Komposisyong kemikal Ang Uniberso ay ¾ hydrogen at ¼ helium sa pamamagitan ng masa. Ang lahat ng iba pang elemento ay hindi lalampas sa kahit 1% sa komposisyon ng Uniberso. Ang mga mabibigat na elemento ay lumitaw sa Uniberso nang maglaon, nang bilang isang resulta mga reaksiyong thermonuclear Ang mga bituin ay "nagliwanag", at sa panahon ng mga pagsabog ng mga supernovae sila ay itinapon sa kalawakan.
Ano ang maaaring asahan sa Uniberso sa hinaharap? Ang sagot sa tanong na ito ay nakasalalay sa pagtatatag ng average na density ng uniberso. Ang modernong halaga ng density ay 10 -29 g / cm 3, na 10 -5 mga yunit ng atom masa sa 1 cm 3. Upang isipin ang gayong density, ang 1 g ng isang sangkap ay dapat ipamahagi sa isang kubo na may gilid na 40 libong km!
Kung ang average na density ay katumbas ng o medyo mas mababa kritikal na density, ang Uniberso ay lalawak lamang, ngunit kung ang average na density ay mas mataas kaysa sa kritikal, ang pagpapalawak ng Uniberso ay titigil sa kalaunan at ito ay magsisimulang lumiit, na babalik sa isang isahan na estado.
Humigit-kumulang 1 bilyong taon pagkatapos ng Big Bang, bilang resulta ng pag-compress ng malalaking ulap ng gas, nagsimulang mabuo ang mga bituin at kalawakan - mga kumpol ng milyun-milyong bituin. Ang anumang bituin ay nabuo bilang isang resulta ng pagbagsak ng isang kosmikong ulap ng gas at alikabok. Kapag ang compression sa gitna ng istraktura ay humantong sa napakataas na temperatura, ang mga reaksyong nuklear ay nagsisimula sa gitna ng "bunch", i.e. ang conversion ng hydrogen sa helium na may pagpapakawala ng malaking enerhiya, bilang isang resulta ng radiation kung saan kumikinang ang bituin. Ang helium ay kasunod na na-convert sa carbon.
LUPA BILANG PLANET NG SOLAR SYSTEM
Ang mundo ay bahagi ng sansinukob at sa atin solar system isa sa 100 bilyon mga bituin sa isang stellar galaxy mga 12 bilyong taong gulang. taon. Ang edad ng solar system kung saan nabibilang ang Earth ay humigit-kumulang 6 na bilyong taon. taon.
Mayroong siyam na planeta sa solar system. Sa mga planeta uri ng lupa kasama ang Mercury, Venus, Earth at Mars, sa mga panlabas na planeta- Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune at Pluto. Ang radius ng solar system ay 5.917 billion km (mula sa Earth hanggang sa Sun 149.509 million km).
Ang mga planetang tulad ng lupa ay medyo siksik, ngunit may medyo maliit na sukat at misa. Ang Mercury ay walang atmospera, ang natitirang mga planeta ng ganitong uri ay mayroon nito, at sa Mars ang atmospera ay malapit sa atmospera ng mundo.
Ang mga panlabas na planeta ay may napakalaking sukat at masa, ngunit ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang medyo mababang density. Ang mga atmospheres ng mga planetang ito ay pangunahing binubuo ng methane at ammonia.
Kaya Araw. Ang masa nito ay 99.87% ng masa ng system. Ang pinakamalaking sa mga planetang Jupiter ay may mass na 0.1% ng masa ng system. Ang Araw ay isang plasma ball (hydrogen 90% at helium 10%) na may temperatura sa ibabaw na humigit-kumulang 5600 0 . Ang lahat ng katawan ng System ay konektado sa Araw sa pamamagitan ng puwersa ng gravitational attraction at samakatuwid ay nakakaimpluwensya sa isa't isa. Ang napakalaking masa ng Araw at ang nagliliwanag na enerhiya nito ay may malaking impluwensya sa maraming prosesong heolohikal, kapwa sa panloob na core, at sa stone shell ng Earth.
