Научно-исследовательский проект "Теория Большого взрыва"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение « Средняя общеобразовательная школа №2 имени маршала Советского Союза Крылова Н.И ЗАТО п. Солнечный Красноярского края»

Направление: физика

Секция: физико-математические науки

Тема: "Теория Большого взрыва"

                                                                                                    Автор работы:

Головко Анастастия Витальевна:

Образовательное учреждение: МКОУ  «СОШ №2 ЗАТО п. Солнечный»

Класс: 8 Д

e-mail: [e-mail]

Контактный телефон: [phone]                                   

                                                                                              Руководитель работы:

Новинская Елена Алексеевна

Место работы: МКОУ  «СОШ №2 ЗАТО п. Солнечный»

Должность: учитель физики

Контактный телефон: [phone]                                   

e-mail: [e-mail]

ЗАТО п. Солнечный, 2017

Содержание:

Введение..............................................................................................................................................3-4

Основы теории Большого взрыва.........................................................................................................4

Хронология событий в теории Большого взрыва............................................................................4-5

1. Эпоха сингулярности........................................................................................................................5

2. Эпоха инфляции.............................................................................................................................5-6

3. Эпоха охлаждения.............................................................................................................................6

4. Эпоха структуры................................................................................................................................7

5. Социологический опрос....................................................................................................................8

5. Вывод...................................................................................................................................................9

Список литературы...............................................................................................................................10

Приложение №1....................................................................................................................................11

Приложение №2 ...................................................................................................................................11

Приложение №3....................................................................................................................................12

Приложение №4....................................................................................................................................12

Введение:

Актуальность:

Вы, когда ни будь задавались такими вопросами, как: Например, если Вселенная — это все то, что есть, то каким образом это началось? И что было до этого? Если пространство не бесконечно, то что за пределами его? И в чем собственно должно помещаться это нечто? Как можно понять слово «бесконечно»?

Сегодня большинство астрономов и космологов пришли к общему согласию относительно того, что Вселенная, которую мы знаем, появилась в результате гигантского взрыва, породившего не только основную часть материи, но явившегося источником основных физических законов, согласно которым существует тот космос, который нас окружает. Все это называется теорией Большого взрыва.

Вы, когда ни будь задавались такими вопросами, как: Например, если Вселенная — это все то, что есть, то каким образом это началось? И что было до этого? Если пространство не бесконечно, то что за пределами его? И в чем собственно должно помещаться это нечто? Как можно понять слово «бесконечно»?

Эти вещи трудны для понимания. Более того, когда об этом начинаешь задумываться, охватывает жуткое ощущение чего-то величественно - ужасного. Но вопросы о мироздании — это одни из самых главных вопросов, которые задает себе человечество на протяжение своей истории.

Цель работы:

Показать единство и многообразие Вселенной, раскрыть метапредметные связи дисциплин естественно- научного цикла, поставить вопросы: Как появилась наша Вселенная? Как она превратилась в кажущееся на первый взгляд бесконечное пространство? Чем она станет спустя многие миллионы и миллиарды лет?

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проследить этапы развития окружающего

нас мира

2. Найти научные подтверждения современной теории

          В данной работе мною были использованы следующие методы научного исследования:

1. Изучение актуальности тематики и её практическое применение

2. Сбор, обработка и систематизация рабочего материала для проекта

3. Теоретический анализ специальной литературы по проблеме исследования;

Основы теории Большого взрыва

Основы теории Большого взрыва относительно просты. Если кратко, согласно ей вся существовавшая и существующая сейчас во Вселенной материя появилась в одно и то же время — около 13,8 миллиарда лет назад. В тот момент времени вся материя существовала в виде очень компактного абстрактного шара (или точки) с бесконечной плотностью и температурой. Это состояние носило название сингулярности.

Неожиданно сингулярность начала расширяться и породила ту Вселенную, которую мы знаем.

Стоит отметить, что теория Большого Взрывая является лишь одной из многих предложенных гипотез возникновения Вселенной (например, есть еще теория стационарной Вселенной), однако она получила самое широкое признание и популярность. Она не только объясняет источник всей известной материи, законов физики и большую структуру Вселенной, она также описывает причины расширения Вселенной и многие другие аспекты, и феномены.

