天體與地球第一章宇宙

天體與地球第一章宇宙第1頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)

宇宙一、宇宙的基本概念1、科學(xué)的宇宙概念—客觀性

中國(guó)戰(zhàn)國(guó)魯人:

四方上下曰宇——空間

往古來(lái)今曰宙——時(shí)間現(xiàn)代科學(xué)的宇宙定義：宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體及彌漫物質(zhì)的總稱。

時(shí)間宇宙是空間

的最大范疇

物質(zhì)第2頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.可觀測(cè)宇宙的概念—相對(duì)性人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)：

①古代宇宙觀——地心說(shuō)

②近代宇宙觀——日心體系

——銀河系宇宙

③現(xiàn)代宇宙觀——總星系（可觀測(cè)宇宙）由哈勃半徑（150億光年）的數(shù)倍為度量

宇宙的范圍:數(shù)百億光年第3頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月哈勃太空望遠(yuǎn)鏡第4頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天體與地球第5頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人類認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)世界的尺度第6頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人類認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)世界的尺度第7頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人類認(rèn)識(shí)微觀物質(zhì)世界的尺度第8頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．兩類宇宙模型①穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型宇宙的平均性質(zhì)處處相同，并且永遠(yuǎn)不會(huì)隨時(shí)間變化。在該學(xué)說(shuō)中，為了在宇宙膨脹時(shí)保持宇宙的密度不變，必須不斷地創(chuàng)生物質(zhì)。創(chuàng)始人：邦迪、戈?duì)柕?、霍伊?/p>

②

演化態(tài)宇宙模型宇宙體積、密度、溫度、壓力隨時(shí)間而變化。宇宙有一個(gè)開(kāi)始，也可能有結(jié)束。代表理論：大爆炸宇宙學(xué)第9頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、現(xiàn)代宇宙時(shí)、空觀（相對(duì)論宇宙時(shí)、空觀）

-------從牛頓到愛(ài)因斯坦坡普(1726,威斯特敏斯特大教堂牛頓墓志銘):

大自然和它的規(guī)律深藏在黑夜里.上帝說(shuō),讓牛頓出世吧!于是一切就都在光明之中.斯夸爾爵士(1920th):

光明不再繼續(xù)了:惡魔在高聲地嚎叫;讓愛(ài)因斯坦出世吧,使世界重現(xiàn)光明.第11頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、現(xiàn)代宇宙時(shí)、空觀（相對(duì)論宇宙時(shí)、空觀）

1.牛頓經(jīng)典力學(xué)的時(shí)、空觀（1）牛頓的空間概念是日常經(jīng)驗(yàn)的空間，有三維南--北東--西上--下

是絕對(duì)的空間，人類、太陽(yáng)、行星和恒星共同擁有的空間，空間的坐標(biāo)是不變的、絕對(duì)的。

第12頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）牛頓的時(shí)間概念是日常經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間，人類、太陽(yáng)、行星和恒星共同經(jīng)歷著時(shí)間的流逝。是絕對(duì)的時(shí)間，時(shí)間的坐標(biāo)不變。牛頓1687年《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》“絕對(duì)的、真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間，就其自身及其本質(zhì)而言，是永遠(yuǎn)均勻流動(dòng)的，它不依賴于任何外界事物。”

牛頓時(shí)、空觀的本質(zhì)：割裂了時(shí)間、空間和物質(zhì)的聯(lián)系；僅適用于地球及其周圍的有限區(qū)域。第13頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．相對(duì)論宇宙時(shí)、空觀時(shí)間-空間-物質(zhì)的三角關(guān)系：時(shí)間用空間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量；物質(zhì)運(yùn)動(dòng)用時(shí)間和空間來(lái)測(cè)量；空間用物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和時(shí)間來(lái)測(cè)量。

①

運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性--從牛頓-伽里略相對(duì)論到愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論：運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)量—參照系第14頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

①

時(shí)間的相對(duì)性—廣義相對(duì)論

A.時(shí)間隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而變化時(shí)鐘矛盾：不同速度運(yùn)動(dòng)的物體上的時(shí)鐘相互矛盾。相對(duì)論時(shí)間公式（時(shí)鐘變慢）：第15頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：相對(duì)于地球以0.98倍光速運(yùn)行的飛船，內(nèi)部時(shí)鐘僅為地面時(shí)鐘的1∕5：

雙生子佯謬（悖論）第17頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙生子佯謬（悖論）第18頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