Ang mga tanong tungkol sa pinagmulan ng solar system at ng Earth sa proseso ng pag-unlad ng geological na pag-iisip ay nanatili sa sentro ng atensyon ng mga siyentipiko. Ayon sa pananaw ng pilosopong Aleman I. Kant Ang pagbuo ng mga bituin at araw ay naganap sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng grabidad. P.Laplace binuo ang kanyang teorya, pinayaman ito ng rotational motion ng mga particle ng matter sa isang rarefied at mainit na gas na nebula. Ayon sa Kant-Laplace hypothesis, ang mga clots ng matter ay nabuo ang mga embryo ng mga planeta. Unti-unting lumalamig ang mga planeta, pati na rin ang Earth na lumalamig at nag-deform. Ang medyo progresibong ideya na ito sa kalaunan ay naging hindi kasiya-siya sa pag-unlad ng astronomical na pananaliksik.
Hypothesis O.Yu.Shmidt Ipinagpalagay ang pagbuo ng isang planetary system sa pamamagitan ng pagdaan ng Araw sa isang kuyog ng mga meteor at cosmic dust. Ang radioactive decay, gravitational, magnetic at iba pang mga proseso ay nag-ambag sa pagsasama-sama, pag-init at karagdagang paglamig ng mga planeta - mga satellite. Gayunpaman, hindi rin ipinaliwanag ng teoryang ito ang ebolusyon ng sistemang pang-planeta, sila ay "mga tagapagtaguyod", at hindi "mga anak" ng Araw.
A.G. Ivanov
Geology
Mga tala sa panayam
publishing house
Perm Pambansang Pananaliksik
unibersidad ng politeknik
Seksyon 1 (mod. 1). HEOLOHIYA AT ANG KAUGNAYAN NITO SA IBANG AGHAM
Lektura 1. Panimula
Mga tanong sa lecture:
1. Koneksyon ng geology at lithology sa iba pang mga agham.
2. Maikling kwento heolohiya at litolohiya.
Geology - ang agham ng Earth (Greek Ge - Earth, logos - pagtuturo). Sa kamakailang nakaraan, hanggang sa katapusan ng ika-19 na siglo, ang geology ay kumakatawan sa isang pinag-isang agham tungkol sa pinagmulan ng Earth at ang mga solidong panlabas na shell nito, ang kanilang komposisyon, Makasaysayang pag-unlad, panloob na istraktura at organikong mundo. Ang napakalaking interes sa Earth, na nauugnay sa pangangailangan na makahanap ng mga hilaw na materyales para sa isang mabilis na umuunlad na industriya, ay humantong sa mabilis na paglago ng kaalaman sa geological. Sa geology, nagsimula silang maghiwalay, at pagkatapos ay naging mga independiyenteng agham mga seksyon sa komposisyon ng Earth, kasaysayan nito, kaluwagan, organikong mundo, at iba pa. Ilista natin ang mga agham na ito.
Litolohiya - ang agham ng komposisyon, istraktura, texture at pinagmulan ng mga sedimentary na bato. Ang modernong lithology ay binubuo ng tatlong bahagi. Ang una ay sumasaklaw sa mga pamamaraan at pamamaraan ng pananaliksik sa larangan at laboratoryo. Ang pangalawa, sa saklaw ng petrography ng sedimentary rocks, ay pinag-aaralan ang mineral at kemikal na komposisyon, istraktura at texture ng mga bato. Ang ikatlong bahagi, sedimentological, ay nagsusuri pangkalahatang kurso at regularidad ng sedimentary process.
Geochemistry - ang agham ng kemikal na komposisyon ng Earth, ang mga batas ng kasaganaan at pamamahagi ng mga elemento ng kemikal sa loob nito at ang kanilang paglipat.
Mineralohiya - agham ng mineral, mga kemikal na compound mga elemento na bumubuo sa batayan ng solidong shell ng Earth.
Crystallography Ang agham ng mala-kristal na anyo ng mga mineral. Ang agham na ito ay inextricably nauugnay sa mineralogy.
