地球科学Ⅰ›宇宙

宇宙膨胀与大爆炸

Expanding Universe & Big Bang

宇宙正在膨胀
🎈 气球类比
①在气球表面画点后充气 — 所有点彼此远离
②从任意一点看,其他点都在远去
③这就是宇宙膨胀!空间本身在拉伸
宇宙膨胀可视化
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💡 关键观察
①增大尺度因子使所有星系远离观察者
②距离越远的星系退行越快(箭头更长)
③这是哈勃定律的核心:退行速度与距离成正比
哈勃定律
哈勃定律
v = H₀d
退行速度(v)= 哈勃常数(H₀)× 距离(d) — 越远退行越快
红移
z = Δλ / λ₀ = v / c
远去星系的光 → 波长拉长(红移)→ 测得退行速度
🔴 用红移测距离
①迎面而来救护车警笛:高音 → 低音(多普勒效应)
②远去星系的光也类似 — 波长拉长偏红
③红移越大、退行越快 → 越远的星系
大爆炸宇宙论
大爆炸宇宙论核心
约138亿年前·超高温·超高密度的一点发生大爆炸 → 持续膨胀
大爆炸后宇宙膨胀冷却 → 当前宇宙
大爆炸三大证据
①哈勃定律(宇宙膨胀) ②宇宙微波背景辐射(2.7K) ③氢:氦 = 3:1
只有大爆炸理论能解释这三种观测结果
📡 宇宙微波背景辐射(CMB)
①大爆炸后约38万年 — 宇宙冷却到光可直行
②此时的光经宇宙膨胀变成微波,在各方向被观测到
③温度:约2.7K — 1965年彭齐亚斯与威尔逊偶然发现
总结
宇宙膨胀与大爆炸要点
v = H₀d(哈勃定律)/ 大爆炸 → 膨胀 → 当前宇宙
红移测退行速度,与距离成正比 → 宇宙膨胀的证据
🎯 考试要点
①哈勃定律:v = H₀d — 退行速度与距离成正比
②红移:远去星系 → 波长增加(向红端移)
③大爆炸三大证据:宇宙膨胀、CMB(2.7K)、氢:氦 ≈ 3:1
④CMB:大爆炸后38万年的光、各方向均匀
⑤宇宙年龄:约138亿年(由哈勃常数估算)