前言 千百年來 人類一直在探索宇宙的秘密 太陽的光和熱與晝夜交替 月亮的柔和與相位變化 滿天星斗的旋轉(zhuǎn)循回 寒暑變換的周而復(fù)始 流星的出沒 日月食的奇跡 彗星的來臨 天有無邊際 天是什么時(shí)候 如何形成的 今天 人類已親自登臨月球 神秘宇宙的面紗已徐徐掀開 浩淼太空和生命的孕育 還有更多更多的秘密等著我們?nèi)ヌ綄?第一節(jié)人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí) 一 宇宙 2 包括 1 概念 宇宙中有上千億的星系 平均每個(gè)星系又有上千億的恒星和各類天體 宇宙是由許多類似于銀河系一樣的河外星系組成 在很久很久以前 沒有天 沒有地 到處是混沌的一片 簡(jiǎn)直就像是一個(gè)渾圓的雞蛋 這個(gè)渾圓的東西也有一個(gè)中心 這個(gè)中心就是人類的始祖 他的名字叫做盤古氏 盤古氏在這個(gè)渾圓的東西中間孕育了1萬8千年 終于有一天 他破殼而出 拿著自己制造的巨斧劈開了這個(gè)混沌的圓東西 輕的上升為天 重的下降為地 盤古死后 他的左眼 變成了光輝奪目的太陽 右眼 變成了一輪美麗的月亮 頭發(fā)和胡須 變成了天空密密麻麻的星辰 身體則化為江河山脈 花草樹木 你們還知道哪些有關(guān)宇宙起源的神話傳說 說一說 上帝創(chuàng)造天地和萬物 女媧補(bǔ)天 其他宇宙起源說 一 從 地心說 到 日心說 兩千多年前 古希臘的哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為 地球位于宇宙的中心 整個(gè)宇宙由環(huán)繞著地球的七個(gè)同心球殼組成 太陽 月亮 行星和恒星分別處在不同的球殼上 它們都圍繞地球做完美的圓周運(yùn)動(dòng) 這樣 空間的位置是絕對(duì)的 地球的地心就是宇宙的中心 而每個(gè)物體都有它的天然位置 亞里士多德把宇宙空間分為 月上 和 月下 兩部分 天上的物體就在天然位置上 它們隨天球做圓周運(yùn)動(dòng) 月下和地面附近物體的天然位置是地心 它們之所以做落體運(yùn)動(dòng) 是因?yàn)樗鼈冞€沒有到達(dá)自己的天然位置 亞里士多德的地心說 托勒密的宇宙體系 地心說 托勒密認(rèn)為 地球是宇宙的中心 太陽和其他天體都是繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的 哥白尼與 日心說 1543年 波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作 天體運(yùn)行論 完整地提出了 日心說 理論 這個(gè)理論體系認(rèn)為 太陽是宇宙的中心 地球和行星是繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的 日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽 這看上去似乎很簡(jiǎn)單 實(shí)際上卻是一項(xiàng)非凡的創(chuàng)舉 哥白尼依據(jù)大量精確的觀測(cè)材料 運(yùn)用當(dāng)時(shí)正在發(fā)展中的三角學(xué)的成就 分析了行星 太陽 地球之間的關(guān)系 計(jì)算了行星軌道的相對(duì)大小和傾角等 安排 出一個(gè)比較和諧而有秩序的太陽系 這比起地心說 不僅在結(jié)構(gòu)上優(yōu)美和諧得多 而且計(jì)算簡(jiǎn)單 更重要的是 哥白尼的計(jì)算與實(shí)際觀測(cè)資料能更好地吻合 因此 日心說最終代替了地心說 日心說 宇宙體系學(xué)說的意義 科學(xué)地闡明了天體運(yùn)行現(xiàn)象 為后人認(rèn)識(shí)太陽系進(jìn)而認(rèn)識(shí)地球的起源奠定了基礎(chǔ) 日心說 推翻了長(zhǎng)期居于統(tǒng)治地位的 地心說 并從根本上否定了基督教關(guān)于上帝創(chuàng)造一切的謬論 給了神權(quán)統(tǒng)治者沉重一擊 太陽東升西落 為什么 為什么人們會(huì)感覺到太陽是東升西落 而大地是靜止不動(dòng)的 討論 運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的 地球上的人們選地球?yàn)閰⒄瘴飼r(shí) 地球是靜止的 太陽是運(yùn)動(dòng)的 地球也以一定的速度繞地軸自西向東運(yùn)動(dòng) 人們選擇地球?yàn)閰⒄瘴?