1. ВСЕЛЕНАТА
Урок по физика за 12 клас
ПМГ “Проф. Ем. Ивнов”,ПМГ “Проф. Ем. Ивнов”,
гр. Кюстендилгр. Кюстендил
април 2012 г.април 2012 г.

2. Съдържание
• Космология
• ОСНОВЕН КОСМОЛОГИЧЕН ПРИНЦИП
• Космологични модели
• Големият взрив

3. Космология
Космологията е наука, изследваща структурата и
развитието на Вселената като цяло.
Космологията е наблюдателна наука, която се основава на два
факта:
разширението на Вселената или червеното разбягване на
галактиките, описано със закона на Хъбъл;
 реликтовото или микровълново фоново излъчване,
отговарящо на температура 2,7 К, открито от
радионаблюденията на Пензиас и Уилсон в средата на ХХ век.

4. Червено разбягване на галактиките –
долу е спектъра на неподвижна
галактика, горе – на отдалечаваща се.

6. Земята се върти около Слънцето и заедно с него – около центъра на Млечния
път. Нашата Галактика също се движи в Местната група галактики към купа
галактики в Дева. Скоростите на всички тези движения силно се различават от
тази на микровълновото фоново излъчване.
Cкоростта на движение на Местната група галактики от порядъка на 600 км/сек
спрямо фоновото реликтово лъчение – много по-голяма от очакваната.
Въпросът е какво ни тегли с такава сила в пространството?
Това е карта на
небето от
спътника-
изследовател
на космическия
фон СОВЕ

8. През последните години космологията изживява “втора младост”. Към небето са
отправени не само телескопи и всякакви детектори на електромагнитни вълни. В
дълбините на времето и пространството ни отвеждат ускорителите на
елементарни частици. Колкото по-мощни са те, толкова по-древни частици се
появяват – такива, каквито е имало в ранните епохи на зараждащата се
Вселена.
Ускорителя на
заредени частици в
Швейцария

9. Наблюдения с телескопа Хъбъл

11. Kарта на микровълновия реликтово лъчение, възникнало само 380
хиляди години след Големия взрив. Получена от спътника WMAP.
Вселената се състои 73% от загадъчна тъмна енергия; 23%
интригуващо тъмно вещество и само 4% от познатото ни вещество
във вид на атоми. Установена е възрастта на Вселената с небивала
точност – 13,7 млрд. Години и скоростта й на разширяване – 71
км/с.Мпс

12. През 1992 г. бе установено, че във фоновото
микровълново лъчение има много малки
нееднородности. Те свидетелстват за ставащото в
ранната изключително “малка” Вселена, когато се е
изявявала квантовата природа на веществото. От тези
нищожно малки сгъстявания – “зародишите” -
впоследствие възникнали куповете и самите галактики в
тях. И по-нататък – звездите, в които се раждат
химическите елементи и се извършва кръговратът на
вселенското вещество.

13. Детайлната карта на микровълновия
реликтов фон, получен от спътника WMAP.
Виждат се първоначалните
нееднородности, довели до сегашната
“клетъчна” структура на Вселената.

14. Въпреки наличието на купове и свръхкупове
от галактики, ограждащи огромни празнини и
даващи представа за странната клетъчна
структура на Вселената в голям мащаб тя е
еднородна.

15. Възможностите на нашите телескопи са усилени от “оптиката на
естествената гравитационна леща.
Това са масивни струпвания от галактики, които деформират
пространството според следствията от Общата теория на
относителността на Айнщайн и това кара светлината от
галактиките зад куповете да се изкриви, в резултат на което се
появяват размножени изображения на тези галактики.

16. Гравитационни лещи

17. Купът от галактики Abell 2218 е един
от най-близките до нас – на
разстояние от около 2 млрд. св.г.
Изкривяването на светлинните лъчи
на по-далечните обекти зависи от
масата на галактичните купове.
Видимото вещество от
жълтеникавите галактики от купа,
изобразен тук е само 1% от масата,
необходима да се появят
дъговидните синкави и оранжеви
изображения на галактиките зад
купа. Останалата част от масата
на купа галактики е т.нар. тъмна
материя – каква точно – това е един
от нерешените въпроси на
съвременната космология.
Отделно е дадено усиленото от гравитационната леща
изображение на много древна галактика-бебе на възраст 13,4
млрд.св.г. с диаметър само 500 св.г. в сравнение с 100-те хиляди св.
г. диаметър на нашата Галактика. Звездите в нея са първичните –
възникнали в такава ранна епоха от живота на Вселената.

