宇宙微波背景辐射CMB.ppt

基础天文Fundamental Astronomy吴学兵******@pku..cn/~wuxb/
第15讲宇宙学(I)
宇宙学与宇宙学原理
膨胀宇宙与标准宇宙学模型
宇宙微波背景辐射
宇宙的演化
宇宙的“传说”
宇宙的“遐想”
宇宙从何而来,有多大?时间有开始和结束吗?
古代中国
“四方上下曰宇,古往今来曰宙”;宇:时间,宙:空间
“盖天说”、“浑天说”、“宣夜说”等
古代西方
“地心说”-> 哥白尼的“日心说”-> 伽利略和开普勒等
人类认识宇宙脚步
地球(或太阳)不是宇宙的中心
太阳不在银河系中心
银河系不是宇宙的全部(直到几十年前我们才知道)
1、宇宙学与宇宙学原理
宇宙学
研究宇宙整体的性质、结构、运动、演化等
以星系为基本单元,忽略更小的细节
宇宙学原理
在大尺度上宇宙是均匀的
在大尺度上宇宙是各向同性的
注意一:允许随时间演化
注意二:要用观测去检验
宇宙学原理
(1) 宇宙中的物质是均匀分布的
迄今没有发现尺度超过300Mpc的结构
→宇宙是无边界的
约100万个星系在30 度天空范围和20亿光年距离内的分布
宇宙在大尺度上是均匀的
在宇宙尺度上,不同地点的各种物理参数都一样
在小尺度,星系或者物质分布有成团性(如“超星系团”和“空洞”等)
目前观测到的最大结构~300Mpc;更大尺度上宇宙是均匀的
(2) 宇宙在大尺度上是各向同性的
在宇宙尺度上,不同方向观测的各种物理参数都一样
即不存在特殊的地点或者特殊的方向;→宇宙没有中心
2、膨胀宇宙与标准宇宙学模型
1) 牛顿的宇宙
宇宙是永恒的、稳定的
问题:物质→引力→宇宙坍缩
可能的解决途径:
(1) 宇宙在空间和质量上是无限大的
(2) 宇宙在膨胀
(3) 宇宙有起点和终点
(2)、(3)点违反宇宙永恒与稳定的性质,于是牛顿认为宇宙应该是无限的
2) 奥尔伯斯佯谬(Olbers paradox)
. Olbers 1823年提出:如果宇宙是无限的,且恒星的分布是均匀的
→在任意视线方向都有恒星,或近或远;远处的恒星更暗,
但是它们的数量更多
→夜晚的天空应该像白天一样明亮(something wrong?)
假设恒星空间密度为n,每个恒星的光度为E
考虑以o 为中心,半径为r 处的壳层dr,体积为𝟒𝝅𝒓𝟐𝒅𝒓,其中恒星数目为𝟒𝝅𝒏𝒓𝟐𝒅𝒓,总光度为𝟒𝝅𝒏𝑬𝒓𝟐𝒅𝒓
由于距离为r,那么到o 的照度(单位面积)得除以𝟒𝝅𝒓𝟐
这样r 处dr 内对o 点的贡献为𝒏𝑬𝒅𝒓,与r 无关
后果是,如果宇宙无限,那么宇宙对o 点的照度将无穷大
(这里没有考虑遮挡效应)