第二讲宇宙学论课件幻灯片.pptVIP

* 宇宙到底是有限的或无限的？ 这是个诗人爱遐想，哲学家爱沉思的问题。 有些人认为宇宙的无限性是先验的真理，有限宇宙的观念不能为常识所接受。 持这种观点者对有限宇宙提出的非议经常是：“宇宙的边缘在哪里？”“边缘之外又是什么？”等等。 这是因为他们的困惑来源于错误地用平坦空间的观念来思索一个弯曲的空间。当他们能改正过来，习惯于用弯曲空间的观念来考察弯曲空间，那么他们所有莫解的疑问都会自动消失。 * 事实上，宇宙是有限还是无限的实实在在是一个物理问题。有许多可实测的量，能对此作明确的判断。可惜的是，它们至今被测定得不够准确。但有理由相信，我们在比诗人和哲学家更可靠地逼近真理。 * 三种判断方法 根据广义相对论框架下的宇宙膨胀动力学方程，宇宙学家发展了三种判断有限还是无限也即推断其演化结局的方法： 以密度为判据 以膨胀的减速参量为判据 以宇宙年龄为判据 * ??艰难的判断 ??开宇宙（可能性比较大些） 随着恒星不断从气体中诞生，气体越来越少，直至无法再形成新的恒星。 1014年后，恒星全部失去光辉，宇宙变暗，星系核处黑洞不断变大。 1017－1018年后，只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星。恒星中质子开始变得不稳定。 1024年后，质子开始衰变成光子和各种轻子。 1032年后，衰变过程结束，宇宙中只剩下光子、轻子和大黑洞。 10100年后，黑洞完全蒸发，可称为世界末日。? * ??艰难的判断 闭宇宙 膨胀停止的早晚取决于宇宙物质密度的大小。 假设物质密度是临界密度的2倍，这膨胀过程经过约500亿年后停止，宇宙半径比现在大一倍。 一旦自引力占上风，宇宙开始收缩，收缩过程几乎正好是膨胀过程的反演，1000亿年后重新回复到大爆炸发生时的极高密度和极高温度状态。且收缩过程越来越块，最后称为大暴缩。 * 到这里为止，对以上提出的三个问题，除了第一个尚需更高精度的观测外，都可作出较明确的回答：宇宙没有中心没有边，不管它是有限的还是无限的；宇宙在时间上有一个开端，有没终结则要看其密度而定。 宇宙是有限的还是无限的？有没有中心有没有边？有没有生老病死有没有年龄？ * 问题与讨论 宇宙是从大爆炸诞生的吗？说明几个支持你的答案的理由。 宇宙演化的可能结局有哪几种？并叙述其特征。 什么是微波背景辐射？它的特点是什么？这几个特点又是怎样支持大爆炸理论观点的？ 什么是宇宙红移？哈勃定律的内容是什么？ * 稳态理论 托马斯.戈尔德(Thomas Gold)，赫尔曼.邦迪(Herman Bondi)及弗雷德.霍伊尔(Fred Hoyle)于40年代后期提出，物质正以恰当的速度不断创生着，这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡，从而使宇宙中的物质密度维持不变。 这种状态从无限久远的过去一直存在至今，并将永远地继续下去。 宇宙在任何时候，平均来说始终保持相同的状态。 稳态理论所要求的创生速率很小，每100亿年中，在一立方米的体积内，大约创生1个原子。稳态理论的优点之一是它的明确性。它非常肯定地预言宇宙应该是什么样子的 。也正因如此 ，它很容易遭受观测事实的质疑或反驳。当宇宙背景辐射被发现后，这一理论基本上已被否定。 * 大爆炸宇宙论 * 大爆炸理论的提出 宇宙的产生为什么会想到大爆炸？ 二十世纪匈牙利科学家勒梅特设想： 物质结构和次序的认识：物质的形成由简到繁。 熵增原理： 最简单就是一个原子-----原始的原子的演变到现在的宇宙 想到大爆炸理论的人是爱因斯坦 * 广义相对论理论基础 宇宙红移的观测事实 宇宙大爆炸理论观念的形成 * 大爆炸理论验证 20年代后期，爱德温·哈勃(Edwin Hubble)发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。 * 伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念???理论 1950年前后，伽莫夫（美籍俄国）第一个建立了热大爆炸的观念。 伽莫夫认为，宇宙开始于高温、高密度的原始物质。最初温度超过几十亿度，很快降至十亿度，那时的宇宙中充满的是辐射和基本粒子，随后温度持续下降，宇宙开始膨胀。当膨胀持续了几百万年时，温度冷却至四千度，物质逐渐凝聚成星云，再演化成今天的各种天体。 这个创生宇宙的大爆炸，事实上应该理解为整个空间同时的急剧膨胀。 * ???理论提出后中间有经过很多人的修正补充并且完善。 该理论最核心的一点是：如果理论成立，那么宇宙将一边膨胀，一边降温，那么降到现在宇宙边缘的温度应该降到5度（绝对温标）左右。 理论提出，等待验证。但是比较困难。 * “宇宙微波背景辐射” 二十世纪六十年代初，美国贝尔实验室的两位工程师彭齐亚斯和R.W.威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