Что такое вселенная 5 класс география определение
Что такое Вселенная?
Вселенная — это весь бесконечный мир, окружающий нас, все существующее. От мельчайших пылинок и атомов до грандиозных звездных систем.
Космическое пространство и наша Земля, другие планеты и звезды, туманности и электромагнитные поля, растения, животные и люди — все это Вселенная. Это вещество и энергия, принимающие самые разнообразные и во многом еще не известные формы.
Какая наука изучает Вселенную?
Астрономия изучает Вселенную, расположение, движение, происхождение небесных тел и все, что связано с космосом. А ученые, исследующие все это, называются астрономами. Они изучают Солнце, звезды. Луну, планеты Солнечной системы, метеориты, кометы и многие другие небесные тела.
Изучая Вселенную, астрономы шаг за шагом проникали все дальше в ее таинственные глубины. Поняв и уточнив строение Солнечной системы, ученые обратились к Млечному Пути — гигантскому «содружеству» звезд и межзвездного вещества, существующему по особым «правилам». А следующий этап — открытие и исследование других звездных систем, похожих и непохожих на нашу, оказался крайне сложным. Ведь речь шла о расстояниях в сотни тысяч и миллионы световых лет!
А ведь еще в начале 20 в. не все астрономы верили в существование звезд и звездных систем за пределами нашей Галактики. И лишь с появлением сверхмощных телескопов нового поколения удалось измерить расстояния до самых отдаленных туманностей и галактик и хотя бы в общих чертах понять, как выглядит Вселенная «в целом».
Чем отличается космос от Вселенной?
Всё пространство Вселенной за пределами атмосфер (газовых оболочек) небесных тел называют космосом. Например, наша планета и её обитатели являются частью Вселенной. А чтобы попасть в космос, человеку надо преодолеть земную гравитацию и вылететь за границу нашей воздушной оболочки, то есть взмыть на 100-километровую высоту.
Как появилась Вселенная?
По официальным данным современной астрономической науки, Вселенная образовалась примерно 14 миллиардов лет назад. Из множества теорий, объясняющих ее происхождение, наиболее популярна теория Большого взрыва. Другие же ученые считают, что Вселенная бесконечна и существовала она всегда. Однако мы можем только предполагать, как возникла Вселенная.
Теория Большого взрыва
Теория Большого взрыва гласит, что современная Вселенная возникла после невероятной силы взрыва. Множество ученых, начиная с Альберта Эйнштейна, внесли свой вклад в развитие теории.
Насколько велика Вселенная?
Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся.
Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар.
Еще несколько десятков лет назад Вселенную считали бесконечной. Так думали потому, что нигде не заметно никаких признаков ее границ. Например, в наши дни через телескопы можно рассмотреть объекты, находящиеся на расстоянии 28 млрд световых лет, но границ так и не видно.
Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад.
Новые представления породили новые идеи и исследования. Их результаты привели к модели образования Вселенной в результате Большого взрыва, который произошел, по разным оценкам, от 13 до 17 млрд лет назад. С этого момента начало существовать и отсчитываться время. В результате взрыва образовались частицы, из них — вещество, а из него уже формировались звезды и планеты.
В нынешнем состоянии Вселенная по форме похожа на футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников, плотно подогнанных друг к другу. Внутри него находятся все известные нам объекты, включая нас самих. Диаметр «мяча» составляет, по разным оценкам, от 60 до 80 млрд световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. Это примерно 10 000 млрд километров.) Считается, что «мяч» еще какое-то время будет расширяться, а потом начнется обратный процесс, так что общий цикл от начала до конца займет около 40 млрд световых лет.
Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много.
Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.
Сколько во Вселенной галактик и планетных систем?
Существует как минимум 100 миллиардов галактик, о которых нам известно. Однако это число продолжает возрастать по мере того, как появляются новые, более мощные приборы.
В каждой из этих галактик насчитывается от нескольких сотен тысяч до десятков триллионов звезд. Вокруг всех этих небесных светил могут вращаться разнообразные небесные тела, в том числе и планеты. Планетные системы выглядят по-разному, очень часто бывает, что вокруг звезды обращается только одна планета. Однако и систем, похожих на Солнечную, также великое множество.
