1、第11課 黑洞與暗物質(zhì),今天學(xué)什么？,preview,11-01.黑洞的預(yù)言,11-02.黑洞的理論提出,11-03.黑洞的產(chǎn)生,11-04.黑洞的發(fā)現(xiàn),11-05.黑 洞,11-06.暗物質(zhì),11-07.暗物質(zhì)的未解之謎,11-08.黑洞與暗物質(zhì),而現(xiàn)代黑洞，卻只是天體演化的一個中間階段，黑洞也在變化，甚至有些變化異常激烈。,黑 洞,背 景 知 識,牛頓理論也曾預(yù)言過黑洞，將光作為粒子，當光被引力拉回時，就成為一個黑洞。它與現(xiàn)代理論預(yù)言的黑洞不同，牛頓黑洞是一顆死星，是天體演化的最終歸宿。,黑 洞,背 景 知 識,黑洞可以發(fā)光，放熱，甚至爆炸。黑洞不是死亡之星，甚至充滿生機。黑洞是相對論的產(chǎn)

2、物，卻超出了相對論的范圍，與量子論和熱力學(xué)之間存在深刻的聯(lián)系。由天體演化形成的黑洞稱為常規(guī)黑洞。,1972年，美國普林斯頓大學(xué)青年研究生貝肯斯坦提出黑洞“無毛定理”：星體坍縮成黑洞后，只剩下質(zhì)量，角動量，電荷三個基本守恒量繼續(xù)起作用。其他一切因素(“毛發(fā)”)都在進入黑洞后消失了。 這一定理后來由霍金等四人嚴格證明。,黑洞無毛定理,背 景 知 識,(1)不旋轉(zhuǎn)不帶電荷的黑洞。它的時空結(jié)構(gòu)于1916年由施瓦西求出稱施瓦西黑洞。 (2)不旋轉(zhuǎn)帶電黑洞，稱R-N黑洞。時空結(jié)構(gòu)于1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。 (3)旋轉(zhuǎn)不帶電黑洞，稱克爾黑洞。時空結(jié)構(gòu)由克爾于1963年

3、求出。 (4)一般黑洞，稱克爾-紐曼黑洞。時空結(jié)構(gòu)于1965年由紐曼求出。,黑 洞 的 分 類,背 景 知 識,其中最重要的是施瓦西黑洞和克爾黑洞。 因為黑洞一般不帶電荷，卻大都高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周只需千分之幾秒甚至更小。 一般來說，黑洞平均密度是非常大的，但黑洞質(zhì)量越大密度越小。,黑 洞 的 分 類,背 景 知 識,太陽質(zhì)量的黑洞密度為100億噸/立方厘米，宇宙質(zhì)量的黑洞密度卻只有10(-23)克/立方米數(shù)量級與現(xiàn)在宇宙密度已相差不大，因此有人猜測宇宙可能是個黑洞也不無道理。,第12課 宇宙和生命的起源與演化,卡爾.薩根（Carl Sagan)（1934-1996），是美國康奈爾大學(xué)行星研究中

4、心主任、大衛(wèi).鄧肯天文和太空科學(xué)研究會教授、加州理工學(xué)院噴氣推進實驗室出色的科學(xué)家。他同時還是世界性的太空研究組織、美國行星研究學(xué)會的創(chuàng)始人之一和會長。,卡爾薩根,背 景 知 識,卡爾薩根是一位科學(xué)家，他在現(xiàn)代天文學(xué)、物理學(xué)方面都做出了卓越的貢獻，同時他又是一位身體力行的面向大眾的科學(xué)傳播者，談吐風(fēng)趣，懂得如何向?qū)I(yè)訓(xùn)練不夠的大眾講明高深的道理。這就是為什么他被美國青少年評為“世界上最聰明的人”的原因。,卡爾薩根,背 景 知 識,美國每日新聞曾這樣評論薩根：“他有三只眼睛。一只眼睛探索星空，一只眼睛探索歷史，第三只眼睛，也就是他的思維，探索現(xiàn)實社會。”,卡爾薩根,背 景 知 識,據(jù)說，在美國，

5、連卡爾薩根高領(lǐng)毛衣外套皮夾克的裝扮都為年輕人所效仿，這份崇拜來自于他宣講的科學(xué)和他宣講科學(xué)的方式。他談?wù)摰乃嘘P(guān)于科學(xué)的題目都那么有趣，他看上去生機勃勃，他改變了人們對科學(xué)的印象，他使科學(xué)充滿吸引力，甚至他還給科學(xué)涂上了一層時尚的色彩,卡爾薩根,背 景 知 識,20世紀80年代他主持拍攝的13集電視片宇宙，被譯成10多種語言在60多個國家上映，此外他還撰寫了數(shù)十部品位很高的科普讀物。他自編自導(dǎo)的電視系列片宇宙觀眾多達5億，與之配套的宇宙一書則在80多個國家發(fā)行了500多萬冊！,卡爾薩根,背 景 知 識,第一章宇宙的邊疆 第二章宇宙的音樂 第三章 宇宙的和諧 第四章 天堂與地獄 第五章 神秘的紅

6、色行星 第六章 旅行者的故事 第七章 夜空的脊柱,卡爾薩根,背 景 知 識,第八章 在時空中旅行 第九章 恒星的生命 第十章 永遠的盡頭 第十一章給未來的信 第十二章銀河系百科全書 第十三章為地球呼吁,第13課宇宙探索的歷史,埃拉托色尼博學(xué)多才，他不僅通曉天文，而且熟知地理；又是詩人、歷史學(xué)家、語言學(xué)家、 哲學(xué)家，曾擔任過亞歷山大博物館的館長。,埃拉托色尼,背 景 知 識,埃拉托色尼測量地球圓周長 伽利略的自由落體實驗 伽利略的加速度實驗 牛頓的棱鏡分解太陽光 卡文迪許扭矩實驗 托馬斯楊的光干涉實驗 米歇爾傅科鐘擺實驗 羅伯特密利根的油滴實驗 盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實驗 托馬斯楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干

