Формула для температуры вселенной

Формула для температуры вселенной

Химия – язык жизни. Жизнь основана на атомах, молекулах и сложных химических реакциях между ними. Естественно, возникает вопрос о происхождении атомов. Согласно широко распространённой модели, Вселенная образовалась 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и продолжает расширяться до сих пор. История Вселенной может быть представлена как серия процессов слияния простых частиц в более сложные по мере понижения температуры. В этой череде процессов жизнь можно рассматривать как особое явление, происходящее на Земле при умеренной температуре.

Легкие элементы, в основном водород и гелий образовались в первые минуты после Большого взрыва, когда молодая Вселенная быстро расширялась и поэтому быстро охлаждалась. Звёзды – особые объекты во Вселенной: при их образовании температура не падает, а повышается. Они важны с точки зрения химии, т.к. в их недрах при температурах в десятки миллионов градусов, происходит образование тяжелых химических элементов, необходимых для жизни.

Температуру расширяющейся Вселенной можно оценить по формуле:

где T – средняя температура Вселенной в Кельвинах (К), а t – время (возраст Вселенной) в секундах. Ответы на вопросы с 1-1 по 1-6 дайте с одной значащей цифрой.

1-1. Оцените температуру Вселенной через 1 секунду после Большого взрыва, когда Вселенная была еще слишком горячая для того, чтобы протоны и нейтроны могли объединиться в ядра гелия.

1-2. Оцените температуру Вселенной через 3 минуты, когда термоядерный синтез гелия был почти завершен.

1-3. Оцените возраст Вселенной, когда температура снизилась примерно до 3000 К и началось образование первых атомов водорода и гелия из ядер и электронов.

1-4. Первые стабильные молекулы появились, когда Вселенная охладилась до 1000 К – температуры, при которой не происходит разрыв химических связей. Оцените возраст Вселенной в это время.

1-5. Оцените среднюю температуру Вселенной через 300 миллионов лет после Большого взрыва, когда появились первые звезды и галактики.

1-6. Оцените среднюю температуру Вселенной в наше время и сравните ее с температурой микроволнового реликтового излучения (3 K).

1-7. Расположите ключевые процессы в логическом порядке, учитывая, что 99% атомов во Вселенной – это атомы водорода и гелия.

a) кварки → протоны, нейтроны

b) 10 14 клеток → человек

c) H, C, N, O → H₂, CH₄, NH₃, H₂O (в межзвездном пространстве)

d) протоны, ядра гелия + электроны → нейтральные атомы H и He

e) белки, нуклеиновые кислоты, биологические мембраны → клетки

f) протоны, нейтроны → ядра гелия

g) H₂, He, CH₄, NH₃, H₂O, космическая пыль → Солнечная система

h) атомы H и He → звезды и галактики

i) протоны, ядра гелия (лёгкие элементы) → тяжелые элементы: C, N, O, P, S, Fe, U; взрыв Сверхновой

j) H₂, CH₄, NH₃, H₂O и др. → аминокислоты, сахара, азотистые основания, фосфолипиды на Земле

Источник

Категории статей

Природный регулятор температуры колибри

Учитывая огромную скорость и частоту крыльев, птицы должны нагреваться до температур, несовместимых с жизнью. Далее

Биоразлагаемые пакеты – вред или польза?

Интересно разобраться, действительно ли такие пакеты не наносят вреда окружающей природе. Далее

Видео лекции на канале Temperatures.ru

Две видео лекции уже доступны для просмотра на канале Temperatures.ru Далее

Теплэко – тепло из ниоткуда?

