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
Автоматизированные измерительные и диагностические комплексы, системы
Явление и понятие установки. Виды установок, экспериментальные исследования установок
Қазақстан Республикасы салық жүйесі: қалыптасуы мен даму кезеңдері
Казахстан в период монгольского нашествия


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