1 / 23

Презентация по дисциплине концепции современного естествознания

Презентация по дисциплине концепции современного естествознания. Шмакова Елена Эдуардорвна Ст. преподаватель кафедры «Электроника» Институт ИИБС. для специальностей: «Финансы и кредит», «Бухгалтерский учет, анализ и аудит», «Мировая экономика». «Панорама современного естествознания».

Download Presentation

Презентация по дисциплине концепции современного естествознания

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Презентация по дисциплине концепции современного естествознания Шмакова Елена Эдуардорвна Ст. преподаватель кафедры «Электроника» Институт ИИБС для специальностей: «Финансы и кредит», «Бухгалтерский учет, анализ и аудит», «Мировая экономика» «Панорама современного естествознания»

  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.

  3. Лекция 2 ОБРАЗОВАНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

  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.

  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.

  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.

  7. 2. Общая теория относительностиИскривление пространства Структура уравнений ОТО Материя, энергия Искривленное пространство–время В 1915 г. А. Эйнштейн создал общую теорию относительности – релятивистскую теорию гравитации Эйнштейн: «Если в теории Ньютона убрать материю — останутся пространство и время. Если из моей теории убрать материю — исчезнут и пространство, и время».

  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

  9. “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. 3. Расширение вселенной. Космологические модели фридмана rAB 2 к к=10 –29 г/см3 3 Рис. 2. Космологические модели Фридмана M к 1 0 Большой взрыв t tBc= 13,7млрд. лет

  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?!

  11. +e B A ● ● –e «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. 4. Большой взрыв.

  12. υ >> c r > r0 = 10 –33см E2 E1 а б в г д Флуктуации ФВ. Уравнение состояния ложного ВФ Модель де Ситтера (1917 г.) – Гута (1980 г.) 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.

  13. ρ, г/см3 10–21 вещ 10–30 г/см3 изл 10–34 г/см3 0 106 н.в. t,годы “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. 5. Эволюция горячей вселенной.Реликтовое излучение Число частиц равняется числу античастиц. При ρ = ρяд = 1014 г/см3, t = 10-4 с, Т = 1012 К. Изменение плотности материи во времени

  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 миллиарднойчасти первичного вещества!Если бы не барионная асимметрия – сегодня наш мир представлял собой холодный газ фотонов и нейтрино.

  15. Теория горячей Вселенной Гамова (1948 – 1952 г.г.) 1.Момент времениto= 0: Tо = 1032 К; ρо = 1093 г/см3 2.Момент времениtν= 0,3 с:Tν= 3·1010 К; ρν=107 г/см3. Отрыв нейтрино от вещества. 3. Момент времениtα = 100 с: Tα = 109 К; ρα = 102 г/см3. Первичный нуклеосинтез. При T > 1010 К ядерные реакцииобратимы. 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: электронейтральнаявысокотемпературная водородо-гелиевая плазма + газ фотонов + газ нейтрино.

  16. 4. Момент времениtγ= 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. Тр = 2,7К, λm = 0,15см. Вселенная – две слабо взаимодействующие системы: идеальный газ атомов и идеальный газ фотонов. 106 104 102 1 10-2 10-1 1 ,см 10 102 103 Рис. 4. Распределение интенсивности в спектре реликтового излучения

  17. “Гори-гори, моя звезда”. 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! 6.Самоорганизация вселенной. Крупномасштабные структуры вселенной

  18. Критическая длина и масса Джинса (1902 г.). 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). 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.

  19. Эволюция звезд Первичные звезды. Газовое уплотнение – протозвезда – звезда. Термоядерная реакция: водородно-гелиевый цикл 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”.

  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).

  21. Рис. 5. Каскадная фрагментация материи во Вселенной Метагалактика Протоскопление (“блин Зельдовича”) Протозвезда Протогалактика Звезда Черныш Роман Игоревич ВМ-08-01 Вторичная звезда Протопланетное кольцо Протопланетный газовопылевой диск Планета Протоядро планеты Комета Рис. 6. Эволюция протопланетного облака

  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.

  23. Автор благодарит д.ф.-м.н., профессора ТОВМИ им. С.О. Макарова • Осуховского Валерия Эдуардовича за предоставленный материал. Использование материалов презентации Использование данной презентации, может осуществляться только при условии соблюдения требований законов РФ об авторском праве и интеллектуальной собственности, а также с учетом требований настоящего Заявления. Презентация является собственностью авторов. Разрешается распечатывать копию любой части презентации для личного некоммерческого использования, однако не допускается распечатывать какую-либо часть презентации с любой иной целью или по каким-либо причинам вносить изменения в любую часть презентации. Использование любой части презентации в другом произведении, как в печатной, электронной, так и иной форме, а также использование любой части презентации в другой презентации посредством ссылки или иным образом допускается только после получения письменного согласия авторов.

More Related