文档介绍：宇宙物理与宇宙学
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23－1 宇宙概貌*
23－2 宇宙天体运动规律*
23－3 哈勃定律和宇宙膨胀*
第二十三章 天体物理与宇宙学
23－4 宇宙大爆除了以太绝对空间，仅适用于惯性系，而自然界不存在严格惯性系，实际参照系都是非惯性系。爱因斯坦认为非惯性系与惯性系应处同等地位，应同样有效描述物理定理。
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狭义相对论否定物质、能量以无限速度传递，电磁场理论与之符合，牛顿引力理论带有超距作用的烙印。爱因斯坦认为应以引力场理论代替牛顿引力理论，类似于电磁场建立引力场方程，从实验探测引力波存在。其发现在狭义相对论基础上无法建立引力场理论。
广义相对论解决了上述两问题：狭义相对论指出时空的内在联系，但未表明时空与物质的联系。将相对性原理推广到一切参照系，把引力同时空的几何性质联系起来，物质、引力场和时空三者联结为一整体，建立了新引力理论。
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一、哈勃定律(Hubble law)：
哈勃常数：H0= 厘米·(秒·秒差距)－1
星系谱线红移
星系相互退行
过去靠得更近
宇宙开端奇点
二、宇宙膨胀
宇宙(universe)由某个更小、更密的状态－奇异态变化而来。
1929年，美国天文学家发现遥远恒星发出的光谱线普遍存在“红移”现象。
Edwin Hubble
1889-1953
23－3 哈勃定律和宇宙膨胀*
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大爆炸理论证据：
1) 宇宙膨胀
2) 宇宙微波背景辐射
3) 化学元素的相对丰度
预言大爆炸初期留存的氢氦丰度与测量结果吻合。
1965年美国天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙空间均匀分布温度3K的热辐射，为大爆炸辐射残留。
1978 Nobel Prize in Physics
Robert W. Wilson
1936-
Arno Allan Penzias
1933-
23－4 宇宙大爆炸模型*
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一、宇宙大爆炸(The Big Bang)模型：
在约150-200亿年前，宇宙是从一个高温高密度的奇异态，开始爆炸，膨胀之后渐渐冷却，形成星系。膨胀是发生在每一处。
演化模型
奇点
粒子形成
原子形成
星系形成
宇宙透明
恒星形成
行星形成
古生代
0
10-44秒
智慧人
3分
3105年
109年
4109年
5109年
1010年
2 1010年
1948年伽莫夫首先提出了大爆炸宇宙说 (bigbang cosmology) 。
George Gamov
1904-1968
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二、暴胀(inflaionary universe)时的宇宙
暴胀机制：宇宙在10-35 秒时发生相变，放出巨量的“潜热”，造成宇宙暴胀。
假设：宇宙在10-35 s至10-33 s之间发生暴胀。在此期间，宇宙的直径大约由10-26 m暴增1050倍，至1024 m (～30 Mpc) 。在10-33 s时，暴胀终止，膨胀速率变得与标准模型相同。
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三、恒星和星系的形成
星云聚为恒星的过程可分为快收缩阶段和慢收缩阶段。前者历经几十万年，后者历经数千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一，平均密度提高1亿亿倍，最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团，中心为一密集核。此后进入慢收缩，也叫原恒星阶段。这时星胚温度不断升高，温度升高到一定的程度就要闪烁发光，以示其存在，并步入恒星的幼年阶段。但这时恒星尚不稳定，仍被弥漫的星云物质所包围着，并向外界抛射物质。
星系是由大星云收缩形成的
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23－5 超新星*
质量相当于太阳质量的8~20倍的恒星，由于质量的巨大，在它们演化的后期，星核和星壳彻底分离的时候，往往要伴随着一次超级规模的大爆炸。这种爆炸就是超新星爆发。
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23－6 致密星*
一、白矮星(White Dwarf)：一种低光度、高密度、高温度的恒星。
形成：核反应停止后，主要靠电子简并压的梯度与引力平衡达到的一种稳定结构，在其内部，高温使原子失去电子，裸原子核挤在一起造成了高密度。
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特点：
光度低，不易发现；
有效温度介于5500－40000 K；
大多呈白色，少数呈黄色甚至红色；
质量越大，半径越小，质量于太阳差
不多，大小于地球相仿
平均密度：105－108 g/cm3。
钱德拉塞卡极限：
1933年印度Chand