18. Черната дупка и спътник звезда
Черните дупки изкривяват пространството

19. ОСНОВЕН КОСМОЛОГИЧЕН ПРИНЦИП
Вселената е еднородна. Т. е. ако разположим структури като Великата стена в куб с
размери 200-300 млн. св. г., той ще съдържа еднакво количество галактики –
толкова, колкото и всеки друг куп с такива размери на друго място във Вселената.
Един наблюдател, разположен на произволно място във Вселената, ще вижда
същата едромащабна структура, която виждаме и ние. Това свойство се нарича
изотропност на Вселената.
Това означава, че структурните детайли на далечните звезди и галактики,
физическите закони, на които те се подчиняват и съответните константи в тях,
независимо къде и на какво разстояние са от нас, са също едни и същи.
В ГОЛЯМ МАЩАБ, НАВСЯКЪДЕ И ПО ВСЯКО ВРЕМЕ, ВСЕЛЕНАТА Е ЕДНАКВА
Така възприетият от космолозите принцип позволява да се построи теория на
цялата Вселена – наблюдаемата и ненаблюдаемата. Вселената може да се
моделира – това означава, че може да се конструира физико-математически модел
на Вселената, който се основава на представите на своите създатели.

22. ФОТОМЕТРИЧЕН ПАРАДОКС на Шезо-Олберс.

23. В самото начало на ХХ век Айнщайн поставя фундамента на новата физика
– Специалната и Обща теория на относителността. Логичните разсъждения
и математически решения на уравненията довели до неочаквана представа
за гравитацията като свойство на изкривеното пространство-време. Докато
всеки, умеещ да борави с математически уравнения сам може да стигне до
верните им решения, то представата за изкривеното пространство-време
смутила и най-будните умове на времето си.

24. Айнщайн поставя космологична константа в уравненията си, за да ги съвмести с
представите си за статична Вселена. След наблюдателното откритие за
разширяващата се Вселена, Айнщайн има доблестта сам да се отрече от своята
константа и я нарича най-голяма си грешка.
След 80 години “грешката на Айнщайн” се оказва вярна – космологичната константа би
могла да е израз на т.н. ТЪМНА ЕНЕРГИЯ, каквато се предполага че представлява по-
голямата част от вселенската материя. Именно тя добре обяснява откритото
ускорено разширение на Вселената в настоящата епоха.

25. Моделът на динамичната гореща Вселена
Александър Фридман
Критична плътност, възлизаща на 8х10(-27) г/куб. см

26. Хъбъл и разбягващите са галактики
1929 г.

27. Съвременен модел

29. ГОЛЕМИЯТ ВЗРИВ
Джордж Гамов
Теорията на Големия взрив е разработена от
Джордж Гамов – американски астрофизик,
живеещ и работещ в Америка от 1934 г., но
руснак по произход – роден в Одеса през 1904 г.
Взаимодействията в природата от Големия взрив.

30. “Змията” на Глешоу все още търси
“опашката” си –
Теорията на великото обединение.
СИЛНО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
– отговорно за
стабилността на
ядрото.
Кварките са
частиците,
глуоните
/слепващи/ са
частиците на
взаимодействие
,
ЕЛЕКТРОМАГНИТНО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ –
играе основна роля
в мащабите на атома
и е отговорно за
многообразните
прояви на
електромагнетизма.
Фотони
СЛАБО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ –
отговорно за превръщането на
химичните елементи при
термоядрените реакции в недрата
на звездите и е 1000 пъти по-слабо
по интензивност от
електромагнитното.
Адроните /протони и
неутрони/ са частичките,
а бозоните са тези, които
осъществяват
взаимодействието между
тях.
ГРАВИТАЦИОННО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ –
подчинява всичко в света -
цялата Вселена,
еволюцията й, както и тази
на структурите в нея.
Гравитон?

34. Източници:
http://www.deepastronomy.com/
http://www.spacetelescope.org/videos/astro_bw/
http://astronomy4all.com/

35. 3 D анимация на най-отдалечения
квазар