Шпаргалка по "КСЕ"

Наиболее  общепринятой в космологии является модель однородной изотропной

нестационарной  горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей

теории  относительности и релятивистской теории тяготения, созданной

Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два

предположения: 1) свойства Вселенной одинаковы  во всех ее точках

(однородность) и направлениях(изотропность); 2) наилучшим  известным

описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого

следует так называемая кривизна пространства и связь, кривизны с плотностью

массы. Космологию, основанную на этих постулатах называют релятивистской.

Важным  пунктом данной модели является ее нестационарность, это означает,

что Вселенная  не может находиться в статическом, неизменном состоянии.

Новый этап в развитии релятивистской космологии был связан с исследованиями

русского  ученого А.А. Фридмана (1888-1925), который  математически доказал

идею  саморазвивающейся Вселенной. Работа А.А.Фридмана в корне изменила

основоположения прежнего научного мировоззрения. Разъясняя  характер

эволюции  Вселенной, расширяющейся начиная  с сингулярного состояния, Фридман

особо выделял два случая:

а) радиус кривизны Вселенной с течением времени  постоянно возрастает,

начиная с нулевого значения;

б) радиус кривизны меняется периодически: Вселенная  сжимается в точку (в

ничто, сингулярное состояние), затем снова  из точки, доводит свой радиус до

некоторого  значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны,

обращается  в точку, и т.д.

На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским

астрономом  Эдвином Хабблом в 1929 году так  называемого «красного смещения».

Красное смещение — это понижение частот электромагнитного излучения: в

видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный

ранее эффект Доплера гласил, что при  удалении от нас какого-либо источника

колебаний, воспринимаемая вами частота колебаний  уменьшается, а длина волны

соответственно  увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е.

линии спектра сдвигаются в сторону  более длинных красных волн. Составной

частью  модели расширяющейся Вселенной  является представление о Большом

Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 —18 млрд. лет назад.

Джордж  Лемер был первым, кто выдвинул концепцию «Большого взрыва» из так

называемого «первобытного атома» и последующего превращения его осколков в

звезды  и галактики.Принципиально новый  этап в развитии современной

эволюционной  космологии связан с именем американского физика Г.А.Гамова

(1904-1968), благодаря которому в науку  вошло понятие горячей Вселенной.

Согласно  предложенной им модели «начала» эволюционирующей Вселенной

«первоатом» Леметра состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых

достигала чудовищной величины. В результате взрыва этого «первоатома» по

мнению  Г.А.Гамова образовался всоеобраэный космологический котел с

температурой  порядка трей миллиардов градусов, где и произошел естественный

синтез  химических элементов. Осколки первичного яйца - отдельные нейтроны

затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь,

соединившись  с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов.

Все это  произошло в первые 30 минут после  «Большого Взрыва.Ученые стали

искать  иные физические модели «начала». В 1961 году академик Я.Б. Зельдович

выдвинул  альтернативную холодную модель, согласно которой первоначальная

плазма  состояла из смеси холодных ( с температурой ниже абсолютного нуля)

вырожденных частиц - протонов, электронов и нейтрино. Из двух исходных

гипотез теории - о нейтронном составе «космического  яйца» и горячем

состоянии молодой Вселенной - проверку временем «выдержала «только

«последняя, указывающая на количественное преобладание излучения над

веществом у истоков ныне наблюдаемого космологического расширения 

Происхождение и развитие галактик и звёзд.

    Первую  эру  в  истории   вселенной  называют   “большим  взрывом”   или

английским  термином Big  Bang.  Под  расширением  Вселенной  подразумевается

такой процесс, когда то же самое количество элементарных  частиц  и  фотонов

занимают  постоянно возрастающий объём. Эволюцию Вселенной принято  разделять

на четыре эры : адронную, лептонную, фотонную и  звездную. а)  Адронная  эра.