7、涉實驗,“最美麗”的十大物理實驗,背 景 知 識,令人驚奇的是十大經(jīng)典試驗幾乎都是由一個人獨立完成，或者最多有一兩個助手協(xié)助試驗中沒有用到什么大型計算工具比如電腦一類，最多不過是把直尺或者是計算器所有這些實驗的共同之處是他們都僅僅“抓”住了物理學(xué)家眼中“最美麗”的科學(xué)之魂：最簡單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純的科學(xué)概念，就像是一座座歷史豐碑一樣，掃開人們長久的困惑和含糊，開辟了對自然界的嶄新認識,“最美麗”的十大物理實驗,背 景 知 識,開普勒是丹麥著名天文學(xué)家第谷(Tycho Brahe)的學(xué)生和繼承人，他與意大利的伽利略(Galileo)是同時代的兩位巨人。開普勒從理論的高度上對哥白尼

8、學(xué)說作了科學(xué)論證，使它更加提高了一大步。他所發(fā)現(xiàn)的行星運動定律“改變了整個天文學(xué)”，為后來牛頓(Isaac Newton）發(fā)現(xiàn)萬有引力定律奠定了基礎(chǔ)。開普勒也被后人贊譽為“天空的立法者”。,開普勒(Johannes Kepler),背 景 知 識,行星運動第一定律（橢圓定律）： 所有行星繞太陽的運動軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一焦點上。 行星運動第二定律（面積定律）： 連接行星和太陽的直線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。 行星運動第三定律（調(diào)和定律）： 行星繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期的平方與它們的軌道半長徑的立方成正比。,行星運動三定律,背 景 知 識,第14課宇宙探索的歷史-2,第一個嘗試用火箭飛天的

9、人萬戶,背 景 知 識,世紀晚期，有一名中國的明代官吏叫萬戶，他在一把座椅的背后，裝上枚當時可能買到的最大火箭。他把自己捆綁在椅子上面，兩只手各拿一個大風(fēng)箏。然后叫他的仆人同時點燃枚火箭，想借火箭向前推進的力量，加上風(fēng)箏上升的力量飛向前方。,第一個嘗試用火箭飛天的人萬戶,不幸的是，火箭發(fā)生爆炸，萬戶為此獻出了生命。在世紀年代的一次國際天文聯(lián)合會上，將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”，以紀念“第一個試圖利用火箭作飛行的人”。,第一個嘗試用火箭飛天的人萬戶,明代是我國火箭技術(shù)迅速發(fā)展的時期，軍事技術(shù)家制成多種利用火藥反作用力推進的火箭，用于軍事戰(zhàn)爭。明初，朱元璋第四子燕王朱棣在奪取政權(quán)的“靖難之役

10、”中，于河北的白溝河同建文帝的部隊作戰(zhàn)時，遭到“一窩蜂”火箭的射擊，這是中國最早將“噴氣火箭”用于戰(zhàn)爭的記載。,狹義相對論基本原理一,物理學(xué)原理在任何慣性系下是相同的。 （所以，沒有哪個慣性參考系是特殊的）,對于所有的觀察者來說，光的速度都相同，與觀察者的運動或光源的運動無關(guān)。,狹義相對論基本原理二,Time dilation時間延緩:,相對于靜止觀察者運動的時鐘變慢,Length Contraction 長度收縮,在不同的慣性參考系下所測得的兩點間的距離不同。,Relativistic Mass相對論質(zhì)量:,靜止質(zhì)量m0具有最小值,Relativistic Momentum相對論動量：,Re

11、lativistic energy:相對論能量,靜能,Relativistic kinetic energy相對論動能：,第15課人 類 航 天 史,第一個嘗試用火箭飛天的人萬戶,背 景 知 識,世紀晚期，有一名中國的明代官吏叫萬戶，他在一把座椅的背后，裝上枚當時可能買到的最大火箭。他把自己捆綁在椅子上面，兩只手各拿一個大風(fēng)箏。然后叫他的仆人同時點燃枚火箭，想借火箭向前推進的力量，加上風(fēng)箏上升的力量飛向前方。,第一個嘗試用火箭飛天的人萬戶,不幸的是，火箭發(fā)生爆炸，萬戶為此獻出了生命。在世紀年代的一次國際天文聯(lián)合會上，將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”，以紀念“第一個試圖利用火箭作飛行的人”。,

12、1961年3月7日，德國火箭郵政用火箭傳遞郵件時，曾在明信片上用“萬戶飛天”圖案作為火箭郵政的標簽，簽圖上有兩個大風(fēng)箏，這是萬戶第一次上了外國郵票,1969年7月3日，阿拉伯也門共和國發(fā)行了“萬戶飛天”郵票。,貝寧于1999年發(fā)行“萬戶飛天”的郵票（圖2），郵票再現(xiàn)了六百多年前萬戶準備升空的壯觀的一幕：萬戶坐在特制的座椅上，左右手各持一個大風(fēng)箏，座椅后面系著一個大風(fēng)箏，兩人在旁邊準備點火。,朝鮮郵政2004年1月30日發(fā)行一枚中國首位航天員勝利完成太空飛行小型張，其下方展示了敦煌壁畫“飛天”、中國14世紀“萬戶火箭”升空圖、“長征2號”火箭發(fā)射升空圖天安門慶典圖等。,第一個嘗試用火箭飛天的人萬戶,明代是我國火箭技術(shù)迅速發(fā)展的時期，軍事技術(shù)家制成多種利用火藥反作用力推進的火