《大爆炸宇宙學(xué)》課件

大爆炸宇宙學(xué)歡迎來到《大爆炸宇宙學(xué)》的探索之旅。我們將深入探討宇宙的起源、演化和未來，揭示宇宙的奧秘。讓我們一起踏上這段激動人心的宇宙探索之旅。宇宙的誕生1宇宙初始約138億年前，宇宙從一個奇點(diǎn)爆發(fā)而出，開始了時間和空間的旅程。2急劇膨脹在極短時間內(nèi)，宇宙經(jīng)歷了指數(shù)級膨脹，稱為暴漲期。3基本粒子形成隨著宇宙冷卻，基本粒子如夸克和電子開始形成。大爆炸理論宇宙起源模型大爆炸理論是描述宇宙起源和演化的主流科學(xué)模型。喬治·勒梅特這一理論由比利時神父和物理學(xué)家喬治·勒梅特于1927年首次提出。宇宙膨脹理論預(yù)測宇宙從高密度、高溫狀態(tài)開始不斷膨脹。觀測證據(jù)宇宙微波背景輻射和宇宙中氫、氦的豐度支持這一理論。熱大爆炸模型定義熱大爆炸模型是描述宇宙早期演化的詳細(xì)理論框架。特點(diǎn)模型假設(shè)宇宙初期處于極高溫度和密度狀態(tài)，隨后開始膨脹和冷卻。預(yù)測成功預(yù)測了宇宙微波背景輻射和原始元素的豐度。宇宙的初始狀態(tài)1奇點(diǎn)無限密度和溫度的狀態(tài)2普朗克時期量子引力主導(dǎo)3大統(tǒng)一時期強(qiáng)力與電弱力統(tǒng)一4夸克時期夸克和膠子形成5強(qiáng)子時期質(zhì)子和中子形成元素的合成原初核合成大爆炸后約3分鐘，氫和氦開始形成。恒星核合成恒星內(nèi)部合成更重的元素，如碳、氧和鐵。超新星核合成大質(zhì)量恒星爆發(fā)產(chǎn)生更重元素，如金和鈾。中子星并合產(chǎn)生最重的元素，如金和鉑。原子的形成1質(zhì)子形成宇宙年齡約10^-6秒時，夸克結(jié)合形成質(zhì)子。2中子形成宇宙年齡約1秒時，中子形成并穩(wěn)定存在。3原子核形成宇宙年齡約3分鐘時，氫和氦原子核形成。4電子結(jié)合宇宙年齡約38萬年時，電子與原子核結(jié)合形成中性原子。恒星的誕生氣體云塌縮巨大的分子云在自身引力作用下開始塌縮。原恒星形成塌縮的核心溫度升高，形成原恒星。核聚變點(diǎn)火當(dāng)核心溫度達(dá)到臨界值時，氫開始聚變成氦。主序星誕生恒星達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，開始長期的核聚變過程。星系的形成暗物質(zhì)暈暗物質(zhì)形成引力勢阱，吸引普通物質(zhì)。恒星形成氣體云塌縮形成第一代恒星。超大質(zhì)量黑洞星系中心形成超大質(zhì)量黑洞。星系結(jié)構(gòu)星系逐漸形成盤狀或橢圓結(jié)構(gòu)。暗物質(zhì)和暗能量暗物質(zhì)不發(fā)光但有引力作用的神秘物質(zhì)，占宇宙物質(zhì)能量總量的26.8%。暗能量導(dǎo)致宇宙加速膨脹的未知能量形式，占宇宙物質(zhì)能量總量的68.3%。普通物質(zhì)我們熟悉的物質(zhì)形式，僅占宇宙物質(zhì)能量總量的4.9%。宇宙的膨脹1初始膨脹大爆炸后，宇宙開始快速膨脹。2暴漲期宇宙經(jīng)歷極短時間的指數(shù)級膨脹。3減速膨脹引力作用導(dǎo)致膨脹速度減緩。4加速膨脹約70億年前，暗能量主導(dǎo)，宇宙開始加速膨脹。黑洞的形成1大質(zhì)量恒星死亡質(zhì)量超過太陽20-25倍的恒星耗盡核燃料。2超新星爆發(fā)恒星核心坍縮，外層物質(zhì)劇烈爆發(fā)。3引力坍縮核心繼續(xù)坍縮，密度達(dá)到臨界值。4黑洞形成形成事件視界，光無法逃脫。引力波的探測1理論預(yù)言愛因斯坦在1916年首次預(yù)言引力波存在。2LIGO建設(shè)激光干涉引力波天文臺于1992年開始建設(shè)。3首次探測2015年9月14日，LIGO首次直接探測到引力波信號。4諾貝爾獎2017年，LIGO團(tuán)隊因引力波探測獲得諾貝爾物理學(xué)獎。宇宙微波背景輻射定義宇宙微波背景輻射是大爆炸遺留的熱輻射。發(fā)現(xiàn)1964年，彭齊亞斯和威爾遜意外發(fā)現(xiàn)這種輻射。溫度輻射溫度約為2.7開爾文，極其均勻。意義為大爆炸理論提供了關(guān)鍵證據(jù)。哈勃定律定義哈勃定律描述了星系的退行速度與其距離成正比的關(guān)系。公式v=H?×d，其中v為退行速度，d為距離，H?為哈勃常數(shù)。意義證實了宇宙正在膨脹，支持大爆炸理論。宇宙學(xué)參數(shù)密度參數(shù)Ω描述宇宙物質(zhì)-能量密度與臨界密度之比。