Урок по географии теме Вселенная 5 класс
Конспект урока по теме:
Что такое Вселенная? Как древние люди представляли себе Вселенную.
Что такое Вселенная? Как древние люди представляли себе Вселенную.
Изучение нового материала
Углубить знания учащихся о Вселенной
Образовательная: сформировать знания об особенностях нашей планеты, расположения и вращения Земли в Солнечной системе.
развивать умение работать с электронными образовательными ресурсами, анализировать, делать выводы;
развивать творческие, коммуникативные способности, воображение учащихся.
Воспитательные: развивать речевую культуру, формировать экологическое сознание, воспитывать культуру общения, чувство любви к малой родине.
Формы и методы
обучения
Вселенная, Солнечная система, Земля, Марс, Солнце, Луна, древние учёные.
Русский язык, математика, музыка, астрономия
Планируемые образовательные результаты
формирование и развитие по средствам географических знаний
познавательных интересов, интеллектуальных и творческих
-умение вести самостоятельный поиск, анализ, отбор информации,
её преобразование, сохранение, передачу и презентацию с помощью
овладение на уровне общего образования законченной
географических знаний и умений, навыками их применения
в различных жизненных ситуациях;
-осознание ценности географических знаний, как важнейшего
компонента научной картины мира.
— высказывать свое предположение на основе учебного материала;
— проговаривать последовательность действий на уроке;
— работать по плану, инструкции; осуществлять самоконтроль.
— слушать и понимать речь других;
— формулирование и аргументация своего мнения и позиции;
— уметь устно и письменно выражать свои мысли, идеи.
Здравствуйте! Начинаем наш урок. Улыбнитесь друг другу, подарите друг другу свои улыбки, подарите мне свои улыбки. Ваши улыбки располагают к приятному общению, создают хорошее настроение Спасибо!
Готовятся к уроку. Приветствие учителя
На доске Как древние люди представляли…..
-Одно слово пропало из темы урока
Нам необходимо его найти
_Что объединяет слова
Тема урока Как представляли древние Вселенную
Определите цель урока
Постановка проблемного вопроса
— Как вы считаете, совпадёт ли наше представление с представлением древних людей о Вселенной
Дети объединяют данные слова
Определяют тему урока
-Цель Познакомится как древние люди представляли Вселенную
Работа в рабочих листах запись темы урока
Изучение нового материала
А) Понятие о Вселенной
И с тех самых времён многие великие мыслители пытались ответить на эти вопросы.
А что вы знаете о Вселенной?
Попробуем выделить ключевые компоненты Вселенной.
Вселенная – это космическое пространство и всё, что его заполняет: небесные тела, газ, пыль (учитель говорит, определение на слайде
(предположение детей, проверка с диском)
1) Представления древних людей о Вселенной
В древние времена существовал свой миф о Вселенной.
Создать проект на А3 Защита
2) Представление Птоломея
3) Представление Аристотеля
Учитель корректирует выступления групп. Задаёт вопросы (вопрос каждой команде: с чем связано такое представление людей этой цивилизации о Вселенной).
В это время каждая команда должна заполнять таблицу (у каждого ученика)
Работа в рабочих листах
Слушают. Записывают тему урока.
Отвечают на вопросы.
Учащиеся называют компоненты (небесное тело, газ, пыль, космическое пространство)
Отвечают на вопрос.
Читают, переводят, рисуют.
Выступают (показывают рисунки, читают текст). Задают вопросы выступающим группам.
-самостоятельный учет выделенных ориентиров в учебном материале,
— проговаривать последовательность действий на уроке; работать по плану, инструкции;
– анализ объектов с целью выделения признаков,
-определение основной и второстепенной информации
-проводить синтез (восстановление целого из частей)
— учет разных мнений,
— планирование работы учебного сотрудничества,
— управление поведение партнера – контроль, коррекция, оценка действий партнера.
-знание особенностей нашей Вселенной, обеспечивающих существование жизни: особенностей расположения и вращения Земли в Солнечной системе
-умение работать с электронными образовательными ресурсами, анализировать, делать выводы;
— развивать речевую культуру, формировать географическое сознание.