Хронология событий в теории Большого взрыва

Основываясь на знаниях о нынешнем состоянии Вселенной, ученые предполагают, что все должно было начаться с единственной точки с бесконечной плотностью и конечным временем, которые начали расширяться. После первоначального расширения, как гласит теория, Вселенная прошла фазу охлаждения, которая позволила появиться субатомным частицам и позже простым атомам. Гигантские облака этих древних элементов позже, благодаря гравитации, начали образовывать звезды и галактики.

Ученые считают, что самые ранние периоды зарождения Вселенной — продлившиеся от 10^-43 до 10^-11 секунды после Большого взрыва, — по-прежнему являются предметом споров и обсуждений. Если учесть, что те законы физики, которые нам сейчас известны, не могли существовать в это время, то очень сложно понять, каким же образом регулировались процессы в этой ранней Вселенной. Кроме того, экспериментов с использованием тех возможных видов энергий, которые могли присутствовать в то время, до сих пор не проводилось. Как бы там ни было, многие теории о возникновении Вселенной в конечном итоге согласны с тем, что в какой-то период времени имелась отправная точка, с которой все началось.

Со времени этого Большого Взрыва Вселенная продолжает рас­ширяться, как раздуваемый воздушный шар.

Одна проблема заключается в том способе, которым материя распределена по Вселенной. Когда взрывается какой-либо предмет, то его содержимое разлетается равномерно во всех направлениях. Другими словами, если материя в начале была спрессована в малом объеме, а затем взорвалась, то вещество должно было равномерно распределиться по пространству Вселенной.

Эпоха сингулярности (приложение №1).

Также известная как планковская эпоха (или планковская эра) принимается за самый ранний из известных периодов эволюции Вселенной. В это время вся материя содержалась в единственной точке бесконечной плотности и температуры. Во время этого периода, как считают ученые, квантовые эффекты гравитационного взаимодействия доминировали над физическим, и ни одна из физических сил не была равна по силе гравитации.

Планковская эра предположительно длилась от 0 до 10-43 секунды и названа она так потому, что измерить ее продолжительность можно только планковским временем (Пла́нковское вре́мя— единица времени в планковской системе единиц, величина, имеющая размерность времени и, как и другие планковские единицы.).

Приблизительно в период с 10-43 до 10-36 секунды во Вселенной происходил процесс столкновения состояний переходных температур. Считается, что именно в этот момент фундаментальные силы, которые управляют нынешней Вселенной, начали отделяться друг от друга. Первым шагом этого отделения явилось появление гравитационных сил, сильных и слабых ядерных взаимодействий, и электромагнетизма.

В период примерно с 10-36 до 10-32 секунды после Большого взрыва температура Вселенной стала достаточно низкой, что привело к разделению электромагнитных сил (сильное взаимодействие) и слабого ядерного взаимодействия (слабого взаимодействия).

Эпоха инфляции (приложение №2).

С появлением первых фундаментальных сил во Вселенной началась эпоха инфляции, которая продлилась с 10-32 секунды по планковскому времени до неизвестной точки во времени. Большинство космологических моделей предполагают, что Вселенная в этот период была равномерно заполнена энергией высокой плотности, а невероятно высокие температура и давление привели к ее быстрому расширению и охлаждению.

Это началось на 10-37 секунде, когда за фазой перехода, вызвавшей отделение сил, последовало расширение Вселенной в геометрической прогрессии.

В это время образуются и сразу же сталкиваясь разрушаются пары из частиц — античастиц, что, как считается, привело к доминированию материи над антиматерией в современной Вселенной. После прекращения инфляции Вселенная состояла из кварк-глюоновой плазмы и других элементарных частиц. С этого момента Вселенная стала остывать, начала образовываться и соединяться материя.

Эпоха охлаждения (приложение №3)

Со снижением плотности и температуры внутри Вселенной начало происходить и снижение энергии в каждой частице. Это переходное состояние длилось до тех пор, пока фундаментальные силы и элементарные частицы не пришли к своей нынешней форме. Так как энергия частиц опустилась до значений, которые можно сегодня достичь в рамках экспериментов, действительное возможное наличие этого временного периода вызывает у ученых куда меньше споров.

Так как температура была уже недостаточно высокой для создания новых протонно-антипротонных пар (или нейтронно-антинейтронных пар), последовало массовое разрушение этих частиц, что привело к остатку только 1/1010 количества изначальных протонов и нейтронов и полному исчезновению их античастиц. Аналогичный процесс произошел спустя около 1 секунды после Большого взрыва. Только «жертвами» на этот раз стали электроны и позитроны.