К рекламе на телевидении нужно относиться очень критически, особенно когда её представляют умные люди. Далее

Менталитет против Закона

И одна из наших особенностей – у нас принято нарушать, причем безнаказанно, принятые законы и постановления. Далее

Популярные статьи

Польза и вред инфракрасного обогревателя (321653)

Среди электрических обогревателей, которые мы используем в быту, наиболее популярными сейчас становятся инфракрасные нагреватели. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.д. Главное – они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее

Почему горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? (207271)

Это действительно так, хотя звучит невероятно, т.к в процессе замерзания предварительно нагретая вода должна пройти температуру холодной воды. Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы». Далее

Вредно ли разогревать пищу в микроволновке? (198329)

Одна моя знакомая отказывается есть пищу, которую кто-то разогрел в микроволновой печи. Всему виной — страшилки в Интернете. Далее

Контролируйте температуру приготовления мяса! (179965)

При приготовлении сырого мяса, особенно, домашней птицы, рыбы и яиц необходимо помнить, что только нагревание до надлежащей температуры убивают вредные бактерии. Далее

451 градус по Фаренгейту, температура возгорания бумаги? (158083)

451 градус по Фаренгейту. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. На языке оригинала звучит так: ‘Fahrenheit 451: The Temperature at which Book Paper Catches Fire, and Burns’. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги? Далее

Основные разделы

Температура вселенной

Вселенная по представлению простых людей, населяющих землю, это окружающее Землю звездное небо с миллионами звезд, планет, галактик. Она загадочна, она даже можно сказать, не познаваема, но она существует и поэтому имеет свою температуру. Какова же средняя температура в космосе? Согласно широко распространённой модели, Вселенная образовалась 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и продолжает расширяться до сих пор.

Важнейшей характеристикой эволюции вселенной является ее температура. По теоретическим расчетам, в течение первых 10 -36 с, когда температура Вселенной была больше 10 28 К, энергия в единице объема оставалась постоянной, Вселенная расширялась со скоростью, значительно превышающей скорость света. Этот факт не противоречит теории относительности, так как с такой скоростью расширялось не вещество, но само пространство. Эта стадия эволюции называется инфляционной. Из современных теорий квантовой физики следует, что в это время сильное ядерное взаимодействие отделилось от электромагнитного и слабого. Выделившаяся в результате подобного нарушения симметрии энергия и явилась причиной катастрофического расширения Вселенной, которая за крошечный промежуток времени в 10 -33 с увеличилась от размеров атома до размеров Солнечной системы. В это же время появились привычные нам элементарные частицы и чуть меньшее из-за спонтанного нарушения симметрии количество античастиц.

Вещество и излучение все еще находилось в термодинамическом равновесии, а «горячие» фотоны полностью определяли характер излучения Вселенной. Эта эпоха называется радиационной стадией эволюции.

При температуре 5•10 12 К закончилась стадия рекомбинации: почти все протоны и нейтроны аннигилировали, превратившись в фотоны; остались только те, для которых не хватило античастиц. Как показали наблюдения, на один барион приходится почти миллиард фотонов – продуктов аннигиляции. Значит, первоначальный избыток частиц по сравнению с античастицами составляет одну миллиардную от их числа. Именно из этого «избыточного» вещества и состоит в основном вещество наблюдаемой Вселенной.

Спустя несколько секунд после Большого Взрыва в горячей и плотной Вселенной началась стадия первичного нуклеосинтеза, продолжавшаяся около трех минут. В результате термоядерных реакций образовывались ядра тяжелого водорода и гелия. Затем началось спокойное расширение и остывание Вселенной. Предсказанные количества водорода (75%) и гелия (25%) по теории первичного нуклеосинтеза подтверждаются распространенностью легких элементов в космосе в настоящее время.

Примерно через миллион лет после взрыва равновесие между веществом и излучением нарушилось, из свободных протонов и электронов начали образовываться атомы, а излучение стало проходить через вещество, как через прозрачную среду. Именно это излучение назвали реликтовым, его температура была около 3000 К. Гипотезу о существовании такого излучения высказал Георгий Гамов. Реликтовое фоновое излучение открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Оно оказалось в высокой степени изотропным, одинаковым по всем направлениям и своим существованием подтверждает модель горячей расширяющейся Вселенной. При расширении Вселенная остывает, поэтому длина волны реликтовых фотонов должна возрастать: в настоящее время регистрируется фон с температурой 2,725 К, что соответствует миллиметровому диапазону. Самым точным измерением температуры реликтового фона на данный момент считается 2.725 +/- 0.001 Кельвина (Mather с соавт. 1999, ApJ, 512, 511). Довольно точный результат. Неужели когда-то наша вселенная остынет окончательно?

