Ім'я файлу: Всесвіт проект Обідняк ФК-69-ІІ.docx
Розширення: docx
Розмір: 1111кб.
Дата: 07.12.2021
скачати

Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський фаховий коледж технологій та бізнесу

Навчальний проект

Всесвіт,теорії його виникнення та імовірний сценарій розвитку

Підготувала: Обідняк Анастасія Група: ФК-69-II Викладач: Вінокурова Л.В.

Івано-Франківськ

2021-2022

Зміст:

  1. Що таке всесвіт? 2

  2. Будова всесвіту 3

  • Склад 4

  • Розширення 4

  1. Теорії виникнення всесвіту 5

  • Основні космологічні гіпотези 5

  • Концепція Великого вибуху 7

  • Проблема існування і пошуку позаземних цивілізацій 10

  1. Імовірний сценарій розвитку всесвіту 11

  2. Висновок 12

  3. Джерела інформації 13



Що таке всесвіт?

Все́світ — весь матеріальний світ, різноманітний за формами, що їх набуває матерія й енергія, разом з усіма галактикамизорямипланетами та іншими астрономічними об'єктами.

Всесвіт настільки великий, що його розміри важко уявити. Всесвіт, досліджуваний астрономами, — частина матеріального світу, що доступна дослідженню астрономічними засобами, які відповідають досягнутому рівневі розвитку науки (часто цю частину всесвіту називають метагалактикою), простягається на 1,6·1024 км і нікому не відомо, наскільки він великий за межами видимої частини.

У вужчому сенсі під Всесвітом розуміється світ небесних тіл із законами їхнього руху та розвитку, їхній розподіл у часі і просторі. Відстані між окремими об'єктами як правило, вимірюють у світлових роках, тобто відстанях, які світло проходить за один рік (від Сонця до найближчої до нас зорі воно йде понад 4 роки).

Небесні тіла, з яких складається Всесвіт, вивчає наука астрономія. Астрофізика намагається зрозуміти явища і процеси, що відбуваються у Всесвіті. Теорії еволюції Всесвіту та гіпотези його подальшого розвитку розробляються в рамках космології. Наукове дослідження Всесвіту спирається на так званий космологічний принцип, який стверджує, що закони природи у всьому обсязі Всесвіту однакові.

Серед небесних тіл найвиразніше виділяються зорі, завдяки світлу, яке вони випромінюють. Зоряна речовина перебуває у стані плазми — електропровідного намагніченого середовища. У надрах зірок температура сягає десятків мільйонів градусівЕволюція зір охоплює такі фази: протозоря, утворення в центрі цієї формації термоядерного вогнища, основна фаза вигорання водню у термоядерних реакціях, перетворення зорі на червоного гіганта, а потім — в білого карлика (для зір подібних Сонцю), колапс масивних зір з вибухом «наднових» та виникненням нейтронних зір і колапсарів — «чорних дірок».

Будова Всесвіту

Серед небесних тіл найвиразніше виділяються зорі, завдяки світлу, яке вони випромінюють.Зоряна речовина перебуває у стані плазми —електропровідного намагніченого середовища. У надрах зірок температура сягає десятків мільйонів градусівЕволюція зір охоплює такі фази: протозоря, утворення в центрі цієї формації термоядерного вогнища, основна фаза вигорання водню у термоядерних реакціях, перетворення зорі на червоного гіганта, а потім — в білого карлика (для зір подібних Сонцю), колапс масивних зір з вибухом «наднових» та виникненням нейтронних зір і колапсарів — «чорних дірок».

H ubble Ultra Deep Field — знімок всесвіту, що охоплює так звану Область Наддалекого Огляду, отриманий космічним телескопом «Габбл»Деякі зорі мають супутники — планети або схожі на них масивні тіла і утворюють разом з ними системи, подібні до нашої Сонячної. При забезпеченні низки сприятливих умов на планетах може виникнути життя, як це має місце на Землі.

Найближчі до Землі зорі обертаються навколо загального центру мас, утворюючи загалом велетенську зоряну систему — галактику Чумацький Шлях, радіус якої сягає 4·1022 км. Загальна кількість зір у нашій Галактиці близька до 1011. Тривалість основної фази вигорання водню у термоядерних реакціях коливається в межах 8·106 — 70·109 років. Окрім нашої Галактики, до якої входить наша Сонячна система, виявлено багато інших галактик та зоряних систем, які утворюють велетенську космічну систему — Метагалактику (декілька мільярдів галактик).

