宇宙学的历史课件

第七章第七章 现代天文学与现代天文学与 宇宙学概论宇宙学概论第七章 现代天文学与1本节教学目的和要求本节教学目的和要求1.1.了解现代物理学对天文学发展的影响了解现代物理学对天文学发展的影响了解现代物理学对天文学发展的影响了解现代物理学对天文学发展的影响,重点把握现重点把握现重点把握现重点把握现代物理研究方法在天文观测上的应用；代物理研究方法在天文观测上的应用；代物理研究方法在天文观测上的应用；代物理研究方法在天文观测上的应用；2.2.了解了解了解了解2020世纪射电观测手段的诞生对天文观测进步世纪射电观测手段的诞生对天文观测进步世纪射电观测手段的诞生对天文观测进步世纪射电观测手段的诞生对天文观测进步的重大意义以及的重大意义以及的重大意义以及的重大意义以及6060年代四大天文发现；年代四大天文发现；年代四大天文发现；年代四大天文发现；3.3.把握宇宙学产生与发展的历史线索把握宇宙学产生与发展的历史线索把握宇宙学产生与发展的历史线索把握宇宙学产生与发展的历史线索,重点掌握大爆重点掌握大爆重点掌握大爆重点掌握大爆炸宇宙理论的基本观点及其深远影响。炸宇宙理论的基本观点及其深远影响。炸宇宙理论的基本观点及其深远影响。炸宇宙理论的基本观点及其深远影响。本节教学目的和要求1.了解现代物理学对天文学发展的影响,重2第一节、天文学的丰硕成果第一节、天文学的丰硕成果1.天体物理学的发展天体物理学的发展 2.观测手段的进步观测手段的进步 3.宇宙学的发展宇宙学的发展 4.黑洞与宇宙黑洞与宇宙第一节、天文学的丰硕成果1.天体物理学的发展3一、天体物理学的发展一、天体物理学的发展分光术应用于天文学产生了天体分光学分光术应用于天文学产生了天体分光学 1.1.16661666年，牛顿用三棱镜将白光分成红、橙、黄、年，牛顿用三棱镜将白光分成红、橙、黄、年，牛顿用三棱镜将白光分成红、橙、黄、年，牛顿用三棱镜将白光分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光。绿、青、蓝、紫七种颜色的光。绿、青、蓝、紫七种颜色的光。绿、青、蓝、紫七种颜色的光。2.18022.1802年，英国的沃拉斯顿在棱镜上加了一个夹年，英国的沃拉斯顿在棱镜上加了一个夹年，英国的沃拉斯顿在棱镜上加了一个夹年，英国的沃拉斯顿在棱镜上加了一个夹缝，首先发现了太阳光谱中的吸收线。缝，首先发现了太阳光谱中的吸收线。缝，首先发现了太阳光谱中的吸收线。缝，首先发现了太阳光谱中的吸收线。3.18593.1859年，德国物理学家基尔霍夫提出了基尔霍年，德国物理学家基尔霍夫提出了基尔霍年，德国物理学家基尔霍夫提出了基尔霍年，德国物理学家基尔霍夫提出了基尔霍夫定律：夫定律：夫定律：夫定律：每一种化学元素都有自己的光谱；每一种化学元素都有自己的光谱；每一种化学元素都有自己的光谱；每一种化学元素都有自己的光谱；每一种元素都可以吸收它能发射的谱线。每一种元素都可以吸收它能发射的谱线。每一种元素都可以吸收它能发射的谱线。每一种元素都可以吸收它能发射的谱线。一、天体物理学的发展分光术应用于天文学产生了天体分光学 4测光术在天文学上的应用测光术在天文学上的应用1.18571.1857年，英国人普格森年，英国人普格森年，英国人普格森年，英国人普格森建立了光度与星等的基建立了光度与星等的基建立了光度与星等的基建立了光度与星等的基本关系式，从此开始了本关系式，从此开始了本关系式，从此开始了本关系式，从此开始了科学的测光工作。科学的测光工作。科学的测光工作。科学的测光工作。2.18592.1859年，德国天文学家年，德国天文学家年，德国天文学家年，德国天文学家泽内尔制作了第一架近泽内尔制作了第一架近泽内尔制作了第一架近泽内尔制作了第一架近代光度计，并于代光度计，并于代光度计，并于代光度计，并于18611861年年年年公布了用这架仪器测量公布了用这架仪器测量公布了用这架仪器测量公布了用这架仪器测量到的到的到的到的226226颗亮星的第一个颗亮星的第一个颗亮星的第一个颗亮星的第一个近代光度星表。近代光度星表。近代光度星表。近代光度星表。测光术在天文学上的应用1.1857年，英国人普格森建立了光5照相术在天文学上的应用照相术在天文学上的应用1.18401.1840年，美国的德雷伯最先把照相术应用于天年，美国的德雷伯最先把照相术应用于天年，美国的德雷伯最先把照相术应用于天年，美国的德雷伯最先把照相术应用于天文观测，拍摄了月亮的照片。文观测，拍摄了月亮的照片。文观测，拍摄了月亮的照片。文观测，拍摄了月亮的照片。2.18802.1880年开始，美国哈佛大学天文台用物端棱镜年开始，美国哈佛大学天文台用物端棱镜年开始，美国哈佛大学天文台用物端棱镜年开始，美国哈佛大学天文台用物端棱镜拍摄了拍摄了拍摄了拍摄了225225，000000多颗恒星的光谱照片，并按光谱多颗恒星的光谱照片，并按光谱多颗恒星的光谱照片，并按光谱多颗恒星的光谱照片，并按光谱把这些星分类，成为著名的哈佛光谱分类。把这些星分类，成为著名的哈佛光谱分类。把这些星分类，成为著名的哈佛光谱分类。把这些星分类，成为著名的哈佛光谱分类。3.3.当前，天体物理学和理论物理学迅速发展，以当前，天体物理学和理论物理学迅速发展，以当前，天体物理学和理论物理学迅速发展，以当前，天体物理学和理论物理学迅速发展，以及它们之间日益广泛而深入地互相结合、渗透的及它们之间日益广泛而深入地互相结合、渗透的及它们之间日益广泛而深入地互相结合、渗透的及它们之间日益广泛而深入地互相结合、渗透的新趋势，使天体物理学出现许多分支，为人们更新趋势，使天体物理学出现许多分支，为人们更新趋势，使天体物理学出现许多分支，为人们更新趋势，使天体物理学出现许多分支，为人们更深刻认识天体运行规律提供了新的理论武器。深刻认识天体运行规律提供了新的理论武器。深刻认识天体运行规律提供了新的理论武器。深刻认识天体运行规律提供了新的理论武器。照相术在天文学上的应用1.1840年，美国的德雷伯最先把6二、观测手段的进步二、观测手段的进步1.1.