宇宙大爆炸ppt课件
宇宙大爆炸
宇宙大爆炸
Big Bang
理论介绍
宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：Big Bang）是 描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模 型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛 且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观 点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密 度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据 2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态 大约存在发生于133亿年至139亿年前），并经 过不断的膨胀到达今天的状态。
大爆炸宇宙的未来
在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种 图景：如果宇宙能量密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到 最大体积之后坍缩，在坍缩过程中，宇宙的密度和温度都 会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——即大 挤压；相反，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度， 膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。恒星形成会因各个星 系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止；恒星演化最终 导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地，这些致 密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。 宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度，从而达到所谓大 冻结。此外，倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定 的，重子物质最终也会全部消失，宇宙中只留下辐射和黑 洞，而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的熵会 增加到极点，以致于再也不会有自组织的能量形式产生， 最终宇宙达到热寂状态。
宇宙大爆炸理论验证了古代思想家 直觉
宇宙大爆炸理论告诉我们，宇宙大爆炸伊 始，宇宙间只有能量。这验证了古代思想 家们的直觉。古希腊哲学家柏拉图提出 “从一发散”；中国古代《道德经》中认 为“一生二，二生三，三生万物。”这个 “一”就是能量。其后，能量凝聚成基本 粒子。就此，宇宙的演化开始了：能量→ 基本粒子→原子、分子→无机界→生物界 →人类 。
大爆炸宇宙学(2)精品PPT课件
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
一些不可思议的问题
宇宙的年龄 究竟有多久
假如: 0+=1 H0=0.6 — 0.8
则宇宙年龄=12 — 17 109年
是否存在反物质
和暗能量
W M A P : the best-fit cosm ological m odel
b= 0.0440.004 m= 0.270.04 = 0.730.04 T= 1.020.02
难道就没有更理想、 更令人满意的学说吗
• 霍伊尔 • 中国古代的学说
谢谢
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
先有鸡还是先有蛋
• 星系是怎样形成的
这张照片是由哈勃空间望远镜拍摄的。星系团中的蓝色表明它们还相当年轻，它 们的年龄从两百万年到十亿年。这个星系群和与它最近的星系相距15万光年。它位 于飞马座，离我们2.7亿光年，也是最早发现的密集星系群。下面的动画显示了该星 系群的形成过程。
我们的宇宙会终结吗
宇宙是从大爆炸中诞生的吗?
宇宙究竟是怎样诞生的呢？
• 为什么会想到大爆炸
宇宙的膨胀
膨• Ho 哈勃常数 • 哈勃年龄= 1/Ho
微波背景辐射
微波背景辐射
元素的合成
• 氢聚变为氦 • H+H—He
那些证据支持大爆炸
宇宙大爆炸
Unit9 宇宙大爆炸长久以来，人们常常问道的一个问题就是：宇宙是如何被创造的？许多人曾经认为，宇宙没有开始也没有结束，宇宙是真正的无限的。
然而自从宇宙大爆炸理论被创立以来，宇宙就不再被认为是无限的。
宇宙被冠以有限现象的特性，有了历史也有了起源。
大约150亿年前，宇宙的膨胀由一场巨大的爆炸伊始。
这一爆炸被称为宇宙大爆炸。
