Космологическая модель горячей вселенной была предложена исходя

План-конспекта урока по теме: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»

Цель урока: Познакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной», реликтовым излучением; сформировать представление о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной.

Образовательная: повторить и конкретизировать космологическую модель Вселенной; сформировать понятия: модель «горячей Вселенной», реликтовое излучение; познакомиться с образованием химических элементов во Вселенной; объяснить обилие гелия во Вселенной и его необходимость образования на ранних этапах эволюции Вселенной; познакомиться с наблюдаемыми свойствами реликтового излучения.

Развивающая: развитие логического мышления путем систематизации фактов; развитие наблюдательности; формирование мировоззрения; развитие познавательной активности; умений делать выводы; применять полученные знания для объяснения явлений.

Воспитательная: развивать речь и умение слушать других, коммуникативные компетенции.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

1. Организационный этап – 1мин.

2. Актуализация знаний учащихся – 5 мин.

3. Изучение нового материала-29 мин.

4. Закрепление изученного – 6 мин.

5. Итоги урока – 1 мин

6. Домашнее задание – 2 мин

7. Рефлексия – 1мин.

1. Организационный этап.

• Приветствие.
• Определение отсутствующих.

1. Актуализация знаний учащихся.

Проверка домашнего задания в виде интерактивного текста, включающего основные понятия, которые изучены в данной теме, такие как:

1. Раздел астрономии, занимающийся изучением строения Вселенной и процессов,

происходящих в ней, называется:

а) космогонией б) космологией в) космонавтикой г) астрофизикой

2. Соотнесите термины, указанные буквами и определения, указанные цифрами:

а) Вселенная б) Метагалактика в) Галактика г) Звездная система; 1) Самая большая наблюдаемая, нестационарная, постоянно эволюционирующая,

расширяющаяся система, не имеющая центра расширения

2) Материальная система, безграничная в пространстве и развивающаяся во времени

3) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник нетеплового излучения

(не связанный с нагретым газом)

4) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник теплового излучения

3. Выберите главные космологические признаки Вселенной:

а) анизотропность б) изотропность в) неоднородность г) однородность

Ключ к тесту: 1. б) 2. а – 2), б – 1), в – 3), г – 4) 3. б), г)

1. Изучение нового материала.

Вспомним, что по современным представлениям, на ранней стадии развития звезда в основном состоит из водорода. Температура внутри звезды столь велика, что в ней протекают реакции слияния ядер водорода с образованием гелия – термоядерные реакции. Слайд 3.

Существует гипотеза, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Проверьте это предположение. (Работа с учебником Стр.132)

а) Известно, что каждую секунду в недрах Солнца в термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода выделяется энергия

б) При образовании одного ядра гелия выделяется энергия

в) Поэтому каждую секунду в Солнце образуется N = 10 38 ядер атомов гелия, или

m = 6,7 10 11 кг гелия.

г) Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной

t = 1,3 10 10 лет = 3,9 10 17 с,

д) легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звездах (10 11 звезд) за это время:

М = 6,7 10 11 кг/с . 10 11 . 3,9 10 17 с = 2,6 10 40 кг.

Вывод: Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 10 41 кг), что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Исходя, из этого, в 1946 году астрофизик Г.А.Гамов пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звездах, а на ранних стадиях расширения Вселенной, еще до формирования в ней звезд.

Учитывая то, что гелий может образовываться только в термоядерных реакциях при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения

Вселенная была не только плотной, но и горячей. Слайд 5. Поэтому принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели горячей Вселенной . Слайд 6.

Модель «горячей Вселенной» — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении, иначе теория Большого взрыва. Слайд 7.

У вас на столах имеется таблица, где эволюция Вселенной расписана с точностью до секунды! Имеется также слайд модели молодой Вселенной. И вы можете по данной таблице проследить сейчас ход моих рассуждений по одной из теорий, названной «Большим взрывом»

Таблица: Эволюция Вселенной по теории «Большого взрыва»

Время, прошедшее с момента Большого Взрыва

Рождение классического пространства-времени

Вселенная рождается из состояния сингулярности, из пространственно-временной «пены»

Вселенная начинает расширяться, появляются возмущения плотности, из которых потом образуются скопления галактик. Появляется барионная асимметрия

Появляется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц, «кваркового супа»

начиная с 10 –36 c

Вещество и излучение находится в равновесии. На каждый барион приходится 10 9 фотонов

вплоть до 10 –4 c

Аннигиляция частиц и античастиц с образованием квантов излучения

Образуются протоны и нейтроны. Синтез ядер водорода и гелия, а также лития и берилия

Стадия рекомбинации водорода

Вещество становится прозрачным. Образование реликтового излучения

1 с – 1 000 000 лет

Начало возникновения звезд и галактик

Существование галактик и звезд. Расширение Вселенной продолжается

15–20 миллиардов лет

Известные нам законы физики начали действовать с момента t в = 10 -43 с, когда стали существенными явления гравитации, квантования и релятивизма, характеризуемые соотношением гравитационной постоянной G , постоянной Планка h и скоростью света с , когда размеры Вселенной составляли R в = 10 31 м при плотности материи ρ в =10 74 –10 94 г/см 3 с температурой Т в = 1,3 × 10 32 К.