由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发展离不开观测手段的改进，这里主要指射电展离不开观测手段的改进，这里主要指射电展离不开观测手段的改进，这里主要指射电展离不开观测手段的改进，这里主要指射电望远镜的发展和应用。望远镜的发展和应用。望远镜的发展和应用。望远镜的发展和应用。2.19372.1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望远年，美国的雷伯制造了第一台射电望远年，美国的雷伯制造了第一台射电望远年，美国的雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达镜，抛物面直径达镜，抛物面直径达镜，抛物面直径达9 9米。米。米。米。3.19423.1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首先年，英国海伊用军用的超高频雷达首先年，英国海伊用军用的超高频雷达首先年，英国海伊用军用的超高频雷达首先发现了太阳射电。发现了太阳射电。发现了太阳射电。发现了太阳射电。4.4.六十年代天文学上的六十年代天文学上的六十年代天文学上的六十年代天文学上的4 4大发现大发现大发现大发现类星体、类星体、类星体、类星体、3 K 3 K微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机分子，都是靠射电探测工具获得的。分子，都是靠射电探测工具获得的。分子，都是靠射电探测工具获得的。分子，都是靠射电探测工具获得的。0 0二、观测手段的进步1.由于天文学研究对象的特殊性，它的现代7类星体类星体类星体8微波背景辐射微波背景辐射 来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。2020世纪世纪世纪世纪6060年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。19641964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为波长为波长为波长为7.357.35厘米的微厘米的微厘米的微厘米的微波噪声相当于波噪声相当于波噪声相当于波噪声相当于3.5 K3.5 K。19651965年，年，年，年，他们又订正为他们又订正为他们又订正为他们又订正为3 K3 K，并将，并将，并将，并将这一发现公诸于世，为这一发现公诸于世，为这一发现公诸于世，为这一发现公诸于世，为此获此获此获此获19781978年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖金。奖金。奖金。奖金。微波背景辐射 来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。9 微波背景辐射的发现被认为是微波背景辐射的发现被认为是微波背景辐射的发现被认为是微波背景辐射的发现被认为是2020世纪天文学世纪天文学世纪天文学世纪天文学的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在4040年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几其温度约为几其温度约为几其温度约为几KK或几十或几十或几十或几十KK。3 K3 K微波背景辐射的实微波背景辐射的实微波背景辐射的实微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。测结果与理论预期大体相符。测结果与理论预期大体相符。测结果与理论预期大体相符。微波背景辐射的发现被认为是20世纪天文学的一项重大成10射电脉冲星射电脉冲星射电脉冲星11星际有机分子星际有机分子星际有机分子12当今主要的光学望远镜，当今主要的光学望远镜，当今主要的光学望远镜，当今主要的光学望远镜，Keck Keck、VLTVLT、HSTHST当今主要的光学望远镜，13当今主要的射电望远镜，当今主要的射电望远镜，当今主要的射电望远镜，当今主要的射电望远镜，EffelsbergEffelsberg、Arecibo Arecibo、VLAVLA当今主要的射电望远镜，14当今主要的当今主要的当今主要的当今主要的X X射线望远镜，射线望远镜，射线望远镜，射线望远镜，XMMXMM，ChandraChandra当今主要的X射线望远镜，15中国现有和准备中国现有和准备中国现有和准备中国现有和准备建造的望远镜。建造的望远镜。建造的望远镜。建造的望远镜。2.16m2.16m兴隆兴隆兴隆兴隆25m25m上海佘山上海佘山上海佘山上海佘山新疆天山新疆天山新疆天山新疆天山FASTFASTLAMOSTLAMOSTHXMTHXMT中国现有和准备2.16m25mFASTLAMOSTHXMT16宇宙论的基本问题1.宇宙从哪里来？又向何处去？宇宙从哪里来？又向何处去？2.宇宙中的天体是如何运行的？宇宙中的天体是如何运行的？3.对于这样的问题，在人类历史上出现过对于这样的问题，在人类历史上出现过多种多样的答案。多种多样的答案。4.譬如基督教的回答是这样的：上帝创造譬如基督教的回答是这样的：上帝创造了宇宙以及其中的万物；天体的运行也了宇宙以及其中的万物；天体的运行也是上帝安排好的。是上帝安排好的。三、宇宙学的发展三、宇宙学的发展宇宙论的基本问题1.宇宙从哪里来？又向何处去？三、宇宙学的17古希腊人的答案古希腊人的答案1.1.古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行的，古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行的，古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行的，古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行的，这些知识被公元二世纪的托勒密（这些知识被公元二世纪的托勒密（这些知识被公元二世纪的托勒密（这些知识被公元二世纪的托勒密（Claudius Claudius PtolemyPtolemy）汇总在至大论一书中，构成我们今）汇总在至大论一书中，构成我们今）汇总在至大论一书中，构成我们今）汇总在至大论一书中，构成我们今天所知的地心宇宙体系。