Файл: Справочник (белкин).doc

Для событий истории Земли космический масштаб в миллиардах лет неудобен, более наглядна модель эволюции, в которой жизнь Вселенной принимается равной одному году, а одна секунда будет соответствовать 500 годам (К. Саган):

Большой взрыв	1 января - 0 ч. 0 мин.
Образование галактик	10 января
Образование Солнечной системы	9 сентября
Образование Земли	14 сентября
Возникновение жизни на Земле	25 сентября
Океанский планктон	18 декабря
Первые рыбы	19 декабря
Первые динозавры	24 декабря
Первые млекопитающие	26 декабря
Первые птицы	27 декабря
Первые приматы	29 декабря
Первые гоминиды	30 декабря
Первые люди	31 декабря в 22 ч. 30 мин.

54. Гравитационная неустойчивость – нарастание возмущений (малых отклонений от среднего значения) плотности и скорости вещества в первоначально однородной среде под действием гравитационных сил. Такая неустойчивость считается причиной образования галактик и их скоплений.

55. Гравитационной конденсацией называется процесс формирования космических тел из разрежённой газовой и газово-пылевой среды под действием гравитационных сил. Она лежит в основе процесса формирования галактик, звёзд.

56. Космологические модели приводят к выводу, что судьба Вселенной зависит только от средней плотности заполняющего её вещества. Космологическая постоянная (Λ) – член в уравнениях гравитационного поля, введенный Эйнштейном, чтобы получить решение, соответствующее статической Вселенной. Эта постоянная может быть интерпретирована как эквивалент неизвестной космической силы отталкивания, которая компенсирует действие гравитационной силы притяжения (или силы притяжения, если значение Λ отрицательно). Наблюдения свидетельствуют о нулевом или очень малом значении космологической постоянной.

Критическая плотность – минимальная плотность вещества, которая гарантировала бы, что Вселенная не будет расширяться вечно. Это означает, что в некоторый момент времени одновременно обратятся в нуль, как скорость расширения, так и ускорение. Значение критической плотности оценивают величиной между 10^-29 и 2×10^-29г/см³, что примерно в десять раз превосходит плотность вещества, которое, судя по наблюдениям, содержится в звездах и галактиках.

57. Открытой Вселенной называют вариант развития Вселенной, при котором средняя плотность ниже некоторой критической плотности. Такая Вселенная имеет отрицательную кривизну и описывается геометрией Лобачевского. В этом случае расширение Вселенной будет продолжаться вечно (рис. 2.7, кривая 1).

58. Плоской Вселенной называют вариант развития Вселенной, при котором средняя плотность равна критической плотности. В этом случае Вселенная обладает нулевой кривизной и описывается Евклида. Тогда всё вещество в звёздах через многие миллиарды лет прогорит, и галактики погрузятся во тьму. Останутся только планеты, белые и коричневые карлики, а столкновения между ними будут крайне редки. Если верна теория великого объединения взаимодействий, через 10⁴⁰ лет распадутся составляющие бывшие звёзды протоны и нейтроны. Спустя приблизительно 10¹⁰⁰ лет испарятся гигантские черные дыры. В нашем мире останутся лишь электроны, нейтрино и фотоны, удаленные друг от друга на огромные расстояния. В известном смысле это будет конец времени (рис. 2.7, кривая 2).

59.Замкнутая Вселенная – это вариант развития Вселенной, при котором средняя плотность выше критической, пространство имеет положительную кривизну и описывается геометрией Римана. Тогда расширение рано или поздно сменится катастрофическим сжатием. Вселенная закончит свою жизнь в гравитационном коллапсе (рис. 2.7, кривая 3).

60. Найти истинный вариант развития Вселенной нелегко из-за трудностей в определении постоянной Хаббла с высокой точностью. Галактики часто имеют довольно высокие скорости (до тысяч км/с), не связанные с космологическим расширением. По современным данным значение H лежит в интервале 60–80 км/(с•Мпк). Определить из наблюдений истинную плотность материи еще сложнее. Плотность наблюдаемого вещества во Вселенной приблизительно равна к 3•10^–34 кг/м³, то есть меньше критической, поэтому Вселенная должна неограниченно расширяться.

