🗊Презентация Вселенная. Происхождение Вселенной

Вселенная

Развитие представлений о размере Вселенной

Происхождение Вселенной До начала прошлого века было всего два взгляда на происхождение нашей Вселенной: Ученые - вечна и неизменна Богословы - Мир сотворен и у него будет конец. Последние научные данные : Наша Вселенная родилась около 14 млр.лет назад в результате чудовищного катаклизма Большого взрыва.

Вселе́нная Астрономическая Вселенная или Метагалактика (в последнее время этот термин практически вышел из употребления) часть материального мира, доступная изучению естественнонаучными методами (т.е. доступное наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем)

Вселе́нная Космология (космос + логос) — раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом Космогония (греч. kosmogonía, от kósmos — мир, Вселенная и gone, goneia — рождение) - область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем: звёзд и звёздных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел

Теоретические модели Вселенной Доминирующие теории : Теория Большого Взрыва Описывает химический состав Вселенной Модель расширения Фридмана Описывает расширение Теория, признанная многими: 3) Теория стадии инфляции Объясняет причину расширения

Теоретические модели Вселенной Доминирующие теории : Теория Большого Взрыва Описывает химический состав Вселенной Модель расширения Фридмана Описывает расширение Теория, признанная многими: 3) Теория стадии инфляции Объясняет причину расширения

Большо́й взрыв (англ. Big Bang) космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной - начало расширения Вселенной Перед этим Вселенная находилась в сингулярном состоянии Сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной

Рождение Вселенной Вселенная возникла в результате взрывного процесса- Большой взрыв- ~14 млрд лет назад В момент Большого взрыва Вселенная занимала микроскопические, квантовые размеры. В соответствии с инфляционной моделью, в начальной стадии своей эволюции Вселенная пережила период ускоренного расширения (инфляции).

Рождение Вселенной В этот момент существовало только высокоэнергетическое скалярное поле. Затем Вселенная заполнилась горячим веществом, продолжавшим расширяться. Переход энергии в массу не противоречит физическим законам.

Большой взрыв Теория Большого взрыва хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами: расширением Вселенной преобладанием водорода Позволила сделать верные предсказания о существовании и параметрах реликтового излучения

Реликтовое или космическое микроволновое фоновое излучение Реликтовый фон образован фотонами, испущенными в эпоху, когда свет горячего Большого взрыва практически перестал взаимодействовать с материей, отделился от неё. Сейчас из-за расширения Вселенной из видимого диапазона большинство этих фотонов перешли в микроволновой радиодиапазон.

Большой взрыв Реликтовое или космическое микроволновое фоновое излучение (cosmic microwave background radiation)  космическое эл.магн. излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К. излучение, высвободившееся в момент образовании атомов водорода

Реликтовое или космическое микроволновое фоновое излучение Горячая плазма состава: фотоны, электроны e- барионы Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы: - упругие столкновения - обмен энергией

Реликтовое или космическое микроволновое фоновое излучение По мере расширения Вселенной плазма остывала → при температуре плазмы около 3000 К и возрасте Вселенной ~ 400 000 лет → Рекомбинация атомов e- + p+→ 1H 2e- + 24He2+→ 2He

Реликтовое или космическое микроволновое фоновое излучение Фотоны перестали рассеиваться уже нейтральными атомами и смогли свободно перемещаться в пространстве → Разделение вещества и энергии Наблюдаемая сфера, соответствующая данному моменту, называется поверхностью последнего рассеяния. Это — самый удалённый объект, который можно наблюдать в электромагнитном спектре.

Гипотезы причин большого Взрыва

Образование Вселенной с точки зрения теории бран (М-теории) Всё начинается с холодного, статичного пятимерного пространства-времени Четыре пространственных измерения ограничены трёхмерными стенами или три-бранами: одна из этих стен и является пространством, в котором мы живём, вторая брана скрыта от восприятия. Ещё одна три-брана «потерянна» где-то между двумя граничными бранами в четырёхмерном пространстве. При столкновении этой браны с нашей высвобождается большое количество энергии → образуются условия для БВ

Теоретические модели Доминирующие теории : Теория Большого Взрыва Описывает химический состав Вселенной Модель расширения Фридмана Описывает расширение Теория, признанная многими: 3) Теория стадии инфляции Объясняет причину расширения

Общая теория относительности - теория гравитации В основе большинства моделей расширяющейся Вселенной лежит ОТО и её геометрический взгляд на природу гравитации Уравнение гравитационного поля, которые называются уравнение Эйнштейна:

Фридман, Александр Александрович Дата рождения: 1888 Место рождения: Санкт-Петербург, Российская империя Дата смерти: 1925 (37 лет) Место смерти: Ленинград, СССР Страна:  Российская империя →  СССР Научная сфера: теоретическая физика, геофизика, космология

