1-2、热大爆炸宇宙模型
宇宙大爆炸讲解
2.通过不断总结经验，1969年7月21日格林尼
治时间12时56分，美国宇航员阿姆斯特朗走 出阿波罗11号的登月舱，终于在月球上印下 人类第一个脚印，迈出了“人类巨大的一 步”。至此，人类探索太空的旅程翻开了新
的一页。
阿波罗登月视频.MPG
新建文件夹\8嫦娥二号发射成功.3gp 新建文件夹\7嫦娥探月]动画演示：嫦娥二号
题的讨论中去。要是我们对此找到了答案，那么将
会是人类理智最终极的胜利。
从爱因斯坦广义相对论可推断出，宇宙必 须有个开端，并可能有个终结。
几乎所有星系都远离我们而去。从星系光谱的红移 可以推断出，越远的星系以越快的速度远离我们而 去，这表明整个宇宙处于膨胀的状态。宇宙不可能 像原先人们所想像的那样处于静态，这是一个动态 的过程。哈勃的发现暗示着存在一个叫做大爆炸的 时刻，当时宇宙的尺度无穷小，而且无限紧密。
五.人类对宇宙的探索
• 1. 1961年4月12日，首次载人航天发射即将 开始。当时，谁也没有把握这次能成功。 苏联曾有人建议让尚未生儿育女的宇航员 戈尔德·季托夫来执行这次任务。当时负责 载人航天研究工作的苏联宇航专家谢尔 盖·科罗列夫却坚持选用经验更为老道的尤 里·加加林，尽管他已是两个孩子的父亲了。
似乎世间万物最终的道路都是走向毁灭，无论是人 类，还是宇宙······
如科事果学实有的上一终宇天极宙我目中们的每确在一实 于件发 提东现 供西了 一要一 个形简套成单完一的整套理的完论理整去论统描。一述那的 时整理，个论我宇是们宙非所。常有困人难，的包。括哲学家、科学家以及普普通 通的人，都能参加到“为何我们和宇宙会存在”的问
一个著名的河外星系
银河系的友邻星系
四.宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸
宇宙大爆炸
Big Bang
理论介绍
宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：Big Bang）是 描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模 型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛 且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观 点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密 度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据 2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态 大约存在发生于133亿年至139亿年前），并经 过不断的膨胀到达今天的状态。
大爆炸宇宙的未来
在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种 图景：如果宇宙能量密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到 最大体积之后坍缩，在坍缩过程中，宇宙的密度和温度都 会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——即大 挤压；相反，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度， 膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。恒星形成会因各个星 系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止；恒星演化最终 导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地，这些致 密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。 宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度，从而达到所谓大 冻结。此外，倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定 的，重子物质最终也会全部消失，宇宙中只留下辐射和黑 洞，而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的熵会 增加到极点，以致于再也不会有自组织的能量形式产生， 最终宇宙达到热寂状态。
宇宙大爆炸理论验证了古代思想家 直觉
宇宙大爆炸理论告诉我们，宇宙大爆炸伊 始，宇宙间只有能量。这验证了古代思想 家们的直觉。古希腊哲学家柏拉图提出 “从一发散”；中国古代《道德经》中认 为“一生二，二生三，三生万物。”这个 “一”就是能量。其后，能量凝聚成基本 粒子。就此，宇宙的演化开始了：能量→ 基本粒子→原子、分子→无机界→生物界 →人类 。
大爆炸宇宙论的基本观点
大爆炸宇宙论的基本观点
大爆炸宇宙论是现代宇宙起源的主要理论之一，它提供了关于宇宙如何形成和发展的基本观点。
以下是大爆炸宇宙论的几个基本观点：
1. 宇宙起源于一个巨大的爆炸：大爆炸宇宙论认为，宇宙起源于约138亿年前的一次巨大爆炸事件，从这次爆炸中产生了时间、空间和所有物质能量。
2. 宇宙的膨胀：根据大爆炸宇宙论，宇宙在初始时刻迅速膨胀，并且这种膨胀仍在继续。
这意味着宇宙中的星系和星云正在不断地相互远离。
3. 宇宙的演化：大爆炸宇宙论认为，在宇宙的膨胀过程中，物质逐渐凝聚形成了星系、恒星和行星等天体。
随着时间的推移，宇宙中的结构和组织逐渐形成。
4. 宇宙的背景辐射：根据大爆炸宇宙论，宇宙膨胀的过程中释放了大量的能量，这些能量在宇宙中演化了几十亿年后形成了宇宙背景辐射。
这是一种微弱的热辐射，可以被观测到。
5. 宇宙的起源和命运：大爆炸宇宙论认为，宇宙的起源是一个单一的事件，但关于宇宙的最终命运有不同的假设。
其中之一是宇宙膨胀将持续下去直至无限远，并且永远不会停止。
另一种观点认为，宇宙可能会经历收缩并最终重新开始另一个大爆炸。
