7717

Модели происхождения Вселенной

Доклад

Астрономия и авиация

Модели происхождения Вселенной. 1. Ученик А.А. Фридмана Георг Гамов (эмигрировал в 1934г. из СССР в США) в 1948 г. разработал модель горячей Вселенной под названием Космология Большого взрыва» Радиус Вселенной в первоначальном состоянии был р...

Русский

2013-01-28

77.5 KB

10 чел.

Модели происхождения Вселенной.

1. Ученик А.А. Фридмана Георг Гамов (эмигрировал в 1934г. из СССР в США) в 1948 г. разработал модель горячей Вселенной под названием «Космология Большого взрыва». Радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10-12 см (близок к радиусу электрона), а плотность 1096 г/см3. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. В результате большого взрыва Вселенная перешла из этого состояния к расширению 13-15 млрд. лет назад.

Эволюцию Вселенной делят на эры:

Эра адронов – тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия, время существования эры 0,0001 с., температура 1012 градусов по К0, плотность 1014 г/см3.

Эра лептонов – легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие. Эра образовалась в результате аннигиляции адронов и античастиц. Время существования эры 10 с., температура 1010 К0, плотность 104 г/см3.

Фотонная эра. Энергия во Вселенной заключена в основном в фотонах. Продолжительность 1 млн. лет. В конце эры снижается температура с 1010 до  3000 К0, плотность с 104 г/см3 до 10-21 г/см3.

Звездная эра. Начинается процесс образования протозвезд и протогалактик, так как излучение отделилось от вещества. Это излучение фотонов дошло до нас в виде реликтового фона, предсказанное Гамовым и обнаруженное в 1965 г., что подтверждает гипотезу большого взрыва и что Вселенная не имеет центра, так как реликтовое излучение приходит на Землю со всех сторон.  

Происхождение скоплений галактик не удавалось объяснить при помощи предыдущих моделей, а только происхождение отдельных звезд и планетных систем. Это нужно объяснять не процессами, случившимися после взрыва, а процессами изначальной природы – подобная мысль привела к созданию Гутом (американец) новой модели.

2. Раздувающаяся, инфляционная модель Вселенной Алана Гута (инфляция – вздутие). Различие в эволюции Вселенной в инфляционной модели и теории Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка  10-30 с., далее принципиальных расхождений нет.

Суть модели – в квантовом вакууме в условиях очень высокой энергии частицы создают сильное натяжение. Давление внутри вакуума не положительно, а отрицательно (направлено внутрь), это приводит к тому, что гравитационные силы становятся силами отталкивания по теории Эйнштейна. В результате под действием гигантских сил отталкивания квантовый вакуум вздувается за 10-30 с. в 1030 раз. Раздувание (расширение) происходит молниеносно, вакуум охлаждается и гигантская освободившаяся энергия излучается, ее температура 1028 К0.  При такой температуре привычные нам частицы (кварки, лептоны) не существуют, а возникают после охлаждения вакуума. Для вакуума с отрицательным давлением характерны квантовые флуктуации – это и есть начальные состояния будущих галактик и их скоплений.

Итак, Большой взрыв есть длящееся невообразимо короткое мгновение расширение высокоэнергетического квантового вакуума (по поводу которого до сих пор ведутся споры).

Для ученых возникает трудность в объяснении причин космической эволюции. Для объяснения эволюции Вселенной выделяются две основные концепции: а) концепция самоорганизации – материальная Вселенная это единственная реальность, другой не существует. Идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении все большего усложнения их структур. Динамический хаос порождает порядок.

б) концепция креационизма, т.е. образование Вселенной и ее эволюция связаны с реализацией программы (программы высшего порядка, чем материальный мир), определяющей законы развития от простых систем к более сложным, в ходе которого  созданы условия для возникновения жизни и человека.

В качестве дополнительного аргумента привлекается антропный принцип.   

Солнечная система

Солнечная система входит в состав галактики Млечный путь и представляет собой группу небесных тел, различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь больших планет, десятки спутников планет, 5 карликовых планет, примерно 100 тысяч малых планет (астероидов), около 1011 комет, бесчисленное множество метеороидов и космическая пыль. Все пространство пронизано межгалактическими лучами.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца и она удерживает планеты на околосолнечных орбитах.

Фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, их осевое вращение противоположно солнечному. Самая большая скорость вращения у Меркурия, он совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток, а скорость его осевого вращения составляет около 59 земных суток; у самой удалённой планеты Нептуна орбитальный период составляет 165 лет, а скорость осевого вращения – 16 часов, у Земли 365 дней и 24 часа, интересное вращение у Венеры, имеющей массу примерно равную земной 225 з. суток и 243 з. сутки противоположно солнечному.

Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

8 больших планет расположены следующим образом (отсчет от Солнца):    Меркурий;

Венера;

Земля имеет 1 спутник;  

Марс – 2 (Деймос и Фобос);

Юпитер – 63 (Ио, где бушуют мощные вулканы, Европа имеет жидкий океан и может существовать жизнь, Ганимед по размеру больше Меркурия, Каллисто – крупнейшие спутники открыты впервые Галилеем. Систему Юпитера и систему Сатурна с их спутниками иногда называют «Солнечной системой в миниатюре»;

Сатурн – 61 (Титан, Феба, ...);

Уран – 27 (Титания, Офелия, ...);

Нептун – 13 (Тритон, Нереида, ...);

Карликовые планеты тоже имеют спутники: Церера; Плутон – 3 (Харон и Плутон двойная система планет, Гидра, Никта); Хаумеа – 2; Макемаке; Эрида – 1 спутник. 

У всех планет-гигантов есть кольца: у Юпитера они состоят из сравнительно мелких каменных частиц, вращающихся вокруг него; у Сатурна – система плоских концентрических образований изо льда и пыли, располагающаяся в его экваториальной плоскости; Уран имеет 13 колец, состоящих из водяного льда с включениями органики; Нептун имеет 5 колец, состоящих из ледяных частиц, покрытых силикатами.

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на:

- внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс – это планеты земной группы);  

- внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – планеты-гиганты), вокруг которых группируется около 90% естественных спутников. Промежуточное положение между внешними и внутренними планетами занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет.  Планеты-гиганты имеют значительные размеры и массу, низкую среднюю плотность, характерную для газового состава, а Юпитер и Сатурн близки с Солнцем по химическому составу (водород и гелий). Юпитер массивнее всех остальных планет в 2 раза. Из планет земной группы Земля и Венера почти не отличаются по размерам, массе и средней плотности, Марс и Меркурий меньше их.

Планеты земной группы, астероиды и отдельные спутники (например, Луна) образованы из так называемого «земного вещества».

«Земное вещество» состоит кремния, железа, алюминия, магния и титана в окисленном состоянии. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. «Солнечное вещество» – водород и гелий с небольшими примесями неона, аргона и других элементов. Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К. Летучие вещества  углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород. Летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твердом состоянии, то есть в виде льда.

Юпитер и Сатурн в основном состоят из «солнечного вещества» с примесями летучих веществ и «земного вещества». Для Урана и Нептуна основным веществом являются летучие вещества. Большая часть спутников планет-гигантов состоит в основном из летучих веществ с некоторой примесью «земного вещества». Те же составляющие, но в другой пропорции, характерны для комет.

Плане́та (с греч. блуждающая звезда) – массивное небесное тело, имеющее сфероидальную форму, движущееся по орбите вокруг звезды, в нем не протекают термоядерные реакции. А также вблизи орбит планеты имеется «пространство, свободное от других тел», которое появляется в процессе формирования планет.

В 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза (МАС) принято решение, согласно которому, Плутон не является планетой.

Солнце – единственная звезда в этой системе.

Масса Солнца 2·1027 тонн  и составляет 99,8 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Его диаметр 1,392×109 м или 109 диаметров Земли. Текущий возраст Солнца вычислен при помощи компьютерных моделей звёздной эволюции,  равен приблизительно 4,57 млрд. лет. По спектральной классификации Солнце относится к «жёлтым карликам». Солнце состоит из водорода (~73 % от m и ~92 % от V), гелия (~25 % от m и ~7 % от V) и других химических элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома.

Солнце представляет собой шар из светящегося газа, выделяющий колоссальное количество света, тепла и других видов энергии.  Температура поверхности Солнца достигает 6000 К0, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения атмосферой Земли свет Солнца у поверхности планеты приобретает жёлтоватый оттенок. В недрах Солнца температура доходит до 15 млн. К0.

В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4. При этом каждую секунду в энергию превращаются 4,26 миллиона тонн вещества и излучаются.

Свет от Солнца до нас доходит за 8 мин. и 20 сек. Излучение Солнца – основной источник энергии на Земле, оно определяет климат и поддерживает жизнь (фотосинтез невозможен без фотонов). Путём фотосинтеза энергия Солнца была запасена в полезных ископаемых: в нефти, торфе, каменном угле. Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, используемые для дезинфекции воды и различных предметов и оно вызывает загар, стимулирует выработку в организме витамина D. Интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется с широтой из-за озонового слоя и зависит от угла стояния Солнце над горизонтом в полдень, поэтому цвет кожи людей в различных регионах земного шара разный.