B.時(shí)間隨物質(zhì)引力而變化運(yùn)動(dòng)物體在中心物體的引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)于同一經(jīng)歷過(guò)程，在運(yùn)動(dòng)物體上測(cè)得時(shí)間間隔，要比在中心物體上的測(cè)定值大。偏大的數(shù)值：

地球上的原子鐘（銫原子鐘）每升高100m，快百萬(wàn)億分之一秒。第19頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月銫原子鐘第20頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月互聯(lián)網(wǎng)時(shí)第21頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③

空間的相對(duì)性—廣義相對(duì)論

A.空間坐標(biāo)的平直：僅適用于地球（天體）表面有限的局部

B.空間坐標(biāo)的彎曲：在大尺度的宇宙空間內(nèi)，空間坐標(biāo)的彎曲是絕對(duì)的?？臻g隨物質(zhì)引力而變化，即空間被引力所彎曲—引力透鏡。

第22頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大質(zhì)量天體與時(shí)空彎曲第23頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重力不僅改變空間,也改變時(shí)間第24頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)空彎曲與引力透鏡光不再以直線行進(jìn)第25頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月“卡西尼號(hào)”進(jìn)入土星彎曲的時(shí)空第26頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)空彎曲第27頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引力透鏡第28頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙中的海市蜃樓第29頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引力透鏡與愛(ài)因斯坦十字星第30頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)行中的Machos第32頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

相對(duì)論宇宙時(shí)、空觀的基本認(rèn)識(shí)：①時(shí)間、空間與物質(zhì)密不可分，時(shí)間、空間隨物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)而變化。

②在宇宙大尺度范疇內(nèi)，時(shí)間、空間坐標(biāo)的彎曲（扭曲）是絕對(duì)的、普遍的,而其坐標(biāo)的平直則是相對(duì)的、局部的。

——時(shí)、空彎曲

③時(shí)間、空間坐標(biāo)系統(tǒng)：平面幾何→黎曼幾何。第33頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

廣義相對(duì)論的基本內(nèi)容：三維空間和一維時(shí)間構(gòu)成四維時(shí)空連續(xù)統(tǒng)；物理事件由四維時(shí)空連續(xù)統(tǒng)中的點(diǎn)表示；四維時(shí)空連續(xù)統(tǒng)的幾何性質(zhì)由四維黎曼幾何描述?？臻g的度規(guī)張量和曲率可通過(guò)引力場(chǎng)方程，由物質(zhì)的能量-動(dòng)量張量決定。引力場(chǎng)方程：Rμυ—1／2gμυR＝-8πGTμυ

Rμυ為里齊張量；R為標(biāo)量曲率；gμυ為度規(guī)張量；Tμυ為能量-動(dòng)量張量；G為引力常數(shù)。第34頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月廣義相對(duì)論的驗(yàn)證：

①水星近日點(diǎn)的軌道反常進(jìn)動(dòng)。水星是最近太陽(yáng)的行星，它的橢圓軌道并不回到同一起點(diǎn)，觀測(cè)近日點(diǎn)每百年進(jìn)動(dòng)5601"

，用牛頓力學(xué)只能解釋5558"

，還差43".11，用廣義相對(duì)論計(jì)算的反常進(jìn)動(dòng)為43".03。金星、地球也有近日點(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)。

②光線偏轉(zhuǎn)。廣義相對(duì)論預(yù)言，當(dāng)光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)引力場(chǎng)后，其方向要發(fā)生偏轉(zhuǎn)。1919年日食期間的觀測(cè)證實(shí)了太陽(yáng)引力造成了星光彎曲。第35頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月廣義相對(duì)論的驗(yàn)證第36頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月廣義相對(duì)論的驗(yàn)證第37頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)第38頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)的引力使時(shí)間發(fā)生變化第40頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月我們無(wú)緣一睹的風(fēng)景第41頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③引力紅移。廣義相對(duì)論預(yù)言，從太陽(yáng)表面發(fā)出的譜線與地球上同種原子的譜線相比，波長(zhǎng)較長(zhǎng)（紅移），移動(dòng)量等于速度為0.6千米/秒的多普勒效應(yīng)移動(dòng)量。1960th觀測(cè)結(jié)果是：觀測(cè)值＝（1.05±0.05）×理論值。

④雷達(dá)回波的延遲。廣義相對(duì)論預(yù)言，當(dāng)從地球向地內(nèi)行星發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并接收其回波時(shí)，如果雷達(dá)波在太陽(yáng)附近通過(guò)，則回波的時(shí)間要比不在太陽(yáng)附近通過(guò)時(shí)有所延遲。對(duì)水星、金星和“水手”6、7號(hào)探測(cè)器的觀測(cè)結(jié)果均與理論值相符。第42頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