这些是大爆炸宇宙论的基本观点，虽然还有其他相关的理论和模型，但大爆炸宇宙论目前是关于宇宙起源和发展的主流学说之一。
宇宙大爆炸理论介绍
宇宙大爆炸理论介绍宇宙是如何起源的?自古以来一直是人类最感爱好和不懈探究的问题．历史上曾经显现过各种各样的神话传奇，但宇宙的起源本身却是一个科学问题．20世纪以来，由于科学技术的进展，人们在对宇宙观测中取得了越来越多的重大发觉，从而逐步建立起科学的宇宙模型棗大爆炸宇宙学模型．一、提出大爆炸宇宙学模型的背景20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，第一发觉了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离人们而去．1 929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来，总结出了闻名的哈勃定律：星系的退行速度v与它的距离r成正比，即v＝Hr．依照哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时刻内一直在膨胀，物质密度一直在变稀．由此反推，宇宙的结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物．因而1948年伽莫夫等人第一提出了大爆炸宇宙学模型．二、大爆炸宇宙学模型1948年，伽莫夫等在美国《物理评论》杂志上发表了关于大爆炸宇宙学模型的文章：提出宇宙是由甚早期温度极高且密度极大，体积极小的物质迅速膨胀形成的，这是一个由热到冷、由密到稀，不断膨胀的过程，尤如一次规模极其庞大的超级大爆炸．依照这一学说，在宇宙的最早期，即距今大约150亿年前，今天所观测到的全部物质世界统统都集中在一个专门小的范畴内，温度极高，密度极大．大爆炸开始后0.01秒，宇宙的温度约为1000亿摄氏度，其物质的要紧成分为轻粒子(如光子、电子或中微子)，而质子和中子只占十亿分之一．所有这些粒子都处于热平稳状态．由于整个体系在快速膨胀，因此温度专门快下降．大爆炸后0.1秒，温度下降到300亿摄氏度，中子与质子之比从原先的1下降到0．61．1秒钟后，温度已下降到100亿摄氏度．随着密度的减小，中微子不再处于热平稳状态，开始向外逃逸．电子棗正电子对开始发生湮没反应，中子与质子之比进一步下降到0.3．但这时温度还太高，核子仍不足以把中子和质子束缚在一起．大爆炸后13.8秒，宇宙温度下降到30亿摄氏度．这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳固的原子核．化学元素从这时候开始形成．35分钟后，宇宙温度进一步下降到3亿摄氏度，核形成停止了．氦和自由质子的质量之比大致保持在0.22～0.28这一范畴内．由于温度还专门高，质子仍不能和电子结合起来形成中性原子．中性原子大约是在大爆炸发生后30万年才开始形成的，这时的温度已降到300 0摄氏度，化学结合作用已足以将绝大部分自由电子束缚在中性原子中．到这一时期，宇宙的要紧成份是气态物质，随着温度的进一步降低，它们慢慢地凝聚成密度较高的气体云，到109年后，进一步形成各种星系，1010年形成恒星系统．这些恒星系统又经历了漫长的演化，才形成了我们今天所看到的宇宙．三、大爆炸宇宙学模型的成就宇宙早期的温度极高，今天的温度已降到极低(绝对温度３Ｋ)．如此庞大的温度跨度是任何实验室条件都无法办到的．然而人们能够把已有的关于粒子物理、核物理、等离子体物理以及其他的物理知识应用于不同的宇宙演化时期来预言各种宇宙学效应．例如，大爆炸核合成及微波背景辐射等．通过多年的天文观测，这些预言已逐步被证实，从而成为大爆炸宇宙模型的有力证据．1．大尺度的平均和各向同性这是大爆炸宇宙模型的基础，对宇宙大尺度结构的观测结果差不多证实宇宙学原理的正确性．即宇宙在大尺度上一定是平均各向同性，1989年发射的ＣＯＢＥ卫星对微波背景辐射的周密测量进一步说明在１０-4精度内宇宙是各向平均、同性的．２．哈勃定律从哈勃定律得到启发建立的大爆炸宇宙模型反过来能够预言这种定律．它已被28000个星系的红移(或退行速度)与距离的关系的观测数据所证实．3．宇宙的年龄宇宙既然是在一次大爆炸中产生，那就能够谈论它的年龄．大爆炸宇宙学预言宇宙今天的年龄约为150亿年，宇宙中的结构，例如恒星、星系等，差不多上在宇宙形成以后逐步形成的，因此它们的年龄必须小于宇宙年龄．近年来，人们通过采纳多种不同的方式来测定星系和恒星的年龄，例如测量放射性元素及其衰变产物在星体中的丰度等，最后得到的结果是完全一致的．即星系和恒星的年龄，都在几十亿年的数量级，这与宇宙的年龄是相容的．4．大爆炸的核合成大爆炸宇宙学认为最初的宇宙中，既没有分子，也没有原子．第一批原子核是在大爆炸后１０－２秒到３分钟这一时刻内，由质子和中子组合而成并遗留至今的．因而预言了宇宙中轻元素的丰度(如氦的丰度约为２５％，氢的丰度约为７５％）．多年来人们对天体范畴内的轻元素丰度的观测结果，正好与大爆炸的预言相一致．从而成为大爆炸宇宙学的最早证据．５．微波背景辐射大爆炸宇宙学模型认为温度降低到3000Ｋ左右时，中性原子将大量形成，光子与他们失去耦合，从而作为宇宙中的一个独立组分存留下来．伽莫夫预言，这种作为历史遗迹的背景光子应当能够在今天观测到，并估量出大约温度为１０Ｋ．1964年就在物理学家们打算用辐射计观测这种背景辐射的时候，美国贝尔实验室的两位工程师，彭齐亚斯和威尔逊在安装调试卫星天线的过程中，发觉天空各个不同方向上都存在一种不变的相当于３．５Ｋ的黑体辐射背景(即微波背景辐射)．他们因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖．后来，1989年发射的ＣＯＢＥ（宇宙背景探测者）卫星则最终测定出在１０－４精度内宇宙背景辐射是各向同性的，且测得背景光子的温度为２．７Ｋ，因此从理论上预言的，在４×１０５年时留下的遗迹终于被实测充分证实了，这也成为大爆炸宇宙学的最强有力的证据．大爆炸宇宙学模型进展至今，专门是关于轻元素丰度的说明和微波背景辐射的测量，说明大爆炸宇宙学模型正在走向成熟．但这并不能说明该理论无可挑剔．相反，大爆炸理论存在诸多包括视界问题、平坦性问题(现已被暴涨理论所说明)、奇性问题、磁单极子问题、重子不对称问题、暗物质问题和宇宙常数等困难，这些有待于进一步研究．相信对这些问题的不断解决，必将进一步完善大爆炸宇宙学模型．。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论的起源和发展宇宙大爆炸理论，也被称为宇宙起源理论或宇宙演化理论，是关于宇宙起源和发展的主要科学理论之一。
