愛因斯坦及國際物理年

1、國際物理年系列活動：國際物理年系列活動：科學報告科學報告一、一、2005世界物理年世界物理年（一）全球緬懷愛因斯坦（一）全球緬懷愛因斯坦 ： 1905年，年僅年，年僅26歲的愛因斯坦發(fā)歲的愛因斯坦發(fā)表了有關(guān)表了有關(guān)量子理論、狹義相對論和布朗量子理論、狹義相對論和布朗運動運動等方面的等方面的5篇論文，從根本上改變篇論文，從根本上改變了人類看世界的方式。為紀念物理學上了人類看世界的方式。為紀念物理學上的這一的這一“奇跡年奇跡年”，聯(lián)合國教科文組織，聯(lián)合國教科文組織將將2005年定為年定為“世界物理年世界物理年”。 該倡議首先由該倡議首先由 歐洲物理學會（歐洲物理學會（ EPS ）在在2000 年年

2、“第三屆世界物理學會年會第三屆世界物理學會年會”上提出；上提出； 2002年，得到國際純粹與應年，得到國際純粹與應用物理聯(lián)合會（用物理聯(lián)合會（IUPAP）第第24次全體大次全體大會的一致通過；在會的一致通過；在2003年召開的聯(lián)合國年召開的聯(lián)合國教科文組織（教科文組織（UNESCO）全體會議第全體會議第32次會議上，表決通過了支持次會議上，表決通過了支持2005年為世年為世界物理年的決議；界物理年的決議；2004年年6月月10日，聯(lián)日，聯(lián)合國大會召開第合國大會召開第58次會議，會議鼓掌通次會議，會議鼓掌通過了過了2005年為年為 “國際物理年國際物理年” 的決議。的決議。 今年是今年是“愛因斯

3、坦愛因斯坦”年。我們紀念他，不僅是因為年。我們紀念他，不僅是因為100年前他提出了著名的狹義相對論，更是他那可貴年前他提出了著名的狹義相對論，更是他那可貴的創(chuàng)新精神。的創(chuàng)新精神。 紅色代表過去紅色代表過去,藍色代表未來藍色代表未來,黃色和綠色表示連結(jié)過黃色和綠色表示連結(jié)過去到未來去到未來 ,要從過去的基礎(chǔ)中建設(shè)未來要從過去的基礎(chǔ)中建設(shè)未來,綠色代表進步、綠色代表進步、進展黃色代表和平及團隊合作進展黃色代表和平及團隊合作,科技的進步和國際的合科技的進步和國際的合作可以幫助建設(shè)光明的未來作可以幫助建設(shè)光明的未來2005 世界物理年的標識象征的是光錐；然而大部分世界物理年的標識象征的是光錐；然而大部

4、分的人可能從來沒聽過光錐這個名詞，反而看成是沙漏，的人可能從來沒聽過光錐這個名詞，反而看成是沙漏，象征著愛因斯坦在時間相對性上淵博的見解及洞察力。象征著愛因斯坦在時間相對性上淵博的見解及洞察力。至于標識的配色，或許只是裝飾性的，但卻有另一種不至于標識的配色，或許只是裝飾性的，但卻有另一種不同的見解認為，在光錐的解釋上，未來是藍色的因為我同的見解認為，在光錐的解釋上，未來是藍色的因為我們正朝著未來不斷的奔馳前進，所以也由此呈現(xiàn)藍色循們正朝著未來不斷的奔馳前進，所以也由此呈現(xiàn)藍色循環(huán)。至于紅色循環(huán)代表的是我們所逐漸遠離的過去；黃環(huán)。至于紅色循環(huán)代表的是我們所逐漸遠離的過去；黃色及綠色的斜向線條則表

5、示將過去連結(jié)至未來。綠色在色及綠色的斜向線條則表示將過去連結(jié)至未來。綠色在這里代表的意思是前進、進步；黃色則表示和平、合作這里代表的意思是前進、進步；黃色則表示和平、合作及團隊等意思。也就是說我們要藉由這些特質(zhì)從過去的及團隊等意思。也就是說我們要藉由這些特質(zhì)從過去的基礎(chǔ)上去建設(shè)未來；藉由科技的進步及國際間的合作創(chuàng)基礎(chǔ)上去建設(shè)未來；藉由科技的進步及國際間的合作創(chuàng)造出明亮的未來造出明亮的未來。（二）主題（二）主題： 近年來，公眾的物理意識在削弱，近年來，公眾的物理意識在削弱，國際物理社會認為必須采取行動，在國際物理社會認為必須采取行動，在 “ 2005世界物理年世界物理年”通過展示物理通過展示物理

