1、第第1 1节节 人类对宇宙的认识人类对宇宙的认识一、宇宙一、宇宙宇宙是广漠空间和存在的各种宇宙是广漠空间和存在的各种天体以及弥漫物质的总称。天体以及弥漫物质的总称。2.包括：包括：1.概念：概念：宇宙中有上千亿的星系，宇宙中有上千亿的星系，平均每个星系又有上千亿平均每个星系又有上千亿的恒星和各类天体。的恒星和各类天体。3.宇宙的传说：宇宙的传说：1)盘古开天辟地盘古开天辟地 2)女娲补天女娲补天3)上帝创造天地和万物上帝创造天地和万物为什么古代人会对宇宙有这样的认识？为什么古代人会对宇宙有这样的认识？我们看到太阳周而复始地东升西落，我们看到太阳周而复始地东升西落，好像是太阳在绕地球旋转好像是太
2、阳在绕地球旋转公元世纪，希腊科学家托勒密在前人基公元世纪，希腊科学家托勒密在前人基础上创立了地心说。础上创立了地心说。1 1、托勒密的地心说、托勒密的地心说为什么人们会感觉到太阳是东升西落，而为什么人们会感觉到太阳是东升西落，而大地是静止不动的？大地是静止不动的？为什么人们会感觉到太阳是东升为什么人们会感觉到太阳是东升西落，而大地是静止不动的？西落，而大地是静止不动的？地球绕太阳公转，因为运动是相对的，地球绕太阳公转，因为运动是相对的，所以地上的人们选地球为参照物时，地所以地上的人们选地球为参照物时，地球是静止不动的，而太阳是运动的。同球是静止不动的，而太阳是运动的。同时地球也以一定的速度绕地
3、轴自西向东时地球也以一定的速度绕地轴自西向东转，人们选择地球为参照物，则太阳是转，人们选择地球为参照物，则太阳是自东向西转，所以人们以为太阳从东边自东向西转，所以人们以为太阳从东边升起，西边落下。从运动的相对性的角升起，西边落下。从运动的相对性的角度来看这并没有本质上的错误。度来看这并没有本质上的错误。2、哥白尼的日心说、哥白尼的日心说 16 16世纪波兰天文学家哥白尼依据大量精世纪波兰天文学家哥白尼依据大量精确的观测资料建立了日心说。确的观测资料建立了日心说。太阳太阳是宇宙的中心是宇宙的中心2、“日心说日心说”中有关宇宙以太阳为中心的中有关宇宙以太阳为中心的提法，你认为正确吗？用你知道的有关
4、知提法，你认为正确吗？用你知道的有关知识加以解释。识加以解释。1、从、从“地心说地心说”到到“日心说日心说”，有什么意，有什么意义？为什么义？为什么“日心说日心说”会受到教会的残酷会受到教会的残酷镇压。镇压。随着现代技术的发展，随着现代技术的发展，现代的科学家们利用先进的科现代的科学家们利用先进的科学技术，对宇宙起源做了深入学技术，对宇宙起源做了深入的研究，发现了许多关于宇宙的研究，发现了许多关于宇宙起源的证据。起源的证据。证据之一：星系的运动证据之一：星系的运动二二.大爆炸学说大爆炸学说1.哈勃哈勃的发现：的发现：所有的星系都在远离我们而去。所有的星系都在远离我们而去。星系离我们越远，运动的
5、速度越快；星系离我们越远，运动的速度越快；星系间的距离在不断地扩大星系间的距离在不断地扩大。星系在膨胀的宇宙中就好比在气球表面上的星系在膨胀的宇宙中就好比在气球表面上的紅色标记。当气球膨胀时，两个星系远离对紅色标记。当气球膨胀时，两个星系远离对方的速度与它们之间的距离成正比。方的速度与它们之间的距离成正比。：星系运动模型。：星系运动模型。气球充气后，两点的变化气球充气后，两点的变化哈勃望远镜的记录：哈勃望远镜的记录：宇宙中的伽玛射线大爆发宇宙中的伽玛射线大爆发美国航空航天局科学家们通过测算发现，美国航空航天局科学家们通过测算发现，宇宙中的星系正在以加速度离我们远去，宇宙中的星系正在以加速度离我
6、们远去，也就是说，宇宙的确在加速膨胀。也就是说，宇宙的确在加速膨胀。3.大爆炸学说：大爆炸学说：150宇宙的起源宇宙的起源于一次大爆炸于一次大爆炸.大约大约150亿年前，我们所处的宇宙全亿年前，我们所处的宇宙全部以部以粒子的形式粒子的形式、极高的温度极高的温度、极大的密极大的密度度，被挤压在一个，被挤压在一个“原始火球原始火球”中。宇中。宇宙就是在这个火球的宙就是在这个火球的大爆炸大爆炸中诞生的。中诞生的。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断断膨胀膨胀，温度也相应下降温度也相应下降，后来相继出现，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生在宇宙中的所有星系、
7、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。渐形成的。大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图大爆炸宇宙产生示意图大爆炸宇宙产生示意图2)2)我我们银们银河河诞生诞生 (50(50亿亿年年)1)1)星星出星星出现现(10(10亿亿年年)3)恒星、银河并演化成我们今日恒星、银河并演化成我们今日所知的宇宙所知的宇宙4)4)现在宇宙持续膨胀中现在宇宙持续膨胀中(150(150亿亿年年)大胆猜测：宇宙的将来大胆猜测：宇宙的将来或者会塌缩而在大挤压处终结或者会塌缩而在大挤压处终结 永远膨胀下去永远膨胀下去，不断地扩大，
