Физика 11 класс (Урок№35 - Вселенная.)

Физика 11 класс
Урок№35 - Вселенная.

Узнаем:
- о современных представлениях о строении и эволюции Вселенной;
- о теории Большого взрыва;
- реликтовом излучении;
- тёмной материи и тёмной энергии.
Научимся:
- определять радиус, возраст Вселенной, критическое значение плотности вещества Вселенной;
- оценивать порядок расстояний до космических объектов.
Сможем приводить примеры использования законов физики для объяснения природы космических объектов.

Вселенная
На уроке мы узнали, что большое значение для развития современных представлений о строении и развитии Вселенной имеет общая теория относительности, созданная Эйнштейном. Она обобщает теорию тяготения Ньютона для массивных тел и скоростей движения вещества, сравнимых со скоростью света.
Впервые космологическую модель Вселенной в рамках общей теории относительности рассмотрел советский математик Фридман А. Он показал, что Вселенная, однородно заполненная веществом, должна быть нестационарной, и тем самым объяснил наблюдаемую картину разбегания галактик.
Космология – наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной.
Теория Большого взрыва, или, как она первоначально называлась, модель горячей Вселенной – космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной как целого. Её предложил российский и американский физик Гамов Г.А.
Впервые термин «Большой взрыв» (Big Bang) применил известный британский астроном и космолог Фред Хойл в своей лекции в 1949 году.
Радиус Вселенной – оценивается с помощью закона Хаббла, R = 1,3 ∙ 1010 св. лет = 1,24 ∙ 1026 м.
Возраст Вселенной – оценивается с помощью закона Хаббла, t = 13 ∙ 109 лет.
Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер будущего движения (расширения или сжатия) Вселенной ρкр = 10−26кг/м3.
Если средняя плотность вещества во Вселенной больше критической ( ρ больше ρкр, то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при средней плотности равной или меньшей критической ( ρ меньше или равно ρкр), расширение не прекратится. Наблюдаемое разбегание галактик указывает на расширение Вселенной.
Реликтовое излучение – излучение, которое осталось от горячего состояния вещества в начале расширения Вселенной.
Тёмная материя – гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним.
Тёмная энергия – гипотетический вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением.


Модель Вселенной

Инфляционная модель – сценарий, в котором предполагается, что в первые мгновения своего существования Вселенная представляла собой «ложный вакуум» – метастабильное состояние без реальных частиц, которое не превратилось сразу же в реальный физический вакуум только потому, что для этого необходимо было преодолеть некоторый потенциальный барьер. Этот вакуум расширялся с огромной скоростью и, туннелируя через упомянутый барьер (напомним, что, в отличие от классической, квантовая механика этого не запрещает – пример тому спонтанное деление ядер и многие переходы в твердых телах), «сваливался» в реальный физический вакуум, энергия которого значительно ниже. В результате выделилась громадная энергия, произошел сильнейший разогрев, и во Вселенной появились реальные частицы (в соответствии с обычными законами термодинамики). С этого времени началось и происходит сейчас её расширение (несравненно более медленное) и постепенное остывание (конечно, «в среднем»), как это качественно и предсказывает общепринятая модель горячей Вселенной.