该理论揭示了宇宙的起源、演化和结构，并提供了解释宇宙各种现象的基本框架。
以下是宇宙大爆炸理论的起源和发展的主要内容：起源和初始观点•宇宙大爆炸理论最早的雏形可以追溯到20世纪初的爱因斯坦的广义相对论。
爱因斯坦的方程组表明，宇宙是动态变化的，而不是静态不变的。
•1920年代，俄国天文学家亚历山大∙弗里德曼和比利时天文学家乔治∙勒梅特尔独立地提出了宇宙膨胀的观点，为宇宙大爆炸理论奠定了基础。
背景辐射的发现•1965年，美国天文学家阿诺∙彭齐亚斯和罗伯特∙威尔逊发现了宇宙背景辐射，这是一种来自宇宙微波背景的辐射，支持了宇宙早期的高温状态。
•背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了重要的实证证据，被认为是宇宙大爆炸的余热。
理论的发展和完善•宇宙大爆炸理论在20世纪中叶得到了进一步的发展和完善。
物理学家乔治∙卢梭和罗杰∙彭罗斯提出了宇宙初始奇点的概念，即宇宙的起源点。
•1960年代末至1970年代初，物理学家斯蒂芬∙霍金和罗杰∙彭罗斯的研究揭示了奇点定理，证明了宇宙大爆炸的存在。
•现代宇宙学的发展进一步完善了宇宙大爆炸理论，包括暗物质、暗能量、宇宙膨胀加速等概念。
当前的研究和挑战•当前，宇宙大爆炸理论仍然是宇宙学研究的重要基石。
科学家通过观测、实验和理论模型的研究，不断深化对宇宙起源和演化的理解。
•尽管宇宙大爆炸理论在解释宇宙起源和演化方面取得了巨大成功，但仍存在一些未解决的问题和挑战，如暗物质和暗能量的性质、宇宙膨胀的机制等。
宇宙大爆炸理论的起源和发展经历了多位科学家的贡献和多个阶段的演化，为我们提供了研究宇宙的重要框架，也激发了更多关于宇宙起源和未来命运的深入思考和研究。
宇宙大爆炸理论的基本原理和假设宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的主要科学理论之一。
它基于一系列的基本原理和假设，通过观测、实验和理论模型的支持，提供了关于宇宙起源和演化的解释。
宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸,简称大爆炸英文：BigBang
宇宙大爆炸理论-宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：BigBang爆炸理论。
宇宙大爆炸。
简称大爆炸。
是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型。
这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。
宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前。
由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的。
并经过不断的膨胀与繁衍到达今天的状态。
中文名,爆炸理论。
作用,宇宙诞生及其后续演化宇宙学模型。
发展,宇宙结构的实验观测和理论推导。
定义和起源。
比利时天主教神父。
物理学家乔治·勒梅特首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论。
但他本人将其称作“原生原子的假说”。
这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论。
并在场方程的求解上作出了一定的简化。
描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·弗里德曼于1922年将广义相对论应用在流体上给出。
1929年。
美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移。
这一膨胀宇宙的观点也在1927年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出。
这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。
哈勃的观测表明。
所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观察点。
并且距离越远退行视速度越大。
如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大。
则说明它们在过去的距离曾经很近。
从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态。
在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。
然而。
由于当前技术原因粒子加速器所能达到的高能范围还十分有限。
因而到目前为止。
还没有证据能够直接或间接描述膨胀初始的极短时间内的宇宙状态。
从而。
大爆炸理论还无法对宇宙的初始状态作出任何描述和解释。
事实上它所能描述并解释的是初始状态之后宇宙的演化图景。
当前所观测到的宇宙中轻元素的丰度。
和理论所预言的宇宙早期快速膨胀并冷却过程中最初的几分钟内。
宇宙大爆炸与宇宙暗能量 44页PPT文档
Einstein 的宇宙常数项 成了现代宇宙学研究的中心环节 宇宙暗能量的研究 (2019年以来)
Lemaitre的原始原子理论
•1927年，比利时传教士和天文学 家G. Lematire重新得到Einstein 引力场方程的Friedman解。
zHd VHd c
H: Hubble常数
所有遥远的河外星系的光谱线全部都在远离我们运动，而且距离愈 远的星系，远离速度愈快。 宇宙正在膨胀 (Lematire, 1927)
物理本质
光子的波长随着宇宙的膨胀在同步膨胀。
如何看待宇宙学红移与Doppler红移？宇宙学红移是不是Doppler红 移?
