《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十五章 原子核物理和粒子物理简介 15-5 宇宙学简介

§15-5宇宙学简介 一、哈勃定律宇宙膨胀说 1929年哈勃（E.P.Hubble)研究星系光谱的红移现象 C 星系推行速度v与距离成正比 哈勃定 律 v=Hod 哈勃常量 H,=50h,km/(s·Mpc)1≤h≤2 让元子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 一、哈勃定律 宇宙膨胀说 1929年哈勃（E.P.Hubble）研究星系光谱的红移现象 0 v c     星系推行速度v与距离d成正比 0 v H d = 哈勃定 律 哈勃常量 0 0 H h =  50 /( ) km s Mpc §15-5 宇宙学简介 1≤h0≤ 2

宇宙不是静态的，而是处在膨胀 之中，膨胀速度正比于距离。 哈勃(1889-1953) 上意子文道回退此

上页 下页 返回 退出 哈勃 (1889-1953) 宇宙不是静态的，而是处在膨胀 之中，膨胀速度正比于距离

二、大爆炸宇宙模型 根据哈勃定律宇宙之前存在 密度、温度均为无穷大状态。 1948年伽莫夫(G.Gamow) 与合作者提出大爆炸宇宙模型。 宇宙起源于一大爆炸，之后 产生了各种粒子和辐射。 爆 让元下文道司退此

上页 下页 返回 退出 二、大爆炸宇宙模型 根据哈勃定律宇宙之前存在 一密度、温度均为无穷大状态。 1948年伽莫夫（G.Gamow） 与合作者提出大爆炸宇宙模型。 宇宙起源于一大爆炸，之后 产生了各种粒子和辐射

三、宇宙的演化 1.普朗克时代 普朗克时间 hG =5.39×104s 与普朗克时间相应的时代普朗克时代 普朗克长度 =Ct。= hG =1.62×10-35m 上美返回退此

上页 下页 返回 退出 1.普朗克时代 普朗克时间 1 2 44 5 5.39 10 p s G t c   − = =      普朗克长度 1 2 35 5 1.62 10 p p m G l ct c   − = = =      与普朗克时间相应的时代普朗克时代 三、宇宙的演化

普朗克能量 =1.221×109Gev 普朗克质量 让元不觉返司退

上页 下页 返回 退出 1 5 2 9 1.221 10 p Gev c t G −   = =      普朗克能量 1 2 8 2 2.17 10 p p kg c m t c G   − = = =      普朗克质量

2.大统一时代 时间约10-36s 产生出重子率多于反重子，成为世界的物质基础。 3.强子时代 时间106s,温度约为5×103K,能量5GeV 质子、中子及反粒子大量产生，温度高于这个温 度时宇宙中可能以夸克和反夸克形式存在。 4.轻子时代 时间102s,温度约为101K,能量10MeV 主要粒子：光子、中微子及其反粒子、电子和正电子 温度达到一定条件，中微子不参与碰撞和热耦合，保 持自由运动，称为中微子脱耦。 上意子文道回退此

上页 下页 返回 退出 2.大统一时代 产生出重子率多于反重子，成为世界的物质基础。 时间约10-36s 3.强子时代 质子、中子及反粒子大量产生，温度高于这个温 度时宇宙中可能以夸克和反夸克形式存在。 时间10-6s，温度约为 5 10  13 K ，能量 5GeV 4.轻子时代 时间10-2s，温度约为 11 10 K ，能量 10 MeV 主要粒子：光子、中微子及其反粒子、电子和正电子 温度达到一定条件，中微子不参与碰撞和热耦合，保 持自由运动，称为中微子脱耦

5.核合成时代 温度降到约10K时，中子与质子碰撞生成氚核， 氚核相撞又生成氦核4He。 6.复合时代 温度降到约4000K时，电子和质子，电子和氦核复合 光子变成自由光子，成为黑体辐射。 约150亿年之前，氢和 氦高速运动碰撞，凝 聚成星系和类星体。 约100亿年之前，形成银 河系、太阳系和行星。 约20亿年前，出现生命，约200到300万年，人类出现。 让贰下觉返可：退此

上页 下页 返回 退出 6.复合时代 温度降到约4000K时，电子和质子，电子和氦核复合 光子变成自由光子，成为黑体辐射。 约150亿年之前，氢和 氦高速运动碰撞，凝 聚成星系和类星体。 约100亿年之前，形成银 河系、太阳系和行星。 约20亿年前，出现生命，约200到300万年，人类出现。 5.核合成时代 温度降到约109K时，中子与质子碰撞生成氚核， 氚核相撞又生成氦核4He

宇宙演化时间表 宇宙时间 温度K 能量IeV 时代 物理过程 0 00 00 奇点 大爆炸 10-44 S 1032 1028 普朗克时代 粒子产生出现时间空间 10-36s 1028 1024 大统一时代 宇宙中物质起源 10-6s 1013 109 强子时代 大量强子产生过程 102s 101 107 粒子时代 轻子产生过程 1s 1010 106 中微子脱耦 5s 5×109 5×105 辐射时代 ete湮灭 3 min 109 105 核合成时代 4He等生成 4×105a 4×103 0.4 复合时代 中性原子生成，星系形成 1010a 2.7 3×10-4 现在 人类进行科学实验

上页 下页 返回 退出  奇点 大爆炸 32 1028 1013 1011 1010 10 9 5 10  9 10 3 4 10  2.7  28 1024 109 106 10 5 5 10  5 100.4 4 3 10−  7 10 普朗克时代 大统一时代 强子时代 粒子时代 辐射时代 核合成时代 复合时代 现在 粒子产生出现时间空间 宇宙中物质起源 大量强子产生过程 轻子产生过程 e +e -湮灭 中微子脱耦 4He等生成 0 44 10 s − 36 10 s − 6 10 s − 2 10 s − 1s 5s 3 min5 4 10  a 10 10 a 中性原子生成，星系形成 人类进行科学实验 宇宙时间 温度/K 能量/eV 时 代 物理过程 宇宙演化时间表

四、大爆炸宇宙模型的成功和困难 以广义相对论为基础，根据大量的观测事实， 成功地描述了从原始火球到现在宇宙的演化，并解 释了大量观测事实。 困难： 视界问题、平坦问题、光滑困 惑、磁单极密度问题和暗物质 等。 让文下元菠面：退收

上页 下页 返回 退出 四、大爆炸宇宙模型的成功和困难 以广义相对论为基础，根据大量的观测事实， 成功地描述了从原始火球到现在宇宙的演化，并解 释了大量观测事实。 困难： 视界问题、平坦问题、光滑困 惑、磁单极密度问题和暗物质 等

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