了解宇宙是如何运行

1、了解宇宙是如何运行第1页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日了解宇宙如何运行制作：刘宇健第2页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日大爆炸短片在宇宙学中，暗物质是指那些自身不发射电磁辐射，也不与电磁波相互作用的一种物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。2011年5月，意大利暗物质探测无果，该研究结果质疑其它发

2、现暗物质结果。暗能量暗物质暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的。之所以暗能量具有如此大的力量，是因为它在宇宙的结构中约占73%，占绝对统治地位。暗能量是宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要证据有两个。一是对遥远的超新星所进行的大量观测表明，宇宙在加速膨胀。按照爱因斯坦引力场方程，加速膨胀的现象推论出宇宙中存在着压强为负的“暗能量”。湮灭第3页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日湮灭 物质和它的反物质相遇时，会发生完全的物质-能量转换，产生如光子的能量形式，此一过程即为湮灭(英文：annihil

3、ation)，又称互毁、相消、对消灭。相关研究宇宙中存在着我们看不见摸不着的“反物质世界”，它的基本属性同我们周围的世界正好相反。反物质的原子核是由反质子和反中子构成的“负核”，外有正电子环绕。反物质一旦同我们世界的“正物质”接触，便会在瞬间发生爆炸，物质和反物质变为光子或介子，产生“湮灭”现象。 英国物理学家狄拉克把量子力学与高速运动所必须的相对论力学相结合导致产生了反物质的概念。1932年，由美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子，从而证实了狄拉克的理论。 在宇宙中，天文学家们发现经常会出现一种爆炸，经过科学家们的分析，这种爆炸是由正、反物质的湮灭引起的，威力巨大，同时伴随有射线的产生

4、，景象十分壮观。第4页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日湮灭 湮灭一旦发生，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式E=mc2释放巨大的能量，就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果，很理想的化学反应可以产生1107焦耳的能量，核裂变产生81013焦耳，核聚变产生31014焦耳，而反物质的湮灭能产生91016焦耳，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。这种飞船的比冲量将是最高的，而推重比也可能是最高的，一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年，而航天飞机那

5、么巨大的燃料箱和推进器中的燃料完全可以用100毫克的反物质代替。据科学家们估算，每百万分之一克的反质子与质子发生湮灭(爆炸)后释放的能量相当于37.8公斤的TNT炸药，其威力之大令世人震惊。返回第5页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日火焰星云第6页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日马头星云第7页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日旋涡星系第8页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日银河系第9页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日草帽星系第10页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日环状星

6、系第11页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日元素工厂恒星太阳海山二地球猎户座参宿四大犬座VY星太阳比地球大100万倍巨大恒星海山二比太阳大500多万倍猎户座参宿四比海山二大300倍大犬座VY星比太阳大10亿倍地球平均直径是12742.02千米 短片第12页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日超新星太阳比太阳大1.5倍比太阳大8倍比太阳大30倍比太阳大100+倍红巨星双子超新星中子星脉冲星中子星磁星黑洞第13页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日黑洞 黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面

7、发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。2011年12月，天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程 恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉

8、末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量伽马射线。 也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素氦元素。接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳

9、定不能参与聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌第14页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日伽马射线暴 伽马射线暴简称为“伽马暴”，是宇宙中伽马射线突然增强的一种现象。伽马射线是波长小于0.1纳米的电磁波，是比X射线能量还高的一种辐射，伽马射线暴的能量非常高，所释放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并论，但是持续时间很短，长的一般为几十秒，短的只有十分之几秒，而且它的亮度变化也是复杂而且无规律的。 第15页，共17页，2022年，5月20日，7点55分，星期日感想 目前，我们所知道的天文学知识很少，真正的天文学学习需要掌握很多知识（特别是理工学科），需要有足够的想象力 中国不是很重视这门学科。但是作为了解，天文学学起来真的很有意思。 天文学虽然在实际生活中没什么用，但是，如果没有天文学的发展，就没有原子弹的发明、就没有量子力学的发展、就没有当今发达的科技水平。 天文学让人