幼兒教師資格考試《幼兒綜合素質(zhì)》難點(diǎn)：科學(xué)常識(shí)之現(xiàn)代宇宙學(xué)

　　宇宙學(xué)是在天文學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(xué)的理論基礎(chǔ)

　　廣義相對(duì)論是現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的理論基礎(chǔ)。廣義相對(duì)論建立了空間、時(shí)間是隨著物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化的理論，從而為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了重要理論基礎(chǔ)。廣義相對(duì)論認(rèn)為，空間一時(shí)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(dú)立存在的。這一思想由于其革命性和數(shù)學(xué)形式上的深?yuàn)W，在一段時(shí)間里不為科學(xué)界所接受。但由于得到越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，今天廣義相對(duì)論已被公認(rèn)為研究大尺度時(shí)空的理論基礎(chǔ)。這些實(shí)驗(yàn)主要包括：(1)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng);(2)光譜引力紅移;(3)光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。自此，廣義相對(duì)論被科學(xué)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(yīng)與譜線紅移

　　多普勒效應(yīng)是物理學(xué)測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍(lán)端)移動(dòng)，而背向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源譜線將向低頻(即紅端) 移動(dòng)，波長(zhǎng)的相對(duì)移動(dòng)量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比。

　　1929年，美國(guó)科學(xué)家哈勃在仔細(xì)研究了一批星系的光譜之后發(fā)現(xiàn)，除個(gè)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(yīng)，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(shí)了宇宙是不斷膨脹的，它不僅說(shuō)明宇宙的無(wú)限性，也說(shuō)明物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，還說(shuō)明宇宙在不斷地演化和發(fā)展。愛(ài)因斯坦本人根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)放棄了“靜態(tài)宇宙結(jié)構(gòu)模型”。

　　2.電磁波的應(yīng)用

　　電磁波可以傳遞宇宙的各種信息。通過(guò)電磁波傳遞宇宙的各種信息，天文學(xué)家們可以對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演化進(jìn)行研究。比如，利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡可以接收到可見(jiàn)光傳來(lái)的天體信息;利用射電望遠(yuǎn)鏡可以接收天體傳來(lái)的射電波;利用裝置著探測(cè)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(tái)，接收全部電磁波傳來(lái)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(guò)程。

　　3.宇宙演化的大爆炸模型

　　在20世紀(jì)40年代末，美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這一模型認(rèn)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(shí)刻就是今天所觀察到的宇宙的開(kāi)端;當(dāng)時(shí)的溫度高達(dá)100億度以上，物質(zhì)密度極大，整個(gè)宇宙體系達(dá)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(qiáng)力、弱力和電磁力逐一地分化出來(lái);后來(lái)，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(gè)宇宙的電磁輻射，其對(duì)應(yīng)的溫度為3K。該發(fā)現(xiàn)為大爆炸理論提供了一個(gè)有力的證據(jù)。

　　宇宙學(xué)是在天文學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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�！　∫弧�現(xiàn)代宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ)　　廣義相對(duì)論是現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的理論基礎(chǔ)。廣義相對(duì)論建立了空間、時(shí)間是隨著物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化的理論，從而為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了重要理論基礎(chǔ)。廣義相對(duì)論認(rèn)為，空間一時(shí)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(dú)立存在的。這一思想由于其革命性和數(shù)學(xué)形式上的深?yuàn)W，在一段時(shí)間里不為科學(xué)界所接受。但由于得到越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，今天廣義相對(duì)論已被公認(rèn)為研究大尺度時(shí)空的理論基礎(chǔ)。這些實(shí)驗(yàn)主要包括：(1)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng);(2)光譜引力紅移;(3)光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。自此，廣義相對(duì)論被科學(xué)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(yīng)與譜線紅移　　多普勒效應(yīng)是物理學(xué)測(cè)定物體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的光源譜線(與靜止光源相比)將向高頻(即光譜藍(lán)端)移動(dòng)，而背向觀察者運(yùn)動(dòng)的光源譜線將向低頻(即紅端) 移動(dòng)，波長(zhǎng)的相對(duì)移動(dòng)量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比�！　�1929年，美國(guó)科學(xué)家哈勃在仔細(xì)研究了一批星系的光譜之后發(fā)現(xiàn)，除個(gè)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(yīng)，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(shí)了宇宙是不斷膨脹的，它不僅說(shuō)明宇宙的無(wú)限性，也說(shuō)明物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，還說(shuō)明宇宙在不斷地演化和發(fā)展。愛(ài)因斯坦本人根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)放棄了“靜態(tài)宇宙結(jié)構(gòu)模型”。　　2.電磁波的應(yīng)用　　電磁波可以傳遞宇宙的各種信息。通過(guò)電磁波傳遞宇宙的各種信息，天文學(xué)家們可以對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演化進(jìn)行研究。比如，利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡可以接收到可見(jiàn)光傳來(lái)的天體信息;利用射電望遠(yuǎn)鏡可以接收天體傳來(lái)的射電波;利用裝置著探測(cè)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(tái)，接收全部電磁波傳來(lái)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(guò)程�！　�3.宇宙演化的大爆炸模型　　在20世紀(jì)40年代末，美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。這一模型認(rèn)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(shí)刻就是今天所觀察到的宇宙的開(kāi)端;當(dāng)時(shí)的溫度高達(dá)100億度以上，物質(zhì)密度極大，整個(gè)宇宙體系達(dá)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(qiáng)力、弱力和電磁力逐一地分化出來(lái);后來(lái)，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(gè)宇宙的電磁輻射，其對(duì)應(yīng)的溫度為3K。該發(fā)現(xiàn)為大爆炸理論提供了一個(gè)有力的證據(jù)。