Схема вселенной: Строение Вселенной и её эволюция кратко – учение Коперника, современное представление, схема |

{-6}$с плазма охлаждается настолько, что частицы и античастицы начинают аннигилировать с образованием большого числа фотонов. Небольшое нарушение симметрии обусловило избыток вещества над антивеществом.

Далее по мере уменьшения плотности и температуры возникает возможность нуклеосинтеза: протоны объединяются в ядра, электроны занимают места в электронных оболочках. Этот процесс начинается примерно через 300 тыс. лет после Большого взрыва.

Рис. 2. Эволюция Вселенной.

Содержание

Современная эпоха

Нуклеосинтез завершается образованием во Вселенной 75 % водорода, 25 % гелия и следов других элементов. Ко времени 800 млн лет после Большого взрыва начинается эра вещества. Газ, заполняющий Вселенную, начинает образовывать неоднородности и сгустки. Средняя температура в это время во Вселенной опустилась до тысяч кельвинов, что недостаточно для ядерных реакций.

Однако по мере сгущения протозвездных облаков давление и температуры в их ядрах вновь начинают повышаться, что приводит к «зажиганию» термоядерных реакций, и во Вселенной появляются первые звезды. Звезды объединяются гравитацией и движением в галактики, те — в скопления галактик.

Рис. 3. Местная группа галактик.

Что мы узнали?

Вселенная образовалась 14 млрд лет назад в результате Большого взрыва. По мере расширения плотность и температура падали, что привело к образованию вещества, облаков газа, а впоследствии и звезд. В самом крупном масштабе Вселенная имеет волокнистую структуру сверхскоплений и областей без излучающего вещества.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Катя Мармеладова
9/10

Оценка доклада

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 255.

А какая ваша оценка?

Первая секунда Вселенной

К.C. Грамматикати

Введение

Этот реферат повествует об истории развития Вселенной с самых
первых моментов ее существования. Для начала стоит определиться с временными
масштабами, о которых пойдет речь.
На Рис.1 изображена схема ветвления частиц и сил по мере
удаления от момента большого взрыва. Эта схема обобщает все этапы, о которых
пойдет речь ниже.

Рис. 1

Стоит отметить, что шкала времени измеряется в секундах.
Казалось бы – не самый подходящий масштаб для описания истории Вселенной.
Однако, это не так, ведь большинство описываемых событий произойдут именно в
первую секунду. Как видно из рисунка, возраст Вселенной порядка 10¹⁷с,
тем не менее, ученые могут довольно уверенно сказать, что произошло вплоть до 10^-15с
от момента Большого Взрыва и имеют достаточно правдоподобные теории вплоть до 10^-43с
– наименьшего временного отрезка согласно современным теориям. Таким образом,
масштаб, равный одной секунде, ближе к времени жизни Вселенной, нежели к
наименьшему промежутку времени.

Основные процессы

Стоит помнить две вещи о рождении Вселенной: начальное
состояние было сильно конденсированным и горячим, впоследствии же Вселенная
расширялась и охлаждалась; материя может быть создана из энергии в соответствии
с уравнением Эйнштейна. Пусть эти два момента помогут нам объяснить Большой
Взрыв.

Расширение и охлаждение

    Когда вы сжимаете газ, он нагревается. Ведь та же самая
энергия должна содержаться в меньшем объеме, поэтому тепловое движение
становится интенсивнее.
    Однако, если сжать газ достаточно сильно, то больше сжать его
не получится – потребуется больше энергии, чем вы сможете обеспечить. С
Вселенной же такие ограничения не срабатывают – если включить обратную
перемотку, то она будет сжиматься до размеров галактики, звезды, планеты,
футбольного поля, атома, протона… И так будет продолжаться до т.н.
Планковской длины 10^-33см, что на 18 порядков меньше размеров
протона. Это наименьшая единица пространства, при длинах меньше известные
законы физики не работают. Мы не знаем, что было, когда Вселенная была
меньше и была ли она когда-нибудь вообще меньше. ОТО предполагает, что
Вселенная может сжаться до точки нулевого размера и бесконечной плотности,
называемой сингулярностью. Но это, вероятно, означает, что в таких
экстремальных условиях ОТО так же не будет работать. Есть основания
полагать, что планковская длина – это действительно наименьшая возможная
длина.
    Когда Вселенная сжалась до размеров 10^-33см,ее
температура была порядка 10³²К. К счастью для нас, она не
осталась горячей и плотной, а начала расширяться и охлаждаться.