天所知的地心宇宙体系。天所知的地心宇宙体系。天所知的地心宇宙体系。2.2.地心说是第一个精密的宇宙模型，用来解释太阳、地心说是第一个精密的宇宙模型，用来解释太阳、地心说是第一个精密的宇宙模型，用来解释太阳、地心说是第一个精密的宇宙模型，用来解释太阳、月亮和当时已知的五大行星如何绕着地球这个宇月亮和当时已知的五大行星如何绕着地球这个宇月亮和当时已知的五大行星如何绕着地球这个宇月亮和当时已知的五大行星如何绕着地球这个宇宙的中心运行。宙的中心运行。宙的中心运行。宙的中心运行。3.3.后来该学说与亚里斯多德的哲学结合被纳入圣后来该学说与亚里斯多德的哲学结合被纳入圣后来该学说与亚里斯多德的哲学结合被纳入圣后来该学说与亚里斯多德的哲学结合被纳入圣经的框架，成为基督教的钦定宇宙模型。经的框架，成为基督教的钦定宇宙模型。经的框架，成为基督教的钦定宇宙模型。经的框架，成为基督教的钦定宇宙模型。古希腊人的答案1.古希腊人用几何学来解释日月行星是如何运行18日心宇宙模型日心宇宙模型1.文艺复兴晚期，波兰教士哥白尼文艺复兴晚期，波兰教士哥白尼（Nicolas Copernicus）从简单性和完美）从简单性和完美性的信念出发，提出了一个日心宇宙模性的信念出发，提出了一个日心宇宙模型，型，2.认为地球带着月亮，和其他行星一起，认为地球带着月亮，和其他行星一起，是绕着太阳这个宇宙的中心转动的。是绕着太阳这个宇宙的中心转动的。3.1543年哥白尼去世前一刻将这种学说以年哥白尼去世前一刻将这种学说以天体运行论的书名公开发表。天体运行论的书名公开发表。日心宇宙模型1.文艺复兴晚期，波兰教士哥白尼（Nicola19伽利略的贡献伽利略的贡献1.16091.1609年意大利人伽利略（年意大利人伽利略（年意大利人伽利略（年意大利人伽利略（Galileo GalileiGalileo Galilei）把望远镜指）把望远镜指）把望远镜指）把望远镜指向天空，看到了一系列前所未见的天象。向天空，看到了一系列前所未见的天象。向天空，看到了一系列前所未见的天象。向天空，看到了一系列前所未见的天象。2.2.特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转，这一观测特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转，这一观测特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转，这一观测特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转，这一观测否定了地心说的地球是宇宙唯一绕转中心的说法。否定了地心说的地球是宇宙唯一绕转中心的说法。否定了地心说的地球是宇宙唯一绕转中心的说法。否定了地心说的地球是宇宙唯一绕转中心的说法。3.3.伽利略热情地宣传日心说，写下了关于托勒密和哥伽利略热情地宣传日心说，写下了关于托勒密和哥伽利略热情地宣传日心说，写下了关于托勒密和哥伽利略热情地宣传日心说，写下了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话的名篇（白尼两大世界体系的对话的名篇（白尼两大世界体系的对话的名篇（白尼两大世界体系的对话的名篇（16321632年出版），年出版），年出版），年出版），从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。4.4.罗马教会的宗教法庭做出裁决：天体运行论只能罗马教会的宗教法庭做出裁决：天体运行论只能罗马教会的宗教法庭做出裁决：天体运行论只能罗马教会的宗教法庭做出裁决：天体运行论只能作为一个数学模型在学校讲授；伽利略的著作禁止出作为一个数学模型在学校讲授；伽利略的著作禁止出作为一个数学模型在学校讲授；伽利略的著作禁止出作为一个数学模型在学校讲授；伽利略的著作禁止出版，其本人终身监禁。版，其本人终身监禁。版，其本人终身监禁。版，其本人终身监禁。伽利略的贡献1.1609年意大利人伽利略（Galileo 20开普勒的贡献开普勒的贡献1.1.另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒（Johann KeplerJohann Kepler）找到了有关行星运行的更简单）找到了有关行星运行的更简单）找到了有关行星运行的更简单）找到了有关行星运行的更简单的一致性。的一致性。的一致性。的一致性。2.2.在在在在16091609年其发表的新天文学中，开普勒指出年其发表的新天文学中，开普勒指出年其发表的新天文学中，开普勒指出年其发表的新天文学中，开普勒指出所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转动，太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。动，太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。动，太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。动，太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。3.3.用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行，开普用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行，开普用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行，开普用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行，开普勒把宇宙和谐的思想发挥到了极至。