Зорі та інші астрономічні об'єкти посідають тільки незначну частину обсягу Всесвіту. Більшість Всесвіту охоплює міжзоряний простір — області, заповнені в основному електромагнітним випромінюванням і нейтрино з незначною кількістю атомів баріонної речовини, здебільшого — атомів водню. Густина Всесвіту в середньому дуже низька — приблизно 9,9·10−30 г/см3. Це відповідає приблизно одному атому гідрогену на кубічний метр.

Дослідження сучасних астрономічних даних про рух галактичних скупчень, виявив його несумісність з уявленнями про кількість речовини у Всесвіті. Однією з теорій, що намагається пояснити розбіжності між спостереженнями та теоретичними розрахунками, є припущення існування у Всесвіті темної матерії та темної енергії. За цією теорією видима баріонна речовина складає лише приблизно 4 % всієї матерії у Всесвіті.

Склад

Усі зорі складаються з однакових хімічних елементів, які відомі на Землі. Найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті є водень, йому поступаються по черзі: гелій, кисень, азот. Повсюди у Всесвіті відбувається обмін речовиною і променевою енергією. Поширеність хімічних елементів у Всесвіті пов'язана з історією їх утворення в процесі нуклеосинтезу.

Розширення


Всесвіт розширюється. Кількісно це розширення описується законом Габбла, а експериментальне свідчення на користь цього процесу дає червоний зсув. Розширення Всесвіту відбувається не в порожнечу, принаймні наукових свідчень про обмеженість Всесвіту нема. Межі Всесвіту, якщо вони існують, лежать далеко за краями можливостей спостережень. Розширення Всесвіту означає лише те, що відстані між астрономічними об'єктами збільшуються. Це розширення в сучасну еру прискорюється. Питання про те, чи зупиниться воно в далекому майбутньому й перейде в стиснення, залишається суперечливим і залежить від загальної кількості матерії у Всесвіті.Найвіддаленішим від Землі зареєстрованим астрономічним об'єктом станом на травень 2018 року, імовірно, є галактика MACS1149-JD1, відстань до якої дорівнює 13,28 млрд св.р.

Теорії виникнення Всесвіту


Основні космологічні гіпотези
Результати 
пізнання, одержувані в космології, оформляються у вигляді моделей походження і розвитку Всесвіту. Це пов'язано з тим, що в космології неможливо поставити відтворювані експерименти і вивести з них якісь закони, як це робиться в інших природничих науках. Крім того, кожне космічне явище унікальне.
1. Класична космологічна модель.

  1. Успіхи космології та космогонії 18-19 ст. завершилися створенням класичної поліцентричної картини світу, що стала початковим етапом розвитку наукової космології. Всесвіт у цьому уявленні про світ вважається нескінченним у просторі і в часі, тобто вічною. Основний закон, що керує рухом та розвитком небесних тіл, - закон всесвітнього тяжінняПростір ніяк не пов'язане з розташованими в ньому тілами, граючи пасивну роль вмістилища для цих тіл. Час також не залежить від матерії, будучи універсальною тривалістю всіх природних явищ і тіл. Кількість зірок, зоряних систем і планет у Всесвіті нескінченно велике. Кожне небесне тіло проходить тривалий життєвий шлях. На зміну загиблим, точніше погаслим, зіркам приходять нові, молоді світила. У такому вигляді класична космологічна модель Всесвіту панувала в науці аж до кінця 19 ст.
    До кінця 19 століття з'явилися серйозні сумніви в класичній моделі, які прийняли форму космологічних 
    парадоксів - фотометричного, гравітаційного та термодина.
    2. Релятивістська модель Всесвіту.