L
L ~ 31018 厘米 ~ 4.3 光年 ~ 2.7 105 天文单位(AU)
8.6 kpc ~ 2.8 x 104 ly
银河系 我们在此
星系集团 (Hercules)
10 25 厘米
几千个星系
最遥远的星系
L
L ~ 1026 厘米
TL ~ 31015 s
Source: Hubble Space Telescope web page (Courtesy NASA)
Hubble 定律告诉我们，我们所处的宇宙正在膨胀
说明宇宙早期是高温、高密的状态
• 1940s Gamov和Alpher首先提出宇宙起源 于约150亿年前一次猛烈的巨大爆炸。
• 宇宙的爆炸是空间的膨胀，物质则随着空 间膨胀（宇宙是无中心的）。
• 随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原 初元素相继形成 。
宇宙大尺度结构
(bubbles 200 Mly across)
宇宙大爆炸理论 大爆炸宇宙论
宇宙大爆炸理论大爆炸宇宙论各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。
宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。
随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。
宇宙大爆炸理论气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。
“宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生”的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。
虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。
像历这种奇怪的现象，是因为当时的科学界受进化论推翻“上帝创造论”的哲学思潮影响，盲目地反对传统理论，不承认如《圣经》所言，宇宙是有一个起点的。
这一时期的西方科学界普遍坚持宇宙和物质是恒定不变、无始无终的。
因此对于所有涉及说宇宙和万物都“有一个起点”的理论一概不予承认。
包括像爱因斯坦这样的大科学家也受其影响。
爱因斯坦在总结引力场方程，发现这个Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv的公式将推导出宇宙其实是一个有着从未停止的物质变化的动态宇宙，于是在该公式中又强加了一个“宇宙常数”，以维持静态宇宙的计算结果。
也就是说，最初的场方程其实是这样的：∧gμv+Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv，其中常数“∧”为宇宙常数。
但是自从1922年美国天文学家埃德温·哈勃开始观测到到“红移现象”开始，有关“宇宙膨胀”的观点开始形成。
1929年，埃德温·哈勃总结出了一个具有里程碑意义的发现，即：不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。
宇宙大爆炸理论换言之，宇宙正在不断膨胀。
这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。
事实上，似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。
《大爆炸宇宙学》PPT课件
➢ 最终还会合成出少量的7Li和7Be
： ➢ 7Li的产生方式主要有两种
4He3T 7Li
➢
4He3He7Be
7Li与p相碰而部分转回4He
7
Li e
e
➢ 净效果是产生微量的7Li
➢ 铍的净产量则更低 7 Li p4He 4He
40
➢ 原初核合成只产生了元素周期表前三种元素及其同位素，第4和第5号元素也产生了一 点，不能生成6号元素碳及更重的元素
47
➢ 氘核合成开始，即核合成的开始与核子光子数之比η有关 ➢ 因此nn/np的数值与η有关，即核合成的产量与η有关
48
➢ 测量宇宙中各元素的丰度，然后推测出原初氦元素的丰度，就可以确定η的值 ➢ 恒星热核反应会改变各元素的丰度，生成氧、氮、碳等其它元素 ➢ 必须扣除恒星过程的影响 ➢ 天文观测：宇宙中某些气体云中氧、氮和碳的含量比太阳系低很多
理论进行试探性的研究
15
➢ 宇宙早期，各种粒子组份处于热平衡，就象一锅由各种粒子组成的“热汤” ➢ 各种粒子能通过热碰撞进行相互转换 ➢ 宇宙的膨胀，粒子密度和动能都会降低，将导致粒子碰撞次数的减少 ➢ 当某种粒子几乎不再有热碰撞的机会时，它就会退出热平衡，与其它组份失去物理联
系，称之为退耦
16
➢ 宇宙早期,宇宙物质形态以辐射物质为主 ➢ 光子等静质量为0的组份即为辐射物质 ➢ 粒子动能Ek远大于它的静能量E0=M0c2时,该粒子可以看作辐射粒子 ➢ 辐射物质的密度ρ与温度T和时间t的关系：
p e n e
p e n e 43
➢ 这个相互转化的过程非常频繁，使得质子和中子的数密度都满足玻尔兹曼分布 ➢ 由此可得到它们的比例是
Δ ➢ 中子质子质量差: m=mn-mp=1.29MeV
2019-2020学年度初中九年级下册科学2 热大爆炸宇宙模型华师大版习题精选第三十三篇
【解析】：
随着科技的进步，霍金提出的黑洞理论和宇宙无边界的设想，正逐步得到证实。如图a、b、c、d四点分别表示处女座、大熊座、牧夫座和长蛇座四大星系离银河系的距离与它们的运动速度之间的关系。由图可知：星系离我们越远，运动的速度______；可推知宇宙处在______之中。
【答案】：
【解析】：
属于神话的有：______；属于科学假说的有：______；属于科学理论的有：______。
