从爱因斯坦到霍金的宇宙课件

1、主讲：高文辉小组成员：高文辉马彦梅马 科从爱因斯坦到霍金的宇宙什么是宇宙？ 四方上下曰宇 往古今来曰宙宇：时间宇：时间宙：空间宙：空间宇宙：时间、空间、物宇宙：时间、空间、物质的总称质的总称从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙膨胀的宇宙膨胀宇宙模型的建立膨胀宇宙模型的建立费利德曼费利德曼 膨胀或脉动的宇宙膨胀或脉动的宇宙 （19921992年）年）勒梅特神父勒梅特神父 “ “宇宙蛋宇宙蛋” ” （19271927年）年）哈勃定律哈勃定律 V=HD V=HD （19291929年）年）伽莫夫伽莫夫 火球模型火球模型 （19481948年）年） ( (大爆炸模型）大爆炸模型） 稳稳恒态宇宙

2、学是几位英国天体物理学家邦迪，戈恒态宇宙学是几位英国天体物理学家邦迪，戈尔德和霍伊尔在尔德和霍伊尔在19481948年提出的。他们的观点是：在任年提出的。他们的观点是：在任何时代，任何位置上观察者看到的宇宙图像在大尺度何时代，任何位置上观察者看到的宇宙图像在大尺度上都是一样的，这一原理称为上都是一样的，这一原理称为 完全宇宙学原理完全宇宙学原理 。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙宇宙的形成：宇宙刚开始起源于奇点，时间、空间、物质同时出现。宇宙刚开始起源于奇点，时间、空间、物质同时出现。 就是无中生有！就是无中生有！从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙宇宙的形成：目前目前宇宙

3、还在继续膨胀之中，这在观测上为哈勃定律所概括。宇宙还在继续膨胀之中，这在观测上为哈勃定律所概括。最新的研究则认为宇宙的年龄为最新的研究则认为宇宙的年龄为156156亿年亿年510510秒秒电子电子形成形成1010秒质子和中子秒质子和中子结合结合3535分钟形成分钟形成原子核原子核的过程的过程停止停止3030万年：电子和原万年：电子和原子核结合成为子核结合成为原子原子温度约温度约10001000亿度亿度温度温度3030亿亿度度温度温度3 3亿亿度度4 4亿年：第一亿年：第一批批恒星形成恒星形成2020亿年：星系形亿年：星系形成成5050亿年：太阳系亿年：太阳系形成形成从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因

4、斯坦到霍金的宇宙恒星的演化：主序星主序星红巨星红巨星白矮星白矮星中子星中子星黑洞黑洞超新星爆发超新星爆发1吨吨/厘米厘米310亿亿吨吨/厘米厘米3100亿吨亿吨/厘米厘米3从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙恒星的演化：（赫茨普龙赫茨普龙罗素罗素 赫罗图赫罗图光谱型：光谱型：O、B 、A、F、G、K、MOh, be a fine girl , kiss me!奥！真像一个仙女吻我一下吧！奥！真像一个仙女吻我一下吧！从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙恒星密度与半径的比较：半径半径密度密度太阳太阳70万千米万千米1.4克克/厘米厘米3白矮星白矮星1万千米万千米1吨吨/厘米厘米3中

5、子星中子星10千米千米110亿吨亿吨/厘米厘米3黑洞黑洞3千米千米100亿吨亿吨/厘米厘米3从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙白矮星的形成： 主序星（主序星（100100亿年）亿年）红巨星红巨星白矮星白矮星中心中心1500万度万度H He外层外层 H He，膨胀膨胀（内核收缩，温（内核收缩，温度达一亿度）度达一亿度）氦闪氦闪!宇宙的一瞬宇宙的一瞬间间从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙白矮星的形成：1 1刹那刹那=1=1念念=0.018=0.018秒秒1 1瞬间瞬间=20=20念念=0.36=0.36秒秒1 1弹指弹指=20=20瞬间瞬间=7.2=7.2秒秒1 1罗预罗预=2

6、0=20弹指弹指=2.4=2.4分分1 1须臾须臾=20=20罗预罗预=4.8=4.8分分1 1昼夜昼夜=30=30须臾须臾=24=24小时小时氦闪之后，红巨星继续膨胀，抛出气氦闪之后，红巨星继续膨胀，抛出气体形成星状星云，内核坍缩成白矮星体形成星状星云，内核坍缩成白矮星。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙黑洞黑洞：是黑洞：是中心的一个密度无限大、中心的一个密度无限大、时空曲率无限时空曲率无限高、体积无限小的高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。可见。当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心当一颗

