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(共21张PPT)
5.3 宇宙的起源与演化
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？
1.关注宇宙的起源和演化的研究进程。
2.初步了解宇宙大爆炸理论。
3.了解人类对宇宙永不停息的探索历程。
一、宇宙
宇宙是广漠空间和存在的各种天体以及弥漫物质的总称。
2.包括：
1.概念：
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各类天体。
二、宇宙的起源
1.哈勃的发现：
所有的星系都在远离我们而去。星系离我们越远，运动的退行速度越快；星系间的距离在不断地扩大。
无论地球上观察，还是在其它星球上观察，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。其实,大爆炸而产生宇宙的理论也不能确定起始爆炸中心。
【思考】在地球上观察到宇宙中的星系都在远离地球而去，能否说明地球是宇宙大爆炸的中心？为什么？
2.宇宙大爆炸理论
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。
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。
3.宇宙的演化
4.宇宙发展梗概
（1）宇宙起源于约138亿年前的一个体积无限小、密度无限大、温度无限高、时空曲率无限大的奇点。宇宙爆炸之后不断膨胀，导致温度和密度迅速下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，最终形成我们所看到的宇宙，一般认为，我们所居住的太阳系大约形成于46亿年前。
（2）普朗克时期：10-43s时，宇宙的密度是1093kg/m3，温度是1032K。宇宙是混沌一团。
（3）10-35s时，宇宙发生一次暴涨，直径在10-32内膨胀了1050倍，温度降到1027K。宇宙中出现了各种各样的粒子，包括光子，它们不断通过相互作用而相互转化。
（4）暴胀时期：10-36s时，温度降到1013K ，出现了电子、正电子。
（5）1min时，温度为109K ，质子和中子结合成氢核。
（6）约100万年时，温度降到3000K，开始出现各种原子。存留的光子不再和粒子相互转化而在宇宙中到处游逛，使宇宙成为透明的。
（7）约10亿年时，开始形成恒星和星系。
（8）约100亿年时，出现我们的银河系、太阳和行星。
（9）约120亿年时，地球上出现了生命。
（10）约137亿年时出现了人类，百万年后出现了现代文明。宇宙温度降到了约3K。
（11）至今宇宙的年龄估计为137亿年。膨胀速率按最大速率光速计，现今宇宙的“直径”约为137亿光年，即约为1.3×1023km。
三、宇宙的未来
1.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。
2.1998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。
红巨星，是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段，它极为明亮，肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。表面温度比太阳低，但红巨星的体积很大，它的半径一般比太阳大100倍。
白矮星（white dwarf ，也称为简并矮星）是一种低光度、高密度、高温度的恒星。白矮星是由简并电子的压力抗衡引力而维持平衡状态的致密星，因早期发现的大多呈白色而得名，白矮星是一颗已死亡的恒星，中心的热核反应已停止。
　　中子星是由质量约是太阳1.44－2倍的恒星在超新星爆炸的过程，遗留下来的核心。它的体积很小，质量却很大，由中子构成，仅1cm3的质量就有全球人类那么重，直径仅为30km。
　　黑洞（英文：Black Hole，简称BH）是由广义相对论所预言的，存在于宇宙空间中的一种致密天体。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连光线也会被吞没，所以我们是看不见黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星的物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。
宇宙的起源与未来
宇宙的起源
宇宙的未来
宇宙大爆炸理论
宇宙仍在加速膨胀
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
2.当前观测表明，决定宇宙未来是持续膨胀还是可能坍缩的关键因素是（ ）
A. 星系中恒星的总数量
B. 暗能量的性质和占比
C. 黑洞的蒸发速度
D. 太阳系的未来演化
B

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