Эдвин Хаббл Edwin Hubble Дата рождения: 1889 Место рождения:штат Миссури, Маршфилде Дата смерти: 1953 (63 года) Место смерти:Калифорния, Сан-Марино Страна:  США Научная сфера: Астрономия Место работы: Йеркская обсерватория, Маунт-Вилсоновская обсерватория Известен как: Закон Хаббла

Закон Хаббла В 1929 году обнаружил зависимость между красным смещением галактик и расстоянием до них Закон Хаббла Чем дальше галактика, тем больше ее скорость V: V= Н0●D, где D – расстояние H0 - коэффициент пропорциональности (постоянная Хаббла)

Закон Хаббла «Красное смещение» - понижение частот электромагнитного излучения В видимой части спектра линии смещаются к его красному концу

Закон Хаббла «Красное смещение» - сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону Красное смещение подтверждает теоретический вывод о нестационарности области нашей Вселенной

Гео́ргий Анто́нович Га́мов, также известен как Джордж Гамов Дата рождения:20 февраля (4 марта) 1904(1904-03-04) Место рождения:Одесса, Российская империя Дата смерти:19 августа 1968(1968-08-19) (64 года) Место смерти:Боулдер, Колорадо, США Страна:  СССР  США Научная сфера: Теоретическая физика Астрофизика

Гео́ргий Анто́нович Га́мов, также известен как Джордж Гамов Место работы: Ленинградский Физико-технический институт Университет Джорджа Вашингтона Университет штата Колорадо в Боулдере Альма-матер: Ленинградский университет Научный руководитель: А. А. Фридман Ю. А. Крутков Известен как: автор концепции реликтового излучения, автор идеи триплетного генетического кода

Горячий Большой взрыв

Горячий Большой взрыв Вселенная началась с бесконечно высокой температуры T и плотности в сингулярности Большого взрыва По мере расширения Вселенная Т и интенсивность излучения ↓. 0,01 сек после БВ - Т ~100 млрд град. Вселенная наполнена в основном фотонами, электронами, нейтрино, а также некоторым количеством протонов p+ и нейтронов n0 . 3 мин - Т ~ 1 млрд град. p+ протоны и n0 стали образовывать гелий, изотопы водорода и другие легкие элементы Сотни тысяч лет спустя - Т неск.тыс. град. Электроны замедлились до такой степени, что легкие ядра смогли захватывать их, образуя атомы. Более тяжелые элементы, из которых мы состоим, образовались лишь миллиарды лет спустя в результате горения гелия в ядрах звезд

Эволюция Вселенной

Теория «великого объединения» Как предполагают, в момент БВ действовало единое взаимодействие Разделилось на четыре в первые мгновения существования нашего Мира сильное электромагнитное слабое гравитационное

Большой взрыв -13,7 млр.лет

Самый удаленный из известных объектов во Вселенной 21.10.2010, 14:06:27 Галактика UDFy-38135539 видна в желтом квадрате. Изображение NASA/ESA Образовалась спустя всего 600 млн. лет после Большого взрыва

Наблюда́емая Вселе́нная Теоретически, граница наблюдаемой Вселенной доходит до самой космологической сингулярности. На практике границей наблюдений является реликтовое излучение - наиболее удалённый объект Вселенной. Хотя и грубо, но наблюдаемую Вселенную можно представлять как шар с наблюдателем в центре. Расстояние до края наблюдаемой Вселенной оценивается более чем в 46,5 млрд. световых лет (около 14 гигапарсек) во всех направлениях.

Облик Вселенной Вселенная имеет четко выраженную структуру Однако понятия классической механики, (масса, размер) для неё не имеют смысла: Вселенная ни с чем не взаимодействует. Вселенную описывают как термодинамическую систему, употребляя такие понятия как плотность, давление, температура, химический состав. Именно они и определят облик Вселенной как единого целого.

Облик Вселенной

Облик Вселенной

Устройство Вселенной Одно из важнейших свойств Вселенной — она расширяется, причём ускоренно. Чем дальше расположен объект от нашей галактики, тем быстрее он от нас удаляется

Облик и устройство Вселенной

Иерархия масштабов во Вселенной A diagram of our location in the Local Supercluster in a series of five star maps that show from left to right our location in the Solar System, in the Sun's neighborhood of stars, in the local area of the Milky Way galaxy, in the Local Group of galaxies, and in the Supercluster of galaxies.

Устройство Вселенной Структура видимого вещества: Галактики Группы (скопления) галактик Сверхскопления галактик Сверхскопления сосредоточены в основном внутри плоских слоёв Между слоями находится пространство, практически свободное от галактик. В очень больших масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, напоминающую «ноздреватую» структуру хлеба. Однако на ещё бо́льших расстояниях (свыше 1 млрд световых лет) вещество во Вселенной распределено однородно

Устройство Вселенной Помимо видимого вещества: Тёмная материя, проявляющаяся через гравитационное воздействие. Тёмная материя сосредоточена в галактиках. Гипотетическая тёмная энергия, которая является причиной ускоренного расширения Вселенной.