8、不断地扩大，我们将看到所有星系的星球老化、死亡，我们将看到所有星系的星球老化、死亡，剩下我们孤零零的，在一片黑暗当中。剩下我们孤零零的，在一片黑暗当中。史蒂芬史蒂芬.霍金霍金 史蒂芬史蒂芬霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰霍金，广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰出的科学家。黑洞理论和出的科学家。黑洞理论和“大爆炸大爆炸”理论的创立人，理论的创立人，著名的著名的时间简史时间简史的作者。的作者。17岁的霍金患病后只能永远坐在轮椅上并且失岁的霍金患病后只能永远坐在轮椅上并且失去了语言能力，这位全身只有三个手指能动的残疾人，去了语言能力，这位全身只有三个手指能动的残疾人，却依靠惊人的毅力完成了一系列惊人的关
9、于大爆炸和却依靠惊人的毅力完成了一系列惊人的关于大爆炸和黑洞的理论。黑洞的理论。霍金预言宇宙的两种结霍金预言宇宙的两种结局局1、会永远的膨胀下去。、会永远的膨胀下去。2、或者会塌缩而在大、或者会塌缩而在大挤压处终结挤压处终结 1942 1942年年1 1月月8 8日，出生于英国的牛津。日，出生于英国的牛津。19621962年，年，在牛津大学完成物理学学位课程，搬到剑桥大学攻读在牛津大学完成物理学学位课程，搬到剑桥大学攻读研究生。霍金被诊断患有运动神经元疾病。研究生。霍金被诊断患有运动神经元疾病。19651965年，被授予博士学位。他的研究表明：用来年，被授予博士学位。他的研究表明：用来解释黑洞
10、崩溃的数学方程式，也可以解释从一个点开解释黑洞崩溃的数学方程式，也可以解释从一个点开始膨涨的宇宙。始膨涨的宇宙。19701970年，霍金研究黑洞的特性。他年，霍金研究黑洞的特性。他预言，来自黑洞预言，来自黑洞(现在叫霍金辐射现在叫霍金辐射)的射线辐射及黑洞的射线辐射及黑洞的表面积永远也不会减少。的表面积永远也不会减少。19741974年，被选为皇家学年，被选为皇家学会会员。他继续证明，黑洞有温度，黑洞发出热辐射，会会员。他继续证明，黑洞有温度，黑洞发出热辐射，以及气化导致质量减少。以及气化导致质量减少。19801980年，任剑桥大学数学年，任剑桥大学数学鲁卡斯教授鲁卡斯教授(艾萨克艾萨克牛顿曾
11、任此职牛顿曾任此职)。19881988年，出版年，出版时间简史时间简史，成为关于量子物理学与相对论最畅销，成为关于量子物理学与相对论最畅销的书。的书。19961996年至今，继续在剑桥大学工作。年至今，继续在剑桥大学工作。小视窗：黑洞理论小视窗：黑洞理论 宇宙中某些恒星能产生巨大宇宙中某些恒星能产生巨大的引力，使得即使光也无法向的引力，使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系，界的一切联系，“黑洞黑洞”诞生诞生了了黑洞是怎样产生的呢？黑洞是怎样产生的呢？无论地球上观察，无论地球上观察，还是在其它星球上观察，还是在其它星球上观察，都可以观察到其它星球都在
12、远离观察都可以观察到其它星球都在远离观察点而去，这是宇宙膨胀的结果。点而去，这是宇宙膨胀的结果。其实，大爆炸而产生宇宙的理论其实，大爆炸而产生宇宙的理论 也不能确定起始爆炸中心。也不能确定起始爆炸中心。在地球上观察到宇宙中的星系都在地球上观察到宇宙中的星系都在远离地球而去，能否说明地球在远离地球而去，能否说明地球是宇宙大爆炸的中心？为什么？是宇宙大爆炸的中心？为什么？总结：总结：1 1、星系运动的特点：、星系运动的特点：所有的星系都在离我们而去，所有的星系都在离我们而去，星系离我们越远，运动的速度越快，星系离我们越远，运动的速度越快，星系间的距离在不断地扩大。星系间的距离在不断地扩大。2 2、
13、现在的宇宙处于、现在的宇宙处于不断的膨胀之中不断的膨胀之中3 3、目前被人们广为接受的、目前被人们广为接受的 一种宇宙起源学说是一种宇宙起源学说是大爆炸宇宙论大爆炸宇宙论1.1.如果小气球上有图如果小气球上有图，在气球膨胀过程中，每，在气球膨胀过程中，每一个点间的距离都在不断地一个点间的距离都在不断地_，每一条线条，每一条线条都不断在都不断在_。2 2宇宙中星系间的距离在不断地宇宙中星系间的距离在不断地 ,说明宇宙处说明宇宙处在不断地在不断地 之中之中,这为这为_理论提理论提供了有力的证据。该学说认为，大约在供了有力的证据。该学说认为，大约在 年年 前，我们所处的宇宙全部被挤压在一个前，我们所
14、处的宇宙全部被挤压在一个“”中，宇宙就是在这个大火球的中，宇宙就是在这个大火球的 爆炸中产生。爆炸中产生。扩大扩大增长增长扩大扩大膨胀膨胀大爆炸宇宙大爆炸宇宙150150亿亿原始火球原始火球3.3.下列关于大爆炸宇宙论的说法正确的是（下列关于大爆炸宇宙论的说法正确的是（）A.A.一种已经被证明是正确的科学理论一种已经被证明是正确的科学理论 B.B.一个比较合理的科学假说一个比较合理的科学假说 C.C.一个著名的神话故事一个著名的神话故事 D.D.一段现代科普作品里有趣的描写一段现代科普作品里有趣的描写4.4.宇宙起源的证据是（）宇宙起源的证据是（）A.A.哈勃定律哈勃定律B.B.旧约旧约“创世
