Презентация по дисциплине концепции современного естествознания Шмакова Елена Эдуардорвна Ст. преподаватель кафедры «Эл

Август 31, 2022

Главная
Обществознание
Презентация по дисциплине концепции современного естествознания Шмакова Елена Эдуардорвна Ст. преподаватель кафедры «Эл

Содержание

2. Цели и задачи понимание специфики естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры, ее связей с особенностями мышления; формирование
3. ОБРАЗОВАНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ Лекция 2
4. Источники Гуревич Л. Э. Общая теория относительности в физической картине мире. Гравитация, космология, космогония / Л.Э.Гуревич,
5. Содержание: 1.Основные космологические факты. 2.Общая теория относительности. Искривление пространства. 3.Расширение Вселенной. Космологические модели Фридмана. 4.Большой взрыв.
6. 1. Основные космологические факты 1. Однородность и изотропность Вселенной в мегамасштабе. 2. Одинаковый химический состав во
7. 2. Общая теория относительности Искривление пространства В 1915 г. А. Эйнштейн создал общую теорию относительности –
8. Основные следствия ОТО: вблизи массивных тел пространство искривляется, а ход времени замедляется. В 1919 г. искривление
9. 3. Расширение вселенной. Космологические модели фридмана “Покой нам только снится”. В 1922 г. А.А. Фридман, исследуя
10. В 1929 г. Э. Хаббл по красному доплеровскому смещению спектров излучения галактик экспериментально подтвердил теоретические предсказания
11. 4. Большой взрыв. «Пузырь хохотал-хохотал, дулся-дулся – да и лопнул». Большой взрыв. Что же произошло 15
12. Большой взрыв – фазовый переход: избыточная гигантская энергия “раздувшегося пузыря” превращается в горячую (Т0 =10^32 К),
13. 5. Эволюция горячей вселенной. Реликтовое излучение “Чем дальше в лес – тем больше дров”. “Начало”: to
14. Зная ρ(t) и Т(t) можно рассчитать ядерные процессы, т.е. эволюцию горячей Вселенной. Барионная асимметрия. При t
15. При T > 1010 К ядерные реакции обратимы. Теория горячей Вселенной Гамова (1948 – 1952 г.г.)
16. 4. Момент времени tγ = 10^6 лет: Tγ = 3000 К; ργ = 10^-24 г/см^3. Рекомбинация:
17. 6.Самоорганизация вселенной. Крупномасштабные структуры вселенной 1. До “просветления” эволюция Вселенной проходила равновесно путем последовательных ядерных реакций,
18. 2. Флуктуации плотности в неравновесных условиях после рекомбинации: Δρ/ρ ≈ 10^-4, mфл ≈ 10^5 М☼ ≈
19. Термоядерная реакция: водородно-гелиевый цикл Эволюция звезд Время жизни звезды: М1 = 30 М☼, τ = 30·10^6
20. “Участь” ядра звезды: 1. Мяд ≤ 1,2 М☼ – белый карлик. 2. 1,2 М☼ ≤ Мяд
21. Черныш Роман Игоревич ВМ-08-01 Метагалактика Протоскопление (“блин Зельдовича”) Протогалактика Протозвезда Звезда Рис. 6. Эволюция протопланетного облака
22. Рекомендуемая литература Горелов А. А. Концепции современного естествознания – учебное пособие для студ. Вузов. - М.:
24. Скачать презентацию

Слайд 2

Цели и задачи
понимание специфики естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры, ее

связей с особенностями мышления;
формирование представлений о ключевых особенностях стратегий естественнонаучного мышления;
понимание сущности трансдисциплинарных и междисциплинарных связей и идей важнейших естественнонаучных концепций, лежащих в основе современного естествознания.
Курс «Концепций современного естествознания» является базовым для изучения технических дисциплин, экология, философии и социально-экономических наук.

Слайд 3

ОБРАЗОВАНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Лекция 2

Слайд 4

Источники
Гуревич Л. Э. Общая теория относительности в физической картине мире. Гравитация,

космология, космогония / Л.Э.Гуревич, А.Д.Чернин. - М. : Знание, 1970. - 61с. : ил.
Толмен Р. Относительность. Термодинамика и космология : Пер. с англ. / Р.Толмен; Под ред. Я.А.Смородинского. - М. : Наука, 1974. - 520с.
Ранцини Ж. Космос. Сверхновый атлас Вселенной: иллюстрированный справочник с картами созвездий / Ж. Ранцини ; [пер. с ит.Г. Семеновой]. - М. : Эксмо, 2008. - 216 с. : ил.