Petrography - isang agham na nag-aaral ng mga bato na nabuo sa mga prosesong geological sa loob ng Earth.
Geophysics - ang agham ng mga pisikal na katangian ng mundo at ang mga sangkap kung saan ito binubuo.
Geology ng engineering - sangay ng heolohiya na nag-aaral pisikal na katangian mga bato na may kaugnayan sa mga aktibidad ng engineering ng tao.
Mineral Geology - isang sangay ng heolohiya na nag-aaral ng mga kondisyon para sa pagbuo at mga pattern ng pamamahagi ng mga deposito ng mineral.
Hydrogeology - ang agham ng tubig sa lupa, kalidad nito, pamamahagi, paggalaw at mga lugar ng posibleng pagkuha.
Geotectonics - ang agham ng istraktura, paggalaw, pagpapapangit, at pag-unlad ng mga solidong panlabas na shell ng Earth na may kaugnayan sa pag-unlad nito sa kabuuan.
Structural geology - ang agham ng mga anyo ng paglitaw ng mga operasyon ng pagmimina, ang mga sanhi ng kanilang paglitaw at ang kasaysayan ng pag-unlad.
Paleontolohiya - ang agham na nag-aaral ng mga hayop at hayop mula sa mga fossil mundo ng gulay nakaraang mga panahon ng geological.
Ang lahat ng mga geological science na ito ay malapit na nauugnay sa mga natural na agham - kimika, pisika, biology at matematika.
ISANG MAIKLING KASAYSAYAN NG HEOLOHIYA
Mga siglong gulang na kasaysayan Nagsimula ang heolohiya sa pagdating ng tao.
Ang mga unang konsepto ng geology ay lumitaw noong sinaunang panahon, mula noong unang kinuha ng isang tao ang isang bato, ginawa ang unang palakol ng bato, isang tip para sa paghagis ng mga armas ...
Sa kabila ng katotohanan na ang geology ay nasa simula ng landas nito, kahit na ang mga direksyon sa mga pananaw sa pag-unlad ng Earth ay natukoy.
1. Sakuna- isang sistema ng mga pananaw ayon sa kung saan ang pag-unlad ng Earth ay kumakatawan sa isang serye ng mga sakuna. Ito ang mga pagsabog ng bulkan, lindol, epekto ng meteorite, baha - lahat ito ay ang mga pangunahing kaganapan na nagbabago sa mukha ng Earth.
2. Neptunismo- (Neptune - ang diyos ng dagat ng mga sinaunang Griyego) - ang doktrina kung saan ang lahat ng bagay sa Earth ay nabuo mula sa tubig.
3. Plutonismo- (Pluto sa Mitolohiyang Griyego- ang diyos ng underworld) - isang direksyon sa mga pananaw sa pag-unlad ng Earth, na nauugnay lamang sa mga bituka nito.
Gayunpaman, ang ikalawang kalahati ng ika-18 siglo ay itinuturing na panahon ng paglitaw ng geology bilang isang agham - ang panahon ng kapanganakan at mabilis na pag-unlad ng industriya ng pagmimina.
Sa Russia, ito ay ipinahayag sa masinsinang akumulasyon ng kaalaman sa geological inilapat na halaga sa mga deposito ng iron at copper ores, silver-lead na deposito sa Urals, Altai at Transbaikalia, katutubong asupre sa Ukraine, mga kulay na bato sa Urals.
Ang tagapagtatag ng generalization ng geological na kaalaman sa Russia ay M. Lomonosov, at sa Kanlurang Europa - D. Getton at A.G. Werner.
M. Lomonosov, nagbubuod ng magkakaibang kaalaman sa mineralogy, pagmimina, pisika at kimika likas na phenomena isulong ang ideya ng pagbuo ibabaw ng lupa dahil sa pakikipag-ugnayan ng panloob at panlabas na puwersa, kinakalkula niya ang kapal ng crust ng lupa, ipinaliwanag ang pinagmulan ng mga mineral at bato.
