大爆炸宇宙学 大爆炸理论的提出 宇宙中各层次的物质的演化 ·辐射为主的早期宇宙 大爆炸理论介绍 核合成理论及其测量
大爆炸宇宙学 • 大爆炸理论的提出 • 宇宙中各层次的物质的演化 • 辐射为主的早期宇宙 • 大爆炸理论介绍 • 核合成理论及其测量
天文观测:宇宙正在膨胀 星系间的距离正在不断变大 将时间向回追溯,星系间距离会逐渐变小 今天星系的平均间距约为星系自身大小的 100倍 宇宙的尺度因子R比现在小2个量级时 星系的间距将比星系本身的尺度还要小 明显的矛盾
➢天文观测：宇宙正在膨胀 星系间的距离正在不断变大 ➢将时间向回追溯, 星系间距离会逐渐变小 ➢今天星系的平均间距约为星系自身大小的 100倍 ➢宇宙的尺度因子R比现在小2个量级时 星系的间距将比星系本身的尺度还要小 ➢明显的矛盾
COSMIC TIME LINE FROM THE DARK AGES After the emission of the cosmicmicrowave background radiation (about 400,000 years after the big bang) the universe grew increasingly cold and dark. But cosmic structure gradually evolved fromthe densky fluctuat ions left over from the big bang 1210 14 BIL UON YEARS I BILUON YEARS 100 MILLION YEARS MILLION YEARS Emission ol cosmic background radiation Dark ages First stars TO THE RENAISSANCE Firstsupemovae and black holes The appearance of the first stars and protogalaxies Protogalaxy (perhaps as early as 100 million years after the big bang set off mergers achain of events that transforme d the universe Modem galaxies
所以:星系在那时并不存在,星系的诞生是 宇宙演化的结果 同样,宇宙中的其它天体在宇宙早期也不存 在,也是宇宙演化到一定阶段的产物 宇宙膨胀的同时,宇宙中的物质组分和结构 在不断变化 ·早期的宇宙,物质的密度大,温度高 ·宇宙密度大到分子间距比分子大小还小时, 那时的宇宙中也不会有分子存在
• 所以：星系在那时并不存在, 星系的诞生是 宇宙演化的结果 • 同样, 宇宙中的其它天体在宇宙早期也不存 在, 也是宇宙演化到一定阶段的产物 • 宇宙膨胀的同时, 宇宙中的物质组分和结构 在不断变化 • 早期的宇宙, 物质的密度大, 温度高 • 宇宙密度大到分子间距比分子大小还小时, 那时的宇宙中也不会有分子存在
>伽莫夫,上个世纪40年代末:最早引申出 宇宙膨胀的图景并研究了它的早期演化 将时间一直向前追溯,那么在某 有限的时刻,宇宙的密度和温度必 将趋于无穷大 宇宙的”创生”有一个起始时刻 科学对宗教的妥协? George Gamow 1904-1968 当时的人们拒绝接受伽莫夫的研究 将他的理论讽刺为”大爆炸理论
➢伽莫夫，上个世纪40年代末：最早引申出 宇宙膨胀的图景并研究了它的早期演化 ➢将时间一直向前追溯,那么在某 有限的时刻,宇宙的密度和温度必 将趋于无穷大 ➢宇宙的”创生”有一个起始时刻 科学对宗教的妥协？ ➢当时的人们拒绝接受伽莫夫的研究 将他的理论讽刺为”大爆炸理论
时间T 空间X 空间Y 奇异点
今天看来伽莫夫的理论是正确的 宇宙初期:温度超过普朗克温度 T~G-2=10Ge 现有理论将不再适用 此前的宇宙必须用量子引力理论研究,我 们现在并不能理解那时的宇宙状态 与普朗克能量相应的时间为 t~G12=10 称为普朗克时间 般经典宇宙学以此为开端
➢今天看来,伽莫夫的理论是正确的 ➢宇宙初期：温度超过普朗克温度 现有理论将不再适用 ➢此前的宇宙必须用量子引力理论研究，我 们现在并不能理解那时的宇宙状态 ➢与普朗克能量相应的时间为 称为普朗克时间 一般经典宇宙学以此为开端 T G GeV 1/ 2 19 ~ =10 − t G s 1/ 2 43 ~ 10 − − =
>现在,人们对宇宙演化的历史已经知道的很 详细 >星系形成之前,宇宙中的介质应是均匀地分 布的气体,带有微小密度起伏 由于引力作用,这些密度起伏最终演变成 了今天看到的各种天体(在大尺度上宇宙 介质仍是均匀分布)
➢现在,人们对宇宙演化的历史已经知道的很 详细 ➢星系形成之前, 宇宙中的介质应是均匀地分 布的气体，带有微小密度起伏 ➢由于引力作用，这些密度起伏最终演变成 了今天看到的各种天体（在大尺度上宇宙 介质仍是均匀分布）
The Big Bang 300 thousand years 0零 ③-③ 3000 degrees positron (antk-eectron the weak force
宇宙气体温度超过105K: 组分粒子的平均热动能超过10eV 氢原子的解离能为136eV 分子的解离能远小于1eV 热碰撞导致分子和原子的解离 >宇宙介质将处于等离子状态電作用 主要组份: 陽子 原子核、自由电子和光子 中性子 電子
➢宇宙气体温度超过105K： 组分粒子的平均热动能超过10eV ➢氢原子的解离能为13.6eV 分子的解离能远小于1eV ➢热碰撞导致分子和原子的解离 ➢宇宙介质将处于等离子状态 主要组份： 原子核、自由电子和光子