第十三章核天体物理学基础 对于核物理和粒子物理工作者而言,早期宇宙是一 个难得的天然加速器,它所提供的粒子能量和密度是人 工方法永远无法企及的。尽管不可能对早期宇宙中的现 象做任何直接测量,但是通过对最终产物的分析和对各 种反应的实验室研究,我们可以推知当时的许多情况。 实际上,现在流行的大爆炸宇宙学正是基于广义相对 论、粒子物理的标准模型、粒子与核反应数据、以及 些合理的假设。任何理论都必须首先能导出宇宙中早期 形成的轻同位素的丰度。进一步是确定在恒星中重元素 的形成原因
第十三章 核 天 体 物 理 学 基 础 对于核物理和粒子物理工作者而言，早期宇宙是一 个难得的天然加速器，它所提供的粒子能量和密度是人 工方法永远无法企及的。尽管不可能对早期宇宙中的现 象做任何直接测量，但是通过对最终产物的分析和对各 种反应的实验室研究，我们可以推知当时的许多情况 。 实际上，现在流行的大爆炸宇宙学正是基于广义相对 论、粒子物理的标准模型、粒子与核反应数据、以及一 些合理的假设。任何理论都必须首先能导出宇宙中早期 形成的轻同位素的丰度。进一步是确定在恒星中重元素 的形成原因
从地球的角度看,宇宙的演化可以分为四个阶段: 原初核合成和原子的形成(约10年); 星系凝聚(约20亿年); 恒星核合成; 太阳系的形成(约50亿年
从地球的角度看，宇宙的演化可以分为四个阶段： 原初核合成和原子的形成 ( 约10 6 年 )； 星系凝聚 ( 约20亿年 )； 恒星核合成； 太阳系的形成 ( 约50亿年
§13.1大爆炸及其实验依据 二十世纪最重大的发现之一,就是宇宙的膨胀。这一现象 是哈伯在分析遥远星系的光谱时发现的。由遥远星系发出的光 谱线,相对于地球上同样光源发出的谱线,向长波方向移动, 这就是所谓的“红移”现象。与多普勒效应相类似,“红移”表明 了光的发射体以一定的速度相对于地球远去。哈伯分析了星系 后退的速度,并得到了哈伯定律: v=Hd (13.1-1) H是与距离无关的常量,被称为哈伯常量,即与距离无关。 实验定的哈伯常量误差很大,分布在50-100km/Mp之 间。分析表明,哈伯常量的平均值是67kms1/Mpc。Mpc是 天文上使用的距离单位,一个Mpc等于3,26X10光年
§13.1 大爆炸及其实验依据 二十世纪最重大的发现之一，就是宇宙的膨胀。这一现象 是哈伯在分析遥远星系的光谱时发现的。由遥远星系发出的光 谱线，相对于地球上同样光源发出的谱线，向长波方向移动， 这就是所谓的“红移”现象。与多普勒效应相类似，“红移”表明 了光的发射体以一定的速度相对于地球远去。哈伯分析了星系 后退的速度，并得到了哈伯定律： = Hdv − )11.13( H是与距离无关的常量，被称为哈伯常量，即与距离无关。 实验定的哈伯常量误差很大，分布在50-100 km/s/Mpc之 间。分析表明，哈伯常量的平均值是67 km.s-1/Mpc。Mpc是 天文上使用的距离单位，一个Mpc等于3.26 x 106光年
13,000 12,000 H=100 11,000 10,000 9000 H=67 8000 7000 6000 H=50 5000 4000 3000 2000 1000 80 100 120 140 160180200 距离aMpc 图13-1当今的星系距离与后退速度之间的关系
依据现在观测的结果,膨胀是宇宙的基本性质。但由于万有 引力的作用,膨胀的特性是随时间变化的,即哈伯常量实际 上是时间的函数。我们定义R(为宇宙中任意星系间的典型距 离,由哈伯定律: I dR H (131-2) r dt 利用广义相对论,可以导出H的时间依赖关系: H 2(dR/dt 8ZG 3小k (13.1-3) R R23 其中G是牛顿引力常量,ρ是宇宙的平均质量能量密 度,它是随时间变化的。k是由基本时空几何决定的参量 k=0对应“平缓”的空间;k=+1对应“封闭”的空间;k=-1对应 鞍状的弯曲空间。A是天体常量,在这里的讨论中可以略 去
依据现在观测的结果，膨胀是宇宙的基本性质。但由于万有 引力的作用，膨胀的特性是随时间变化的，即哈伯常量实际 上是时间的函数。我们定义 R ( t)为宇宙中任意星系间的典型距 离，由哈伯定律： )21.13( d d1 = − t R R H 利用广义相对论，可以导出 H的时间依赖关系： )31.13( 3 )( 3 8)d/d( 2 2 2 2 2 − Λ = = +− R kc t G R tR H ρ π 其中 G是牛顿引力常量，ρ是宇宙的平均质量能量密 度，它是随时间变化的。 k是由基本时空几何决定的参量： k=0对应 “平缓 ”的空间； k=+1对应 “封闭 ”的空间； k= -1对应 鞍状的弯曲空间。 Λ是天体常量，在这里的讨论中可以略 去