宇宙中所有原子质子中子夸克电子是怎么产生的

来源：学生作业帮编辑：百度作业网作业帮分类：物理作业时间：2024/06/16 12:49:08

宇宙是大爆炸形成的,爆炸的“0”秒至10^-37秒是目前所未知的一种“能态”或“场态”,只有物量没有物质的状态,类似于老庄哲学的“无”,也可能是黑洞中物质“无可奈何时”待暴发的极限状态,是所有宇宙物质都达到光速时的状态.这些只能猜测.
现代高能物理实验能反演大爆炸的除0秒至10^-11秒后原子、质子、中子、夸克、电子的诞生过程.爆炸的10^-37秒至10^-11秒还属于推测.
约距今137亿年前,大约在膨胀进行到10^-37秒时,产生了一种相变使宇宙发生暴涨,在此期间宇宙的膨胀是呈指数增长的.当暴涨结束后,构成宇宙的物质包括夸克－胶子等离子体,以及其他所有基本粒子.此时的宇宙仍然非常炽热,以至于粒子都在做着相对论性的高速随机运动,而粒子－反粒子对在此期间也通过碰撞不断地创生和湮灭,从而宇宙中粒子和反粒子的数量是相等的（宇宙中的总重子数为零）.直到其后的某个时刻,一种未知的违反重子数守恒的反应过程出现,它使夸克和轻子的数量略微超过了反夸克和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上,这一过程被称作重子数产生.这一机制导致了当今宇宙中物质相对于反物质的主导地位.
　随着宇宙的膨胀和温度进一步的降低,粒子所具有的能量也普遍逐渐下降.当能量降低到1太电子伏特（10^12eV）时产生了对称破缺,这一相变使基本粒子和基本相互作用形成了当今我们看到的样子.宇宙诞生的10^-11秒之后,大爆炸模型中猜测的成分就进一步减少了,因为此时的粒子能量已经降低到了高能物理实验所能企及的范围.10^-6秒之后,夸克和胶子结合形成了诸如质子和中子的重子族,由于夸克的数量要略高于反夸克,重子的数量也要略高于反重子.此时宇宙的温度已经降低到不足以产生新的质子－反质子对（类似地,也不能产生新的中子－反中子对）,从而即刻导致了粒子和反粒子之间的质量湮灭,这使得原有的质子和中子仅有十亿分之一的数量保留下来,而对应的所有反粒子则全部湮灭.大约在1秒之后,电子和正电子之间也发生了类似的过程.经过这一系列的湮灭,剩余的质子、中子和电子的速度降低到相对论性以下,而此时的宇宙能量密度的主要贡献来自湮灭产生的大量光子（少部分来自中微子）.
　　在大爆炸发生的几分钟后,宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级,密度降低到大约空气密度的水平.少数质子和所有中子结合,组成氘和氦的原子核,这个过程叫做太初核合成.而大多数质子没有与中子结合,形成了氢的原子核.随着宇宙的冷却,宇宙能量密度的主要来自静止质量产生的引力的贡献,并超过原先光子以辐射形式的能量密度.在大约37.9万年之后,电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子）,而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播,这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射.

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