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情境導(dǎo)入
宇宙是怎么誕生的？宇宙最終是否會(huì)走向終結(jié)？
第1章
演化的自然
第1節(jié)
人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)
自主學(xué)習(xí)
1.閱讀課本，了解人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程。
2.說(shuō)出宇宙膨脹的證據(jù)，了解大爆炸宇宙論的觀點(diǎn)。
宇宙的誕生
一、古代人的宇宙觀
中國(guó)古代對(duì)宇宙的起源有各種傳說(shuō)……
世界不同的民族和文化，形成了許多有關(guān)宇宙創(chuàng)始的神話傳說(shuō)……
你還了解哪些關(guān)于宇宙創(chuàng)始的神話故事？
女?huà)z補(bǔ)天
古代印度神話故事
古代人為什么會(huì)對(duì)宇宙的起源形成這樣的
認(rèn)識(shí)？
古代人沒(méi)有理性思考，對(duì)宇宙的起源只是猜測(cè)。都是臆想的，不切實(shí)際的。
實(shí)質(zhì)：人類在認(rèn)識(shí)有限的條件下提出的假說(shuō)。
所以說(shuō)人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)水平是和當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)的。
二、從地心說(shuō)到日心說(shuō)
中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的早期蓋天說(shuō)認(rèn)為，天圓如張蓋，地方如棋盤(pán)。早期的古希臘學(xué)者也有類似的看法。蓋天說(shuō)這種宇宙觀，雖然已經(jīng)擺脫了神話的影響，但遠(yuǎn)沒(méi)有揭示宇宙的本質(zhì)。
蓋天說(shuō)
托勒密的宇宙體系
托勒密的地心說(shuō)
托勒密認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)，日、月、行星和恒星等所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，而恒星位于最外面的天球上，它們之間的相對(duì)位置保持不變，同時(shí)作為一個(gè)整體在天空中轉(zhuǎn)動(dòng)。
托勒密的宇宙體系
托勒密的地心說(shuō)
這個(gè)學(xué)說(shuō)與基督教關(guān)于天堂、人間、地獄的說(shuō)法剛好吻合，得到了占統(tǒng)治地位的教廷的竭力支持。到了16世紀(jì)， “地心說(shuō)”不僅成為禁錮人們思想的工具，而且也阻礙了天文學(xué)的發(fā)展。
為什么人們會(huì)感覺(jué)到太陽(yáng)是東升西落，而大地是靜止不動(dòng)的呢？
由地理常識(shí)可知，地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東的，因此，以地球?yàn)閰⒄瘴铮?yáng)相對(duì)于地球的位置不斷發(fā)生著變化，所以我們看到太陽(yáng)東升西落；若以人為參照物，人與地球間的位置沒(méi)有發(fā)生變化，所以感覺(jué)大地是靜止不動(dòng)的。
哥白尼的宇宙體系
哥白尼的日心說(shuō)
1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作《天體運(yùn)行論》，完整地提出了“日心說(shuō)”理論。這個(gè)理論體系認(rèn)為，太陽(yáng)是宇宙的中心，地球和行星是繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的，月球圍繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)，而最外層的恒星天球則與地心說(shuō)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。
哥白尼
哥白尼的宇宙體系
哥白尼的日心說(shuō)
哥白尼提出的“日心說(shuō)”，差不多經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)才被人們接受。其間，伽利略利用自制的天文望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了可以支持日心說(shuō)的天文現(xiàn)象，日心說(shuō)才逐漸得到認(rèn)可。
哥白尼
哥白尼的“日心說(shuō)”闡明了天體運(yùn)行的規(guī)律，為人類認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系，進(jìn)而認(rèn)識(shí)地球的起源奠定了基礎(chǔ)。
布魯諾
延伸閱讀