Слайд 5

Содержание:
1.Основные космологические факты.
2.Общая теория относительности. Искривление пространства.
3.Расширение Вселенной. Космологические модели

Фридмана.
4.Большой взрыв. Модель раздувающейся Вселенной де Ситтера – Гута.
5.Эволюция горячей Вселенной. Реликтовое излучение.
6.Самоорганизация Вселенной. Крупномасштабные структуры Вселенной.

Слайд 6

1. Основные космологические факты
1. Однородность и изотропность Вселенной в мегамасштабе.
2. Одинаковый

химический состав во всех частях Вселенной
(метагалактики): 90% атомов водорода и 10% атомов
гелия (по массе 75% Н – 25% Не).
3. Расширение Вселенной.
4. В метагалактике присутствуют только частицы (вещество)
и отсутствуют античастицы (антивещество).
5. Наличие фонового (реликтового) электромагнитного
излучения с температурой 2,7 К ( λm = 0,15 см) и
высокой степенью однородности и изотропности (ΔI/I =
10-4), заполняющего все мировое пространство
(Нобелевские премии).
6. Скопления галактик. Сотовая (ячеистая) структура
Вселенной.
7. Рождение и гибель звезд.
8. Существование физического (квантового) вакуума.

Слайд 7

2. Общая теория относительности Искривление пространства
В 1915 г. А. Эйнштейн создал общую

теорию относительности – релятивистскую теорию гравитации

Материя, энергия

Искривленное пространство–время

Эйнштейн: «Если в теории Ньютона убрать материю — останутся пространство и время. Если из моей теории убрать материю — исчезнут и пространство, и время».

Структура уравнений ОТО

Слайд 8

Основные следствия ОТО: вблизи массивных тел пространство искривляется, а ход

времени замедляется. В 1919 г. искривление пространства было обнаружено экспериментально.

Рис. 1. Искривление пространства:
а – неискривленное; б – искривленное;
в – замкнутое

Слайд 9

3. Расширение вселенной. Космологические модели фридмана
“Покой нам только снится”.
В 1922 г.

А.А. Фридман, исследуя уравнения ОТО Эйнштейна, показал, что они приводят к гравитационной неустойчивости Вселенной: Вселенная не может существовать в статическом состоянии – она обязана расширяться. Характер расширения однородной и изотропной Вселенной определяется средним значением плотности материи во Вселенной.

Рис. 2. Космологические модели Фридмана

Большой взрыв

ρ>ρк

ρ=ρк=10 –29 г/см3

ρ<ρк

rAB

tBc= 13,7 млрд. лет

Слайд 10

В 1929 г. Э. Хаббл по красному доплеровскому смещению спектров излучения

галактик экспериментально подтвердил теоретические предсказания А. Фридмана.
Закон Хаббла: υ = Н·r, Н = (76 ± 20) км/с·Мпс
Время существования Вселенной
tВс = = 13,7 млрд. лет
Наблюдаемая плотность Вселенной
ρ = ρвещ + ρэми + ρν = 0,1 ρк.
Темная материя?!

Слайд 11

4. Большой взрыв.
«Пузырь хохотал-хохотал,
дулся-дулся – да и лопнул».
Большой взрыв. Что же

произошло 15 млрд. лет тому назад? Что взорвалось? Как взорвалось? Что было до Большого взрыва?
Физический вакуум – квантовая динамическая система (среда), заполняющая однородно все мировое пространство, представляющая собой бесконечную совокупность актов самопроизвольного рождения и аннигиляции виртуальных пар частица-античастица.

Слайд 12

Большой взрыв – фазовый переход: избыточная гигантская энергия “раздувшегося пузыря” превращается

в горячую (Т0 =10^32 К), сверхплотную (ρ0 = 10^93 г/см^3) Вселенную с массой m = ΔЕ/с^2. Фрагментация Вселенной – одновременно Вселенная распадается на отдельные области, одна из которых приобретает свойства четырехмерного пространства-времени. Дальнейшее развитие Метагалактики происходит по сценарию Фридмана.