Ang mga obserbasyon ng mga labi ng paleontological sa mga koleksyon mula sa teritoryo ng European Russia ay naging posible upang ilatag ang mga pundasyon para sa pamamaraan ng aktuwalismo (lahat ng mga phenomena ng nakaraan ay nagpatuloy sa parehong paraan tulad ng mga katulad na phenomena ay nagpapatuloy ngayon) "Sa mga layer ng lupa". Sa gawaing ito, inilatag niya ang mga pangunahing ideya ng teorya ng ebolusyon, na kalaunan ay binuo ng Ingles na siyentipiko na si C. Lyell. Ang dakilang M. Lomonosov kasama ang kanyang mga paggawa ay naglatag ng pundasyon ng geological na doktrina, kung saan ang edipisyo ng geological science ay lumago sa hinaharap.
Ipinakita ng akademikong pananaliksik sa unang pagkakataon ang pinakamahalagang papel ng maingat pananaliksik sa larangan. Kaya, ang pagtatalo tungkol sa ugat na sanhi ng mga prosesong geological ay nalutas pabor sa mga "plutonista". Sa pamamagitan ng pagtanggi sa mga ideya ng "catastrophists", ang mga evolutionary geologist sa pagliko ng ika-18 at ika-19 na siglo ay nagbigay daan para sa pag-unlad ng historikal at dinamikong heolohiya.
Russian akademiko P.S. Pallas, Saxon A.G. Werner, German scientist na si L. Buch, Englishman R.I. Murchison bilang resulta ng koleksyon at pagsusuri isang malaking bilang materyal sa pamamagitan ng 1850 nilikha ang mga kinakailangan para sa paglitaw ng agham geotectonics. Ang doktrina ng "mobile" geosynclines at "stable" na mga platform ay binuo noong panahong iyon ni J. Hall, J. Dan, A.P. Karpinsky at iba pa.
Kasabay nito, ang mga pamamaraan ng pisika, optika, at matematika ay malawakang ginagamit sa heolohiya.
Naglapat sina G. Sorbi at G. Rosenbush optical mikroskopyo para sa pag-aaral ng mga bato. E.S. Inimbento ni Fedorov ang isang unibersal na talahanayan para sa pagsukat ng mga optical na katangian ng mga mineral. Pinasimulan nina D. Pratt at J. Erie ang paggamit ng geophysical data. Nakabuo sila ng isang teorya isostasy(1855), ayon sa kung saan Ang crust ng lupa halos lahat ng dako ay nasa gravitational equilibrium.
Ang mga tagumpay ng geological mapping sa ikalawang kalahati ng ika-19 na siglo ay lumikha ng mga kinakailangan para sa geological generalizations para sa mga indibidwal na rehiyon, bansa, at kontinente. Noong 1875 ito ay nilikha internasyonal na organisasyon mga geologist - ang International Geological Congress (IGK), kung saan tinalakay ng mga sesyon ang mga resulta ng geological research, binuo ang mga prinsipyo ng internasyonal na kooperasyon sa pag-iisa ng mga geological na mapa, ang nomenclature ng mga bato, stratigraphic unit, atbp.
Sa Russia, noong 1882, nilikha ang Geological Committee, nagpaplano at nagdidirekta ng geological research sa teritoryo ng Russia. Ang komiteng ito ay pinamumunuan ni A.P. Karpinsky.
Ang mga pananaliksik ay konektado sa pangalan ng I. Mushketov Gitnang Asya. V.A. Pinag-aralan ni Obruchev ang Gitnang Asya at Silangang Siberia. Ang isang makabuluhang lugar sa pag-aaral ng geochemistry at ang systematization ng mga mineral ay inookupahan ng mga kilalang siyentipiko bilang A.E. Fersman at V.I. Vernadsky.
Ang malaking kahalagahan sa kasaysayan ng langis at gas geology ay ang mga gawa ng I.M. Gubkin. Binigyan sila ng positibong pagtatasa ng mga prospect para sa langis at gas Hilagang Caucasus, rehiyon ng Ural-Volga at Kanlurang Siberia.