6、在經(jīng)濟、技術(shù)、文化等方面的重要作用，在經(jīng)濟、技術(shù)、文化等方面的重要作用，在全球范圍內(nèi)爭取公眾對物理學的理解在全球范圍內(nèi)爭取公眾對物理學的理解與支持，堅定公眾對物理學的信念，推與支持，堅定公眾對物理學的信念，推動物理教育，培養(yǎng)物理人才，使物理學動物理教育，培養(yǎng)物理人才，使物理學在在 21 世紀得到全新的發(fā)展。世紀得到全新的發(fā)展。 把把2005年作為國際物理年年作為國際物理年有三個意義，紀念愛因斯坦，有三個意義，紀念愛因斯坦，為物理學吸引人才，以及喚為物理學吸引人才，以及喚起社會對物理學的關(guān)注。起社會對物理學的關(guān)注。全球性的紀念活動包括：全球性的紀念活動包括：“ 物理照耀世界”光束傳遞活動；“尋找

7、物理天才”；“物理史圖片巡回展”等。中國物理學會也在積極籌備紀念活動，如：制作宣傳海報；推薦優(yōu)秀圖書；組織 “世界物理年” 專題論壇；組織“物理與交叉科學專題研討會”；組織知識競賽及夏令營；發(fā)行郵資封等。今年美國當?shù)貢r間今年美國當?shù)貢r間4月月18日，光信號將從愛因斯坦日，光信號將從愛因斯坦工作過的美國普林斯頓發(fā)出，通過大洋光纜在工作過的美國普林斯頓發(fā)出，通過大洋光纜在24小時小時內(nèi)周游地球。這個活動被命名為內(nèi)周游地球。這個活動被命名為“物理照耀世界物理照耀世界”。按目前計劃，由美國傳來的光信號首先在上海按目前計劃，由美國傳來的光信號首先在上海登陸，然后中國每個省、市、自治區(qū)都會依次行動起登陸，

8、然后中國每個省、市、自治區(qū)都會依次行動起來。在北京時間來。在北京時間4月月19日晚日晚7時，每個地區(qū)都會組織時，每個地區(qū)都會組織青年學生，讓他們每隔幾十米站一人，組成綿延數(shù)公青年學生，讓他們每隔幾十米站一人，組成綿延數(shù)公里的人鏈，然后光信號從人鏈的一端開始，通過學生里的人鏈，然后光信號從人鏈的一端開始，通過學生的手電筒、激光教鞭或其它發(fā)光物，一個人接一個人的手電筒、激光教鞭或其它發(fā)光物，一個人接一個人傳下去。當一個地區(qū)完成光的接力后，最后一人就會傳下去。當一個地區(qū)完成光的接力后，最后一人就會通過電子郵件、電話、手機等，向下一地區(qū)發(fā)去信息通過電子郵件、電話、手機等，向下一地區(qū)發(fā)去信息和圖片，通知

9、他們繼續(xù)接力。最終，傳入我國的光信和圖片，通知他們繼續(xù)接力。最終，傳入我國的光信號將分別向俄羅斯和印度方向傳去。號將分別向俄羅斯和印度方向傳去。 二、認識愛因斯坦：二、認識愛因斯坦：（一）生平：（一）生平： 1879年，阿伯特年，阿伯特愛因斯坦出生在愛因斯坦出生在德國西南部古城烏耳姆的一個猶太人家德國西南部古城烏耳姆的一個猶太人家庭。庭。 1880 1880年，他隨全家搬到慕尼黑，就年，他隨全家搬到慕尼黑，就在那里渡過了他的童年生活。在那里渡過了他的童年生活。 1889 1889年，愛因斯坦進入慕尼黑教會年，愛因斯坦進入慕尼黑教會中學讀書。中學讀書。 1894年，由于中學的成績除數(shù)學優(yōu)秀之外，

