从爱因斯坦到霍金的宇宙(刘宇恒).ppt

爱因斯坦 与物理学的革命
---纪念相对论诞生100周年暨爱因斯坦逝世50周年
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一. 两朵乌云
二. 狭义相对论
三. 弯曲的时空——广义相对论
四. 膨胀的宇宙
五. 黑洞
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一.
空间 动量
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——广义相对论
（1）惯性系无法定义
（2）万有引力定律纳不进相对论体系
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引力场=惯性场

等效原理
广义相对性原理
广义相对论
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万有引力不是真正的力，
而是时空弯曲的表现
行星绕日运动是惯性运动（伽利略的错误）
地球上的自由落体是惯性运动
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时间 能量

空间 动量
时空曲率
物质
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广义相对论的三个实验验证
（1） 引力红移
（2） 水星进动
（3） 光线偏折
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水星轨道近日点的进动
"/百年，（观测）
"/百年，（计算）
"/百年的进动无法解释
广义相对论的回答：43"/百年
勒维叶的猜测，火神星
（勒维叶与亚当斯发现海王星）
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光线偏折
广义相对论： ="
牛顿理论： ="
实验观测：（1915年：爱丁顿
西非普林西比;
巴西，阴雨）
= "
今天： ="
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引力波
广义相对论预言：有引力波，以光速传播
,（PSR1913+16）轨道周期每年减少约万
分之一秒，恰好可用引力辐射来解释。
（由于对脉冲双星研究的贡献获1993年诺贝尔物理奖，但未明确指明发现引力波。）
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爱因斯坦认为：广义相对论不该应用于原子现象的研究，而该应用于对宇宙的研究。
（强作用） 1
电磁作用
（弱作用）
万有引力
电磁作用比引力作用强约 倍。
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宇宙的结构
太阳系： 1光年
星系： 光年（10万光年）
星系团： 光年
观测表明：在比 光年更大的尺度，宇宙是均匀各向同性的。
宇宙学原理：在宇观尺度上，物质的分布始终是均匀各向同性的
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爱因斯坦：有限，无边的静态宇宙模型
加入宇宙项
（宇宙项）
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弗利德曼 膨胀或脉动的宇宙（1922年）
勒梅特神父 “宇宙蛋” （1927年）
哈勃定律 V=HD (1929年)
伽莫夫 αβγ 火球模型(大爆炸模
型) (1948年)
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对膨胀宇宙的支持
星系红移 (哈勃定律)
氦丰度
3K微波背景辐射(1964年,彭齐亚斯,威尔逊)
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宇宙的未来:
无限无边的膨胀宇宙(K ≤ 0)
有限无边的脉动宇宙(K ＞ 0)
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未来研究如何:
临界密度 个氢原子/米
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暗物质与暗能量
物质
亮星
暗物质
暗能量
重子
热暗物质(中微子)
冷暗物质
起源于λ
动力学暗能量
广义相对论在宇观尺度失效
%
4%
%
29%
65%
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1800年前后 米歇尔,拉普拉斯
用牛顿力学预言了黑洞
1939年 奥本海默预言黑洞
爱因斯坦反对
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恒量演化
主序星→红巨星→白矮星 ρ ~1吨/
中子星