在爆炸发生时，宇宙空间的所有物质和能量都存在于一个点。
至于在此之前还存在过什么则是完全未知的，是纯粹的猜测。
这一爆炸的发生并不是常规性的，爆炸使得胚胎时期的宇宙中充满了急速离散的粒子。
宇宙大爆炸不像炸弹爆炸那样，所有的爆炸碎片都向外飞出，他实际上是一个空间在其内部的爆炸。
当时星系并非成团地聚在一起，不是所有的星系都聚集在一起，大爆炸为宇宙的诞生奠定了基础。
大爆炸理论的起源应归功于埃德温.哈勃。
哈勃观测到宇宙在不断地扩大。
他发现一个星系的运动速度与其距离是成正比的。
因此，距离我们两倍远的星系，移动速度也是我们的两倍。
另一个结论是，宇宙是向四面八方膨胀的。
这一观察意味着对于所有的星系来说，他们从一开始相同的位置移动到现在各自的位置所用的时间都是一样的。
正如宇宙大爆炸为宇宙奠定了基础一样，哈勃的观测也为宇宙大爆炸理论奠定了基础。
自宇宙大爆炸以来，宇宙一直在不断地扩大，而且星系之间的距离越来越远。
这种星系互相远离的现象被称为红移。
当光从遥远的星系接近地球时，地球和星系之间的空间也在增加，从而导致波长的拉伸。
人们除了对星系从一个单一的点向外扩散所产生的速度有所了解，宇宙大爆炸还有进一步的证据，1964年，天文学家阿诺.彭齐亚斯和罗伯特威尔逊在尝试探测外层空间微波的过程中，无意中发现了一个地球以外的噪声源。
噪音似乎并不只是来自一个位置，相反，它同时来自四面八方。
很明显，他们所听到的是来自大爆炸所遗留的宇宙最远处的辐射。
这一最初爆炸发生后产生放射性物质的发现，使得宇宙大爆炸理论更具有可信度。
最近，美国宇航局的宇宙背景探测卫星探测到了从宇宙外层空间发射出的微波。
宇宙大爆炸
04
机械运动概念——时间&时刻
思考： ① 时光机究竟有没有可能制造？ ② 时光倒流能否存在？ ③ 穿越究竟是什么原理呢？
Q1：时光机究竟有没有可能制造？
——时光旅行难成现实。 需寻找或制造一个虫洞：这是连接空间中两地点 的一种隧道。大的虫洞也许自然存在于太空深处， 是大爆炸的遗迹。要不然我们就只好拿次原子虫洞 来充数。它们可能自然存在（有人说它们就在你我 周遭不断冒出又消失），或是人造的（譬如此处所 想像，由粒子加速器制造）。这些小虫洞必须放大 到有用的大小，譬如用上类似大爆炸後让空间膨胀 的能量场。
成熟阶段
根据大爆炸宇宙论，早期的宇宙是一大片由微观 粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以 很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的 温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志， 因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低， 使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
03
主要证据及观测 事实
红移现象
美国天文学家哈勃把一个天体的光谱向长波（红） 端的位移叫做多普勒红移。通常认为它是多普勒效 应所致，即当一个波源（光波或射电波）和一个观 测者互相快速运动时所造成的波长变化。美国天文 学家哈勃于1929年确认，遥远的星系均远离我们地 球所在的银河系而去，同时，它们的红移随着它们 的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈 勃定律，它成为星系退行速度及其和地球的距离之 间的相关的基础。这就是说，一个天体发射的光所 显示的红移越大，该天体的距离越远，它的退行速 度也越大。
验证阶段
但是自从1922年美国天文学家埃德温· 哈勃开始 观测到到“红移现象”开始，有关“宇宙胀”的 观点开始形成。 1929年，埃德温· 哈勃总结出了一个具有里程碑意义 的发现，即：宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早 先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约100 亿至200亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方， 所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻， 当时宇宙处于一个密度无限的奇点。
宇宙大爆炸与宇宙暗能量 44页PPT文档
Einstein 的宇宙常数项 成了现代宇宙学研究的中心环节 宇宙暗能量的研究 (2019年以来)
Lemaitre的原始原子理论
•1927年，比利时传教士和天文学 家G. Lematire重新得到Einstein 引力场方程的Friedman解。
zHd VHd c
H: Hubble常数
所有遥远的河外星系的光谱线全部都在远离我们运动，而且距离愈 远的星系，远离速度愈快。 宇宙正在膨胀 (Lematire, 1927)
物理本质
光子的波长随着宇宙的膨胀在同步膨胀。
如何看待宇宙学红移与Doppler红移？宇宙学红移是不是Doppler红 移?
