數學物理學導論/N體問題和物質描述/物質起源
\index{物質 (起源)}\index{物質起源} 宇宙起源問題是一個開放性問題。實驗事實表明宇宙正在膨脹[1] 逆轉時間箭頭，這會導致一個具有爆炸性濃度的宇宙。1948年，一位名叫伽莫夫的天才物理學家提出了一種稱為宇宙大爆炸模型
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宇宙大爆炸模型指出，宇宙的歷史遵循以下時間順序[3]
- 在第一個時期（從 到 秒），宇宙密度極高（遠大於核子密度）[4] 其行為類似於黑洞。夸克可能獨立存在。
- 強子時代[5]，（從 ， GeV （或 K） 到 秒， MeV），黑洞輻射產生強子（像質子、中子一樣經歷強相互作用的粒子）、輕子（像電子、中微子一樣經歷弱相互作用的粒子[6]）和光子。溫度高到足以使強相互作用透過將夸克組裝成強子來表達自身。在這個時期，無法獨立觀察到夸克。
- 在輕子時代（從 秒， MeV 到 秒，MeV），強子不再產生，但輕子仍然可以透過光子產生（反應 ）。溫度高到足以使強相互作用透過將強子組裝成原子核來表達自身。因此，獨立的強子趨於消失，典型狀態由：輕子、光子、原子核[7]組成。
- 從 秒到 年期間， MeV 到 eV（或 K），密度和溫度下降，宇宙進入光子紀（或輻射紀）。在這樣的溫度下，輕子（如電子）不再能產生。因此，它們傾向於作為獨立粒子消失，與原子核反應形成原子（氫和氦）和分子[8]（H）。這裡涉及的相互作用是電磁相互作用（電子和原子核的凝聚純粹是電磁的）。通常，該狀態由以下物質組成：光子、原子、分子和電子。輻射紀的結束定義為不再有自由電子。因此，光和物質解耦。這就是宇宙背景輻射的起源。宇宙變得“透明”（對於光子而言）。光子不再與電子發生碰撞。
- 從 年到今天（ 年， K），宇宙進入恆星紀。現在是引力的天下。由於氣體密度（無法解釋）的波動，粒子（原子和分子）開始在引力的作用下聚集，形成原恆星和恆星。
現在讓我們總結一下恆星演化，看看更重的原子是如何在恆星內部形成的。恆星演化\index{恆星}可以總結如下：
- 原恆星 ：當原始氣體雲在引力作用下開始坍縮時，區域性區域開始形成原恆星，即恆星的前身。坍縮過程中釋放的引力能開始加熱原恆星的中心。
- 主序星：引力能使氫核聚變成為可能。這是一個非常穩定的階段。然後可能發生兩種演化
- 如果恆星的質量小於 （錢德拉塞卡極限[9]）\index{錢德拉塞卡極限}太陽質量，
- 主序星演化成紅巨星 \index{紅巨星}。核心現在主要由氦核和電子組成，並開始坍縮，導致核心溫度升高，並增加剩餘氫的消耗速度。恆星的外層膨脹並冷卻。
- 核心中的氦在一次被稱為氦閃\index{氦閃}的劇烈事件中聚變形成碳，持續時間只有幾秒鐘。恆星逐漸將外層大氣吹入一個被稱為行星狀星雲\index{行星狀星雲}的膨脹氣體殼。
- 剩餘部分被稱為白矮星\index{白矮星}。由於整個恆星都由電子簡併壓支撐，因此不可能進一步收縮。由於溫度不足，不再發生聚變。這顆恆星逐漸冷卻，並演化成黑矮星。
- 如果恆星的質量大於 太陽質量，
- 當大質量恆星的核心耗盡氫後，引力坍縮能夠產生足夠的能量，使核心開始聚變氦核形成碳。在這個階段，它已經膨脹成紅巨星，但更亮。它被稱為超巨星\index{超巨星}。在氦耗盡後，核心可以連續燃燒碳、氖等，直到它最終形成一個鐵核心，這是最後一種可以透過聚變形成而無需能量輸入的元素。
- 一旦矽被消耗殆盡，鐵核心就會在不到一秒的時間內發生劇烈坍縮。最終，中子簡併壓阻止了核心最終坍縮，表面反彈，並以與坍縮速度相同的速率向外爆炸。當表面與恆星的外層發生碰撞時，就會發生爆炸，恆星在明亮的閃光中被摧毀。從恆星中吹出的物質分散到太空中，形成星雲。核心的殘餘物變成
- 如果恆星的質量小於個太陽質量，恆星會變成一顆中子星 \index{中子星}。核心會進一步坍縮，將質子和電子壓在一起形成中子，直到中子簡併態使其穩定，不再進一步坍縮。中子星已被發現，因為它們具有奇特的輻射特徵。從地球上，我們看到了它們發出的光脈衝，這也給了中子星另一個名稱，脈衝星 \index{脈衝星}。
- 如果恆星的質量大於個太陽質量，恆星會變成一個黑洞 \index{黑洞}。當質量非常大的恆星在超新星爆發中爆炸時，它們會留下一個核心，這個核心非常巨大（大於大約 3 個太陽質量），以至於它無法透過任何已知的方式抵抗引力坍縮，即使是中子簡併態也不能。這樣的核心註定要無限期地坍縮，直到它形成一個黑洞，這是一個密度如此之高的物體，以至於任何東西都無法逃脫它的引力，甚至光也無法逃脫。
現在，讓我們開始列出在超核尺度（大於核尺度）上觀察到的物質形式。
- ↑ 紅移現象在 1929 年由哈勃總結。哈勃定律指出，從一個星系接收到的光的位移與觀測點到該星系的距離成正比。
- ↑ 他們於 1978 年獲得諾貝爾物理學獎
- ↑ 時間起源對應於宇宙創生時間
- ↑ 描述在這個時期構成宇宙的物質對人類的想象力來說是一個挑戰。
- ↑ 現代粒子加速器可以達到這樣的能量。宇宙學，在 s 之後被稱為“標準”，並且相當可靠。相反，強子時期之前的宇宙學則更加推測性。
- ↑ 中微子是無電荷且質量非常小的粒子，因此與電子不同，它們不發生靜電相互作用。
- ↑ 請注意，在這個時期沒有形成重核，正如在大爆炸模型提出之初的幾年里人們所認為的那樣。事實上，氦核非常穩定，阻止了更重的核的出現。更重的核將在恆星階段透過恆星核心的核聚變過程產生。
- ↑ 至於原子核，並非所有原子和分子都能產生。事實上，唯一反應性原子，氫原子（氦原子沒有化學反應性）只產生 H 分子，它非常穩定。
- ↑ 印度物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡因其對恆星結構和演化的理論研究於 1983 年獲得諾貝爾物理學獎。