①女娲补天；②宇宙黑洞；③质量守恒定律；④牛顿第一运动定律；⑤上帝造物；⑥大陆
漂移学说；⑦能的转化与守恒定律；⑧大熊星座；⑨宇宙大爆炸论；⑩阿基米德原理。
【答案】：
【解析】：
某科学兴趣小组根据美国天文学家哈勃的发现，采用橡皮筋建立星系运动模型探究星系运动的特点。实验步骤如下：
2019-2020学年度初中九年级下册科学2热大爆炸宇宙模型华师大版习题精选第三十三篇
目前能较好地解释火山、地震等地壳变动现象的学说是( )
A、海底扩张学说
B、大陆漂移学说
C、板块构造学说
D、大爆炸宇宙论
【答案】：
【解析】：
大爆炸宇宙论认为宇宙处于不断的膨胀中，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快。若在我们所在的星系1观测，下图能类比宇宙膨胀的是（箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢）( )
步骤一：用红墨水在浅色橡皮筋上依次点上等距离的三点A，B，C，如图甲所示，使L1＝L2＝1厘米；
步骤二：拉住橡皮筋的两头向两边拉长，如图乙所示，使L′1＝L′2＝2厘米；
步骤三：继续拉长橡皮筋使L″1＝L″2＝3厘米……
如果以A点为参照物，图丙中s表示运动距离，t表示运动时间，那么射线______表示VC(C点的运动速度)。
宇宙进化的8个层次结构
宇宙进化的８个层次结构ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＥｉｇｈｔＬｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓｅ徐光宪（北京大学化学与分子工程学院,教授、中国科学院院士北京１００８７１）一、大爆炸宇宙模型［１-３］１宇宙演化与生命起源是自然界最大的奥秘自古以来,无数先哲和学者为揭开宇宙的创生和生命的起源提出了种种假设。
相传５０００年前伏羲氏得《河图》而创画八卦。
伏羲八卦方位图的要义是:太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦生六十四爻。
这就是说,天地宇宙是由简单向复杂演化的。
我们的祖先能在几千年前对天地万物的生长发展过程,提出这样高度概括的哲学总结,实是难能可贵的。
这种发现的宇宙观,并不带有上帝创造世界等神话迷信色彩。
这是朴素的唯物论,也是人类历史上最早提出了二进位记数制,直到今天仍有深远的哲学意义。
它和现代科学提出的大爆炸宇宙理论的哲学思想是一致的。
对我们先人提出的八卦图,要吸取它合理的、符合现代科学的精华,特别是它的二进位记数制。
而有些人利用八卦来搞占卜和封建迷信活动,那是反科学和反历史进步的,我们当然要予以坚决反对。
最先在１９２２年提出宇宙膨胀模型的是苏联数学家佛里德曼（１８８８～１９５３）,随后,１９２９年美国天文学家哈勃（１８８９～１９５３）发现宇宙处在膨胀之中,建立了哈勃定律。
１９４８年,俄裔美国物理学家伽莫夫（１９０４～１９６８）在爱因斯坦１９１７年提出的《根据广义相对论对宇宙所作的考查》的基础上,以哈勃定律为根据,提出宇宙起源于热爆炸的学说。
这一学说认为宇宙的过去要比现在小得多,最初可能是一个温度非常高、密度非常大的“原始火球（ｐｒｉｍｅｖａｌｆｉｒｅｂａｌｌ）”,通过大爆炸而迅速膨胀、温度迅速降低,逐渐形成现在的宇宙。
这一学说后来得到越来越多的实验和理论支持,经过许多科学家的不断改进,发展成为现在的大爆炸宇宙模型（ｔｈｅＢｉｇＢａｎｇＭｏｄｅｌ）。
２大爆炸宇宙模型的实验根据（１）哈勃（ＥＨｕｂｂｌｅ）定律１９２９年哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现,绝大多数星系的谱线都表现出红移,而且红移量大致与星系和观察者的距离成正比。
宇宙大爆炸-维基百科
大爆炸维基百科，自由的百科全书（重定向自宇宙大爆炸）本文介绍的是宇宙起源的理论。
关于“大爆炸”的其他意思，详见“大爆炸(消歧义)”。
根据大爆炸理论，宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。
大爆炸是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持[1][2]。
宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据2010年所得到的最佳观测结果，这些初始状态大约存在于133亿年至139亿年前[3][4]），并经过不断的膨胀到达今天的状态。
比利时牧师、物理学家乔治·勒梅特首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论，但他本人将其称作“原生原子的假说”。
这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论，又在场方程的求解上作出了一定的简化（例如空间的均匀和各向同性）。
1922年，苏联物理学家亚历山大·弗里德曼用广义相对论描述了流体，从而给出了这一模型的场方程。
1929年，美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现，从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移，从而推导出膨胀宇宙的观点。
1927年时勒梅特通过求解弗里德曼方程已经在理论上提出了同样的观点，这个解后来被称作弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规。
哈勃的观测表明，所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观察点，并且距离越远退行视速度越大[5]。