При очень  высоких температурах и  плотности  в  самом  начале  существования

Вселенной материя состояла из элементарных частиц-  адронов.  б)   Лептонная

эра. Когда  энергия  частиц  и  фотонов  понизилась  в  веществе  было  много

лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить  интенсивное

возникновение электронов, позитронов и нейтрино. в)  Фотонная  эра  или  эра

излучения.   г)   Звездная   эра.   После   “большого   взрыва”    наступила

продолжительная эра вещества, эпоха  преобладания  частиц.  Мы  называем  её

звездной  эрой. Она продолжается  со времени завершения  “большого взрыва”

(приблизительно 300  000  лет)  до  наших  дней.  По  сравнению  с  периодом

“большим  взрыва” её развитие представляется как будто  слишком  замедленным.

Это происходит по причине низкой  плотности  и  температуры. Во  время эры

излучения  гамма-фотоны  постепенно  превращались  в  фотоны  рентгеновские,

ультрафиолетовые  и фотоны света. . При  этом  происходило  излучение  одного

ультрафиолетового  фотона  (или  же  нескольких  фотонов  света)  и,   таким

образом, возник атом водорода. Это была первая система частиц во  Вселенной.

С возникновением атомов водорода  начинается  звездная  эра  -  эра  частиц,

точнее  говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную  эру

в   форме   водородного   газа   с   огромным   количеством    световых    и

ультрафиолетовых  фотонов.  Водородный  газ  расширялся  в  различных  частях

Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и  его  плотность.  Он

образовывал огромные сгустки, во много  миллионов  световых  лет.Позднее из

отдельных  участков   с   помощью   собственного   притяжения   образовались

сверхгалактики  и скопления галактик. Итак,  крупнейшие  структурные  единицы

Вселенной   -   сверхгалактики   -   являются   результатом   неравномерного

распределения  водорода,  которое  происходило  на  ранних  этапах   истории

Вселенной. Колоссальные водородные сгущения  -  зародыши  сверх  галактик  и

скоплений галактик - медленно вращались.  Внутри  их  образовывались  вихри,

похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых  лет.

Мы называем эти  системы  протогалактиками,  т.е.  зародышами  галактик.Сила

гравитации  образовывала из этих вихрей системы  звезд,  которые  мы  называем

галактиками. Некоторые из галактик до  сих  пор  напоминают  нам  гигантское

завихрение. В результате силы тяготения  очень  медленно  вращающийся  вихрь

сжимался  в шар или несколько сплюнутый  эллипсоид.Нетрудно определить,  какие

из водородных  атомов  вошли  в  состав  рождающейся  эллиптической,  точнее

говоря  эллипсоидальной  галактики,   а   какие   остались   в   космическом

пространстве  вне  нее.  Протогалактика,  которая   вообще   не   вращалась,

становилась  родоначальницей  шаровой  галактики.  Сплющенные  эллиптические

галактики рождались из медленно  вращающихся  протогалактик.  Протогалактика

сжималась и плотность  водорода  в  ней  возрастала.  Как  только  плотность

достигала  определенного  уровня,  начали  выделятся  и  сжимается   сгустки

водорода.  Рождались   протозвезды,   которые   позже  эволюционировали   в

звезды.Спиральные галактики, в том числе и наша,  состоят  из  очень  старой

сферической составляющей (в этом они похожи на  эллиптические  галактики)  и

из  более   молодой   плоской   составляющей,   находящейся   в   спиральных

рукавах.Если бы  из  нашей  галактики  через  сто  миллионов  лет  после  ее

возникновения (это время формирования сферической  составляющей)  улетучился

весь  межзвездный водород, новые  звезды  не  смогли  бы  рождаться,  и  наша

галактика стала бы эллиптической. 

Основные  идеи и принципы квантовой  физики.

Величайшая  революция в физике совпала с  началом XX века. Попытки объяснить

наблюдаемые на опытах  закономерности распределения  энергии в спектрах

теплового излучения (электромагнитного излучения  нагретого тела) оказались

несостоятельными. Многократно проверенные законы электромагнетизма

Максвелла неожиданно “забастовали”, когда их попытались применить к

проблеме  излучения веществом коротких электромагнитных волн. И это тем

более удивительно, что эти законы превосходно описывают излучение радиоволн

антенной  и что в свое время само существование  электромагнитных волн было

предсказано на основе этих законов.Электродинамика    Максвелла приводила к

бессмысленному  выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя

энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до