則太陽是自東向西運(yùn)動(dòng) 所以人們以為太陽從東邊升起 從西邊落山 1 日心說 中有關(guān)宇宙以太陽為中心的提法 你認(rèn)為正確嗎 用你知道的有關(guān)知識(shí)加以解釋 天文望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在離地球表面580千米高空的軌道上運(yùn)行 重達(dá)1 1萬千克 鏡面直徑達(dá)240厘米 古代觀察天空的工具是眼睛 現(xiàn)在的科學(xué)家呢 哈勃發(fā)現(xiàn)了什么 他在1922 1924年期間發(fā)現(xiàn) 星云并非都在銀河系內(nèi) 在銀河系之外存在許多其它的星系 宇宙比人類想象的要大許多 星系看起來都在遠(yuǎn)離我們而去 且距離越遠(yuǎn) 遠(yuǎn)離的速度越快 星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大 這一結(jié)論意義深遠(yuǎn) 因?yàn)橐恢币詠?天文學(xué)家都認(rèn)為宇宙是靜止的 而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)宇宙并不是靜止不變的 標(biāo)志現(xiàn)代宇宙論的誕生 NGC7742星云 哈勃眼中的宇宙 發(fā)現(xiàn)1 所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡還看到了什么 發(fā)現(xiàn)2 星系離我們?cè)竭h(yuǎn) 運(yùn)動(dòng)的速度越快 發(fā)現(xiàn)3 星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大 難道地球是宇宙的中心 按照哈勃的說法 所有的星系都在離我們而去 那是否說明地球就是整個(gè)宇宙的中心呢 你同意這樣的說法嗎 如果不 那么你是怎樣理解哈勃定律中關(guān)于星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 1 準(zhǔn)備一只氣球 在其表面畫上幾個(gè)黑點(diǎn) 2 向氣球充氣 使氣球不斷膨脹 3 觀察氣球在膨脹過程中小黑點(diǎn)間及小黑點(diǎn)與球心間的距離變化的特點(diǎn) 4 分析歸納球在膨脹過程中小黑點(diǎn)間及小黑點(diǎn)間與球心間距離變化的特點(diǎn) 探究實(shí)驗(yàn) 如果某個(gè)點(diǎn)上有一只無知的細(xì)菌 看到所有的點(diǎn)離他而去 能說明它處在中心位置嗎 如果你是某個(gè)點(diǎn)上的聰明的細(xì)菌 當(dāng)看到所有的點(diǎn)和你的距離變大時(shí) 你能得出什么結(jié)論 討論 哈勃的發(fā)現(xiàn)能讓我們得出怎樣的結(jié)論 如果宇宙在膨脹 星系就好比在氣球表面上的紅色標(biāo)記 當(dāng)氣球膨脹時(shí) 兩個(gè)星系遠(yuǎn)離對(duì)方的速度與它們之間的距離成正比 發(fā)現(xiàn)1 所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去 發(fā)現(xiàn)2 星系離我們?cè)竭h(yuǎn) 運(yùn)動(dòng)的速度越快 發(fā)現(xiàn)3 星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大 根據(jù)剛才我們建立的星系運(yùn)動(dòng)模型 你能想象出宇宙中的星系在怎樣運(yùn)動(dòng)嗎 如果我們把氣球比作宇宙的話 那么你能想象現(xiàn)在的宇宙處在怎樣的狀態(tài)之中 我們的宇宙處在不斷的膨脹當(dāng)中 如果時(shí)光倒流 最初的宇宙是怎么樣的呢 現(xiàn)在的宇宙又是怎樣產(chǎn)生的呢 未來宇宙的命運(yùn)又將如何 宇宙形成的理論之一 大爆炸宇宙論 最初的宇宙沒有空間和時(shí)間 溫度極高 在100億度以上 物質(zhì)密度也相當(dāng)大 宇宙間只有中子 質(zhì)子 電子 光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì) 全部的物質(zhì)和能量集中在一點(diǎn) 