презентація за темою "Еволюція всесвіту"

Еволюція Всесвіту. Долгачова о.а.

Основні концепції космологіїПротягом всієї історії цивілізації людство прагне пізнати навколишній світ і зрозуміти, яке місце воно займає у Всесвіті. Всесвіт - найбільша матеріальна система. Її походження цікавить людей ще з давніх часів. Спочатку Всесвіт був «пустий та порожій» - так сказано в біблії. Спочатку був вакуум – уточнюють сучасні фізики. Які ж джерела походження Всесвіту? Як вона розвивається? Яка її структура? На ці та інші питання намагалися відповісти вчені різних часів. Проте навіть найбільші досягнення природознавства ХХ в. не дозволяють дати повністю вичерпні відповіді. Все́світ — весь матеріальний світ, різноманітний за формами, що їх набуває матерія й енергія, разом з усіма галактиками, зорями, планетами та іншими астрономічними об'єктами.. Ва́куум або порожня́ — багатозначний фізичний термін, який у залежності від контексту може означати:*розріджений стан газу, тиск якого менший від атмосферного. Такий вакуум ще називають частковим;*ідеалізовану абстракцію, простір, у якому немає зовсім речовини. Такий вакуум називають ідеальним;*фізичну систему без частинок і квантів поля. Це найнижчий стан квантової системи, при якому її енергія є мінімальною, який називають вакуумним станом. Згідно з принципом невизначеності для такого вакууму певна частина фізичних величин не може бути точно визначеною.

Припущення А. Ейнштейна. Прийнято вважати, що основні положення сучасної космології - науки про будову і еволюцію Всесвіту почали формуватися після створення в 1917 р. А. Ейнштейном першої релятивістської моделі,заснованої на теорії гравітації і претендувала на опис всього Всесвіту. Ця модель характеризуваластаціонарний стан Всесвіту і, як показали астрофізичні спостереження, виявилася невірною. Космоло́гія  — вчення про Всесвіт у цілому та про місце людства у ньому. Незважаючи на давність самого вчення, термін «космологія» був уперше введений філософом Христіаном Вольфом  лише в 1730 році — і в наш час використовується в фізиці, філософії, езотериці та релігії. У 1690 році женевський математик Нікола Фатіо де Дюйє, а згодом в 1756 Жорж Луї Лесаж в Женеві запропонували просту кінетичну теорію гравітації, яка дала механічне пояснення рівняння сили Ньютона. Через те, що робота Фатіо була широко відома і залишалася неопублікованою тривалий час, саме опис теорії Ле Сажем став темою підвищеного інтересу в кінці XIX століття, коли дана теорія була вивчена в контексті щойно відкритої кінетичної теорії газів.

Висновки а. А. Фрідмана. Важливий крок у вирішенні проблем космологічних зробив у 1922 р.професор Петроградського університету А. А. Фрідман (1888-1925). Урезультаті рішення космологічнихрівнянь він прийшов до висновку: Всесвіт не може, знаходиться встаціонарному стані - він повинен розширюватися або звужуватися. А. А. Фрідман-  російський і радянський математик, фізик і геофізик, творець теорії нестаціонарного Всесвіту, автор рівнянь Фрідмана. Теорія стаціонарного всесвіту — космологічна модель, за якою Всесвіт існував вічно й не змінювався, при чому його розширення компенсується постійним творенням речовини. Ця модель, сформульована наприкінці 1940-их, довгий час конкурувала з теорією Великого вибуху, однак нові астрофізичні дані, зокрема відкриття реліктового випромінювання, призвели до її дискредитації і до затвердження думки про скінченний вік Всесвіту.

Емпіричний закон - закон Хаббла. Наступний крок був зроблений в 1924 р., коли в обсерваторії Маунт Вілсон в Каліфорнії американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) виміряв відстань до найближчих галактик (у той часзваних туманностями) і тим самим відкрив світ галактик. У 1929 р. в тій же обсерваторії Е. Хаббл по червоному зсуву ліній у спектрі випромінювання галактик експериментально підтвердив теоретичний висновок А. А. Фрідмана про розширення Всесвіту івстановив Емпіричний закон. Ма́унт-Ві́лсон  — астрономічна обсерваторія на горі Вільсон (висота 1742 метри), на північний захід від Лос-Анджелеса, Каліфорнія. Емпіричний закон - закон Хаббла:швидкість віддалення галактики V прямо пропорційнавідстані r до неї, тобто V = Hr, де H - постійна Хаббла. Едвін Габбл — американський астроном; дослідник галактик, позагалактичних туманностей, сформулював закон Габбла, створив класифікацію галактик.