如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们在过去曾经距离很近。
从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个密度极高且温度极高的状态[6][7][8]，大型粒子加速器在类似条件下所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。
然而，由于当前技术原因，粒子加速器所能达到的高能范围还十分有限，因而到目前为止，还没有证据能够直接或间接描述膨胀初始的极短时间内的宇宙状态。
从而，大爆炸理论还无法对宇宙的初始状态作出任何描述和解释，事实上它所能描述并解释的是宇宙在初始状态之后的演化图景。
浅谈宇宙大爆炸理论
浅谈宇宙大爆炸理论机械12-1 121014122 孙静我们从哪里来？宇宙是什么样的？这自有人类以来的永恒疑问。
从西方的海龟驮大陆，到中国的天圆地方，诞生了远古的神话和宗教。
十七世纪，开普勒、胡克等人继续为太阳系勾勒大概的轮廓。
最终伟大的牛顿建立了完美的经典力学大厦。
那时人们确信宇宙间所有的规律都已发现殆尽，所有星系的运动都可纳入牛顿力学的体系中。
这一时期人们相信宇宙是无限广大和永恒的存在，也许这使人有某种安全感。
但是用牛顿力学解释宇宙有个致命的疑问，如果万有引力是正确的，为什么星系不会因为万有引力聚拢到一起？无论宇宙有没有一个中心，只要时间足够长，星系总会慢慢靠拢，最后碰撞、毁灭。
这给现代天文学提出了挑战，但是即使是当时最具有革命精神的人，也无法想象今后的颠覆性的发现。
大爆炸理论（Big Bang）是天体物理学关于宇宙起源的理论。
根据大爆炸理论，宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。
本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型，宇宙空间可能膨胀。
延伸到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。
在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。
至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点，但物理学家对此意见并不统一。
“大爆炸宇宙论”认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。
[1] 1927年，比利时天主教神父勒梅特（Georges Lemaître）首次提出了宇宙大爆炸假说。
1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。
现代宇宙学中最有影响的一种学说。
它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。
在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。
该理论的创始人之一是伽莫夫。
宇宙大爆炸理论
根据大爆炸理论，宇宙是由一个
极紧密、极炽热的奇点膨胀到现 在的状态。
大爆炸理论的建立基于了两个基本假设：物理定律的普适性 和宇宙学原理。宇宙学原理是指在大尺度上宇宙是均匀且各向同 性的。
这些观点起初是作为先验的公理被引入的，但现今已有相关 研究工作试图对它们进行验证。例如对第一个假设而言，已有实 验证实在宇宙诞生以来的绝大多数时间内，精细结构常数的相对 误差值不会超过10-5[40]。此外，通过对太阳系和双星系统的观测， 广义相对论已经得到了非常精确的实验验证；而在更广阔的宇宙 学尺度上，大爆炸理论在多个方面经验性取得的成功也是对广义 相对论的有力支持[注 3]。
• 1964年，阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在使用贝尔实验室的一台微波接收器进 行诊断性测量时，意外发现了宇宙微波背景辐射的存在[29]。他们的发现为微波 背景辐射的相关预言提供了坚实的验证——辐射被观测到是各向同性的，并且 对应的黑体辐射温度为3K——并为大爆炸假说提供了有力论最早也最直接的观测证据包括从星系红移观测到的哈勃膨胀、对宇宙微波背景 辐射的精细测量、宇宙间轻元素的丰度（参见太初核合成），而今大尺度结构和星系演化 也成为了新的支持证据[44]。这四种观测证据有时被称作“大爆炸理论的四大支柱”[45]。
哈勃定律
• 对遥远星系和类星体的观测表明这些天体存在红移——从这些天体发出的电磁波波长会变长。通 过观测取得星体的频谱，而构成天体的化学元素的原子与电磁波的相互作用对应着特定样式的吸 收和发射谱线，将两者进行比对则可发现这些谱线都向波长更长的一端移动。这些红移是均匀且 各向同性的，也就是说在观测者看来任意方向上的天体都会发生均匀分布的红移。如果将这种红 移解释为一种多普勒频移，则可进而推知天体的退行速度。对于某些星系，它们到地球的距离可 以通过宇宙距离尺度来估算出。如果将各个星系的退行速度和它们到地球的距离一一列出，则可 发现两者存在一个线性关系即哈勃定律:
宇宙大爆炸理论
未来？
