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(共22張PPT)
科學進步無止境
第5章
魯科2019
高中物理必修二
第三節 探索宇宙的奧秘
這浩瀚無垠的宇宙從哪里來，又將去向何處。
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PART first
宇宙的起源
我國有古人認為：
大地是平的，日月星辰在天空中運行，其上方扣著穹頂。
在原子碰撞等原因形成的原始旋渦運動中，較大的原子被趕到旋渦的中心相互聚集形成地球，較小的原子被趕到外圍環繞地球做旋轉運動，變得干燥后燃燒，形成各個天體。
德謨克利特
【古希臘】
“天體演化說”
“星云假說 ”
德國哲學家康德根據萬有引力原理提出
宇宙中散布著微粒狀的彌漫物質，稱為原始物質。在萬有引力作用下，較大的微粒吸引較小的微粒，并逐漸聚集加速，結果在彌漫物質團的中心形成巨大的球體，即原始太陽。周圍的微粒在向太陽這一引力中心垂直下落時，一部分因受到其他微粒的排斥而改變了方向，便斜著下落，從而繞太陽轉動。最初，轉動有不同的方向，后來有一個主導方向占了上風，便形成一扁平的旋轉狀星云。云狀物質后又逐漸聚集成不同大小的團塊，便形成行星。行星在引力和斥力共同作用下繞太陽旋轉。
愛因斯坦發現，根據廣義相對論建立的宇宙模型不是靜態的，因此引入宇宙學常數進行修正，提出了“有限無界的靜態宇宙”模型。
1929 年，哈勃做了一個具有里程碑意義的觀測：
不管往哪個方向看，遠處的星系都正在急速地遠離我們而去，并且距離我們越遠的星系離開我們的速度越快。
現象：
靜態絕對的宇宙觀
膨脹的宇宙觀
遙遠的恒星發出的光譜與地球上同種物質的光譜相比，波長變長，即向紅光方向偏移。
說明：
美國科學家伽莫夫將微觀的核物理、化學元素的起源與宏觀的膨脹宇宙聯系在一起，提出了描述宇宙起源和演化的大爆炸宇宙模型，認為宇宙從一個溫度無限高、物質密度無限大的“奇點 ”爆炸而成。
1965 年，威爾森和彭齊亞斯觀測到了宇宙背景微波輻射，大爆炸宇宙模型得到了有力的支持。
大爆炸宇宙模型
不僅能解釋宇宙光譜的紅移現象，而且預言在大爆炸的特殊宇宙背景下產生的微波輻射至今存在于宇宙空間中。
宇宙的演變
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PART second
宇宙將會一直膨脹下去嗎？宇宙的未來將走向何處？
暗物質：
是一種不能釋放任何電磁輻射的物質
自 20 世紀 70 年代以來，科學家根據對星系之間引力效果的觀測發現，常規物質不可能產生如此大的引力，因此暗物質的存在理論被廣泛認同。
宇宙物質的平均密度大于某個臨界值
星系間的引力將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮，最終坍縮；
宇宙物質的平均密度小于某個臨界值
宇宙將會繼續膨脹
宇宙中除了可見的發光天體之外，還有大量的暗物質和暗能量。
霍金與天體物理
史蒂芬·霍金出生于英國牛津，17歲入讀牛津大學，畢業后前往劍橋大學攻讀宇宙學。他在 21歲被診斷為患運動神經細胞萎縮癥后，曾一度打算放棄科學研究。但后來他重拾信心，勇敢面對病痛，繼續潛心研究。20 世紀 70 年代，他與羅杰·彭羅斯一起提出：愛因斯坦的廣義相對論暗示了空間和時間是從大爆炸“奇點”開始而至黑洞結束。這就是著名的奇性定理。他們因此在 1988 年共獲沃爾夫物理學獎。霍金發現黑洞不完全是“黑”的，而是有向外的輻射，黑洞的溫度會隨其輻射而升高，最終會爆炸而消失。這就是著名的“霍金輻射”。霍金全身癱瘓，蜷縮于輪椅的狹小空間，他的思想卻在無垠宇宙的最深處飛揚，穿越時間與空間，追尋宇宙的源頭，探索黑洞的奧秘。
永不停息的探索
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PART three
16 世紀初，意大利科學家伽利略發明了望遠鏡，從此人類的視野更加開闊。
1939 年，美國科學家雷伯利用世界上第一架專門用于天文觀測的射電望遠鏡接收到了來自銀河系中心的無線電波，根據觀測結果繪制了第一張射電圖。
2016年，我國落成啟用的世界上最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，是人類探索宇宙深處奧秘的神奇“眼睛”——“中國天眼 ”。
著名的哈勃太空望遠鏡自 1990 年 4 月 24 日升空以來，為人類源源不斷地提供震撼人心的星際圖像
恒星死亡
哈勃望遠鏡拍攝的星云照片
1916年，愛因斯坦依據廣義相對論預言，大質量天體發生碰撞、恒星爆炸、中子星合并、黑洞合并等極端天文事件發生時，時空會產生漣漪并產生“ 引力波 ”，以光速向外擴張。
2015 年，人類首次直接探測到引力波的存在。
2017 年 8 月 17 日，人們探測到來自雙中子星合并所產生的引力波信號。
“中國天眼”與天文學家南仁東
被譽為“中國天眼”的射電望遠鏡由主動反射面系統、饋源支撐系統、測量與控制系統、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構成。從1994年提出構想到2016年落成啟用，歷時 22 年，是我國具有自主知識產權，世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。目前“中國天眼”已發現若干脈沖星，人們期待其有進一步的天文發現。“中國天眼”的首席科學家兼總工程師南仁東（1945—2017），為選擇最佳臺址，帶著 300 多幅衛星遙感圖，跋涉在中國西南的大山里，先后對比了 1 000 多個洼地。工程建設中，他克服了技術、資金等重重困難，為工程的順利完成作出了卓越的貢獻。他用人生最后的 22 年，精益求精、堅毅執著地實現了一個夢想，用生命鑄就了世人矚目的“中國天眼”。

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