Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Модель Большого Взрыва



 Другие рефераты
Моделирование Россия - демократическое государство Наука о сложных системах Научный метод

Модель Большого Взрыва расширяющейся Вселенной


      Планеты, звёзды, галактики  поражают  нас  удивительным  разнообразием
своих свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная в целом ?
      Её главное свойство - однородность. Она  предстаёт  перед  нами  всюду
одинаковой -  «сплошной».  Указывая  из  соображений  максимальной  простоты
устройства на  общую  однородность  мира,  замечательный  мыслитель  Паскаль
(1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а  окружность
нигде.  Так  с  помощью  наглядного  геометрического  образа  он   утверждал
однородность мира.
      У Вселенной есть и  ещё  одно  важнейшее  свойство.  Она  находится  в
движении,  расширяется.  Расстояние  между  скоплениями  и  сверхскоплениями
постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть  ячеистой
структуры растягивается.
      Во  все  времена  люди  предпочитали  считать   Вселенную   вечной   и
неизменной. Эта точка зрения господствовала  вплоть  до  20-х  годов  нашего
века. В то время считалось, что она ограничена  размерами  нашей  Галактики.
Настоящий переворот в науке о  Вселенной  произвели  в  1922  -  1924  годах
работы ленинградского математика и физика А. Фридмана.  Опираясь  на  только
что  созданную  тогда  А.  Эйнштейном  общую  теорию   относительности,   он
математически доказал, что мир - это не нечто застывшее  и  неизменное.  Как
единое целое он живет своей  динамической  жизнью,  изменяется  во  времени,
расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.
      Фридман открыл подвижность звёздной Вселенной. Это было  теоретическое
предсказание,  а  выбор  между  расширением  и  сжатием  нужно  сделать   на
основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 -  1929  годах
удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.
      Он обнаружил, что далёкие галактики и целые  их  коллективы  движутся,
удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии  с
предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.
      Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от  нас.  В
действительности общее расширение Вселенной  происходит  так,  что  все  они
удаляются друг  от  друга,  и  из  любого  места  картина  этого  разбегания
выглядит так, как мы видим её с нашей планеты.
      Предполагаемый возраст Вселенной во много раз превышает  те  временные
отрезки, которыми мы  оперируем,  описывая  историю  человечества  или  даже
историю нашей планеты. Зарождение и эволюция жизни на  земле  является  лишь
ничтожным звеном в эволюции Вселенной, а с точки  зрения  человека,  процесс
эволюции Вселенной происходит очень медленно.
      Согласно общепринятой сегодня эволюционной теории  Вселенной,  началом
ее был гигантский, раскаленный  и  плотный  огненный  шар.  Это  было  около
десяти миллиардов лет назад. Предполагаемый  состав  этого  первичного  яйца
был весьма прост:  огненный  шар  был  настолько  раскален,  что,  вероятнее
всего, состоял лишь из свободных элементарных частиц,  которые  стремительно
двигались, сталкиваясь друг с другом, хотя, скорее всего,  это  были  не  те
элементарные  частицы,  которые  современные   ученые   привыкли   наблюдать
сегодня.
      Какое-то время шар находился в покое, а затем произошел Большой Взрыв,
и на протяжении десяти миллиардов  лет  после   этого  события,  грандиозной
вселенской   катастрофы,   простейшее   бесформенное   вещество   постепенно
превращалось  в  атомы,  молекулы,  кристаллы,  породы,  планеты.  Рождались
звезды, системы, состоящие из огромного  количества  элементарных  частиц  с
весьма простой  организацией,  и,  вероятно,  на  некоторых  планетах  могли
возникнуть формы жизни, подобные земным или же  радикально  отличающиеся  от
них.
      Итак, произошел  Взрыв,  по-английски  Big  Bang,  и  с  этой  секунды
началось расширение Вселенной,  продолжающееся  до  сих  пор,  а  момент,  с
которого Вселенная начала расширятся,  принято  считать  ее  началом,  хотя,
возможно,  Мировое  Яйцо,  огненный  шар,  бесконечно   долго   пребывал   в
стабильном  состоянии.  Под  расширением  Вселенной  подразумевается   такой
процесс, когда одно  и  то  же  количество  элементарных  частиц  и  фотонов
занимают постоянно возрастающий объём, а, следовательно,  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 начале времен (примерно  десять  миллиардов  лет  назад)
плотность Вселенной  была  очень  большой,  ведь  в  относительно  небольшом
объеме содержалось все существующее сегодня вещество.  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 фантастически раскаленной 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,  а  энергия  превращалась   в
вещество.
         Подробный анализ показывает, что температура вещества Т  понижалась
во времени в соответствии с простым соотношением :
                           T =     1010/ ? t  K .
      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  Кельвинов.
          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 h?’kT понижалась и энергия фотонов.  Это  возможно  лишь  в  том
случае, если уменьшится их частота  ?.
      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  2moc2  или  большей.
Эта  зависимость выражается  так :
                                              h? >=2moc2
      Со временем энергия фотонов понижалась, и как только  она  упала  ниже
произведения энергии частицы и античастицы (2moc2), 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   h?
кинетической энергией частиц kT ,
                                kT >= 2 moc2
      то есть
                                T >= 2 moc2/k
      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
                                  2 moc2/k

      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  ? 2 гамма-фотона
   при   условии   соприкосновения   вещества   с   антивеществом.   Процесс
материализации
                     гамма-фотон ? частица + античастица
мог протекать лишь при достаточно высокой температуре.  Согласно  тому,  как
материализация в результате понижающейся  температуры раскаленного  вещества
приостановилась. Эволюцию  Вселенной  принято  разделять  на  четыре  эры  :
адронную, лептонную, фотонную и звездную.
      Адронная эра.
      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 лептоны.
          Через  миллионную  долю  секунды  с  момента  рождения  Вселенной,
температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K).  Средняя  кинетическая
энергия частиц kT и фотонов h? составляла около миллиарда эв (103 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  1013  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 1012 K, а энергия  
123
скачать работу


 Другие рефераты
Карты географические
Қазақстан Республикасы Экономика және бюджеттiк жоспарлау министрлiгi туралы ереже
Способы получения радионуклидов для ядерной медицины
Органикалық қосылыстар


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