KNOWLEDGE HYPERMARKET



2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Будущее Вселенной

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.

однородная Вселенная

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 30-02-01.jpg вселенной. Масса вселенной М тогда будет равна плотности умноженной на объем сферы:

30-02-02.jpg

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:

30-02-03.jpg

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:

30-02-04.jpg

Как видно, величина отношения 30-02-05.jpg не  зависит от размера вселенной и прямо пропорциональна средней плотности вселенной 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 30-02-01.jpg, можно заменить одной новой константой 30-02-01.jpg*

30-02-06.jpg


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  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 > 30-02-07.jpg  

эволюция Вселенной

Различие сценариев будущего Вселенной более наглядно представляется тремя качественными графиками на рис. 4.12. Как видим, выбор пути эволюции Вселенной связан с численным значением 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* = 5.10-27кг/м3,  для  верхней  оценки  Н  =  100 км/(с.Мпс)  значение критической  плотности будет в два раза больше приведенного. 

Безразмерный  параметр  30-02-05.jpg,  указанный  возле  кривых,  показывает  величину отношения  наблюдаемой  средней  плотности  и  критического  значения  30-02-05.jpg= 30-02-01.jpg / 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 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 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 галактик, масса которого на порядок выше видимой массы, и оценка параметра 30-02-05.jpg изменилась до значения 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 30-02-09.jpg1. Во всяком случае, считается достоверной оценка 30-02-05.jpg < 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 30-02-05.jpg 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
1236084776 kr.jpg конспект урока
1236084776 kr.jpg опорный каркас  
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg акселеративные методы 
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 

Практика
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg самопроверка
1236084776 kr.jpg практикумы, тренинги, кейсы, квесты
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg дискуссионные вопросы
1236084776 kr.jpg риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg юмор, анекдоты, приколы, комиксы
1236084776 kr.jpg притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg статьи 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg учебники основные и дополнительные
1236084776 kr.jpg словарь терминов                          
1236084776 kr.jpg прочие 

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg обновление фрагмента в учебнике 
1236084776 kr.jpg элементы новаторства на уроке 
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg идеальные уроки 
1236084776 kr.jpg календарный план на год  
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg программы
1236084776 kr.jpg 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.