了解一下，宇宙物質(zhì)的基本規(guī)律和物質(zhì)狀態(tài)，泡妞更拉風(fēng)

這個(gè)話題還是我上大學(xué)的時(shí)候，哥兒幾個(gè)在寢室里臥談的時(shí)候提起來(lái)的。那時(shí)候，物理系的畢業(yè)生工作不好找，大家沒(méi)事就一起討論畢業(yè)了能干啥，最后一致認(rèn)為，跟妹子聊聊物理，一定相當(dāng)拉風(fēng)。所以本文的寫作目的就是要給還沒(méi)找到另一半的兄弟們普及天體物理知識(shí)，增加點(diǎn)飯后的談資。

天體不僅包括我們通常所說(shuō)的恒星、行星、星系，還包括很多的星云和其它的宇宙塵埃，這些天體的物理狀態(tài)涵蓋非常廣的范圍，天體物理就是一門解釋天體的層次化和各層次的結(jié)構(gòu)和演化的科學(xué)。

天體物理學(xué)是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的，由于天體同樣是由原子、分子、離子、電子、光子、原子核等微觀粒子所形成的巨大集團(tuán)，所以，物理學(xué)中關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)和相互作用的定理定律都是描述天體現(xiàn)象的基本定律。

在宇宙中，沒(méi)有完全孤立不受其它粒子相互作用的粒子，規(guī)律通常是通過(guò)所謂的“因果關(guān)系”存在于世界之中，因果關(guān)系通過(guò)粒子間的相互作用體現(xiàn)出來(lái)。在物理學(xué)中，表現(xiàn)為最基本的四種相互作用：電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用和引力相互作用。

對(duì)于構(gòu)成天體的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，大部分都處于熱動(dòng)平衡狀態(tài)，所以熱力學(xué)也是天體物理學(xué)的另一個(gè)基礎(chǔ)。

由于目前的物理學(xué)仍然不夠完整，同時(shí)宇宙又是如此復(fù)雜，所以并不能用已知的物理定律演繹和推導(dǎo)出全部的天文學(xué)。但這并不影響天文學(xué)家把物理和數(shù)學(xué)作為闡明天文觀測(cè)資料的最基本工具。

目前，我們所說(shuō)的宇宙指的是可觀測(cè)宇宙，用科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)就是哈勃球之內(nèi)，這是一個(gè)以地球?yàn)橹行目臻g半徑大約460億光年，時(shí)間跨度為130億年的一個(gè)巨大球形時(shí)空。在這個(gè)時(shí)空之內(nèi)，擁有非零質(zhì)量的粒子數(shù)目約為10^80。

宇宙中所有的粒子都是由基本粒子組成，從最簡(jiǎn)單的氫原子到星系團(tuán)。這些粒子彼此相互作用，這些相互作用形成基本粒子的更高層次的系統(tǒng)，也就是宇宙的結(jié)構(gòu)和演化的起因。

有高中物理知識(shí)的小伙伴就可以知道，物質(zhì)的性質(zhì)取決于構(gòu)成粒子的能量和密度，天體的物態(tài)與構(gòu)成他們的粒子的溫度和密度密切相關(guān)。宇宙中天體的演化過(guò)程表現(xiàn)為物質(zhì)從某種狀態(tài)躍遷到另一種狀態(tài)。在某個(gè)具體狀態(tài)下的物質(zhì)的豐度又隨著時(shí)間變化而改變。

按照宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)，我們的宇宙在最初時(shí)，物質(zhì)處于原始的火球狀態(tài)，隨著這個(gè)火球膨脹，物質(zhì)在引力下收縮，強(qiáng)相互作用和電磁相互作用使粒子形成所有的其它物理狀態(tài)。

由于物質(zhì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中同時(shí)伴隨著能量的吸收和釋放，當(dāng)?shù)入x子體被擠壓成中子氣時(shí)，必須由壓縮提供巨大的機(jī)械能量，對(duì)于演化末期的恒星來(lái)說(shuō)，這些能量來(lái)自引力造成的塌縮。一顆恒星究竟能演化成白矮星還是中子星，取決于恒星的質(zhì)量大小，即其自身能產(chǎn)生的引力大小。

宇宙中物質(zhì)的密度范圍跨度極大，高密度物質(zhì)和稀薄的物質(zhì)其密度相差40多個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)宇宙中物質(zhì)的溫度范圍同樣是極大，至少可以相差14個(gè)量級(jí)。粒子的動(dòng)能范圍則更廣，大約有28個(gè)量級(jí)。

空間天文儀器檢測(cè)到的宇宙高能粒子，其能量可以達(dá)到10^21eV，而目前實(shí)驗(yàn)室中的粒子加速器只能達(dá)到10^11 eV?？梢钥闯觯瑹o(wú)論是密度、溫度還是能量，物理學(xué)家們能實(shí)現(xiàn)的物理?xiàng)l件是無(wú)法與宇宙中存在的極端物理?xiàng)l件相比的。

在人類生存的地球上，物質(zhì)有四種狀態(tài)，即：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)。前面三種在宇宙中罕有，但第四種卻是宇宙中最主要的物態(tài)。所謂的等離子態(tài)，其實(shí)就是由離子、電子和中性原子組成的物質(zhì)聚集狀態(tài)。在完全電離的情況下，等離子僅由離子和電子組成。我們的太陽(yáng)就是這樣一個(gè)巨大的等離子球。

宇宙中所有的物質(zhì)的原子都經(jīng)歷過(guò)等離子這個(gè)物態(tài)，在星系的前階段，所有物質(zhì)以輕元素（氫和氦）等離子體形式存在。宇宙中的大部分物質(zhì)（不是全部）在某些時(shí)期都要經(jīng)歷恒星相；在熱星內(nèi)部通過(guò)損失氫而增加重元素（熱核聚變）。所以，宇宙中物質(zhì)的平均原子數(shù)是增加的，而熱核反應(yīng)則是恒星的主要能源。

我們的銀河系中，絕大部分物質(zhì)是由恒星形式的等離子體所組成，星際塵埃僅占星際物質(zhì)質(zhì)量的百分之幾，而星際物質(zhì)大約是星系質(zhì)量的百分之幾（星系中還含有暗物質(zhì)，只不過(guò)這種假說(shuō)還有待證實(shí)。）

在距離恒星較遠(yuǎn)的地方是星際物質(zhì)，它們呈中性，但在星際光子和宇宙射線的作用下，也可以產(chǎn)生微弱的電離。在銀河系中，這些星際物質(zhì)分布在銀河系的旋臂和旋臂間，平均密度大約為3X10^-8個(gè)原子每立方米。

由此可見(jiàn)，咱們的銀河系中，所有的可觀測(cè)物質(zhì)（99.9%）都是處于等離子態(tài)，星際塵埃僅占很少的部分，以太陽(yáng)系為例，固態(tài)物質(zhì)僅占0.1%，所以電磁相互作用在銀河系中占有重要地位。

文章有點(diǎn)長(zhǎng)了，就不做更多介紹了，以后有機(jī)會(huì)再為各位小伙伴補(bǔ)充。總結(jié)一下，天體物理學(xué)是天文學(xué)的一個(gè)分支，是應(yīng)用物理學(xué)的技術(shù)、方法和理論，研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的科學(xué)。同時(shí)天體物理學(xué)也是物理學(xué)的一個(gè)分支。

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