勒把宇宙和谐的思想发挥到了极至。勒把宇宙和谐的思想发挥到了极至。勒把宇宙和谐的思想发挥到了极至。开普勒的贡献1.另一位哥白尼学说的信奉者德国人开普勒（Jo21天体运动的原因天体运动的原因1.1.到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题。到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题。到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题。到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题。2.2.开普勒进而开始寻找让天体运动起来的动力学开普勒进而开始寻找让天体运动起来的动力学开普勒进而开始寻找让天体运动起来的动力学开普勒进而开始寻找让天体运动起来的动力学原因。原因。原因。原因。3.3.笛卡尔（笛卡尔（笛卡尔（笛卡尔（Ren DescartesRen Descartes）在这方面也进行了）在这方面也进行了）在这方面也进行了）在这方面也进行了并不很成功的尝试。并不很成功的尝试。并不很成功的尝试。并不很成功的尝试。4.4.直到牛顿（直到牛顿（直到牛顿（直到牛顿（Isaac NewtonIsaac Newton），以伽利略、开普），以伽利略、开普），以伽利略、开普），以伽利略、开普勒等前贤的工作为基础，终于找到万有引力定勒等前贤的工作为基础，终于找到万有引力定勒等前贤的工作为基础，终于找到万有引力定勒等前贤的工作为基础，终于找到万有引力定律。律。律。律。天体运动的原因1.到此为止人们只是在回答宇宙如何运转的问题22自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理1.在在1687年出版的自然哲学的数学原理年出版的自然哲学的数学原理中，牛顿系统地阐明了现在称为牛顿中，牛顿系统地阐明了现在称为牛顿运动三定律的运动学原理；运动三定律的运动学原理；2.并用万有引力定律在数学上严格地证明并用万有引力定律在数学上严格地证明了开普勒提出的行星运动三定律。了开普勒提出的行星运动三定律。3.上到天体的运行，下到潮水的涨落，都上到天体的运行，下到潮水的涨落，都服从于一条简单的定律。服从于一条简单的定律。4.人类智力达到了前所未有的自信。人类智力达到了前所未有的自信。自然哲学的数学原理1.在1687年出版的自然哲学的数23绝对时空绝对时空1.牛顿为服从他的运动规律的运动物体创牛顿为服从他的运动规律的运动物体创造了一个可以自由驰骋的时空造了一个可以自由驰骋的时空一个一个无始无终的宇宙。无始无终的宇宙。2.在那里时间均匀流逝，没有起始没有终在那里时间均匀流逝，没有起始没有终结。空间均匀而平坦地伸展直达无限。结。空间均匀而平坦地伸展直达无限。3.这样的时间和空间为描述一切物体的运这样的时间和空间为描述一切物体的运动提供了绝对的时间和空间坐标。动提供了绝对的时间和空间坐标。绝对时空1.牛顿为服从他的运动规律的运动物体创造了一个可以24不稳定的宇宙？不稳定的宇宙？1.牛顿的万有引力定律表明所有物体都相牛顿的万有引力定律表明所有物体都相互吸引，宇宙间恒星、星系之间的吸引互吸引，宇宙间恒星、星系之间的吸引力应该使得它们要互相靠拢，因而宇宙力应该使得它们要互相靠拢，因而宇宙会变得不稳定。会变得不稳定。2.当时虽然有人对牛顿宇宙的不稳定性和当时虽然有人对牛顿宇宙的不稳定性和无限性提出了的疑问，但牛顿理论的成无限性提出了的疑问，但牛顿理论的成功让这些疑问变得微不足道。功让这些疑问变得微不足道。3.而牛顿提供了他的上帝，这个宇宙的管而牛顿提供了他的上帝，这个宇宙的管理者。理者。不稳定的宇宙？1.牛顿的万有引力定律表明所有物体都相互吸引25奥伯斯佯谬奥伯斯佯谬1.1826年德国天文学家奥伯斯（年德国天文学家奥伯斯（Heinrich W.M.Olbers）提出了这样一个想法：）提出了这样一个想法：2.假如宇宙真的无限，并且包含无限多的、假如宇宙真的无限，并且包含无限多的、均匀分布在空间中的恒星的话，这些星均匀分布在空间中的恒星的话，这些星光积累起来，会使得星空的每一个角落光积累起来，会使得星空的每一个角落的亮度都应该跟太阳表面的亮度一样眩的亮度都应该跟太阳表面的亮度一样眩目。目。3.事实上，我们看到的并不是这样的，黑事实上，我们看到的并不是这样的，黑夜和白天还是很分明。这被称作奥伯斯夜和白天还是很分明。这被称作奥伯斯佯谬，又叫光度佯谬。佯谬，又叫光度佯谬。奥伯斯佯谬1.1826年德国天文学家奥伯斯（Heinric26诺曼诺曼-西里格佯谬西里格佯谬1.1894年诺曼（年诺曼（C.Neumann）和西里格）和西里格（H.von Seeliger）又提出：）又提出：2.假如宇宙无限大，物质均匀分布，密度假如宇宙无限大，物质均匀分布，密度处处不等于零的话，那么作用于每一个处处不等于零的话，那么作用于每一个天体的万有引力将累积到无限大。天体的万有引力将累积到无限大。3.但是这种现象也没有被观测到。这被称但是这种现象也没有被观测到。这被称作诺曼作诺曼-西里格佯谬，又叫引力佯谬西里格佯谬，又叫引力佯谬。诺曼-西里格佯谬1.1894年诺曼（C.Neumann）27无限宇宙的困境无限宇宙的困境1.在牛顿的无限宇宙框架里，前述两个佯在牛顿的无限宇宙框架里，前述两个佯谬难以避免。谬难以避免。2.另外，牛顿的经典力学只解释了宇宙中另外，牛顿的经典力学只解释了宇宙中万物的运行规律，不回答宇宙是如何来万物的运行规律，不回答宇宙是如何来的。的。3.牛顿保留了上帝的位置，把牛顿保留了上帝的位置，把“第一推动第一推动”和管理宇宙的任务交由上帝完成。和管理宇宙的任务交由上帝完成。无限宇宙的困境1.在牛顿的无限宇宙框架里，前述两个佯谬难以28无限层次宇宙模型无限层次宇宙模型1.1908年瑞典天文学家沙里尔提出无限层次的年瑞典天文学家沙里尔提出无限层次的宇宙模型，试图克服无限宇宙的佯谬。宇宙模型，试图克服无限宇宙的佯谬。