基础天文-北京大学.PDF

基 础 天 文 第十三讲：宇 宙 学 I 江林华 （jiangKIAA@ ） /~jiang/teaching.html v 宇宙的 “传说” Ø 宇宙的 “遐想” § 宇宙从何而来，有多大？时间有开始和结束吗？ Ø 古代中国 § “四方上下曰宇，古往今来曰宙”；宇：时间，宙：空间 § “盖天说”、 “浑天说”、 “宣夜说”，等 Ø 古代西方 § “地心说”à 哥白尼的 “日心说”à 伽利略和开普勒等 Ø 人类认识宇宙脚步 § 地球 （或太阳）不是宇宙的中心 § 太阳不在银河系中心 § 银河系不是宇宙的全部 （直到几十年前我们才知道） 宇宙的尺度 （视频） v 本讲概要 Ø 宇宙学与宇宙学原理 Ø 标准宇宙学模型的建立 Ø 宇宙的演化历史 The most incomprehensible Ø 宇宙暴涨 thing about the universe is that it is comprehensible Ø 宇宙微波背景辐射 – Albert Einstein Ø 重子声波震荡 Ø 暗物质与暗能量 Ø 宇宙大尺度结构的形成 Ø 宇宙再电离与第一代天体的形成 v 宇宙学与宇宙学原理 Ø 宇宙学 § 研究宇宙整体的性质、结构、运动、演化等 § 以星系为基本单元，忽略更小的细节 Ø 宇宙学原理 § 在大尺度上宇宙是均匀的 § 在大尺度上宇宙是各项同性的 § 注意一：允许随时间演化 § 注意二：用观测去检验 约100万个星系在30度天空范 围和20亿光年距离内的分布 Ø 宇宙在大尺度上是均匀的 § 在小尺度，星系或者物质分布有成团性 （如 “超星系团”和 “空洞”等） § 目前观测到的最大结构～300Mpc；更大尺度上宇宙是均匀的 § 在宇宙尺度上，不同地点的各种物理参数都一样 Ø 进一步解释 假设半径 r 内的质量为 M+ M， M 反映对均匀背景的偏离 § 对全宇宙来说， M的平均值为 M=0 § 2 而 M 不为0，可以用来表示对均匀背景的偏离 § 2 如果宇宙学原理成立，那么 r 越大，则 M 越小 § § 可以多种方法估计，比如星系的两点相关函数 /user_guide/correlation_functions.html Ø 宇宙在大尺度上是各项同性的 § 在宇宙尺度上，不同方向观测的各种物理参数都一样 § 即不存在特殊的地点或者特殊的方向；宇宙没有中心 v 膨胀的宇宙 Ø 牛顿的宇宙 § 绝对时空观：宇宙是永恒的、稳定的 § 问题：物质→引力→宇宙坍缩 可能的解决途径： (1) 宇宙在空间和质量上是无限大的 (2) 宇宙在膨胀 (3) 宇宙有起点和终点 (2)、(3)点违反宇宙永恒与稳定的性质，于是牛顿认为宇宙应 该是无限的 Ø 奥尔伯斯佯谬 （Olbers paradox） 德国天文学家H.M. Olbers 1823年提出：如果宇宙是无限的，且 恒星的分布是均匀的，那么， § 在任意视线方向都有一颗恒星，或近或远；远