Здоровье сберегающие технологии
— В чём сходство и различие моделей Вселенной
Вспомним гипотезу в начале урока Как вы считаете, совпадёт ли наше представление с представлением древних людей о Вселенной
Тест на компьютере (самостоятельно)
Дети обосновывают свои ответы
Выполняют тест на компьютере
Задавание домашнего задания
Придумать свою модель Вселенной.
Найти в литературе представление о Вселенной
Записывают домашнее задание в дневники
(создать свою Вселенную)
Заранее в тех же конвертах положены листочки в виде планет и звезд.
Учащимся предлагается закончить предложения
А при выходе урока наклеить на лист полватмана с рисунками созвездий
Пишут на листочках.
Приводят своё рабочее место в порядок, наклеивают планетки.
Приложение к уроку
Рабочий лист учащегося__________ ________________класс _______
______________-это космическое пространство и всё, что заполняет: космические, или небесные, тела, газ, пыль.
Заполнить во время представления группы
Представление о Вселенной
Народ считал, что Земля плоская и опирается на спины гигантских слонов, которые в свою очередь, покоятся на черепахе. Огромная черепаха стоит на змее, которая олицетворяет небо и как бы замыкает земное пространство.
Народ живший по берегам рек Тигр и Евфрат. По их мнению, это гора, которую со всех сторон окружает море и которая держится на двенадцати колоннах.
Вклад древних учёных в изучение Вселенной
Считал, что центром Вселенной является не Земля, а Солнце и другие планеты движутся вокруг него.
Предложил модель Вселенной. В центре неподвижная Земля, а вокруг которой вращаются восемь небесных сфер, твёрдых и прозрачных. На них неподвижно закреплены небесные тела, Луна, Солнце, звёзды. Девятая сфера обеспечивает движение остальных сфер, это-двигатель Вселенной
-Работа с учебником стр.41 пункт 2
— Древние народы представляли Вселенную.
— создать макет(нарисовать как они представляли и рассказать)
-Каждый член группы работает в своем рабочем листе и заполняет его.
-Работа с учебником стр.42 пункт 3
-Представление древнегреческих учёных о Вселенной
(Пифагор и Аристотель)
-Создать макет Вселенной Аристотеля (нарисовать и рассказать)
-Каждый член группы работает в своем рабочем листе и заполняет его.
-Работа с учебником стр.42 пункт 4
-Представление системы мира по Птолемею
-Создать макет Вселенной Аристотеля (нарисовать и рассказать)
-Каждый член группы работает в своем рабочем листе и заполняет его.
Тест по теме “Представления древних людей о Вселенной”
Найдите один правильный ответ
1.Кто из древних учёных впервые предложил, что Земля имеет форму шара?
2.По мнению древних индейцев, Земля является:
А – плоской и опирается на черепаху
Б – круглой и опирается на спины гигантских слонов
В – плоской и опирается на спины гигантских слонов, которые, в свою очередь, покоятся на черепахе
Г – круглой и опирается на спины гигантских слонов, которые, в свою очередь, покоятся на черепахе.
3.Первым из учёных, кто считал, что центром Вселенной является Земля, был:
В – Аристарх Самосский
Г – Клавдий Птолемей
4.Сиситема Птолемея господствовала в науке на протяжении:
5. Верно ли утверждение. Оцените: да или нет.
Аристотелем был написан грандиозный труд “Великое математическое построение астрономии” в 13 томах
Тест по теме “Представления древних людей о Вселенной”
Найдите один правильный ответ
1. Первым из учёных, кто считал, что центром Вселенной является Солнце, был:
2. Земля, по мнению древних народов, живших на берегах рек Тигр и Евфрат, представляла собой:
А – гору, которую со всех сторон окружало море
Б – равнину, которую со всех сторон окружали горы
В – море, которое со всех сторон окружают горы
Г – гору, которую со всех сторон окружала равнина.
3. Слово “сфера” в переводе с греческого означает:
4. Олицетворением неба в представлениях древних индейцев был (а):
5. Верно ли утверждение. Оцените: да или нет.
Птолемей был учителем Александра Македонского
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
География: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Педагогика и методика преподавания географии в условиях реализации ФГОС
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДВ-315880
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Минпросвещения планирует выделить «Профессионалитет» в отдельный уровень образования
Время чтения: 2 минуты
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Минтруд представил проект программ переобучения безработных на 2022 год
Время чтения: 2 минуты
В Москве новогодние каникулы в школах могут начаться с 27 декабря
Время чтения: 1 минута
В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
География. 5 класс
Конспект урока
Урок 05. Земля — планета Солнечной системы.
