|
|
(1 промежуточная версия не показана) | Строка 5: |
Строка 5: |
| <br> | | <br> |
| | | |
- | 4.3.3. Будущее Вселенной <br><br>Факты свидетельствуют о расширении Вселенной «во все стороны» в современну<br>эпоху. Будет ли этот процесс продолжаться в дальнейшем? Что могло бы повлиять на скорость расширения и возможно ли сжатие Вселенной? Такие вопросы неизбежно встают после открытия Хаббла. Пытаясь разобраться в ситуации «на пальцах», физики используют самую простую модель Вселенной в виде изотропной и однородной сферы возрастающего радиуса R.<br><br><br>картр<br><br>Мы знаем, что реальная Вселенная «в разрезе» похожа на губку (см. рис. 4.3), но это в данном случае большой роли не играет. Достаточно ввести в рассмотрение среднюю плотность ...... вселенной. Масса вселенной М тогда будет равна плотности умноженной на объем сферы: <br><br>карт<br><br>Выделим некоторую массу вещества m на краю вселенной. Выбранная материальная точка будет обладать кинетической энергией Wc движения со скоростью V и потенциальной энергией W притяжения к центру масс вселенной. Соответствующие выражения известны из школьного курса физики:<br><br>карт<br><br>Ясно, что пока кинетическая энергия выше потенциальной, выделенная нами масса вещества m должна удаляться от центра вселенной. Выразим массу вселенной по (4.4), возьмем отношение двух энергий и заменим скорость V произведением постоянной Хаббла на радиус вселенной: <br><br>карт<br><br>Как видно, величина отношения ...... не зависит от размера вселенной и прямо пропорциональна средней плотности вселенной .......... К порциональности определяется отношением гравитационной постоянной к квадрату постоянной Хаббла. Комбинацию величин, стоящих как сомножитель в формуле (4.6) перед средней плотностью ?, можно заменить одной новой константой ?* <br><br>карт<br><br>Физический смысл введенной константы в том, что ее величина определяет значение плотности вселенной, при которой отношение двух энергий равно единице. Если среднее значение плотности вещества во вселенной меньше критического значения ?*, то преобладает кинетическая энергия и вселенная будет только расширяться. Наоборот, если плотность вселенной выше критического значения, то постепенно процесс расширения перейдет в процесс сжатия, коллапса вселенной. Третий вариант, когда выполняется равенство критического значения и реальной плотности вселенной, соответствует постепенному замедлению расширения без обращения процесса к коллапсу. Здесь V > 0 в пределе, когда время t > .... <br><br>карт<br><br>Различие сценариев будущего Вселенной более наглядно представляется тремя качественными графиками на рис. 4.12. Как видим, выбор пути эволюции Вселенной связан с численным значением .......*, а оно определяется величиной гравитационной постоянной (которую мы знае высокой точностью) и величиной постоянной Хаббла (погрешность оценки которой велика). Если принять нижнее значение Н = 50 км/( с.Мпс), то р* = 5.10-27кг/м3, для верхней оценки Н = 100 км/(с.Мпс) значение критической плотности будет в два раза больше приведенного. <br><br><br>Безразмерный параметр ......., указанный возле кривых, показывает величину <br>отношения наблюдаемой средней плотности и критического значения ..... = р / р*. Чтобы сделать прогноз дальнейшего развития Вселенной, необходимо экспериментально определить численное значение средней плотности Вселенной. В настоящее время использованы несколько методов косвенных измерений плотности вещества в различных по размеру областях вселенной. Все они основаны на законе всемирного тяготения Ньютона. В первом методе были использованы результаты долговременных (с использованием астрономических архивов) наблюдений за вращением спиральных галактик. По периоду вращения и измеренным скоростям определялась масса видимого вещества для нескольких различных галактик и вычислялось усредненное значение массы одной галактики. По порядку величины она считается равной 1011 масс Солнца. Оценив среднее число галактик по видимому <br>объему Вселенной, рассчитали величину плотности и получили оценку ......