数学物理学导论/N体问题和物质描述/物质起源
\index{物质 (起源)}\index{物质起源} 宇宙起源问题是一个开放性问题。实验事实表明宇宙正在膨胀[1] 逆转时间箭头，这会导致一个具有爆炸性浓度的宇宙。1948年，一位名叫伽莫夫的天才物理学家提出了一种称为宇宙大爆炸模型
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宇宙大爆炸模型指出，宇宙的历史遵循以下时间顺序[3]
- 在第一个时期（从 到 秒），宇宙密度极高（远大于核子密度）[4] 其行为类似于黑洞。夸克可能独立存在。
- 强子时代[5]，（从 ， GeV （或 K） 到 秒， MeV），黑洞辐射产生强子（像质子、中子一样经历强相互作用的粒子）、轻子（像电子、中微子一样经历弱相互作用的粒子[6]）和光子。温度高到足以使强相互作用通过将夸克组装成强子来表达自身。在这个时期，无法独立观察到夸克。
- 在轻子时代（从 秒， MeV 到 秒，MeV），强子不再产生，但轻子仍然可以通过光子产生（反应 ）。温度高到足以使强相互作用通过将强子组装成原子核来表达自身。因此，独立的强子趋于消失，典型状态由：轻子、光子、原子核[7]组成。
- 从 秒到 年期间， MeV 到 eV（或 K），密度和温度下降，宇宙进入光子纪（或辐射纪）。在这样的温度下，轻子（如电子）不再能产生。因此，它们倾向于作为独立粒子消失，与原子核反应形成原子（氢和氦）和分子[8]（H）。这里涉及的相互作用是电磁相互作用（电子和原子核的凝聚纯粹是电磁的）。通常，该状态由以下物质组成：光子、原子、分子和电子。辐射纪的结束定义为不再有自由电子。因此，光和物质解耦。这就是宇宙背景辐射的起源。宇宙变得“透明”（对于光子而言）。光子不再与电子发生碰撞。
- 从 年到今天（ 年， K），宇宙进入恒星纪。现在是引力的天下。由于气体密度（无法解释）的波动，粒子（原子和分子）开始在引力的作用下聚集，形成原恒星和恒星。
现在让我们总结一下恒星演化，看看更重的原子是如何在恒星内部形成的。恒星演化\index{恒星}可以总结如下：
- 原恒星 ：当原始气体云在引力作用下开始坍缩时，局部区域开始形成原恒星，即恒星的前身。坍缩过程中释放的引力能开始加热原恒星的中心。
- 主序星：引力能使氢核聚变成为可能。这是一个非常稳定的阶段。然后可能发生两种演化
- 如果恒星的质量小于 （钱德拉塞卡极限[9]）\index{钱德拉塞卡极限}太阳质量，
- 主序星演化成红巨星 \index{红巨星}。核心现在主要由氦核和电子组成，并开始坍缩，导致核心温度升高，并增加剩余氢的消耗速度。恒星的外层膨胀并冷却。
- 核心中的氦在一次被称为氦闪\index{氦闪}的剧烈事件中聚变形成碳，持续时间只有几秒钟。恒星逐渐将外层大气吹入一个被称为行星状星云\index{行星状星云}的膨胀气体壳。
- 剩余部分被称为白矮星\index{白矮星}。由于整个恒星都由电子简并压支撑，因此不可能进一步收缩。由于温度不足，不再发生聚变。这颗恒星逐渐冷却，并演化成黑矮星。
- 如果恒星的质量大于 太阳质量，
- 当大质量恒星的核心耗尽氢后，引力坍缩能够产生足够的能量，使核心开始聚变氦核形成碳。在这个阶段，它已经膨胀成红巨星，但更亮。它被称为超巨星\index{超巨星}。在氦耗尽后，核心可以连续燃烧碳、氖等，直到它最终形成一个铁核心，这是最后一种可以通过聚变形成而无需能量输入的元素。
- 一旦硅被消耗殆尽，铁核心就会在不到一秒的时间内发生剧烈坍缩。最终，中子简并压阻止了核心最终坍缩，表面反弹，并以与坍缩速度相同的速率向外爆炸。当表面与恒星的外层发生碰撞时，就会发生爆炸，恒星在明亮的闪光中被摧毁。从恒星中吹出的物质分散到太空中，形成星云。核心的残余物变成
- 如果恒星的质量小于个太阳质量，恒星会变成一颗中子星 \index{中子星}。核心会进一步坍缩，将质子和电子压在一起形成中子，直到中子简并态使其稳定，不再进一步坍缩。中子星已被发现，因为它们具有奇特的辐射特征。从地球上，我们看到了它们发出的光脉冲，这也给了中子星另一个名称，脉冲星 \index{脉冲星}。
- 如果恒星的质量大于个太阳质量，恒星会变成一个黑洞 \index{黑洞}。当质量非常大的恒星在超新星爆发中爆炸时，它们会留下一个核心，这个核心非常巨大（大于大约 3 个太阳质量），以至于它无法通过任何已知的方式抵抗引力坍缩，即使是中子简并态也不能。这样的核心注定要无限期地坍缩，直到它形成一个黑洞，这是一个密度如此之高的物体，以至于任何东西都无法逃脱它的引力，甚至光也无法逃脱。
现在，让我们开始列出在超核尺度（大于核尺度）上观察到的物质形式。
- ↑ 红移现象在 1929 年由哈勃总结。哈勃定律指出，从一个星系接收到的光的位移与观测点到该星系的距离成正比。
- ↑ 他们于 1978 年获得诺贝尔物理学奖
- ↑ 时间起源对应于宇宙创生时间
- ↑ 描述在这个时期构成宇宙的物质对人类的想象力来说是一个挑战。
- ↑ 现代粒子加速器可以达到这样的能量。宇宙学，在 s 之后被称为“标准”，并且相当可靠。相反，强子时期之前的宇宙学则更加推测性。
- ↑ 中微子是无电荷且质量非常小的粒子，因此与电子不同，它们不发生静电相互作用。
- ↑ 请注意，在这个时期没有形成重核，正如在大爆炸模型提出之初的几年里人们所认为的那样。事实上，氦核非常稳定，阻止了更重的核的出现。更重的核将在恒星阶段通过恒星核心的核聚变过程产生。
- ↑ 至于原子核，并非所有原子和分子都能产生。事实上，唯一反应性原子，氢原子（氦原子没有化学反应性）只产生 H 分子，它非常稳定。
- ↑ 印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡因其对恒星结构和演化的理论研究于 1983 年获得诺贝尔物理学奖。