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Вселенная, Галактика, Солнце, Солнечная система, Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Орбита Земли, Луна, Метеорит, год, високосный год, ось Земли, полюс, экватор, сутки, прилив, отлив, Луноход, астронавт, геоид, часовой пояс, Атмосфера, вода, млечный путь
Вселенная – это весь окружающий нас мир
Галактика- огромное скопление звезд
Солнце – ближайшая к Земле звезда
Солнечная система – планетная система, включающая в себя центральную звезду – Солнце.
Луна – естественный спутник Земли. Луна обращается вокруг Земли за 27,3 суток.
Земля – третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы
Геоид – это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести.
Обязательная и дополнительная литература по теме
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Наверное, каждый когда-то задумывался над тем, почему происходит смена дня и ночи, почему после лета наступает осень, а после осени зима, почему меняется уровень воды в океанах и морях?
Все эти явления зависят от движения Земли. Для того, чтобы понять, как это происходит, рассмотрим характеристику нашей планеты.
Земля – не идеальный шар, она сплюснута у полюсов и расширена к экватору. Форму Земли форму называют геоид («землеподобный»). Геоид – это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести. Поверхность геоида совпадает с уровнем Мирового океана и сообщающихся с ним морей при некотором среднем уровне воды, отсутствии течений, волн, приливов и др. Цифры, характеризующие размеры земного шара.
Экваториальный диаметр = 12 756,5 километра
Полярный диаметр = 12 713,7 километра
Длина окружности меридиана = 40 008,6 километра
Длина окружности экватора = 40 075,7 километра
Поверхность Земли = 510 миллионам квадратных километров
Объем Земли = 1080 миллиардам кубических километров.
Разбор типового тренировочного задания:
Тип задания: Установление соответствий между элементами двух множеств;
Текст вопроса: Установите соответствие между объектом и определением
Вселенная Галактика Солнечная система
Огромная звёздная система, скопление звёзд;
Весь окружающий нас материальный мир, космическое пространство, планеты, звёзды;
Система планет, в центре которой находится яркая звезда, источник энергии, тепла и света (Солнце), и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.
Правильный вариант ответа:
Весь окружающий нас материальный мир, космическое пространство, планеты, звёзды
Огромная звёздная система, скопление звёзд
Система планет, в центре которой находится яркая звезда, источник энергии, тепла и света (Солнце), и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.
Разбор типового контрольного задания
Тип задания: Выбор элемента из выпадающего списка
Текст вопроса: Какая планета была открыта сначала с помощью расчётов?
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):
Космос
Вселенная – это огромнейшее и неисследованное место. Важно понимать, что на изучение конкретной темы или даже вопроса могут уходить десятки, а то и сотни лет. Существует миллион различных направлений, включающих сотни ответвлений. Чтобы вас не ошарашил такой информационный массив, мы предлагаем список тем, которые раскрывают информацию о Вселенной.
Большая часть научного сообщества соглашается с тем, что Вселенная плоская. Это основание базируется на показаниях прибора WMAP (изучение реликтового излучения). Но есть и те, кто не согласен. Не будем забывать, что не так давно все свято верили в плоскость Земли, так что в таких вопросах всегда остаются сомнения.
Конечно, вышеописанные сведения – всего лишь кратчайшее изложение, а вот детали вы узнаете по ссылкам. Каждая статья раскрывает интересующий вопрос и излагает все на понятном языке. Поэтому вам не придется тратить всю жизнь на изучение Вселенной, ведь ученые предоставили вам готовые сведения. Вы сможете больше узнать о Солнечной системе с описанием, характеристикой и качественными фото планет, а также изучить звезды, галактики, экзопланеты, туманности, звездные скопления, пульсары, квазары, черные дыры, созвездия, темную энергию и темную материю. Нужно лишь перейти по заинтересовавшей ссылке.
Строение Вселенной
Так что же такое Вселенная?
