了宇宙背景微波辐射，大爆炸宇宙模型得到了有力的支持。
大爆炸宇宙模型
不仅能解释宇宙光谱的红移现象，而且预言在大爆炸的特殊宇宙背景下产生的微波辐射至今存在于宇宙空间中。
宇宙的演变
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PART second
宇宙将会一直膨胀下去吗？宇宙的未来将走向何处？
暗物质：
是一种不能释放任何电磁辐射的物质
自 20 世纪 70 年代以来，科学家根据对星系之间引力效果的观测发现，常规物质不可能产生如此大的引力，因此暗物质的存在理论被广泛认同。
宇宙物质的平均密度大于某个临界值
星系间的引力将最终使膨胀停止并使宇宙开始重新收缩，最终坍缩；
宇宙物质的平均密度小于某个临界值
宇宙将会继续膨胀
宇宙中除了可见的发光天体之外，还有大量的暗物质和暗能量。
霍金与天体物理
史蒂芬·霍金出生于英国牛津，17岁入读牛津大学，毕业后前往剑桥大学攻读宇宙学。他在 21岁被诊断为患运动神经细胞萎缩症后，曾一度打算放弃科学研究。但后来他重拾信心，勇敢面对病痛，继续潜心研究。20 世纪 70 年代，他与罗杰·彭罗斯一起提出：爱因斯坦的广义相对论暗示了空间和时间是从大爆炸“奇点”开始而至黑洞结束。这就是著名的奇性定理。他们因此在 1988 年共获沃尔夫物理学奖。霍金发现黑洞不完全是“黑”的，而是有向外的辐射，黑洞的温度会随其辐射而升高，最终会爆炸而消失。这就是著名的“霍金辐射”。霍金全身瘫痪，蜷缩于轮椅的狭小空间，他的思想却在无垠宇宙的最深处飞扬，穿越时间与空间，追寻宇宙的源头，探索黑洞的奥秘。
永不停息的探索
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PART three
16 世纪初，意大利科学家伽利略发明了望远镜，从此人类的视野更加开阔。
1939 年，美国科学家雷伯利用世界上第一架专门用于天文观测的射电望远镜接收到了来自银河系中心的无线电波，根据观测结果绘制了第一张射电图。
2016年，我国落成启用的世界上最大单口径、最灵敏的射电望远镜，是人类探索宇宙深处奥秘的神奇“眼睛”——“中国天眼 ”。
著名的哈勃太空望远镜自 1990 年 4 月 24 日升空以来，为人类源源不断地提供震撼人心的星际图像
恒星死亡
哈勃望远镜拍摄的星云照片
1916年，爱因斯坦依据广义相对论预言，大质量天体发生碰撞、恒星爆炸、中子星合并、黑洞合并等极端天文事件发生时，时空会产生涟漪并产生“ 引力波 ”，以光速向外扩张。
2015 年，人类首次直接探测到引力波的存在。
2017 年 8 月 17 日，人们探测到来自双中子星合并所产生的引力波信号。
“中国天眼”与天文学家南仁东
被誉为“中国天眼”的射电望远镜由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。从1994年提出构想到2016年落成启用，历时 22 年，是我国具有自主知识产权，世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。目前“中国天眼”已发现若干脉冲星，人们期待其有进一步的天文发现。“中国天眼”的首席科学家兼总工程师南仁东（1945—2017），为选择最佳台址，带着 300 多幅卫星遥感图，跋涉在中国西南的大山里，先后对比了 1 000 多个洼地。工程建设中，他克服了技术、资金等重重困难，为工程的顺利完成作出了卓越的贡献。他用人生最后的 22 年，精益求精、坚毅执着地实现了一个梦想，用生命铸就了世人瞩目的“中国天眼”。

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