Ang mga internasyonal na geological congresses ng 1937 at 1984 sa USSR ay nagpapatotoo sa paglago ng prestihiyo ng geological science ng Sobyet.
Vinogradov, Khain, Strakhov, Shatsky at iba pang mga siyentipiko ay may mahalagang papel sa geological research.
1. Ilista ang mga pangunahing direksyon sa mga pananaw sa pag-unlad ng Daigdig.
2. Sa anong taon itinatag ang internasyonal na organisasyon ng mga geologist - ang International Geological Congress (IGC)?
3. Sa anong taon itinatag ang Geological Committee sa Russia?
Lektura 2 ISTRUKTURA AT PINAGMULAN NG UNIVERSE.
ISTRUKTURA NG ATING GALAXY
Mga tanong para sa lecture:
1. Pagkabuo ng Uniberso.
2. Kemikal na komposisyon ng Uniberso.
3. Earth bilang isang planeta ng solar system.
4. Ang hugis at sukat ng Earth.
5. Istruktura ng Daigdig. Ibabaw ng lupa.
6. Mga paraan ng pag-aaral panloob na istraktura Lupa.
7. Panlabas at panloob na geosphere ng Earth.
8. Ang paglitaw ng crust ng lupa.
Ang object ng pag-aaral ng geology ay ang planetang Earth. Upang pag-aralan ito, kailangan din ang kaalaman tungkol sa iba pang mga planeta, bituin, kalawakan, dahil lahat ng mga ito ay nasa isang tiyak na pakikipag-ugnayan mula sa sandaling lumitaw ang mga ito sa Uniberso. Samakatuwid, ang ating planeta ay isang butil lamang ng kalawakan.
PAGBUO NG UNIVERSE
Nagmula ang Uniberso mga 18-20 bilyong taon na ang nakalilipas. Hanggang sa panahong iyon, ang lahat ng bagay nito ay nasa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura at densidad, na modernong pisika hindi kayang ilarawan. Ang estado ng bagay na ito ay tinatawag na "isahan". Ang teorya ng lumalawak na Uniberso, o "Big Bang", ay unang nilikha sa Russia ni A.A. Friedman noong 1922. Ang kakanyahan ng teorya: ang sangkap, na nasa iisang estado, ay sumailalim sa biglaang pagpapalawak, na sa sa mga pangkalahatang tuntunin maihahalintulad sa isang pagsabog. Ang patuloy na umuusbong na tanong na "Ano ang nangyari bago ang Big Bang", ayon sa Ingles na physicist na si S. Hoggins, ay may likas na metapisiko. Ang nakaraang estado ay hindi nakaapekto sa kasalukuyang Uniberso sa anumang paraan.
ANG KOMPOSISYON NG CHEMICAL NG UNIVERSE
Ang kemikal na komposisyon ng Uniberso ay ¾ hydrogen at ¼ helium sa pamamagitan ng masa. Ang lahat ng iba pang elemento ay hindi lalampas sa kahit 1% sa komposisyon ng Uniberso. Ang mga mabibigat na elemento ay lumitaw sa Uniberso nang maglaon, nang bilang isang resulta ng mga thermonuclear na reaksyon ang mga bituin ay "naiilawan", at sa panahon ng mga pagsabog ng supernovae sila ay pinalabas sa kalawakan.
Ano ang maaaring asahan sa Uniberso sa hinaharap? Ang sagot sa tanong na ito ay nakasalalay sa pagtatatag ng average na density ng uniberso. Ang kasalukuyang halaga ng density ay 10 -29 g/cm 3 , na 10 -5 atomic mass units bawat 1 cm 3 . Upang isipin ang gayong density, ang 1 g ng isang sangkap ay dapat ipamahagi sa isang kubo na may gilid na 40 libong km!
Kung ang average na density ay katumbas ng o medyo mas mababa kritikal na density, ang Uniberso ay lalawak lamang, ngunit kung ang average na density ay mas mataas kaysa sa kritikal, ang pagpapalawak ng Uniberso ay titigil sa kalaunan at ito ay magsisimulang lumiit, na babalik sa isang isahan na estado.