Кроме наблюдаемого вещества может иметься тёмная материя, существование которой во Вселенной постулируется, но до сих пор не обнаружено. Аргументами в пользу существования темного вещества являются наблюдения скоростей галактик внутри галактических скоплений. Если судить по динамическим свойствам таких скоплений, то можно сделать вывод, что масса скоплений приблизительно в десять раз больше массы их светящихся частей.

Произведенный в последнее время учет скрытой массы и массы физических полей (согласно общей теории относительности) приближает истинную среднюю плотность Вселенной к критическому значению. При этом видимое вещество дает вклад только 5 %. В конце ХХ века по наблюдениям сверхновых на больших расстояниях обнаружено ускорение расширения Вселенной.

2.5. Положения и принципы квантовой механики

1. Положения, соответствующие квантовой механике:

– при рассмотрении природы микрочастиц используют понятие о корпускулярно-волновом дуализме, что означает проявление как волновых, так и корпускулярных свойств;

– квантовая механика является статистической теорией, т. е. законы квантовой механики носят статистический характер;

– в квантовомеханических закономерностях некоторые физические величины квантованы, то есть могут принимать только вполне определенные дискретные значения;

– в квантовомеханических закономерностях существенна дискретность величин с размерностью действия;

– невозможно одновременно точно определить два дополнительных параметра объекта.

2. Согласно гипотезе М. Планка свет испускается квантами, т. е. порциями. Энергия кванта

где h – постоянная Планка,  – частота кванта (формула Планка).

3. Корпускулярно-волновой дуализм связывает импульс частицы p с длиной его волны  формулой Луи де Бройля:

4. Квантовые свойства света были открыты Эйнштейном в начале XX века. В 1922 г. он получил Нобелевскую премию за объяснение фотоэффекта – испускания веществом электронов под действием электромагнитного излучения.

5. К законам, описывающим поведение как корпускулярной, так и волновой формы материи, в частности, упругое соударение двух шаров, относятся:

– закон сохранения энергии;

– закон сохранения импульса.

6. Согласно современным представлениям вещество и поле в микромире могут, в принципе, превращаться друг в друга.

7. Принцип (соотношение) неопределённостей (для микрочастиц):

где x – неопределенность координаты, p_x – неопределенность проекции импульса на ось x, h – постоянная Планка. Этот принцип означает следующее:

– невозможность точного одновременного измерения координаты и импульса, энергии и времени или двух других дополнительных величин;

– очень точное определение координаты частицы приводит к менее точному измерению ее импульса;

– чем определеннее величина энергии частицы, тем больше времени требуется на измерение;

– если ограничено время измерения, то будет высокой погрешность определения энергии.

8. Из соотношения неопределенностей следует, что наблюдать микромир, не нарушая его, невозможно. Измерение в квантовой механике есть результат взаимодействия микрообъекта с макроприбором. Кроме того, это означает, что энергии возбуждённых уровней не могут быть строго определёнными, а их ширина связана с временем жизни этого состояния (квантовые флуктуации).

9. Принцип дополнительности:

– в широком смысле принцип дополнительности означает, что полное представление о свойствах объекта требует взгляда на него с разных несовместимых, но взаимодополняющих точек зрения;

– для полного описания объекта требуется набор дополняющих друг друга характеристик (волновое и корпускулярное описание микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга, а взаимно дополняют);

– получение экспериментальной информации об одних физических параметрах неизбежно приводит к потере других дополнительных параметров, которые характеризуют это явление с несколько другой стороны;

– однозначно, одним методов невозможно описать явление, объект или субъект, необходимо привлечь дополнительные представления;

– сформулирован для описания микромира и используется только в микромире.

10. Физическим вакуумом называется основное состояние квантового поля с минимальной энергией, в котором отсутствуют реальные частицы, но присутствуют виртуальные частицы, осуществляющие взаимодействия между структурами мира.

11. Виртуальные частицы (или кванты полей) не могут быть обнаружены без внешнего воздействия, но при наличии внешнего воздействия они становятся реальными. Экспериментальными доказательствами сложной структуры вакуума являются эффект Казимира и рождение электрон-позитронных пар в электрическом поле. Эффектом Казимира называется взаимное притяжение проводящих незаряженных пластин за счёт квантовых флуктуаций электромагнитного поля. В физическом вакууме возникают энергетические колебания из-за постоянного рождения и исчезновения в нём виртуальных частиц.