了解一下，宇宙物質的基本規律和物質狀態，泡妞更拉風

這個話題還是我上大學的時候，哥兒幾個在寢室里臥談的時候提起來的。那時候，物理系的畢業生工作不好找，大家沒事就一起討論畢業了能干啥，最后一致認為，跟妹子聊聊物理，一定相當拉風。所以本文的寫作目的就是要給還沒找到另一半的兄弟們普及天體物理知識，增加點飯后的談資。

天體不僅包括我們通常所說的恒星、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構和演化的科學。

天體物理學是以物理學為基礎的，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，所以，物理學中關于粒子運動和相互作用的定理定律都是描述天體現象的基本定律。

在宇宙中，沒有完全孤立不受其它粒子相互作用的粒子，規律通常是通過所謂的“因果關系”存在于世界之中，因果關系通過粒子間的相互作用體現出來。在物理學中，表現為最基本的四種相互作用：電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用和引力相互作用。

對于構成天體的物質來說，大部分都處于熱動平衡狀態，所以熱力學也是天體物理學的另一個基礎。

由于目前的物理學仍然不夠完整，同時宇宙又是如此復雜，所以并不能用已知的物理定律演繹和推導出全部的天文學。但這并不影響天文學家把物理和數學作為闡明天文觀測資料的最基本工具。

目前，我們所說的宇宙指的是可觀測宇宙，用科學術語來說就是哈勃球之內，這是一個以地球為中心空間半徑大約460億光年，時間跨度為130億年的一個巨大球形時空。在這個時空之內，擁有非零質量的粒子數目約為10^80。

宇宙中所有的粒子都是由基本粒子組成，從最簡單的氫原子到星系團。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，也就是宇宙的結構和演化的起因。

有高中物理知識的小伙伴就可以知道，物質的性質取決于構成粒子的能量和密度，天體的物態與構成他們的粒子的溫度和密度密切相關。宇宙中天體的演化過程表現為物質從某種狀態躍遷到另一種狀態。在某個具體狀態下的物質的豐度又隨著時間變化而改變。

按照宇宙大爆炸學說，我們的宇宙在最初時，物質處于原始的火球狀態，隨著這個火球膨脹，物質在引力下收縮，強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。

由于物質在狀態轉變過程中同時伴隨著能量的吸收和釋放，當等離子體被擠壓成中子氣時，必須由壓縮提供巨大的機械能量，對于演化末期的恒星來說，這些能量來自引力造成的塌縮。一顆恒星究竟能演化成白矮星還是中子星，取決于恒星的質量大小，即其自身能產生的引力大小。

宇宙中物質的密度范圍跨度極大，高密度物質和稀薄的物質其密度相差40多個數量級。同時宇宙中物質的溫度范圍同樣是極大，至少可以相差14個量級。粒子的動能范圍則更廣，大約有28個量級。

空間天文儀器檢測到的宇宙高能粒子，其能量可以達到10^21eV，而目前實驗室中的粒子加速器只能達到10^11 eV。可以看出，無論是密度、溫度還是能量，物理學家們能實現的物理條件是無法與宇宙中存在的極端物理條件相比的。

在人類生存的地球上，物質有四種狀態，即：固態、液態、氣態和等離子態。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。所謂的等離子態，其實就是由離子、電子和中性原子組成的物質聚集狀態。在完全電離的情況下，等離子僅由離子和電子組成。我們的太陽就是這樣一個巨大的等離子球。

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

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

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

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

文章有點長了，就不做更多介紹了，以后有機會再為各位小伙伴補充。總結一下，天體物理學是天文學的一個分支，是應用物理學的技術、方法和理論，研究天體的形態、結構、化學組成、物理狀態和演化規律的科學。同時天體物理學也是物理學的一個分支。

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