了解宇宙是如何運行

1、了解宇宙是如何運行第1頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日了解宇宙如何運行制作：劉宇健第2頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日大爆炸短片在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)是指那些自身不發(fā)射電磁輻射，也不與電磁波相互作用的一種物質(zhì)。人們目前只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。暗物質(zhì)存在的最早證據(jù)來源于對球狀星系旋轉(zhuǎn)速度的觀測?，F(xiàn)代天文學(xué)通過引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)形成、微波背景輻射等研究表明：我們目前所認(rèn)知的部分大概只占宇宙的4%，暗物質(zhì)占了宇宙的23%，還有73%是一種導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。2011年5月，意大利暗物質(zhì)探測無果，該研究結(jié)果質(zhì)疑其它發(fā)

2、現(xiàn)暗物質(zhì)結(jié)果。暗能量暗物質(zhì)暗能量它是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量，宇宙中所有的恒星和行星的運動皆是由暗能量與萬有引力來推動的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因為它在宇宙的結(jié)構(gòu)中約占73%，占絕對統(tǒng)治地位。暗能量是宇宙學(xué)研究的一個里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要證據(jù)有兩個。一是對遙遠(yuǎn)的超新星所進(jìn)行的大量觀測表明，宇宙在加速膨脹。按照愛因斯坦引力場方程，加速膨脹的現(xiàn)象推論出宇宙中存在著壓強為負(fù)的“暗能量”。湮滅第3頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日湮滅 物質(zhì)和它的反物質(zhì)相遇時，會發(fā)生完全的物質(zhì)-能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生如光子的能量形式，此一過程即為湮滅(英文：annihil

3、ation)，又稱互毀、相消、對消滅。相關(guān)研究宇宙中存在著我們看不見摸不著的“反物質(zhì)世界”，它的基本屬性同我們周圍的世界正好相反。反物質(zhì)的原子核是由反質(zhì)子和反中子構(gòu)成的“負(fù)核”，外有正電子環(huán)繞。反物質(zhì)一旦同我們世界的“正物質(zhì)”接觸，便會在瞬間發(fā)生爆炸，物質(zhì)和反物質(zhì)變?yōu)楣庾踊蚪樽?，產(chǎn)生“湮滅”現(xiàn)象。 英國物理學(xué)家狄拉克把量子力學(xué)與高速運動所必須的相對論力學(xué)相結(jié)合導(dǎo)致產(chǎn)生了反物質(zhì)的概念。1932年，由美國物理學(xué)家安德遜在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子，從而證實了狄拉克的理論。 在宇宙中，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)經(jīng)常會出現(xiàn)一種爆炸，經(jīng)過科學(xué)家們的分析，這種爆炸是由正、反物質(zhì)的湮滅引起的，威力巨大，同時伴隨有射線的產(chǎn)生

4、，景象十分壯觀。第4頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日湮滅 湮滅一旦發(fā)生，正反物質(zhì)的質(zhì)量將全部轉(zhuǎn)化為能量，按照愛因斯坦的質(zhì)能公式E=mc2釋放巨大的能量，就目前所知道的所有物理反應(yīng)而言，這是效率最高的燃料。我們可以比較一下每公斤星際飛船發(fā)動機燃料的效果，很理想的化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生1107焦耳的能量，核裂變產(chǎn)生81013焦耳，核聚變產(chǎn)生31014焦耳，而反物質(zhì)的湮滅能產(chǎn)生91016焦耳，是氫氧化學(xué)反應(yīng)的1百億倍，太陽核心熱核反應(yīng)的300倍。這種飛船的比沖量將是最高的，而推重比也可能是最高的，一片阿司匹林那么大的反物質(zhì)同物質(zhì)湮滅產(chǎn)生的能量足以讓一艘飛船巡弋?dāng)?shù)百光年，而航天飛機那

5、么巨大的燃料箱和推進(jìn)器中的燃料完全可以用100毫克的反物質(zhì)代替。據(jù)科學(xué)家們估算，每百萬分之一克的反質(zhì)子與質(zhì)子發(fā)生湮滅(爆炸)后釋放的能量相當(dāng)于37.8公斤的TNT炸藥，其威力之大令世人震驚。返回第5頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日火焰星云第6頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日馬頭星云第7頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日旋渦星系第8頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日銀河系第9頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日草帽星系第10頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日環(huán)狀星

6、系第11頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日元素工廠恒星太陽海山二地球獵戶座參宿四大犬座VY星太陽比地球大100萬倍巨大恒星海山二比太陽大500多萬倍獵戶座參宿四比海山二大300倍大犬座VY星比太陽大10億倍地球平均直徑是12742.02千米 短片第12頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日超新星太陽比太陽大1.5倍比太陽大8倍比太陽大30倍比太陽大100+倍紅巨星雙子超新星中子星脈沖星中子星磁星黑洞第13頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日黑洞 黑洞是一種引力極強的天體，就連光也不能逃脫。當(dāng)恒星的史瓦西半徑小到一定程度時，就連垂直表面

7、發(fā)射的光都無法逃逸了。這時恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測到黑洞。然而，可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。黑洞引申義為無法擺脫的境遇。2011年12月，天文學(xué)家首次觀測到黑洞“捕捉”星云的過程 恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發(fā)生強力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內(nèi)部的空間和時間。但在黑洞情況下，由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過程無休止地進(jìn)行下去，中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉

8、末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高質(zhì)量而產(chǎn)生的力量，使得任何靠近它的物體都會被它吸進(jìn)去。黑洞開始吞噬恒星的外殼，但黑洞并不能吞噬如此多的物質(zhì)，黑洞會釋放一部分物質(zhì)，射出兩道純能量伽馬射線。 也可以簡單理解：通常恒星的最初只含氫元素，恒星內(nèi)部的氫原子時刻相互碰撞，發(fā)生聚變。由于恒星質(zhì)量很大，聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于聚變，氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變，破裂并組成新的元素氦元素。接著，氦原子也參與聚變，改變結(jié)構(gòu)，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)

9、定不能參與聚變，而鐵元素存在于恒星內(nèi)部，導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬有引力抗衡，從而引發(fā)恒星坍塌第14頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日伽馬射線暴 伽馬射線暴簡稱為“伽馬暴”，是宇宙中伽馬射線突然增強的一種現(xiàn)象。伽馬射線是波長小于0.1納米的電磁波，是比X射線能量還高的一種輻射，伽馬射線暴的能量非常高，所釋放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并論，但是持續(xù)時間很短，長的一般為幾十秒，短的只有十分之幾秒，而且它的亮度變化也是復(fù)雜而且無規(guī)律的。 第15頁，共17頁，2022年，5月20日，7點55分，星期日感想 目前，我們所知道的天文學(xué)知識很少，真正的天文學(xué)學(xué)習(xí)需要掌握很多知識（特別是理工學(xué)科），需要有足夠的想象力 中國不是很重視這門學(xué)科。但是作為了解，天文學(xué)學(xué)起來真的很有意思。 天文學(xué)雖然在實際生活中沒什么用，但是，如果沒有天文學(xué)的發(fā)展，就沒有原子彈的發(fā)明、就沒有量子力學(xué)的發(fā)展、就沒有當(dāng)今發(fā)達(dá)的科技水平。 天文學(xué)讓人