• 在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种图景：如果宇宙能量密度超过临界密度，宇宙 会在膨胀到最大体积之后坍缩，在坍缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开 始相似的状态——即大挤压[62]；相反，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但 永远不会停止。恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止；恒星演化最终导致只剩 下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地，这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑 洞。宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度，从而达到所谓大冻结。此外，倘若质子真像标准模型预言 的那样是不稳定的，重子物质最终也会全部消失，宇宙中只留下辐射和黑洞，而最终黑洞也会因霍金辐 射而全部蒸发。宇宙的熵会增加到极点，以致于再也不会有自组织的能量形式产生，最终宇宙达到热寂 状态。 • 现代观测发现宇宙加速膨胀之后，人们意识到现今可观测的宇宙越来越多的部分将膨胀到我们的事件视 界以外而同我们失去联系，这一效应的最终结果还不清楚。在ΛCDM模型中，暗能量以宇宙学常数的形 式存在，这个理论认为只有诸如星系等重力束缚系统的物质会聚集，并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会 到达热寂。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以 及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开，即所谓大撕裂[63]。
用近红外拍摄天空得到的全景图，显示了 银河系以外星系的在宇宙中的分布，其中 不同的红移量用不同的颜色标出。
疑问与特点
• 当今的科学家在宇宙学问题上都普遍更青睐大爆炸模型，不过在历史上科学界曾经分成两派，一派是大 爆炸模型的支持者，另一派是其他替代宇宙模型的支持者。在宇宙学的整个发展史中，科学界曾经不断 争论着哪个宇宙学模型能够最符合地描述宇宙学的观测结果（参见动机和发展一节），大爆炸理论的一 些问题也因此浮出水面。在当今的科学界，支持大爆炸理论是压倒性的共识，因此这些曾经提出的问题 很多都已经成为了历史，人们为此不断修正和完善大爆炸理论以及获取更佳的观测结果，从而一一获得 了这些问题的解释。 • 大爆炸的核心观点——包括度规膨胀、早期高温态、氦元素形成、星系形成——都是从独立于任何宇宙 学模型的实际观测中推论出的，这些实际观测包括轻元素的丰度、宇宙微波背景辐射、大尺度结构、Ia型 超新星的哈勃图等。而大爆炸理论发展至今，它的正确性和精确性有赖于很多奇特的物理现象，这些物 理现象或者还没有在地面实验中观测到，或者还没被纳入粒子物理学的标准模型中。在这些现象中，暗 物质是当前各个实验室所研究的最为活跃的主题[50]。虽然暗物质理论中至今仍然存在一些未得到解决的 细节和疑点，诸如星系晕尖点问题和冷暗物质的矮星系问题，但这些疑点的解决只需将来对理论做出进 一步的修正，而不会对暗物质这一解释产生颠覆性的影响。暗能量是科学界另一高度关注的领域，但至 今仍然不清楚将来是否有可能直接对暗能量进行观测[51]。 • 另一方面，大爆炸模型中的两个重要概念：暴胀和重子数产生，在某种意义上仍然被认为是具有猜测性 质的。它们虽然能够解释早期宇宙的重要性质，却可以被其他解释所替代而不影响大爆炸理论本身[注 6]。 如何找到这些观测现象的正确解释仍然是当今物理学最大的未解决问题之一。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论的提出和背景引言宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的重要科学理论。
它提出了一个关键观点，即整个宇宙起源于一次巨大的爆炸事件，从而揭示了宇宙的起始状态和随后的演化过程。
这个理论的提出对于我们理解宇宙的起源、构成和演化具有深远的意义。
早期宇宙学观点在宇宙大爆炸理论提出之前，人们对宇宙的起源和演化存在着各种不同的观点。
其中一种观点是稳态宇宙理论，即宇宙是永恒不变的，没有起点和终点。
然而，随着观测数据的积累和科技的进步，人们开始意识到这种观点无法解释宇宙中的一些观测事实，如宇宙微波背景辐射的存在和宇宙的膨胀现象。
大爆炸理论的提出宇宙大爆炸理论最早由比利时天文学家乔治∙勒梅特尔和俄国天文学家亚历山大∙弗里德曼在20世纪初提出，并在随后的几十年中得到了进一步的发展和完善。
他们基于爱因斯坦的广义相对论和观测数据，认为宇宙存在着膨胀的现象，而这个膨胀可以追溯到一个起点，即宇宙的初始状态。
大爆炸理论的支持与证据随着科技的进步和观测技术的提高，大量的观测数据支持了宇宙大爆炸理论。
其中最重要的证据之一是宇宙微波背景辐射的发现，这是一种来自宇宙早期的辐射残留，与大爆炸理论的预测非常吻合。
此外，还有宇宙中元素丰度的观测结果、宇宙结构的形成和演化过程等都与大爆炸理论相吻合。
大爆炸理论的影响与发展宇宙大爆炸理论的提出和证实对于我们理解宇宙的起源和演化产生了深远的影响。
它为宇宙学提供了一个框架，使我们能够推测宇宙的起始状态、演化过程以及未来的发展趋势。
同时，它也激发了更多的科学问题和研究方向，如暗物质和暗能量的性质、宇宙膨胀的加速过程等，这些问题仍然是宇宙学研究的热点领域。
结论宇宙大爆炸理论的提出和背景为我们揭示了宇宙的起源和演化的奥秘。
通过观测数据的支持和理论的发展，我们逐渐认识到宇宙从一个极端高温高密度的状态开始，经历了膨胀和演化的过程。
然而，仍然有许多未解之谜和挑战等待{“outline”:[“宇宙大爆炸理论的提出和背景”,“宇宙大爆炸的起源和过程”,“宇宙大爆炸理论的证据和支持”,“宇宙大爆炸对宇宙的影响和演化”,“宇宙大爆炸理论的未解之谜和研究方向”]}宇宙大爆炸的起源和过程引言宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一次巨大的爆炸事件，将整个宇宙从一个极端高温高密度的状态推向了膨胀和演化的过程。