Рождение и уничтожение

    Поскольку мы состоим из вещества, мы и мыслим теми же
категориями. Однако, вещество занимаем очень малую часть пространства –
большая же его часть пуста. В среднем на один квадратный метр приходится
один атом. Но все это пространство заполнено фотонами – редкими
высокоэнергичными от космического газа и звезд и ордами низкоэнергичных,
оставшихся со времен рождения Вселенной. На каждый протон, нейтрон или
электрон приходятся миллионы фотонов – следствие того, что в ранней
Вселенной доминировал свет, а не вещество.
    Сегодня температура реликтового излучения достаточно низкая –
2. 7К. Что же такое температура излучения? Это легко объяснить, если
представить себе абсолютно черное тело, которое имеет тот же спектр. В нашем
случае это АЧТ с температурой 2.7К. Нынешний фон настолько слаб, что почти
незаметен. Но так было не всегда – во времена Большого Взрыва эти фотоны
были настолько мощны, что создавали вещество. Два энергичных фотона
сталкивались, аннигилировали, и рождались частица и античастица, например
электрон и позитрон.
    Отсюда видно, что вещество и антивещество рождались в равных
пропорциях. Ранняя Вселенная представляла из себя суп из частиц, античастиц
и фотонов, кроме того, в ней было примерное равенство между частицами (и
античастицами) и фотонами.
    Т.к. чем больше массы надо произвести, тем больше нужно
энергии, то, чем дальше мы погружаемся в прошлое, тем более тяжелые частицы
можем увидеть. Например Х-бозонов теорий Великого объединения, или, может
быть, тяжелых суперпартнеров суперсимметричных теорий.

Рождение Вселенной

Планковская эра: от нуля до 10

^-43с

В начале… мы точно не знаем, что произошло. Есть теории,
объясняющие, что происходило до 10^-43с – планковского времени.
Это, безусловно, слишком короткий отрезок времени, чтобы называться эрой.
Действительно, мы даже не знаем, имеет ли смысл говорить о временных
промежутках, меньших планкосвкого времени.
Единственное, что мы можем с уверенностью сказать, к концу
планковской эры – планковскому моменту, гравитационное взаимодействие
отделилось от остальных трех взаимодействий, которые были в т.н. группе
Великого объединения. Чтобы описать, что происходило раньше (если можно
использовать слово «раньше»), нам нужна квантовая теория гравитации.
Возможно, SUSY-теории или теории струн как раз то,
что мы ищем, но они пока не получили экспериментального подтверждения. Пока
оставим планковскую эру как маленький, но значительный пробел, который
необходимо заполнить.

Характеристики:

T = 10³²К.

Эра Великого объединения: 10

^-43с – 10^-35с

По сравнению с планковской эрой туман неизвестности
потихоньку рассеивается. Между 10^-43с и 10^-35с во
Вселенной действовали 2 силы – гравитация и сила Великого объединения. Поэтому
это время и называется эрой Великого объединения. Мы не можем сказать точно,
какие из теорий верны, поэтому название немного вводит в заблуждение, но мы
можем сказать, что либо сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие были
единым целом, либо теории Великого объединения не верны.
В то время Вселенная была очень горячей, хотя и остывала с 10³²К
до 10²⁹К. Пространство было заполнено газом из гравитонов и
GUT-бозонов и не было никакого различия между лептонами и кварками.
Частицы должны были представлять из себя какие-то гибриды.

Характеристики: t = 10^-43-10^-35c;
T = 10³²-10²⁹K;
E = 10¹⁹-10¹⁶ГэВ.