<br>0,01. Однако темное вещество галактик в этом случае не было учтено. Более точная оценка получена при анализе движения двух галактик (в том числе вращения Большого Магелланового облака вокруг Млечного пути). Как отмечалось выше, это приводит к выявлению гравитирующего темного вещества галактик, масса которого на порядок выше видимой массы, и оценка параметра ... изменилась до значения .....0,1. Следующим приближением является учет статистического распределения масс галактик в их скоплениях. С учетом спектра масс во Вселенной и возможного открытия объектов типа Великого аттрактора наиболее современные оценки приводят к выводу, что........ 1. Во всяком случае, считается достоверной оценка ...... 0,9. А это означает, что еще много миллиардов лет Вселенная «способна» расширяться. При сохранении нынешнего темпа расширения за каждые 20 млрд. лет расстояние между галактиками будет увеличиваться в два раза. Так как величина параметра омега приближается к единице, возможно, что скорость расширения будет временем уменьшаться. Коллапсирование Вселенной пока считается менее вероятным. Однако следует учитывать, что каждое уточнение значений постоянной Хаббла и средней плотности вещества во Вселенной приводит к уточнению величины параметра ..........<br>и прогноз последующей эволюции может быть изменен.<br> <br><br><br><br>
| + | ''' 4.3.3. Будущее Вселенной '''<br><br>Факты свидетельствуют о расширении Вселенной «во все стороны» в современну эпоху. Будет ли этот процесс продолжаться в дальнейшем? Что могло бы повлиять на скорость расширения и возможно ли сжатие [[Две_концепции_Вселенной|Вселенной]]? Такие вопросы неизбежно встают после открытия Хаббла. Пытаясь разобраться в ситуации «на пальцах», физики используют самую простую модель Вселенной в виде изотропной и однородной сферы возрастающего радиуса R.<br><br>[[Image:29-02-012.jpg|однородная Вселенная]]<br><br>Мы знаем, что реальная Вселенная «в разрезе» похожа на губку (см. рис. 4.3), но это в данном случае большой роли не играет. Достаточно ввести в рассмотрение среднюю плотность [[Image:30-02-01.jpg]] вселенной. Масса вселенной М тогда будет равна плотности умноженной на объем сферы: <br><br>[[Image:30-02-02.jpg]]<br><br>Выделим некоторую массу вещества m на краю вселенной. Выбранная материальная точка будет обладать [[Идеальный_газ_в_молекулярно-кинетической_теории|кинетической]] энергией Wc движения со скоростью V и потенциальной энергией W притяжения к центру масс вселенной. Соответствующие выражения известны из школьного курса [[Загадка_квантовой_физики|физики]]:<br><br>[[Image:30-02-03.jpg]]<br><br>Ясно, что пока кинетическая энергия выше потенциальной, выделенная нами масса вещества m должна удаляться от центра вселенной. Выразим массу вселенной по (4.4), возьмем отношение двух энергий и заменим скорость V произведением постоянной Хаббла на радиус вселенной: <br><br>[[Image:30-02-04.jpg]]<br><br>Как видно, величина отношения [[Image:30-02-05.jpg]] не зависит от размера вселенной и прямо пропорциональна средней плотности вселенной [[Image:30-02-01.jpg]]. К порциональности определяется отношением гравитационной постоянной к квадрату постоянной Хаббла. Комбинацию величин, стоящих как сомножитель в формуле (4.6) перед средней плотностью [[Image:30-02-01.jpg]], можно заменить одной новой константой [[Image:30-02-01.jpg]]* <br><br>[[Image:30-02-06.jpg]] |
| + | |
