宇宙结构起源探索

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1、§14章人类对宇宙结构及起源的探索第十四章人类对宇宙结构及起源的探索§14.1.1古代关于宇宙结构的见解---哥白尼“太阳中心说”的建立§14.1古代关于宇宙结构的见解方上下曰宇，往古来今日宙。”在这个定义中，宇是指空§14.2哥白尼的太阳中心说间，宙是指时间。唐到公元140年左右，亚历山大城的天文学家托勒密在他西安交通大学§14.3开普勒行星运动三定律的巨著《天文学大成》中，提出较完整的宇宙地心说。§14.4康德的星云假说到中世纪，托勒密的地心说被欧洲教会利用来作为上帝创RENR造世界的理论支柱，由此取得了学术界一千四百多年的统治地§1

2、4.5天王星和冥王星的发现位。§14.6大爆炸理论与宇宙膨胀——宇宙的起源2014-10-2719.大爆炸与宇宙起源西安交通大学JiaoTongUniversityRENRenRENR10／27／20142014-10-27亘古不衰的问题一个著名的传说1.简短的历史回顾•蓝天白云，碧空广袤浩瀚；相传罗素在作过一次关于宇宙的演讲后，听众中•群星璀璨，河汉深不可测；的一位老年妇女站起来，•中国：盘古开天辟地•印度：“象-龟”模型•宇宙为何是这个样子？它从何处而来？又向何处而去？宇宙会有开端吗？时间会有终结•老夫人说：“你说的这些全是废话，这个

3、世界•希腊：地球在水上浮动是驮在乌龟背上的一块平板！”吗？•基督教：上帝的创生•罗素问道：“那么这只乌龟站在什么地方呢？”•老夫人说：“年轻人，你很聪明！不过，这是一只驮着一只一直驮下去的乌龟塔啊！”1上帝在创造宇宙之前做什么？笛卡尔的“漩涡学说”广义相对论——爱因斯•宇宙空间充满了物质微粒—“以太”，以太坦的引力理论的漩涡运动促使物质•有人问奥古斯丁：上帝在创造宇宙之向中心聚集，从而形前做什么？成太阳，其余物质慢•奥古斯丁的回答：慢形成了地球和其他—“他正在为问这个问题的人准备地行星，残余的物质则狱！”形成了透明的天空。1广义相对论的两

4、条基本原理1.2等效原理结论1.惯性质量与引力质量惯性质量与引力质量相等，在引力场中自由飞行的物1.1狭义相对论的局限性依据牛顿第二定律定义的质量叫惯性质量体，其加速度a必等于当地的引力强度g。牛顿力学狭义相对论进一步的思考Fmiami——惯性大小的量度2.惯性力与引力依据万有引力定律定义的质量叫引力质量一切惯性系对一切惯性系对所非惯性系与惯性系M问题会平权吗？惯性系FG2mggmgmg——产生和接受引力的能力力学规律平权有物理规律平权r万有引力普遍存在大量物理定律更优越吗？比萨斜塔实验揭示出重力场中同一地点，任何自由下落的物

5、包括狭义相对论无法在引力场中写出满足相对论假设的运动方程体都有相同的加速度。当物体在地球附近作自由落体时：物质参考系总有加速度都只适用于惯性参考系MGMmg时空与运动时空与运动时空与物质有FG2mgmiaa2普适常量rrm速度无关速度有关什么关系？i真正的惯性参考系不存在惯性系在自然界却不存在！爱因斯坦把两种质量等效提高到基本原理的高度关于惯性和引力的思考，是开启这一迷宫大门的钥匙，最mm——称为惯性质量与引力质量相等定律能否找到一个消除引力的真正的惯性参考系？？终导致广义相对论的建立。gi惯性力爱因斯坦两个假想实验（爱因斯

6、坦电梯——局部惯性系）实验二引力场中某一时空远离引力场的自由空间中观察者甲：F0比较点自由下降的电梯相对某一恒星静止的电梯g实验一自由空间加速电梯引力场中静止的电梯（加速参考系）（惯性系）有重力G和加速度即Gmgmag两个参考系中——牛顿定律适用mig观察得到的物观察者乙：乙非惯性系体运动状态相有重力G无加速度g即Gmg同——静止或mgg——牛顿定律不适用ag匀速运动mig惯性力mgg引力引入虚拟力或惯性力Fmag(r)0封闭在电梯中的观察者观察小球的运动规律相同：则GF0

7、0物体均以g的加速度竖直下落结论牛顿第二定律形式上成立甲惯性力与引力的效应相同，无法判断小球加速下落的原因？(1)自由下落的参考系与惯性系等效。地面参考系说明结论(2)可以在引力场中的任何一个时空点（局部区域）找到一在非惯性系中引入惯性力后，可应用力学规律。惯性力等效于引力。个在该引力场中自由下落的惯性系——局部惯性系。23.广义相对论的等效原理在加速上升的电梯参考系中看到的物理5.2引力场的时空弯曲ag局域内加速参照系形成的物理效应与引力场的一切物理规律与在地面上看到的相同：小球运动轨迹5.2.1引力场中光线的弯曲效应等效。即

8、一个均匀的引力场与一个匀加速参照系完全等为一抛物线。价。实验结论无法告诉在加速参照系中看到agag你是否处在以ag加说明的光线是弯曲的！速度竖直上升的电梯中在局部惯性系