Некоторые даже не понимают, насколько сложным и масштабным выглядит вопрос: «Что такое Вселенная?». Можно потратить десятилетия на исследования и рассекретить лишь верхушку айсберга. Возможно, мы говорим не просто об огромном мире, но бесконечном. Поэтому нужно быть энтузиастом своего дела, чтобы погрузиться во все эти загадки, на расшифровку которых может уйти вся жизнь.
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала. Но исследования выдвигают множество теорий и пазл за пазлом собирают картинку.
Определение Вселенной
Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.
Геоцентрическая концепция Вселенной Птолемея, созданная Бартоломеу Велью
Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все». В современном понятии вмешают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
Происхождение Вселенной
Как появился космос и все, что мы знаем? Вселенная берет свое начало 13.8 лет назад с Большого Взрыва. Это не единственное предположение (теория колеблющейся Вселенной или устойчивого состояния), но только ему удается объяснить появление всей материи, физических законов и прочих формирований. Теория также способна рассказать, почему происходит расширение, что такое реликтовое излучение и прочие известные явления.
Теория Большого Взрыва: сингулярность – стартовая точка, с последующим расширением
Ученые начали рассматривать Вселенную с настоящего момента и постепенно возвращались к стартовой точке. Отсюда выплыло предположение, что все началось с бесконечной плотности и исчисляемого времени, запустивших процесс расширения. После первого этапа температурные показатели упали, что помогло сформироваться субатомным частицам, а после них – простые атомы. Позже гигантские облака этих формирований соединились с гравитационными силами, порождая звезды и галактики.
Официальный возраст Вселенной – 13.8 миллиардов лет. Проводя тесты с ускорителями частиц, теоретическими принципами, а также исследуя небесные объекты, ученым удалось воссоздать этапы событий, чтобы вернуть нас с современности в мгновение начала всего.
Но наиболее отдаленный период Вселенной (от 10 43 до 10 11 секунд) все еще вызывает споры. Стоит учитывать, что современные физические законы к тому времени еще не применимы, поэтому никто не может понять, как повела себя Вселенная. Но все же есть сторонники некоторых теорий, которые помогли выделить главные временные промежутки вселенской эволюции: сингулярность, инфляция и охлаждение.
Графическое представление сингулярности Вселенной
Сингулярность (эпоха Планка) – самый ранний период Вселенной. На этом этапе материя была собрана в одной точке бесконечной плоскости, где царствовали экстремальные температурные режимы. В физическом плане доминирует исключительно сила гравитации.
Это время длилось от 0 до 10 43 секунд. Свое второе название эпоха получила в честь Планка, потому что лишь эта обсерватория способна проникнуть в такой промежуток. Вселенная была лишенной устойчивости, потому что вещество было не просто невероятно накаленным, но и сверхплотным. По мере расширения и снижения накаленности, возникли физические законы. С 10 43 до 10 36 секунды запустился температурный переход.
Это началось с 10 37 секунд, когда выделение сил привело к экспоненциальному росту. В этот промежуток стартует барионегез – гипотетическое событие, характеризующееся настолько высокими температурными показателями, что случайные движения частиц осуществлялись на релятивистских скоростях. При столкновениях они создавались и уничтожались. Полагают, что именно из-за этого материя преобладает над антиматерией.
Когда инфляция подошла к концу, пространство представляло собою кварк-глюонную плазменную структуру и прочие элементарные частички. С остыванием материя сливалась и формировала новые структуры. Период охлаждения наступил с уменьшением температуры и плотности. В этом процессе элементарные частички и фундаментальные силы приобрели современный вид.
Есть мнение, что через 10 11 секунд энергия стремительно снизилась. Еще спустя 10 6 секунд кварки и глюоны объединились в барионы, что привело к их переизбытку. Температура больше не достигала необходимой отметки, поэтому у протонов-антипротонов исчезла возможность формировать новые пары. Произошла массовая аннигиляция, оставившая лишь 10 10 изначального их количества. То же самое случилось и для электронов и протонов спустя секунду.
Оставшиеся протоны, электроны и нейтроны оставались статичными, поэтому вселенская плотность обеспечивалась только фотонами и нейтрино. Прошло еще несколько минут, и начался нуклеосинтез.