| + | <br>Физический смысл введенной константы в том, что ее величина определяет значение плотности вселенной, при которой отношение двух энергий равно единице. Если среднее значение плотности вещества во вселенной меньше критического значения [[Image:30-02-01.jpg]]*, то преобладает кинетическая энергия и вселенная будет только расширяться. Наоборот, если плотность вселенной выше критического значения, то постепенно процесс расширения перейдет в процесс сжатия, коллапса вселенной. Третий вариант, когда выполняется равенство критического значения и реальной плотности вселенной, соответствует постепенному замедлению расширения без обращения процесса к коллапсу. Здесь V > 0 в пределе, когда время t > [[Image:30-02-07.jpg]] <br><br>[[Image:30-02-08.jpg|эволюция Вселенной]]<br><br>Различие сценариев будущего Вселенной более наглядно представляется тремя качественными графиками на рис. 4.12. Как видим, выбор пути [[Видообразование_в_эволюции|эволюции]] Вселенной связан с численным значением [[Image:30-02-01.jpg]]*, а оно определяется величиной гравитационной постоянной (которую мы знае высокой точностью) и величиной постоянной Хаббла (погрешность оценки которой велика). Если принять нижнее значение Н = 50 км/( с.Мпс), то р* = 5.10<sup>-27</sup>кг/м<sup>3</sup>, для верхней оценки Н = 100 км/(с.Мпс) значение критической плотности будет в два раза больше приведенного. <br><br>Безразмерный параметр [[Image:30-02-05.jpg]], указанный возле кривых, показывает величину отношения наблюдаемой средней плотности и критического значения [[Image:30-02-05.jpg]]= [[Image:30-02-01.jpg]] / [[Image:30-02-01.jpg]]*. Чтобы сделать прогноз дальнейшего развития Вселенной, необходимо экспериментально определить численное значение средней плотности Вселенной. В настоящее время использованы несколько методов косвенных измерений плотности вещества в различных по размеру областях вселенной. Все они основаны на законе всемирного тяготения [[Второй_закон_Ньютона|Ньютона]]. В первом методе были использованы результаты долговременных (с использованием астрономических архивов) наблюдений за вращением спиральных галактик. По периоду вращения и измеренным скоростям определялась масса видимого вещества для нескольких различных галактик и вычислялось усредненное значение массы одной галактики. По порядку величины она считается равной 10<sup>11</sup> масс Солнца. Оценив среднее число галактик по видимому объему Вселенной, рассчитали величину плотности и получили оценку [[Image:30-02-09.jpg]] 0,01. Однако темное вещество галактик в этом случае не было учтено. Более точная оценка получена при анализе движения двух галактик (в том числе вращения Большого Магелланового облака вокруг Млечного пути). Как отмечалось выше, это приводит к выявлению гравитирующего темного вещества [[Галактики|галактик]], масса которого на порядок выше видимой массы, и оценка параметра [[Image:30-02-05.jpg]] изменилась до значения [[Image:30-02-09.jpg]] 0,1. Следующим приближением является учет статистического распределения масс галактик в их скоплениях. С учетом спектра масс во Вселенной и возможного открытия объектов типа Великого аттрактора наиболее современные оценки приводят к выводу, что [[Image:30-02-09.jpg]]1. Во всяком случае, считается достоверной оценка [[Image:30-02-05.jpg]] <u><</u> 0,9. А это означает, что еще много миллиардов лет Вселенная «способна» расширяться. При сохранении нынешнего темпа расширения за каждые 20 млрд. лет расстояние между галактиками будет увеличиваться в два раза. Так как величина параметра омега приближается к единице, возможно, что скорость расширения будет временем уменьшаться. Коллапсирование Вселенной пока считается менее вероятным. Однако следует учитывать, что каждое уточнение значений постоянной Хаббла и средней плотности вещества во Вселенной приводит к уточнению величины параметра [[Image:30-02-05.jpg]] и прогноз последующей эволюции может быть изменен.<br> <br><br><br> |
| | | |
| <br> | | <br> |
Текущая версия на 05:39, 9 июля 2012
Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Будущее Вселенной
4.3.3. Будущее Вселенной
Факты свидетельствуют о расширении Вселенной «во все стороны» в современну эпоху. Будет ли этот процесс продолжаться в дальнейшем? Что могло бы повлиять на скорость расширения и возможно ли сжатие Вселенной? Такие вопросы неизбежно встают после открытия Хаббла. Пытаясь разобраться в ситуации «на пальцах», физики используют самую простую модель Вселенной в виде изотропной и однородной сферы возрастающего радиуса R.