В течение первых минут расширения Вселенной начался период нуклеосинтеза (синтез химических элементов). Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов(Ке́львин (русское обозначение: К; международное: K) — единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ) и снижения плотности энергии примерно до значений, эквивалентных плотности воздуха, нейтроны и протоны начали смешиваться и образовывать первый стабильный изотоп водорода (дейтерий), а также атомы гелия. Тем не менее большинство протонов во Вселенной остались в качестве несвязных ядер атомов водорода.

Спустя около 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали атомы (опять же преимущественно водорода), в то время как радиация отделилась от материи и продолжила практически беспрепятственно расширяться через пространство. Эту радиацию принято называть реликтовым излучением, и она является самым древнейшим источником света во Вселенной.

Эпоха структуры.

В последующие несколько миллиардов лет более плотные регионы почти равномерно распределенной во Вселенной материи начали притягиваться друг к другу. В результате этого они стали еще плотнее, начали образовывать облака газа, звезды, галактики и другие астрономические структуры, за которыми мы можем наблюдать в настоящее время. Этот период носит название иерархической эпохи. В это время та Вселенная, которую мы видим сейчас, начала приобретать свою форму.

Детали этого процесса могут быть описаны согласно представлению о количестве и типе материи, распределенной во Вселенной, которая представлена в виде холодной, теплой, горячей темной материи и барионного вещества.

Социологический опрос:

В опросе приняло участие 89 человек. Учащимся был задан вопрос:

Как вы считаете, какая теория более достоверна о происхождении Вселенной

Вывод: социологический опрос позволил установить, что среди учащихся школы большинство (53%) также предпочитает считать, что Вселенная возник благодаря Большому взрыву. Правда, обнаружилось, что 21% учащихся придерживаются теории божественное происхождения, и оказалось, что 26% не знают о происхождении Вселенной.

Вывод:

Теория большого взрыва не  дает  однозначно объяснения  происхождения Вселенной, представленные в данной работе два  взгляда  на  эту  проблему  не являются единственными. Лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг сказал: «Теория возникновения Вселенной представляет  собой  одну  из  самых  трудных проблем физики и астрономии, проблем, еще очень далеких от разрешения». 

Список литературы:

1. Демин В. Н. «Тайны Вселенной» , «Наука» , Москва, 1998г.
2. Клечек Й. , Якеш П. «Вселенная и земля» , «Артия» , Прага, 1986г. , (издание на русском языке) .
3. Кесарев В. В. «Эволюция вещества во Вселенной» , «Атомиздат» , Москва, 1989г.
4. Левитан Е. П. «Эволюционирующая Вселенная» , «Просвещение» , Москва, 1993г.
5. Марочник Л. С. , Насельский П. Д. «Вселенная: вчера, сегодня, завтра» , сборник «Космонавтика, астрономия» , выпуск № 2 за 1983г.
6. Нарликар Дж. «Неистовая Вселенная» , издательство «Мир» , Москва, 1985г.
7. Новиков И. Д. «Эволюция Вселенной» , 3 издание, «Наука» , Москва, 1993г.
8. «Большие проблемы Большого взрыва» , журнал «Истоки» , № 1 за 1999г. 1. Вайнберг С.
9.Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной / С. Вайнберг. - М. : Астрономия, 2006. - 272 с.
10. Воронцов-Вельяминов Б. А. Галактики, туманности и взрывы во Вселенной / Б. А. Воронцов-Вельяминов. - М. : Знание, 2007. - 176 с.
11. Левитан Е. П. Эволюционирующая Вселенная / Е. П. Левитан. - М. : 2007. - 39 с.
12. Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная / И. Д. Новиков. - М. : Наука, 2008. - 175 с.
13. Происхождение жизни: Вселенная, солнце, земля, жизнь / Пер. с итал. Э. И. Мотылевой. - М: АСТ, 2007. - 256 с.
14. Линевивер Ч. Парадоксы большого взрыва / Ч. Линевивер, Т. Дэвис // В мире науки. - 2005. - №7.
15. Чернин А. Д. Космология: Большой Взрыв / А. Д. Чернин. - М. : Век, 2006. - 64 с. 16. Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум / И. С. Шкловский. - М. : Мир, 2006. - 239 с.

Приложение №1

Эпоха сингулярности

Приложение №2

Эпоха инфляции

Приложение №3

Эпоха охлаждения

Приложение №4

Эпоха структуры