宇宙的曲率：在一個(gè)閉合的宇宙里，宇宙自我合攏。這是由于物質(zhì)密度很大，空間軌道繪成一個(gè)圓?！从邢?、無(wú)界的宇宙愛(ài)因斯坦:“我們或許生活在一個(gè)有限、無(wú)界的宇宙中.”第43頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月閉合的宇宙第44頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、微觀物質(zhì)世界的基本法則----量子力學(xué)的基本原理

1．波粒二象性1905年，愛(ài)因斯坦提出“光電效應(yīng)”，即波動(dòng)的光，是由粒子—“光量子”（光子）構(gòu)成。光子的能量與頻率成正比：E＝hγh為普朗克常數(shù)1923年法國(guó)德布羅意提出：所有物質(zhì)都具有“物質(zhì)波”，即“波粒二象性”。波動(dòng)的意義：電子存在（到達(dá)）某個(gè)部位，是電子“存在于該處的比率”。第45頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月H電子云第46頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.測(cè)不準(zhǔn)原理1930th,海森堡和薛定諤提出：微觀世界中,不可能同時(shí)對(duì)基本粒子(如電子)的位置和動(dòng)量進(jìn)行精確測(cè)定。例如，觀測(cè)粒子時(shí)，用能量小的光照射，E＝hγ,光的頻率很低,波長(zhǎng)很長(zhǎng)，粒子的位置不可能測(cè)準(zhǔn)；反之，若為了精確測(cè)位而減少波長(zhǎng)而增加能量時(shí)，粒子的動(dòng)量將發(fā)生變化。第47頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)不準(zhǔn)第48頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)

不準(zhǔn)第49頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)“波粒二象性”和“測(cè)不準(zhǔn)原理”的評(píng)論：

愛(ài)因斯坦：“上帝是不擲骰子的”霍金：“上帝不光擲骰子，還常常把骰子擲到你看不見(jiàn)的地方去”第50頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用概率來(lái)解釋---薛定諤之貓第51頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.隧道效應(yīng)根據(jù)“測(cè)不準(zhǔn)原理”，在量子力學(xué)范疇內(nèi),提供了極短時(shí)間內(nèi)能量變動(dòng)的可能性：電子可以在極短時(shí)間內(nèi)“借來(lái)”能量，遷移到它原來(lái)無(wú)法到達(dá)的地方。即電子可以穿透壁壘—“電子隧道”。第52頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隧道效應(yīng)第53頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.真空不空狄拉克指出：根據(jù)“測(cè)不準(zhǔn)原理”,在極短的瞬間,真空中處于負(fù)能量狀態(tài)的電子可以從某處“借來(lái)”能量,變?yōu)檎芰康碾娮?即電子與正電子成對(duì)產(chǎn)生;然而,“借來(lái)”的能量必須立刻償還，正電子必須還掉入負(fù)能量狀態(tài)，即電子與正電子成對(duì)湮滅。量子力學(xué)描繪的真空：

物質(zhì)不斷地產(chǎn)生和湮滅；能量不斷漲落起伏的“狄拉克海洋”。第54頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能量不斷漲落起伏的“狄拉克海洋”第55頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

四、物質(zhì)宇宙的一些基本特征1.宇宙大尺度系統(tǒng)性特征①天體的譜線紅移哈勃定律：隨著時(shí)間的推移，所有河外天體（星系）光譜都向紅外方向移動(dòng)，并且紅移量與距離成正比。

②宇宙微波背景輻射：K=2.7k——宇宙同此涼熱!第56頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天體的譜線紅移第57頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天體的譜線紅移第58頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天體的譜線紅移

第59頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月天體的譜線紅移

哈勃定律|第60頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③星系是宇宙的基本單元，宇宙宏觀形態(tài)呈泡沫空心狀結(jié)構(gòu)。

④天體時(shí)標(biāo)：所有觀測(cè)到天體的年齡都小于150億光年。

⑤He豐度：宇宙基本化學(xué)元素由氫和氦構(gòu)成。其中:

H：75℅；He：25℅?；?/p>

He原子︰H原子＝1︰12第61頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．微觀物質(zhì)世界的基本特征①基本粒子家族的成員構(gòu)成普通物質(zhì)（正物質(zhì)）的12種粒子第62頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本粒子家族第63頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本粒子家族和希格斯子第64頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12種基本粒子第65頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