宇宙學(xué)常數(shù)Λ表示真空能量密度，與暗能量相關(guān)。哈勃常數(shù)H?描述當(dāng)前宇宙膨脹速率。減速參數(shù)q描述宇宙膨脹的加速或減速程度。宇宙的年齡和尺度138億年宇宙年齡基于多項觀測數(shù)據(jù)，科學(xué)家估算出宇宙的年齡約為138億年。930億光年可觀測宇宙直徑可觀測宇宙的直徑約為930億光年。10^26米宇宙尺度宇宙的總體尺度可能遠(yuǎn)超可觀測范圍，甚至可能是無限的。宇宙的演化1大爆炸宇宙誕生于約138億年前的奇點(diǎn)。2暴漲期宇宙經(jīng)歷極短時間的急劇膨脹。3原子形成宇宙冷卻，形成中性原子。4恒星和星系形成引力作用導(dǎo)致物質(zhì)聚集，形成大尺度結(jié)構(gòu)。5現(xiàn)在宇宙繼續(xù)膨脹，結(jié)構(gòu)不斷演化。大爆炸理論證據(jù)宇宙膨脹哈勃定律證實宇宙正在膨脹。宇宙微波背景輻射大爆炸遺留的均勻輻射。輕元素豐度觀測到的氫、氦比例與理論預(yù)測一致。大尺度結(jié)構(gòu)宇宙中物質(zhì)分布的大尺度結(jié)構(gòu)符合理論預(yù)期。溫度和紅移關(guān)系紅移定義光譜線向紅端移動，表明光源正在遠(yuǎn)離觀測者。溫度關(guān)系紅移越大，對應(yīng)的輻射溫度越低，反映宇宙膨脹和冷卻過程。宇宙學(xué)意義通過紅移-溫度關(guān)系，可以追溯宇宙早期狀態(tài)。銀河系的構(gòu)造1銀心中心超大質(zhì)量黑洞2核球老年恒星密集區(qū)域3盤面包含大部分恒星和氣體4旋臂年輕恒星和氣體密集區(qū)域5暈包圍銀盤的球狀區(qū)域星系團(tuán)和超星系團(tuán)星系團(tuán)由數(shù)十到數(shù)千個星系通過引力束縛在一起的系統(tǒng)。超星系團(tuán)由多個星系團(tuán)組成的更大尺度結(jié)構(gòu)。長城結(jié)構(gòu)超星系團(tuán)形成的巨大絲狀結(jié)構(gòu)，跨越數(shù)億光年。宇宙網(wǎng)絡(luò)由星系團(tuán)、超星系團(tuán)和虛空組成的大尺度結(jié)構(gòu)。宇宙的未來進(jìn)化持續(xù)膨脹在暗能量作用下，宇宙將繼續(xù)加速膨脹。星系遠(yuǎn)離星系間距離增大，最終超出可觀測范圍。恒星死亡恒星燃料耗盡，宇宙逐漸變暗。熱寂宇宙達(dá)到最大熵狀態(tài)，所有能量均勻分布。生命的起源和演化1化學(xué)進(jìn)化簡單分子形成復(fù)雜有機(jī)物。2原始生命自我復(fù)制的RNA分子出現(xiàn)。3單細(xì)胞生物原核生物和真核生物相繼出現(xiàn)。4多細(xì)胞生物復(fù)雜的多細(xì)胞生物開始演化。5智能生命具有自我意識的生命形式出現(xiàn)。多宇宙理論平行宇宙無數(shù)宇宙同時存在，每個宇宙有不同的物理定律。分支宇宙每個量子事件都會導(dǎo)致宇宙分裂成多個平行世界。膜宇宙我們的宇宙是高維空間中的一個"膜"。循環(huán)宇宙宇宙經(jīng)歷無限次的大爆炸和大坍縮循環(huán)。超弦理論和量子引力超弦理論假設(shè)基本粒子是一維弦的振動模式，試圖統(tǒng)一所有基本力。額外維度理論預(yù)言存在額外的空間維度，但通常是卷曲的。量子引力試圖將量子力學(xué)和引力理論統(tǒng)一的理論框架。大統(tǒng)一理論1終極理論統(tǒng)一所有基本力2大統(tǒng)一理論統(tǒng)一強(qiáng)、弱、電磁力3電弱統(tǒng)一理論統(tǒng)一電磁力和弱核力4量子電動力學(xué)描述電磁相互作用5經(jīng)典理論分別描述各種力暗能量與宇宙加速膨脹加速膨脹觀測表明宇宙正在加速膨脹。未知本質(zhì)暗能量的本質(zhì)仍然是一個謎。占比暗能量約占宇宙總能量的68.3%。宇宙命運(yùn)暗能量將決定宇宙的最終命運(yùn)。宇宙學(xué)研究前沿暗物質(zhì)探測尋找暗物質(zhì)粒子的直接證據(jù)。暗能量本質(zhì)探索暗能量的物理機(jī)制。宇宙學(xué)常數(shù)問題解釋觀測到的宇宙學(xué)常數(shù)與理論預(yù)測的巨大差異。引力波天文學(xué)利用引力波探測器研究宇宙極端事件。人類認(rèn)識宇宙的歷程1古代宇宙觀地心說主導(dǎo)，認(rèn)為地球是宇宙中心。2哥白尼革命日心說建立，顛覆傳統(tǒng)宇宙觀。3牛頓力學(xué)建立經(jīng)