Современные представления о Вселенной

Автономная некоммерческая организация высшего профессионального  образования «ПЕРМСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ФИНАНСОВ»

 

 

Факультет: Менеджмент

Кафедра: ОГСЭЕН

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: «концепции современного естествознания»

Вариант № 2

Тема №16 «Современные представления о Вселенной»

 

Выполнил:	Волк Виталий Анатольевич
Группа:	М-12 С(И5)
Контактная информация:	v.volk@tentogroup.ru
Отметка о регистрации:
Проверил:	Денисламова Е.С.
Дата:		Оценка:
Примечания:

Пермь 2012

 

 

Содержание

 

1.Введение            3

2.Строение Вселенной          3

3.Теория Большого взрыва          4

4.Рождение галактик и звезд         5

5.Сценарии жизни звезд          6

6.Образование планет          7

7.Современные теории о дальнейшей эволюции вселенной     7

8.Заключение            8

9.Список используемой литературы        10

 

1.Введение

Существование и строение Вселенной интересовало человечество с самых ранних этапов своей истории. Небо, которое было доступно обозрению, было очень интересным и притягивало к себе. Человек стремился понять, как устроен окружающий мир, что такое звезды, планеты, солнце, как они возникли. Не потерял интереса к изучению проблем космоса и современный человек, но его уже интересует не просто выяснение вопроса, что есть Вселенная, которая поражает воображение своим величием, своими колоссальными пространственно-временными формами. Человек постепенно вскрывает внутренние «механизмы» космоса, познает законы и свойства Вселенной, раздвигают тем самым границы представлений о ней. Какую картину мы имеем сегодня? Изначально я предлагаю разобраться в «структуре Вселенной». Из чего же она состоит?

 

2.Строение Вселенной

Вселенная это окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений. Вселенная – это мегамир. Нет жесткой границы, которые бы разделяли микро-, макро– и мегамиры. Как бы они кардинально не отличались, они взаимосвязаны. Так, наша Земля представляет макромир, но в качестве одной из планет. В солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира. Вселенная представляет собой упорядоченную систему отдельных взаимосвязанных элементов различного порядка. Это небесные тела: звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы, планетные системы звезд, звездные скопления, галактики.

Звезды это гигантские раскаленные небесные тела, в недрах которых идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий при очень высоких температурах (например Солнце, Проксимы Центавра) Вокруг звезды вращаются планеты.

Планеты это холодные небесные тела (например Сатурн, Юпитер, Земля). В нашей Солнечной системе существуют два типа планет. Это планеты Земного типа: Меркурий, Венера, Земля и Марс, и планеты гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Вокруг планет вращаются спутники.

Спутники это холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет, под действием силы притяжения этих планет.

Например: Солнце – это звезда, Земля – это планета, Луна –  это спутник Земли. Все небесные тела, находящиеся в зоне существенного действия силы тяготения звезды, образуют ее планетную систему. Так, Солнечная система это совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов и множество комет.

Астероиды это небольшие холодные небесные тела, входящие в состав планетарной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее и обращаются вокруг звезды по тем же законам, по которым движутся планеты.

Кометы это небесные тела, входящие в состав планетарной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры в несколько километров. У ярких комет при приближении к Солнцу появляется хвост в виде светящейся полосы, длина которого может достигать десятков миллионов километров.

Звезды вместе с их планетными системами  и межзвездной средой образуют галактики.

Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления.

Звездные скопления  – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение.

 

3

Таким образом, мы получаем, что есть Галактика (например «Млечный путь») в которой

расположены все видимые нам  звезды со своими спутниками, а так же кометы и астероиды

В свою очередь Галактики образуют метагалактику.

Метагалактика – совокупность галактик, частью которой является всё множество галактик. Наша Галактика одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики.

Так как расстояния между небесными телами очень большие, для удобства была разработана система специальных единиц измерения, которая включает в себя:

Астрономическая единица - соответствует расстоянию от Земли до Солнца. Эта единица применима для определения расстояний в пределах Солнечной системы.

Световой год это расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300 000 км/с, проходит за один год. В световых годах определяют расстояние до звезд и других космических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы. Так же существуют такие понятия как световая секунда, минута, световой час

Парсек это расстояние, равное 3,3 светового года. Используют для измерения расстояний внутри звездных систем и между ними.

При определении расстояний до других галактик используют еще более крупные  единицы это килопарсек, который равен 10³ парсек и мегапарсек, который равен 10⁶ парсек.

Вот та «структура Вселенной», которую мы знаем сегодня. Возникает вопрос: А как же появилась Вселенная? Есть очень много различных версий возникновения Вселенной. На сегодняшний день общепринятой теорией принято считать теорию Большого взрыва

 

3.Теория Большого взрыва

В 1948 г. Георгий Анатольевич Гамов, выдающийся американский физик русского происхождения, выдвинул предположение, что Вселенная образовалась в  результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд. лет тому назад. На ранних стадиях возникновения Вселенная имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. В вакууме имелись виртуальные частицы, которые рождались и тут же исчезали. Пока вакуум находился в равновесном состоянии, в нем существовали лишь виртуальные частицы, которые занимали в долг у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы родиться, и быстро возвращали позаимствованную энергию, чтобы исчезнуть. Когда же вакуум по какой-то причине в некоторой исходной точке (сингулярности) возбудился и вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали захватывать энергию без отдачи и превращались в реальные частицы. И в определенной точке пространства образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией.