2.N1个恒星个恒星G0聚集成星系聚集成星系G1，N2个个G1聚集成聚集成星系星系G2，如此类推。，如此类推。3.由于该理论设想每一个层次的物质密度逐渐由于该理论设想每一个层次的物质密度逐渐减少。在宇宙尺度上，物质密度将趋近于零。减少。在宇宙尺度上，物质密度将趋近于零。无限层次宇宙模型1.1908年瑞典天文学家沙里尔提出无限层29广义相对论广义相对论 直到二十世纪初期，爱因斯坦（直到二十世纪初期，爱因斯坦（Albert Einstein）提出广义相对论之后，关于时）提出广义相对论之后，关于时间和空间的起始和终结问题，关于宇宙的间和空间的起始和终结问题，关于宇宙的创生问题，才真正变成了一个科学问题，创生问题，才真正变成了一个科学问题，或者说物理学问题，甚至数学问题。或者说物理学问题，甚至数学问题。广义相对论 直到二十世纪初期，爱因斯坦（Albert E30广义相对论引力场方程、宇宙项广义相对论引力场方程、宇宙项1.1.爱因斯坦自己率先利用广义相对论引力场方程进爱因斯坦自己率先利用广义相对论引力场方程进爱因斯坦自己率先利用广义相对论引力场方程进爱因斯坦自己率先利用广义相对论引力场方程进行宇宙学研究。行宇宙学研究。行宇宙学研究。行宇宙学研究。2.2.爱因斯坦发现按照他的引力场方程，算出来的宇爱因斯坦发现按照他的引力场方程，算出来的宇爱因斯坦发现按照他的引力场方程，算出来的宇爱因斯坦发现按照他的引力场方程，算出来的宇宙是不稳定的，宇宙不是在膨胀便是在收缩。宙是不稳定的，宇宙不是在膨胀便是在收缩。宙是不稳定的，宇宙不是在膨胀便是在收缩。宙是不稳定的，宇宙不是在膨胀便是在收缩。3.3.因此爱因斯坦在方程中凭空加上了额外的一个宇因此爱因斯坦在方程中凭空加上了额外的一个宇因此爱因斯坦在方程中凭空加上了额外的一个宇因此爱因斯坦在方程中凭空加上了额外的一个宇宙项，这个所谓的宇宙项具有斥力的效应，这样就宙项，这个所谓的宇宙项具有斥力的效应，这样就宙项，这个所谓的宇宙项具有斥力的效应，这样就宙项，这个所谓的宇宙项具有斥力的效应，这样就可以用宇宙项的排斥来抵消物质的吸引。可以用宇宙项的排斥来抵消物质的吸引。可以用宇宙项的排斥来抵消物质的吸引。可以用宇宙项的排斥来抵消物质的吸引。4.4.换言之，由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇换言之，由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇换言之，由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇换言之，由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇宙中质量和能量产生的正时空曲率。宙中质量和能量产生的正时空曲率。宙中质量和能量产生的正时空曲率。宙中质量和能量产生的正时空曲率。广义相对论引力场方程、宇宙项1.爱因斯坦自己率先利用广义相31爱因斯坦的静态宇宙模型爱因斯坦的静态宇宙模型1.爱因斯坦得到一个静态的宇宙模型：爱因斯坦得到一个静态的宇宙模型：2.宇宙空间是封闭的，但又是无边的、无止宇宙空间是封闭的，但又是无边的、无止境的。就是说宇宙是有限无界的。境的。就是说宇宙是有限无界的。3.假如一个光子向任何一个方向辐射出去，假如一个光子向任何一个方向辐射出去，那么它会一直在封闭的空间中传播，任何那么它会一直在封闭的空间中传播，任何地方也不会碰到空间的边缘，最后还会回地方也不会碰到空间的边缘，最后还会回到出发地。到出发地。4.爱因斯坦的宇宙半径大约爱因斯坦的宇宙半径大约35亿光年。亿光年。爱因斯坦的静态宇宙模型1.爱因斯坦得到一个静态的宇宙模型：32星系红移星系红移1.1.爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有一群实测天文学家，他们没有受到过太高深的一群实测天文学家，他们没有受到过太高深的一群实测天文学家，他们没有受到过太高深的一群实测天文学家，他们没有受到过太高深的数学训练，也不接触爱因斯坦的理论。但是他数学训练，也不接触爱因斯坦的理论。但是他数学训练，也不接触爱因斯坦的理论。但是他数学训练，也不接触爱因斯坦的理论。但是他们用当时世界上最先进的望远镜孜孜不倦地观们用当时世界上最先进的望远镜孜孜不倦地观们用当时世界上最先进的望远镜孜孜不倦地观们用当时世界上最先进的望远镜孜孜不倦地观测天空。测天空。测天空。测天空。2.2.大概从大概从大概从大概从19101910年起，天文学家们在研究河外星系年起，天文学家们在研究河外星系年起，天文学家们在研究河外星系年起，天文学家们在研究河外星系的光谱时，发现星系有系统的红移现象。到的光谱时，发现星系有系统的红移现象。到的光谱时，发现星系有系统的红移现象。到的光谱时，发现星系有系统的红移现象。到19171917年，他们搞清楚了，除了少数几个离地球年，他们搞清楚了，除了少数几个离地球年，他们搞清楚了，除了少数几个离地球年，他们搞清楚了，除了少数几个离地球近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越远，红移越显著。星系越远，红移越显著。星系越远，红移越显著。星系越远，红移越显著。星系红移1.爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有一群实33哈勃定律哈勃定律1.1929年美国天文学家哈勃（年美国天文学家哈勃（Edwin Hubble）提出了著名的提出了著名的“哈勃定律哈勃定律”：2.星系退行的速度（星系退行的速度（V）与它们离地球的距离）与它们离地球的距离（R）大致成正比，即）大致成正比，即V=HR，H称为哈勃常称为哈勃常数，数，3.现在确定其值为现在确定其值为50公里公里/（秒（秒百万秒差）。百万秒差）。4.哈勃常数的倒数可以看做是宇宙年龄，不难算哈勃常数的倒数可以看做是宇宙年龄，不难算得宇宙年龄大概在得宇宙年龄大概在200亿年左右。亿年左右。哈勃定律1.1929年美国天文学家哈勃（Edwin Hub34“大爆炸理论大爆炸理论”1.1.哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型是错误的。爱因斯坦自己也把宇宙项称作是错误的。爱因斯坦自己也把宇宙项称作是错误的。爱因斯坦自己也把宇宙项称作是错误的。爱因斯坦自己也把宇宙项称作“一生一生一生一生中最大的错误中最大的错误中最大的错误中最大的错误”。2.2.后来纷纷出笼的宇宙模型都把哈勃红移考虑在后来纷纷出笼的宇宙模型都把哈勃红移考虑在后来纷纷出笼的宇宙模型都把哈勃红移考虑在后来纷纷出笼的宇宙模型都把哈勃红移考虑在内。其中以美籍俄裔物理学家伽莫夫（内。其中以美籍俄裔物理学家伽莫夫（内。其中以美籍俄裔物理学家伽莫夫（内。其中以美籍俄裔物理学家伽莫夫（George George GamowGamow）等人提出的后来被称作）等人提出的后来被称作）等人提出的后来被称作）等人提出的后来被称作“大爆炸理论大爆炸理论大爆炸理论大爆炸理论”的最为著名。的最为著名。的最为著名。的最为著名。“大爆炸理论”1.哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型351.该理论认为宇宙起源于高温该理论认为宇宙起源于高温该理论认为宇宙起源于高温该理论认为宇宙起源于高温2.高密的高密的高密的高密的“原始火球原始火球原始火球原始火球”的大爆炸。的大爆炸。的大爆炸。的大爆炸。3.在爆炸开始几分钟里元素从辐射在爆炸开始几分钟里元素从辐射在爆炸开始几分钟里元素从辐射在爆炸开始几分钟里元素从辐射4.和核粒子的原初混合物中形成。和核粒子的原初混合物中形成。和核粒子的原初混合物中形成。和核粒子的原初混合物中形成。2.2.该理论还预言了大爆炸的一个结果，在今天的整该理论还预言了大爆炸的一个结果，在今天的整该理论还预言了大爆炸的一个结果，在今天的整该理论还预言了大爆炸的一个结果，在今天的整个宇宙中有一种剩余辐射，它各向同性，温度个宇宙中有一种剩余辐射，它各向同性，温度个宇宙中有一种剩余辐射，它各向同性，温度个宇宙中有一种剩余辐射，它各向同性，温度为绝对零度以上为绝对零度以上为绝对零度以上为绝对零度以上5 5度（度（度（度（5K5K）。）。）。）。该理论认为宇宙起源于高温36迪克的理论迪克的理论1.美国普林斯顿大学的迪克（美国普林斯顿大学的迪克（Robert H.Dicke）根据伽莫夫的理论进行研）根据伽莫夫的理论进行研究，在究，在1964年他也预言了高于绝对年他也预言了高于绝对零度以上几度的背景辐射。零度以上几度的背景辐射。2.迪克的小组还开始建立一台仪器来迪克的小组还开始建立一台仪器来探测这种辐射以检验这一理论。探测这种辐射以检验这一理论。迪克的理论1.美国普林斯顿大学的迪克（Robert H.37宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射1.19651.1965年贝尔电话实验室的两位工程师彭齐亚斯年贝尔电话实验室的两位工程师彭齐亚斯年贝尔电话实验室的两位工程师彭齐亚斯年贝尔电话实验室的两位工程师彭齐亚斯（Arno PenziasArno Penzias）和威尔逊（）和威尔逊（）和威尔逊（）和威尔逊（Robert WilsonRobert Wilson），正），正），正），正在校正为测试卫星通讯而设计的反射天线。在校正为测试卫星通讯而设计的反射天线。在校正为测试卫星通讯而设计的反射天线。在校正为测试卫星通讯而设计的反射天线。2.2.他们以极大的耐心追踪和消去干扰源。但是他们他们以极大的耐心追踪和消去干扰源。但是他们他们以极大的耐心追踪和消去干扰源。但是他们他们以极大的耐心追踪和消去干扰源。但是他们发现，有一种未加解释的辐射来自天空的各个方向，发现，有一种未加解释的辐射来自天空的各个方向，发现，有一种未加解释的辐射来自天空的各个方向，发现，有一种未加解释的辐射来自天空的各个方向，对应的温度大约是对应的温度大约是对应的温度大约是对应的温度大约是3K3K。3.3.他们向迪克咨询引起这种辐射的可能原因，不料他们向迪克咨询引起这种辐射的可能原因，不料他们向迪克咨询引起这种辐射的可能原因，不料他们向迪克咨询引起这种辐射的可能原因，不料获悉他正在积极寻找他们已经找到的东西。获悉他正在积极寻找他们已经找到的东西。获悉他正在积极寻找他们已经找到的东西。获悉他正在积极寻找他们已经找到的东西。4.4.宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸理论是一个有宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸理论是一个有宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸理论是一个有宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸理论是一个有力的支持。力的支持。力的支持。力的支持。宇宙微波背景辐射1.1965年贝尔电话实验室的两位工程师38“稳恒态宇宙稳恒态宇宙”1.19481.1948年，三位剑桥天文学家霍伊尔（年，三位剑桥天文学家霍伊尔（年，三位剑桥天文学家霍伊尔（年，三位剑桥天文学家霍伊尔（Fred Fred HoyleHoyle）、邦迪（）、邦迪（）、邦迪（）、邦迪（Hermann BondiHermann Bondi）和戈尔德）和戈尔德）和戈尔德）和戈尔德（Thomas GoldThomas Gold）提出了一个）提出了一个）提出了一个）提出了一个“大爆炸理论大爆炸理论大爆炸理论大爆炸理论”相相相相竞争的理论，竞争的理论，竞争的理论，竞争的理论，2.2.认为宇宙在大尺度上，包括任何时候和任何地认为宇宙在大尺度上，包括任何时候和任何地认为宇宙在大尺度上，包括任何时候和任何地认为宇宙在大尺度上，包括任何时候和任何地方，都是一样的。方，都是一样的。方，都是一样的。方，都是一样的。3.3.在这个在这个在这个在这个“稳恒态稳恒态稳恒态稳恒态”宇宙中没有开始，没有结束。宇宙中没有开始，没有结束。宇宙中没有开始，没有结束。宇宙中没有开始，没有结束。