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1、粒子和宇宙粒子和宇宙基本粒子，基本？基本粒子，基本？分子分子原子原子质子质子中子中子电子电子夸克夸克子子K介子介子介子介子反粒子反粒子原子核原子核共共400多多种种道尔顿（原子）道尔顿（原子）汤姆逊（电子）汤姆逊（电子）卢瑟福（质子）卢瑟福（质子）查查德德威威克克（中中子子）盖盖尔尔曼曼（夸夸克克）1995美国费米国家加速器实验室证美国费米国家加速器实验室证实了顶夸克实了顶夸克(Top Quark)的存在的存在强子结构的夸克模型强子结构的夸克模型 下夸克下夸克 d 上夸克上夸克 u 奇夸克奇夸克 s粲夸克粲夸克 c 底夸克底夸克 b 顶夸克顶夸克 t强子强子介子（夸克和反夸克组成）介子（夸克和
2、反夸克组成）重子（三个夸克组成）重子（三个夸克组成）六种夸克：六种夸克：宇宙的演化宇宙的演化宇宙宇宙从何而来？从何而来？大爆炸理论大爆炸理论(The Big Bang Theory)宇宙从一个宇宙从一个“奇点奇点”爆炸产生爆炸产生 早在早在1929年，埃德温年，埃德温哈勃作出了一个具有里哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的程碑意义的发现，即不管你往哪个方向看，远处的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在不断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。断膨胀。这意味着，在早先星体相互之间更加靠近。事实上，似乎在大约事实上
3、，似乎在大约100亿至亿至200亿年之前的某一时亿年之前的某一时刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存刻，它们刚好在同一地方，所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。在一个叫做大爆炸的时刻，当时宇宙无限紧密。1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸
4、中每一一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。理解为空间的急剧膨胀。整个空间整个空间可以指的是可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。从从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸开始时大爆炸开始时 150200亿年前，极
5、小体积，极高密度，亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。极高温度。大爆炸后大爆炸后10-44秒秒 产生了夸克、轻子、胶子等粒子。产生了夸克、轻子、胶子等粒子。大爆炸后大爆炸后10-6秒秒 10万亿度，夸克构成了质子和中子等强万亿度，夸克构成了质子和中子等强子，进入强子时代。子，进入强子时代。大爆炸后大爆炸后0.01秒秒 1000亿度，光子、电子、中微子等轻子亿度，光子、电子、中微子等轻子为主，质子中子仅占为主，质子中子仅占10亿分之一，进入轻子时代。亿分之一，进入轻子时代。大爆炸后大爆炸后13.8秒后秒后 30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成。进入核合成时
6、代。元素）形成。进入核合成时代。大爆炸后大爆炸后30万年后万年后 3000度，化学结合作用使中性原子形度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。恒星的演化恒星的演化恒星的摇篮恒星的摇篮星云星云人马座礁湖星云人马座礁湖星云天蛇座老鹰星云天蛇座老鹰星云猎户座马头星云猎户座马头星云麒麟座玫瑰星云麒麟座玫瑰星云猎户座猎户座女巫星云女巫星云恒星的演化恒星的演化壮年期的恒星壮年期的恒星我们的太阳我们的太阳全天最亮恒星全天最亮恒星天狼星