Humigit-kumulang 1 bilyong taon pagkatapos ng Big Bang, bilang resulta ng pag-compress ng malalaking ulap ng gas, nagsimulang mabuo ang mga bituin at kalawakan - mga kumpol ng milyun-milyong bituin. Ang anumang bituin ay nabuo bilang isang resulta ng pagbagsak ng isang kosmikong ulap ng gas at alikabok. Kapag ang compression sa gitna ng istraktura ay humantong sa napakataas na temperatura, ang mga reaksyong nuklear ay nagsisimula sa gitna ng "bunch", i.e. ang conversion ng hydrogen sa helium na may pagpapakawala ng malaking enerhiya, bilang isang resulta ng radiation kung saan kumikinang ang bituin. Ang helium ay kasunod na na-convert sa carbon.
LUPA BILANG PLANET NG SOLAR SYSTEM
Ang Earth ay bahagi ng Uniberso at ang ating solar system ay isa sa 100 bilyong taon. mga bituin sa isang stellar galaxy mga 12 bilyong taong gulang. taon. Ang edad ng solar system kung saan nabibilang ang Earth ay humigit-kumulang 6 na bilyong taon. taon.
Mayroong siyam na planeta sa solar system. Sa mga planeta uri ng lupa kasama ang Mercury, Venus, Earth at Mars, sa mga panlabas na planeta- Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune at Pluto. Ang radius ng solar system ay 5.917 billion km (mula sa Earth hanggang sa Sun 149.509 million km).
Ang mga planetang parang lupa ay medyo siksik, ngunit may medyo maliit na sukat at masa. Ang Mercury ay walang atmospera, ang natitirang mga planeta ng ganitong uri ay mayroon nito, at sa Mars ang atmospera ay malapit sa atmospera ng mundo.
Ang mga panlabas na planeta ay may napakalaking sukat at masa, ngunit ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang medyo mababang density. Ang mga atmospheres ng mga planetang ito ay pangunahing binubuo ng methane at ammonia.
Kaya Araw. Ang masa nito ay 99.87% ng masa ng system. Ang pinakamalaking sa mga planetang Jupiter ay may mass na 0.1% ng masa ng system. Ang Araw ay isang plasma ball (hydrogen 90% at helium 10%) na may temperatura sa ibabaw na humigit-kumulang 5600 0 . Ang lahat ng katawan ng System ay konektado sa Araw sa pamamagitan ng puwersa ng gravitational attraction at samakatuwid ay nakakaimpluwensya sa isa't isa. Ang napakalaking masa ng Araw at ang nagniningning na enerhiya nito ay may malaking impluwensya sa maraming prosesong geological, kapwa sa panloob na core at sa shell ng bato ng Earth.
Ang mga tanong tungkol sa pinagmulan ng solar system at ng Earth sa proseso ng pag-unlad ng geological na pag-iisip ay nanatili sa sentro ng atensyon ng mga siyentipiko. Ayon sa pananaw ng pilosopong Aleman I. Kant Ang pagbuo ng mga bituin at araw ay naganap sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng grabidad. P.Laplace binuo ang kanyang teorya, pinayaman ito ng rotational motion ng mga particle ng matter sa isang rarefied at mainit na gas na nebula. Ayon sa Kant-Laplace hypothesis, ang mga clots ng matter ay nabuo ang mga embryo ng mga planeta. Unti-unting lumalamig ang mga planeta, pati na rin ang Earth na lumalamig at nag-deform. Ang medyo progresibong ideya na ito sa kalaunan ay naging hindi kasiya-siya sa pag-unlad ng astronomical na pananaliksik.
