上海交通大学生命科学发展史课件1

• 交通大学通识教育核心课程•人类起源与发展

（一）宇宙的形成

仰望星空：

宇宙有多大，是怎么形成的？

地球又是什么情况？

生命又是怎么形成的？

《History of Life Science》

爱德温·哈勃

(Edwin P. Hubble，1889～1953)

美国天文学家哈勃的重大贡献

1. 天外有天。观察到的“星云”(仙女座大星云

和M33)不属于银河系，是另外与银河系相当的恒星系统。开创了星系天文学，建立了大

尺度宇宙的新概念；

2. 发现了星系红移-距离关系。星系看起来都在

远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。促使现代宇宙学的诞生。

哈勃定律：河外星系退行速度同距离的比值，它是一个常数，常用H表示，单位是千米/（秒·百万秒差距），NASA于2012年10月3日宣布，根据斯皮策红外空间望远镜的测量结果得出新的哈勃常数值为74.3±2.1(km/s)/Mpc，Mpc表示百万秒差距，大约为300万光年，即在每增加300万光年的距离上，星系远离地球的速度为每秒增大4.3±2.1(秒·百万秒差距)。

宇宙起源假说雏形（原始原子）

1927年：均质的宇宙质量不变，半径不

断增加。

1931年：

现在的宇宙在不断膨胀，它起源于一个

原子的放射性裂变。

乔治·爱德华·勒梅特

（Georges Henri Joseph

Éduard Lemaît re，1894-1966）

比利时神父、天文学家

乔治·伽莫夫（George Gamow,1904-1968）俄裔美籍核物理学家、宇宙学家

热大爆炸宇宙学模型

1940年代，伽莫夫将相对论引入宇宙学，提出了热大爆炸宇宙学模型：

宇宙最初开始于高温高密的原始物质，温度超过几十亿度。随着宇宙膨胀，温度逐渐下降，形成了现在的星系等天体。

他预言了宇宙微波背景辐射的存在，推算宇宙微波辐射温度为6K（1956年）。

宇宙微波背景辐射

阿诺·齐亚斯罗伯特·威尔逊

（Arno Penzias，1933.04.26-）（Robert Wilson，1936.01.10－）德裔美籍射电天文学家美国射电天文学家

1964年，在贝尔公司工作的齐亚斯和威尔逊使用早期通讯卫

星设计的天线，接收到了来自天空的均匀、且不随时间变化的讯号。

电视信号的1%来自宇宙辐射

1965年，他们在《天体物理学报》上发表了题为《在4080兆赫上额外天线温度的测量》的论文宣布了这个发现。随后普林斯顿大学的罗伯特迪克等人在同一杂志上解释道，这就是3K宇宙微波背景辐射。

宇宙微波背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了有力证据。

齐亚斯和威尔逊获得1978年诺贝尔物理学奖。

“大爆炸宇宙论”

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。

阿兰·哈维·古斯

（Alan Harvey Guth，1947－）

美国理论物理学家、宇宙学家

膨胀理论：宇宙是在瞬间膨胀形成的。每10−34秒大小翻一番，整个过程只持续了10−30秒就形成了现在这个模样。暴胀之后，宇宙继续膨胀，但速度则低得多。

2011年诺贝尔物理学奖

萨尔·波尔马特（美）布莱恩·保罗·施密特（美澳）亚当·盖伊·里斯（美）

（Adam Guy Riess，1969-）（Saul Perlmutter，1959年－）（Brian Paul Schmidt，

1967）

1998年：宇宙膨胀速度不是恒定的, 更不是越来越慢而是不断加速即越来越快；

宇宙之中存在着一种与引力作用方向相反的力-反引力作

用力），既“暗能量”推动星系天体快速膨胀退行。

浩瀚的宇宙

宇宙星系恒星行星卫星或小星体

⏹宇宙中有1400亿个星系（如银河系）

⏹其中银河系有1000-4000亿颗恒星（如太阳）

⏹宇宙中有100万亿亿颗行星（如地球）

⏹宇宙中有多少卫星和小星体？（如月亮）

银河系

银河系是太阳系所在的星系，包括1000到4000亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的直径约为100,000光年，中心厚度约为12,000光年，可见物质总质量是太阳质量的大约1400亿倍。

太阳系

太阳系是以太阳为中心：8颗行星（金星、水星、地球、火星、土星、木星、天王星、海王星）、至少165颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星和数以亿计的太阳系小天体。

地球

地球是太阳系八大行星之一，按照离太阳由近及远的次序排列为第三颗。地球是太阳系的第三颗行星，也是太阳系中直径、质量和密度第一的类地行星。

地球到太阳的距离有多远？1771年，拉朗德根据欧洲天文学家观测的金星凌日资料（1769 年5月23

日）

，首次算出地球与太阳间的距离为：

1.52～1.54亿公里

（今日的测量值1.亿公里）

金星凌日

约瑟夫·杰罗姆·拉朗德

（Lalande,Joseph Jerome

Le Francais de，1732-1807）

法国天文学家、数学家、科学史家。

地球的年龄有多大？

原理：铀衰变为铅的比率计算岩石年龄。

条件：1. 测定陨石（太阳系中的物质）；

2. 建立了世界上第一个无菌室

（防止铅和微生物污染）。

1953年，彼得森宣布地球的确切年

龄：

45.5±0.7万亿

年。

克莱尔·卡梅伦·彼得森

（Clair Cameron Patterson，1922年－1995