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第三节 宇宙的起源和演化
第五章　经典力学的局限性与相对论初步
01
02
03
关注宇宙的起源和演化的研究进程。
教学目标
了解人类对宇宙永不停息的探索历程。
初步了解宇宙大爆炸理论。
宇宙是什么呢？宇宙有多大？宇宙存在有多久了？宇宙中的物质是从哪里来的？宇宙有没有起源和演化？
新课引入
这一观测是人们走出了静态绝对的宇宙观，开始用膨胀的宇宙观探索宇宙的起源。
1929 年，哈勃（E. Hubble，1889—1953）做了一个具有里程碑意义的观测：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。这一现象说明：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。
一、宇宙的起源
宇宙的演化
美国科学家伽莫夫（G.Gamow，1904-1968）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，认为宇宙从图一个温度无限高、物质密度无限大的“奇点”爆炸而成。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。
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
大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以粒子的形式、极高的温度、极大的密度，被挤压在一个“原始火球” 中。
大爆炸理论主要观点
大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
大爆炸之后约10-2秒
大爆炸之后约1秒
大爆炸之后约10秒
宇宙温度约1011K，宇宙主要成分是电子、正电子、光子、中微子、反中微子等及少量核子.
宇宙温度下降为1010K，宇宙中的中子占24%，质子占76%.
宇宙温度下降为3×109K，宇宙中的中子、质子可形成4He.而较重的原子核仍没有形成的机会.
观测支持和宇宙的热演化
到了3分钟
宇宙温度下降为109K。中子衰变为质子，剩下的中子都可直接组合到氦核中，因此造成氦核的丰度为26%，其余的质子则只能成为氢核了。
到了约1012秒
宇宙继续冷却和膨胀，温度降为4×103K。原子气体靠引力作用结团形成恒星和星系，而恒星和星系演化，其中的核聚变过程产生更重的原子核；脱离了热偶合的光子气体称为宇宙背景辐射，温度下降到现在的2.7K。1964年彭齐亚斯和威尔逊发现这种背景辐射。
根据爱因斯坦广义相对论的预言，宇宙的未来在很大程度上依赖于宇宙中的物质分布（宇宙物质的平均密度）。如果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；如果宇宙物质的平均密度小于该临界值，宇宙将会继续膨胀。但对宇宙物质平均密度的观测非常困难，因为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。
暗物质是一种不能释放任何电磁辐射的物质.
二、宇宙的未来
1998年，科学家索尔·珀尔马特（S.Perlmutter）、布莱恩·施密特（B.Schmidt）和亚当·里斯（A.Riess）通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀，并且证明了暗能量的存在，因而获得2011年诺贝尔物理学奖。
通过观测和理论分析，科学家推测宇宙的大部分都是由暗物质和暗能量组成的，但人类对暗物质和暗能量的本质至今仍不了解，现有的天文观测资料还不能确定宇宙的未来将走向何处，这有待于人类的进一步探索。
黑洞
黑洞
4月10日21时，全球六地（比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿）同时召开新闻发布会，宣布人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜，在近邻超巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。
超新星
太阳的一生
星云
太阳
50亿年
红巨星
40亿年
白矮星
10亿年
暗矮星
漫长
太阳的一生
宇宙也像恒星一样，也有诞生，成长，死亡的时候。
二、宇宙的未来
一、宇宙的起源
本课小结
1、在宇宙中，密度最大的是 (　　)
A、铂 　　 B．黑洞
C、暗矮星 D．中子星
B
跟踪练习
2、比太阳更大的恒星最终将演化成(　　)
A.红巨星 B．白矮星
C．超新星 D．中子星或黑洞
D
3、进入成年的太阳大约可以稳定100亿年，再过__________年，太阳将进入晚年期，太阳将逐渐演化成_______。它将再活跃10亿年，然后成为一颗_____，并在缓慢中死去，最后作为一颗______。
50亿
红巨星
白矮星
暗矮星
谢谢
大家

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