Флуктуации ФВ. Уравнение состояния ложного ВФ

Модель де Ситтера (1917 г.) – Гута (1980 г.)

Слайд 13

5. Эволюция горячей вселенной. Реликтовое излучение
“Чем дальше в лес –
тем больше дров”.
“Начало”:

to = 0; To = 10^32 К; ρo = 10^93 г/см^3.
Состав: 80% жесткого ЭМИ, 20% нейтрино, 0,00001% вещества.

Изменение плотности материи во времени

Число частиц равняется числу античастиц.

При
ρ = ρяд = 1014 г/см3,
t = 10-4 с,
Т = 1012 К.

Слайд 14

Зная ρ(t) и Т(t) можно рассчитать ядерные процессы, т.е. эволюцию

горячей Вселенной. Барионная асимметрия. При t = 10^-16 с нарушается симметрия: на 1000000001 частицу приходится 1000000000 античастиц. В интервале температур Т = 10^42 ÷ 10^10 К (t = 10^-4 ÷ 10^-3 с) происходит поэтапная аннигиляция частиц и античастиц (нуклон-антинуклон, мезон-антимезон, электрон-позитрон) с образованием гамма-квантов и нейтрино. Наш мир – результат самоорганизации оставшейся одной миллиардной части первичного вещества! Если бы не барионная асимметрия – сегодня наш мир представлял собой холодный газ фотонов и нейтрино.

Слайд 15

При T > 1010 К ядерные реакции обратимы.
Теория горячей Вселенной Гамова

(1948 – 1952 г.г.)
1.Момент времени to = 0: Tо = 1032 К; ρо = 1093 г/см3
2.Момент времени tν = 0,3 с: Tν = 3·1010 К; ρν=107 г/см3.
Отрыв нейтрино от вещества.
3. Момент времени tα = 100 с: Tα = 109 К; ρα = 102 г/см3.
Первичный нуклеосинтез.

При T < 1010 К ядерной реакции смещаются “влево” (mn > mp) и при T = 109 К устанавливается соотношение 95% протонов и 5% нейтронов. Далее происходит первичный нуклеосинтез:
95% p + 5% n → 90% H + 10% Не (по массе 75% Н + 25% Не)

Состав Вселенной: электронейтральная высокотемпературная водородо-гелиевая плазма + газ фотонов + газ нейтрино.

Слайд 16

4. Момент времени tγ = 10^6 лет: Tγ = 3000 К;

ργ = 10^-24 г/см^3.
Рекомбинация: водородно-гелиевая плазма → водородно-гелиевый газ! Электроны прочно соединяются с ядрами.
“Просветление” Вселенной. «Да будет свет»
5. Реликтовое излучение. Ттеор. = (3-4) К, λm=0,2 см.
А. Пензиас и Р. Вильсон в 1962 г. экспериментально обнаружили реликтовое излучение.

106

104

102

10-2

10-1

102

103

λ,см

Тр = 2,7К, λm = 0,15см.
Вселенная – две слабо взаимодействующие
системы: идеальный газ атомов и идеальный газ фотонов.

Рис. 4. Распределение интенсивности в спектре реликтового излучения

Слайд 17

6.Самоорганизация вселенной. Крупномасштабные структуры вселенной
1. До “просветления” эволюция Вселенной проходила

равновесно путем последовательных ядерных реакций, глобально охватывая всю Вселенную как целое.
2. После рекомбинации ситуация изменилась. Возникли две фазы: вещество и излучение с разными температурами и давлениями.
Теорема о гравитационной неустойчивости: “Однородная среда, части которой связаны только силами тяготения, неустойчива относительно любых сколь угодно малых флуктуаций плотности”.
Еще в 1692 г. И. Ньютон писал: “Если бы все вещество нашего Солнца и планет и все вещество Вселенной было бы равномерно рассеяно по бесконечному пространству и каждая частица обладала бы врожденным тяготением ко всему остальному, оно никогда не собралось бы в одну массу; часть его могла бы собраться в одну массу, а часть в другую, так что образовалось бы бесконечное число больших масс, разбросанных на больших расстояниях друг от друга по всему бесконечному пространству. Так могли образоваться Солнце и неподвижные звезды”. Гениальная догадка!

“Гори-гори, моя звезда”.

