第三节 宇宙的起源与演化（课件）-高一物理同步精品课堂（沪科版2020上海必修第二册）

第三节《宇宙的起源与演化》 第八章《牛顿力学的局限性与相对论初步》 “四方上下曰宇、古往今来曰宙” 人类史上首张黑洞照片发布 2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT）国际合作组织在全球六地同步召开新闻发布会，宣布他们已经捕获了首张黑洞照片。 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： 星系、星云、星际气体、星际尘埃、星际磁场、宇宙射线等。 有了广义相对论，才有了真正的宇宙学 太阳系 行星在太阳的引力作用下,几乎在同一平面内绕太阳公转。 离太阳越近的行星，公转速度越大。 八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。 银河系和河外星系 星系是由宇宙中一大群运动着的恒星、大量的气体和尘埃组成的系统。 宇宙中的星系约1000亿个以上，银河系是其中一个；银河系中至少有3000多亿颗恒星。 银河系以外的星系叫河外星系。 椭圆星系 旋涡星系 星系按外形分类 不规则星系 3.宇宙是有限的 牛顿认为，宇宙是无限的，空间无限、时间无限。 德国天文学家奥尔伯斯提出宇宙是有限的! 因为如果无限，且恒星在空间中的分布均匀，则任意方向上都会有无限多颗恒星，这些恒星的星光叠加起来后将足以达到太阳的光度，即不应该有黑夜。这就是奥尔伯斯详谬。 4.宇宙的传说： （1）盘古开天辟地 （2）女娲补天 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。 哈勃定律：V=Hr 如果某个点上有一只无知的细菌，看到所有的点离他而去，能说明它处在中心位置吗？ 讨论交流: 讨论交流 如果你是某个点上的聪明的细菌，当看到所有的点和你的距离变大时，你能得出什么结论？ 在日常生活中，除重力外，其它物体间的万有引力是完全可以忽略。但是在宇宙范围内，由于星体的质量巨大，时空弯曲就十分明显，而必须用广义相对论加以研究。实际的观测和理论研究，已经产生了一些惊人的成果，其中之一是宇宙演化的膨胀理论，即宇宙大爆炸理论。 20世纪20年代，天文观测已发现远处的许多星系正在离开我们向远处退行，而且越远的星系退行的速率越大。这一结果使得天文学家推论出宇宙是在膨胀着的。 2.宇宙大爆炸理论 20世纪40年代末，物理学家伽莫夫（如图）把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说。 （1）宇宙起始于一次大爆炸，那时它的温度极高，密度极大，时间从此开始，空间从此扩大。 3.宇宙发展梗概 （2）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）10-36s时，温度降到1013K ，出现了电子、正电子。 （5）10s时，温度为109K ，质子和中子结合成氢核。 （6）约38万年时，温度降到3000K，开始出现各种原子，宇宙变成透明。 （7）约2亿年时，形成第一批恒星。 （9）约40亿-90亿年时，出现我们的银河系、太阳和行星。 （10）约120亿年时，地球上出现了生命。 （8）约10亿年时，出现第一批星系。 （11）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。 （12）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。 大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图 天文观测站拍摄到由一颗巨大恒星爆炸毁灭。它残余就是“N63A”，位于大麦哲伦星云中。 微波背景辐射为宇宙起源于大爆炸提供了证据，3K（-270℃ ）就是大爆炸留下的余温。彭齐亚斯和威尔逊1965年发现微波背景辐射；1978年因此获诺贝尔物理学奖。 三、宇宙的未来 宇宙形成早期曾出现过“漫天雪花” （“氢雪”） 瑞士日内瓦大学的丹尼尔·普芬宁格和苏黎世大学的丹尼斯·普尤经计算得出，在恒星和行星出现之前，宇宙中可能也曾“下过雪”（“氢雪”） 恒星的分类： 主序星 白矮星 中子星 巨星 超巨星 （太阳） 根据恒星的物理特征：体积、温度、亮度 我们观测到的恒星 恒星的寿命 一颗恒星的寿命取决于它的质量。 当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星将要度过它光辉的一生了。 红巨星 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。 红巨星 行星状星云 　　质量大于太阳