《粒子和宇宙》PPT課件.ppt

粒子和宇宙 基本粒子，基本？分子原子質(zhì)子中子電子夸克子K介子介子反粒子原子核共400多種 道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）蓋爾曼（夸克） 1995美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室證實(shí)了頂夸克(Top Q uark)的存在 強(qiáng)子輕子媒介子作用參與強(qiáng)相互作用不參與強(qiáng)相互作用傳遞各種相互作用舉例質(zhì)子，中子等電子，子光子，中間玻色子，膠子 強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型 下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s粲夸克 c 底夸克 b 頂夸克 t強(qiáng)子介子（夸克和反夸克組成）重子（三個(gè)夸克組成）六種夸克： 宇宙的演化宇宙從何而來？大爆炸理論 (The Big Bang Theory)宇宙從一個(gè)“奇點(diǎn)”爆炸產(chǎn)生 早在1929年，埃德溫哈勃作出了一個(gè)具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，即不管你往哪個(gè)方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去。換言之，宇宙正在不斷膨脹。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實(shí)上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時(shí)刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個(gè)叫做大爆炸的時(shí)刻，當(dāng)時(shí)宇宙無限緊密。 1950年前后，伽莫夫第一個(gè)建立了熱大爆炸的觀念。這個(gè)創(chuàng)生宇宙的大爆炸不是習(xí)見于地球上發(fā)生在一個(gè)確定的點(diǎn)，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時(shí)發(fā)生，從一開時(shí)就充滿整個(gè)空間的那種爆炸，爆炸中每一個(gè)粒子都離開其它每一個(gè)粒子飛奔。事實(shí)上應(yīng)該理解為空間的急劇膨脹。整個(gè)空間可以指的是整個(gè)無限的宇宙，或者指的是一個(gè)就象球面一樣能彎曲地回到原來位置的有限宇宙。 從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：大爆炸開始時(shí) 150200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。 大爆炸后10-44秒 產(chǎn)生了夸克、輕子、膠子等粒子。 大爆炸后10-6秒 10萬億度，夸克構(gòu)成了質(zhì)子和中子等強(qiáng)子，進(jìn)入強(qiáng)子時(shí)代。 大爆炸后0.01秒 1000億度，光子、電子、中微子等輕子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，進(jìn)入輕子時(shí)代。 大爆炸后13.8秒后 30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。進(jìn)入核合成時(shí)代。 大爆炸后30萬年后 3000度，化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊，直至恒星和恒星系統(tǒng)。 恒星的演化恒星的搖籃星云人馬座礁湖星云天蛇座老鷹星云獵戶座馬頭星云麒麟座玫瑰星云獵戶座女巫星云 恒星的演化壯年期的恒星我們的太陽全天最亮恒星天狼星(其伴星是一顆白矮星)質(zhì)量不同的恒星,它們壽命的長短取決于其自身的質(zhì)量。0.2太陽質(zhì)量的恒星，為1萬億年；1 太陽質(zhì)量的恒星, 為100億年； 15太陽質(zhì)量的恒星，為2000萬年。 恒星的演化不穩(wěn)定期紅巨星、恒星的爆發(fā) 紅巨星當(dāng)內(nèi)部氦核心被點(diǎn)燃后的恒星的爆發(fā) 而核的質(zhì)量小于144個(gè)太陽質(zhì)量，這顆恒星便可能演化成為白矮星。由于引力十分巨大，和外電子被緊密壓縮，密布在原子核周圍，處于一種超密狀態(tài), 其中一個(gè)火柴盒大小的物質(zhì), 如果能拿到地球上來, 就重達(dá)1噸左右。人馬座鉆石星，這塊鉆石直徑是4000公里，質(zhì)量2千億億億噸。太陽在70億年后，也將變成類似的鉆石。恒星的演化恒星的死亡（一）白矮星 恒星的演化瞬間的絢爛（二）超新星爆發(fā) 對(duì)于大質(zhì)量的恒星，由于引力巨大，氫燒完后，引力導(dǎo)致的坍縮會(huì)十分猛烈，這時(shí)，大量的能量瞬間爆發(fā)出來，恒星的亮度瞬間爆增上千萬倍，乃至上百億倍，這就是超新星爆發(fā)。一顆超新星在爆發(fā)時(shí)輸出的能量可高達(dá)1043焦，這幾乎相當(dāng)于我們的太陽在100億年時(shí)間里輸出能量的總和。超新星爆發(fā)時(shí)，拋射物質(zhì)的速度可達(dá)107m/s，超新星并不是新的星，而是恒星死亡的綻放。 金牛座蟹狀星云是1054年爆發(fā)超新星的遺骸大麥哲倫星云1987A超新星 恒星的演化恒星的死亡（三）中子星 超新星爆發(fā)后，如果剩下的核的質(zhì)量在1442個(gè)太陽質(zhì)量之間。巨大的引力使得電子被壓入原子核，整個(gè)恒星成為一個(gè)中子球，依靠中子的泡利不相容原理產(chǎn)生的簡并壓力對(duì)抗引力。它的直徑只有10千米左右，其密度特別大，1立方厘米可達(dá)1億噸以上，自轉(zhuǎn)特別快。白矮星、地球和中子星大小的比較 恒星的演化恒星的死亡（四）黑洞 質(zhì)量更大的致密天體，中子的簡并壓力不足以抗衡引力，這個(gè)天體還要坍縮 , 它坍縮的結(jié)果會(huì)變成一種非常特殊的比中子星更致密的天體其體積無限被壓縮，以致其第二宇宙速度超過光速，光也無法從其內(nèi)部逃出，所以叫黑洞。 正在吞噬恒星的黑洞的想象圖錢德拉望遠(yuǎn)鏡拍攝黑洞攻擊星系照片 恒星的演化星云恒星紅巨星白矮星中子星黑洞星云二代恒星紅巨星白矮星中子星黑洞星云三代恒星