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《最初三分钟》读书笔记

2021-02-19 15:12:35   24  举报

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《最初三分钟》读书笔记

物理学

宇宙起源

大爆炸

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大纲/内容

作者：史蒂文温伯格（Steven Weinberg） 物理学家，建立“弱电统一理论”模型

https://www.amazon.cn/dp/B016I24BUI

经典物理学认为，世界上主要存在两种东西：一种叫物质，另一种叫能量。 E=mc^2告诉我们，物质和能量其实是一回事。

宇宙里绝大多数物质都是有质子和中子组成。比例是7:1

中子β衰变 

中子不稳定，如果中子没有被吸纳到原子核中，而是独立存在的话，它会自动放出一个电子，从而衰变成质子。

前提：中子处于自由状态

为什么是7:1

源于宇宙诞生的最初3分46秒

最重要的因素：温度

在大爆炸之后的0.01秒，宇宙的温度可能高达1000亿度

质子与中子1:1

原子核不能稳定存在

因为在极高温之下，宇宙里充满了各种高能粒子，即便质子和中子偶然集合成原子核，也会马上遭到冲击，重新分裂成碎片。

质子和中子不断转化

宇宙半径没膨胀一倍，温度下降到原来的一半

温度越低，意味着宇宙里粒子携带的平均能量在不断减少

因为能力不足，有些电子只能让中子变成质子，而不能反过来。 这样一来，导致更多的中子向质子转化。于是质子的比例增加。

大约14秒，温度降低到30亿度，质子和中子的比例已经相应的变成了83:17，差不多5:1

此时，宇宙里的电子和正电子对开始大规模地互相湮灭，而不再重新产生 很短时间里，宇宙中的电子减少了99%以上。 从此以后，质子和中子基本上就不再因为电子的撞击而相互转化。

此时，中子处在自由形态下，会发生Beta衰变（平均15分钟）

大约温度到9亿度的时候，才会出现稳定的原子核。发生在3分46秒。

中子结合成原子核后，不再处于自由形态，则不会发生Beta衰变。

3分46秒

宇宙温度降低到9亿度

质子和中子可以初步形成一个稳定的原子核

氦原子核稳定形成

此时，宇宙里剩下的中子全部被结合到了原子核中，所以中子得以长久保留。从此，宇宙里质子和中子的比例不再发生大的变化。 此时的比例为7:1

意义

对大爆炸理论的支持

理论上证明了，观察到的宇宙中的质子和中子的比例7:1，也就是氢和氦的比值3:1.

回答了“元素丰度”

即使宇宙里元素的相对含量。

关键在于，这证明了宇宙必然包括大约75%的氢和25%氦，而这完美地符合观测。

证明：大爆炸理论并不是空谈，而是一种实实在在，可以进行精确预测和检测的科学理论。

给我们的启示

不管宇宙看上去多么宏大，多么遥不可及，她仍然是可以通过科学方法去理解和预测的。只要从几个简单的假设出发，我们就可以通过物理理论，非常详细地计算出宇宙诞生的全部经过。

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