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课件网) 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 ... ...
