宇宙的过去与未来要点.ppt

中国南极天文台新摄 宇宙有限还是无限？ Olbers 之谜 如何测量距离？ 三角法 利用相距最大距离的两个观测点 造父变星周光关系 周光关系可用来测量距离: 造父变星被誉为量天尺! 距离测量阶梯 怎样测量物质? 暗物质存在的首个证据 早在1937年，F. Zwicky指出，大星系团中的星系速度太大，以致无法将它们通过引力束缚住，除非它们的质量超过按星系团星系总质量估算值的100倍以上。这是显示大量暗物质存在的首次发现。 力学方法 用力学方法测出的质量往往比用光度方法测出的质量大得多，有量级之差。 测量范围越大，差别越大 存在暗物质（可大1个量级）: 有引力，却不发光 暗物质的性质 暗物质不发光，却有引力。 宇宙中暗物质比可见物质多得多。 暗物质粒子的主要性质： 1）长寿命； 2）主要是冷的（质量大）； 3）作用弱。 主要暗物质粒子不可能是普通物质粒子。 “过尽千帆皆不是（温庭筠 ）”！ 可能候选者：Neutralino、K-K粒子、Axion等。 宇宙膨胀的发现 宇宙膨胀导致的红移 宇宙膨胀： 加速还是减速 彷徨与徘徊几十年 宇宙膨胀究竟减速还是加速？万有引力只允许减速。 减速因子观测分歧很大，矛盾百出！ 宇宙物质组成： 距离测量阶梯 宇宙学引发重大革命 普林斯顿大学的斯坦哈德（Paul Steinhardt）感慨地说：现今宇宙学正处于一个重大的革命时期，正如哥白尼（N. Copernicus）的发现所带来的状况一样。 * Lord Kelvin：19世纪物理学 物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云： “以太”与“黑体谱”——导致了世纪性的革命 ——相对论与量子力学。 现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）： “暗能量”与“暗物质”——会导致什么？ 暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的“招”？ “暗能量”与“以太”的比较耐人寻味！ * 杨振宁：20世纪物理学 20世纪物理学的第一个“1/4”是黄金时代，第三个“1/4”是白银时代。 人们曾普遍惋惜未能赶上20世纪的黄金时代，现在很可能正是新世纪的黄金时代” ！不要失之交臂！ * 所谓暗物质、暗能量就是非常稀奇的事物，这里面 我想是可能引出基本物理学中革命性的发展来的…… 假如一个年轻人，他觉得自己一生的目的就是要做革 命性的发展的话，他应该去学习天文物理学。 —— 杨振宁 现在对科学的最大的挑战，已不仅是那些已知的物质。 因为在我们知道的物质之外，还有暗物质、暗能量。所以 我们要立足新的基础科学前沿，一定要将小的与大的联系 起来，这个方法可称为“整体统一”。我认为，“整体统一” 的科学方法，应该是21世纪最重要的科学方法。 　　　　　　　　　　　　　　—— 李政道 谢 谢 Thank you * * * Ia 型超新星可以作为标准烛光（ Standard Candle ） Chandrasekhar 质量极限的意义: 意味着目前所有观测到的白矮星的质量都应该小于1.4 M?（被证实）。 2. 意味着所有的白矮星在超新星爆发时都具有相同的质量（ 1.4 M? ）。 3. 意味着所有的白矮星的超新星爆发（Ia SN）具有相同的最大光度。 4. 意味着我们一旦从一个爆发事件确定了Ia SN的光度，我们能用这个光度来确定所有的Ia SN的距离（？）。因此Ia SN可以作为确定距离的标准烛光。 宇宙膨胀曲线 k=+1 封闭，有限 ? k=0 平直，无限 ? k=–1 开放，无限 哈勃年龄（1/H0） 必有诞 生时刻 今天 真实年龄小于哈勃年龄 大爆炸宇宙学的提出 Feynman 名言 “物理学家具有这样的习惯，对于任一类现象，研究它们的最简单例子，把这称为‘物理’，而把更复杂的情况，看作其它领域的事。” R. P. Feynman * 大爆炸宇宙学的提出Gamow: 1946 宇宙诞生于高温高密状态。 膨胀带来宇宙的演化，从高温、高密绝热膨胀降温、降密，经历各个演化阶段。 可以明确计算每时每刻宇宙物态的变化、各种物理过程的发生以及引起的各种观测特征。 大爆炸学说给出了宇宙的极为丰富而且确定的物理内容，可供实在的观测检验。 温度（K） 能量（eV） 时间（秒） 时代 物理过程 1032 1028 1