Урок "Модель гарячого Всесвіту"

План-конспект уроку астрономії в 11 класі на тему:

«Модель гарячого Всесвіту»

 Автор: Кузенко Данило Володимирович, учитель фізики Тернівського навчально-виховного комплексу с.Терни Лиманського району Донецької області.

Навчальна мета уроку: сформувати в учнів уявлення про модель гарячого Всесвіту, яка лежить в основі сучасної астрономічної картини світу.

Розвивальна мета уроку: розширити знання учнів про навколишній світ.

Виховна мета уроку: виховувати зацікавленість учнів у вивченні Всесвіту, законів його розвитку.

Обладнання: підручник, мультимедійні засоби, лабораторне обладнання.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань і вмінь

 Запитання до класу:

1. Пригадайте, яка кількість галактик у видимому Всесвіті.
2. Назвіть основні типи галактик.
3. На які класи поділяються зорі?
4. Пригадайте закон Габбла.
5. Як визначаються характеристики небесних тіл (відстані до них, маса, розмір, хімічний склад).

IІІ. Мотивація навчальної та пізнавальної діяльності

 Прийом «Проблемне питання»

 За період існування нашої цивілізації докорінно змінилися уявлення людини про Всесвіт. Наука, яка вивчає вчення про Всесвіт в цілому та про місце людства в ньому називається космологією. В цій науці на основі фізичних експериментів та астрономічних спостережень сформована сучасна астрономічна картина світу, в якій ключову роль грає теорія Великого вибуху – фізико-космологічна теорія про ранню стадію еволюції Всесвіту, який існував приблизно 13,8 мільярда років тому. Ця теорія ґрунтується на екстраполяції в минуле факту розбігання галактик за законом Габбла та на моделі гарячого Всесвіту.

 Тож давайте спробуємо дізнатися про цю теорію більш докладніше. І спробуємо відповісти на проблемне питання: «Чи можна стверджувати, що існуючі космологічні теорії повністю і достовірно пояснюють сучасні астрономічні спостереження? Чи є межа пізнання людиною Всесвіту?».

IV. Вивчення нового матеріалу

 Якщо казати про історію космологічної науки, то можна виділити дві основні теорії: теорію стаціонарного Всесвіту і теорію розширення Всесвіту. Згідно першої Всесвіт існував вічно і не змінювався, причому його розширення компенсується постійним творенням речовини. Ця теорія існувала до того часу поки не було експериментально підтверджено існування реліктового випромінювання у 1965 році. Таким чином, основою сучасної астрономічної картини світу пояснення еволюції Всесвіту є модель гарячого Всесвіту.

 Теорія гарячого Всесвіту – теорія фізичних процесів у Всесвіті, що розширюється, за якою Всесвіт у минулому мав значно більшу ніж сьогодні густину матерії та дуже високу температуру. Гіпотезу «гарячого Всесвіту» висунули бельгійський священик, астроном і математик Жорж Леметр і американський фізик-теоретик, космолог українського походження Георгій Гамов у 1948 році для пояснення розповсюдженості хімічних елементів та їхніх ізотопів. Вона одержала назву Великий Вибух.

 Відповідно до цієї теорії передбачається, що Всесвіт виник спонтанно в результаті вибуху зі стану з дуже високою густиною матерії та величезною енергією. Цей початковий стан матерії називають сингулярністю – точковий об’єм з нескінченною густиною. Розширення Всесвіту не можна розглядати як розширення надгустої матерії у довколишнє середовище, тому що його не існувало. Всесвіт - це все, що існує. Речовина Всесвіту із самого початку однорідно заповнювала весь об’ємний простір. Причини початку розширення Всесвіту до кінця не відомі. У міру його розширення температура знижувалася від дуже великої до дуже малої, що й забезпечило сприятливі умови для утворення зір і галактик.

 На підставі моделей Фрідмана було розроблено поетапну фізичну картину еволюції речовини, починаючи з моменту вибуху:

1. Через 3 хвилини після Великого Вибуху процес формування раннього Всесвіту закінчився і почався процес сполучення протонів і нейтронів у складові ядра.
2. Протягом наступних 500 тисяч років відбувається повільне охолодження. При зниженні температури до 3 тисяч градусів ядра Гідрогену і Гелію захоплюють вільні електрони, перетворюючись на нейтральні атоми.
3. Через мільйон років після початку розширення наступає епоха речовини, коли з гарячої водно-гелієвої плазми з малою домішкою інших ядер починає розвиватися різноманіття нинішнього світу.
4. Неоднорідності у Всесвіті, з яких згодом виникли всі структурні утворення, зародилися у вигляді незначних випадкових відхилень (флуктуацій). А потім підсилилися в епоху, коли йонізований газ у Всесвіті став перетворюватися в нейтральний, тобто коли випромінювання «відірвалося» від речовини.
5. Після того як речовина стала «прозорою» для електромагнітного випромінювання, у дію вступили гравітаційні сили. Вони стали переважати над усіма іншими взаємодіями між масами практично нейтральної речовини, що складали основну частину матерії Всесвіту. Гравітаційні сили створили галактики, скупчення зір і планет.

 Виникає істотне питання: Яке майбутнє у Всесвіту? Існують дві теоретичні моделі подальшого розвитку Всесвіту – закрита і відкрита.

 Закрита модель припускає, що Всесвіт може бути представлений як грандіозна закрита система, що випробовує безліч еволюційних циклів. Цикл розширення змінюється циклом наступного стискання до повернення в сингулярний стан, потім новий вибух тощо. Повний цикл розширення і стискання Всесвіту становить приблизно 100 мільярдів років. Щоразу, повертаючись до сингулярності, Всесвіт втрачає «пам'ять» про минулий стан і може знову «народитися» із зовсім новим набором фізичних констант.

 У відкритих моделях Всесвіту розглядаються різні варіанти його «теплової» смерті. Передбачається, що вже через 10¹⁴ років багато зір охолонуть і це надалі приведе до відриву планет від своїх зір, а ті, у свою чергу, почнуть залишати галактики. Потім центральні частини галактик колапсують, утворюючи «чорні» діри, унаслідок чого припинять своє існування.

V. Підсумок уроку. Рефлексія

VI. Домашнє завдання

• Опрацювати текст параграфа.

• Підготуватися до підсумкового уроку контролю.

Використанні ресурси:

1. Астрономія: (рівень стандарту, за навч. програмою авт. кол. під керівництвом Яцківа Я. С.): підруч. для 11-го кл. закл. заг. серед. освіти / Володимир Сиротюк, Юрій Мирошніченко. — Київ: Генеза, 2019. — 160 с.

2. Матеріали сайту https://uk.wikipedia.org