2019幼兒教師資格綜合素質(zhì)考點精髓：科學常識之現(xiàn)代宇宙學

知識點：科學常識之現(xiàn)代宇宙學

宇宙學是在天文學基礎上發(fā)展起來的，主要研究宇宙的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)、空間分布以及演化規(guī)律。

一、現(xiàn)代宇宙學的理論基礎

廣義相對論是現(xiàn)代宇宙學研究的理論基礎。廣義相對論建立了空間、時間是隨著物質(zhì)分布和運動速度的變化而變化的理論，從而為現(xiàn)代宇宙學奠定了重要理論基礎。廣義相對論認為，空間一時間本質(zhì)上是物質(zhì)客體的廣延性和持續(xù)性，它本身不是獨立存在的。這一思想由于其革命性和數(shù)學形式上的深奧，在一段時間里不為科學界所接受。但由于得到越來越多的實驗證實，今天廣義相對論已被公認為研究大尺度時空的理論基礎。這些實驗主要包括：(1)水星近日點的進動;(2)光譜引力紅移;(3)光線在引力場中偏轉(zhuǎn)。自此，廣義相對論被科學家稱為“人類思想史上最偉大的成就之一”。

二、宇宙研究的觀察手段

1.多普勒效應與譜線紅移

多普勒效應是物理學測定物體運動速度的有力手段。它描述了這樣一種現(xiàn)象：即面向觀察者運動的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍端)移動，而背向觀察者運動的光源譜線將向低頻(即紅端) 移動，波長的相對移動量與相對運動速度成正比。

1929年，美國科學家哈勃在仔細研究了一批星系的光譜之后發(fā)現(xiàn)，除個別例外，絕大多數(shù)星系的光譜都表現(xiàn)出紅移，而且紅移量大致同星系的距離成正比。如果將紅移解釋為多普勒效應，那就意味著所有星系都在離地球而去，其退行速度和與地球的距離成正比。這一重要發(fā)現(xiàn)證實了宇宙是不斷膨脹的，它不僅說明宇宙的無限性，也說明物質(zhì)運動的絕對性，還說明宇宙在不斷地演化和發(fā)展。愛因斯坦本人根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，自動放棄了“靜態(tài)宇宙結(jié)構(gòu)模型”。

2.電磁波的應用

電磁波可以傳遞宇宙的各種信息。通過電磁波傳遞宇宙的各種信息，天文學家們可以對宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演化進行研究。比如，利用光學望遠鏡可以接收到可見光傳來的天體信息;利用射電望遠鏡可以接收天體傳來的射電波;利用裝置著探測天體的紅外線、紫外線、x射線和γ射線等各種儀器的衛(wèi)星、高能天文臺，接收全部電磁波傳來的信息，研究不同類型的天體狀況，分析宇宙的結(jié)構(gòu)和它們的演化過程。

3.宇宙演化的大爆炸模型

在20世紀40年代末，美國物理學家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這一模型認為，宇宙起源于160億年前溫度和密度極高的“原始火球”的一次大爆炸，大爆炸的時刻就是今天所觀察到的宇宙的開端;當時的溫度高達100億度以上，物質(zhì)密度極大，整個宇宙體系達到平衡，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)物質(zhì)混合而成的“宇宙湯”;大爆炸后，四種基本力，即引力、強力、弱力和電磁力逐一地分化出來;后來，物質(zhì)形態(tài)依次演化為原子、氣態(tài)物質(zhì)、各種恒星體系，最后發(fā)展成今天的宇宙。

1965年，彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射，又稱3K背景輻射，是一種充滿整個宇宙的電磁輻射，其對應的溫度為3K。該發(fā)現(xiàn)為大爆炸理論提供了一個有力的證據(jù)。

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