Инфляция: 10

^-35 — 10^-32с

    Когда с момента Большого Взрыва прошло 10^-35с,
Вселенная остыла до 10²⁹К. В этот момент произошло отделение сильного
взаимодействия от электрослабого. Это нарушение симметрии, вероятно, происходило
в разных частях Вселенной по-разному и с разными силами. Возможно Вселенная
разделилась на части, которые были отделены друг от друга стенками – дефектами
пространства-времени. Там могли быть и другие дефекты, например космические
струны или магнитные монополи. Но сейчас мы всего этого не видим из-за другого
результата разделения
GUT-силы – Инфляции.

Когда силы разделились, по крайней мере в некоторых (в том числе и во всех
видимых нам) частях Вселенной возник ложный вакуум. Энергия застряла на
высоком уровне, заставляя пространство удваиваться каждые 10^-34с.
Т.о. произошло около 100 удвоений – это огромное количество. Вселенная от
квантовых масштабов перешла к размерам апельсина.

Одна из причин, почему мы так мало знаем о Вселенной до инфляции,
заключается в том, что инфляция очень сильно ее изменила или, как минимум,
ту часть, в которой мы живем. Даже если монополи или гибриды бы существовали
в нашем регионе до инфляции, то после нее они поредели бы настолько, что
обнаружить их было бы практически невозможно.

Адронная эра: 10^-32
– 10^-4с

Рождение вещества: 10^-32 – 10^-10с

Когда Вселенная расширялась в результате инфляции, она
быстро остывала. Когда инфляция закончилась, энергия ложного вакуума,
которая была движущей силой, стала выделяться и конденсироваться в новые
частицы и античастицы. Т.к. сильное и электрослабое взаимодействия
разделились, появилось два различных семейства частиц – кварки, которые
чувствовали сильное взаимодействие, и лептоны, которые нет.
Но новые частицы не взаимодействовали так, как сейчас.
Электрослабое взаимодействие все еще было единым целым, поэтому было мало
различий между ароматами частиц – u
и d,
s
и c,
b
и t
кварки были более-менее взаимозаменяемы, как и электроны и нейтрино в каждом
из поколений. Кварки различались по цветам, но температура все еще была
слишком высока, чтобы они объединялись в адроны. К тому же частицы и
античастицы могли сталкиваться и аннигилировать. К счастью было небольшое
нарушение симметрии между веществом и антивеществом – примерно 1 частица на
тысячу миллионов, что сыграло важную роль в дальнейшем.

Разделение электрослабого взаимодействия: 10^-10с

Следующее крупное событие произошло на 10^-10
секунде жизни Вселенной – температура упала настолько, что электрослабое
взаимодействие разделилось на слабое и электромагнитное. При этом фотоны
остались безмассовыми, а W
и Z
бозоны, а так же кварки и лептоны, приобретают массу. Т.о. появляются все 4
известных нам взаимодействия и все становится более знакомым.

Формирование адронов: 10^-6 – 10^-4с

    Начиная с 10^-6с, с кварками произошли две
вещи.
    Во-первых, Вселенная остыла настолько, что тони начали
поддаваться сильному взаимодействию и объединяться в бесцветные группы –
адроны. Группы из трех частиц называются барионами, а из пары
частица-античастица – мезонами. Самые легкие барионы – протон и нейтрон –
появились как раз в это время.
    Во-вторых, энергия Большого Взрыва снизилась на столько, что
уже не могла компенсировать аннигиляцию кварков и их производных. Тем не
менее, они продолжали сталкиваться и аннигилировать, пока не осталась та
самая 1 частица на тысячу миллионов, которой аннигилировать было не с кем.
Лептоны же продолжали пополняться, что обеспечило им преимущество перед
кварками.