初中科学中考一轮专题复习——宇宙的结构层次
大爆炸宇宙模型
银河
1.构成 由众由多恒星及星际物质组成。像太阳这样的恒星有2000多亿颗
2.大小 银河系的直径约10万光年
俯视
3.形状 侧视：像个中间厚四周薄的铁饼。 俯视：像个大漩涡，四条悬臂从中心伸出
侧视
4.太阳系位置 位于银河系的一条旋臂上，距银河系中心约3万光年。
太阳系与太阳
太阳是太阳系唯一的一颗恒星，也是太 阳系的中心天体；
哈勃根据自己的测量数据，分析了24个星系的速度和距离，发现距离越大的河外 星系，速度越大。即所有的星系都在远离我们而去，星系离我们越远，它的退行 速度越快；星系间的距离在不断地扩大。
如果这些小圆点代表星系，气球代 表宇宙，结合哈勃的发现，你认为 宇宙产生了什么变化，才会导致哈 勃看到的现象？
宇宙在膨胀
慢慢放掉气球里的气体，由此思考
宇宙的起源应该是怎样的？
根据以上科学假设，我们可以进行这样的推理：如果能将时间倒退， 宇宙中的星系之间的距离必然缩小，最终会聚在一个点上。
大爆炸宇宙论认为，大约137亿年前，我们所处的宇宙被挤压在一个“原始火球”中, 那时的宇宙极小、极热、又有极大的密度，宇宙就是在这个大火球的爆炸中产生的。
环绕太阳运行的行星由近及远依次为： 水星、金星、地球、火星、木星、土星、 天王星、海王星。
太阳系的八大行星绕太阳公转方向和太 阳自转方向相同（同向性）
八大行星绕太阳公转的平面大多接近同 一平面（共面性）。
康德—拉普拉斯星云说
50亿年前原始太 阳星云因万有引力 作用而收缩凝聚
பைடு நூலகம்
凝聚的星云，绕着 轴旋转，形成中间 增厚的大圆盘
继续旋转，盘面 形成几个同心圆 的圆环
中心部分质量 较大形成太阳， 圆环部分形成 行星及卫星
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四、宇宙的将来
1、宇宙的将来是由现在观察到的宇 宙中物质的多少（宇宙密度）决定的。
2、如果宇宙密度大于4.5×1027 ㎏/m3， 宇宙将会收缩，最终回到高温高密状态；
如果宇宙密度小于4.5×1027 ㎏/m3 ， 宇宙将永远膨胀下去，最终消亡在接近 绝对零度的冷寂世界中。
3、科学家发现： 宇宙不仅在膨胀， 而且在加速膨胀， 因此，宇宙很可能永 远膨胀下去。
5、史蒂芬· 霍金的宇宙无边界设想是现 代宇宙学的重要基石之一，这种设想的主要 无边的 内容是：第一，宇宙是＿ ＿＿，它没有 “外面”; 第二，宇宙不是可以任意赋予初始条件 和边界的一般系统 。霍金预言宇宙有两种 永远膨胀下去 结局：一是它可以＿＿ ＿＿＿＿；二是它 大挤压处 会塌缩而在＿ ＿＿＿＿终结。
4、有关宇宙的起源的说法，得不到科学 支持的说法是 (C ) A、大约在150亿年前，我们所处的这个宇 宙是被挤压在一起的一个“原始火球” B、宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆 炸中诞生的 C、宇宙是相当近的过去创生的，十七世纪 时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前 4004年 D、大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在 “原始火球”之前到底存在着什么东西
广漠空间 1、宇宙是＿ ＿＿和其中存在的 各种 ＿＿ 天体 弥漫物质 物质世界 ＿＿以及＿＿＿＿的总称。宇宙是＿ ＿＿＿。 运动 发展 它处于不断的＿ ＿和＿ ＿中。 星系 2、宇宙中有上千亿的＿＿＿，平均每 恒星 各类天体 一星系又约有上千亿的＿＿及＿＿＿＿＿。
3、宇宙诞生于 ( D ) A、公元4004年以前 B、上下不过五千年 C、38亿 年以前 D、150亿年以前
§1-2、热大爆炸宇宙模型
一、宇宙的起源
1、宇宙起源于150亿年前的热大爆炸 2、宇宙大爆炸是没有中心的爆炸
3、伽莫夫提出了热大爆炸宇宙理论
宇宙形成的理论之一 —大爆炸宇宙论
最初的宇宙没有空间和时间，温度极高，在100 亿度以上。物质密度也相当大。宇宙间只有中子、 质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的 物质。全部的物质和能量集中在一点 ——“奇点”。 现在观测到的宇宙开始于150亿年一次大爆炸。大 爆炸使物质四散飞出，整个体系在不断膨胀，温度 很快下降，当温度降到10亿度左右时，化学元素开 始形成。当温度进一步下降到 100万度后，早期形 成化学元素的过程结束。当温度降到几千度时，辐 射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成 气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我 们今天看到的宇宙。Fra bibliotek宇宙的命运
史蒂芬 • 霍金
霍金预言宇宙的两种结局： 1、会永远的膨胀下去。 2、或者会塌缩而在大挤压处终结
史蒂芬 · 霍金，广泛尊崇为继爱因 斯坦之后最杰出的科学家。 黑洞理论 和“大爆炸”理论的创立人， 著名的 《时间简史》的作者。
17岁的霍金患病后只能永远坐在轮
椅上并且失去了语言能力，这位全身只 有三个手指能动的残疾人，却依靠惊人 的毅力完成了一系列惊人的关于大爆炸 和黑洞的理论。
二、热大爆炸的证据---微波背景辐射 微波背景辐射为宇宙起源于热大 爆炸提供了证据，3K（-270℃ ）就是 热大爆炸留下的余温。
三、宇宙的演化
大爆炸 → 出现复合原子核（3分钟） → 出现原子（100万年）
→ 出现恒星和星系（10亿年）
→ 太阳和地球诞生（100亿年）
大爆炸宇宙产生示意图
宇 宙 大 爆 炸