Солнце – звезда с сильным магнитным полем, меняющимся приблизительно каждые 11 лет. Изменения магнитного поля  связывают с солнечной активностью (это появление солнечных пятен, вспышек, солнечного ветра). С ними на Земле связаны полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, ухудшающие работу средств связи, средств передачи электроэнергии, и негативно воздействующие на живые организмы (головная боль и плохое самочувствие у людей). Предполагается, что солнечная активность играет большую роль в формировании и развитии Солнечной системы и влияет на структуру земной атмосферы.

Звезды

На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном (плазменном) состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Проксима Центавра самая близкая звезда из всех известных на сегодня и находится на расстоянии 4, 22 свет. года от Солнца, глядя на нее мы видим ее такой какой она была более 4 лет назад.

Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч лет – самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы – так называемые кратные системы – состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых кратных систем окружены общей оболочкой диффузной материи, источником которой, по-видимому, являются сами звезды, выбрасывающие ее в пространство в виде мощного потока газа.

Звезды объединены также в еще большие группы – звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления – насчитывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления –многие сотни тысяч. И ассоциации, или скопления звезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

Относительно размеров звезды бывают: - сверхгиганты с очень малой плотностью, Антарес его диаметр больше Солнца в 350 раз (1392 млн. м. у Солнца);

- гиганты их плотность также мала, но больше чем у сверхгигантов, диаметр больше солнечного в 10-100 раз;

- средние (Солнце - средняя звезда) их диаметр в 10 раз больше или меньше солнечного;

- красные карлики;

- белые карлики размеров с Землю, очень тусклые, очень плотные, их плотность выше плотности воды в 100 тыс. – 20 млн. раз.

Огромное значение имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой, включая проблему непрерывного образования звезд из конденсирующейся диффузной (рассеянной) материи.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Как правило, они начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации.

Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и с низкой температурой, к звездам – плотным плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной. В недрах звезд при температуре порядка 10 млн. градусов и при очень высокой плотности атомы находятся в ионизированном состоянии: электроны почти полностью или абсолютно все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения являются источником колоссального количества энергии, уносимой излучением звезд. Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри них. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов и миллиардов лет за счет превращения водорода в более тяжелые элементы, и прежде всего в гелий.

Судьба звезды во многом зависит от ее массы. Когда звезда вроде нашего Солнца использует все свое водородное «топливо», ее гелиевая оболочка сжимается, а ее внешние слои расширяются, звезда превращается в красный гигант.

Это красный гигант.

Со временем внешние слои красного гиганта резко отходят, оставляя малое яркое ядро звезды, и она превращается в белый карлик из-за нехватки ядерного топлива. Постепенно звезда охладится, превратившись в черного карлика (в огромную массу углерода). Такая судьба ожидает Солнце через 7-8 млрд. лет.

Звезды, масса которых больше массы Солнца в несколько раз, израсходовав свое ядерное топливо, расширяются и превращаются в сверхгигантов (они крупнее красных гигантов), далее под воздействием тяготения происходит резкое сжатие их ядер. Высвобожденная энергия разносит звезду на части, то есть звезда взрывается и превращается в сверхновую звезду (взорвавшаяся звезда), имеющую яркость 10 млрд. Солнц. После сверхновой в зависимости от исходной массы звезды может остаться небольшое тело, называемое нейтронной звездой с диаметром не больше нескольких десятков км, состоящее из твердых нейтронов с очень большой плотностью больше чем плотность белых карликов. Астрономы считают, что пульсары  — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, излучающие свет (или звуковые волны, или радиоактивные волны) маленькими пучками, так что мы можем видеть их каждый раз, когда они направлены к Земле.

Звезда также может превратиться в черную дыру, места сосредоточения материи столь высокой плотности и со столь высокой гравитацией, что ничто материальное, свет или радиация не могут покинуть его.

Существуют еще красные карлики сильно отличающиеся от других звёзд, их диаметр и масса не превышает 1/3 Солнца. Температура поверхности красного карлика достигает 3500 К. Они испускают очень мало света, иногда в 10,000 раз меньше Солнца. Из-за медленной скорости сгорания водорода, красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни от десятков миллиардов до нескольких триллионов лет. В красных карликах невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты. Со временем они постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива. Когда звезда достигает нижнего предела массы меньше 0,08 солнечной, то она считается коричневым карликом.

В итоге на завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды.