Лептонная эра: 10

^-4 – 10с

    В начале лептонной эры вещество состояло из немногих
протонов и нейтронов, окруженных морем лептонов. Но, т.к. Вселенная
продолжала остывать, наступил момент, когда энергии нейтрино перестало
хватать для рождения пар лептон-антилептон. Т.о. произошло отделение
нейтрино. Нынешняя температура этих реликтовых нейтрино 1.9К и их еще
сложнее обнаружить, чем реликтовые фотоны.
    Вслед за этим оставшиеся таоны и мюоны распадались в
электроны, которые продолжали аннигилировать с позитронами, пока не остался
тот самый дефект, созданный при инфляции. Т.к. полный заряд Вселенной
сохраняется – количество электронов было равно количеству оставшихся
протонов. А электронные нейтрино присоединились в своим родственникам.
    Из-за того, что нейтрон немного тяжелее протона, процесс
превращения его в протон доминировал над обратным. В результате этого, к
окончанию лептонной эры протонов стало примерно в пять раз больше, чем
нейтронов. А всего на одну частицу вещества приходилось по миллиарду
фотонов, которые все еще были достаточно энергичными по нашим меркам.

Так началась радиационная эра…

Время после Большого Взрыва	Характерные температуры (K)	Характерные расстояния (см)	Этап/ Событие
< 10^-43c	> 10³²	< 10^-33	Квантовый хаос. Суперсимметрия (объединение всех взаимодействий).
10^-43с	10³²	10^-33	Планковский момент. Отделение гравитационного взаимодействия.
10^-43 — 10^-36с	10³² — 10²⁸	10^-33-10^-29	Великое объединение (электрослабого и сильного взаимодействий).
10^-36с	10²⁸	10^-29	Конец Великого объединения. Разделение сильного и электро-слабого взаимодействий.
10^-36 — 10^-32с	10²⁸ — 10²⁶	10^-29 — 10^-27	Инфляция. Возникновение асимметрии между веществом и антивеществом.
10^-10 с	10¹⁵	10^-16	Конец электрослабого объединения.
10^-6 с	10¹³	10^-14	Кварк-адронный фазовый переход.
10^-10-10^-4 с	10¹⁵-10¹²	10^-16-10^-13	Адронная эра. Рождение и аннигиляция адронов и лептонов.
10^-4 — 10 с	10¹²-10¹⁰	10^-13-10^-10	Лептонная эра. Рождение и аннигиляция лептонов.
0.1 — 1 с	2·10¹⁰	10^-11	Отделение нейтрино. Вселенная становится прозрачной для нейтрино (антинейтрино).
10² — 10³ с	~ 10⁹	10^-10-10^-9	Дозвездный синтез гелия.
10 с — 10⁴ лет	10¹⁰ — 10⁴	10^-10 — 10^-5	Радиационная эра. Доминирование излучения над веществом.
10⁴ лет	10⁴	10^-5	Начало эры Вещества. Вещество начинает доминировать над излучением.
300 000 лет	3·10³	10^-4	Разделение вещества и излучения. Вселенная становится прозрачной для излучения.

Астрономический жаргон 101: Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (HR)

В этой серии мы исследуем странный и удивительный мир астрономического жаргона! Вскоре у вас будет лучший способ классифицировать сегодняшнюю тему: диаграмма Герцшпрунга-Рассела!

В начале 1900-х астрономия была в некотором беспорядке (NB, она все еще в беспорядке, но совершенно другом). Астрономы разобрались в хитрости спектроскопии и начали серьезные крупномасштабные исследования наших галактических окрестностей.

Эти астрономы исследовали всевозможные удивительные звезды. Гигантские красные. Гигантские голубые. Маленькие красные. Средние белые. Звезды, которые они видели, имели разный цвет, разную температуру, разный спектр и разный размер.

И все это не имело смысла.

Почему одни звезды были большими и красными, а другие большими и синими? А маленькие красные? Должна была быть какая-то система классификации; каким-то образом организовать этот гигантский поток информации. Астрономы предлагали различные идеи, например предположение, что звезды сначала большие и горячие, а затем сжимаются по мере старения, но это не соответствовало всем данным.