L
L ~ 31018 厘米 ~ 4.3 光年 ~ 2.7 105 天文单位(AU)
8.6 kpc ~ 2.8 x 104 ly
银河系 我们在此
星系集团 (Hercules)
10 25 厘米
几千个星系
最遥远的星系
L
L ~ 1026 厘米
TL ~ 31015 s
Source: Hubble Space Telescope web page (Courtesy NASA)
Hubble 定律告诉我们，我们所处的宇宙正在膨胀
说明宇宙早期是高温、高密的状态
• 1940s Gamov和Alpher首先提出宇宙起源 于约150亿年前一次猛烈的巨大爆炸。
• 宇宙的爆炸是空间的膨胀，物质则随着空 间膨胀（宇宙是无中心的）。
• 随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原 初元素相继形成 。
宇宙大尺度结构
(bubbles 200 Mly across)
《大爆炸宇宙学》PPT课件
➢ 最终还会合成出少量的7Li和7Be
： ➢ 7Li的产生方式主要有两种
4He3T 7Li
➢
4He3He7Be
7Li与p相碰而部分转回4He
7
Li e
e
➢ 净效果是产生微量的7Li
➢ 铍的净产量则更低 7 Li p4He 4He
40
➢ 原初核合成只产生了元素周期表前三种元素及其同位素，第4和第5号元素也产生了一 点，不能生成6号元素碳及更重的元素
47
➢ 氘核合成开始，即核合成的开始与核子光子数之比η有关 ➢ 因此nn/np的数值与η有关，即核合成的产量与η有关
48
➢ 测量宇宙中各元素的丰度，然后推测出原初氦元素的丰度，就可以确定η的值 ➢ 恒星热核反应会改变各元素的丰度，生成氧、氮、碳等其它元素 ➢ 必须扣除恒星过程的影响 ➢ 天文观测：宇宙中某些气体云中氧、氮和碳的含量比太阳系低很多
理论进行试探性的研究
15
➢ 宇宙早期，各种粒子组份处于热平衡，就象一锅由各种粒子组成的“热汤” ➢ 各种粒子能通过热碰撞进行相互转换 ➢ 宇宙的膨胀，粒子密度和动能都会降低，将导致粒子碰撞次数的减少 ➢ 当某种粒子几乎不再有热碰撞的机会时，它就会退出热平衡，与其它组份失去物理联
系，称之为退耦
16
➢ 宇宙早期,宇宙物质形态以辐射物质为主 ➢ 光子等静质量为0的组份即为辐射物质 ➢ 粒子动能Ek远大于它的静能量E0=M0c2时,该粒子可以看作辐射粒子 ➢ 辐射物质的密度ρ与温度T和时间t的关系：
p e n e
p e n e 43
➢ 这个相互转化的过程非常频繁，使得质子和中子的数密度都满足玻尔兹曼分布 ➢ 由此可得到它们的比例是
Δ ➢ 中子质子质量差: m=mn-mp=1.29MeV
宇宙大爆炸理论-宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：BigBang
宇宙大爆炸理论-宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸，简称大爆炸（英文：Big Bang爆炸理论。
宇宙大爆炸。
简称大爆炸。
是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型。
这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。
宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前。
由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的。
并经过不断的膨胀与繁衍到达今天的状态。
中文名,爆炸理论。
作用,宇宙诞生及其后续演化宇宙学模型。
发展,宇宙结构的实验观测和理论推导。
定义和起源。
比利时天主教神父。
物理学家乔治·勒梅特首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论。
但他本人将其称作“原生原子的假说”。
这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论。
并在场方程的求解上作出了一定的简化。
描述这一模型的场方程由苏联物理学家亚历山大·弗里德曼于1922年将广义相对论应用在流体上给出。
1929年。
美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现从地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移。
这一膨胀宇宙的观点也在1927年被勒梅特在理论上通过求解弗里德曼方程而提出。
这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。
哈勃的观测表明。
所有遥远的星系和星团在视线速度上都在远离我们这一观察点。
并且距离越远退行视速度越大。
如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大。
则说明它们在过去的距离曾经很近。
从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态。
在类似条件下大型粒子加速器上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。
然而。
由于当前技术原因粒子加速器所能达到的高能范围还十分有限。
因而到目前为止。
还没有证据能够直接或间接描述膨胀初始的极短时间内的宇宙状态。
从而。
大爆炸理论还无法对宇宙的初始状态作出任何描述和解释。
事实上它所能描述并解释的是初始状态之后宇宙的演化图景。
当前所观测到的宇宙中轻元素的丰度。
和理论所预言的宇宙早期快速膨胀并冷却过程中最初的几分钟内。
宇宙大爆炸——浅谈宇宙的缘起PPT课件
• 古代希腊和罗马关于宇宙原本的学说
水是宇宙万物本源--泰勒斯 宇宙做外层是永不熄灭的天火说--毕达哥拉 斯 多层水晶球说--亚里士多德 地球中心说--托勒密
• 中世纪西方宇宙学说
中世纪后，宇宙学被纳入经院哲学体系，知 道文艺复兴时代后期哥白尼根据长期的天文观测 写出《天体运行论》提出日心说。布鲁诺进一步 认为太阳也不是宇宙的中心，宇宙是无限的，不 存在任何中心。
论。