星系在各个方向上简单地飞离，就象烤蛋糕时星系在各个方向上简单地飞离，就象烤蛋糕时星系在各个方向上简单地飞离，就象烤蛋糕时星系在各个方向上简单地飞离，就象烤蛋糕时蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而远离。蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而远离。蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而远离。蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而远离。“稳恒态宇宙”1.1948年，三位剑桥天文学家霍伊尔（Fr39“物质创生物质创生”1.1.为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总的外观，他们假定物质在星系际空间创生，物的外观，他们假定物质在星系际空间创生，物的外观，他们假定物质在星系际空间创生，物的外观，他们假定物质在星系际空间创生，物质的创生率（每立方公里每年产生一个粒子）质的创生率（每立方公里每年产生一个粒子）质的创生率（每立方公里每年产生一个粒子）质的创生率（每立方公里每年产生一个粒子）恰好用来形成新的星系。恰好用来形成新的星系。恰好用来形成新的星系。恰好用来形成新的星系。2.2.霍伊尔在一次广播节目中把与他的霍伊尔在一次广播节目中把与他的霍伊尔在一次广播节目中把与他的霍伊尔在一次广播节目中把与他的“稳恒态理稳恒态理稳恒态理稳恒态理论论论论”竞争的理论戏称为竞争的理论戏称为竞争的理论戏称为竞争的理论戏称为“大爆炸（大爆炸（大爆炸（大爆炸（the Big the Big BangBang）理论）理论）理论）理论”，因而成为这一术语的发明者。，因而成为这一术语的发明者。，因而成为这一术语的发明者。，因而成为这一术语的发明者。3.3K3.3K微波背景辐射的发现基本上宣告了稳恒太宇微波背景辐射的发现基本上宣告了稳恒太宇微波背景辐射的发现基本上宣告了稳恒太宇微波背景辐射的发现基本上宣告了稳恒太宇宙理论的死亡。宙理论的死亡。宙理论的死亡。宙理论的死亡。“物质创生”1.为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总的40 什么是黑洞什么是黑洞 1795年，著名的数学家年，著名的数学家拉普拉斯曾指出：有一个发拉普拉斯曾指出：有一个发光体，它的密度与地球密度光体，它的密度与地球密度一样，其直径比太阳的直径一样，其直径比太阳的直径大大250倍，可是由于被吸引倍，可是由于被吸引的缘故，无法使其光线达到的缘故，无法使其光线达到地球。地球。四、黑洞与宇宙四、黑洞与宇宙 什么是黑洞 1795年，著名的数学家拉普拉斯曾41黑洞：黑洞是时空中这样的一个区域，任何物黑洞：黑洞是时空中这样的一个区域，任何物质一旦进入该区域，便永远不能出来。质一旦进入该区域，便永远不能出来。黑洞是一种看不见的异常天体；黑洞是一种看不见的异常天体；黑洞是一种看不见的异常天体；黑洞是一种看不见的异常天体；6060年代以后，年代以后，年代以后，年代以后，成为天文上最具诱惑力的搜索对象。与一切可见天成为天文上最具诱惑力的搜索对象。与一切可见天成为天文上最具诱惑力的搜索对象。与一切可见天成为天文上最具诱惑力的搜索对象。与一切可见天体相比，黑洞正是最强的引力场源，能使邻近处时体相比，黑洞正是最强的引力场源，能使邻近处时体相比，黑洞正是最强的引力场源，能使邻近处时体相比，黑洞正是最强的引力场源，能使邻近处时空弯曲得相当厉害，以致把任何东西都裹卷其内，空弯曲得相当厉害，以致把任何东西都裹卷其内，空弯曲得相当厉害，以致把任何东西都裹卷其内，空弯曲得相当厉害，以致把任何东西都裹卷其内，甚至光线也不能幸免。甚至光线也不能幸免。甚至光线也不能幸免。甚至光线也不能幸免。右图形象地表示了这右图形象地表示了这右图形象地表示了这右图形象地表示了这一点：一旋转黑洞的时空一点：一旋转黑洞的时空一点：一旋转黑洞的时空一点：一旋转黑洞的时空结构宛若一个大漏斗，把结构宛若一个大漏斗，把结构宛若一个大漏斗，把结构宛若一个大漏斗，把万物全部吞下。万物全部吞下。万物全部吞下。万物全部吞下。黑洞：黑洞是时空中这样的一个区域，任何物质一旦进入该区域，便42 以克尔黑洞为例：以克尔黑洞为例：以克尔黑洞为例：以克尔黑洞为例：克尔黑洞有一个静界和一个外视界，静界是一个克尔黑洞有一个静界和一个外视界，静界是一个克尔黑洞有一个静界和一个外视界，静界是一个克尔黑洞有一个静界和一个外视界，静界是一个旋转椭圆面，外视界是一个球面，包含在静界和外视旋转椭圆面，外视界是一个球面，包含在静界和外视旋转椭圆面，外视界是一个球面，包含在静界和外视旋转椭圆面，外视界是一个球面，包含在静界和外视界之间的空间称为能层。物体进入能层尚还可以从中界之间的空间称为能层。物体进入能层尚还可以从中界之间的空间称为能层。物体进入能层尚还可以从中界之间的空间称为能层。物体进入能层尚还可以从中再返回到黑洞外部的空间，一旦物体进入了外视再返回到黑洞外部的空间，一旦物体进入了外视再返回到黑洞外部的空间，一旦物体进入了外视再返回到黑洞外部的空间，一旦物体进入了外视界，便永远不能再逃出来了。界，便永远不能再逃出来了。界，便永远不能再逃出来了。界，便永远不能再逃出来了。克尔黑洞静界和视界克尔黑洞静界和视界克尔黑洞静界和视界克尔黑洞静界和视界 以克尔黑洞为例：克尔黑洞静界和视界43钱德拉塞卡钱德拉塞卡1.1.早在早在早在早在19281928年一位印度研究生钱德拉塞卡年一位印度研究生钱德拉塞卡年一位印度研究生钱德拉塞卡年一位印度研究生钱德拉塞卡（Subrahmanyan ChandrasekharSubrahmanyan Chandrasekhar）去到剑桥师从著）去到剑桥师从著）去到剑桥师从著）去到剑桥师从著名的天文学家爱丁顿（名的天文学家爱丁顿（名的天文学家爱丁顿（名的天文学家爱丁顿（A S EddingtonA S Eddington），），），），2.2.