Вселенная и темная материя. Проект Вселенная и темная материя.. "Вселенная и Темная материя" Панфилов Никита Борисович
 Скачать 2.95 Mb.
|
|
Колледж промышленных, информационных технологий и права Индивидуальный проект на тему: “Вселенная и Темная материя” выполнил: Панфилов Никита Борисович студент группы МВ-921 Рукаводитель: Котукова Ольга Альбертовна Санкт-Петербург,2023г. Оглавление Введение..............................................................................................................3 Оснавная часть...................................................................................................4 Что такое Вселенная..............................................................................4 Возкиновение Вселенной......................................................................5 Структура Вселенной.............................................................................6 Эволюция Вселенной.............................................................................7 Бесконечна ли Вселенная.....................................................................8 История открытия Темной материи....................................................9 Что из себя представляет Темная материя.....................................10 Состав темной материи (Теория)................................................11-13 Классификация....................................................................................14 Способы изучения Темной материи.................................................15 Заключение.....................................................................................................16 Список литературы........................................................................................17 Введение Наша Вселенная, в которой мы живем, появилаь очень давно, если быть точным то 13,8 миллиардов лет назад. В ней находится огромное количество галактик, звезд,планет и черных дыр. Каждый день астрономы со всего мира стараются как можно тщательнее изучить Вселенную, ее строение, ее законы, ее сущность, но даже спустя десятки и сотни лет кропотливой работы изучения Вселенной на 100% кажется недостижимой задачей. Для меня эта тема довольно актуальна, так как в свободное время от учебы время я люблю изучать разные небесные тела, тх строениеи состав. Также по ночам я люблю рассматривать звезды через телескопю. Остальным же эта тема будет интересна из-за того что она достаточно непопулярна и малоизучена. Цель: Популизация данной темы среди молодежи и обьясните происхождения Вселенной и Темной материи. Задачи: 1. Изучение материала в интернете. 2. Подбор литературы. 3. Прочтение следующих книг: Виктор де Касто “Pro Темную материю”, Сурдин Владимир Георгиевич “Больщая энциклопедия астрономии”. Все это необходимо для более глубокого погружения в тему. Оснавная часть Вселенная Что такое Вселенная Вселенная - это квантовое пространство, заполненное небесными телами, по типу планет, квазаров, чёрных дыр и пульсаров. Вообще, вселенная не имеет внятного понятия, так как она имеет десятки обозначений, как в науке, так и в философии. Вселенная представляет для ученых бескрайний простор для исследований. Несмотря на то, что космические аппараты уже несколько десятилетий бороздят межпланетное пространство, человечеству до сих пор не удалось изучить и процента от его количества. Во вселенной существует множество галактик, в недрах которых скрываются миллиарды планет. И люди могут догадываться, что находится на них. Однако тех данных, которые уже известны, хватает, чтобы составить общие данные о Вселенной. Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все». В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также мюда входят все виды энергии, простарнство-время и физические законы. Вселенная постоянно меняется, что усложняет процесс ее исследования и составления описаний определенных ее частей. Но одно можно сказать точно: ее границы так велики, что недоступны для изучения.  Возникновение Вселенной Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается. Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает. Первые 10-43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты. Спустя10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.  Структура Вселенной Крупномасштабная структура Вселенной в космологии — структура распределения вещества Вселенной на самых больших наблюдаемых масштабах.Уже в начале XX века было известно, что звёзды группируются в звёздные скопления, которые, в свою очередь, образуют галактики.  