Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Возникновение современной космологии




Возникновение современной космологии связано с развитием в ХХ веке общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна и физики элементарных частиц. Первое исследование на эту тему, опирающееся на ОТО, Эйнштейн опубликовал в 1917 году под названием «Космологические соображения к общей теории относительности». В ней он ввёл 3 предположения: Вселенная однородна, изотропна и стационарна. Чтобы обеспечить последнее требование, Эйнштейн ввел в уравнения гравитационного поля дополнительный «космологический член». Полученное им решение означало, что Вселенная имеет конечный объём (замкнута) и положительную кривизну.

В 1922 году А.А. Фридман предложил нестационарное решение уравнения Эйнштейна, в котором изотропная Вселенная расширялась из начальной сингулярности. Подтверждением теории нестационарной вселенной стало открытие в 1929 году Э.Хабблом космологического красного смещения галактик. Таким образом, возникла общепринятая сейчас теория Большого взрыва.

 

Метагалактика

Наблюдаемая часть Вселенной (метагалактика) представляется с Земли:

- однородной и изотропной на больших масштабах (более 200 мегапарсек)

- сильно неоднородной на меньших масштабах

Спектральный анализ является одним из основных методов исследования Вселенной : он позволяет на основе анализа, пришедшего из космоса света, установить количественный и качественный состав небесных тел, их температуру, скорость движения по лучу зрения и т.п.

Химический состав Вселенной полученный на основе спектрального анализа более чем на 99 % - водород и гелий и в незначительных количествах все остальные элементы.

 

Из модели однородной изотропной Вселенной, при ее расширении должно наблюдаться удаление Галактик от Земли. Однако астрономы могут наблюдать только так называемое «красное смещение».

 

Связь между «красным смещением» и скоростью удаления Галактик устанавливается с помощью эффекта Доплера (изменение частоты и длины волны излучения, регистрируемое приемником, в результате движение источника или движения приемника). Если источник света приближается к наблюдателю, то длина видимой им волны укорачивается, и он наблюдает так называемое фиолетовое смещение ( из всех видимых цветов гаммы светового спектра фиолетовому соответствуют самые короткие длины волн). Если же источник света удаляется, то происходит кажущееся смещение в сторону красной части спектра (удлинение волн).

 

В 1929 году Э.Хаббл с помощью телескопа оснащенного приборами спектрального анализа обнаружил, что свет, идущий от Галактик, которые он наблюдал, смещался в красную часть цветового спектра видимого света. Это говорило о том, что наблюдаемые Галактики удаляются, «разбегаются» от наблюдателя. Эффект «красного смещения» был использован Хабблом для измерения расстояния до галактик и скорости их удаления.

Закон Хаббла: Скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них. То есть чем дальше Галактика, тем она удаляется быстрее. Коэффициент пропорциональности в этом законе называется постоянной Хаббла.

 

В 1998 году появились наблюдения, которые убедительно показывают, что Вселенная расширяется не с замедлением, а с ускорением.

 

Возраст Вселенной (время, прошедшее с начала космологического расширения Вселенной из очень плотного и горячего состояния) определен несколькими независимыми способами и составляет примерно 12 – 15миллиардов лет.
Эта оценка согласуется:
– с возрастом Солнца в 5 миллиардов лет, установленным в космогонии, особенно если учесть, что Солнце – это звезда второго поколения, сформировавшаяся из вещества, разбросанного по космосу при взрывах звезд первого поколения;
– с возрастом Земли в 4,5 миллиарда лет, установленным средствами геологии;
– с продолжительностью эволюции живых существ на Земле в 3,5 – 4 миллиарда лет, установленной средствами биологии.
Эта оценка возраста Вселенной не согласуется с историей сотворения мира, описанной в Библии, согласно которой Земля, человек и другие живые существа, Солнце и звезды были созданы Богом несколько тысяч лет назад в течение нескольких дней.

Модель «Большого Взрыва» (Г.Гамов, 1948 г.)

«Исходное начало» Вселенной было представлено сверхплотным и сверхгорячим состоянием.

Это состояние возникло в результате предыдущего сжатия всей материально-энергетической составляющей Вселенной.

Этому состоянию соответствовал чрезвычайно малый объем.

Состояние Вселенной, когда все вещество Вселенной в начальный момент сосредоточенно в крайне небольшом объеме с бесконечно высокой плотностью, называется сингулярным.

4. Энергия – материя, которая достигнув некоторого предела плотности и температуры в этом сингулярном состоянии, взорвалась, произошел Большой Взрыв (речь идет не о обычном взрыве).

5. Большой Взрыв придал определенную скорость движения всем фрагментам исходного физического состояния до Большого Взрыва.

6. Поскольку исходное состояние было сверхгорячим, то расширение должно сохранить остатки этой температуры, по всем направлениям расширяющейся Вселенной, в виде так называемого реликтового излучения.

В 1964 г. Было обнаружено реликтовое излучение. Излучение этого фона дали температуру 2,7 К, что достаточно близко к предсказанной Гамовым 10 К.

