天体与地球第一章宇宙

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第一章 大爆炸宇宙学第一节 宇宙 一、宇宙的基本概念 二、相对论宇宙时、空观 三、微观世界的基本法则 四、宇宙物质世界的基本特征 第二节 大爆炸宇宙学 一、大爆炸学说思想体系的形成 二、宇宙最早期演化 三、大爆炸的证据 第三节 宇宙的未来和暗物质、反物质 一、弗里德曼宇宙模型 二、暗物质、反物质

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第一节 宇宙一、宇宙的基本概念

1、科学的宇宙概念—客观性 中国战国鲁人: 四方上下曰宇——空间 往古来今曰宙——时间 现代科学的宇宙定义：宇宙是广漠空间 和其中存在的各种天体及弥漫物质的总称。 时 间 宇宙是 空 间 的最大范畴 物 质

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2.可观测宇宙的概念—相对性 人类对宇宙的认识：

①古代宇宙观——地心说②近代宇宙观——日心体系

——银河系宇宙③现代宇宙观——总星系(可观测宇宙)

由哈勃半径(150亿光年)的数倍为度量宇宙的范围: 数百亿光年

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哈 勃 太 空 望 远 镜

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天 体 与 地 球

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人 类 认 识 宏 观 物 质 世 界 的 尺 度

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人 类 认 识 宏 观 物 质 世 界 的 尺 度

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人类认识微观物质世界的尺度

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3.两类宇宙模型 ①稳恒态宇宙模型 宇宙的平均性质处处相同，并且永远 不会随时间变化。在该学说中，为了在宇 宙膨胀时保持宇宙的密度不变，必须不断 地创生物质。 创始人：邦迪、戈尔德、霍伊尔 ② 演化态宇宙模型 宇宙体积、密度、温度、压力随时间而 变化。宇宙有一个开始，也可能有结束。 代表理论：大爆炸宇宙学

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二、现代宇宙时、空观(相对论宇宙时、空观) -------从牛顿到爱因斯坦 坡普(1726,威斯特敏斯特大教堂牛顿墓志铭): 大自然 和它的规律深藏在黑夜里. 上帝说, 让牛顿出世吧! 于是一切就都在光明之中. 斯夸尔爵士(1920th): 光明不再继续了: 恶魔在高声地嚎叫; 让爱因斯坦出世吧, 使世界重现光明.

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二、现代宇宙时、空观 (相对论宇宙时、空观)1. 牛顿经典力学的时、空观 (1)牛顿的空间概念 是日常经验的空间，有三维 南--北 东--西 上--下 是绝对的空间，人类、太阳、行星 和恒星共同拥有的空 间， 空间的坐标 是不变的、绝对的。

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(2)牛顿的时间概念 是日常经验的时间，人类、太阳、行 星和恒星共同经历着时间的流逝。是绝 对的时间，时间的坐标不变。 牛顿1687年《自然哲学的数学原理》 “绝对的、真实的数学时间，就其自身及 其本质而言，是永远均匀流动的，它不 依赖于任何外界事物。”

牛顿时、空观的本质： 割裂了时间、空间和物质的联系； 仅适用于地球及其周围的有限区域。

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2.相对论宇宙时、空观 时间-空间-物质的三角关系： 时间用空间和物质运动来测量

; 物质运动用时间和空间来测量； 空间用物质运动和时间来测量。 ① 运动的相对性--从牛顿-伽里略

相对论到爱因斯坦狭义相对论：运动物体的测量—参照系

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① 时间的相对性—广义相对论 A.时间随物质运动而变化 时钟矛盾：不同速度运动的物体上的 时钟相互矛盾。 相对论时间公式(时钟变慢):

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例如：相对于地球以0.98倍光速 运行的飞船，内部时钟仅为地面时钟 的1∕5:

双生子佯谬(悖论)

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双生子佯谬(悖论)

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B.时间随物质引力而变化 运动物体在中心物体的引力场中运动时， 对于同一经历过程，在运动物体上测得 时间间隔，要比在中心物体上的测定值大。 偏大的数值：

地球上的原子钟(铯原子钟) 每升高100m,快百万亿分之一秒。