Вселенная состоит из пустот (войдов) и галактических нитей, которые можно разбить на сверхскопления, скопления, группы галактик, а затем и на галактики. Галактики состоят из звезд, звездных скоплений, межзвездного газа, пыли и темной материи. Звезды или группы звезд образуют звездные системы. В их состав могут входить незвездные объекты (планеты, спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль), которые образуют планетные системы. Вселенная очень разряжена, ее плотность составляет 10 -29 г/см 3, и преобладающими веществами в ней являются темная энергия и темная материя. Самые громадные области вселенной-это далеко не галактики, как может показаться на первый взгляд. (Галактики лаже не входят в топ-3< но об этом позже). Самые большие зоны - это пустоты или войды. Да, большую часть Вселенной составляет пустота, вы все правильно поняли. Войды - это такие участки космоса, в которых нет вообще ничего, даже галактических скоплений. Эти участки могут быть громадными: около 30 парсек. Но есть еще и супервойды, которые простираются на 150 мегапарсек и, скорее всего, занимают около половины всей Вселенной. Говоря слово “пустота”, мы подразумеваем, что там нет звезд, планет и прочих небесных тел. Но по-прежнему присуствует вакуум, который на самом деле не такой уж и пустой. Все галактики состоят из звездных скоплений. Эта группа звезных систем с общим просихождением, которые движустя в гравитационном поле галактики как одна цельная структура. Вы можете знать их как созвездия. Эволюция Вселенной Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты. Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления). Уже в первые мгновения после расширения, в пространстве появились простейшие частицы, имеющие световую природу. Примерно через год начинает появляться темная материя. А еще через 380 тыс. лет после снижения температур появляются молекулы, способные образовывать разные вещества. Постепенно частицы сбились в газовые облака огромных масштабов, а еще через некоторое время начали формироваться звезды и планеты, которые обладают взаимным притяжением. Первые галактики образовались спустя 300 млн. лет с момента Большого взрыва. Однако современный вид они приобрели лишь через 10 млрд. лет. На данный момент Вселенной примерно 13,82 млрд. лет, и ее эволюция далека от завершения. Ученые не сомневаются, что галактики и общая карта пространства еще не раз поменяются, пока не придут к своей конечной форме.  Бесконечна ли Вселенная Вопрос о бесконечности Вселенной уже давно не дает покоя ученым, так как мнения о наличии границ, а также их отсутствии, противостоят друг другу. По утверждениям одной стороны, приверженцем которой был Николай Коперник, планета Земля не является центром Вселенной. А по заключению исследований Эдвина Хаббла наличие в ней галактик, отдаляющихся во времени друг от друга, свидетельствуют о происхождении Вселенной от Большого взрыва, а не существующей вечно. Рассуждения о бесконечности Космоса подразумевают его безграничность не только в пространстве, но и во времени. Это должно повлечь за собой наличие на небосводе огромного количества звезд, которые должны были бы сиять на нем все 24 часа в сутки. Но отсутствие такого явления говорит о том, что Вселенная постоянно расширяется. Это и является опровержением мнения о бесконечности Вселенной. Существенной преградой для изучения возможных границ Вселенной является ее реликтовое излучение. Оно возникло, спустя около 380 тыс. лет после Большого взрыва, когда Вселенная расширила свой объем и остыла до температуры, при которой стали образовываться атомы. Это излучение подобно фотографическому снимку, изображающему картинку из детства или юности космического пространства. Но за его пределами существует вероятность, как наличия границ Вселенной, так и их отсутствие. Даже самые современные телескопические приборы не в состоянии «пробить» эту природную космическую завесу. Возможно, в будущей люди смогут узнать ответ нат этот вопрос не существует, есть только догадки и теории.  Темная материя История открытия Темной материи Перейдем к менее известной области астрофизики- Темной материи. Существование тёмной материи первым заподозрил американец со швейцарскими корнями Фриц Цвикки. В 30-е годы прошлого столетия он внимательно наблюдал за тем, что происходит в созвездии Волосы Вероники: там имеется внушительное скопление галактик. Учёного удивил один простой факт: они не разлетаются в разные стороны, как, по его расчётам, должно было быть. 40 лет спустя его подозрения в своих исследованиях подтвердила астроном Вера Рубин. После этого оканчательно стало ясно, что во Вселенной существует другая материя и даже энергия, которые и состовляют основную массу пространства. Их прозвали темными.  Что из себя представляет Темная материя Всё, что мы видим вокруг – от растений до планет, от камней до звезд, от людей до скопления галактик Персея – состоит из материи. Но все это составляет лишь около 15% общего количества вещества во Вселенной. Остальные 85% мы называем темной материей и темной энергией. Это название не описывает, как выглядит эта странная вещь - оно получает такое название, потому что не поглощает, не отражает и не преломляет свет, делая его фактически невидимым. И нет ничего, что могло бы объяснить это в Стандартной модели физики элементарных частиц, которая остается нашей лучшей теорией о Вселенной. Во всем мире предпринимаются огромные усилия, чтобы попытаться раскрыть, что же на самом деле представляет собой темная материя, но возникает естественный вопрос: если мы не можем ее увидеть, почувствовать, услышать, понюхать или попробовать на вкус, как мы узнаем, что она вообще существует? Ответ гравитация. Еще одно важное свидетельство присутствия темной материи в нашем мире приходит из расчетов, моделирующих процесс формирования галактик, который начался примерно через 300 тысяч лет после начала Большого взрыва. Эти расчеты показывают, что силы гравитационного притяжения, которые действовали между разлетающимися осколками возникшей при взрыве материи, не могли скомпенсировать кинетической энергии разлета. Вещество просто не должно было собраться в галактики, которые мы тем не менее наблюдаем в современную эпоху.  