7、恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半接近无限小、密度几乎无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定径一旦收缩到一定程度，程度，质量导致的时空扭曲就使质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出得即使光也无

8、法向外射出“黑洞黑洞”就诞生了就诞生了。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙无毛定理：无毛定理无毛定理 ：黑洞黑洞失去了失去了MM、 J J 、Q Q之外的全部信息之外的全部信息黑洞只有三根毛：黑洞只有三根毛：M M 、J J 、Q QM：总质量：总质量 J ：总角动量：总角动量Q：总电荷：总电荷从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙虫洞时空隧道什么是虫洞？什么是虫洞？ 虫洞是连接不同宇宙的虫洞是连接不同宇宙的“管道管道”，或是连接，或是连接同一宇宙不同部分的同一宇宙不同部分的“手柄手柄”。萨根最初用黑洞作萨根最初用黑洞作“时空隧道时空隧道”，索恩认为不行，建议他改用索恩认为不行

9、，建议他改用“虫虫洞洞”。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙时光机器制造时间机器的时空有以下特点：制造时间机器的时空有以下特点：1 1、有一个因果性正常的空间供我们生存。、有一个因果性正常的空间供我们生存。2 2、有一个存在的闭合类时线的时空区（存在时间机、有一个存在的闭合类时线的时空区（存在时间机器）器）3 3、此二时空区存在柯西视界，上面有闭合类光线。、此二时空区存在柯西视界，上面有闭合类光线。能否回到过去或影响过去？能否回到过去或影响过去？1 1、这样破坏因果性、这样破坏因果性2 2、霍金的、霍金的“时序保护时序保护”猜想：猜想： 物理规律不允许出现闭合类时线物理规律不允许出现

10、闭合类时线 物理规律将阻止把信息传递到过去物理规律将阻止把信息传递到过去从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙时光穿梭：如果天空出现一个球对称的虫洞入口，大家会看到如果天空出现一个球对称的虫洞入口，大家会看到 洞天石扉，洞天石扉， 訇然中开，訇然中开， 青冥浩荡不见青冥浩荡不见底底 只闻白日升天去，只闻白日升天去，不见青天降下来。不见青天降下来。有朝一日天破了，有朝一日天破了，大家齐喊阿大家齐喊阿癐癐癐癐 唐寅 李白从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙 宇宙一诞生就急剧膨胀，宇宙一诞生就急剧膨胀，并在膨胀期间孕育无数个宇并在膨胀期间孕育无数个宇宙，可称其为子宇宙、孙宇宙，可称其为

11、子宇宙、孙宇宙。我们宇宙之外可能还有宙。我们宇宙之外可能还有其他宇宙。其他宇宙。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙双生子佯谬双生子佯谬 有有一对双生兄弟，其中一对双生兄弟，其中一个跨上一宇宙飞船作长程一个跨上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个则留在太空旅行，而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地地球。结果当旅行者回到地球后，我们发现他比他留在球后，我们发现他比他留在地球的兄弟更年轻。地球的兄弟更年轻。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙弯曲的时空 爱因斯坦爱因斯坦的广义相对论认的广义相对论认为，由于有物质的存在，空为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引间和时间会发生

12、弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直释了水星近日点进动中一直无法解释的无法解释的4343秒秒。从爱因斯坦到霍金的宇宙从爱因斯坦到霍金的宇宙评论 自然科学从哥白尼开始，至今才自然科学从哥白尼开始，至今才500年，我们对宇宙，特年，我们对宇宙，特别是早期的宇宙了解还十分不够。可以肯定的是，我们的宇宙别是早期的宇宙了解还十分不够。可以肯定的是，我们的宇宙是均匀的、无边的是均匀的、无边的 、膨胀的、不断演化的。、膨胀的、不断演化的。 不过，对宇宙演化的详细描述往往基础不牢，会随着观测不过，对宇宙演化的详细描述往往基础不牢，会随着观测资料的更新和科学水平的提高而不断改变，因此会不停地有新资料的更新和科学水平的提高而