Примерно в 1910 году астрономы Эйнар Герцспрунг и Генри Норрис Рассел, работая независимо друг от друга, пришли к одному и тому же решению. Они обнаружили, что если расположить звезды в соответствии с их температурой и светимостью, то получится замечательная закономерность.

Эта диаграмма Герцшпрунга-Рассела (чаще называемая диаграммой «HR») показала, что звезды не имеют какой-либо комбинации светимости и температуры. Вместо этого звезды, как правило, группировались вдоль узкой полосы, которую стали называть Главной последовательностью. Более голубые звезды, как правило, были более яркими звездами. Более красные звезды, как правило, были тусклее. А белые звезды, как правило, находились посередине.

В дополнение к Главной последовательности было небольшое скопление тусклых бело-голубых звезд (белые карлики) и ярких красных звезд (красные гиганты). И это… было так.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела может показаться не такой уж большой, но она произвела полную революцию в нашем понимании звездных жизненных циклов. Это имело смысл во всех данных. Он создал порядок из хаоса. Это показало, что звезды в нашей Вселенной не были случайными — в наблюдаемых свойствах звезд существовал центральный организующий принцип.

Если вы хотели разработать теорию звездной эволюции, вам пришлось столкнуться с диаграммой Герцшпрунга-Рассела. Ваша модель работы звезд должна была объяснить это. Без диаграммы Герцшпрунга-Рассела мы бы не знали об этой взаимосвязи между светимостью и температурой, и нам пришлось бы намного усерднее работать, чтобы определить физику звезд.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Понимание космоса: изменение моделей Солнечной системы и Вселенной | Материалы для занятий в Библиотеке Конгресса

Student Discovery Set — бесплатная электронная книга на iBooks Внешний

Созвездие Андромеды в записи ас-Суфи
Скачать в формате PDF
Иллюстрация солнечного и лунного затмения
Скачать в формате PDF
Представление Вселенной с небом вверху, полосами, содержащими звезды, планеты и Землю внизу 9. 0002 Скачать в формате PDF
Греческий астроном Птолемей и его переводчик эпохи Возрождения под армиллярной сферой
Скачать в формате PDF
Иллюстрация птолемеевской концепции Вселенной с изображением Земли в центре
Скачать в формате PDF
Коперниковская модель космоса с центрированием на Солнце
Скачать в формате PDF
Подробное изображение Луны Галилеем
Скачать в формате PDF
M. Blundeuile его упражнения…
Скачать в формате PDF
Иллюстрация, показывающая механический взгляд Декарта на вселенную
Скачать в формате PDF
Аллегорическая сцена трех человек с астрономическим оборудованием
Скачать в формате PDF
Модель вселенной Птолемея, показывающая божество каждой планеты, едущее на колеснице по небесам
Скачать в формате PDF
Краткий обзор вселенной, или видимого мира, воплощенного
Скачать в формате PDF
Коллекция из девяти изображений, включая астрономические инструменты
Скачать в формате PDF
Вид полушария со знаками зодиака и созвездиями
Скачать в формате PDF
План или карта Солнечной системы для школ и академий
Скачать в формате PDF
Солнечное затмение, 1846 г.
Скачать в формате PDF
Иллюстрации звезд, туманностей и предполагаемая структура Вселенной в 1856 году
Скачать в формате PDF
Земля с Млечным путем и луной
Скачать в формате PDF

Ресурсы в этом основном исходном наборе предназначены для использования в классе.
Если ваше использование будет выходить за рамки одного класса, ознакомьтесь с авторскими правами
и правила добросовестного использования.

Руководство для учителя

Чтобы помочь учащимся анализировать эти первоисточники, приобретите графический органайзер.
и руководства: Анализ
Инструмент и направляющие

На протяжении тысячелетий люди смотрели в небо и
пытались осмыслить увиденное там. Многие из
мужчин и женщин, ломавших голову над ослепительным
проявления и движения звезд фиксировали их
объяснения систематическим образом, т. е. они создавали
модели космоса.