Слайд 18

2. Флуктуации плотности в неравновесных условиях после рекомбинации: Δρ/ρ ≈

10^-4, mфл ≈ 10^5 М☼ ≈ . Из таких неоднородностей формируются шаровые скопления N ≈ 10^5 звезд. Из них — спиральные галактики.

Если r >> rДж – происходит каскадная фрагментация сгущения.
Если r ≈ rДж – фрагментация сгущения ослаблена.
Две модели флуктуаций плотности вещества во Вселенной
1. Неоднородности возникают в дорекомбинационный период с Δρ/ρ ≈ 10^-4 на стадии плазмы за счет “вкраплений” гелия в водородную среду (компьютерное моделирование). В каждой такой неоднородности mфл ≈ (10^12 – 10^15) М☼ >> . Из таких неоднородностей формируются галактики эллиптического типа (рис. 5).

Критическая длина и масса Джинса (1902 г.).

Слайд 19

Термоядерная реакция: водородно-гелиевый цикл
Эволюция звезд
Время жизни звезды:
М1 = 30 М☼,

τ = 30·10^6 лет;
М2 = М☼, τ = 10·10^9 лет;
М3 = 0,5 М☼, τ = 10^11 лет. Эволюция ядра звезды: 1. р + р → Не (голубая звезда). 2. Красный гигант R ≈ 10^2 R0. 3. Не + Не + Не → С. И т.д. до железа. Всё! Элементы тяжелее гелия – “зола и шлак звездных костров”.

Первичные звезды. Газовое уплотнение – протозвезда – звезда.

Слайд 20

“Участь” ядра звезды: 1. Мяд ≤ 1,2 М☼ – белый карлик. 2. 1,2

М☼ ≤ Мяд ≤ 3 М☼ – взрыв, сверхновая, нейтронная звезда. 3. Мяд ≥ 3 М☼ – черная дыра. Образование звезд второго и последующего поколений. Происхождение солнечной системы (компьютерное моделирование). 1.L > L☼ – неустойчивое кольцо (кратные звездные системы). 2.L < L☼ – одиночная звезда. 3.L ≈ L☼ – планетарная система. Солнечная система: М☼ = 0,99 М Солн. сист. L☼ = 0,01 LСолн. сист. Эволюция протопланетного облака (рис. 6).

Слайд 21

Черныш Роман Игоревич ВМ-08-01
Метагалактика
Протоскопление
(“блин Зельдовича”)
Протогалактика
Протозвезда
Звезда
Рис. 6. Эволюция протопланетного облака
Вторичная
звезда
Протопланетный

газовопылевой
диск

Протопланетное
кольцо

Протоядро
планеты

Планета

Комета

Рис. 5. Каскадная фрагментация материи во Вселенной

Слайд 22

Рекомендуемая литература
Горелов А. А. Концепции современного естествознания – учебное пособие для

студ. Вузов. - М.: Юрайт-Издат, 2009.
Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания учебное пособие для студ. вузов – - 8-е изд.,стереотип. - М. : Академия, 2008
Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания практикум : учебное пособие для студ. вузов – - 4-е изд., испр. - М. : Высш. шк., 2007.
Родкина Л. Р., Шмакова Е. Э. Практикум по концепциям современного естествознания. Ч. 1: Точное естествознание. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2002
Родкина Л. Р., Шмакова Е. Э. Практикум по концепциям современного естествознания. Ч. 2: Происхождение жизни. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003
Савченко В. Н., Смагин В. П. Начала современного естествознания: концепция и принципы: учебное пособие для гуманитар. и социал. - экон. спец. вузов и обучающихся по дистанционным технологиям. - Ростов н/Д : Феникс, 2006.

Презентация по дисциплине концепции современного естествознания Шмакова Елена Эдуардорвна Ст. преподаватель кафедры «Эл

Содержание

Цели и задачи понимание специфики естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры, ее

ОБРАЗОВАНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ Лекция 2

ИсточникиГуревич Л. Э. Общая теория относительности в физической картине мире. Гравитация,

Содержание:1.Основные космологические факты. 2.Общая теория относительности. Искривление пространства.3.Расширение Вселенной. Космологические модели

1. Основные космологические факты1. Однородность и изотропность Вселенной в мегамасштабе.2. Одинаковый

2. Общая теория относительности Искривление пространстваВ 1915 г. А. Эйнштейн создал общую