他被哥白尼的日心說(shuō)所吸引，因?yàn)橄蛉藗冃麄魅招恼f(shuō)，1600年2月17日凌晨，布魯諾被羅馬教庭綁在廣場(chǎng)中央的火刑柱上時(shí)，他向人們莊嚴(yán)宣布：“火，不能征服我！未來(lái)的世界會(huì)了解我，會(huì)知道我的價(jià)值。”“黑暗即將過(guò)去，黎明即將來(lái)臨，真理終將戰(zhàn)勝邪惡！”
伽利略
他為了表明對(duì)哥白尼學(xué)說(shuō)的支持，出版了《星際天空》和《關(guān)于太陽(yáng)黑子的書(shū)信》，被羅馬教庭第一次傳訊，十幾年后出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界的對(duì)話》，被教庭第二次審判，判罰終生監(jiān)禁。
“日心說(shuō)”中有關(guān)宇宙以太陽(yáng)為中心的提法也
是不正確的，用你知道的相關(guān)知識(shí)加以解釋。
太陽(yáng)只是太陽(yáng)系的中心恒星，而太陽(yáng)系位于銀河系的一個(gè)偏遠(yuǎn)旋臂上，離銀河中心有幾萬(wàn)光年的距離。銀河系中有幾千億顆像太陽(yáng)一樣的恒星，而銀河系外還有若干星系，稱為河外星系，銀河系也只是宇宙中無(wú)數(shù)個(gè)星系中微不足道的一個(gè)，所以宇宙以太陽(yáng)為中心的提法顯然是不正確的。
三、現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在離地球表面580千米高空的軌道上運(yùn)行，重達(dá)1.1萬(wàn)千克，鏡面直徑達(dá)240厘米。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡看到了什么？
發(fā)現(xiàn)1 所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。
發(fā)現(xiàn)2 星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)的速度越快。
發(fā)現(xiàn)3 星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大。
哈勃發(fā)現(xiàn)了什么？
——標(biāo)志現(xiàn)代宇宙論的誕生
1.他在1922～1924年發(fā)現(xiàn)，星云并非都在銀河系內(nèi)，在銀河系之外存在許多其它的星系，宇宙比人類想象的要大許多。
2.星系看起來(lái)都在遠(yuǎn)離我們而去，且距離越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離的速度越快，星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大。這一結(jié)論意義深遠(yuǎn)，因?yàn)橐恢币詠?lái)，天文學(xué)家都認(rèn)為宇宙是靜止的，而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)宇宙并不是靜止不變的。
你是怎樣理解哈勃發(fā)現(xiàn)的關(guān)于星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的？
你能想象出宇宙中的星系是怎樣運(yùn)動(dòng)的嗎？
由于宇宙太大，無(wú)邊無(wú)際，難以直接研究，為了更好的研究和理解星系運(yùn)動(dòng)，我們可以建立星系運(yùn)動(dòng)模型。
下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助我們建立宇宙中星系運(yùn)動(dòng)的模型。
星系一直在運(yùn)動(dòng)，一直在變化，宇宙在不斷地膨脹。
活動(dòng)探究
星系的運(yùn)動(dòng)
1.準(zhǔn)備一只氣球，在其表面畫(huà)上一些小圓點(diǎn)。
2.用打氣筒持續(xù)的向氣球充氣，使氣球不斷地脹大，如圖所示。
3.觀察氣球在脹大過(guò)程中各個(gè)小圓點(diǎn)間距離的變化。
活動(dòng)探究
星系的運(yùn)動(dòng)
4.如果這些小圓點(diǎn)代表星系，那么，這些原先靠得很近的星系之間的距離增大了嗎？
增大了
實(shí)驗(yàn)表明，在氣球脹大的過(guò)程中，對(duì)氣球表面上任何一個(gè)小圓點(diǎn)而言，其他的小圓點(diǎn)都在不斷的離它而去。
星系的運(yùn)動(dòng)
1.如圖所示，請(qǐng)你選定一個(gè)點(diǎn)，看另外兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和快慢，如選A看B和C的運(yùn)動(dòng)方向和快慢是如何的？
B和C都離A遠(yuǎn)去，C遠(yuǎn)離A的速度比B快。
2.假設(shè)宇宙在膨脹，那么原先緊鄰的星系分離的速度比遙遠(yuǎn)的星系分離速度快一些還是慢一些？
緊鄰的星系分離速度慢一些。
大爆炸宇宙論
勒梅特于1931年創(chuàng)建
根據(jù)以上科學(xué)假設(shè)，我們可以進(jìn)行這樣的推理：如果能將時(shí)間倒退，宇宙中的星系之間的距離必然縮小，最終會(huì)聚在一個(gè)點(diǎn)上。
