Page 282 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

衰变为质子，中子与质子数目之比为 1:7，这时中子与质子可以结合为氘核，在核里面的中
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子是稳定的，不再衰变为质子。t =3min 后，温度降到 10 K 以下，氦等轻核形成（t =3min），
根据质子、中子数目之比可以估算氦核质量约为宇宙总质量的 1/4，这与今天的观测结果很
接近。理论预言的宇宙中核的丰度与观测结果十分接近，这是对宇宙热大爆炸理论的一种支
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持。从 3min 到约 10 年，为原子核-电子时代，氢核、氦核、电子与辐射处于热平衡。到 20
万年时，宇宙温度降至 4000K，物质密度与辐射密度基本相等，自由电子开始被原子核俘获，
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形成稳定的原子。直到温度足够低时，热能不足以使原子电离，形成氢（ H）、氦（ He、
4 He）、氘（ D）、锂（ Li）等轻元素，这时光子能量已低到电离能以下，辐射脱耦，宇宙
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变得透明，物质密度超过辐射密度，宇宙进入以物质为主的原子时代。而这个 4000K 的黑
体辐射随着宇宙膨胀而不断冷却，到现在就是观测到的 2.735K 宇宙背景辐射。另外，宇宙
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中的中微子在温度降到 10 K 以下后，脱耦退出热平衡，并随宇宙膨胀冷却成为约 2K 的中
微子背景辐射。在原子时代，万有引力成为宇宙演化的支配因素，实物粒子从等离子气体演
化为气状物质，形成原始星系，进而形成星系团，然后再从中分化出星系。50 亿年后，星
系进一步凝聚成亿万颗恒星。恒星的演化动力主要源于引力作用和轻核的聚变所产生的巨大
能量，从早期星际云的的引力收缩开始，到主序星阶段，再到红巨星阶段，最后可能产生超

T kT t R
背
1K H D 景
现在 1meV 10 s 1 2K 3 He He 辐
18
4
9
太阳系 ‒10 a 7 Li 射 3K
星系 ‒10 a 中
6
12
原子形成 1eV 10 s ‒10 a e - 微 子 H + D + γ
3
物质为主 10 K 背 3 He 2+ 4 He 2+
5
结构形成 ‒1a 10 -5 景
6
1ke 10 s 辐 7 Li 3+
V 射
1MeV 1s
核合成 10 -10 n p
10 K e ±
10
-6
强子形成 1GeV 10 s
10 K
15
弱电统一 10 GeV 10 s 10 -15
-12
3
结束
10 GeV 10 s
-18
6
10 K
20
10 -20
10 GeV 10 s
-24
9
-30
10 GeV 10 s
12
10 K 10 -25
25
大统一结束 15 -36
暴涨 10 GeV 10 s
30
10 K
-42
10 GeV 10 s 10 -30
18
10 K
32
量子引力
轻 夸 胶 光
子 克 子 W,Z X,Y 子
图 14-2 宇宙演化中标度因子、温度、物质结构的变化
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