Нова модель Всесвіту була створена в 1917році А.Ейнштейном.Її основу склала релятивістська теорія тяжіння.Ейнштейн відмовився від постулатів абсолютність і нескінченності простору і часу, проте зберіг принцип стаціонарності, незмінності Всесвіту в часі та її кінцівки в просторі. Властивості Всесвіту, на думку Ейнштейна, визначаються розподілом в ній гравітаційних мас, Всесвіт безмежний, але при цьому замкнута в просторі. Відповідно до цієї моделі простір однорідний і изотропно, тобто у всіх напрямках має однакові властивості; матерія розподілена в ньому рівномірно; час нескінченно, а його протягом не впливає на властивості Всесвіту. На підставі своїх розрахунків Ейнштейн зробив висновок, що світовий простір являє собою чотиривимірну сферу.
3. Модель Всесвіту, що розширюється.



У 1922 р., радянський геофізик і математик А.А. Фрідман на підставі суворих розрахунків встановив, що Всесвіт ніяк не може бути стаціонарним. Фрідман зробив це відкриття, спираючись на сформульований ним космологічний принцип, що будується на двох припущеннях: про ізотропності і однорідність Всесвіту. Ізотропності Всесвіту розуміється як відсутність виділених напрямків, однаковість Всесвіту в усіх напрямках. Однорідність Всесвіту розуміється як однаковість усіх точок Всесвіту.
Фрідман довів, що рівняння Ейнштейна мають рішення, згідно з якими Всесвіт може розширюватися або стискатися. При цьому 
мова йшла про розширення самого простору, тобто про збільшення всіх відстаней світу. Всесвіт Фрідмана нагадувала роздувається мильна бульбашка, у якого і радіус, і площа поверхні безперервно збільшуються.
Спочатку модель Всесвіту, що розширюється носила гіпотетичний 
характер і не мала емпіричного підтвердження. Однак у 1929 р. американський астроном Е.П.
Фрідман запропонував три моделі Всесвіту.
1. Всесвіт розширюється повільно для того, щоб згідно з гравітаційного тяжіння між різними галактиками розширення Всесвіту сповільнювалося і врешті-решт припинялося. Після цього Всесвіт починала стискатися.

2. Всесвіт розширюється нескінченно, викривлено і нескінченно.
3.Простір плоске і нескінченне.
За яким із цих варіантів йде 
еволюція Всесвіту, залежить від ставлення гравітаційної енергії до кінетичної енергії розльоту речовини.
Концепція Великого вибуху
Уявлення про 
розвиток Всесвіту призвело до постановки питання про початок еволюції (народження) Всесвіту і її кінці (смерті). В даний час існує декілька космологічних моделей, що пояснюють окремі аспекти виникнення матерії у Всесвіті, але вони не пояснюють причини і процес народження самого Всесвіту. Тільки теорія Великого вибуху Г.А. Гамова змогла до цього часу пояснити майже всі факти, пов'язані з цією проблемою. Основні риси цієї моделі збереглися до цих пір, хоча вона була пізніше доповнена теорією інфляції, або теорією роздувається Всесвіту, розробленої американськими вченими А. Гутом і П. Стейнхардтом, і доповненої радянським фізиком А.Д. Лінде.
У 1948 році Гамов висунув припущення, що Всесвіт утворився в результаті гігантського вибуху, що стався приблизно 15 млрд років тому. Тоді вся речовина і вся енергія Всесвіту були сконцентровані в одному надщільним згустку. Якщо вірити 
математичним розрахункам, то на початку розширення радіус Всесвіту був рівний нулю, а її щільність - нескінченності. Це початковий стан називається сингулярність.
1. «Початок» Всесвіту

Основна ідея концепції Великого вибуху полягає в тому, що Всесвіт на ранніх стадіях виникнення мала нестійке вакуумоподобное стан з великою щільністю енергії, що виникла з квантового випромінювання, тобто з нічого. У вакуумі відсутні фіксуються частинки, поля і хвилі, але поки вакуум знаходиться в рівноважному стані, у ньому існують віртуальні частинки, які беруть у вакууму енергію на короткий проміжок часу, щоб народитися, швидко повернути зайняту енергію і зникнути. Коли ж вакуум з якоїсь причини в деякій вихідної точки вийшов зі стану рівноваги, то віртуальні частинки стали схоплювати енергію без віддачі і перетворюватися в реальні.
2.Ранній етап еволюції Всесвіту

