Ғаламның үдемелі кеңеюі. Физика, 11 сынып, презентация.

КОСМОЛОГИЯ

Ғаламның үдемелі кеңеюі

Оқу мақсаты:

11.9.1.6 – Астрономиялық бақылаулар негізінде Ғаламның кеңеюі туралы болжамдарды талқылау;

Ой бөлісу:

Үлкен жарылыстың стандартты моделіне сәйкес, Ғалам дамуда, өзгеруде және кеңеюде.

Сұрақ: Ғалам мәңгі кеңейе бере ме?

Гравитацияның Ғаламныңң кеңеюіне әсері жөнінде қандай болжамдарыңыз бар?

Үлкен Жарылыс теориясы

Бұдан 14 млрд. жылдай бұрын Үлкен Жарылыс біздің Ғаламды

жасады.

Үлкен жарылыс кеңістікті, уақытты, барлық материяны және бізді қоршаған энергияны тудырды. Ғалам ерекше тез кеңею сатысын басынан өткізді. Ол кеңейген сәтте салқындай бастады.

https://twig-bilim.kz/ru/film/big-bang-theory

https://www.youtube.com/watch?v=_XWxyrJyzog,

Қысқатолқынды фондық сәулелену/ Реликтивтік сәулелену (ғарыштық қысқатолқынды фондық сәулелену)

Қазіргі байқалатын ғарыштық қысқатолқынды сәулелер фоны Ғаламның Үлкен Жарылыстан пайда болғанының куәсі. Бұл сәуле шығару кеңеюдің алғашқы мезетінде шығарылған сәуле эволюциясының нәтижесі, сондықтан оны реликтивтік деп атайды.

Реликтивтік сәулелену – Ғаламды біркелкі толтыратын жылулық сәулелену. Бұл сәуле шығару изотропты және спектрі 3К температурадағы абсолют қара дененің спектріне сәйкес келеді. Реликтивтік сәуле шығару Ғаламның алғашқы даму сатысында болған қуатты сәуле шығарудың қалдығы ретінде қарастырылады.

Ғаламның қисық сызығы

Біз өз Ғаламымызды Евклидтік (жалпақ) кеңістік ретінде қабылдаймыз,

бірақ кеңістікте біз оны байқамайтын шамалы қисықтық болуы

мүмкін екенін жоққа шығара алмаймыз. Онда оң қисықтық, теріс қисықтық бар ма немесе ол тегіс пе?

Егер Ғаламда теріс қисық сызық болса, онда Ғаламның

кеңеюі ешқашан тоқтамайды, дегенмен кеңею жылдамдығы, оның бөліктерінің тартылыс әсерінен төмендейді. Мұндай ғалам ашық және шексіз болар еді.

ауырлық күшінің әсері жеткілікті күшті болады, осылайша кеңею тоқтап, ғалам үлкен дағдарыс жағдайында өздігінен тарала бастайды.

Cудьба Вселенной будет зависеть от средней плотности массы-энергии во Вселенной.

Критическая плотность вещества, от которой зависит характер расширения,

Критикалық тығыздық

Ғаламның тағдыры ғаламдағы масса - энергияның орташа тығыздығына байланысты болады. Заттың критикалық тығыздығы, оның кеңею сипаты,

G – гравитациялық тұрақты, H – Хаббл тұрақтысы,

1 пк = 3,08 ∙ 1013 км, онда 1 Мпк=3,08 1019 км,

H =2,2 ∙ 10-18 с-1.

Сонда заттың критикалық тығыздығы к  10-26 кг/м3.

Ғаламның тығыздығы

Орташа тығыздық критикалық мәннен асып кетсе,

кеңістік-уақыт оң қисықтыққа ие болады, ал ауырлық күші

тұрақты кеңеюге жол бермейді.

Ақыр соңында (егер  > к болса) ауырлық күші ғаламды үлкен дағдарысқа қайтарады.

Егер оның орнына нақты тығыздық критикалық тығыздыққа

тең болса ( = к ), Ғалам тегіс және ашық болып, әрдайым кеңейе беретін еді.

Стандарт космологиялық модел бойынша Ғалам дамуының қысқаша тарихы жайында оқушыларға мына таратпа материал ұсынылады:

«Lambda-Cold Dark Matter» үшін қазіргі заманғы стандартты космологиялық модель қарапайым ғарыштық модель үшін қарапайым барионикалық заттардан басқа, қараңғы энергиямен (Эйнштейн теңдеулеріндегі космологиялық тұрақты λ сипатталған) және суық қара материямен толтырылған. Бұл модельге сәйкес Ғаламның жасы 13,75 ± 0,11 миллиард жыл.