10、年，由于中學的成績除數(shù)學優(yōu)秀之外，其它學科均屬低下，遭到了退學處分其它學科均屬低下，遭到了退學處分 1895年去蘇黎世投考瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學，但年去蘇黎世投考瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學，但未被取錄，只得轉(zhuǎn)學到一間中學。未被取錄，只得轉(zhuǎn)學到一間中學。 1896年他考進聯(lián)邦工業(yè)大學師范系學習物理年他考進聯(lián)邦工業(yè)大學師范系學習物理學。學。 19001900年畢業(yè)，由于學業(yè)成績并不突出，他找不年畢業(yè)，由于學業(yè)成績并不突出，他找不到一個教職。到一個教職。 19021902年，年， 愛因斯坦終于在伯爾尼找到了聯(lián)邦愛因斯坦終于在伯爾尼找到了聯(lián)邦專利局審查員的職務。此時他利用工余時間繼專利局審查員的職務。此時他利用工余時

11、間繼續(xù)自修理論物理。續(xù)自修理論物理。 1905年，二十六歲的愛因斯坦共發(fā)表了年，二十六歲的愛因斯坦共發(fā)表了四篇在物理學各領(lǐng)域中最富有創(chuàng)造性的偉四篇在物理學各領(lǐng)域中最富有創(chuàng)造性的偉大論文。分子體積的新測定方法大論文。分子體積的新測定方法(有有關(guān)布朗運動關(guān)布朗運動)一文使他獲得蘇黎世大學的一文使他獲得蘇黎世大學的哲學博士學位，而關(guān)于光的產(chǎn)生和哲學博士學位，而關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點的一個啟發(fā)性觀點(有關(guān)光電效應有關(guān)光電效應)一文一文更使他于更使他于1921年獲得諾貝爾物理學獎。年獲得諾貝爾物理學獎。 其余的兩篇創(chuàng)立了狹義相對論，后人認為其余的兩篇創(chuàng)立了狹義相對論，后人認為這是他對物理

12、學最重要的貢獻。這是他對物理學最重要的貢獻。 1913年，普朗克和能斯特代表普魯士科年，普朗克和能斯特代表普魯士科學院邀請愛因斯坦回德國工作。學院邀請愛因斯坦回德國工作。 1914年，他擔任威廉大帝物理研究所年，他擔任威廉大帝物理研究所所長兼柏林大學教授。這個教職給予了所長兼柏林大學教授。這個教職給予了愛因斯坦經(jīng)濟上的支持，使他能夠全時愛因斯坦經(jīng)濟上的支持，使他能夠全時間從事研究工作。間從事研究工作。 1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論基礎(chǔ)，這是關(guān)于廣義相對論的第一論基礎(chǔ)，這是關(guān)于廣義相對論的第一篇完整的論文，也是對這項工作的總結(jié)。篇完整的論文，也是對這項工作的總結(jié)

13、。 1933年因受納粹德國的迫害，愛因斯年因受納粹德國的迫害，愛因斯坦遷居美國，任普林斯頓高等學術(shù)研究坦遷居美國，任普林斯頓高等學術(shù)研究院教授。院教授。 1940年取得美國國籍。年取得美國國籍。 1955年病逝普林斯頓。年病逝普林斯頓。 （二）相對論簡介：（二）相對論簡介： 1. 1.經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀 （1 1）重要概念重要概念： 參照系參照系：描述物體的運動狀態(tài)時，被用：描述物體的運動狀態(tài)時，被用來當作參照物的物體。來當作參照物的物體。 運動的相對性運動的相對性：同一物體的運動，選用：同一物體的運動，選用不同的參照系去描述時是不同的，這就是運不同的參照系去描述時是不同的，這就是運動的相對

14、性。動的相對性。 慣性參照系慣性參照系：牛頓運動定律能夠成立的：牛頓運動定律能夠成立的參照系。參照系。 實驗證明，相對于慣性參照系做勻速直線實驗證明，相對于慣性參照系做勻速直線運動的參照系也是慣性參照系。運動的參照系也是慣性參照系。（2）伽利略力學相對性原理伽利略力學相對性原理： 在任何一個慣性參照系中，都不可在任何一個慣性參照系中，都不可能通過任何的力學實驗，來確定這個參能通過任何的力學實驗，來確定這個參照系是處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。照系是處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)?；蛘哒f，力學定律在所有的慣性參照系或者說，力學定律在所有的慣性參照系中都是等價的，具體相同的形式。中都是等價的，具體相同的