Е волюція Всесвіту відбувалося поетапно, і супроводжувалася, з одного боку, диференціацією, а з іншого - ускладненням її структур. Етапи різняться характеристиками взаємодії елементарних частинок і називаються ерами.
Адронна ера тривала 10 с. На цьому етапі температура знизилася до  К, з'явилися всі чотири фундаментальні взаємодії, припинилося вільне існування кварків.
Лептонна ера, тривала 1 с. Температура Всесвіту знизилася до  К. Головними її елементами були лептони. У кінці цієї ери речовина стала прозорим для нейтрино.
Ера випромінювання тривала 1 млн років. За цей час температура Всесвіту знизилася з 10 млрд До до 3000 К. Впродовж даного етапу відбувалося з'єднання протонів і нейтронів. До кінця цього етапу Всесвіт стала прозорою для фотонів, так як випромінювання відокремилося від речовини і утворило реліктове в ипромінювання.
Після Великого вибуху утворилася речовина і електромагнітне поле були розсіяні і представляли собою газовопилевое хмара та електромагнітний фон. Через 1 млрд років після утворення Всесвіту з випадкових ущільнень речовини стали з'являтися галактики і зірки.
Галактики існують у вигляді груп (кілька галактик), скупчень (сотні галактик) і хмар скупчень (тисячі галактик). Поодинокі галактики у Всесвіті зустрічаються дуже рідко. Середні відстань між галактиками в групах і скупчення в 10-20 разів більше, ніж розміри самих великих галактик. Гігантські галактики мають розміри до 18 млн світлових років. Простір між галактиками заповнений газом, пилом і різного роду випромінюваннями.



Проблема існування і пошуку позаземних цивілізацій
Еволюція Всесвіту призвела до утворення планет, на деяких з яких можуть з'явитися життя і розум. Для цього потрібні різноманітні хімічні елементи, які можуть об'єднуватися в молекули і складність яких може наростати до дуже високих рівнів. В основі цих процесів - хімічні сили, за якими ховається одна з фундаментальних сил природи - електромагнітна взаємодія. Тема існування життя на інших планетах неодноразово обігравалася в науково-фантастичних творах, але сучасна наука не дозволяє дати ні позитивного, ні негативної відповіді на це питання.
Особливо гостро питання про пошук позаземних цивілізацій - товариства розумних істот, які можуть виникати й існувати за межами Землі - встав у другій половині 20 століття у зв'язку з виходом людини в космос. Стала зрозуміла потенційна можливість космічних польотів не тільки всередині Сонячної системи, але і за її межі. На цій підставі заговорили не тільки про польоти людини в космос, але і про можливість відвідування нашої планети представниками інших цивілізацій.
У 1960-х рр.. з'явилися перші міжнародні програми, які ставлять за мету пошук і контакт з позаземними цивілізаціями - SETI (пошук позаземних цивілізацій) і CETI (зв'язок з позаземними цивілізаціями). А в 1982 р. Міжнародний астрономічний союз організував спеціальну комісію з цієї проблеми. Основним методом роботи цієї комісії та міжнародних програм пошук радіосигналів від інших цивілізацій, а також відправлення власних повідомлень.
Ще одним напрямком роботи став пошук слідів астроінженерной діяльності позаземних цивілізацій. Довгий час серед вчених панувала ідея про те, що високорозвинені цивілізації повинні розташовувати практично необмеженими джерелами енергії, розпоряджаючись повністю не тільки енергією свого сонця, а й енергією в масштабах всієї своєї галактики. Тому сліди діяльності таких цивілізацій повинні бути добре помітні. Вважалося, що вони можуть переміщати планети, зірки, підривати непотрібні зірки і запалювати нові.
Імовірний сценарій розвитку

Всесвіт і в наші дні (2000-і роки) продовжує свою еволюцію, оскільки еволюціонують його частини. Час цієї еволюції для кожного типу об'єктів відрізняється більше, ніж на порядок. І коли життя об'єктів одного типу закінчується, то в інших усе лише починається. Це дозволяє розбити еволюцію Всесвіту на епохи. Однак кінцевий вид еволюційного ланцюга залежить від швидкості і прискорення розширення: при рівномірній або майже рівномірній швидкості розширення будуть пройдені всі етапи еволюції і будуть вичерпані всі запаси енергії. Цей варіант розвитку називається тепловою смертю.

