大的影響.當鐵微粒的直徑大于 10 00nm后,表面效應的影響隨直徑的粗纖維測定儀增大而逐漸減少.銅微粒的表面效應系 數(shù)隨微粒直徑的變化行為和鐵微粒相同,其它固體材料表面效應系數(shù)隨微粒直 徑的變化行為也與鐵、銅相近. 在一個由許多相組成的系統(tǒng)中,有時表面相的存在會變得十分重要,它會 影響各個相之間的平衡條件. 1 粗纖維測定儀9第九章 凝聚態(tài)物理、材料物理和介觀物理 。 表9-5 微粒的表面效應系數(shù) 直徑 /nm 表面效應 系數(shù)(%) 直徑 /nm 表面效應 系數(shù)(%) 直徑 /nm 表面效應 系數(shù)(%) 183.821210.95403.375253.91149.439453.004338.96168.293502.706430.40187.395602.258 524.90206.673701.938621.07255.363801.697816.11304.483901.5091013.04353.8511001.3 59 我們平時粗纖維測定儀能夠遇到的與表面效應有關的一個典型的例子就是水滴的形成. 在飽和或過飽和蒸汽中的水滴,如果它的半徑足夠大,那么周圍的水蒸氣就會 逐漸凝聚到這個水滴上,于是水滴也就逐漸地變大.若是水滴本來就很小,那 么,由于表面效應的影響,要想維持水滴的存在,外界個有限、無邊、正在 膨脹的宇宙. 2 。暗谑隆∮钪娴慕Y(jié)構(gòu)和演化 4 §1 宇宙的演化 03. 大爆炸和演化 今日宇宙來自于早先的 “大爆炸”,以及隨之而來的自然演化. 現(xiàn)今的宇宙起源于大爆炸,早期體積很小,在很小的體積內(nèi)集中了宇宙中的 ,相應地能量密度很大,宇宙的溫度極高,演化非?欤 宇宙的體積不斷迅速膨脹,這樣宇宙的能量密度迅速下降,同時溫度也迅速下降. -8 在大爆炸開始后的10s以內(nèi)的時間里,溫度極高,體積極小,密度極 大,演化非常粗纖維測定儀快.這段時間宇宙中的物質(zhì)以什么形式存在還不清楚.大體上可 -10 以說10s以前以夸克物質(zhì)形態(tài)為主,即以密集的夸克膠子等離子體形式存 在.10-10s時宇宙的平均溫度大約為1015K.當溫度降到一定范圍時,出現(xiàn)夸 克、輕子、膠子和其它規(guī)范粒子,形成極高溫度的夸克膠子等離子體.宇宙中 的物質(zhì)以夸克膠子等離子體的形式存在的.“夸克膠子等離子體”像是一種氣 體.通常的氣體的組元是分子.夸克膠子等離子體的組元是各種夸克、反夸 克、輕子、反輕子、各種相互作用的媒介粒子,如光子、膠子、W粒子和Z 粒子等.體積再膨脹,溫度再降低后,夸克、反夸克又結(jié)合成各種介子和重 12 子,形成強子物質(zhì),這個溫度大約在2×1粗纖維測定儀0K左右.強子物質(zhì)的組元是各種 介子、重子和反重子.質(zhì)粗纖維測定儀子和中子的形成大約開始于大爆炸后0.01s的時刻. 這些演化過程都發(fā)生在宇宙大爆炸后的第1秒內(nèi).大爆炸后的1s時宇宙的平 10 均溫度大約為10K. 溫度繼續(xù)降低,到大約180s時開始,質(zhì)子和中子結(jié)合成比較重的原子 9 核,首先是形成氦核.大爆炸后的180s時宇宙的平均溫度大約為10K.以后 體積繼續(xù)膨脹,溫度繼續(xù)降低,到38000 00a時一步步出現(xiàn)各種原子、分子. 這時溫度降到大約60 000K.從大的范圍來說,開始形成星體,出現(xiàn)星系.到 9 10a時宇宙的平均溫度降低到大約為18K,以后逐步演化到現(xiàn)在的世界.從 910 10a到1.20×10a,地球上出現(xiàn)分子形式的生命. 現(xiàn)在宇宙的溫度可以從微波背景輻射的溫度得到,是(2.725±0粗纖維測定儀.0 001)K. 。保梗矗改,伽莫夫(GeorgeGamow)提出熱大爆炸宇宙學說,在理論上預言 起源于大爆炸的輻射冷卻到現(xiàn)在仍有約2.5K的黑體輻射譜.1964年,狄克等 人預言這種背景輻射至今仍約有幾開爾文的溫度.1964—1965年,彭齊亞斯 (ArnoAl llanPenzias)和威爾孫(RobertWo oodrowWilson)發(fā)現(xiàn)在太空中總有一些 各向同性的不能消除的微波噪聲,稱為微波背景輻射.微波背景輻射相當于一 定溫度的熱輻射,反映了宇宙溫度演化的進程.微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)和確立是 §10.4 反物質(zhì)星體和星系。