Моделью горячей вселенной называют

Модель «горячей Вселенной»

Расширяющаяся Вселенная

Впервые космологическую модель Вселенной в рамках общей теории относительности рассмотрел советский математик А. Фридман. Он показал, что Вселенная, однородно заполненная веществом, должна быть нестационарной, и исходя из этого объяснил наблюдаемую картину разбегания галактик. Он показал, что в зависимости от средней плотности вещества Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься.

При расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорциональна расстоянию до них — вывод, который подтвердил Хаббл открытием красного смещения в спектрах галактик.

Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер его движения:

где G — гравитационная постоянная, а Н — постоянная Хаббла. Помня, что 1 пк = 3,08 • 1013 км и поэтому 1 Мпк = = 3,08 • 1019 км, найдем Н = 2,4 • 10-18 с-1. Тогда критическая плотность вещества:

Если средняя плотность Вселенной больше критической (ρ > ρкр)9 то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при средней плотности, равной или меньшей критической (ρ ≤ ρкр), расширение не прекратится.

Средняя плотность вещества, сосредоточенная в виде звезд в галактиках, равна приблизительно 2 • 10-30 кг/см3, что почти в 5 раз меньше критической.

Но делать выводы о бесконечном расширении Вселенной пока преждевременно, так как некоторые астрономы высказывают предположение о существовании в галактиках вещества, которое пока еще не обнаружено. Эта «скрытая масса» может изменить оценку принятой сейчас средней плотности вещества во Вселенной. Поэтому точного ответа на вопрос о будущем Вселенной в настоящее время не имеется.

Радиус Вселенной легко оценить с помощью закона Хаббла. Так как максимальная скорость не может превышать скорости света, то максимальное расстояние R, до которого мы можем наблюдать небесные тела, соответствует скорости разбегания галактик ν = с = 3 • 105 км/с, откуда

или R = 1,24 • 1026 м.

Возраст Вселенной

Если наблюдения пока не позволяют нам с определенностью сказать о характере будущего расширения Вселенной, то оценить, когда в прошлом это расширение началось, можно с помощью закона Хаббла. Действительно, если наблюдаемая нами галактика удаляется со скоростью ν и сейчас после «начала» расширения находится на расстоянии r от Земли, то свое удаление она начала в момент

Эти рассуждения применимы для любой галактики. Таким образом, около 13 млрд лет назад все вещество метагалактики было сосредоточено в небольшом объеме и плотность вещества была настолько высокой, что ни галактик, ни звезд не существовало. Пока не ясны ни физические процессы, протекавшие до этого сверхплотного состояния вещества, ни причины, вызвавшие расширение Вселенной. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительному уменьшению плотности вещества и на определенном этапе расширения стали формироваться галактики и звезды.

Некоторые видят в наблюдаемом разбегании галактик аналогию с разлетом вещества во время взрыва, поэтому описанная теория расширения Вселенной получила название теории Большого взрыва, а время (13 млрд лет), прошедшее с начала этого взрыва, называют возрастом Вселенной.

Модель «горячей Вселенной»

В 1968 г. было обнаружено излучение, которое не связано ни с одним известным источником радиоизлучения. Оно идет со всех сторон и похоже на излучение абсолютно черного тела. Это микроволновое излучение имеет максимум на длине волны λmax = 1 мм, что, согласно закону смещения Вина, соответствует температуре излучения 2,7 К. В прошлом, на ранних этапах эволюции Вселенной, плотность и температура этого излучения были существенно выше.

Таким образом, в прошлом не только плотность, но и температура вещества были очень высокими. Так, например, когда возраст Вселенной был всего несколько секунд, температура вещества и излучения была десятки и сотни миллионов кельвинов.

Конечно, ни о каких галактиках и звездах в этот период говорить не приходится. Они образовались значительно позднее, когда температура и плотность вещества стали ниже. Так как наблюдаемое микроволновое излучение с температурой 2,7 К связано с горячим веществом на ранних этапах эволюции Вселенной, то излучение получило название реликтового (оставшегося от прошлых эпох), а модель расширяющейся Вселенной называют моделью «горячей Вселенной»

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.

Читайте также: Вся вселенная во мнениях

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

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.

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

Конспект урока по астрономии Модель «горячей Вселенной»

Модель «горячей Вселенной»

— ознакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной» и реликтовым излучением;

— обратить внимание на наличие большого количества гелия и его образование во Вселенной ( где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной);

— рассмотреть наблюдения, указывающие на высокие температуры вещества Вселенной в начале расширения;

— развитие умений устанавливать причинно-следственные связи;

— развитие способности логически рассуждать, делать выводы ;

— развивать научность мышления, умение анализировать, выделять главное ;

— формирование информационной культуры и потребности приобретения знаний;

— развитие коммуникативной компетентности у учащихся;

— формирование добросовестного отношения к учебному труду учащихся и труду учёных;

— воспитывать интерес к предмету.

