Презентація на тему «Еволюція всесвіту» (варіант 3)

Еволюція всесвіту

Великий Вибух та вік всесвіту.
Головні ери в історії Всесвіту.
Реліктове фонове випромінювання.
Майбутнє Всесвіту.
План

Великий Вибух
та вік Всесвіту
Вели́кий ви́бух — фізико- космологічна теорія, згідно з якою Всесвіт виник із надзвичайно щільного та гарячого стану приблизно 13,7 мільярдів років тому. Вона ґрунтується на екстраполяціїв минуле факту розбігання небесних тілза законом Габбла та на моделі Всесвіту, запропонованій Олексанром Фрідманом.
Зазвичай зараз автоматично поєднують теорію Великого вибуху і модель гарячого Всесвіту, але ці концепції незалежні і історично існувало також уявлення про холодний початок Всесвіту поблизу Великого вибуху. Саме поєднання теорії Великого вибуху з теорією гарячого Всесвіту, що підкріплюється існуванням реліктового випромінювання.
Великий Вибух та поступове розширення простору

Астрономічні дослідження, що проводились у XX ст., допомогли астрономам збагнути розлітання галактик, яке свідчить про те, що сам Всесвіт не залишається сталим у часі — він змінює свої параметри. Якщо відстань між галактиками зараз   збільшується, то раніше вони розташовувались ближче одна до одної. За допомогою сталої Габбла можна підрахувати, коли всі галактики до початку розширення могли перебувати в одній точці. Моментом початку розширення Всесвіту є Великий Вибух, який пов'язаний із віком Т Всесвіту: Т—1/Н.

За сучасними даними стала Габбла Н= 70 км /(с Мпк), тобто Великий Вибух міг відбутися приблизно 15 млрд років тому. Якщо врахувати, що вік нашої Галактики не може бути більшим за вік найстаріших кулястих зоряних скупчень, що існують уже понад 13 млрд років, то цю цифру можна також вважати за нижню межу віку нашого Всесвіту.

Головні ери в історії всесвіту
Всесвіт на початку існування мав настільки маленькі розміри, що тоді не було ні галактик, ні зір і навіть ще не існували елементарні частинки. Густина та температура новонародженого Всесвіту.
    Великий Вибух — процес, що відбувся під час зародження Всесвіту, коли почалося загадкове розширення космічного простору й утворення елементарних частинок, атомів і великих тіл — планет, зір, галактик досягали таких фантастичних значень, що вчені навіть не можуть визначити, у якому стані при цьому перебувала матерія. Цей початковий момент народження Всесвіту називають сингулярністю (від лат.— єдиний). Потім густина і температура Всесвіту почали знижуватись і стали утворюватися елементарні частинки, атоми і галактики.
Усю історію нашого Всесвіту можна розділити на чотири ери — адронна, лептонна, випромінювання та речовини (див. таблицю).
   Сингулярність — початковий момент при зародженні Всесвіту, коли густина і температура матерії сягали надзвичайно великих значень.

Ера
Всесвіту
Вік Всесвіту, років
Фази еволюції
Температура, К
Густина.
кт/мл
Речовини
1,5·1010
Сучасна епоха
2,7
5 '10-27
1,2·1010
Виникнення на Землі життя
 
 
1010
Формування Сонячної системи
 
 
6·109
Утворення перших зір
 
 
5· 109
Утворення нашої Галактики
 
10 -26
109
Квазари
 
 
3 ·105
Поява хмар водню та гелію
 
 
108
Утворюються атоми Гідрогену та Гелію
 
10-13
3 ·105
Формування речовини. Всесвіт стає нейтральним і темним
3
10-10
Випромі
нювання
300 с
Кінець ери випромінювання
10
 
10 с
Утворюються ядра Дейтерію та Гелію
104
1016
Лептонна
10 -4с
Електрони і позитрони в стані теплової рівноваги з випромінюванням
1010
 
Адронна
10-7 с
Розділення електромагнітної та слабкої взаємодії
1015
 
10-10 с
Утворення нейтронів і протонів
1027
 
10-32 с
Відділення сильної взаємодії
 
 
10 43 с
Відділення сил гравітації
1032
1095
Сингу
лярність
Усі чотири фундаментальні сили об'єднані в єдину. Розміри Всесвіту наближуються до нуля
 
 

