大的影响.当铁微粒的直径大于 10 00nm后,表面效应的影响随直径的粗纤维测定仪增大而逐渐减少.铜微粒的表面效应系 数随微粒直径的变化行为和铁微粒相同,其它固体材料表面效应系数随微粒直 径的变化行为也与铁、铜相近. 在一个由许多相组成的系统中,有时表面相的存在会变得十分重要,它会 影响各个相之间的平衡条件. 1 粗纤维测定仪9第九章 凝聚态物理、材料物理和介观物理 6 表9-5 微粒的表面效应系数 直径 /nm 表面效应 系数(%) 直径 /nm 表面效应 系数(%) 直径 /nm 表面效应 系数(%) 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 我们平时粗纤维测定仪能够遇到的与表面效应有关的一个典型的例子就是水滴的形成. 在饱和或过饱和蒸汽中的水滴,如果它的半径足够大,那么周围的水蒸气就会 逐渐凝聚到这个水滴上,于是水滴也就逐渐地变大.若是水滴本来就很小,那 么,由于表面效应的影响,要想维持水滴的存在,外界个有限、无边、正在 膨胀的宇宙. 2 0第十章 宇宙的结构和演化 4 §1 宇宙的演化 03. 大爆炸和演化 今日宇宙来自于早先的 “大爆炸”,以及随之而来的自然演化. 现今的宇宙起源于大爆炸,早期体积很小,在很小的体积内集中了宇宙中的 ,相应地能量密度很大,宇宙的温度极高,演化非常快. 宇宙的体积不断迅速膨胀,这样宇宙的能量密度迅速下降,同时温度也迅速下降. -8 在大爆炸开始后的10s以内的时间里,温度极高,体积极小,密度极 大,演化非常粗纤维测定仪快.这段时间宇宙中的物质以什么形式存在还不清楚.大体上可 -10 以说10s以前以夸克物质形态为主,即以密集的夸克胶子等离子体形式存 在.10-10s时宇宙的平均温度大约为1015K.当温度降到一定范围时,出现夸 克、轻子、胶子和其它规范粒子,形成极高温度的夸克胶子等离子体.宇宙中 的物质以夸克胶子等离子体的形式存在的.“夸克胶子等离子体”像是一种气 体.通常的气体的组元是分子.夸克胶子等离子体的组元是各种夸克、反夸 克、轻子、反轻子、各种相互作用的媒介粒子,如光子、胶子、W粒子和Z 粒子等.体积再膨胀,温度再降低后,夸克、反夸克又结合成各种介子和重 12 子,形成强子物质,这个温度大约在2×1粗纤维测定仪0K左右.强子物质的组元是各种 介子、重子和反重子.质粗纤维测定仪子和中子的形成大约开始于大爆炸后0.01s的时刻. 这些演化过程都发生在宇宙大爆炸后的第1秒内.大爆炸后的1s时宇宙的平 10 均温度大约为10K. 温度继续降低,到大约180s时开始,质子和中子结合成比较重的原子 9 核,首先是形成氦核.大爆炸后的180s时宇宙的平均温度大约为10K.以后 体积继续膨胀,温度继续降低,到38000 00a时一步步出现各种原子、分子. 这时温度降到大约60 000K.从大的范围来说,开始形成星体,出现星系.到 9 10a时宇宙的平均温度降低到大约为18K,以后逐步演化到现在的世界.从 910 10a到1.20×10a,地球上出现分子形式的生命. 现在宇宙的温度可以从微波背景辐射的温度得到,是(2.725±0粗纤维测定仪.0 001)K. 1948年,伽莫夫(GeorgeGamow)提出热大爆炸宇宙学说,在理论上预言 起源于大爆炸的辐射冷却到现在仍有约2.5K的黑体辐射谱.1964年,狄克等 人预言这种背景辐射至今仍约有几开尔文的温度.1964—1965年,彭齐亚斯 (ArnoAl llanPenzias)和威尔孙(RobertWo oodrowWilson)发现在太空中总有一些 各向同性的不能消除的微波噪声,称为微波背景辐射.微波背景辐射相当于一 定温度的热辐射,反映了宇宙温度演化的进程.微波背景辐射的发现和确立是 §10.4 反物质星体和星系 2 05 对大爆炸宇宙论的重要支持和印证,对现代宇宙学的发展有重要的影响.