Звёздное скопление  — гравитационно связанная группа звёзд, имеющая общее происхождение и движущаяся в гравитационном поле галактики как единое целое Звезда - небесное тело, в котором идут термоядерные реакции Некоторые звёздные скопления также содержат, кроме звёзд, облака газа и/или пыли Два типа:  шаровые рассеянные Плеяды, рассеянное скопление

А что же такое « созвездия»? Участок небесной сферы, на которой расположена группа звезд со всеми находящимися там объектами В 1922 году в Риме решением I Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза был окончательно утверждён список из 88 созвездий

Гала́ктика гравитационно-связанная система, состоящая из : 1 - звёзд, 2 - межзвёздного газа, 3 - пыли и 4 - тёмной материи Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс Предполагается, что в наблюдаемой части Вселенной их порядка 1011

Спиральная галактика NGC 4414 из созвездия Волосы Вероники диаметром около 56 000 световых лет, находящаяся на расстоянии примерно в 60 млн световых лет от Земли

После́довательность Ха́ббла  — классификация галактик, предложенная в 1936 Эдвином Хабблом. Тип галактики: Спиральные (S и SB) (SBa, SBb, SBc, SBd — спиральные галактики с перемычкой) Эллиптические (E), Иррегулярные (Irr)

Гала́ктика Межзвёздный газ - разряженная газовая среда, заполняющая всё пространство между звёздами Химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: водород и гелий (90 ат.% и 10ат. %) с небольшой примесью более тяжёлых элементов. В зависимости от температуры и плотности межзвёздный газ пребывает в: молекулярном атомарном или ионизованном состояниях

Гала́ктика Межзвёздная пыль  - примесь твёрдых микроскопических частиц в межзвёздном газе Полная масса межзвёздной пыли составляет около 1 % от массы газа Вероятно, пылинки имеют тугоплавкое ядро (графитовое, силикатное или металлическое), окруженное органическим веществом или ледяной оболочкой.

Туманность — межзвездное облако, состоящее из пыли, газа и плазмы, выделяющееся своим излучением или поглощением по сравнению с окружающей его межзвёздной средой

Туманность Типы туманностей: Тёмные – поглощение ими света. Наблюдаются благодаря поглощению излучения расположенных за ними источников Светлые - излучение (рассеивание) ими света

Наша Галактика – Млечный путь гигантская звёздная система Является спиральной галактикой с перемычкой Вместе с галактикой Андромеды и галактикой Треугольника, а также несколькими меньшими галактиками-спутниками образует Местную группу, которая, в свою очередь, входит в Сверхскопление Девы.

Наша Галактика – Млечный путь Тип SBbc (спиральная галактика с перемычкой) Диаметр 100 000 св. лет Толщина 3 000 (балдж)— 1 000 (диск) св. лет Число звёзд 2-4×1011  Возраст старейшей из известных звёзд 13,2 млрд лет Расстояние от Солнца до галактического центра 26 000 ± 1 400 св. лет Галактический период обращения Солнца 225−250 млн лет

Ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды Галактика Андромеды или Туманность Андромеды  — спиральная галактика типа Sb. Расположена в созвездии Андромеды и удалена от нас на расстояние 2,52 млн световых лет.

Скопления галактик  — гравитационно-связанные системы галактик, одни из самых больших структур во вселенной. Размеры скоплений галактик могут достигать 108 световых лет. 1 - Регулярные — скопления правильной сферической формы. Пример: скопление Волос Вероники 2 - Иррегулярные — скопления без определённой формы.

Сверхскопление галактик Размеры сверхскоплений достигают сотен миллионов световых лет Сверхскопления настолько большие, что не являются гравитационно-связанными и, поэтому, принимают участие в расширении Хаббла В пределах 1 млрд св. лет находится около 100 сверхскоплений Вселенная в пределах 1 млрд световых лет (307 Мпарсек), показывающая ближайшие сверхскопления

Комплекс процессов, формирующих эволюцию галактики Все, не вошедшие в центральную область - процессы, масштабы которых сравнимы или больше размера галактики Эти процессы меняют морфологическую структуру, темп звездообразования скорость химической эволюции спектр галактики и т. д.

Теоретическая судьба Вселенной Определяется расширением Вселенной Этот процесс зависит во многом от средней плотности Вселенной - так  называемой критической плотности

Теоретическая судьба Вселенной Плоская Вселенная - если плотность равна критической, то расширение идет с одинаковой скоростью Замкнутая Вселенная - если больше, то Вселенная в конце концов схлопнется Открытая Вселенная - если меньше, то будет расширяться со всё большим ускорением, что в итоге приведет к Большому Разрыву

Единицы измерения расстояния в астрономии

Рождение Вселенной Сингулярность БВ → флуктуации вакуума → выделение энергии → инфляционный скачок пространства Излучение →вещество →звезды →скопление звезд →галактики

Хронология Большого взрыва

Хронология Большого взрыва

Теоретическая судьба Вселенной Зависит от процесса расширения Вселенной Ход расширения в общем случае зависит от значений космологической постоянной Λ, кривизны пространства k уравнения состояния P(ρ)