Гіпотези Г. А. Гамова. У міру розвитку природознавства і особливо ядерної фізики висуваються різні гіпотези про фізичні процеси на різних етапах космологічного розширення. Одна з них запропонована наприкінці 40 х рр.. ХХ ст. Г. А. Гамовим і називається моделлю гарячого Всесвіту. У ній розглянуті ядерні процеси, що протікали в початковий момент розширення Всесвіту в дуже щільному речовині з надзвичайно високою температурою. З розширенням Всесвіту щільне речовина охолоджувалося. З цієї моделі слідує два висновки:- Речовина, з якої зароджувалися перші зірки, складалася в основному з водню (75%) і гелію (25%);- В сьогоднішньому Всесвіті повинно спостерігатися слабкеелектромагнітне випромінювання, яке зберегло пам'ять пропочатковий етап розвитку Всесвіту, і тому назване реліктовим... Джордж Гамов (1904-1968), фізик теоретик, емігрував у 1933 р. з Радянського Союзу в СШАТеорія гарячого Всесвіту — теорія фізичних процесів у Всесвіті, що розширюється, за якою в минулому Всесвіт мав значно більшу ніж сьогодні густину матерії та дуже високу температуру. Першим цю теорію запропонував Джордж Гамов у 1948 для пояснення розповсюдженості хімічних елементів та їхніх ізотопів..

Реліктове випромінювання. А. Пензіса і Р. Вільсона. З розвитком астрономічних засобів спостереження, і зокрема, з народженням радіоастрономії, з'явилися нові можливості пізнання Всесвіту. У 1965 р. американські астрофізики А. Пензіас і Р. Вільсон експериментально виявили реліктове випромінювання. У 2000 р. повідомлялося: зроблено важливий крок на шляху розуміння самого раннього етапу еволюції Всесвіту. У лабораторії європейських ядерних досліджень в Женеві отримано новий стан матерії - кварк –глюонна плазма. Передбачається, щов такому стані Всесвіт перебувала в перші 10 мкс після великого вибуху. До цих пір вдавалося охарактеризувати ево- люцію матерії на стадії не раніше трьох хвилин після вибуху, коли вже сформувалися ядра атомів.. Реліктове випромінювання - це фонове ізотропне космічне випромінювання зі спектром, близьким до спектру випромінювання абсолютно чорного тіла з температуроюблизько 3 К.. Ква́рки  — елементарні частинки і фундаментальні складові матерії. Кварки об'єднуються, створюючи композитні частинки, адрони, в тому числі й найбільш стабільні серед них протони і нейтрони, складові атомних ядер[1]. Через явище конфайнменту, кварки ніколи не спостерігалися в вільному стані; вони можуть бути знайдені тільки в межах адронів, таких як мезони і баріони. Велика частина того, що відомо про кварки було взято зі спостережень адронів.

Модель гарячого Всесвіту. Всесвіт - це сукупність усього, що існує. Земля, Місяць, Сонце і всі планети і зірки утворюють Всесвіт. Всесвіт повний великими і хвилюючими таємницями і загадками, які вчені намагаються розгадати. Багато висувають теорії щодо її походження. Вони стверджують, що Всесвіт існував не завжди, та мав свій початок. Виходячи з досліджень зірок і галактик, вчені помітили, що вони відокремлюються один від одного з великою швидкістю. Це дозволяє припустити, що в якийсь момент вони були з'єднані. Досвід, який пропонується для пояснення, яким був початок Всесвіту, полягає в тому, що повітряну кулю розмальовують невеликими плямами. Коли кулю надувають, відстань між плямами збільшується, і плями також стають все більше. У цьому досвіді плями являють собою галактики, а надування кулі – поширення Всесвіту.

Космологія Великого Вибуху. Бельгійський астроном Жорж Ламетр, що вивчав зірки, висловив припущення, що 15 мільярдівроків тому Всесвіт був маленьким і дуже щільним. Це стан Всесвіту він назвав «космічним яйцем». Відповідно до його розрахунків, радіус Всесвіту в первісному стані був рівний 10 см, що близько за розмірами до радіуса електрона, а його щільність становила 1910 г/ см, тобто. Всесвіт представляв собою мікрооб'єкт мізерно малих розмірів. Від первісного стану Всесвіт перейшов до розширення в результаті Великого вибуху, тобто всяматерія, що входила до складу «космічного яйця», вирвалася назовні з великою швидкістю і розлетілася на всіх напрямках. Сучасні галактики були фрагментами цього «яйця», що вибухнуло. Зірки галактик у свою чергу розвивалися, поки не прийняли сучасний стан. Зазвичай для визначення цього явища використовують англійський вираз Big Bang, що означає «великий вибух». Вели́кий ви́бух  — фізико-космологічна теорія про ранню стадію еволюції Всесвіту з надзвичайно щільного та гарячого стану, який існував приблизно 13,8 мільярда років тому. Теорія ґрунтується на екстраполяції в минуле факту розбігання галактик за законом Габбла та на моделі Всесвіту, запропонованій Георгієм Гамовим.