PAGE  6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83770. Понятие системы налогов и сборов. Структура и принципы построения 45.33 KB
  Система налогов и сборов не путать с налоговой системой это совокупность налогов и сборов взимаемых с плательщиков в порядке и на условиях определенных Налоговым кодексом. 12 НК РФ устанавливает следующие виды налогов и сборов в РФ: федеральные; региональные; местные. Федеральные налоги Федеральными налогами и сборами признаются налоги и сборы которые установлены НК РФ и обязательны к уплате на всей территории РФ при отсутствии специальных налоговых режимов п.
83771. Налоговое право РФ: общие положения, предмет, метод, система 46.7 KB
  Сегодня основными научными подходами для определения места НП в системе юридических наук являются: 1 концепция рассмотрения НП в качестве обособленной части АП швейцарская налоговая правовая доктрина 2 концепция рассмотрения НП в качестве обособленной части ФП неаполитанская налоговая правовая школа 3 концепция автономии НП согласно которой оно занимает особое или даже исключительное положение в системе права независимое от общих принципов как частного так и публичного права французская налоговая правовая доктрина 4 концепция...
83772. Источники налогового права. Налоговое законодательство и дополнительные источники налогового права 48.45 KB
  Налоговое законодательство и дополнительные источники налогового права. Источники налогового права это внешние конкретные формы его выражения т. правовые акты представительных и исполнительных органов государственной власти и органов местного самоуправления содержащие нормы налогового права.
83773. Нормы налогового права: понятие, особенности, виды норм налогового права 48.68 KB
  Особенности норм НП: 1 налоговые нормы отличаются от всех иных норм права по своему непосредственному целевому назначению 2 реализация большинства из них политически направлена в рамках внутренней и внешней экономической политики Признаки: 1 это правила поведения гарантированные государством 2 возлагают юридические обязанности и предоставляют субъективные права 3 имеют общеобязательный характер 4 всегда выражены в НПА 5 являются средством реализации публичных а не частных интересов 6 практически не имеют своего прототипа в...
83774. Налоговые правоотношения: понятие, признаки, структура 45.16 KB
  НК РФ законодательство о налогах и сборах регулирует властные отношения по установлению введению и взиманию налогов и сборов в РФ а также отношения возникающие в процессе осуществления налогового контроля обжалования актов налоговых органов действий бездействия их должностных лиц и привлечения к ответственности за совершение налогового правонарушения. Под воздействием правовых норм участники налоговых правоотношений наделяются правосубъектностью юридическими правами и обязанностями в налоговой сфере. Наряду с ней предпосылками...
83775. Субъекты налоговых правоотношений: общая характеристика 46.47 KB
  Точное определение субъекта налогового права имеет и практическое значение поскольку позволяет выявить круг лиц вступающих в налоговые отношения и действия которых влекут юридически значимые последствия. Наличие критериев позволяющих относить какоелибо физическое или юридическое лицо к субъектам налогового права дает возможность установить какие лица и их действия подпадают под юрисдикцию законодательства о налогах и сборах. Только субъекты налогового права могут иметь права и нести обязанности предусмотренные НК РФ и принятыми в...
83776. Правовой статус налогоплательщиков, налоговых агентов и налоговых представителей 57.26 KB
  Возникновение обстоятельств влекущих уплату суммы налога или сбора служит юридическим фактом на основании которого субъект налогового права приобретает статус участника налоговых правоотношений. 11 НК РФ указывает что физические лица осуществляющие предпринимательскую деятельность без образования юридического лица но не зарегистрировавшиеся в качестве индивидуальных предпринимателей в нарушение требований гражданского законодательства при исполнении налоговых обязанностей не вправе ссылаться на то что они не являются индивидуальными...
83777. Банки как субъекты налогового права. Иные участники налоговых отношений 49.16 KB
  Иные участники налоговых отношений. 9 НК РФ к участникам налоговых отношений регулируемых законодательством о налогах и сборах фактически они таковыми являются и обладают специальным налоговоправовым статусом. Банки являются субъектами налоговых правоотношений обеспечивающими налоговые изъятия и наделенными в связи с этим соответствующими правами и обязанностями. Участие банков в налоговых отношениях носит более сложный по сравнению с иными участниками налоговых отношений регулируемых законодательством о налогах и сборах характер.
83778. Правовой статус налоговых органов. Их права и обязанности. Обязанности должностных лиц налоговых органов 43.23 KB
  Обязанности должностных лиц налоговых органов. Правовой статус налоговых органов РФ объем и характер прав и обязанностей системы налоговых органов России строго определенных законодательством. Правовое положение налоговых органов обусловлено их местом в системе органов государственного управления страны наделением их над ведомственными полномочиями по отношению к организационно неподчиненным объектам управления по контролю за соблюдением налогового законодательства правильностью их исчисления полнотой и своевременностью внесения в...