Якщо швидкість буде все наростати, то, починаючи з певного моменту, сила, що розширює Всесвіт, спочатку перевищить гравітаційні сили, які утримують галактики в скупченнях. За ними розпадуться галактики і зоряні скупчення. І, нарешті, останніми розпадуться найбільш тісно пов'язані зоряні системи. За деякий час, електромагнітні сили не зможуть утримувати від розпаду планети і дрібніші об'єкти. Світ знову буде існувати у вигляді окремих атомів. На наступному етапі розпадуться і окремі атоми. Що буде після цього, точно сказати неможливо: на цьому етапі перестає працювати сучасна фізика.

Сценарій, що описаний вище — це сценарій Великого розриву. Існує і протилежний сценарій — Велике стиснення. Якщо розширення Всесвіту сповільниться, то в майбутньому воно припиниться і почнеться стиснення. Еволюція і вигляд Всесвіту будуть визначатися космологічними епохами до тої миті, поки її радіус не стане у п'ять разів менший від сучасного. Тоді всі скупчення у Всесвіті утворюють єдине мегаскупчення, проте галактики не втратять свою окремішність: в них і надалі буде відбуватися народження зірок, будуть спалахувати наднові і, можливо, буде розвиватися біологічне життя. Всьому цьому прийде кінець, коли Всесвіт скоротиться ще в 20 разів і стане у 100 разів меншим, ніж зараз; у ту мить Всесвіт буде являти собою одну величезну галактику.

Температура реліктового фону досягне 274К і на планетах земного типу почне танути лід.

Висновок

Еволюція Всесвіту почалася з Великого Вибуху надзвичайно щільної матерії 13-20 млрд років тому, коли сталося загадкове розширення космічного простору. Про це свідчить розлітання галактик, яке триває до цього часу, і вміст Гелію (25%) та Гідрогену (75%) у речовині. Надзвичайно високу температуру молодого Всесвіту підтверджує реліктове електромагнітне випромінювання.

Майбутнє Всесвіту залежить від середньої густини речовини, яка взаємодіє згідно із законом всесвітнього тяжіння. Можливо, що Всесвіт є відкритим і нескінченним, і його розширення буде тривати вічно. Але якщо середня густина речовини у Всесвіті більша ніж деяка критична величина, то такий Всесвіт може періодично розширюватися, а потім стискатися.Вчені заявили про те, що смерть Всесвіту в результаті Великого вибуху настане не раніше, ніж через 2,8 мільярда років. Повідомлення про це було поширене виданням New Scientist.

Дослідження зірок і галактик показують, що Всесвіт постійно розширюється і темпи розширення весь час зростають. Якщо розширення буде тривати, зірки поступово помруть і Всесвіт загине в результаті "теплової смерті". Друга точка зору на смерть Всесвіту полягає в тому, що розширення відбувається через темну матерію і чим більше її буде утворено, тим швидше Всесвіт буде розширюватися і в результаті розірве сам себе на частини.Раніше повідомлялося про те, що вчені виявили загадкові спалахи, які можуть бути доказом існування паралельного Всесвіту. Світіння було виявлено під час аналізу карти реліктового випромінювання, яке також називають "Луною Великого вибуху".

Один із сценаріїв передбачає, що цей "Великий вибух" відбудеться через 22 мільярди років. Але вчені з університету Лісабона вирішили перевірити, чи може це статися раніше. Вони змоделювали кілька сценаріїв подальшого розвитку Всесвіту.

Джерела інформації:

  • https://sites.google.com/site/cikavigalaktiki/istoria-vineknenna-vsesvitu

  • https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%81%D0%B5%D1%81%D0%B2%D1%96%D1%82

  • https://uareferat.com/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D1%96%D1%97_%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F_%D0%92%D1%81%D0%B5%D1%81%D0%B2%D1%96%D1%82%D1%83

  • https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0_%D0%B5%D0%BF%D0%BE%D1%85%D0%B0

  • https://www.meteorologiaenred.com/uk/que-es-el-universo.html

  • https://zn.ua/ukr/TECHNOLOGIES/vcheni-nablizili-ymovirniy-chas-smerti-vsesvitu-v-desyat-raziv-200912_.html






скачати

© Усі права захищені
написати до нас