15、形式。（3）絕對時間絕對時間： 存在于物質(zhì)之外均勻流逝，與空間存在于物質(zhì)之外均勻流逝，與空間沒有任何的關(guān)系；而具體的時間計量，沒有任何的關(guān)系；而具體的時間計量，如分，秒等只是相對的時間。如分，秒等只是相對的時間。（4）絕對空間絕對空間： 也與物質(zhì)無關(guān)，是均勻、恒定不動，也與物質(zhì)無關(guān)，是均勻、恒定不動，且能容納物體及其運動的大容器；具體且能容納物體及其運動的大容器；具體的空間計量則是相對空間。的空間計量則是相對空間。（5）經(jīng)典的時空觀經(jīng)典的時空觀=絕對時間絕對時間+絕對空間絕對空間+伽利略力學相對性原理伽利略力學相對性原理。 2.電磁現(xiàn)象及相對性電磁現(xiàn)象及相對性： “伽利略航船伽利略航船”“以太

16、以太” 邁克爾邁克爾遜遜-莫雷實驗莫雷實驗光速不變原理：在不同光速不變原理：在不同的、相對作勻速運動的慣性參照系中，的、相對作勻速運動的慣性參照系中，測得的光速同傳播方向無關(guān)。測得的光速同傳播方向無關(guān)。 3.狹義相對論及其時空觀狹義相對論及其時空觀 ：（1）狹義相對論的基本假設(shè)狹義相對論的基本假設(shè)是：是： 質(zhì)量和速度的關(guān)系質(zhì)量和速度的關(guān)系： 光速不變原理光速不變原理：真空中光的傳播：真空中光的傳播速度在各個方向都是相同的，與光源的速度在各個方向都是相同的，與光源的運動無關(guān)。運動無關(guān)。（2 2）極限速度與超光速現(xiàn)象極限速度與超光速現(xiàn)象： 光速的極限性光速的極限性 超光速現(xiàn)象超光速現(xiàn)象：如探照燈現(xiàn)

17、象等。：如探照燈現(xiàn)象等。 質(zhì)能關(guān)系質(zhì)能關(guān)系： 質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的?；蛘哒f，質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。或者說，物質(zhì)和運動存在著不可分割的聯(lián)系。物質(zhì)和運動存在著不可分割的聯(lián)系。 4. 廣義相對論及其時空觀廣義相對論及其時空觀 （1） 狹義相對論與萬有引力定律的矛盾狹義相對論與萬有引力定律的矛盾 萬有引力定律萬有引力定律：萬有引力是一種：萬有引力是一種“超距超距”作作用用-產(chǎn)生和到達是同時的；產(chǎn)生和到達是同時的； 狹義相對論狹義相對論：光速是傳播速度的極限。：光速是傳播速度的極限。2mcE （2） 厄缶的實驗厄缶的實驗： 證明證明慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是相等的慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是相等的。 其中

18、，其中，慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量是指出現(xiàn)在牛頓第二定是指出現(xiàn)在牛頓第二定律律 中，表示中，表示“慣性的大小慣性的大小”，記作記作m I 引力質(zhì)量引力質(zhì)量則是牛頓引力定律則是牛頓引力定律 中的質(zhì)量，記作中的質(zhì)量，記作m G 行星作圓周運動時，有行星作圓周運動時，有amFI2rGMmfG2rGMa （ 3） 愛因斯坦的啟發(fā)愛因斯坦的啟發(fā) 結(jié)論結(jié)論1：光線在引力場中受到引力場的影：光線在引力場中受到引力場的影響而響而“走彎路走彎路”； 結(jié)論結(jié)論2：光波在引力場中傳播時會改變它的頻率，：光波在引力場中傳播時會改變它的頻率，使光譜線的位置產(chǎn)生移動使光譜線的位置產(chǎn)生移動-引力紅移。引力紅移。 愛因斯坦設(shè)想，愛因斯