При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р=р×с 2 породило явление взаимного отталкивания материальных объектов, обратное гравитации. Не имевшие ранее массы частицы материи, стремительно поглощали чудовищную энергию порождавшего их вакуума. Инфляционная Мини-Вселенная была чем-то похожа на раздувающийся воздушный шарик: расстояние между всеми точками поверхности равномерно увеличивалось потому, что между ними возникало, увеличивалось само пространство. Мини-Вселенная не расширялась в каком-то внешнем по отношению к ней пространстве: само пространство возникало, увеличивалось внутри нее, «раздвигало» ее границы. Энергия распада «ложного вакуума» к моменту t в = 10 -36 с полностью выделилась в форме рождения частиц; инфляционное расширение Мини-Вселенной закончилась.

Сверхраскаленный «пузырь» Мини-Вселенной распался из-за внутренней нестабильности на множество мелких областей — метагалактик. По мере расширения Метагалактики уменьшалась плотность ее материи и энергия излучения, температура среды падала пропорционально расширению пространства. При дальнейшем расширении Метагалактики температура упала ниже 10 9 К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100с с момента возникновения метагалактики закончилась аннигиляция («вымирание») электронно-позитронных пар.

Возникновению и сохранению сгустков содействовало то, что при наличии отдельных уплотнений в разных точках пространства на каждый протон или нейтрон приходилось разное количество переносящих энергию фотонов. С понижением температуры и плотности среды уменьшалась вероятность образования новых «возмущений плотности», а старые сгустки продолжали рассасываться.

Через 10 12 с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации — разделения вещества и излучения. Свидетель той поры — реликтовое излучение. Слайд 8.

Которое открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Слайд 9.

Его называют ещё: «космическое микроволновое фоновое излучение» (cosmic microwave background), CMB, реликтовое излучение, трехградусное космическое излучение.

Слайд 10. За это открытие ученые в 1978 году получили Нобелевскую премию.

1. Закрепление изученного материала.

1. Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?
2. Что такое реликтовое излучение?

1. Оценка деятельности.
2. Домашнее задание.

§ 36 Вопросы и задания стр.133

1. В.М. Чаругин «Астрономия. 10–11 кл.», учебник, М, Просвещение, 2018г.

2. Мультимедийная энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2001г.

3. Мультимедийный курс «Открытая астрономия», версия 2,5 Физикон, 2002г.

4. Презентация, сделанная с использованием учебника Чагурина В.М. и картинок из Яндекса.

Источник

Модель горячей Вселенной

• Моде́ль горя́чей Вселе́нной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

Впервые модель горячей Вселенной была предложена в 1947 году Г. А. Гамовым. Наиболее существенное наблюдательное предсказание, вытекающее из модели горячей Вселенной — наличие реликтового излучения со спектром, очень близким к спектру абсолютно чёрного тела с температурой около 2,7 кельвина, возникшего в момент рекомбинации ионов (в основном, водорода и гелия) и электронов в нейтральные атомы. Это убедительно доказали показания прибора FIRAS.

Возникновение крупномасштабной структуры Вселенной в рамках модели происходит вследствие роста начальных неоднородностей из-за гравитационной неустойчивости. Основной проблемой модели горячей Вселенной в этом аспекте является начальный спектр неоднородностей, который в ней не объясняется, а постулируется, либо берётся из измерений. Естественные же предположения о его форме (пуассоновское распределение) предсказывают возникновение на ранних стадиях масштабных неоднородностей и, соответственно, существенной анизотропии реликтового излучения, что противоречит наблюдаемым данным.

Происхождение элементарных частиц в модели горячей Вселенной с конца 1970-х годов описывают с помощью спонтанного нарушения симметрии. Многие недостатки модели горячей Вселенной были решены в 1980-х годах в результате построения инфляционной модели Вселенной.

Также важно отметить независимость данной теории от наличия или отсутствия Большого взрыва — вне зависимости от существования начальной космологической сингулярности, которую должна описать квантовая теория гравитации, состояние горячей плазмы, описываемое моделью горячей Вселенной и приводящее к современной наблюдаемой космологической картине, не меняется (помимо самых близких к сингулярности моментов). В то же время после открытия и измерения анизотропии реликтового излучения модель горячей Вселенной считается настолько хорошо подтверждённой наблюдениями, что произошло смешение понятий, и часто, когда говорят о Большом взрыве, на самом деле имеют в виду именно её.