Состав Темной материи (Теория) Барионная темная материя. Такого во Вселенной крайне мало, но все же встречается. Это все та же видимая материя, но имеющая крайне слабое электромагнитное взаимодействие. Из-за этого ее крайне сложно выявить. Она может содержаться в черных дырах, звездах и прочих.  Неабарионная темная материя. Согласно теории, такого вещества в космосе гораздо бодьше. Оно и составляет основу всей Вселенной. Но все это лишб преположения.  Легкие нейтрино. Существование этих частиц уже доказано, и их должно быть очень много. Пусть их масса совсем мала, но в огромном количестве они действительно могут влиять на пространство.  Тяжелые нейтрино. У этих частиц полностью отсуствует способность к слабому взаимодействию. В отличие от легких, тяжелые нейтрино действительно могут составлять большую часть темной материи.  Аксионы. Возможно, в темном веществе содержится огромная доля аксионов, но их существование еще даже не доказано. Поэтому они все еще являются гипотетическими.  Суперсимметричные частицы. Они могут составлять львиную долю темной материи уже хотя бы потому, что не имеют сильного и электромагнитного взаимодействия. На данный момент они еще не доказаны, и ученые склоняются к тому, что легчайшая суперсимметричная частица всего одна. Она так и называется LSP (Lightest Supersymmetric Particle).  Космионы. Еще одна гипотетическая частицы, которая введена в обиход толкько для решения некоторых задач. Скорее всего, после подверждения необходимых теорий, ее вовсе уберут и предпологаемого состава темного вещества.  Дефекты простанства-времени. Они могут образовываться в результате взаимодействия областей вакуума с разной энергией. В этом случае получаются весьма тяжелые частицы, которые и могут доминировать в темной материи, но их все еще не обнаружили.  Классификации Согласно космологии Большого взрыва в самом начале времен температура темной материи и плазмы была одинаковая. Затем она начала снижаться, изменяя и характеристики частиц. Вследствие этого, видимое и темное вещество практически перестали взаимодействовать друг с другом. Темную материю можно разделить на три вида в зависимости от ее температуры: 1.Горячая. Это происходит из-за того, что энегрия частиц намного больше, чем их масса, поэтому возрастает температура самого вещества. 2.Холодная. Холодные частицы “замедлены”. Из-за того, что они покинули плазму в нерелятивистском состоянии, они не могут разогнаться до околосветовых скоростей. Конкретных частиц пока, естественно, не обнаружено, но существуют гипотетические - вимпы. Они имеют высокую массу и крайне низкое взаимодействие. Но они все же могут “связываться” с частицами видимой материи, поэтому их обнаружение может быть гораздо проще, чем всех остальных в темном веществе. 3. Теплая. Это вещество тоже должно состоять из достаточно массивных частиц, которые моглт образоваться в результате расширения Вселенной.  1. Динамический. Изучается радиальные скрости галактик в их скпоплениях при помощи современных приборов. 2.Газодинамический. Исследуется рентгеновское излучение горячих газов скоплений. 3.Расчет слабого гравитационного линзирования. Позволяет наблюдать даже самые удаленные галактики. Для этого метода необходимы точные изображения очень удаленных крупнейших скполений галактик. Темная материя - одна из многих тайн Вселенных, изучение которых еще предстоит. Сегодня мы можем сказать наверняка лишь одно - о точном устройстве космоса мы не знаем практически ничего. Заключение Каждый день астрономы со всего мира изучают космос, его пространство. Это происходит на пратяжении десятков, а то и сотен лет, но даже спустя столько времени наши знания о Вселенной ничтожно малы, человечеству проедстоит еще очень много работы, чтобы узнать о Вселенной чуть больше. Темная материя является одним из самых загадочных веществ в нашем мире. Человечество не оставляет попыток изучения этого вещества и, возможно, в ближайшем будущем нас ждут новые гипотезы и открытия в этой области астрофизики. Список литературы 1. https://kipmu.ru/vselennaya/ 2. https://kosmolog.ru/temnaya-materiya.html 3. https://kosmolog.ru/stroenie-vselennoj.html 4. https://youtu.be/E4Sr-AOk5IA 5. https://new-science.ru/temnaya-materiya-chto-eto-takoe-kak-my-uznaem-chto-ona-est-i-naidem-li-my-ee/ 6. https://light-science.ru/fizika/tyomnaya-materiya.html 7. Виктор де Касто “Pro Темную материю” 8. Сурдин Владимир Георгиевич “Большая энциклопедия астрономии” |