②最基本層次上統(tǒng)治宇宙的五大角色：ⅰ上夸克u(+2/3)質(zhì)子：2u+d(+1)ⅱ下夸克d(-1/3)中子：u+2d(0)

ⅲ電子（-1）ⅵ中微子(0)

ⅴ光子第66頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第67頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第68頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日本神岡中微子探測(cè)裝置第69頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月震蕩的中微子第70頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③宇宙物質(zhì)作用4種基本力ⅰ強(qiáng)力（核力）作用范圍：原子核半徑是宇宙中最強(qiáng)大的力（束縛強(qiáng)子）！第71頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ⅱ電磁力作用范圍：無(wú)限宇宙中第二強(qiáng)大的力，為強(qiáng)力的1/137---正負(fù)相吸，陰陽(yáng)生萬(wàn)物！第72頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)力被電磁力封閉第73頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ⅲ（電）弱力作用范圍：原子核半徑強(qiáng)度為強(qiáng)力的10-5

——可使中子β衰變?yōu)橘|(zhì)子

第74頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ⅳ引力（重力）作用范圍：無(wú)限強(qiáng)度最弱，僅為強(qiáng)力的10-39---但引力可

以多勝少，最終統(tǒng)治宇宙！第75頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弱電統(tǒng)一理論第76頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④宇宙4種基本力的傳遞粒子ⅰ強(qiáng)力→膠子ⅱ電磁力→光子ⅲ（電）弱力→中間玻色子ⅳ引力（重力）→引力子（重力子）膠子、光子、中間玻色子已被測(cè)到！第77頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第78頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月夸克囚禁第79頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.宇宙物質(zhì)基本形態(tài)①正物質(zhì):ⅰ固態(tài)ⅱ液態(tài)ⅲ氣態(tài)

ⅳ等離子態(tài)ⅴ場(chǎng)

ⅵ中子態(tài)（超固態(tài)）ⅶ夸克態(tài)(奇異暗物質(zhì)：黑洞）

②反物質(zhì)第80頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太空中最奇特物體和現(xiàn)象第81頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

大爆炸宇宙學(xué)第82頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月盤(pán)古開(kāi)天地第83頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第二節(jié)

大爆炸宇宙學(xué)

一、大爆炸學(xué)說(shuō)思想體系的形成1915愛(ài)因斯坦:廣義相對(duì)論

引力場(chǎng)方程

“有限無(wú)界”宇宙概念1922弗里德曼:

“宇宙蛋”1927勒梅特:

宇宙早期“初生原子”1929哈勃:

發(fā)現(xiàn)“紅移定律”與宇宙膨脹1948~1952伽莫夫:提出αβγ理論，預(yù)言：早期元素核合成豐度

宇宙微波背景輻射1981古斯:暴漲模型1985霍金:

量子宇宙創(chuàng)生與黑洞第84頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第85頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第86頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2006年霍金在北京第87頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月教皇向霍金致敬第88頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、宇宙最早期演化（最初三分鐘）

大爆炸：宇宙起源的事件，約在137億年前,宇宙由極其高熱、極其高密度的奇點(diǎn)處爆發(fā)產(chǎn)生。宇宙的時(shí)間、空間和質(zhì)量均從虛無(wú)的真空中產(chǎn)生。

0.宇宙創(chuàng)生的量子背景

﹤10-35~10-44秒

普朗克時(shí)間

普朗克時(shí)代

﹤10-32厘米

普朗克長(zhǎng)度（大統(tǒng)一時(shí)代）﹥1094克/厘米3普朗克密度第89頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

大統(tǒng)一：四種宇宙基本力統(tǒng)一為一種，稱量子引力。

宇宙的量子創(chuàng)生：宇宙由奇點(diǎn)處誕生于真空的“狄拉克海洋”。時(shí)間

奇點(diǎn)空間

宇宙時(shí)空管

物質(zhì)第90頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙時(shí)空管第91頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月霍金和“零”的振動(dòng)第92頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙的量子創(chuàng)生和并列宇宙第93頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第94頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)間的起點(diǎn)第95頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．強(qiáng)子時(shí)代（10-35秒-1秒）①基本粒子誕生：夸克、電子、中微子、光子----五大角色出場(chǎng)?、诳淇饲艚嘿|(zhì)子、中子產(chǎn)生（1015K）第96頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．輕子時(shí)代（1秒-3分鐘）①中微子脫耦（1秒，1011K）

——宇宙對(duì)其透明②中子凍結(jié)n/p=1/6.5③原初核核合成質(zhì)子、中子合成輕原子核

—H、He、Li:宇宙物質(zhì)演化單調(diào)的開(kāi)始！第97頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