физика (плотность, температура, кинетическая и потенциальная энергии, плазма, скорость света, спектральный анализ, термоядерный синтез, элементарные частицы);

обществознание (материальность мира и его познаваемость, основные формы существования материи, движение материи, пространство и время);

математика (степени с положительным и отрицательным показателями, проценты, радиус, максимумы);

химия (химические элементы).

Оборудование: ПК, интерактивная доска, система контроля качества знаний PROClass, презентация, фрагменты видеофильмов.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

Актуализация знаний учащихся.

Изучение нового материала.

Закрепление изученного материала.

1 этап – Организационный:

Приветствие. Знакомство с темой и целями урока; система оценки результатов.

2 этап — Актуализация знаний учащихся

Проверка домашнего задания в форме тестирования по §§ 34-35 учебника Астрономия 10-11, автор Чаругин В.М.

Тестирование проводится с помощью системы PROClass . (Ученикам выдаются беспроводные пульты. На интерактивной доске выводятся вопросы с вариантами ответом. После ответа всеми учениками на вопрос или окончания отведённого времени, происходит переход к следующему вопросу. После каждого ответа можно выводить результат на экран для того, чтобы оценить, как класс ответил на вопрос и если нужно, то обсудить задание.)

1. Раздел астрономии, изучающий строение и развитие (эволюцию) Вселенной в целом, называется:

а) космогонией в) космонавтикой с) космологией d ) астрофизикой е) астрологией

2. Во времена Античности и в Средние века многие учёные, в том числе Н. Коперник и Т. Браге полагали, что Вселенная….

а) бесконечна в) конечна с) сжимается d ) расширяется

3. Ученый, подтвердивший вывод о том, что при расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорциональна расстоянию до них

а) И. Ньютон в) А. Эйнштейн с) А. Фридман d ) Э. Хаббл е) Н. Коперник

4. Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер движения и геометрия Вселенной равно

5. При каком значении плотности Вселенной она будет расширяться вечно:

а) ρ ≤ ρ кр в) ρ > ρ кр с) ρ >> ρ кр d ) нет верного ответа

3 этап — Изучение нового материала.

Модель «горячей Вселенной» ( использование материала учебника в качестве информации для лекции).

До образования звёзд вещество состояло из простейшего химического элемента – водорода, соответственно первые звёзды были водородные. В недрах звёзд протекали термоядерные реакции с образованием гелия. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизиться на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10 -15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.

В дальнейшем часть вещества возвращалась в межзвёздную среду. Следовательно, можно предположить, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Работа с учебником (стр.132) для оценки массы гелия, содержащегося в звёздах Галактики.

В термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода в недрах Солнца каждую секунду выделяется 4 · 10 26 Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ = 4,8 · 10 –12 Дж. Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 10 38 ядер атомов гелия, или 6,7 · 10 11 кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 · 10 10 лет = 3,9 · 10 17 с, легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звёздах (10 11 звёзд) за этот промежуток времени: 6,7 · 10 11 кг/с · 10 11 · 3,9 · 10 17 с = 2,6 · 10 40 кг.

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

Обсуждение с учащимися о таком несовпадении результатов вычислений.

Исходя из этого, в 1946 году астрофизик Г. Гамов (американский физик российского происхождения) пришёл к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звёздах, а на ранней стадии расширения Вселенной. Т.к. термоядерные реакции протекают при очень высоких температурах, то в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели «горячей» Вселенной.

Запись в тетради определения модели «горячей» Вселенной (стр. 132) – Теория Большого взрыва.

Просмотр видеофильмов «Теория Большого Взрыва» и «Реликтово излучение».

видеофильм «Теория Большого взрыва: как зародилась Вселенная» (3 мин 11с) https://www.youtube.com/watch?v=Vgo-_gcQmhY

Для раскрытия понятия реликтового изучения демонстрируется видеофильм «Реликтово излучение» https://www.youtube.com/watch?v=_9SJjY8bqkE

Вывод: итак, на ранних этапах расширения вещество Вселенной имело огромную плотность и очень высокую температуру. Было также излучение, которое находилось в равновесии с веществом. Именно это излучение назвали реликтовым — космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно черного тела при температуре около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует -270° С). Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем.

4. Закрепление изученного материала.

1. Почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью «горячей» Вселенной?

Источник