Космологія Великого Вибуху. Отже, в основі сучасних уявлень про еволюцію Всесвіту лежить модель гарячого Всесвіту, або «Великого Вибуху». Учень А. А. Фрідмана Г. А. Гамов розробив модель гарячого Всесвіту, розглянувши ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту, і назвав її «космологією Великого Вибуху». Ключ до розуміння ранніх етапів еволюції Всесвіту - в гігантської кількості теплоти, що виділилася при Великому Вибуху. У найпростішому варіанті теорії гарячого Всесвітупередбачається, що Всесвіт виник спонтанно в результаті вибуху зі стану з дуже великою густиною і енергією. З розширенням Всесвіту температура падала від дуже великий до низької, забезпечуючи виникнення умов, сприятливих для утворення зірок і галактик. Напротязі близько 1 млн. років температура перевищувала кілька тисяч градусів, що перешкоджало утворенню атомів, і, отже, космічна речовина мала вигляд розігрітій плазми. Лише коли температура знизилася, виникли перші атоми. Таким чином, атоми - це релікти епохи, що настала через 1 млн. років після Великого Вибуху.

Поділ початкової стадії еволюції на ери. Ера адронів (важких часток, що вступають у сильні взаємодії). Тривалість ери 0,0001 с, температура 10 градусів за Кельвіном, щільність 10 см. У кінець ери відбувається анігіляція частинок і античастинок, але залишається деяка кількість протонів, гіперонів, мезонів. Ера лептонів (легких частинок, що вступають в електромагнітну взаємодію). Тривалість ери 10 с, температура 10 градусів за Кельвіном,щільність 10 / см. Основну роль відіграють легкі частинки, що беруть участь в реакціях між протонами і нейтронами. Фотонна ера. Тривалість 1 млн. років. Основна частка маси – енергії Всесвіту - припадає на фотони. До кінця ери температура падає з 10 до 3000 градусів за Кельвіном, щільність - від 10 г / см до 1910 г / см. Головну роль грає випромінювання, яке в кінець ери відділяється від речовини. Зоряна ера настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зоряну еру починається процес утворення протозірок і протогалактік. Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

Структура Всесвіту. Метагалактика - частина Всесвіту, доступна дослідженню астрономічними засобами, що відповідають досягнутому рівню розвитку науки. Галактики - гігантська система, що складається з скупчень зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію. За формою галактики умовно поділяються на три типи: еліптичні, спіральні й неправильні. Зірки - розпечені кулі, подібні Сонцю, їх фізичні характеристики розрізняються досить істотно. Є, наприклад, зірки - гіганти і надгіганти. За своїми розмірами вони перевершують Сонце. Окрім зірок гігантів існують і зірки - карлики, значно поступаю-ться засвоїми розмірами до Сонця. Деякі карлики менше Землі і навіть Місяця. Сонячна система являє собою групу небесних тіл, вельми різних зарозмірами і фізичній будові. В цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет, незліченна безліч метеоритних тел. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла Сонця.

Висновки. Всесвіт у широкому сенсі - це середовище нашого існування. Тому важливе значення для практичної діяльності людини має та обставина, що у Всесвіті панують незворотні фізичні процеси, що вона змінюється з часом, знаходиться в постійному розвитку. Людина приступила до освоєння космосу, вийшла у відкритий космічний простір. Наші звершення набувають все більшого розмаху, глобальні і навіть космічні масштаби. І для того, щоб врахувати їхні близькі та віддалені наслідки, ті зміни, які вони можуть внести в стан середовища нашого існування, в тому числі і космічної, ми повинні вивчати не тільки земні явища і процеси, але й закономірності космічного масштабу. Велике щастя для нас, що в первинній речовині був надлишок протонів над нейтронами. Завдяки цьому залишилися у Всесвіті незв'язані протони, і згодом утворився водень, без якого не світило б сонце, не було б води, не могла виникнути життя. Не було б життя, не було б і людства. Картина еволюції Всесвіту, яка відкрилася перед нами, вражає уяву і дивує. Не перестаючи дивувати, не слід забувати, що все це відкрила людина - мешканець маленької порошинки, загубленої в безмежних просторах Всесвіту, - планети Земля.

Дякую за увагу!