Температура остановилась на отметке в миллиард кельвинов, а плотность уменьшилась. Поэтому протоны и нейтроны начали сливаться, формируя изотоп водорода (дейтерий) и атомы гелия. Но большая часть протонов все же оставалась «одиночной».
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).
Если говорить о деталях процесса, то они зависят количества и разновидности материи. Можно выделить 4 типа темной: холодная, теплая, горячая и барионная. Из них стандартной считается Лямбда-CDM (холодная темная материя). В ней частички перемещаются со скоростью, уступающей скорости света.
Она составляет 23% вселенской материи, а барионная достигает лишь 4.6%. Лямбда дает отсылку к космологической константе, созданной Альбертом Эйнштейном. Она доказывала, что равновесие массы-энергии остается в статике.
Этапы эволюции Вселенной. Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Также связана с темной энергией, послужившей причиной ускорения Вселенной и оставляющей ее структуру однородной. Темную энергию нельзя увидеть напрямую, но ее наличие доказывают многочисленные теории. Считается, что 73% пространства насыщено ею.
Гравитация преобладала над всеми процессами еще на ранних этапах, когда барионное вещество располагалось ближе. Но темная энергия росла и стала доминирующей силой. Это привело к ускорению всех процессов и старту Эпохи Ускорения.
Считают, что это время началось 5 миллиардов лет назад. Этот период описывает в своих уравнениях Эйнштейн, хотя все же настоящая природа темной материи еще не раскрыта. Кроме того, все еще не придумали схем, способных объяснить, что произошло во Вселенной до 10 15 секунд после возникновения всего.
Однако ученые не теряют надежды и экспериментируют с Большим адронным коллайдером, пытаясь воссоздать необходимые условия для Большого Взрыва. Прорыв в этой области поможет понять, как гравитация взаимодействует со слабой и сильной ядерными силами, а также электромагнетизмом.
Структура Вселенной
Хотя старейший свет достигает 13.8 миллиардов световых лет (реликтовое излучение) это не реальные размеры Вселенной. Не будем забывать, что вот уже миллиарды лет пространство расширяется со скоростью выше скорости света. Именно из-за этого нам не удается увидеть край (если он есть).
Полагают, что Вселенная простирается на 91 миллиардов лет (29 миллиардов парсек) в диаметре. А это значит, что в любую сторону от нашей системы нам доступно 46 миллиардов световых лет наблюдения. Однако, мы все еще не знаем истинного размера космического пространства, так что есть вариант, что Вселенная не имеет границы.
Диаграмма Вселенной Лямбда-CBR (от Большого Взрыва к нашей эре).
Вещество распределяется в соотношении со структурами. Если брать галактические пределы, то мы видим планеты, звезды и туманности, чередующиеся с пустыми участками. Даже если увеличивать картинку, то сама суть остается той же. Галактики отделены газовыми и пылевыми участками. На высшем уровне мы видим сверхскопления, формирующиеся в нити, разделенные гигантскими космическими пустотами.
Пространство-время способно существовать в одной из трех конфигураций: положительно-изогнутая, отрицательно-изогнутая и плоская. Подобные виды основываются на 4 измерениях (координаты x, y, z и время) и зависят от космического расширения (повлияет бесконечность или конечность пространства).
Положительно-изогнутая представляет собою четырехмерную сферу. У нее есть конец, но не виден резкий край. Отрицательно-изогнутую еще называют открытой, потому что напоминает седло, у которого нет границ. Нижний рисунок демонстрирует возможные варианты форм Вселенной.
Возможные формы наблюдаемой Вселенной.
В первом случае, расширение Вселенной должно было остановиться из-за огромного количества энергии. Во втором ее слишком мало, чтобы остановить его. А в последнем – критическое число энергии заставило бы расширение остановиться, но через бесконечное время.
Что ждет Вселенную?
Если мы знаем о наличии стартовой точки, то нас должен волновать и финиш. Что же нас ждет? Вечное расширение? Или же возвращение в компактный первородный шарик? Как умрет Вселенная? Эти вопросы возродились, когда велись дискуссии об истинной модели Вселенной. В 1990-х годах научное сообщество определилось с Большим Взрывом, создав два возможных варианта конца.
