8.3 宇宙的起源与演化 课件-2023-2024学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

宇宙起源与演化 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”——尸子 课前思考 当第一个人类在非洲的大陆上眺望宁静的苍穹，当主张宣夜说的先哲们凝望着深邃的夜空，当教堂的僧侣造型出神圣的几何，当哥白尼点燃了日心说的烈焰，当伽利略将第一个天文望远镜指向深邃的宇宙，当第谷在天文台中细致观测兀兀穷年，当开普勒站在汗牛充栋般的数据上为天空立法，当牛顿以平方反比律为引力奏响第一个和弦，当爱因斯坦用广义相对论建立起平稳的宇宙……纵观人类历史，无论是对天国虔诚的向往，还是对科学殿堂孜孜不倦的追求，每一次文明的巨大进步，都伴随着新的宇宙学模型的建立。 课前思考 曾记否，遗落在时间的沙滩上的群星，随风潜入梦中，散作满粼粼波光？ 想必每个人，都有过那种遨游宇宙的梦吧。 从某种角度上说，认识宇宙，也是认识我们人类自己。 宇宙学原理 爱因斯坦说，不利用广义相对论，人们不可能从理论上得到任何宇宙学上的可信的结果。 如果我们向宇宙四方望去，看到的物质的组成似乎是成团的。卫星围绕着行星转，行星围绕着恒星转，恒星组成星系，围绕着星系核转。众多星系再组成星系团。 在星系团的尺度上，宇宙中的物质是均匀分布且各向同性的。 宇宙学原理 爱因斯坦说，不利用广义相对论，人们不可能从理论上得到任何宇宙学上的可信的结果。 如果我们向宇宙四方望去，看到的物质的组成似乎是成团的。卫星围绕着行星转，行星围绕着恒星转，恒星组成星系，围绕着星系核转。众多星系再组成星系团。 在星系团的尺度上，宇宙中的物质是均匀分布且各向同性的。 这叫做宇宙学原理。 膨胀中的宇宙 这张图描述的，是遥远的天体（这里是星系团）的退行速度与距离的关系。 退行速度和天体到我们的距离是正比例关系，如下公式： 膨胀中的宇宙 这张图描述的，是遥远的天体（这里是星系团）的退行速度与距离的关系。 退行速度和天体到我们的距离是正比例关系，如下公式： 这个公式被称作哈勃-勒梅特定律。 膨胀中的宇宙 哈勃-勒梅特定律意味着，我们的宇宙正处于膨胀状态。 宇宙学红移也是重要的观测证据。 并且，可以用宇宙学红移来推算天体退行速度，从而确定距离。 膨胀中的宇宙 光速是有限的，越远的星系发出的光芒，到达地球所需的时间也就越长。 观测遥远的天体的时候，实际上是在看它的过去。 目前，宇宙的年龄为130亿年。 宇宙的起源 目前学术界普遍认可的宇宙起源为宇宙大爆炸模型。 大爆炸模型认为，宇宙在早期高温状态下，会有部分氢元素聚合为氦以及少量的其他的轻元素。 高温核火球在碰撞过程中不断降温，最终以黑体辐射的形式形成弥漫在宇宙中的“遗迹”——微波背景辐射。 从太阳系到星系团 从太阳系到星系团 从太阳系到星系团 从太阳系到星系团 从太阳系到星系团 宇宙的演化 黑洞的研究历史可以追溯到数百年前。 1796年，英国剑桥大学的学监米歇尔和法国科学家拉普拉斯先后根据经典力学，提出“暗星”的概念。 拉普拉斯很早就得到了这个结果：他们推测，一颗质量足够大、足够致密的恒星，可能看上去是暗的和黑的。 今天看来，这个思路并不正确。黑洞的正式提出，还需要广义相对论作为理论工具。 恒星演化末期 1、剩余质量小于钱德拉塞卡极限（1.4倍太阳质量）:——白矮星：靠电子的简并压力（泡利斥力）来与万有引力抗衡而形成的稳定天体。 2、剩余质量超过钱德拉塞卡极限，小于奥本海默极限（约3倍太阳质量）——中子星：靠中子间的泡利斥力与万有引力相抗衡的星体。 3、剩余质量超过奥本海默极限：黑洞。 进入黑洞 课后作业 选定一个你喜欢的话题，写一篇小短文： 宇宙大爆炸的发展史 恒星的一生 引力波的最新发现 宇宙起源战争——火凤凰宇宙VS大爆炸 $$