Ера
Всесвіту
Вік Всесвіту, років
Фази еволюції
Температура, К
Густина.
кт/мл
Речовини
1,5·1010
Сучасна епоха
2,7
5 '10-27
1,2·1010
Виникнення на Землі життя
 
 
1010
Формування Сонячної системи
 
 
6·109
Утворення перших зір
 
 
5· 109
Утворення нашої Галактики
 
10 -26
109
Квазари
 
 
3 ·105
Поява хмар водню та гелію
 
 
108
Утворюються атоми Гідрогену та Гелію
 
10-13
3 ·105
Формування речовини. Всесвіт стає нейтральним і темним
3
10-10
Випромі
нювання
300 с
Кінець ери випромінювання
10
 
10 с
Утворюються ядра Дейтерію та Гелію
104
1016
Лептонна
10 -4с
Електрони і позитрони в стані теплової рівноваги з випромінюванням
1010
 
Адронна
10-7 с
Розділення електромагнітної та слабкої взаємодії
1015
 
10-10 с
Утворення нейтронів і протонів
1027
 
10-32 с
Відділення сильної взаємодії
 
 
10 43 с
Відділення сил гравітації
1032
1095
Сингу
лярність
Усі чотири фундаментальні сили об'єднані в єдину. Розміри Всесвіту наближуються до нуля
 
 

Реліктове фонове випромінювання
Реліктове випромінювання — кванти світла, що утворилися 15 млрд років тому. Вони відділилися від елементарних частинок і почали самостійне поширення у Всесвіті. За допомогою цього випромінювання виміряли середню температуру Всесвіту 2,7 К

Ті кванти електромагнітного випромінювання, що відірвалися від елементарних частинок в еру випромінювання, доходять до нас з усіх боків і відповідають електромагнітному випромінюванню чорного тіла з температурою 2,7 К (рис. 16.1). На початку існування кванти мали велику енергію, тому випромінювання відбувалося у високочастотній частині спектра електромагнітних хвиль у гамма-діапазоні. Із часом гамма-кванти втрачали енергію, тому довжина електромагнітних хвиль збільшувалася, і через 10s років після Великого Вибуху максимум випромінювання припадав уже на видиму частину спектра — тоді молодий Всесвіт справді мав вигляд яскравої вогняної кулі й був подібний до вибуху ядерної бомби. Через 10 млн років максимум випромінювання вже розташовувався в інфрачервоній частині спектра, а через 14 млрд років середня температура Всесвіту зменшилася до 2,7 К, тому зараз максимум випромінювання розташовується в радіодіапазоні на хвилі завдовжки 1 мм. Таке випромінювання надходить до Землі звідусіль, його інтенсивність і частота не залежать від напрямку, і це свідчить про те, що середня температура Всесвіту повсюди однакова. Цікаво, що передбачив існування гарячого раннього Всесвіту ще 60 років тому уродженець міста Одеси Г. Гамов (США), але зареєстрували ці реліктові електромагнітні хвилі тільки в 1965 р.

Майбутнє Всесвіту
Існує кілька різних сценаріїв еволюції Всесвіту в майбутньому залежно від його параметрів, зокрема густини. Проблема передбачення майбутнього ускладнюється тим, що результати спостережень останніх десятиліть не зовсім вкладаються в стандартну модель Великого вибуху. Пояснення цих явищ, зокрема плоскої форми Всесвіту, прискорення його розширення тощо, можна дати, ввівши додаткові параметри в теорію, припустивши, що у Всесвіті крім звичайної матерії частинок та античастинок існує так звана темна матерія, до того ж її навіть більше, ніж звичайної, а також, що існує так звана темна енергія.
До цих модифікацій вважалося, що за достатньої густині речовини у Всесвіті розширення припиниться, і він почне стискатися й розігріватися — процес рушить у зворотному напрямку. При недостатній густині Всесвіт продовжуватиме розширюватися із дедалі меншою швидкістю

1.     Якщо середня густина Всесвіту р<р0, то галактики будуть розлітатися вічно, і в майбутньому температура фонового випромінювання поступово буде знижуватись, наближуючись до абсолютного нуля, а максимум випромінювання з часом буде зміщуватись у сантиметровий і метровий діапазони електромагнітних хвиль .Такий Всесвіт називають відкритим, він не має межі у просторі й може існувати вічно, поступово перетворюючись на ніщо.
Можлива еволюція нашого світу:
У відкритому Всесвіті справедлива неевклідова геометрія, коли сума кутів у трикутнику менша від 180