До открытия реликтового излучения модель горячей Вселенной была лишь гипотезой и тогда Я. Б. Зельдович пропагандировал модель холодной Вселенной.

Связанные понятия

ΛCDM (читается «Лямбда-СиДиЭм») — сокращение от Lambda-Cold Dark Matter, современная стандартная космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной Λ в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (англ. Cold Dark Matter). Согласно этой модели возраст Вселенной равен 13,75 ± 0,11 миллиардов лет.

В астрономии и космологии темная жидкость является альтернативой теории как темной материи, так и темной энергии и пытается объяснить оба явления в единой структуре.Темная жидкость предполагает, что темная материя и темная энергия не являются отдельными физическими явлениями, как считалось ранее, и не имеют отдельного происхождения, но они тесно связаны друг с другом и могут рассматриваться как две грани одной жидкости. В галактических масштабах темная жидкость ведет себя как темная материя, а в.

Источник

Модель горячей Вселенной

Моде́ль горя́чей Вселе́нной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

Впервые модель горячей вселенной рассматривалась в 1947 году Г. А. Гамовым. Наиболее существенное наблюдательное предсказание, вытекающее из модели горячей Вселенной — наличие реликтового излучения со спектром, очень близким к спектру абсолютно чёрного тела, возникшего в момент рекомбинации ионов (в основном, водорода и гелия) и электронов в нейтральные атомы.

Возникновение крупномасштабной структуры Вселенной в рамках модели происходит вследствие роста начальных неоднородностей из-за гравитационной неустойчивости. Основной проблемой модели горячей Вселенной в этом аспекте является начальный спектр неоднородностей, который в ней не объясняется, а постулируется либо берётся из измерений. Естественные же предположения о его форме (пуассоновское распределение) предсказывают возникновение на ранних стадиях масштабных неоднородностей [источник не указан 1104 дня] и, соответственно, существенной анизотропии реликтового излучения, что противоречит наблюдаемым данным.

Происхождение элементарных частиц в модели горячей Вселенной с конца 1970-х годов описывают с помощью спонтанного нарушения симметрии. Многие недостатки модели горячей вселенной были решены в 1980-х годах в результате построения инфляционной модели вселенной.

Также важно отметить независимость данной теории от наличия или отсутствия Большого взрыва — вне зависимости от существования начальной космологической сингулярности, которую должна описать квантовая теория гравитации, состояние горячей плазмы, описываемое моделью горячей Вселенной и приводящее к современной наблюдаемой космологической картине, не меняется (помимо самых близких к сингулярности моментов). В то же время после открытия и измерения анизотропии реликтового излучения модель горячей Вселенной считается настолько хорошо подтверждённой наблюдениями, что произошло смешение понятий, и часто, когда говорят о Большом взрыве, на самом деле имеют в виду именно её.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Модель горячей Вселенной» в других словарях:

Теория горячей Вселенной — современная теория физических процессов в расширяющейся Вселенной, согласно которой в прошлом Вселенная имела значительно б?льшую, чем сейчас, плотность вещества и очень высокую температуру. Первоначально теория была предложена в 1948 Г. Гамовым… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Гипотеза (модель) Гамова горячей Вселенной — гипотеза Георгия Гамова о физических процессах во Вселенной, согласно которой в далеком прошлом, в моменты, предшествующие возникновению Вселенной в результате «большого взрыва», Вселенная имела значительно большую, чем сейчас, плотность материи… … Начала современного естествознания

Модель Вселенной — современная Основные качественные выводы, следующие из анализа фридмановской модели (см. Модели Вселенной): Вселенная нестационарна (она расширяется), плотности энергии вещества, и излучения монотонно падают с течением времени; в прошлом… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Инфляционная модель Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

История развития представлений о Вселенной — С ранних времен человек задумывался об устройстве окружающего его мира как единого целого. И в каждой культуре оно понималось и представлялось по разному. Так, в Вавилоне жизнь на Земле тесно связывали с движением звезд , а в Китае идеи гармонии… … Википедия

Тонкая настройка Вселенной — Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности … Википедия

Вселенная — Крупномасштабная структура Вселенной как она выглядит в инфракрасных лучах с длиной волны 2,2 мкм 1 600 000 галактик, зарегистри … Википедия

КОСМОЛОГИЯ — (от греч. kosmos мир, Вселенная и logos слово, учение), учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астр. наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого; раздел астрономии. Выводы К. основываются на законах физики и… … Физическая энциклопедия

Большой взрыв — У этого термина существуют и другие значения, см. Большой взрыв (значения). Запрос «Теория большого взрыва» перенаправляется сюда; о телесериале с таким названием см. Теория большого взрыва (телесериал). Космология … Википедия

Космическая инфляция — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование галактик … Википедия

Источник