Elemento ng kemikal Sa lupa, % Sa mga buhay na organismo, % oxygen 4970 carbon 218 hydrogen 0.59.9 nitrogen 0.10.3 calcium 1.370.3 potassium 1.360.3 silicon 330.15 phosphorus 0.080.07 0.630.07 magnesium 0.630.07 iron0, 0.630.07 iron0. 7.10.02 sodium 0.630.02 chlorine 0.01 manganese 0.080.001 titanium 0.460.0001 Nilalaman ng ilang kemikal na elemento sa lupa at mga buhay na organismo
Ang buhay at walang buhay na kalikasan ay binubuo ng parehong mga elemento, ngunit ang mga elementong ito ay bumubuo ng iba't ibang mga sangkap: organic - sa buhay na kalikasan, inorganic - sa walang buhay .. Macronutrients: O, C, H, N, Mg, K, Ca, Na, P , S Mga elemento ng bakas: Fe, Al, Na, Mn, B, Cl... Buhay na mga elemento ng kalikasan
CO 2 water oxygen glucose light Ang photosynthesis ay isang proseso ng pagbabago mga di-organikong sangkap sa organic sa ilalim ng pagkilos ng liwanag sa pagkakaroon ng chlorophyll 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 chlorophyll, light n C 6 H 12 O 6 (C 6 H 10 O 5) n + n H 2 O enzymes starch glucose
Mga function ng mga protina sa katawan Building Kasama sa nuclei, cytoplasm at lamad ng mga cell Transport Nakikilahok sa paglilipat ng mga sustansya (mga protina ng plasma ng dugo) at gas (hemoglobin) na mga sangkap Proteksiyon Isama sa mga antibodies, lumahok sa proseso ng immune Catalytic Biological catalysts (enzymes ) bumilis mga proseso ng kemikal sa katawan Ang mga motor contractile na protina ng mga kalamnan (actin at myosin) ay tinitiyak ang gawain ng mga kalamnan Impormasyon Maraming mga hormone ay mga protina na nagdadala ng impormasyon mula sa mga glandula panloob na pagtatago sa mga organo Energetic Kapag nahati ang 1 g ng protina, 17.6 kJ ang inilalabas
Mga function ng carbohydrates sa katawan nakapagpapalusog ang katawan ay glycogen. Enerhiya Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya para sa katawan, na may pagkasira ng 1 g ng carbohydrates, 17.6 kJ ay inilabas. mga nucleic acid, bumubuo ng intercellular substance ng connective tissue Protective Interact sa atay na may maraming nakakalason na compound, na ginagawang hindi nakakapinsala at madaling natutunaw na mga substance.
Ang mga tungkulin ng mga taba sa katawan Pagbuo Ang mga ito ay bahagi ng mga lamad ng cell Masigla Ginagamit ng katawan bilang isang reserba ng enerhiya, kapag ang 1 g ng taba ay nahati, 38.9 kJ ang inilabas na mga taba ay nabubuo ng ilang mga hormone at biologically. aktibong sangkap, ang kanilang mga derivatives ay kasangkot sa mga synapses ng nervous system
Karamihan sa mga siyentipiko ay naniniwala na ang edad ng uniberso ay 14 bilyong taon. Ang teorya ng Big Bang ay itinuturing din na napatunayan, ngunit ang mga sanhi nito ay inilarawan lamang ng mga hypotheses. Sa partikular, ang isa sa mga teorya ay nagmumungkahi na ang sanhi ay ang pagbabagu-bago ng quanta sa isang vacuum, at ayon sa string theory, ang sanhi ng pagsabog ay isang panlabas na impluwensya. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang isang bilang ng mga mananaliksik ay nagtatanong sa pagiging natatangi ng Uniberso, na naniniwala na mayroong ilan o kahit isang walang katapusang bilang ng mga ito, dahil sila ay patuloy na nabuo.
Pagkatapos ng Big Bang, dumaan ang uniberso sa isang panahon ng mabilis na paglawak. Ito ay pinaniniwalaan na sa oras na iyon ang bagay na pamilyar sa amin ay hindi pa umiiral. Lumitaw ito sa ibang pagkakataon mula sa enerhiya na lumitaw mula sa Big Bang. Ang mga unang bituin ay lumitaw nang hindi mas maaga kaysa sa 500 milyong taon pagkatapos ng Big Bang. Dapat pansinin na ang proseso ng pagpapalawak ng Uniberso ay nagpapatuloy hanggang sa araw na ito.