Познакомьтесь с Большим Сжатием. Вселенная продолжит разрастаться до максимального объема, а затем запустит процесс саморазрушения. Это возможно, если массовая плотность превышает критическую. Если же это значение такое же или ниже, тогда в игру вступает Большое Замораживание. Пространство также продолжит расширяться, пока звезды не смогут поддерживать процесс формирования (израсходуется весь газ). Все уже существующие звезды сгорели бы и трансформировались в белых карликов, а нейтронные – в черные дыры.
Возможные варианты конца Вселенной
Конечно, черные дыры стали бы притягиваться, порождая настоящих гигантских монстров. Средняя температура пространства достигла бы абсолютного нуля, и черные дыры испарились. Энтропия вырастет до такой степени, что запустит сценарий тепловой смерти, когда уже просто невозможно извлечь никакой организованной формы энергии.
Есть также теория фантомных энергий. Она полагает, что галактические скопления, планеты, звезды, ядра и даже материя разорвутся из-за расширения. Такой исход называют Большим разрывом.
История изучения Вселенной
Если говорить в общем, то природу вещей изучают еще с начала времен. Наиболее ранние известия о Вселенной представлены в мифах и передавались устно. По большей части все начинается с момента творения, за которое ответственен Бог или боги.
Астрономия появилась в Древнем Вавилоне. Созвездия и календари фигурируют у них еще 2000 лет до н.э. Более того, им даже удалось создать предсказания на последующую тысячу лет. Греческие и индийские ученые подходили к вопросам Вселенной с философской стороны, сосредотачиваясь не на божественном вмешательстве, а на причине и следствии. Можно вспомнить Фалеса и Анаксимандра, утверждавших, что все появилось из первозданной материи.
Эмпедокл (5-й век до н.э.) стал первым в западном мире, кто предположил, что Вселенная представлена землей, воздухом, водой и огнем. Эта система стала очень популярной среди философов, так как сильно походила на китайскую: металл, дерево, вода, огонь и земля.
Ранняя атомная теория утверждала, что разные материалы состоят из атомов различной формы
Только с Демокритом приходит теория о неразделимых частицах (атомов), из которых и состоит пространство. Ее продолжил философ из Индии по имени Канада, считавший, что свет и тепло являются одним веществом, просто представленным в разных формах. Буддийский философ Дигнана еще более продвинулся, заявив, что вся материя – энергия.
Идея о конечности времени вошла в христианство, иудаизм и ислам. Они верили, что у Вселенной есть начало и конец. Космология продолжала развиваться, и греки выдвигают геоцентрическую модель, которая гласит, что в центре всего стоит Земля, вокруг которой вращаются небесные тела. Детальнее всего это описано в «Альмагесте» Птолемеем. Это станет каноном и продлится до Средневековья.
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной
Еще до периода научной революции (16-18 века) появлялись ученые, считавшие, что в основе всего должна стоять гелиоцентрическая модель, где в центре нашей системы расположено Солнце. Среди них фигурируют Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.) и Селевк (190-150 гг. до н.э.).
Хотя в индийские, персидские и арабские философы развивали идеи Птолемея, находились и революционеры. Например, Ас-Сиджизи или Ариабхата. В 16-м веке появляется Николай Коперник. Его заслуга в том, что он выдвинул концепцию гелиоцентрической модели и обосновал доказательства ее верности. Они основывались на 7 принципах:
Титульный лист «Диалога» (1632)
Более расширенная версия его идей появилась в 1532 году, когда дописал «О вращении небесных сфер». В рукописи фигурировали те же аргументы, но уже подкрепленные научными доводами и примерами. Но автор переживал, что его начнут преследовать со стороны церкви и работа увидела свет лишь в 1542 году после его смерти.
За его идеи взялись ученые 16-17-х веков. Особой заслуги достоин Галилео Галилей. При помощи своего нового изобретение (телескоп) он впервые взглянул на Луну, Солнце и Юпитер, которые не вписывались в геоцентрическую модель, зато соответствовали гелиоцентрической.
В начале 17-го века его записи опубликовали. Интересными были наблюдения кратерной поверхности Луны, а также детализация крупнейших спутников Юпитера и выявление солнечных пятен. Не обошел он стороною и Млечный Путь, который до этого считался туманностью. Галилей увидел, что перед ним множество плотно расположенных звезд.
