文档介绍：第二节 宇宙的起源和演化
困扰人们数百年：
宇宙起源和演化的问题？
宇宙在空间上究竟是有限还是无限？
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一、一些相关知识
1. 电磁波
静电场
电荷
变化电场
电量变化
临近区域
变化磁场
较远区域
新的变化电场
更
远
区
域
新的变化磁场
●
●
……
变化的电场和磁场交替产生，由近及远，以有限的速度，在空间的传播过程，称为电磁波。
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2. 电磁波谱
波长：λ（m）
频率： ν （Hz）
λ =
电磁波波长分布很广
长 —— 几万米（无线电波）
—— 微波
—— 红外线
—— 可见光
—— 紫外线
—— X 射线
短 —— < 10-13米（γ 射线）
传播子光子 E = h ν ν 大或 λ 小，E 越大
C
ν
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3. 辐射
任何物体在任何温度下都发射电磁波，发射电磁波的过程称为辐射，辐射出的能量称为辐射能。
4. 光谱的红移、蓝移
物体相对于观测者静止不动，光谱波长是固定的；
物体相对于观测者运动，光谱波长有变化：
物
体
远离观测者而去
光谱波长向红端移动
红移
向观测者运动
光谱波长向蓝端移动
蓝移
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二、目前所认识的宇宙
1. 宇宙
星系
恒星
每个星系
几十亿~几千亿颗
气体尘埃
尺度150亿光年，
年龄100~150亿年
总星系物质及运动分布，在统计上是均匀的，各向同性的
宇宙中物质含量：
氢（H2） 最多
氦（He） 其次
其它 少量
目前发现的约10亿个
（几百亿个）
尺度几千~几十万光年不等
（总星系）
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星系
漩涡星系
椭圆星系
不规则星系
2. 银河系
尺度
组成
发光部分直径 7 万光年
最大厚度 1 万光年
恒星 2000亿颗
气体、尘埃团块
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3. 太阳系
尺度—
组成
直径240亿千米
尺度 半径70万千米
位置 银河系轴3/5处
运动 250千米/ 秒绕轴运动
温度
内部 15000000K
表面 6000K
行星
9个
类地行星（Si、Fe）
卫星 34个
无卫星
有卫星
彗星 1600颗
流星
太阳 中心天体
水 金 地 火
木 土 天 海 冥
类木行星（H2、N2、NH3、CH4）
离太阳120亿千米
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三、宇宙的起源和演化
宇宙开端——150亿年前大爆炸
最重要证据：
星系光谱红移 星系彼此远离
宇宙在膨胀
极高密度状态
物质密度更高
奇点
大爆炸
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1922年弗里德曼和1927年勒梅特，得到了动态宇宙模型。
20世纪20年代，发现多数星系发出的光谱发生红移。这意味着多数星系在向我们远离的方向上退行。
1948年伽莫夫等人，结合当时核物理的知识，提出了宇宙大爆炸理论。认为今天看到的宇宙膨胀逆着时间追溯回去，则起始于一次猛烈的大爆炸。
1929年哈勃总结出经验定律v=H0r
V——星系退行的速度
H0 ——哈勃常数，观测值为150千米/秒 千万光年
r——星体的距离
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观测支持和宇宙的热演化
大爆炸之后约10-2秒
大爆炸之后约1秒
大爆炸之后约10秒
宇宙温度约1011K，宇宙主要成分是电子、正电子、光子、中微子、反中微子等及少量核子。
宇宙温度下降为1010K，宇宙中的中子占24%，质子占76%
宇宙温度下降为3x109K，宇宙中的中子、质子可形成4He。而较重的原子核仍没有形成的机会。
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