• 60年代，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理 论的新的有力证据，他们发现了宇宙背景辐射， 后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下 的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依
据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
• 20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集 中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙 演化图景作了清晰的阐释。 宇宙的起源：最初是 比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆 炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量 的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此， 大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。
• 经典宇宙模型 牛顿最早用经典力学方法和欧几里得几何观
念建立了绝对的无限的宇宙体系。
• 相对论宇宙模型 爱因斯坦1915年11月发表了广义相对论，指
出空间和时间不能脱离物质单独存在，建观念下，1932年勒梅特提出了宇 宙是由一个极端高温高压状态下的“”原始原子 “突发膨胀产生的，这一理论启发了伽莫夫，并 于1948年和他的学生发表了《宇宙的演化》建立 了宇宙大爆炸理论模型。
要说到宇宙的缘起，得先说说我们现在的 宇宙是什么样子的。因为我们活着现在的宇宙时 空里，所谓的“宇宙缘起”，都是我们根据现在 我们所在的宇宙时空推断出来，一一求证的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的
介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绍
9
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆
炸 理 论
• 大爆炸后10-35秒 引力分离，
•
夸克、玻色子、轻子形成。 而去。
的
介
绍
10
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆
炸 理 论
• 大爆炸后10-43秒
•
宇宙从量子背景出现。 而去。
的
介
绍
11
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
的
介
绍
7
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 炸 理
• 大爆炸后1秒后 100亿度， • 中微子向外逃逸，
论 • 正负而电去。子湮没反应出现，
的 • 核力尚不足束缚中子和质子。
介
绍
8
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆
炸 理 论
• 大爆炸后5-10秒 10万亿度，
•
质子和中子形成。 而去。
而去。
霍金预言宇宙 的两种结局： 1、会永远的膨 胀下去。 2、或者会塌缩 而在大挤压处 终结
17
TheTBhieg eBnadngby jade
18
炸
大爆炸的观念以来，
理
通过几十年的努力，
论
宇宙而学去。家们为我们勾
的 介
画出这样一部宇宙历 史：
绍
4
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 炸
• 大爆炸开始时约150亿年前，
理 • 极小体积，
论 的
• 极高而去密。 度，
介 • 极高温度。
绍
5
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 炸
• 大爆炸后35分钟后 3亿度，
理 • 原初核反应过程停止，
论
而去。
的 介
• 尚不能形成中性原子。
绍
12
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 • 大爆炸后30万年后 3000度，
炸 理 论
• 化学结合作用使中性原子形成，
•
宇宙主要成分为气态物质， 而去。
的 • 并逐步在自引力作用下凝聚成密度
The Big Bang
1
哈
勃
眼
中
NGC7742星云
的
宇
宙
2
发现1、所有的星系都在远离我们
哈勃太空望远镜还看到了什么？
发现1、所有的星系都在远离我们
而去。
发现2、星系离我们越远，运动的速度越快 发现3、星系间的距离在不断地扩大
3
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆 • 从1948年伽莫夫建立热
介
较高的气体云块，
绍 • 直至恒星和恒星系统。
13
发现1、所有的星系都在远离我们
大
爆
炸
理
论
而去。
的
介
绍
14
发现1、所有的星系都在远离我们
无论地球上观察，还是在其它星球上观 察，都 可以而去观。 察到其它星球都在远离观 察点而去，这是宇宙膨胀的结果。其实， 大爆炸而产生宇宙的理论也不能确定起 始爆炸中心。
大
爆 • 大爆炸后0.01秒 1000亿度，
炸 理 论 的 介
• 光子、电子、中微子为主， • 质子中子仅占10亿分之一， • 热平而衡去。态，体系急剧膨胀， • 温度和密度不断下降。
绍
6
发现1、宇所宙起有源的于大星爆炸系都在远离我们
大
爆
炸 理 论
• 大爆炸后0.1秒后 300亿度， • 中子而质去。子比从1.0下降到0.61。
15
发现1、所有的星系都在远离我们 大爆炸理论主要观点
大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以
粒子的形式、极高的温度、极大的密度，被挤
压在一个“而去原。 始火球” 中。
大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀， 温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所
有星系、恒星、行星乃至生命。
16
发现1、所有的星系都在远离我们 宇宙的命运