Модель гарячого Всесвіту

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Американський фізик Георгій Антонович Гамов в 1946 році заклав основи однієї з фундаментальних концепцій сучасної космології - моделі "гарячого Всесвіту".

У цієї моделі основна увага переноситься на стан речовини і фізичні процеси, що йдуть на різних стадіях розширення Всесвіту, включаючи найбільш ранні стадії, коли стан був незвичайним.

З побудовою моделей "гарячого Всесвіту" в космології, крім законів тяжіння активно застосовуються закони термодинаміки, дані ядерної фізики і фізики елементарних частинок. Виникає релятивістська астрофізика.

Модель гарячого Всесвіту отримала емпіричне підтвердження в 1965 році у відкритті реліктового випромінювання американськими вченими Пензиасом і Вілсоном.

Реліктове випромінювання - одна з складових загального фону космічного електромагнітного випромінювання. Реліктове випромінювання рівномірно розподілено по небесній сфері і за інтенсивністю відповідає тепловому випромінюванню абсолютно чорного тіла при температкур близько 3К.

Відповідно до моделі гарячого Всесвіту, плазма і електромагнітне випромінювання на ранніх стадіях розширення Всесвіту володіли високою щільністю і температурою. У ході космологічного розширення Всесвіту ця температура падала. При досягненні температури близько 4000 К відбулася рекомбінація протонів і електронів, після чого рівновагу утворився речовини (водню і гелію) з випромінюванням порушилося - кванти випромінювання вже не мали необхідної для іонізації речовини енергією і проходили через нього як через прозоре середовище. Температура обособившееся випромінювання продовжувала знижуватися і до нашої епохи склала близько 3К. Таким чином, це випромінювання збереглося до наших днів як релікт від епохи рекомбінації та утворення нейтральних атомів водню і гелію. Воно залишилося як відлуння бурхливого народження Всесвіту, яке часто називають Великим вибухом.

В основі сучасної космології лежать уявлення про однорідність і ізотропності Всесвіту: у Всесвіті немає яких-небудь виділених точок і напрямків, тобто всі крапки і напрями рівноправні. Це твердження про однорідність і ізотропності Всесвіту часто називають космологічним постулатом.

У теорії однорідної ізотропного Всесвіту виявляються можливими дві моделі Всесвіту: відкрита і замкнута.

У відкритій моделі кривизна тривимірного простору негативна або (в межах) дорівнює нулю, Всесвіт нескінченний; в такій моделі рассотянія між скупченнями галактик з часом необмежено зростають.

У замкнутої моделі кривизна простору позитивна, Всесвіт кінцева (але так само безмежна, як і у відкритій моделі); в такій моделі розширення з часом змінюється стиском.

На підставі наявних спостережних даних не можна зробити ніякого вибору між відкритою та замкнутої моделями. Ця неопределнность ніяк не позначається на загальному характері минулого і сучасного розширення, але впливає на вік Всесвіту (тривалість розширення) - величину не досить визначену за даними спостережень.

У моделях однорідної ізотропного Всесвіту виділяється її особливе початковий стан - сингулярність. Цей стан характеризується величезною щільністю маси і кривизною простору. З сингулярності починається вибуховий, що уповільнює з часом розширення.

Значення постійної Хаббла (вірніше, параметра Хаббла) визначає час, що минув з початку розширення Всесвіту, яке зараз оцінюється в 10-20 млрд. років.

Сучасна космологія малює картину Всесвіту поблизу сингулярності. В умовах дуже високої температури поблизу сингулярності не могли існувати не тільки молекули й атоми, але навіть і атомні ядра; існувала лише рівноважна суміш різних елементарних частинок.

Рівняння сучасної космології дозволяють знайти закон розширення однорідної і ізотропного Всесвіту і описати зміна її фізичних параметрів у процесі розширення.

З цих рівнянь випливає, що початкові високі щільність і температура швидко падали.

Загальні закони фізики надійно перевірені при ядерних щільності, а таку щільність Всесвіт має через 10-4с від початку розширення. Отже, з цього часу від стану сингулярності фізичні властивості еволюціонує Всесвіту цілком піддаються вивченню (в ряді випадків цю межу відсувають безпосередньо до сингулярності).

В останні десятиліття розвиток космології і фізики елементарних частинок дозволило теоретично розглянути саму початкову сверхплотную стадію розширення Всесвіту, яка завершилася вже до моменту t близько 10-36 с. Цю стадію розширення Всесвіту назвали інфляційної. На цій стадії, коли температура була неймовірно висока (більше 1028 К), Всесвіт розширювалася з прискоренням, а енергія в одиниці об'єму залишалася постійною.

До моменту рекомбінації, який наступив приблизно через мільйон років після початку розширення, Всесвіт була непрозорою для квантів світла. Тому з допомогою електромагнітного випромінювання не можна зазирнути в епоху, що передує рекомбінації. На сьогоднішній день це можна зробити з допомогою теоретичних моделей.

Спочатку розширення Всесвіту її температура була настільки висока, що енергії фотонів вистачало для народження пар всіх відомих частинок і античастинок. При температурі 1013 К у Всесвіті народжувалися й гинули (анігілювали) пари різних частинок і їхніх античастинок. При зниженні температури до 5х1012 До майже всі протони і нейтрони анігілювали, перетворившись на кванти випромінювання; залишилися тільки ті з них, для яких "не вистачило" античастинок. Фотони, енергія яких до цього часу стала менше, вже не могли породжувати частинки і античастинки. Спостереження реліктового фону показали, що первинний надлишок частинок в порівнянні з античастинками становив незначну частку (одну мільярдну) від їх загальної кількості. Саме з цих "надлишкових" протонів і нейтронів в основному складається речовина сучасної спостережуваного Всесвіту.

При температурі 2х1010 К з речовиною перестали взаємодіяти нейтрино - від цього моменту повинен був залишитися "реліктовий фон нейтрино", знайти який, можливо, вдасться в майбутньому.

Через кілька секунд після початку розширення Всесвіту почалася епоха, коли запроваджувалися ядра дейтерію, гелію, літію та берилію - епоха первинного нуклеосинтезу. Продовжувалася ця епоха приблизно 3 хвилини. Її результатом в основному стало утворення ядер гелію. Інші елементи, важчі, ніж гелій, склали мізерно малу частину речовини.

Визначення хімічного складу (особливо зміст гелію, дейтерію і літію) найстаріших зірок і міжзоряного середовища молодих галактик є одним із способів перевірки висновків теорії гарячого Всесвіту.

Після епохи нуклеосинтезу (t близько 3 хв.) І до епохи рекомбінації (t близько 106 років) відбувалося спокійне розширення та охолодження Всесвіту.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Доповідь
13.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Модель Великого вибуху і розширення Всесвіту
Будова всесвіту еволюція всесвіту
Рівновага на товарному ринку Проста кейнсіанська модель модель витрати доходи
Рівновага на товарному ринку Проста кейнсіанська модель модель витрати доходи 2
Технологія гарячого копчення риби
Тема гарячого серця в п`єсі Безприданниця
Драма гарячого серця в п`єсі АН Островського Безприданниця
Проектування гарячого цеху їдальні загальнодоступною на 210 місць в м П
Теплове обладнання для гарячого цеху підприємства громадського харчування
© Усі права захищені
написати до нас