19、坦設(shè)想，萬有引力效應是空間、萬有引力效應是空間、時間彎曲的一種表現(xiàn)時間彎曲的一種表現(xiàn)。（4） 廣義相對論的基本思想廣義相對論的基本思想： 物質(zhì)在其周圍激發(fā)引力場，這個引力場物質(zhì)在其周圍激發(fā)引力場，這個引力場則反過來作用于其中的物質(zhì)，而引力場就是則反過來作用于其中的物質(zhì)，而引力場就是時間的彎曲時間的彎曲。 空間、時間的彎曲結(jié)構(gòu)決定于物質(zhì)的能空間、時間的彎曲結(jié)構(gòu)決定于物質(zhì)的能量密度、動量密度在空間、時間中的分布；量密度、動量密度在空間、時間中的分布；而空間、時間的彎曲結(jié)構(gòu)又反過來決定物體而空間、時間的彎曲結(jié)構(gòu)又反過來決定物體的運行軌道。的運行軌道。 在引力不強，空間、時間彎曲度很小情況在引力不強，

20、空間、時間彎曲度很小情況下，廣義相對論的結(jié)論同牛頓萬有引力定律下，廣義相對論的結(jié)論同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的結(jié)論趨于一致；當引力較和牛頓運動定律的結(jié)論趨于一致；當引力較強，空間、時間彎曲較大的情況下，就有區(qū)強，空間、時間彎曲較大的情況下，就有區(qū)別。別。 （三）相對論帶來的重大發(fā)現(xiàn)（三）相對論帶來的重大發(fā)現(xiàn) （1）時間旅行時間旅行 （2）原子裂變原子裂變 （3）宇宙大爆炸和宇宙常數(shù)宇宙大爆炸和宇宙常數(shù)暗能量暗能量 （4）黑洞大發(fā)現(xiàn)黑洞大發(fā)現(xiàn) 時間旅行時間旅行 狹義相對論證明高速旅行會使時間狹義相對論證明高速旅行會使時間變慢，假定將來的某個時候，我們已解變慢，假定將來的某個時候，我們已解決

21、了所有的技術(shù)難題，能夠制造一艘以決了所有的技術(shù)難題，能夠制造一艘以接近于光速飛行的宇宙飛船，一定意義接近于光速飛行的宇宙飛船，一定意義上的時間旅行就變成可能了。上的時間旅行就變成可能了。 時間機器模型：蟲洞時間機器模型：蟲洞 蟲洞是連接宇宙遙遠區(qū)域間的時空細管，它蟲洞是連接宇宙遙遠區(qū)域間的時空細管，它可以把未來的宇宙和現(xiàn)在的宇宙連接起來，可以把未來的宇宙和現(xiàn)在的宇宙連接起來，并提供時間旅行的可能性并提供時間旅行的可能性 廣義相對論表明，時空可以不是平坦的，廣義相對論表明，時空可以不是平坦的，而是彎曲的。我們可以在地球與宇宙遙遠的而是彎曲的。我們可以在地球與宇宙遙遠的地方這兩點之間鑿出一個地方這

22、兩點之間鑿出一個蟲洞蟲洞，然后用某種，然后用某種“奇異物質(zhì)奇異物質(zhì)”把洞口撐開，使之成為一個突把洞口撐開，使之成為一個突然出現(xiàn)在宇宙中的超空間管道，讓我們在瞬然出現(xiàn)在宇宙中的超空間管道，讓我們在瞬間到達遙遠的另外一個時空。間到達遙遠的另外一個時空。 關(guān)于蟲洞能不能夠建成，還有許多細關(guān)于蟲洞能不能夠建成，還有許多細節(jié)的問題，這只是一個理想的模型。節(jié)的問題，這只是一個理想的模型。 還有即使形成了一個蟲洞，它是否穩(wěn)還有即使形成了一個蟲洞，它是否穩(wěn)定？很小的擾動（包括你嘗試穿過它的定？很小的擾動（包括你嘗試穿過它的擾動）會不會導致它坍塌？擾動）會不會導致它坍塌？ 這些都是科學家們在熱烈討論的問題！這些

23、都是科學家們在熱烈討論的問題！ 原子裂變原子裂變 愛因斯坦著名的質(zhì)能關(guān)系式：愛因斯坦著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2 表明能量等于質(zhì)量乘以光速的平方，即表明能量等于質(zhì)量乘以光速的平方，即能量是質(zhì)量的能量是質(zhì)量的900萬倍。萬倍。 那么指甲蓋般大小的物質(zhì)的質(zhì)量如果那么指甲蓋般大小的物質(zhì)的質(zhì)量如果完全消失，其釋放的能量是用以幾萬噸完全消失，其釋放的能量是用以幾萬噸煤炭來計算的。煤炭來計算的。 遺憾的是，沒人能隨便減少質(zhì)量，遺憾的是，沒人能隨便減少質(zhì)量，譬如一塊石頭，我們盡可以用錘子砸成譬如一塊石頭，我們盡可以用錘子砸成小塊，然后碾成碎末，可是當你仔細地小塊，然后碾成碎末，可是當你仔細地收集這些碎末后就