2.     Якщо в космосі виявиться значна прихована маса і середня густина буде р > р0 , тоді розширення Всесвіту через деякий час припиниться. Такий Всесвіт називають закритим — він не має межі у просторі, але має початок і кінець у часі
Для закритого Всесвіту є правильною неевклідова геометрія, коли сума кутів у трикутнику більша за 180°
 Еволюція закритого Всесвіту. Такий світ збільшується до певних максимальних розмірів, після чого галактики почнуть зближуватись. Початок і кінець такого Всесвіту мають нескінченно велику температуру і густину

3. Існує також імовірність того, що середня густина Всесвіту дорівнює критичній густині р = р0. У цьому випадку безмежний та нескінченний Всесвіт має нульову кривизну, і для нього справедлива геометрія Евкліда .Галактики будуть розлітатися вічно, температура Всесвіту буде вічно наближуватися до абсолютного нуля... Цей сценарій еволюції цікавий ще й тим, що при ньому загальна енергія Всесвіту залишається рівною нулю: Еk+- En = 0. Тобто якщо вважати потенціальну енергію тяжіння негативною, а кінетичну енергію руху — позитивною, то Всесвіт міг виникнути з нічого у фізичному вакуумі як дивовижне збурення, тому з часом він теж може перетворитися на ніщо.
У геометрії Евкліда паралельні прямі не перетинаються, а сума кутів у трикутнику дорівнює 180°

Сучасні спостереження підтверджують Існування у Всесвіті прихованої маси (так звана темна матерія), яка зосереджена в тілах, що випромінюють незначну енергію у вигляді електромагнітних хвиль - чорні діри, пульсари, нейтринне випромінювання, гравітаційні хвилі тощо. Астрономи, які займаються проблемами космології, запропонували гіпотезу щодо Існування нового класу елементарних частинок, яким дали таку умовну назву - Слабко Взаємодіючі Масивні Частинки (СВМЧ). Якщо ці гіпотези про приховану масу підтвердяться, то середня густина Всесвіту може бути більша за критичну, І майбутня еволюція Всесвіту відбуватиметься за сценарієм, який викладено у п. 2 (рис, 16.3, 16.4)). Такий Всесвіт нагадує казкову птицю Фенікс, яка періодично спалюється, а потім із попелу відроджується молодою,

Останні дослідження руху зір у галактиках підтверджують гіпотезу про існування класу елементарних частинок із прихованою масою, які отримали назву темна матерія. Крім того виявлено, що в міжгалактичному просторі існують сильні поля невідомої природи, які астрономи назвали темна енергія. Новітні гіпотези припускають, що в наш час за допомогою телескопів ми спостерігаємо тільки 5 % матерії Всесвіту, а 95 % припадає на загадкові поля темної енергії та темної матерії, яка не випромінює електромагнітні хвиль.

Висновок
Еволюція Всесвіту почалася з Великого Вибуху надзвичайно щільної матерії 13-20 млрд років тому, коли сталося загадкове розширення космічного простору. Про це свідчить розлітання галактик, яке триває до цього часу, і вміст Гелію (25%) та Гідрогену (75%) у речовині. Надзвичайно високу температуру молодого Всесвіту підтверджує реліктове електромагнітне випромінювання.
Майбутнє Всесвіту залежить від середньої густини речовини, яка взаємодіє згідно із законом всесвітнього тяжіння. Можливо, що Всесвіт є відкритим і нескінченним, і його розширення буде тривати вічно. Але якщо середня густина речовини у Всесвіті більша ніж деяка критична величина, то такий Всесвіт може періодично розширюватися, а потім стискатися

Список літератури:
Мала гірнича енциклопедія. / За ред. В. С. Білецького.
Підручник Астрономія-М.П.Пришляк.
Сайт про сучасну космологію/www.modcos.com.
Попов П. І. та ін. Астрономія. К., 1950
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії -«Теорія Великого вибуху»
Шкловский И. С. (1987). Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука.
Реліктове випромінювання // Астрономічний енциклопедичний словник/ За загальною редакцією І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів.
Бібліотека українських підручників (pidruchniki.website)
Найцікавіше про космос –А.Д.Веремієнко.
«Дерево Пізнання» — Планета Земля (ст. 1-4)

Дякую за увагу!