病。埃 對大爆炸宇宙論的重要支持和印證,對現(xiàn)代宇宙學的發(fā)展有重要的影響.彭齊 亞斯和威爾孫由于這項重大發(fā)現(xiàn)獲得1978年諾貝爾物理學獎. 微波背景輻射具,精確觀測得到它的溫度分布有微小的 非各向同性.分析表明這說明太陽系以速度v=(370.8±0.5)km/s運動,這 個速度是相對于一個特殊的參考系的.在這個特殊的慣性參考系中,微波背景 輻射的溫度分布是完全各向同性的.這樣通過微波背景輻射定出了一個特殊的 慣性參考系,這個慣性參考系是由宇宙演化中提供的,可以在這個特殊的慣性 參考系中研究所有的物理問題,這個慣性參考系常簡單地稱為微波背景輻射參 考系. 現(xiàn)今的宇宙 粗纖維測定儀對今日宇宙的一些知識: 宇宙的年齡.從大爆炸起到現(xiàn)在,宇宙的年齡大約為 10 (1.2~1.8)×10a. 宇宙的半徑為 26 (1.16~1.74)×10m. 觀察宇宙體積的量級估計 783 (6.49~21.89)×10m. 觀察宇宙中 “明亮物質(zhì)”總量的估計.明亮物質(zhì)是可以發(fā)出和吸收電磁 輻射(包括一切波段的電磁波:長波、中波、短波、微波、紅外線、可見光、紫外線、 X射線、γ射線等),從而可以通過電磁波觀測手段認識其存在的粗纖維測定儀物質(zhì).明亮物 質(zhì)可以是質(zhì)子、原子核、電子等,又統(tǒng)稱為重子物質(zhì).宇宙中明亮物質(zhì)總量相 當于質(zhì)子數(shù)目,估計 78 N≈(1.18-4.00)×10. B079 這是不是觀察宇宙中物質(zhì)的總量呢?。玻笆兰o30年代愛丁頓的估計NB0≈10. 這兩個估計差幾倍.經(jīng)過仔細考察,估計的方法是一致的,差別來源于許多觀 測結(jié)果和數(shù)據(jù)的發(fā)展和更新. 04. §1 反物質(zhì)星體和星系 反物質(zhì)物體、星體和星系 對應于自然界存在的每一種粒子都存在相應的反粒子,反粒子的質(zhì)量、壽 命和自旋與粒子相同,所帶的電荷等內(nèi)部相加性物理量和粒子的數(shù)值相同但符 號相反. 2 0第十章 宇宙的結(jié)構(gòu)和演化 。 電子是帶單位負電荷、質(zhì)量為0粗纖維測定儀.51MeV、自旋為1/2、輕子數(shù)為1的粒 子.電子的反粒子是正電子,正電子是帶單位正電荷、質(zhì)量也是0.51MeV、 自旋也是1/2、輕子數(shù)為-1的粒子. 質(zhì)子是帶單位正電荷、質(zhì)量為938.27MeV、自旋為1/2、重子數(shù)為1的粒 子.質(zhì)子的反粒子是反質(zhì)子,反質(zhì)子是帶單位負電荷、質(zhì)量也是938.27MeV、 自旋也是1/2、重子數(shù)為-1的粒子.中子是不帶電荷的、質(zhì)量為939.57MeV、自旋為1/2、重子數(shù)為1的粒子.中子的反粒子是反中子,反中子是不 帶電荷、質(zhì)量也是939.57MeV、自旋也是1/2、重子數(shù)為-1的粒子. 純中性粒子的反粒子就是它自己本身.光子就是一種純中性粒子,光子的 反粒子也就是光子自己. 粒子和自己的反粒子相碰撞就將會一起消失,物理學上稱為湮沒,轉(zhuǎn)化為 光子、介子等粒子.電子和正電子相碰撞,電子和正電子就都消失了,它們湮 沒轉(zhuǎn)化為兩個或三個光子.質(zhì)子和反質(zhì)子相碰撞,質(zhì)子和反質(zhì)子也就都消失 了,它們湮沒轉(zhuǎn)化為多個 π介子.電子和質(zhì)子都是穩(wěn)定的粒子,它們的反粒 子— ———正電子和反質(zhì)子也都是穩(wěn)定的粒子,但它們和自己的反粒子相碰撞,就 會湮沒. 質(zhì)子和中子可以結(jié)合成氘核,也就是重氫原子的原子核.反質(zhì)子和粗纖維測定儀反中子 可以結(jié)合成反氘核.多個質(zhì)子和多個中子可以結(jié)合成更重的原子核.多個反質(zhì) 子和多個反中子也可以結(jié)合成重的反原子核.如果某種原子核是穩(wěn)定的,它的 對應的反原子核也是穩(wěn)定的. 原子核再和電子結(jié)合可以形成原子.同樣地,反原子核再和正電子結(jié)合可 以形成反原子.如果某種原子是穩(wěn)定的,它的對應的反原子也是穩(wěn)定的. 由反原子、反分子等構(gòu)成的物體是反物質(zhì)物體. 反原子和相應的原子碰撞就要發(fā)生湮沒反應
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