24、會發(fā)現(xiàn)它的質(zhì)量并未收集這些碎末后就會發(fā)現(xiàn)它的質(zhì)量并未變化變化。 在在1939年，約里奧年，約里奧居里、費米、西拉德這居里、費米、西拉德這三位科學家分別獨立發(fā)現(xiàn)了三位科學家分別獨立發(fā)現(xiàn)了鏈式反應鏈式反應，使人類，使人類找到了釋放巨大原子能的方法。鈾找到了釋放巨大原子能的方法。鈾235的核的核受到中子轟擊就會發(fā)生裂變，分裂成兩個中等受到中子轟擊就會發(fā)生裂變，分裂成兩個中等質(zhì)量的新原子核，放出質(zhì)量的新原子核，放出13個中子，并釋放個中子，并釋放出巨大能量，這些中子又能引發(fā)其它鈾核再分出巨大能量，這些中子又能引發(fā)其它鈾核再分裂，如此反復，形成連鎖反應，不斷釋放巨大裂，如此反復，形成連鎖反應，不斷釋放巨

25、大能量。這就是鏈式反應。能量。這就是鏈式反應。 后來人們據(jù)此制造出了原子彈。后來人們據(jù)此制造出了原子彈。 1945年人類第一顆原子彈在美國年人類第一顆原子彈在美國爆炸成功，緊接著日本人遭受了人類歷爆炸成功，緊接著日本人遭受了人類歷史上最殘酷的懲罰，幾十萬人死傷，其史上最殘酷的懲罰，幾十萬人死傷，其中一部分人瞬間還被還原成基本粒子，中一部分人瞬間還被還原成基本粒子，真成了魂飛魄散。真成了魂飛魄散。E=mc2在給人間帶在給人間帶來希望之前，帶來的先是致命的創(chuàng)傷，來希望之前，帶來的先是致命的創(chuàng)傷，這一切對于深愛和平的愛因斯坦來說無這一切對于深愛和平的愛因斯坦來說無疑是一記重拳，直至臨死前他仍為此痛疑

26、是一記重拳，直至臨死前他仍為此痛心不已。心不已。宇宙大爆炸和暗能量宇宙大爆炸和暗能量物理學最大的研究對象是宇宙。物理學最大的研究對象是宇宙。 宇宙是時空和一切物質(zhì)的總和，我們宇宙是時空和一切物質(zhì)的總和，我們所研究的是我們可以觀察到的宇宙。所研究的是我們可以觀察到的宇宙。我們生活在銀河系。我們生活在銀河系。 1917年，愛因斯坦試圖根據(jù)廣義相對論方年，愛因斯坦試圖根據(jù)廣義相對論方程推導出整個宇宙的模型，但他發(fā)現(xiàn)，在這程推導出整個宇宙的模型，但他發(fā)現(xiàn)，在這樣一個只有引力作用的模型中，宇宙不是膨樣一個只有引力作用的模型中，宇宙不是膨脹就是收縮。脹就是收縮。 為了使這個宇宙模型保持靜止，愛因斯坦在為了

27、使這個宇宙模型保持靜止，愛因斯坦在他的方程里額外增加了一個新的概念他的方程里額外增加了一個新的概念宇宇宙常數(shù)宙常數(shù)，它表示的是一種斥力，同引力相反，它表示的是一種斥力，同引力相反，它隨著天體之間距離的增大而增強。這是一它隨著天體之間距離的增大而增強。這是一個假想的、用以抵消引力作用的力。個假想的、用以抵消引力作用的力。 但是，但是，1929年，哈勃發(fā)現(xiàn)所有星系都在年，哈勃發(fā)現(xiàn)所有星系都在遠離我們而去，這表明宇宙正在不斷膨脹。遠離我們而去，這表明宇宙正在不斷膨脹。 1945年，人類史上第一顆原子彈爆炸成年，人類史上第一顆原子彈爆炸成功，看著蘑菇云升起的照片，伽莫夫突發(fā)靈功，看著蘑菇云升起的照片，