Когда возбужденный вакуум разрушился, то высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Экстремальные условия «начала», когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Оно характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества. В этом состоянии вещества в нем могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной — Большой взрыв. Это и было первотолчком, «началом» нашего мира. С этого момента начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство. В это время идет безудержное раздувание «пузырей пространства», зародышей одной или нескольких вселенных, которые могут отличаться друг от друга своими фундаментальными законами. Один из них стал зародышем нашей Метагалактики. Период «раздувания», идущий по экспоненте, занимает очень малый промежуток времени — до 10^-33 с после «начала». Он называется инфляционным периодом. За это время размеры Вселенной увеличились в 1050 раз, от миллиардной доли размера протона до размеров спичечного коробка. К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной, но когда инфляция иссякла, Вселенная вдруг стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла, осветивший космос, обусловлен огромными запасами энергии

 

4

 заключенными в «ложном» вакууме. Такое состояние вакуума очень неустойчиво и стремится к распаду. Когда распад завершается, отталкивание исчезает, заканчивается и инфляция. А энергия, связанная в виде множества реальных частиц, высвободилась в виде излучения, мгновенно нагревшего Вселенную до 1027 К.. С этого момента Вселенная развивалась, согласно стандартной теории Большого взрыва. В дальнейшем Вселенная развивалась поэтапно

1этап возникновения Вселенной длился 10^-7 с. На этом этапе температура понижается до 1013 К. При этом появляются все четыре фундаментальных взаимодействия, прекращается свободное существование кварков (элементарных частиц), они сливаются в адроны, важнейшими среди которых являются протоны и нейтроны. Наиболее значимым событием стало нарушение симметрии, которое произошло в первые мгновения существования нашей Вселенной. Число частиц оказалось чуть больше, чем число античастиц. Это и определило дальнейшее появление вещественной Вселенной с галактиками, звездами, планетами и разумными существами на некоторых из них. Этот промежуток называют Адронной эрой.

2 этап продолжался до 1 с после начала. Температура Вселенной понизилась до 1010 К. Главными ее элементами были лептоны, которые участвовали во взаимных превращениях протонов и нейтронов. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино, они перестали взаимодействовать с веществом и с тех пор дожили до наших дней. Этот промежуток времени называют Лептонной эрой.

3 этап продолжался 1 млн. лет. Этот промежуток называют фотонной эрой. За это время температура Вселенной снизилась с 10 млрд. К до 3000 К. На протяжении данного этапа происходили важнейшие, для дальнейшей эволюции Вселенной, процессы соединение протонов и нейтронов в атомные ядра. К концу этого процесса вещество Вселенной состояло на 75% из протонов водорода, и около 25% ядер гелия, сотые доли процента пришлись на дейтерий, литий и другие легкие элементы, после чего Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало то, что в нашу эпоху называется реликтовым излучением. После основных этапов почти 500 тысяч лет не происходило никаких качественных изменений. Шло медленное остывание и расширение Вселенной. Вселенная, оставаясь однородной, становилась все более разреженной. Когда она остыла до 3000 К, ядра атомов водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. В итоге образовалась однородная Вселенная, представлявшая собой смесь трех почти не взаимодействующих субстанций: барионного вещества (водород, гелий и их изотопы), лептонов (нейтрино и антинейтрино) и излучения (фотоны). К этому времени уже не было высоких температур и больших давлений. Казалось, в перспективе Вселенную ждало дальнейшее расширение и остывание. Но этого не случилось; напротив, произошел скачок, создавший современную структурную Вселенную, который, по современным оценкам, занял от 1 до 3 миллиардов лет.

Следующим этапом, спустя I млрд. лет, после начала образования Вселенной стали появляться галактики и звезды.

 

4 Рождение галактик и звезд

Первым условием появления галактик во Вселенной стало появление случайных скоплений и сгущений вещества в однородной Вселенной. Второе условие появления галактик это наличие малых возмущений, ведущих к отклонению от однородности и изотропности пространства. Данные массы под действием гравитации начинают сжиматься. Вначале исходные объекты имеют форму куба, а затем сжимаются в «блин». Первоначально изолированные друг от друга плоские «блины» очень скоро вырастают в плотные слои. Эти слои пересекаются, и в процессе их взаимодействия образуется ячеисто-сетчатая структура, где стенками огромных пустот служат «блины». Отдельный «блин» представляет собой сверхскопление галактик и имеет уплощенную форму. Галактики существуют в виде групп - несколько галактик, скоплений - сотни галактик и облаков скоплений - тысячи галактик. Одиночные галактики во Вселенной встречаются очень редко. Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях в 10—20 раз больше, чем размеры самых крупных