在去英国的旅途上，钱德拉塞卡计算出一颗质量大在去英国的旅途上，钱德拉塞卡计算出一颗质量大在去英国的旅途上，钱德拉塞卡计算出一颗质量大在去英国的旅途上，钱德拉塞卡计算出一颗质量大约为太阳质量一倍半的冷恒星，将不能抵抗自身的约为太阳质量一倍半的冷恒星，将不能抵抗自身的约为太阳质量一倍半的冷恒星，将不能抵抗自身的约为太阳质量一倍半的冷恒星，将不能抵抗自身的重力而坍缩。重力而坍缩。重力而坍缩。重力而坍缩。3.3.这个质量现在称为钱德拉塞卡极限。质量大于钱德这个质量现在称为钱德拉塞卡极限。质量大于钱德这个质量现在称为钱德拉塞卡极限。质量大于钱德这个质量现在称为钱德拉塞卡极限。质量大于钱德拉塞卡极限的恒星，将坍缩成一种密度极大的状态，拉塞卡极限的恒星，将坍缩成一种密度极大的状态，拉塞卡极限的恒星，将坍缩成一种密度极大的状态，拉塞卡极限的恒星，将坍缩成一种密度极大的状态，甚至一个点。甚至一个点。甚至一个点。甚至一个点。4.4.爱丁顿对此极为反感，说自然的行事不会如此荒谬。爱丁顿对此极为反感，说自然的行事不会如此荒谬。爱丁顿对此极为反感，说自然的行事不会如此荒谬。爱丁顿对此极为反感，说自然的行事不会如此荒谬。爱因斯坦也写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收爱因斯坦也写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收爱因斯坦也写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收爱因斯坦也写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收缩为零。缩为零。缩为零。缩为零。钱德拉塞卡1.早在1928年一位印度研究生钱德拉塞卡（Su44奥本海默奥本海默1.19391.1939年奥本海默（年奥本海默（年奥本海默（年奥本海默（Robert OppenheimerRobert Oppenheimer）从广）从广）从广）从广义相对论出发，论证了质量大于钱德拉塞卡极义相对论出发，论证了质量大于钱德拉塞卡极义相对论出发，论证了质量大于钱德拉塞卡极义相对论出发，论证了质量大于钱德拉塞卡极限的恒星会坍缩成一个看不见的天体，但是由限的恒星会坍缩成一个看不见的天体，但是由限的恒星会坍缩成一个看不见的天体，但是由限的恒星会坍缩成一个看不见的天体，但是由于二战的干扰，引力坍缩问题几乎被人遗忘。于二战的干扰，引力坍缩问题几乎被人遗忘。于二战的干扰，引力坍缩问题几乎被人遗忘。于二战的干扰，引力坍缩问题几乎被人遗忘。2.2.直到二十世纪六十年代，实测技术的提高激起直到二十世纪六十年代，实测技术的提高激起直到二十世纪六十年代，实测技术的提高激起直到二十世纪六十年代，实测技术的提高激起人们对宇宙大尺度问题的兴趣，黑洞和大爆炸人们对宇宙大尺度问题的兴趣，黑洞和大爆炸人们对宇宙大尺度问题的兴趣，黑洞和大爆炸人们对宇宙大尺度问题的兴趣，黑洞和大爆炸理论成为热门的话题。霍金成为这方面研究的理论成为热门的话题。霍金成为这方面研究的理论成为热门的话题。霍金成为这方面研究的理论成为热门的话题。霍金成为这方面研究的先驱者之一。先驱者之一。先驱者之一。先驱者之一。奥本海默1.1939年奥本海默（Robert Oppenh45霍金霍金1.1.从从从从19651965年到年到年到年到19701970年间，霍金跟彭罗斯年间，霍金跟彭罗斯年间，霍金跟彭罗斯年间，霍金跟彭罗斯进行了密切的合作，证明了广义相对论的进行了密切的合作，证明了广义相对论的进行了密切的合作，证明了广义相对论的进行了密切的合作，证明了广义相对论的奇性不可避免。奇性不可避免。奇性不可避免。奇性不可避免。2.2.也就是说，按照广义相对论，宇宙必然也就是说，按照广义相对论，宇宙必然也就是说，按照广义相对论，宇宙必然也就是说，按照广义相对论，宇宙必然起源于一个大爆炸奇点；同时，在黑洞中起源于一个大爆炸奇点；同时，在黑洞中起源于一个大爆炸奇点；同时，在黑洞中起源于一个大爆炸奇点；同时，在黑洞中必然存在无限大密度和无限大时空曲率的奇点。必然存在无限大密度和无限大时空曲率的奇点。必然存在无限大密度和无限大时空曲率的奇点。必然存在无限大密度和无限大时空曲率的奇点。3.3.这样，时间起始于大爆炸奇点，终止于大挤压奇这样，时间起始于大爆炸奇点，终止于大挤压奇这样，时间起始于大爆炸奇点，终止于大挤压奇这样，时间起始于大爆炸奇点，终止于大挤压奇点（整个宇宙的坍缩）或者黑洞中的奇点（局部点（整个宇宙的坍缩）或者黑洞中的奇点（局部点（整个宇宙的坍缩）或者黑洞中的奇点（局部点（整个宇宙的坍缩）或者黑洞中的奇点（局部区域的坍缩）。区域的坍缩）。区域的坍缩）。区域的坍缩）。4.4.这是霍金在经典广义相对论这是霍金在经典广义相对论这是霍金在经典广义相对论这是霍金在经典广义相对论框架里取得的一个重要成果。框架里取得的一个重要成果。框架里取得的一个重要成果。框架里取得的一个重要成果。霍金1.从1965年到1970年间，霍金跟彭罗斯46黑洞不黑黑洞不黑1.19701.1970年年年年1111月霍金悟到黑洞事件视界的面积永远不月霍金悟到黑洞事件视界的面积永远不月霍金悟到黑洞事件视界的面积永远不月霍金悟到黑洞事件视界的面积永远不会减少。会减少。会减少。会减少。2.2.美国普林斯顿大学的一位学生贝肯斯坦（美国普林斯顿大学的一位学生贝肯斯坦（美国普林斯顿大学的一位学生贝肯斯坦（美国普林斯顿大学的一位学生贝肯斯坦（Jacob Jacob D.BekensteinD.Bekenstein）把霍金发现的黑洞面积不减跟热）把霍金发现的黑洞面积不减跟热）把霍金发现的黑洞面积不减跟热）把霍金发现的黑洞面积不减跟热力学第二定律联系起来，指出黑洞的事件视界面力学第二定律联系起来，指出黑洞的事件视界面力学第二定律联系起来，指出黑洞的事件视界面力学第二定律联系起来，指出黑洞的事件视界面积就是黑洞熵的量度。积就是黑洞熵的量度。积就是黑洞熵的量度。积就是黑洞熵的量度。3.19733.1973年年年年9 9月两位前苏联黑洞专家说服了霍金：按月两位前苏联黑洞专家说服了霍金：按月两位前苏联黑洞专家说服了霍金：按月两位前苏联黑