2022-2023学年教科版（2019）必修第二册 5.3宇宙的起源和演化 课件（31张PPT）

宇宙的起源和演化学习目标1．了解宇宙大爆炸理论的概念、过程和阶段特征；2．了解宇宙大爆炸理论对天文现象的解释，以及与后续星系、恒星演化的关联；3．初步学会用发展变化的眼光看待我们的宇宙和宇宙演化的过程与现象。4．促使学生形成科学宇宙观，认识到宇宙大爆炸理论是随着科学的发展和人类对宇宙认识的不断深入而发展和完善的。情境导入人类史上首张黑洞照片发布

2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT）国际合作组织在全球六地同步召开新闻发布会，宣布他们已经捕获了首张黑洞照片。一、宇宙宇宙是广漠空间和存在的各种天体以及弥漫物质的总称。2.包括：1.概念：宇宙中有上千亿的星系，平均每个星系又有上千亿的恒星和各类天体。3.宇宙的传说：（1）盘古开天辟地（2）女娲补天二、宇宙的起源1.哈勃的发现：

所有的星系都在远离我们而去。星系离我们越远，运动的退行速度越快；星系间的距离在不断地扩大。

如果某个点上有一只无知的细菌，看到所有的点离他而去，能说明它处在中心位置吗？讨论交流讨论交流

如果你是某个点上的聪明的细菌，当看到所有的点和你的距离变大时，你能得出什么结论？

在日常生活中，除重力外，与物体质量相关的引力没有任何明显的效果。在微观领域，引力更是完全可以忽略。但是在宇宙范围内，由于星体的质量巨大，时空弯曲就十分明显，而必须用广义相对论加以研究。实际的观测和理论研究（结合关于微观粒子的理论）已经产生了一些惊人的成果，其中之一是宇宙演化的膨胀理论，即宇宙大爆炸理论。

20世纪20年代，天文观测已发现远处的许多星系正在离开我们向远处退行，而且越远的星系退行的速率越大。这一结果使得天文学家推论出宇宙是在膨胀着的。2.宇宙大爆炸理论

20世纪40年代末，物理学家伽莫夫（如图）把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出宇宙大爆炸假说。（1）宇宙起始于一次大爆炸，那时它的温度极高，密度极大，时间从此开始，空间从此扩大。3.宇宙发展梗概（2）10-43s时，宇宙的密度是1093kg/m3，温度是1032K。宇宙是混沌一团。（3）10-35s时，宇宙发生一次暴涨，直径在10-32内膨胀了1050倍，温度降到1027K。宇宙中出现了各种各样的粒子，包括光子，它们不断通过相互作用而相互转化。（4）10-36s时，温度降到1013K

，出现了电子、正电子。（5）1min时，温度为，质子和中子结合成氢核。（6）约100万年时，温度降到3000K，开始出现各种原子。存留的光子不再和粒子相互转化而在宇宙中到处游逛，使宇宙成为透明的。（7）约10亿年时，开始形成恒星和星系。（8）约100亿年时，出现我们的银河系、太阳和行星。（9）约120亿年时，地球上出现了生命。（10）约137亿年时出现了人类，百万年后出现了现代文明。宇宙温度降到了约3K。（11）至今宇宙的年龄估计为137亿年。膨胀速率按最大速率光速计，现今宇宙的“直径”约为137亿光年，即约为1.3×1023km。大爆炸后物质膨胀，冷却形成星系示意图

天文观测站拍摄到由一颗巨大恒星爆炸毁灭。它残余就是“N63A”，位于大麦哲伦星云中。

1948年，美国科学家阿尔弗（RalphAlpher）和赫尔曼（RobertHerman）预言，宇宙大爆炸产生的残系辐射，由于宇宙的膨胀和冷却，如今它所具有的温度约为绝对零度以上5开，或者说5K（绝对零度等于摄氏零下273度，即-273℃）。

微波背景辐射为宇宙起源于大爆炸提供了证据，3K（-270℃）就是大爆炸留下的余温。彭齐亚斯和威尔逊1965年发现微波背景辐射；1978年因此获诺贝尔物理学奖。

（二）宇宙的未来宇宙形成早期曾出现过“漫天雪花”（“氢雪”）瑞士日内瓦大学的丹尼尔·普芬宁格和苏黎世大学的丹尼斯·普尤经计算得出，在恒星和行星出现之前，宇宙中可能也曾“下过雪”（“氢雪”）红巨星它极为明亮，肉眼看到的最亮的星中，许多都是红巨星。表面温度比太阳低，但红巨星的体积很大，它的半径一般比太阳大100倍。红巨星

行星状星云质量大于太阳质量1.4倍，外围的气体及冰粒便会以每秒数十公里的速度向外膨胀，外貌像土星的光环一样，天文学家叫行星状星云，而剩下的核心的光度会暗淡下去。行星状星云质量体积比太阳大，但亮度较暗。

白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。白矮星是一颗已死亡的恒星，中心的热核反应已停止。

白矮星超新星超新星是大恒星在死亡前的一次大爆发，所释放的能量，发出的亮光相当于十亿颗太阳。质量约是太阳1.44－2倍的恒星在超新星爆炸的过程，遗留下来的核心变成一颗体积很小，质量却很大的中子星，由中子构成，仅1cm3的质量就有全球人类那么重，直径仅为30km。中子星黑洞质量更大的恒星，在超新星爆炸后会形成“黑洞”。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连光线也会被吞没，所以我们是看不见黑洞的。但是如果黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星的物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。猜测宇宙的未来史蒂芬·霍金

史蒂芬·霍金是英国物理学家，他用毕生精力研究黑洞普通物理学定理不再适用的时空领域和宇宙起源大爆炸原理。他提出黑洞能发射辐射(现在叫霍金辐射)的预言现在已是一个公认的假说。他的研究工作在科学界远不及他的畅销书《时间简史》出名。他这本销售量达2500万份的畅销书对量子物理学和相对论作了大量介绍。

1942年1月8日，出生于英国的牛津。1962年，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。

1965年，被授予博士学位。他的研究表明：用来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。1970年，霍金研究黑洞的特性。他预言，来自黑洞(现在叫霍金辐射)的射线辐射及黑洞的表面积永远也不会减少。1974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，以及气化导致质量减少。1980年，任剑桥大学数学鲁卡斯教授（艾萨克·牛顿曾任此职）。1988年，出版《时间简史》，成为关于量子物理学与相对论最畅销的书。2018年3月14日与世长辞。无论地球上观察，还是在其它星球上观察，都可以观察到其它星球都在远离观察点而