Теории эволюции Вселенной.
Реферат: Эволюция Вселенной
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Красноярский Государственный Университет
Экономический факультет
Реферат по теме:
Эволюция Вселенной
Выполнил студент
Вяткин Александр сергеевич
Группа 26
Проверил:
Вахрушева о.н
Большая соснова 2017.
Содержание:
Теории эволюции Вселенной. 4
Начало Вселенной. 4
Эволюция Вселенной. 6
1) Адронная эра. 6
2) Лептонная эра. 7
3) Фотонная эра или эра излучения. 8
4) Звездная эра. 9
Модели будущего вселенной. 9
Список использованной литературы: 13
Введение.
Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было
доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия
– самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука
Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он
смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас
– он жаждет знаний о том:
что было когда Вселенная рождалась?
рождалась ли она Вообще или она глобально стационарна?
как давно это было и как происходило?
Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша
в астрономии – космология.
Космология[1] —это
физическое учение[2] о Вселенной как в
целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями
мира как части Вселенной.
Космология попыталась дать ответы[3] на эти
вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие
первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризаци..
Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает
источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать
дальнейшую судьбу Вселенной.
Поэтому космология, как и любая другая наука живет и бурно развивается,
принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя
и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей
мере за счет «альтернативных» теорий, но все-таки развивается.
Данная работа посвящена эволюции Вселенной: в ней рассматриваются первый
мгновения жизни Вселенной, её дальнейшая эволюция и модели будушего развития
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 эволюции Вселенной. И всё же
исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от
нас далекое прошлое.
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом
Вселенной, 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.
Теории эволюции Вселенной.
Существует несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной
утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но
расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит
По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со
времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет
остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять
не сожмется и произойдет новый взрыв.
Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни
конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет
образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися
галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если
Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности,
то она постепенно охладится и совсем угаснет.
Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не
существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.
Однако стоит отметить и еще одну теорию (принцип).
Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Иглис Г.И.
, но он является как бы неофициальным его автором. А официальным автором был
ученый по фамилии Картер.
Антропный принцип утверждает, что Вселенная такая, какая она есть потому, что
есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В
доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это
критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается,
что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному
хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность
существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь.
Начало Вселенной.
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 эволюции Вселенной. И всё же
исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от
нас далекое прошлое.
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом
Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский
огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный
шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных
частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.
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 :
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 биллион
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 2moc 2 или
большей. Эта зависимость выражается так :
Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения
энергии частицы и античастицы (2moc 2 ), 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 ,
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.
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 Þ 2 гамма-фотона
при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации
гамма-фотон Þ частица + античастица
мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как
материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества
Эволюция Вселенной.
Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную,
лептонную, фотонную и звездную.
Адронная эра.
Длилась примерно от[4] t=10
-6 до t=10 -4 . Плотность порядка 10 17 кг/м 3
при T=10 12 .10 13 .
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
Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала
на 10 биллионов Кельвинов(10 13 K). Средняя кинетическая энергия
частиц kT и фотонов hn составляла около миллиарда эв (10 3 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 10 13 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 10 12 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.
Лептонная эра.
Длилась примерно от[5] t=10
-4 до t=10 1 . К концу эры плотность порядка 10 7 кг/м
Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 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 10 10
K, 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.
Источник
Теории происхождения Вселенной и ее модели
Сегодня мы говорим об этой, ну как ее, Вселенной. Так уж получилось, что однажды она откуда-то появилась, и вот все мы здесь. Кто-то читает эту статью, кто-то готовится к экзамену, проклиная все на свете. Самолеты летают, поезда ходят, планеты крутятся, где-то всегда что-то происходит. Людям всегда было интересно знать один сложный ответ на простой вопрос. Как же все начиналось и как это мы докатились до того, что есть? Иными словами — как родилась Вселенная?
Итак, вот они — разные версии и модели происхождения Вселенной.
Креационизм: все создал Господь Бог
Креационизм
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога. Например, Альберт Эйнштейн говорил:
«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им. В бесконечном универсуме обнаруживается деятельность бесконечно совершенного Разума. Обычное представление обо мне, как об атеисте – большое заблуждение. Если это представление почерпнуто из моих научных работ, могу сказать, что мои научные работы не поняты»
Альберт Эйнштейн
Теория Большого Взрыва
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Во всяком случае, о ней слышал практически каждый. Что говорит нам Большой Взрыв? Однажды, лет эдак 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. В один прекрасный момент (если так можно сказать -времени-то не было) сингулярность не выдержала из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Большой Взрыв
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. В 20-м веке существовало множество альтернативных теорий происхождения Вселенной. Одной из самых популярных была модель стационарной Вселенной, за которую ратовал сам Эйнштейн. Согласно этой модели, Вселенная не расширяется, а находиться в стационарном состоянии благодаря какой-то удерживающей ее силе.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления — самые весомые доводы в пользу правильности теории. Возможно, кроме этого вам будет полезна статья о том, как создать презентацию в ворде.
Большой взрыв
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория струн
Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Так, например, в рамках теории струн (теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн), предполагается модель множественной Вселенной. Конечно, там тоже был Большой Взрыв, но он произошел не просто так и из ничего, а, возможно, в результате столкновения нашей Вселенной с какой-то другой, еще одной Вселенной.
Собственно, кроме Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, во множественной Вселенной происходит множество других Больших Взрывов, порождающих множество других Вселенных, развивающихся по своим, отличным от известных нам законам физики.
Шелдон
Скорее всего мы никогда не узнаем наверняка, как, откуда и почему появилась Вселенная. Тем не менее, размышлять об этом можно очень долго и интересно, а чтобы у Вас было достаточно пищи для размышлений, предлагаем посмотреть увлекательное видео на тему современных теорий происхождения Вселенной.
Проблемы развития Вселенной слишком масштабны. Настолько масштабны, что, по сути, даже не являются проблемами. Предоставим физикам-теоретикам ломать над ними головы и перенесемся из глубин Вселенной на Землю, где нас, возможно, ждет неначатый курсач или диплом. Если это так, мы предлагаем свое решение этого вопроса. Закажите отличную работу у авторов Zaochnik, вздохните спокойно, и будьте в гармонии с собой и Вселенной.
Источник