《宇宙新概念》课程简介与教学目标

主要授课老师：王元君、况小梅

课程简介：本课程将介绍宇宙学一个世纪以来的精彩发展。人类对星空自古抱有好奇与敬畏之心，然而对宇宙展开正式的研究，自爱因斯坦发表广义相对论以来不过短短100多年。然而我们已经发现好些令人震撼的事情，例如：

【1】宇宙不是静止不变的；它在加速膨胀。

【2】宇宙有一个开始 – 它是在所谓“大爆炸” (Big Bang) 中诞生的。

【3】我们迄今认识到所有已知的物质不过是宇宙总成分的5%， 其余为本质尚不明的“暗物质”与“暗能量”。

这几年来黑洞物理也有很多发展，例如成功探测到了黑洞碰撞时产生的“时空涟漪” 引力波，以及视界望远镜“拍”到了第一张黑洞照片等。随着科技的进展，21世纪是宇宙学与引力的黄金时期，且让我们一起追寻理论物理学家的脚步，了解宇宙的过去与未来！

种种新颖的有趣发现引发其他各种问题，比如：宇宙的大爆炸是如何发生的？大爆炸之前有没有宇宙？为什么时间有方向性？时光旅行是否可行？是否有额外的空间维度？黑洞是否通往其他宇宙？掉入黑洞的人命运如何？宇宙是否只有一个，还是多重的？我们这个课程将首先介绍基本的已知现代物理概念，包括相对论与量子力学等，再把这些知识应用到宇宙学上，最后介绍最前沿的研究工作与理论。

教学目标：了解宇宙学的基本原理，包括其起源、结构、演化等。通过宇宙学为主题了解现代理论物理学的重要概念，包括量子力学、相对论、天体物理、热力学等。

本课程希望透过此通识课，让同学们能认识建立在严谨科学证据上的现代宇宙学、通过宇宙学为主题培养对物理的兴趣、希望同学们能保持一份对大自然的敬畏和好奇心、甚至拓展同学们的宇宙观， 从而反思在浩瀚宇宙中的人生意义。

教材、参考书与考核方法

教材：教师讲义

参考书：

【1】“A Brief History of Time” (《时间简史》)，Stephen Hawking （科普）

【2】“Universe in a Nutshell” (《胡桃裡的宇宙》)， Stephen Hawking （科普）

【3】 “From Eternity to Here” (《从永恒到此刻：探求时间的终极理论》)，Sean Carroll （科普） 

【4】 “Your Cosmic Context: An Introduction to Modern Cosmology”，Craig Tyler and Todd Duncan（半科普）

【5】“Astrophysics for People in a Hurry”（《给忙碌者的天体物理学》），Neil deGrasse Tyson （科普）

教学大纲:

【1】从星象到天文学

【2】从创世神话到宇宙学

【3】认识宇宙的方法:观测与理论

【4】爱因斯坦追光：狭义相对论

【5】引力是什么？从牛顿苹果到爱因斯坦的电梯

【6】光是粒子还是波？（I）

【7】薛定谔的猫：量子的世界

【8】光是粒子还是波？（II）

【9】粒子物理的世界

【10】光阴为何一去不复返？热力学与熵

【11】黑洞与虫洞

【12】时空的涟漪：引力波

【13】宇宙的黑暗面：暗物质与暗能量

【14】全息原理

【15】量子引力的梦 
【16】前沿浅说