中心主题：宇宙
一级分支 1：宇宙的定义与基本特性
- 1 定义
- 包含所有空间、时间、物质和能量的总和。
- 一个没有边界、没有中心的整体。
- 2 基本特性
- 大尺度均匀性: 在极大尺度上，物质分布是均匀和各向同性的。
- 膨胀: 宇宙空间本身在不断膨胀，星系之间的距离在增大。
- 年龄: 目前公认的年龄约为 138亿年。
- 成分: 普通物质只占一小部分，大部分是神秘的暗物质和暗能量。
一级分支 2：宇宙的起源与大爆炸理论
- 1 大爆炸理论
- 核心思想: 宇宙诞生于约138亿年前一个密度和温度极高的“奇点”。
- 主要证据:
- 宇宙微波背景辐射: 大爆炸的“余晖”，均匀分布于整个宇宙。
- 星系红移: 观测到绝大多数星系都在离我们远去，且距离越远，退行速度越快（哈勃-勒梅特定律）。
- 轻元素丰度: 宇宙中氢、氦等轻元素的比例与大爆炸模型的预测高度吻合。
- 2 宇宙演化时间线
- 普朗克时期 (10⁻⁴³秒): 物理定律诞生的开端。
- 大统一时期 (10⁻³⁶秒): 强、弱、电磁力统一。
- 暴胀时期 (10⁻³⁶秒 - 10⁻³²秒): 宇宙在极短时间内呈指数级膨胀。
- 夸克-胶子等离子体期 (10⁻⁶秒): 基本粒子形成。
- 核合成时期 (3分钟 - 20分钟): 形成第一批原子核（主要是氢和氦）。
- 复合时期 (约38万年后): 电子与原子核结合，形成中性原子，光子得以自由传播，成为CMB。
- 黑暗时期 (38万年后 - 1亿年): 宇宙中几乎没有恒星发光，一片黑暗。
- 再电离时期 (约1亿年): 第一批恒星和星系形成，照亮宇宙。
- 现代宇宙: 星系、恒星、行星系统形成与演化。
一级分支 3：宇宙的结构与尺度
- 1 层次结构
- 地球 → 太阳系 → 银河系 → 本星系群 → 室女座超星系团 → 拉尼亚凯亚超星系团
- 星系: 恒星、气体、尘埃、暗物质的巨大集合体。
- 类型: 螺旋星系 (如银河系)、椭圆星系、不规则星系。
- 星系团: 由数百到数千个星系在引力作用下聚集而成。
- 超星系团: 由多个星系团组成的更大结构。
- 宇宙网: 宇宙中最大的结构，由纤维状的星系团和巨大的空洞组成。
- 2 可观测宇宙
- 定义：以地球为中心，由于光速有限，我们能接收到的信息所及的宇宙范围。
- 半径: 约 465亿光年（由于宇宙膨胀，这个距离大于138亿光年）。
- 边界: 以外的事件，其光尚未有时间到达地球。
一级分支 4：宇宙的成分
- 1 普通物质 (Baryonic Matter, ~5%)
- 构成恒星、行星、人类等一切我们能看见和触摸到的东西。
- 元素组成：氢 (~74%)、氦 (~24%)、以及其他重元素 (~2%)。
- 2 暗物质 (Dark Matter, ~27%)
- 特性: 不发光、不吸收电磁波，仅通过引力作用被“感知”。
- 作用: 提供额外的引力，将星系和星系团“粘合”在一起，否则它们会因旋转速度过快而分崩离析。
- 候选粒子: WIMPs (弱相互作用大质量粒子)、轴子等，但尚未被直接探测到。
- 3 暗能量 (Dark Energy, ~68%)
- 特性: 一种遍布宇宙的、具有负压强的能量形式。
- 作用: 推动宇宙加速膨胀。
- 本质: 是21世纪最大的物理学谜团之一，可能是宇宙的“真空能”或爱因斯坦“宇宙常数”的现代诠释。
一级分支 5：宇宙中的天体
- 1 恒星
- 定义：由引力凝聚在一起的发光等离子体球体。
- 生命周期: 星云 → 原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 白矮星/中子星/黑洞 (取决于质量)。
- 2 行星
- 定义：围绕恒星运行、自身不发光、质量足够大能形成球体、清空轨道附近其他天体的天体。
- 类型: 岩石行星 (如地球)、气态巨行星 (如木星)。
- 3 矮行星
定义：围绕恒星运行、质量足够大能形成球体，但未能清空轨道附近其他天体的天体 (如冥王星、谷神星)。
- 4 小行星与彗星
- 小行星: 主要位于火星和木星之间的小岩石天体。
- 彗星: 由冰、尘埃和岩石组成，靠近太阳时会形成“彗尾”。
- 5 黑洞
- 定义：时空区域，引力强大到连光都无法逃逸。
- 类型:
- 恒星级黑洞: 大质量恒星死亡后的坍缩形成。
- 超大质量黑洞: 位于大多数星系中心，质量可达太阳的数十亿倍 (如银河系中心的人马座A*)。
- 原初黑洞: 可能在大爆炸后早期形成。
一级分支 6：宇宙的终极命运
- 1 大撕裂
- 前提: 暗能量的排斥力不断增强。
- 过程: 首先撕裂星系团，然后是星系，接着是恒星系统，最终撕裂原子和原子核。
- 2 大冻结 (热寂)
- 前提: 暗能量保持稳定，宇宙持续加速膨胀。
- 过程: 宇宙温度趋近于绝对零度，所有恒星燃料耗尽，宇宙变成一个黑暗、寒冷、空旷的地方，只剩下一些基本粒子。
- 3 大挤压
- 前提: 暗能量减弱或引力最终占据主导。
- 过程: 宇宙膨胀停止并开始收缩，所有物质最终坍缩回一个奇点，可能引发另一次大爆炸（循环宇宙论）。
一级分支 7：人类探索与认知
- 1 观测工具
- 地面望远镜: 光学、射电、红外望远镜 (如哈勃、韦伯空间望远镜的地面部分)。
- 空间望远镜: 避免大气层干扰，观测更广阔的波段 (如哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦伯空间望远镜)。
- 探测器: 飞往其他行星和天体进行实地探测 (如旅行者号、新视野号)。
- 2 理论框架
- 广义相对论: 描述引力是时空的弯曲。
- 量子力学: 描述微观世界的物理规律。
- 宇宙学标准模型 (ΛCDM模型): 描述宇宙大尺度结构和演化的主流理论。
- 3 未解之谜
- 暗物质的本质是什么？
- 暗能量的本质是什么？
- 宇宙的起源是什么（大爆炸之前是什么）？
- 宇宙是唯一的吗？（多重宇宙假说）
- 生命的普遍性？