原初核核合成:ⅰ.氕核:pⅱ.氘核:n+pD+rⅲ.氚核:D+n

3H壽命17.7年

↘

3Heⅳ.氦3核:D+D→

3He+n

→

3He+pⅴ.氦4核:3He+D→

4He+n

3He+D→

4He+p

氦豐度:4He=1/4(核%);25%氦

第98頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

ⅵ.氦5核:4He+n→

52He半衰期為鋰5核:4He+p→

53Li10-21秒----------氦溝！------------ⅶ.Li7核：宇宙溫度降到1010K~108K,只允許合成極少量7Li3He+4He→7Li+

3He+4He→7Be+

7Be+e→7Li+宇宙第一次物質(zhì)起源合成四種輕核:

D3He4He7Li第99頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.輻射時(shí)代（3分鐘-30萬(wàn)年）①光子脫耦

——宇宙的第一縷光芒②宇宙微波背景輻射

——原始火爐的余溫

——現(xiàn)在2.7K!第100頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.原子時(shí)代（30萬(wàn)年-100萬(wàn)年）

中性原子H、He形成（1000K）

——原始彌漫星云5.引力時(shí)代最初10億年：古老星系、恒星形成目前探測(cè)到的最古老星系（類星體）為130億光年對(duì)銀河系古老恒星觀測(cè)推斷銀河系年齡為136億年（誤差8億年）第101頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙的早期演化與時(shí)空管第102頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙的誕生和演化第103頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第104頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度年代宇宙編年表第105頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、大爆炸宇宙學(xué)的證據(jù)

1.目前發(fā)現(xiàn)天體年齡時(shí)限＜137億年2.河外天體譜線紅移——宇宙膨脹的事實(shí)3.宇宙微波背景輻射的預(yù)言和發(fā)現(xiàn)4.最初三分鐘原初核核合成理論的驗(yàn)證：①

1/4的氦豐度②

四種輕核豐度的預(yù)測(cè)與實(shí)際檢驗(yàn)5.現(xiàn)代基本粒子物理學(xué)研究①

基本粒子家族：大爆炸理論預(yù)測(cè)只有三族;與發(fā)現(xiàn)相符合②

夸克-膠子等離子體的獲得第106頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彭齊亞斯和威爾遜1965年發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射;獲得1978年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第107頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1992年,宇宙微波背景輻射探測(cè)器(COBE)繪制的第一張宇宙微波背景輻射圖象。

不同的顏色表示輻射溫度的差異（1/10000）第108頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大爆炸理論的最后勝利---(COBE)繪制的宇宙微波背景輻射的漣漪第109頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ENRHKA(我找到了)!----1992年,喬治·斯穆特和約翰·馬瑟主持COBE計(jì)劃研究,發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的漣漪,被看作是大爆炸理論的最后勝利。獲得2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。喬治·斯穆特約翰·馬瑟第110頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙童年的快照第111頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第112頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月星系祖母第113頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四種輕核核合成豐度預(yù)測(cè)與驗(yàn)證第114頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種中微子的預(yù)測(cè)與觀測(cè)驗(yàn)證第115頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙早期基本粒子的產(chǎn)生第116頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月再現(xiàn)大爆炸第117頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原始湯---在高溫高壓下物質(zhì)破裂成夸克膠子等離子體子。物理學(xué)家們認(rèn)為宇宙大爆炸之初物質(zhì)就處于這種狀態(tài)。第118頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)

宇宙未來(lái)命運(yùn)和暗物質(zhì)、反物質(zhì)

一、宇宙未來(lái)與弗里德曼宇宙模型1.弗里德曼宇宙模型

開(kāi)放的宇宙Ω＜1

三個(gè)解平直的宇宙Ω＝1閉合的宇宙

Ω＞1

Ω＝

宇宙的物質(zhì)總量宇宙坍縮的臨界質(zhì)量

第119頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弗里德曼宇宙模型第120頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙膨脹與生命演化第121頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．宇宙未來(lái)的命運(yùn)①

大坍縮（大擠壓）——閉合的宇宙②

熱寂——平直的、開(kāi)放的宇宙熱寂宇宙的結(jié)局：質(zhì)子衰變?yōu)檎娮?，宇宙最終變成大的無(wú)法想象的輕子薄云

——電子和正電子、光子、中微子。質(zhì)子的壽命：1031年(1000萬(wàn)億億億年),相當(dāng)目前宇宙年齡的7

×1022倍！

第122頁(yè)，課件共144頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月宇宙的三種