В 1632 году он выступил за гелиоцентрическую модель в трактате «Диалог о двух системах мира». Его аргументы разбили верования Птолемея и Аристотеля. Дальнейшему укреплению способствовала теория Иоганна Кеплера об эллиптических орбитах планет. Дальше появляется Исаак Ньютон, создавший теорию всемирного тяготения. В трактате 1687 года он описал три закона движения:
Демонстрация дистанции между планетами в Солнечной системе
Все вместе эти принципы описывали связь между объектом, воздействующими силами и движением. Это стало основой для классической механики. С их помощью Ньютон определил массы планет, выравнивание Земли на полюсах и выпуклость на экваторе, а также то, что сила тяжести между Солнцем и Луной создает приливы на Земле.
Следующий прорыв произошел в 1755 году. Иммануил Кант выдвигает идею, что Млечный Путь – огромная звездная коллекция, скрепленная общей гравитацией. Звезды вращаются, формируя сплющенный диск, а Солнечная система расположена внутри него.
В 1785 году Уильям Гершель хотел вычислить форму галактики, но он не догадался, что большая ее часть скрыта за пылью и газом. Пришлось ждать 20-го века и появления Эйнштейна с его Специальной и Общей теориями относительности. Началось с того, что он просто хотел решить законы ньютоновской механики законами электромагнетизма. В 1905 году появилась Специальная теория относительности.
Она утверждала, что скорость света одинакова для всех инерциальных систем координат. Но это вступало в противоречие с предыдущим мнением (свет, проходящий сквозь движущуюся среду, будет следовать вдоль среды, то есть, скорость света равняется сумме скорости прохода сквозь среду и скорость самой среды).
Получается, что эта теория сделала так, что среда вообще оказалась лишней. В 1907-1911х гг. Эйнштейн думал, как применить теорию к гравитационным полям. В итоге, он создал Общую теорию относительности (время относится к наблюдателю и зависит от его расположения в гравитационном поле).
Здесь же появляется принцип эквивалентности – гравитационная масса равняется инерционной массе. Он также предсказал замедление гравитационного времени, существование черных дыр и расширение Вселенной.
В 1915 году появляется радиус Шварцшильда – точка, в которой масса сферы будет так сильно сжата, что скорость ухода с поверхности приравнивается к скорости света (является результатом решения уравнение поля Эйнштейна). В 1931 году Субраманьян Чандрасекар использовал наработки Эйнштейна, чтобы понять, что если масса не вращающегося тела вырожденного электрона выше определенной отметки, то оно само рухнет.
В 1929 году Эдвин Хаббл подтвердил, что Вселенная расширяется. Для этого он замерил красное смещение, в котором галактики отходили от Млечного Пути. Кроме того, сумел продемонстрировать, что чем дальше галактика, тем быстрее скорость отдаления.
В 1931 году Жорж Леметр независимо подтвердил расширение и предположил, что Вселенная началась с маленького объекта (зарождение теории Большого Взрыва). То есть, в определенный момент вся масса была сконцентрирована в одной крошечной точке. Эта идея вызвала бурные споры в 1920-1930-х годах, так как все еще были сторонники статичной Вселенной.
Но споры разрешились в 1965 году, когда обнаружили реликтовое излучение. В это же время появляется предположение, что темная материя является недостающей массой Вселенной. Расширили понимание Вселенной наработки Стивена Хокинга и остальных физиков, подтвердивших вариант Большого Взрыва.
В 1990-х годах все силы тратились на попытку разобраться в темной энергии. Ее появление помогло объяснить, почему пространство продолжает ускоряться. Естественно, эпоха новых телескопов позволила впервые заглянуть в глубины космоса, а значит и в прошлое (определение возраста и плотности материи).
Результаты 2016 года показывают, что скорость расширения Вселенной выше, чем полагали ранее, а значит, и постоянная Хаббла увеличилась на 5-9%. Появление телескопа нового поколения Джеймс Уэбб позволит совершить дальнейшие прорывы в изучении Вселенной.
Кажется, что человечество серьезно продвинулось в исследовании мира. Но проблема в том, что мы лишь приоткрыли дверь и с удивлением смотрим на все эти чудеса, многим из которых все еще нет объяснения. Поэтому нас ожидает еще множество открытий и сюрпризов.