 

Обнаруженное реликтовое излучение является подтверждением модели Большого Взрыва.

 

После Большого взрыва развитие Вселенной можно разделить на эпохи.

1. Через 10-33 с материя существовала в виде частиц и излучения.

2. Адронная эпоха (греч. «адрос» – тяжелый). Американские исследователи считают, что материя после Большого взрыва существовала не в виде раскаленного газа, а в виде жидкости. Первые частицы (прародители) – преоны. Распад преонов привел к появлению гипотетических частиц – кварков. Кварки не существуют в свободном состоянии, как предполагают, из них состоят протоны и нейтроны.

В эту эпоху под действием больших температур и давления из кварков начали образовываться протоны и нейтроны.

Кварки, протоны и нейтроны относятся к тяжелым частицам и называются адроны.

 

К концу эпохи из протонов и нейтронов начинают образовываться ядра.

3. Лептонная эпоха (греч. «лептос» – легкий).

В эту эпоху образуется большое количество легких частиц, к которым относятся электроны, преоны, нейтрино и др. Нейтрино образуются в ядерных реакциях типа:

( электронное нейтрино).

Поскольку в эту эпоху существуют ядра и электроны, следовательно начинается образование атомов (Т = 107 К). Эта эпоха длится 10 с.

4. Эпоха излучения. Плотность излучения меньше, чем в адронную эпоху, но все равно многократно превышает плотность вещества.

По мере уменьшения температуры в результате рассеяния энергии плотность излучения уменьшается, а плотность вещества растет.

Длится 1 млн. лет.

5. Эпоха вещества. Плотность вещества преобладает над плотностью излучения. Длится 15 – 18 млрд. лет.

 

Дальнейшее развитие Вселенной зависит от соотношения (Gr - H2):

если соотношение (Gr - H2) < 0, то Вселенная может расширяться до бесконечности;

если (Gr - H2) > 0, то расширение сменится сжатием.

Здесь G – гравитационная постоянная; Н – постоянная Хаббла (коэффициент пропорциональности между скоростью удаления галактик и расстоянием до них); r – плотность вещества во Вселенной. Эдвин Хаббл – американский астрофизик.

Последовательность стадий эволюции Вселенной:

инфляционное расширение – рождение вещества – формирование звезд первого поколения – образование элементов тяжелее гелия.

Антропный принцип – устанавливает зависимость человека, как сложной системы и космического существа, от физических параметров Вселенной (в частности, от фундаментальных физических постоянных – постоянной Планка, скорости света, массы протона и электрона и др.). Физические расчеты показывают, что если бы изменилась хотя бы одна из фундаментальных постоянных (при неизменности других параметров и сохранении всех физических законов), то стало бы невозможным существование тех или иных физических объектов – ядер, атомов и т.д. Например, если уменьшить массу протона на 30 % , то в нашем физическом мире отсутствовали бы любые атомы, кроме атома водорода, а тем самым отсутствовала бы сама жизнь.

Согласно антропному принципу: факт существования во Вселенной сложно устроенного наблюдателя (человека разумного) накладывает сильные ограничения на параметры.

 

Антропный принцип применяется в слабом и сильном вариантах:

- слабый антропный принцип: фундаментальные константы таковы, какими их видит наблюдатель. Т.е. на свойства Вселенной накладываются ограничения наличием нашей разумной жизни. То, что наблюдают астрономы, зависит от присутствия наблюдателя.

- сильный антропный принцип : свойства Вселенной должны быть такими, чтобы в ней обязательно была жизнь. Т.е. значения фундаментальных констант находятся в таких пределах, чтобы существовал наблюдатель.

 

Согласно космологическим моделям:

- происхождение легких химических элементов (вплоть до железа) связано с термоядерными реакциями внутри звезд (в недрах стабильных звезд).

- образование тяжелых химических элементов (тяжелее железа) происходит в результате взрыва звезд.

 

Резюмируем некоторые положения:

- модель расширяющейся Вселенной подтверждается открытием Хабблом пропорциональности между скоростью разбегания галактик и расстоянием до них

- модель Большого Взрыва подтверждается обнаружением реликтового излучения (т.е. микроволнового фонового излучения)

- оба вышеприведенных наблюдательных факта свидетельствуют и в пользу конечного возраста Вселенной

- сменится ли расширение Вселенной ее сжатием, в модели Фридмана зависит только от средней плотности материи во Вселенной

- в последние годы 20 века и начала 21 века экспериментально обнаружено, что Вселенная расширяется с ускорением

- наиболее общепринятой моделью Вселенной в современной космологии является модель однородной, изотропной горячей нестационарно расширяющейся Вселенной

- современная космология строит модели Вселенной на основе общей теории относительности Эйнштейна

- согласно модели Большого Взрыва: все вещество Вселенной в начальный момент было сосредоточено в небольшом объеме (бескончно малом) с бесконечно высокой плотностью. Такое состояние Вселенной называется сингулярностью.

 




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных