Министерство Образования
Российской Федерации.
Государственный Университет Управления.
Институт Национальной и Мировой Экономики.
Студента I курса
группы III (предпринимательство)
Доклад по теме
«Эволюция и развитие Вселенной».
План.
I.Взгляды мыслителей и учёных.
1.Совершенство и постоянство.
2.Первые изменения.
3.Современность.
II.Начало начал или всё из ничего.
1.Основные концепции теории Большого взрыва.
2.Проблемы и вопросы, встававшие перед учёными.
1)Антивещество и вещество.
2)Образование гелия.
3)Кризис Вселенной.
4)Образование тяжёлых элементов. Выход через катастрофу.
IV.Что будущее нам готовит?
Взгляды мыслителей и учёных.
Вглядываясь в небо безлунной ночью, мы проникаемся впечатлением его полнейшей постоянности. Греческий философ Аристотель(384-322 до н.э.) воспринимал это явление как закон природы. На земле, считал он, все вещи изменяются; на небе же всё неизменно, постоянно и совершенно. Были, конечно, и другие философы, верившие в неизменность небес, но Аристотель был самый знаменитый, и именно он считался высшим авторитетом в этом вопросе. Но…
В 134 г. до н.э. величайший греческий астроном Гиппарх однажды ночью обнаружил звезду, которой ещё вчера не было на этом месте. Под этим ярким впечатлением он составил каталог истинных (т.е. постоянных) звёзд, который и стал его главным достижением. Далее почти на 2000 лет центр астрономических исследований переносится в Китай, где учёные не были стеснены верой в совершенство мира. Они заметили за это время несколько новых звёзд, но их записи были недоступны учёным Европы. И вот в 1572 г. никому не известный астроном Тихо Браге заметил новую звезду. Книга со всеми записями учёного о наблюдениях за звездой положила конец греческой астрономии. Началась новая эпоха в астрономии.
Итак, учёные поняли, что Вселенная непостоянна. Затем главной сенсацией стало открытие того, что Вселенная с огромной скоростью расширяется: скопления галактик как бы «разбегаются» друг от друга. А это значит, что когда-то Вселенная была бесконечно мала. Так возникла теория Большого взрыва. Сейчас существует много теорий возникновения Вселенной, но большая часть из них опирается на теорию Большого взрыва.
Начало начал или всё из ничего.
Расширение Вселенной началось с сингулярного состояния (когда 2 любые точки были сколь угодно близки друг к другу, а плотность вещества была бесконечна) так называемым Большим взрывом. Теперь давайте рассмотрим основные этапы развития Вселенной.
0.Сингулярность. Большой взрыв. Почти бесконечная температура и энергия.
Прошло 10-43 секунды. Планковский момент. Возникновение первых частиц - гравитонов.
10-6секунды. Адронная эра. Образование и аннигиляция (взаимоуничтожение) протон-антипротонных пар.
1 секунда. Лептонная эра. Образование и аннигиляция электрон-позитронных пар.
1 минута. Радиационная эра. Ядерный синтез гелия и водорода.
10.000 лет. Эра вещества. Во вселенной начинает доминировать вещество.
300-500 тыс. лет. Эпоха отделения излучения от вещества (рекомбинация вещества). Вселенная становится прозрачной.
1-2 млрд. лет. Начало образования галактик.
3 млрд. лет. Галактики начинают образовывать скопления.
4 млрд. лет. Образование нашей Галактики.
4,1 млрд. лет. Образование первых звёзд.
5 млрд. лет. Образование квазаров.
15,2 млрд. лет. Образование межзвёздного облака, давшего начало Солнечной системе.
15,3 млрд. лет. Образование Солнца
15,4 млрд. лет. Образование планет.
Теперь давайте всё это прокомментируем. Первой проблемой, ставшей на пути теории Большого взрыва, стало антивещество. При образовании Вселенной вместе с обычным веществом - протонами, нейтронами и электронами - должны были образоваться и их противоположности, причём в таком же количестве. Затем они должны были полностью взаимоуничтожиться. Откуда же тогда взялось современное вещество? Учёные решили, что вещества образовалось чуть - чуть - на одну триллионную - больше, чем антивещества. Эта ничтожная часть и дожила до наших дней.
Когда Вселенная достаточно охладилась - примерно до миллиарда градусов - стали образовываться атомы (начался первичный нуклеосинтез). Один протон притягивал нейтрон - получался водород. Если же при этом участвовали 1 или 2 протона, то образовывались соответственно дейтерий и тритий. Тут перед учёными стала вторая проблема - а как образовался гелий, ведь для этого нужно невозможное - присоединение протона к протону. Русско-американский учёный Г.А.Гамов нашёл решение этой проблемы, предположив, что после захвата нейтрона протоном первый может распасться на протон, электрон и антинейтрино. Тогда образуется устойчивое ядро с двумя протонами и двумя нейтронами - гелий. Казалось бы, этот процесс можно продолжать и дальше, последовательно получая все элементы таблицы Менделеева. Но на пути нуклеосинтеза стали элементы с «магическими» числами 5 и 8, так как любая комбинация протонов и нейтронов, образующая ядро с атомным весом 5 и 8, является нестабильной - она распадается быстрее, чем образуется. Конечно, во Вселенной 99% водорода и гелия, но и другие элементы должны были как - то образоваться. Я расскажу об этом немного позднее.
Из-за преобладания в веществе ранней Вселенной протонов над нейтронами итоговое содержание гелия и его изотопов составило 22 - 28 % от массы всего вещества, остальное же составлял водород. Но вещество тогда было ничтожной частью Вселенной, её основными компонентами были фотоны(69%) и нейтрино (31%). К этому времени нейтрино образовали нейтринный газ, не взаимодействовавший с другими составляющими. Фотоны же взаимодействовали со свободными электронами, поэтому Вселенная была непрозрачна для излучений.
Последующие 300 - 500 тыс. лет не происходило ничего интересного. Когда же температура снизилась да 3000 К, все оставшиеся электроны вошли в состав водорода и гелия, перестав взаимодействовать с фотонами. Вселенная стала прозрачной, излучение отделилось от вещества и образовало то, что в наше время называют реликтовым излучением.
В результате Вселенная содержала однородную смесь трёх почти не взаимодействовавших между собой субстанций: лептонов (нейтрино и антинейтрино), реликтового излучения (фотоны) и вещества (атомы водорода, гелия и их изотопы). В данных условиях ни одно из четырёх фундаментальных взаимодействий не могло повлиять на эту систему. Казалось бы, что в перспективе остаётся дальнейшее расширение и остывание Вселенной, завершающееся образованием «лептонной пустыни» (что-то вроде «тепловой смерти»). На самом же деле выход нашелся, это был переход в новое структурное состояние Вселенной. Из-за нарушения равновесия между веществом и антивеществом, а также из-за наличия различных субстанций стали образовываться протогалактики (гигантские газовые облака), из которых затем образовывались галактики. В каждом облаке начинался бурный процесс звездообразования, рождались сотни миллионов звёзд, в тысячи раз чаще, чем сейчас вспыхивали сверхновые. Этот процесс носил характер цепной реакции. То, что процесс формирования галактик сопровождался движениями потоков вещества, привело к появлению вихревых движений, в том числе и к вращению галактик.
Теперь самое время поговорить о возникновении тяжёлых элементов. Все знают, что наше Солнце получает энергию за счёт преобразования водорода в гелий. Что будет, когда водород кончится? Солнце уйдёт с главной последовательности и превратиться в красного гиганта, в ядре которого при температуре в сотни миллионов градусов сначала 3 ядра гелия будут превращаться в 1 атом углерода (это может произойти потому, что кроме гелия там ничего не останется), а затем пойдёт цепная реакция, вплоть до железа, на котором эта цепочка остановится, так как перестанет вырабатывать энергию. Но затем Солнце, отбросив внешнюю оболочку, превратится в белого карлика, при этом почти все тяжёлые элементы останутся в нём. Как же тогда эти элементы попадут в космос? А как образуются более тяжёлые элементы? Мы сразу вынуждены исключить 95-98% звёзд, масса которых меньше или не на много больше массы Солнца. Единственный возможный источник тяжёлых ядер - это сверхновая.
Сверхновая типа 1 возникает на той же почве, что и обычная новая: белый карлик получает материю от близкорасположенного красного гиганта. Разница в том, что белый карлик стоит у предела своей массы (около 1,38 солнечной), поэтому добавляемая масса заставляет его не просто начать ядерную реакцию, а взорваться. Вся его масса(1,4 солнечной) выбрасывается в космос. Но в карлике нет ядер тяжелее железа. Они выбрасываются в космос сверхновыми типа 2 и 3. Речь идёт о массивных звёздах, которые тяжелее Солнца в десятки, сотни, а то и тысячи раз. Такие звёзды, быстро превратив весь водород и гелий из ядра в железо, испытывают резкое возрастание температуры и давления, и весь водород и гелий на поверхности моментально вступает в ядерную реакцию. Звезда взрывается, причём большая часть энергии идёт на синтез тяжёлых элементов.
А как образовались ядра Li, Be и B с атомной массой меньше 12 - массы углерода? Считается, что они образовались из-за распада нестабильных изотопов более тяжёлых ядер.
Мы и наш мир, таким образом, не только произошли из звёзд, но из взрывающихся звёзд. Мы - дети сверхновых.
Что будущее нам готовит?
Ну, вот мы и закончили рассказ об эволюции Вселенной. Считается, что она возникла из-за какого-то случайного процесса. Таких случайностей потом было множество: асимметрия между веществом и антивеществом, неустойчивость ядер с массой 5 и 8, устойчивость углерода… Совокупность многочисленных случайностей такого рода называется «тонкой подстройкой» Вселенной. Не менее удивительные совпадения встречаются на всём пути развития жизни, например вымирание динозавров.
Что будет с Вселенной? Будет ли она расширяться до бесконечности, или сожмётся опять до нуля? Или она исчезнет из-за случайного процесса, как и появилась? На мой взгляд, мы никогда этого не узнаем. Высокоразвитые цивилизации так долго не живут. Всё в плену у случайностей.
Литература: «Концепции современного естествознания» (С.Х.Карпенков), «Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых» (А.Азимов), «Сумма технологий» (С.Лемм), «Справочник необходимых знаний» (А.П.Кондрашов).
studfiles.net
Введение
Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюцииВселенной. И всё же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началомВселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был на столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.На протяжении десяти миллиардов лет после “большого взрыва” простейшее бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы, кристаллы, породы, планеты. Рождались звезды, системы, состоящие из огромного количества элементарных частиц с весьма простой организацией. На некоторых планетах могли возникнуть формы жизни.
[pic]
Начало Вселенной
Вселенная постоянно расширяется. Тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “большим взрывом” или английским термином Big Bang.
Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.
Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во времени в соответствии с простым соотношением :
T = 1010 K .
Ц t
Зависимость температуры Т от времени t дает нам возможность определить, что например, в момент, когда возраст вселенной исчислялся всего одной десятитысячной секунды, её температура представляла один биллионКельвинов.
Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT . Согласно соотношению hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота n. Понижение энергии фотонов во времени имело для возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия.Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc2, ему необходимо обладать энергией 2moc2 или большей. Эта зависимость выражается так :
hn >=2moc2
Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы (2moc2), фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mo. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2.938 Мэв = 938 Мэв, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 мэв.
В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов hn кинетической энергией частиц kT ,
kT >= 2 moc2 то есть
T >= 2 moc2 . k
Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор, пока температура вещества T не упала ниже значения.
2 moc2 k
На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс частица + античастица Ю 2 гамма-фотона при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации гамма-фотон Ю частица + античастица мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась.Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры : адронную, лептонную, фотонную и звездную.
а) Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц.Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.
Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температураT упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hn составляла около миллиарда эв (103 Мэв), что соответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4 секунды.
К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды(10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.
б) Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.
Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем“реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.
в) Фотонная эра или эра излучения. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010 K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.
Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество воВселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hn всех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии излучения Er . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней энергией вещества Em во Вселенной.
Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы.В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em).Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие (то есть Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период“большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет.Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.
“Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).
После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики- ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.
Рождение сверхгалактик и скоплений
галактик
Во время эры излучения продолжалось стремительное расширение космической материи, состоящей из фотонов, среди которых встречались свободные протоны или электроны и крайне редко - альфа-частицы. (Не надо забывать, что фотонов было в миллиард раз больше чем протонов и электронов). В период эры излучения протоны и электроны в основном оставались без изменений, уменьшалась только их скорость. С фотонами дело обстояло намного сложнее.Хотя скорость их осталась прежней, в течение эры излучения гамма-фотоны постепенно превращались в фотоны рентгеновские, ультрафиолетовые и фотоны света. Вещество и фотоны к концу эры остыли уже настолько, что к каждому из протонов мог, присоединится один электрон. При этом происходило излучение одного ультрафиолетового фотона (или же нескольких фотонов света) и, таким образом, возник атом водорода. Это была первая система частиц во Вселенной.
С возникновением атомов водорода начинается звездная эра - эра частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов.
Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик.Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной - сверхгалактики - являются результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на ранних этапах истории Вселенной.
Рождение галактик
Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверх галактик и скоплений галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение.
Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря.Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.
В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного газа.
Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода. Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти одновременно.Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто миллионов лет.Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.
Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой сферической составляющей ( в этом они похожи на эллиптические галактики) и из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах.Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в создании спиральных галактик участвовали и гравитационная и центробежная силы.
Если бы из нашей галактики через сто миллионов лет после ее возникновения (это время формирования сферической составляющей) улетучился весь межзвездный водород, новые звезды не смогли бы рождаться, и наша галактика стала бы эллиптической.
Но межзвездный газ в те далекие времена не улетучился, и, таким образом гравитация и вращение могли продолжать строительство нашей и других спиральных галактик. На каждый атом межзвездного газа действовали две силы- гравитация, притягивающая его к центру галактики и центробежная сила, выталкивающая его по направлению от оси вращения. В конечном итоге газ сжимался по направлению к галактической плоскости. В настоящее время межзвездный газ сконцентрирован к галактической плоскости в весьма тонкий слой. Он сосредоточен прежде всего в спиральных рукавах и представляет собой плоскую или промежуточную составляющую, названную звездным населением второго типа.
На каждом этапе сплющивания межзвездного газа во все более утончающийся диск рождались звезды. Поэтому в нашей галактике можно найти, как старые, возникшие примерно десять миллиардов лет назад, так и звезды родившиеся недавно в спиральных рукавах, в так называемых ассоциациях и рассеянных скоплениях. Можно сказать, что чем более сплющена система, в которой родились звезды, тем они моложе.
Заключение
Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширятся.
Содержание
стр.
1.Введение 1
2.Начало Вселенной 2
3.Рождение сверхгалактик и скоплений галактик
8
4.Рождение галактик 9
5.Заключение 13
Список литературы
Йосип Клечек и Петр Якеш «Вселенная и земля», © 1985 Артия, Прага.Издание на русском языке 1986.
В.В. Кесарев «Эволюция вещества во вселенной», © 1976 Атомиздат, Москва.
www.neuch.ru
Современная наука рассматривает историю нашего мира с точки зрения известной теории относительности в общем виде авторства Альберта Эйнштейна. Именно на понятиях, созданных великим ученым, основано представление о модели и эволюции Вселенной, которым активно пользуются современные исследователи для того, чтобы лучше понять самих себя и то, что нас окружает. Давайте также в этом разберемся подробнее.
Зарождалось все ныне существующее из одной нулевой точки, где была сконцентрирована огромная энергия, показатели которой, такие как, к примеру, температура, давление и плотность, были невероятно высоки. Это состояние, имевшее место около 13 миллиардов лет тому назад, называется «сингулярностью». Но вот в некоторый момент – время Планка — происходит Большой Взрыв, а затем появляется небольшая Вселенная, чьи размеры исчисляются всего в паре микрон.
Физические характеристики только что начавшего свое существование мира были малопригодны для возникновения жизни.
Основные виды взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное – являлись частью одной силы из-за высокой температуры, вследствие чего ни одна из уже тогда потенциально существовавших, но не материализовавшихся частиц не имела массы как таковой. Все на тот момент симметричное пространство было заполнено абсолютно идеальным газом, созданным из все еще тогда виртуальных частиц.
Впоследствии симметрия нарушается, а гравитация отделяется от других сил взаимодействия. Примерно тогда первые частицы – бозоны – обретают массу, но затем почти сразу распадаются на кварки, нейтрино, электроны, мюоны и т.п.. Появляется ядерное взаимодействие. Вселенная по размеру достигает отметки 10 сантиметров.
Электроны и позитроны, как частицы и античастицы, а также бозоны и некоторые другие частицы, как, например, нейтралино, при столкновении друг с другом вызывают процесс аннигиляции, во время которого образуются фотоны. Их количество уже тогда значительно превышает число всех существующих на тот момент кварков. Примерно в то же время все частицы достигают между собой равновесия.
Эволюция Вселенной: краткий обзор
Вселенная продолжает остывать. Ее температура доходит почти до отметки 10*15К, а размеры становятся действительно внушительными — до миллиарда километров. Происходит еще одно нарушение симметрии, и, как следствие, все четыре вида взаимодействия становятся отдельными силами. Термодинамическое равновесие бозонов нарушилось, а те частицы, что раньше не имели своей массы, обрели ее.
Вселенная продолжает расширяться, а ее температура и уровень энергии – падать. Появляются стабильные барионы (нейтроны, протоны), что формируются из кварков и образуют барионную материю, то есть ту, из которой состоим мы и почти все, что нас окружает. Продолжается образование фотонов за счет аннигиляции. На данный момент эти частицы достаточно сильно остыли (до 2.7К) и являются частью микроволнового фона в космосе – реликтового излучения, что было обнаружено учеными относительно недавно – в 1964 году. На этом примерно и заканчивается первая секунда существования Вселенной.
Диапазон его частот – от 500 МГц до 500 Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров. Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и квазары, а также многие другие объекты.
Как показало изучение изотропии, источником излучения не является ни некие точки, ни центр галактик, ни какое-либо место в Солнечной Системе, из чего был сделан вывод, что оно имеет внегалактическое происхождение. Этот факт, к слову, подтвердил гипотезу «горячей Вселенной», что позволяет развивать теорию об эволюции, как она и была принята, далее.
Плотность частиц значительно снижается, и, как следствие, частота взаимодействий с нейтрино снижается, а термодинамическое равновесие последней с другими становится невозможным. По причинам, выходящим из данного факта, нейтринное реликтовое излучение так и не было обнаружено.
Позитроны и электроны перестают постоянно образовываться. Вселенная становится полностью электрически нейтральной.
Спустя сто секунд после Взрыва начинают появляться первые химические элементы с легкими ядрами (водород, литий, гелий, дейтерий) благодаря слиянию нейтронов и протонов. Лишние частицы распадаются. Так проходит первичный нуклеосинтез.
Температура падает до 10 000 К. Размеры Вселенной превышают отметку в десятки миллионов световых лет в диаметре. У ядер появляются электронные оболочки, благодаря чему возникают первые легкие атомы, подобные гелию и водороду. Примерно в это же время начинает свою историю такое явление, как реликтовое излучение. Пространство наконец-то стало видимым, не прозрачным, как это было вначале. Гравитация начинает стягивать материю. Все это и многое другое способствует появлению первых звезд, а затем и галактик.
Будущее Вселенной
Есть несколько основных сценариев, по которым будет происходить дальнейшая эволюция Вселенной. Естественно, процесс расширения будет происходить и дальше, поэтому если он будет достаточно равномерен, то энергия рано или поздно будет исчерпана, что, согласно предсказаниям ученых, приведет к тепловой смерти.
Другой вариант – Большой Разрыв, то есть распад всего, что уже было создано в результате Большого Взрыва. Это произойдет при ускорении расширения Вселенной.Также есть сценарий, предполагающий так называемое Большое Сжатие, которое произойдет, если расширение замедлится, а затем и вовсе сойдет на нет.
Как именно все произойдет, не знает никто. Есть лишь некоторые догадки, гипотезы и теории, а известным остается только одно: время определенно покажет, как дальше будет развиваться наша Вселенная.
comments powered by HyperComments
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Просмотров записи: 3905
spacegid.com