奇點(diǎn) 現(xiàn)在觀測(cè)到的宇宙開始于150億年一次大爆炸 大爆炸使物質(zhì)四散飛出 整個(gè)體系在不斷膨脹 溫度很快下降 當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí) 化學(xué)元素開始形成 當(dāng)溫度進(jìn)一步下降到100萬度后 早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束 當(dāng)溫度降到幾千度時(shí) 輻射減退 宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì) 氣體逐漸凝聚成氣云 再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系 成為我們今天看到的宇宙 大爆炸宇宙產(chǎn)生示意圖 1 星星出現(xiàn) 10億年 2 我們銀河誕生 50億年 3 恒星 銀河并演化成我們今日所知的宇宙 4 現(xiàn)在宇宙持續(xù)膨脹中 137億年 大約137億年前 我們所處的宇宙全部以粒子的形式 極高的溫度 極大的密度 被擠壓在一個(gè) 原始火球 中 2 大爆炸理論主要觀點(diǎn) 大爆炸使物質(zhì)四散出擊 宇宙空間不斷膨脹 溫度也相應(yīng)下降 后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系 恒星 行星乃至生命 一 大爆炸理論 勒梅特于1931年創(chuàng)建 大約150億年前 我們所處的宇宙全部以粒子的形式 極高的溫度 極大的密度 被擠壓在一個(gè) 原始火球 中 2 大爆炸理論主要觀點(diǎn) 大爆炸使物質(zhì)四散出擊 宇宙空間不斷膨脹 溫度也相應(yīng)下降 后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系 恒星 行星乃至生命 在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上 之前到底存在著什么東西 大爆炸 一開始 這是宇宙誕生千分之一毫微秒時(shí)情況 1 大爆炸制造等量的能量與反物質(zhì) 2 每十億個(gè)反物質(zhì)粒子中會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)變成物質(zhì)粒子 3 物質(zhì)與反物質(zhì)互相湮滅 4 結(jié)果 反物質(zhì)摧毀了宇宙中99 9999999 的物質(zhì) 第一批原子開始形成 3分鐘 5 少數(shù)殘余的物質(zhì)粒子以三個(gè)一組形成質(zhì)子和中子 然后再和電子形成原子 氫和氦 3分鐘 氣體云團(tuán) 10萬年 星星出現(xiàn) 10億年 6 原子冷卻 結(jié)合成恒星 銀河并演化成我們今日所知的宇宙 我們銀河誕生 50億年 宇宙持續(xù)膨脹中 宇宙形成的其他理論 穩(wěn)態(tài)理論 若干世紀(jì)以來 很多科學(xué)家認(rèn)為宇宙除去一些細(xì)微部分外 基本沒有什么變化 宇宙不需要一個(gè)開端或結(jié)束 即使是在發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹之后 這種想法也沒有被放棄 托馬斯 戈?duì)柕?ThomasGold 赫爾曼 邦迪 HermanBondi 及弗雷德 霍伊爾 FredHoyle 于40年代后期提出 物質(zhì)正以恰當(dāng)?shù)乃俣炔粩鄤?chuàng)生著 這一創(chuàng)生速度剛好與因膨脹而使物質(zhì)變稀的效果相平衡 從而使宇宙中的物質(zhì)密度維持不變 這種狀態(tài)從無限久遠(yuǎn)的過去一直存在至今 并將永遠(yuǎn)地繼續(xù)下去 宇宙在任何時(shí)候 平均來說始終保持相同的狀態(tài) 穩(wěn)態(tài)理論所要求的創(chuàng)生速率很小 每100億年中 在一立方米的體積內(nèi) 大約創(chuàng)生1個(gè)原子 穩(wěn)態(tài)理論的優(yōu)點(diǎn)之一是它的明確性 它非?？隙ǖ仡A(yù)言宇宙應(yīng)該是什么樣子的 也正因如此 它很容易遭受觀測(cè)事實(shí)的質(zhì)疑或反駁 當(dāng)宇宙背景輻射被發(fā)現(xiàn)后 這一理論基本上已被否定 大膽猜測(cè) 宇宙的將來 或者會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié) 永遠(yuǎn)膨脹下去 不斷地?cái)U(kuò)大 我們將看到所有星系的星球老化 死亡 剩下我們孤零零的 在一片黑暗當(dāng)中 史蒂芬 霍金 史蒂芬 霍金 廣泛尊崇為繼愛因斯坦之后最杰出的科學(xué)家 黑洞理論和 大爆炸 理論的創(chuàng)立人 著名的 時(shí)間簡(jiǎn)史 的作者 17歲的霍金患病后只能永遠(yuǎn)坐在輪椅上并且失去了語言能力 這位全身只有三個(gè)手指能動(dòng)的殘疾人 卻依靠驚人的毅力完成了一系列驚人的關(guān)于大爆炸和黑洞的理論 霍金預(yù)言宇宙的兩種結(jié)局 1 會(huì)永遠(yuǎn)的膨脹下去 2 或者會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié) 總結(jié) 1 星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 所有的星系都在離我們而去 星系離我們?cè)竭h(yuǎn) 運(yùn)動(dòng)的速度越快 星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大 2 現(xiàn)在的宇宙處于 不斷的膨脹之中 3 目前被人們廣為接受的一種宇宙起源學(xué)說是 大爆炸宇宙論 1 如果小氣球上有圖 在氣球膨脹過程中 每一個(gè)點(diǎn)間的距離都在不斷地 每一條線條都不斷在 2宇宙中星系間的距離在不斷地 說明宇宙處在不斷地之中 這為 理論提供了有力的證據(jù) 該學(xué)說認(rèn)為 大約在年前 我們所處的宇宙全部被擠壓在一個(gè) 中 宇宙就是在這個(gè)大火球的爆炸中產(chǎn)生 基礎(chǔ)過關(guān) 擴(kuò)大 增長(zhǎng) 擴(kuò)大 膨脹當(dāng)中 大爆炸宇宙論 137億 原始火球 3 下列關(guān)于大爆炸宇宙論的說法正確的是 A 一種已經(jīng)被證明是正確的科學(xué)理論B 一個(gè)比較合理的科學(xué)假說C 一個(gè)著名的神話故事D 一段現(xiàn)代科普作品里有趣的描寫4 宇宙起源的證據(jù)是 A 哈勃定律B 舊約 創(chuàng)世紀(jì) C 盤古開天辟地的神話D 女媧補(bǔ)天的傳說 A B 5 有關(guān)宇宙的起源的說法 得不到科學(xué)支持的說法是 A 大約在137億年前 我們所處的這個(gè)宇宙是被擠壓在一起的一個(gè) 原始火球 B 宇宙就是在這個(gè)大火球發(fā)生的一次大爆炸中誕生的C 宇宙是相當(dāng)近的過去創(chuàng)生的 十七世紀(jì)時(shí)鄔謝爾主教算出宇宙誕生的日期是公元前4004年D 大爆炸理論尚不能確切地解釋宇宙在 原始火球 之前到底存在著什么東西 C 一 赫利奧玻利斯的創(chuàng)世說據(jù)說 宇宙間始而一片幽暗 沒有任何生氣 大地是無邊無際的瀛水 即 努恩 水中出現(xiàn)了一個(gè)丘阜 于是有了陸地 一朵荷花赫然而現(xiàn) 綻開的花中出現(xiàn)一個(gè)嬰兒 這便是太陽 拉 初升的太陽驅(qū)散黑暗 照亮寰宇 世間逐漸有了生命 另有一說 據(jù) 死者之書 所述 太陽神拉是生于一巨卵 此卵為巨鳥 大戈戈通 生于混沌中隆起的丘阜上 拉神出生后 沒有天 沒有地 沒有動(dòng)物 只有水淵 努恩 幽暗籠罩于其上 拉神以水淵之土造天和地 天和地空空蕩蕩 沒有眾人 也沒有群神 拉神便按照自己的模樣思于心 于是 諸神相繼出世 拉神首先從口中吐出兩神 即空氣 舒和水氣 泰芙努特 空氣和水氣結(jié)合 生了天 努特和地 蓋布 接著 拉神的眼淚落在地上 人遂生于其淚水 二 孟斐斯的創(chuàng)世說卜塔是孟斐斯的工匠之神 也是世界的創(chuàng)造之神 他是先天地之生而生 在世界還沒有發(fā)生之前就已經(jīng)存在了 卜塔通過 心 和 言 獲得力量 他以 心中思之 口中道出 的方法生出創(chuàng)世八神 然后與這八位神祇創(chuàng)造視力 聽力 呼吸 以使心有所知 而舌頭 它重覆心所構(gòu)思的事 于是卜塔宣讀所有東西的名字 地和天 人 動(dòng)物 植物相繼誕生 緊接著 卜塔再以言創(chuàng)造 卡 靈魂 善者給以生 罪者給以死 任何勞作 任何技藝 手之動(dòng)作 腳之行走 一切器官的