лямбда-CDM модель

Ғаламда зат пен энергияның мүлдем белгісіз формалары басым деген түсінік біртүрлі болып көрінеді. Алайда, қазіргі моделіміздің CMB анизотропиясы, кеңістікті кеңейту және масштабты құрылымды бақылауды дәл түсіндіре алу қабілеті - маңызды жағдай.

90-жылдардың аяғында супернова жұлдыздарының байқауларына сүйене отырып, Ғаламның кеңеюі уақыт өте келе жылдамдайды деген қорытындыға келді. Содан кейін бұл бақылаулар басқа ресурстармен расталды: реликтілік сәулеленуді өлшеу, гравитациялық линза, Үлкен жарылыстың нуклеосинтезі. Барлық алынған мәліметтер лямбда-CDM моделіне сәйкес келеді.

Основные эпохи эволюции Вселенной: инфляция, доминирование излучения, вещества и темной энергии. Рис. NASA, WMAP SCIENCE TEAM

Әлемнің болашағына арналған сценарийлер

Әлем

Әлем – бұл нақты өмір сүретін, уақыт пен кеңістік бойынша шексіз және өзінің дамуы барысында барлық мүмкін болатын пішін қабылдайтын материялық әлем

Қазіргі құралдармен бақыланып отырған әлемнің бөлігі Метагалактика деп аталады.

Бұл біздің Әлем

Фридман моделі

Метагалактика эволюциясы гравитациялық күштермен анықталады;

Метагалактика кеңістігі изотропты (белгіленіп алынған бағыты жоқ)

Метагалактика кеңістігі біртекті.

Хаббл заңы

Хаббл заңы: Қызыл ығысу бойынша анықталған галактиканың алыстау жылдамдығы оған дейінгі қашықтықтың өсуіне пропорционал

υ = H×d

υ = галактиканың алыстау жылдамдығы;

H = Хаббл тұрақтысы;

H = 2,33·10−18 с−1 немесе H = 72 км / (с×Мпк)

d = галактикаға дейінгі қашықтық.

Хаббл заңы бойынша галактика неғұрлым алыс қашықтықта болса, соғұрлым тезірек алшақтайды және соғұрлым оның спектрі қызыл аймаққа ығысады.

Хаббл заңы – Әлемнің ұлғаюын сипаттайтын космологиялық заң.

Хаббл заңы

Хаббл заңын қолданып Әлемнің жасын есептеу

Тапсырмалар

Қызыл ығысу

Ақ жарық көзі бақылаушыдан алыстаған кезде оның көрінетін спектрі қызыл аймаққа (үлкен толқын ұзындық аймағына) қарай ығысады. Бұл эффект қызыл ығысу деп аталады.

(Егер жарық көзі бақылаушыға жақындаса оның көрінетін спектрі көк аймаққа қарай, яғни қысқа толқын ұзындыққа қарай ығысады)

Тәжірибені үйде жасасаңыз да болады:

Дыбыстық көз үшін Доплер әсері көрсетіледі, мысалы, батареялық қоры бар қоңыраулы сағатты жіңішке жіптің соңында айналдырумен оқушыларға қоңыраулы сағат жақындағанда биіктіктің жоғарылағанын естиді, ал алыстағанда азаюын. Бұл толқын ұзындығының өзгеруімен және аналогия бойынша қозғалыстағы көзден жарықты қызыл ығыстырумен байланысты болуы мүмкін (механикалық және электромагниттік әсерлер арасындағы айырмашылықтарға көп тоқталудың қажеті жоқ).

Басты ойлар

Қызықты бақылаулар галактикалар кеңістікте бір-бірінен алшақтағанын көрсетеді. Бұған қарамастан, Эйнштейн интерпретациясы болып кеңістіктің өзі кеңейетіні табылады.

Басты ойлар мыналар:

• Қызыл ығысулар галактикалар бір-бірінен алыстайтындығын көрсетеді.

• Хаббл заңы космологиялық кеңеюдің нәтижесі деп түсіндіріледі.

• Хаббл тұрақтысын мұқият өлшеу Ғаламның жасын өлшеуге әкеледі.

• Ғалам ыстық Үлкен жарылыста шамамен 13,7 миллиард жыл болды.