Предыстория

Эти модели представляли собой небольшие версии больших систем.
которые астрономы могли держать в уме, и
которые они могли затем изложить на бумаге, чтобы поделиться
со своими коллегами-звездочетами. Астрономы, которые
создали их пришли из разных культур
и эпох, и в них часто использовались самые разные
подходит.

Тем не менее, они использовали одни и те же методы
и методы, которые используются учеными и
инженеры сегодня. Они сделали наблюдения и
выявленные закономерности. Они оценивали доказательства, чтобы
определить достоинства аргументов, и они использовали
свои модели для проверки теорий и предсказаний
о других космических явлениях.

Модели в этом исходном наборе были найдены
в различных предметах в фондах Библиотеки
Конгресса и охватывает более пяти столетий.
-от страниц редких книг 15 века, до
образовательные таблицы, журнал 20-го века
иллюстрации. Сегодня эти модели могут рассказать нам
не только о том, как их создатели
понял космос, но и о временах
в котором они жили, и характер открытия
сквозь века. Учителя и ученики исследуют
наука, всемирная история, теория познания или
даже философия может многое открыть в этих
вековые иллюстрации.

Модели как аргументы в пользу мира природы

Эти модели были созданы разными
личности, а их создатели имели широкий спектр
взгляды на мир природы. Когда каждая модель
впервые появившись, оно предложило аргумент — набор
утверждения о Вселенной. Например, Коперник.
схема космоса с центром на солнце служила
как мощное представление основной части
аргумент его книги. Сегодня школьник может анализировать
образы Коперника для артикулирования и оценки
заявления, которые он сделал, как и его коллеги-математики
и астрономы сделали.

Когда Томас Райт опубликовал свой синопсис
Вселенной в 1742 году он включил схему
теория приливов, показывающая Луну, Землю и
смещение приливов. Райт стремился показать, как
Объяснение универсальной теории гравитации Ньютона
связь между движением луны
и приливы. Внимательное наблюдение и анализ этого
диаграмма может помочь учащимся сегодня понять как
Теория Ньютона и как интерпретировать эти виды
схемы и модели.

Смена моделей, смена идей

Научные знания всегда открыты для пересмотра.
меняющиеся модели космоса показывают, как ученые
переоценивать и пересматривать научные знания. Изучение
выбирать первоисточники в хронологическом порядке можно
осветить, как представления о строении Вселенной
развились со временем.

Сравнение моделей разных эпох можно
выявить постепенный переход от земного центра
Вселенной в Солнечную систему с центром на Солнце,
открытие новых планет и спутников, вращающихся вокруг других
планет, и, в конечном счете, понимание того, что наша
Солнечная система — лишь одна из многих в нашей галактике.
Эти источники ясно показывают, что идеи меняются
постепенно — даже после того, как будут сделаны новые открытия.
Старые модели Вселенной сохранялись веками
даже после того, как новые доказательства противоречили им.
Казалось бы, противоречивые представления о космосе
существуют и сегодня.

Модели и доказательства

Аргумент, выдвинутый создателем каждой модели
зависело от доказательств. Пристальный взгляд на конкретный
модель может многое рассказать о доказательствах того, что
его создатель использовал для поддержки своей точки зрения.
Многие крупные прорывы были вызваны новыми
технологии сбора доказательств – от
первых телескопов, усовершенствованию линз,
появление фотографии и радиотелескопов. За
например, на протяжении многих веков астрономы в основном
принял идею Аристотеля о том, что луна
идеальная сфера. Однако когда Галилей увидел
Луну в телескоп и обнаружил, что она
на самом деле был покрыт кратерами и гористый, утверждал он.
против толкования Аристотеля. Галилей включен
рисунки луны в трактате Седария
Нунция в качестве доказательства, подтверждающего его аргумент о
природа космоса.

Эти модели, возможно, предназначались в первую очередь
для коллег и современников их создателей. Сегодня
они могут казаться чуждыми в своем языке и
предположения. Но они говорят с нами через
веков о бесконечном стремлении узнать, что
лежит за пределами Земли и о путях, которыми
научные практики сформировали наше понимание
космоса.