Мы знаем, что реальная Вселенная «в разрезе» похожа на губку (см. рис. 4.3), но это в данном случае большой роли не играет. Достаточно ввести в рассмотрение среднюю плотность вселенной. Масса вселенной М тогда будет равна плотности умноженной на объем сферы:
Выделим некоторую массу вещества m на краю вселенной. Выбранная материальная точка будет обладать кинетической энергией Wc движения со скоростью V и потенциальной энергией W притяжения к центру масс вселенной. Соответствующие выражения известны из школьного курса физики:
Ясно, что пока кинетическая энергия выше потенциальной, выделенная нами масса вещества m должна удаляться от центра вселенной. Выразим массу вселенной по (4.4), возьмем отношение двух энергий и заменим скорость V произведением постоянной Хаббла на радиус вселенной:
Как видно, величина отношения не зависит от размера вселенной и прямо пропорциональна средней плотности вселенной . К порциональности определяется отношением гравитационной постоянной к квадрату постоянной Хаббла. Комбинацию величин, стоящих как сомножитель в формуле (4.6) перед средней плотностью , можно заменить одной новой константой *
Физический смысл введенной константы в том, что ее величина определяет значение плотности вселенной, при которой отношение двух энергий равно единице. Если среднее значение плотности вещества во вселенной меньше критического значения *, то преобладает кинетическая энергия и вселенная будет только расширяться. Наоборот, если плотность вселенной выше критического значения, то постепенно процесс расширения перейдет в процесс сжатия, коллапса вселенной. Третий вариант, когда выполняется равенство критического значения и реальной плотности вселенной, соответствует постепенному замедлению расширения без обращения процесса к коллапсу. Здесь V > 0 в пределе, когда время t >
Различие сценариев будущего Вселенной более наглядно представляется тремя качественными графиками на рис. 4.12. Как видим, выбор пути эволюции Вселенной связан с численным значением *, а оно определяется величиной гравитационной постоянной (которую мы знае высокой точностью) и величиной постоянной Хаббла (погрешность оценки которой велика). Если принять нижнее значение Н = 50 км/( с.Мпс), то р* = 5.10-27кг/м3, для верхней оценки Н = 100 км/(с.Мпс) значение критической плотности будет в два раза больше приведенного.
Безразмерный параметр , указанный возле кривых, показывает величину отношения наблюдаемой средней плотности и критического значения = / *. Чтобы сделать прогноз дальнейшего развития Вселенной, необходимо экспериментально определить численное значение средней плотности Вселенной. В настоящее время использованы несколько методов косвенных измерений плотности вещества в различных по размеру областях вселенной. Все они основаны на законе всемирного тяготения Ньютона. В первом методе были использованы результаты долговременных (с использованием астрономических архивов) наблюдений за вращением спиральных галактик. По периоду вращения и измеренным скоростям определялась масса видимого вещества для нескольких различных галактик и вычислялось усредненное значение массы одной галактики. По порядку величины она считается равной 1011 масс Солнца. Оценив среднее число галактик по видимому объему Вселенной, рассчитали величину плотности и получили оценку 0,01. Однако темное вещество галактик в этом случае не было учтено. Более точная оценка получена при анализе движения двух галактик (в том числе вращения Большого Магелланового облака вокруг Млечного пути). Как отмечалось выше, это приводит к выявлению гравитирующего темного вещества галактик, масса которого на порядок выше видимой массы, и оценка параметра изменилась до значения 0,1. Следующим приближением является учет статистического распределения масс галактик в их скоплениях. С учетом спектра масс во Вселенной и возможного открытия объектов типа Великого аттрактора наиболее современные оценки приводят к выводу, что 1. Во всяком случае, считается достоверной оценка < 0,9. А это означает, что еще много миллиардов лет Вселенная «способна» расширяться. При сохранении нынешнего темпа расширения за каждые 20 млрд. лет расстояние между галактиками будет увеличиваться в два раза. Так как величина параметра омега приближается к единице, возможно, что скорость расширения будет временем уменьшаться. Коллапсирование Вселенной пока считается менее вероятным. Однако следует учитывать, что каждое уточнение значений постоянной Хаббла и средней плотности вещества во Вселенной приводит к уточнению величины параметра и прогноз последующей эволюции может быть изменен.
Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.
Содержание урока
конспект урока
опорный каркас
презентация урока
акселеративные методы
интерактивные технологии
Практика
задачи и упражнения
самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников
Иллюстрации
аудио-, видеоклипы и мультимедиа
фотографии, картинки
графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты
Дополнения
рефераты
статьи
фишки для любознательных
шпаргалки
учебники основные и дополнительные
словарь терминов
прочие
Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике
обновление фрагмента в учебнике
элементы новаторства на уроке
замена устаревших знаний новыми
Только для учителей
идеальные уроки
календарный план на год
методические рекомендации
программы
обсуждения
Интегрированные уроки
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
|