彭齐 亚斯和威尔孙由于这项重大发现获得1978年诺贝尔物理学奖. 微波背景辐射具,精确观测得到它的温度分布有微小的 非各向同性.分析表明这说明太阳系以速度v=(370.8±0.5)km/s运动,这 个速度是相对于一个特殊的参考系的.在这个特殊的惯性参考系中,微波背景 辐射的温度分布是完全各向同性的.这样通过微波背景辐射定出了一个特殊的 惯性参考系,这个惯性参考系是由宇宙演化中提供的,可以在这个特殊的惯性 参考系中研究所有的物理问题,这个惯性参考系常简单地称为微波背景辐射参 考系. 现今的宇宙 粗纤维测定仪对今日宇宙的一些知识: 宇宙的年龄.从大爆炸起到现在,宇宙的年龄大约为 10 (1.2~1.8)×10a. 宇宙的半径为 26 (1.16~1.74)×10m. 观察宇宙体积的量级估计 783 (6.49~21.89)×10m. 观察宇宙中 “明亮物质”总量的估计.明亮物质是可以发出和吸收电磁 辐射(包括一切波段的电磁波:长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、γ射线等),从而可以通过电磁波观测手段认识其存在的粗纤维测定仪物质.明亮物 质可以是质子、原子核、电子等,又统称为重子物质.宇宙中明亮物质总量相 当于质子数目,估计 78 N≈(1.18-4.00)×10. B079 这是不是观察宇宙中物质的总量呢?!20世纪30年代爱丁顿的估计NB0≈10. 这两个估计差几倍.经过仔细考察,估计的方法是一致的,差别来源于许多观 测结果和数据的发展和更新. 04. §1 反物质星体和星系 反物质物体、星体和星系 对应于自然界存在的每一种粒子都存在相应的反粒子,反粒子的质量、寿 命和自旋与粒子相同,所带的电荷等内部相加性物理量和粒子的数值相同但符 号相反. 2 0第十章 宇宙的结构和演化 6 电子是带单位负电荷、质量为0粗纤维测定仪.51MeV、自旋为1/2、轻子数为1的粒 子.电子的反粒子是正电子,正电子是带单位正电荷、质量也是0.51MeV、 自旋也是1/2、轻子数为-1的粒子. 质子是带单位正电荷、质量为938.27MeV、自旋为1/2、重子数为1的粒 子.质子的反粒子是反质子,反质子是带单位负电荷、质量也是938.27MeV、 自旋也是1/2、重子数为-1的粒子.中子是不带电荷的、质量为939.57MeV、自旋为1/2、重子数为1的粒子.中子的反粒子是反中子,反中子是不 带电荷、质量也是939.57MeV、自旋也是1/2、重子数为-1的粒子. 纯中性粒子的反粒子就是它自己本身.光子就是一种纯中性粒子,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将会一起消失,物理学上称为湮没,转化为 光子、介子等粒子.电子和正电子相碰撞,电子和正电子就都消失了,它们湮 没转化为两个或三个光子.质子和反质子相碰撞,质子和反质子也就都消失 了,它们湮没转化为多个 π介子.电子和质子都是稳定的粒子,它们的反粒 子— ———正电子和反质子也都是稳定的粒子,但它们和自己的反粒子相碰撞,就 会湮没. 质子和中子可以结合成氘核,也就是重氢原子的原子核.反质子和粗纤维测定仪反中子 可以结合成反氘核.多个质子和多个中子可以结合成更重的原子核.多个反质 子和多个反中子也可以结合成重的反原子核.如果某种原子核是稳定的,它的 对应的反原子核也是稳定的. 原子核再和电子结合可以形成原子.同样地,反原子核再和正电子结合可 以形成反原子.如果某种原子是稳定的,它的对应的反原子也是稳定的. 由反原子、反分子等构成的物体是反物质物体. 反原子和相应的原子碰撞就要发生湮没反应
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