15、纪创世纪”C.C.盘古开天辟地的神话盘古开天辟地的神话D.D.女娲补天的传说女娲补天的传说A AB B5 5有关宇宙的起源的说法，得不到科学支持的说法是有关宇宙的起源的说法，得不到科学支持的说法是 ()A A、大约在、大约在150150亿年前，我们所处的这个宇宙是被挤压在亿年前，我们所处的这个宇宙是被挤压在一起的一个一起的一个“原始火球原始火球”B B宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆炸中诞生的宇宙就是在这个大火球发生的一次大爆炸中诞生的C C、宇宙是相当近的过去创生的，十七世纪时邬谢尔主、宇宙是相当近的过去创生的，十七世纪时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前教算出宇宙诞生的日期是公元前40
16、044004年年 DD大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在大爆炸理论尚不能确切地解释宇宙在“原始火球原始火球”之前到底存在着什么东西之前到底存在着什么东西C美国科学家美国科学家20042004年年2 2月月1515日宣布，他们借助哈日宣布，他们借助哈勃望远镜观察到距离地球勃望远镜观察到距离地球130130亿光年的星系。亿光年的星系。根据科学家的计算，这个新发现的星系是在导根据科学家的计算，这个新发现的星系是在导致宇宙诞生的致宇宙诞生的“大爆炸大爆炸”之后之后7.57.5亿年时形成亿年时形成的。由于它形成在宇宙生命的初期，当时正是的。由于它形成在宇宙生命的初期，当时正是星系形成的开端。因此科学家希望
17、，研究它可星系形成的开端。因此科学家希望，研究它可以得到更多有关的信息，从而能更好地了解宇以得到更多有关的信息，从而能更好地了解宇宙是如何形成和发展的。在天文学中，宙是如何形成和发展的。在天文学中，“光年光年”是一个是一个 单位；科学家们观察到的光线单位；科学家们观察到的光线是这个星系是这个星系 发出的（填发出的（填“观观察前不久察前不久”或或“130130亿年前亿年前”）。）。时间时间130亿年前亿年前太空中有时会发生恒星爆炸，产生所谓的超新太空中有时会发生恒星爆炸，产生所谓的超新星，恒星爆炸时会突然变化得比以前亮得多，星，恒星爆炸时会突然变化得比以前亮得多，恒星离我们很远，它的光要经过多年
18、才能达到恒星离我们很远，它的光要经过多年才能达到地球。因此，我们看到的恒星爆炸的光一定是地球。因此，我们看到的恒星爆炸的光一定是在很多年前发出的，从那个时候以来，光一直在很多年前发出的，从那个时候以来，光一直在向地球传播着。我们年看到的恒星爆炸的光在向地球传播着。我们年看到的恒星爆炸的光是白光，而不是在不同时间到达的各种色光。是白光，而不是在不同时间到达的各种色光。根据这一事实，你的推断是不同色光在空气中根据这一事实，你的推断是不同色光在空气中传播速度传播速度 (相等或不相等）。相等或不相等）。不相等不相等天文观测发现，几乎所有的星系都以各自的速度背离我们而运天文观测发现，几乎所有的星系都以各
19、自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度越大，也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v v和它们和它们离我们的距离离我们的距离r r成正比，即成正比，即v=Hrv=Hr，式中，式中HH为一常量，称为哈勃为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理常数，已由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙以不同的速度运动，并设想我们就位于其中心，论，认为宇宙以不同的速度运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观察则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观察结果一致。结果一致。由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙的年龄由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙的年龄T T，其计算式，其计算式为为T=T=。根据近期观测，哈勃常数。根据近期观测，哈勃常数H=3H=31010-2-2米米/（秒（秒光年），其中光年是光在一年中行进的光年），其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为距离，由此估算宇宙的年龄约为 _年。年。1/H