28、伽莫夫突發(fā)靈感：把原子彈規(guī)模感：把原子彈規(guī)?！胺糯蠓糯蟆钡綗o窮大，不就到無窮大，不就成了宇宙爆炸嗎？他把核物理知識和宇宙膨成了宇宙爆炸嗎？他把核物理知識和宇宙膨脹理論結(jié)合起來，逐漸形成了自己的一套大脹理論結(jié)合起來，逐漸形成了自己的一套大爆炸宇宙理論體系。爆炸宇宙理論體系。 1948年，伽莫夫和他的學生阿爾法合寫年，伽莫夫和他的學生阿爾法合寫了一篇著名論文，系統(tǒng)地提出了宇宙起源和了一篇著名論文，系統(tǒng)地提出了宇宙起源和演化的理論演化的理論大爆炸理論。大爆炸理論。 宇宙是由大約宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。炸形成的。在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能在爆炸發(fā)生

29、之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散開來，宇宙空間不斷膨大爆炸使物質(zhì)四散開來，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，后來相繼出現(xiàn)在脹，溫度也相應下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的逐漸形成的 根據(jù)大爆炸宇宙論，極早期的宇宙是一大根據(jù)大爆炸宇宙論，極早期的宇宙是一大片由微觀粒子構(gòu)成的均勻氣體，溫度極高，片由微觀粒子構(gòu)

30、成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。伽莫夫密度極大，且以很大的速率膨脹著。伽莫夫還作出了一個非凡的預言：我們的宇宙仍沐還作出了一個非凡的預言：我們的宇宙仍沐浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，不過溫度浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，不過溫度已降到已降到6K左右。左右。 1964年，美國貝爾電話公司年輕的工程年，美國貝爾電話公司年輕的工程師師彭齊亞斯和威爾遜，因一次偶然的機彭齊亞斯和威爾遜，因一次偶然的機會發(fā)現(xiàn)了伽莫夫所預言的早期宇宙的殘余輻會發(fā)現(xiàn)了伽莫夫所預言的早期宇宙的殘余輻射，經(jīng)過測量和計算，得出這個殘余輻射的射，經(jīng)過測量和計算，得出這個殘余輻射的溫度是溫度是2.7K(比伽莫夫

31、預言的溫度要低比伽莫夫預言的溫度要低)，一，一般稱為般稱為3K宇宙微波背景輻射宇宙微波背景輻射。這一發(fā)現(xiàn)有力。這一發(fā)現(xiàn)有力的佐證了宇宙大爆炸理論。的佐證了宇宙大爆炸理論。暗能量暗能量 1998年，天文學家們發(fā)現(xiàn)，宇宙不年，天文學家們發(fā)現(xiàn)，宇宙不只是在膨脹，而且在以前所未有的加速只是在膨脹，而且在以前所未有的加速度向外擴張，所有遙遠的星系遠離我們度向外擴張，所有遙遠的星系遠離我們的速度越來越快。那么一定有某種隱藏的速度越來越快。那么一定有某種隱藏的力量在暗中把星系相互以加速膨脹的的力量在暗中把星系相互以加速膨脹的方式撕扯開來，這是一種具有排斥力的方式撕扯開來，這是一種具有排斥力的能量，科學家們把

32、它稱為能量，科學家們把它稱為“暗能量暗能量”。 近年來，科學家們通過各種的觀測近年來，科學家們通過各種的觀測和計算證實，暗能量不僅存在，而且在和計算證實，暗能量不僅存在，而且在宇宙中占主導地位，它的總量約達到宇宇宙中占主導地位，它的總量約達到宇宙總量的宙總量的73%，而宇宙中的暗物質(zhì)約，而宇宙中的暗物質(zhì)約占占23%、普通物質(zhì)僅約占、普通物質(zhì)僅約占4%。 暗能量是怎么來的？它將如何發(fā)展？暗能量是怎么來的？它將如何發(fā)展？這已經(jīng)是這已經(jīng)是21世紀宇宙學所面臨的最重世紀宇宙學所面臨的最重大問題之一。大問題之一。 黑洞黑洞 廣義相對論表明，引力場可以造成空廣義相對論表明，引力場可以造成空間彎曲，強大的引力場可以造成強烈的間彎曲，強大的引力場可以造成