大爆炸宇宙論
大爆炸宇宙論認(rèn)為，大約137億年前，我們所處的宇宙被擠壓在一個(gè)“原始火球”中，那時(shí)的宇宙極小、極熱，又有極大的密度，宇宙就是在這個(gè)大火球的爆炸中誕生的。
大爆炸后，宇宙迅速膨脹，現(xiàn)在的宇宙比100億年前增大了100多億倍，爆炸引起的宇宙膨脹一直延續(xù)至今，并仍將延續(xù)下去，如圖所示。
關(guān)于大爆炸宇宙論研究中遇到的疑難問(wèn)題：
為什么早期宇宙會(huì)有如此高的溫度
為什么宇宙在空間中的大尺度上會(huì)如此均勻
膨脹后的宇宙會(huì)不會(huì)坍縮
查閱有關(guān)專業(yè)書(shū)籍，或在互聯(lián)網(wǎng)上收集有關(guān)宇宙起源的資料，并與同學(xué)交流。
大膽猜測(cè)：宇宙的將來(lái)
永遠(yuǎn)膨脹下去。
宇宙不斷地?cái)U(kuò)大，所有星系的星球老化、死亡,一片黑暗。
B. 或者會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié)。
喬治·伽莫夫
延伸閱讀
喬治·伽莫夫（George Gamow，1904—1968）是
美籍俄裔著名的物理學(xué)家和天文學(xué)家。
1946年，伽莫夫等科學(xué)家首次將相對(duì)論和化學(xué)元
素生成理論引入宇宙學(xué)，提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型。
伽莫夫認(rèn)為：宇宙最初開(kāi)始于高溫高密度的原始物質(zhì)，
溫度超過(guò)幾十億度，那時(shí)的宇宙中充滿的是輻射和基本粒子；隨著宇宙膨脹，溫度逐漸下降，物質(zhì)逐漸凝聚成星云，再演化成今天的各種天體。
霍金
延伸閱讀
史蒂芬·霍金（Stephen Hawking，1942—2018）是英
國(guó)當(dāng)代著名的科學(xué)思想家和杰出的理論物理學(xué)家。他提出
的黑洞理論和宇宙無(wú)邊界的設(shè)想是現(xiàn)代宇宙學(xué)的重要基石。
霍金的宇宙無(wú)邊界設(shè)想是這樣的：
第一，宇宙是無(wú)邊的。
第二，宇宙不是一個(gè)可以任意賦予初始條件或邊界的一般系統(tǒng)。
霍金預(yù)言宇宙有兩種結(jié)局：
它可以永遠(yuǎn)地膨脹下去，或者它會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié)。
霍金的主要科普代表作品有《時(shí)間簡(jiǎn)史》、《果殼中的宇宙》等。
課堂小結(jié)
人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)
古代人的宇宙觀
從地心說(shuō)到日心說(shuō)
現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)
中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的早期蓋天說(shuō)
托勒密的地心說(shuō)
宇宙的將來(lái)
中國(guó)神話：盤(pán)古開(kāi)天辟地
歐洲神話：上帝創(chuàng)造宇宙
哥白尼的日心說(shuō)
哈勃的發(fā)現(xiàn)
大爆炸宇宙論
宇宙在不斷地膨脹
永遠(yuǎn)地膨脹下去或塌縮在大擠壓處終結(jié)
小試牛刀
1.下列屬于中國(guó)古代關(guān)于宇宙的起源的神話傳說(shuō)的是（ ）
A.盤(pán)古開(kāi)天辟地 B.上帝創(chuàng)造宇宙
C.蓋天說(shuō) D.地心說(shuō)
A
2.公元前2世紀(jì)，希臘科學(xué)家托勒密在亞里士多德等前人對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)幾十年的觀測(cè)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，創(chuàng)立了_________。16世紀(jì)，哥白尼用自制的簡(jiǎn)陋儀器經(jīng)過(guò)20年的天文觀測(cè)與研究，建立了_________。
“地心說(shuō)”
“日心說(shuō)”
小試牛刀
4.在地球上觀測(cè)到宇宙中的星系都在遠(yuǎn)離地球而去，這能否說(shuō)明地球是宇宙大爆炸的中心？為什么？
所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它的退行速度越快；星系間的距離在不斷擴(kuò)大
不能。無(wú)論地球上觀察，還是在其他星球上觀察，都可以觀察到其他星球都在遠(yuǎn)離觀察點(diǎn)而去，這是宇宙膨脹的結(jié)果。
3.根據(jù)對(duì)星系運(yùn)動(dòng)的研究，證實(shí)星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是:
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