Похожие по тематике статьи на сайте:

Источники

Использованы материалы сайта http://www.astrolab.ru

Другие статьи раздела

Комментарии:

А.Магунов , 20.08.2009 10:08 | НИИПМТ

Заметка представляется поверхностной, не соответствующей уровню специализированного портала. Подробный комментарий помещен на форуме, в разделе «Радиационные термометры».

Моисеева , 23.08.2009 06:08 | ВНИИМ

Александр Николаевич, спасибо за комментарий. Признаю, что заметка очень короткая и поверхностная. Поэтому она и помещена в раздел «интересные факты». В этом разделе все заметки очень короткие и написаны для того, чтобы привлечь внимание посетителей к какому-то интересному факту. Обычно мы даем также и ссылку на сайт, из которого получена информация. Это касается не только температуры вселенной, а и температуры солнца, земли, насекомых и т.д. Ни одна из заметок полностью проблему не раскрывает. Возможно, в дальнейшем на сайте появятся большие разделы по поднятым проблемам. Очень надеюсь на сотрудничество со специалистами в этих областях. По поводу заметки. Мы ставим вопрос о средней температуре вселенной, как огромного объекта, появившегося 15 млрд. лет назад в результате большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяющегося. В данном случае за температуру принимается именно температура «фона», т.е. температура реликтового излучения, существование которого и доказывает теорию большого взрыва. Уверена, что не все посетители портала знакомы с моделью расширяющейся вселенной. Возможно, кто-то заинтересуется этим фактом, и тогда, на приведенном в конце статьи сайте он сможет получить более полную информацию.

Александр , 06.07.2010 06:07 | Ритм-Фонд

Большого взрыва не было (и не могло быть)! Кроме материальной массы есть и нематериальная, пример — шаровая молния. Вы не можете измерить абсолютную температуру, так как все приборы созданы относительно свойств оптики, ощущений, присущих человеку. Кошка имела бы иную аппаратуру. Подробнее — на сайте http://lit.lib.ru/editors/h/hatybow_a_m/

Василий Знаменский , 03.01.2017 10:13

Я не могу понять — Когда говорят о температуре вселенной, то это температура чего? Это средняя температура всего обычного вещества, из которого сделаны звезды, планеты, космическая пыль и межзвездный газ? Но вроде бы оснавная масса вещества в звездах, а они — горячие. Горячим является и межзвездный газ. Так что во вселенной имеет температуру 3 келвина, когда говорят об температуре вселенной?

Василий Знаменский , 04.01.2017 07:19 | https://www.facebook.com/groups/900321603377111/

Скорее всего понятие «Температура вселенной» это неправильное понятие, неправильно составленное из научных терминов. «Жизнь» научных терминов должна быть такова, что при использовании терминов классической физики в других областях науки, смысл термина не менялся бы при следовании элементарной логике. Сочетание «Температура вселенной» логически означает температуру того, из чего состоит вселенная, а поскольку вселенная состоит из объектов с разной температурой, то этот термин должен быть понят как «средняя температура вещества из которого состоит вселенная». Но на самом деле есть так называемое реликтовое излучение, которое соответствует излучению от черного тела с определённой, очень низкой температурой. Почему-то астрофизики назвали эту температуру «температурой вселенной». Судьба этого термина, в конце концов, будет такая же, как судьба термина «сила инерции».

Источник

Планковская температура

Планковская температура, названная в честь немецкого ученого-физика Макса Планка, единица температуры, обозначаемая T_P, в Планковской системе единиц. Это одна из планковских единиц, которая представляет фундаментальный предел в квантовой механике. Современная физическая теория не способна описать что-либо более горячее из-за отсутствия в ней разработанной квантовой теории гравитации. Выше планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями. Это температура Вселенной в первый момент (Планковское время) Большого взрыва в соответствии с текущими представлениями космологии.

1.41679(11)·10 32 K (или иначе говоря, температура Планка составляет 141 нониллион 679 октиллионов градусов).

— постоянная Дирака

Две цифры в скобках обозначают неопределённость (Стандартное отклонение) в последних двух цифрах значения планковской температуры.

См. также

Ссылки

• NIST: Планковская температура. (Англ.)
• Какова противоположность абсолютному нулю? (Англ.)