7、天狼星(其伴星是一颗白矮星其伴星是一颗白矮星)质量不同的恒星质量不同的恒星,它们寿命的长短取决于其自身的质量。它们寿命的长短取决于其自身的质量。0.2太阳质量的恒星，为太阳质量的恒星，为1万亿年；万亿年；1 太阳质量的恒星太阳质量的恒星,为为100亿年；亿年；15太阳质量的恒星，为太阳质量的恒星，为2000万年。万年。恒星的演化恒星的演化不稳定期不稳定期红巨星、恒星的爆发红巨星、恒星的爆发 红巨星红巨星当内部氦核心被点当内部氦核心被点燃后的恒星的爆发燃后的恒星的爆发而核的质量小于而核的质量小于144个太阳质量，这颗恒星便可能个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为演化成为白矮星白矮星。由于引力十分巨
8、大，和外电子被。由于引力十分巨大，和外电子被紧密压缩，密布在原子核周围，处于一种超密状态紧密压缩，密布在原子核周围，处于一种超密状态,其中一个火柴盒大小的物质其中一个火柴盒大小的物质,如果能拿到地球上来如果能拿到地球上来,就重达就重达1吨左右。吨左右。人马座钻石星，人马座钻石星，这块钻石直径是这块钻石直径是4000公里，质量公里，质量2千亿亿亿吨。千亿亿亿吨。太阳在太阳在70亿年后，也将变成类似的钻石。亿年后，也将变成类似的钻石。恒星的演化恒星的演化恒星的死亡（一）恒星的死亡（一）白矮星白矮星 恒星的演化恒星的演化瞬间的绚烂瞬间的绚烂（二）二）超新星爆发超新星爆发 对于大质量的恒星，由于引力巨
9、大，氢烧完后，引力导致的对于大质量的恒星，由于引力巨大，氢烧完后，引力导致的坍缩会十分猛烈，这时，大量的能量瞬间爆发出来，恒星的坍缩会十分猛烈，这时，大量的能量瞬间爆发出来，恒星的亮度瞬间爆增上千万倍，乃至上百亿倍，这就是超新星爆发。亮度瞬间爆增上千万倍，乃至上百亿倍，这就是超新星爆发。一颗超新星在爆发时输出的能量可高达一颗超新星在爆发时输出的能量可高达1043焦，这几乎相当于焦，这几乎相当于我们的太阳在我们的太阳在100亿年时间里输出能量的总和。超新星爆发时，亿年时间里输出能量的总和。超新星爆发时，抛射物质的速度可达抛射物质的速度可达107m/s，超新星并不是新的星，而是恒，超新星并不是新的
10、星，而是恒星死亡的绽放。星死亡的绽放。金牛座蟹状星云是金牛座蟹状星云是1054年爆发年爆发超新星的遗骸超新星的遗骸大麦哲大麦哲伦星云伦星云1987A超新星超新星恒星的演化恒星的演化恒星的死亡（三）恒星的死亡（三）中子星中子星 超新星爆发后，如果剩下的核的质量在超新星爆发后，如果剩下的核的质量在1442个太阳质个太阳质量之间量之间。巨大的引力使得电子被压入原子核，整个恒星成巨大的引力使得电子被压入原子核，整个恒星成为一个中子球，依靠中子的泡利不相容原理产生的简并压为一个中子球，依靠中子的泡利不相容原理产生的简并压力对抗引力。它的直径只有力对抗引力。它的直径只有10千米左右，其密度特别大，千米左右
11、，其密度特别大，1立方厘米可达立方厘米可达1亿吨以上，自转特别快。亿吨以上，自转特别快。白矮星、地球和中白矮星、地球和中子星大小的比较子星大小的比较恒星的演化恒星的演化恒星的死亡（四）恒星的死亡（四）黑洞黑洞 质量更大的致密天体，中子的简并压力不足以质量更大的致密天体，中子的简并压力不足以抗衡引力，这个天体还要坍缩抗衡引力，这个天体还要坍缩,它坍缩的结果会它坍缩的结果会变成一种非常特殊的比中子星更致密的天体变成一种非常特殊的比中子星更致密的天体其体积无限被压缩，以致其第二宇宙速度超过光其体积无限被压缩，以致其第二宇宙速度超过光速，光也无法从其内部逃出，所以叫黑洞。速，光也无法从其内部逃出，所以叫黑洞。正在吞噬恒星的正在吞噬恒星的黑洞的想象图黑洞的想象图钱德拉望远镜拍摄钱德拉望远镜拍摄黑洞攻击星系照片黑洞攻击星系照片恒星的演化恒星的演化星星云云恒恒星星红红巨巨星星白矮星白矮星中子星中子星黑洞黑洞星云星云二二代代恒恒星星红红巨巨星星白矮星白矮星中子星中子星黑洞黑洞星云星云三三代代恒恒星星