Презентация на тему: Теория большого взрыва

ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВАПроект по физике Месяца Алексея, Лебедева Андрея,Гойхбурга Дениса, Бабаева Алексеяи Николая ФроловаМосква 2005

ПРОЛОГ

"Мы надеемся уложить все мироздание в простую и короткую формулу, которую можно будет печатать на майках". Л.Лердман

Основные задачи космологии можно сформулировать как ответы на вопросы:Что было, когда Вселенная рождалась?Как давно это было и как происходило?Рождалась ли Вселенная вообще или она глобально стационарна?

Все попытки создать физическую модель происхождения Вселенной основаны на трех постулатах: Все явления природы могут быть исчерпывающе описаны физическими законами, выраженными в математической форме;Эти физические законы универсальны и не зависят от времени и места;Все основные законы природы просты.

ЧАСТЬ I Создание Теории Большого Взрыва

Фридман Александр Александрович1888-1925 Фридман в 1922-1924 и Жорж Леметр в 1927 г. сумели доказать, что уравнения Эйнштейна допускают и такое решение: первоначально вся Вселенная была сосредоточенна в одной точке, (названной условно "папой-атомом") а затем начинает расширяться, и так появляются галактики и звезды в них.

Хаббл Эдвин1899-1853В 1929 году сумел подтвердить на практике теории Фридмана и Леметра.Однако это удалось сделать в 1929 году выдающемуся астроному Эдвину Хабблу. Своими тщательными измерениями он доказал, что давно известные туманности, ранее считавшиеся всего лишь облаками газа, на самом деле являются галактиками. И что самое интересное, эти галактики движутся, удаляясь от нас со скоростями, тем большими, чем дальше они отстоят.

Неправильная галактика Сигара в созвездии Большая Медведица (M82) (наверху) и спиральная галактика в созвездии Треугольник (M33) (внизу), которые ошибочно принимали за туманности в начале ХХ века до того, как Хаббла доказал, что на самомо деле это галктики. (фото сделано позднее).

Гамов Георгий Антонович1904-1968Гамов доказал, папа-атом не просто вдруг начал расширяться во всю Вселенную (так называемая "холодная модель"), он должен был взорваться. Модель эту он называет "Big Bang' ом" (очень простонародное по тому времени отношении к иностранному языку), Большим Взрывом, и излагает ее сначала в заметке 1946 года, а потом статье 1948 года "Происхождение химических элементов", написанной вместе с учеником Ральфом Альфером.

Главный вопрос в теориях Гамова был следующий: если такой взрыв имел место быть, то уже на довольно ранних стадиях должно было возникнуть пронизывающее весь мир электромагнитное излучение, распределение которого должно было соответствовать температуре в момент излучения (многие миллиарды градусов). Но по мере расширения Вселенной частоты этого первичного (его назвали "реликтовым") излучения должны были вследствие эффекта Доплера убывать, и к настоящему времени, по оценкам Гамова, соответствовать температуре около трех-четырех градусов по Кельвину, т.е. быть сосредоточены в районе длин волн в несколько сантиметров. В 1965 году А.Пензиас и Р.Вильсон, конструировавшие антенны для радиоэлектроники, обнаруживают равномерно идущее во всех направлениях электромагнитное излучение, соответствующее температуре в 3 Кельвина! Как выяснилось, это вовсе не сбой аппаратуры, а именно то излучение, о котором говорил Гамов! Но Нобелевскую премию Дали Пензиасу и Вильсону, а не Гамову.

Данные от зонда NASA - WMAP, который завис в точке Лагранжа (точке гравитационного равновесия Солнца и Земли) на расстоянии 1,5 млн. км от нас. Полученная "картинка" фактически представляет собой снимок послесвечения Большого взрыва, образованный распределением температуры космического микроволнового фона.

Хоукинг Стивенр.1942На сегодняшний день теория в последствии была много раз интерпретирована, переложена и дополнена многими учеными. Основной вклад в решении проблем Теории Большого Взрыва внес Стивен Хоукинг, причем вклад не теоретический, а весьма практический – более двух тысяч страниц вычислений и уравнений, посвященных описанию появления частиц и галактик.

ЧАСТЬ IIТеория Большого Взрыва

Теория большого взрыва Время – 13-20 млрд. лет назад.Изначальная плотность -10 97 кг/м 3.Объем «папы-атома» был бесконечно мал.

Понижение температуры T в зависимости от времени t. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc2, ему необходимо обладать энергией 2 moc2 . В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов hn кинетической энергией частиц kT Или…

Первые элементы

Развитие Вселенной: догалактический период

ЧАСТЬ IIIПроблемы Теории Большого Взрыва

Проблемы Теории Большого Взрыва:Отсутствие решения вопроса сингулярности. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc2, ему необходимо обладать энергией 2 moc2 . В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов hn кинетической энергией частиц kT Или…

Современная космология имеет три пути решения проблем Теории Большого Взрыва:Полностью отказаться от Теории Большого Взрыва.Использовать для развития Теории огромное количество человеческих, машинных и денежных ресурсов.Найти принципиально новую (и достоверную) альтернативу, представляющую собой измененный вариант Теории Большого Взрыва.

ЧАСТЬ IVДальнейшее развитие Вселенной

         Можно указать три разные модели, для которых выполняются оба фундаментальных предположения Фридмана. В модели первого типа (открытой самим Фридманом) Вселенная расширяется достаточно медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и в конце концов прекращалось. После этого галактики начинают приближаться друг к другу, и Вселенная начинает сжиматься. На рис. 1 показано, как меняется со временем расстояние между двумя соседними галактиками. Оно возрастает от нуля до некоего максимума, а потом опять падает до нуля. В модели второго типа расширение Вселенной происходит так быстро, что гравитационное притяжение хоть и замедляет расширение, не может его остановить. На рис. 2 показано, как изменяется в этой модели расстояние между галактиками. Кривая выходит из нуля, а в конце концов галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью. Есть, наконец, и модель третьего типа, в которой скорость расширения Вселенной только-только достаточна для того, чтобы избежать сжатия до нуля (коллапса). В этом случае расстояние между галактиками тоже сначала равно нулю (рис. 3), а потом все время возрастает. Правда, галактики «разбегаются» все с меньшей и меньшей скоростью, но она никогда не падает до нуля.

Сверхновые звезды, как эта в скоплении галактик в Деве, помогают измерять космическое расширение. Их наблюдаемые свойства исключают альтернативные космологические теории, в которых пространство не расширяется.

Типы теорий дальнейшего развития Вселенной

ЭПИЛОГ

Факты, твердо и навсегда установленные и доказанные Теорией Большого Взрыва: В момент "рождения" вся материя вселенной была сконцентрирована в одной точке, которая имела бесконечной большую массу и бесконечно малый объем;В результате расширения (или взрыва) этой точки начали образовываться сначала элементарные частицы, а потом – первые материальные макротела.

Факты, доказывающие Теорию Большого Взрыва: Удаление друг от друга галактик, со скоростями все большими, чем дальше они друг от друга отстоят, которое открыл Хаббл;Реликтовое излучение, открытое Пензиасом и Вильсоном;Математические расчеты формирования веществ, выведенные С. Хоукингом и другими математиками;Общая теория относительности Эйнштейна.