Sa pangkalahatan, ang karamihan sa mga pandaigdigang proseso ng Uniberso, tulad ng pagpapalawak nito, ay magkakaroon ng kaunting epekto sa buhay sa Earth sa nakikinita na hinaharap.
Komposisyon ng Uniberso
Tulad ng itinuturo ng mga siyentipiko, ang pangunahing bagay sa Uniberso ay ito, binubuo ito ng 75% nito. Gayundin, ang mga pangunahing sa buong nakapalibot na espasyo ay helium at carbon. Karamihan Ang uniberso ay inookupahan ng tinatawag na madilim na enerhiya at madilim na bagay, ang mga sangkap na ito ay hindi gaanong pinag-aralan, at ang mga ideya tungkol sa mga ito ay halos abstract. Ang karaniwang sangkap ay sumasakop lamang ng 5-10%.
Ang pangunahing anyo ng organisasyon ng bagay sa Uniberso ay ang mga bituin at planeta. Bumubuo sila ng mga kalawakan - mga kumpol kung saan mga katawang makalangit makaranas ng kapwa atraksyon at impluwensyahan ang isa't isa. Ang mga sistemang ito ay naiiba sa anyo, halimbawa, Milky Way tumutukoy sa spiral galaxy.
Ang mga kalawakan ay pinagsama-sama sa mga pangkat, at ang mga iyon, sa turn, sa mga supercluster. Ang solar system ay matatagpuan sa Milky Way galaxy, na, naman, ay kabilang sa Virgo supercluster. Dapat tandaan na ang Earth ay hindi matatagpuan sa gitna ng uniberso, ngunit hindi sa labas ng uniberso.
Ang araw ay medyo maliit na bituin sa mga tuntunin ng uniberso.
Bilang karagdagan sa mga bituin at planeta, may iba pang mga bagay sa uniberso, tulad ng mga kometa. Bagaman mas malawak ang kanilang trajectory kaysa sa mga planeta, gumagalaw pa rin sila sa kanilang orbit. Halimbawa, ang Halley's Comet ay dumadaan sa Araw tuwing 76 taon. Ang isa pang kilalang kategorya ng mga bagay sa kalawakan ay ang mga asteroid. Ang mga ito ay mas maliit kaysa sa mga planeta at walang kapaligiran. Ang mga asteroid ay maaaring magdulot ng isang tunay na panganib sa Earth - ang ilang mga siyentipiko ay naniniwala na ang pagkawala ng mga dinosaur at iba pang mga pagbabago sa flora at fauna ng panahong iyon ay maaaring maiugnay sa banggaan ng Earth sa celestial body na ito.
Ngunit ang unang impresyon na ito ng invariance ng uniberso sa paligid natin ay talagang mapanlinlang: ito ay umuunlad, at ang ebolusyon na ito, na medyo mabagal ngayon, ay maagang yugto ay hindi maisip na mabilis, kaya't ang mga seryosong pagbabago sa husay sa estado ng uniberso ay naganap sa isang bahagi ng isang segundo. Sa pamamagitan ng modernong ideya, ang Uniberso na ating namamasid ngayon ay bumangon humigit-kumulang 15 bilyong taon na ang nakalilipas mula sa ilang paunang "isahan" na estado na may walang katapusang mataas na temperatura at densidad, at mula noon ito ay patuloy na lumalawak at lumalamig. Ayon dito teorya ng big bang, ang karagdagang ebolusyon ay nakasalalay sa isang parameter na nasusukat sa eksperimento - ang average na density ng bagay sa modernong uniberso. Kung mas mababa sa ilang (kilala mula sa teorya) kritikal na halaga , ang uniberso ay lalawak magpakailanman; kung > , ang proseso ng pagpapalawak ay titigil balang araw at magsisimula ang reverse phase ng compression, na babalik sa orihinal na estadong isahan. Ang modernong eksperimental na data sa magnitude ay hindi pa sapat na maaasahan upang makagawa ng isang hindi malabo na pagpili sa pagitan ng dalawang opsyon para sa hinaharap ng Uniberso.
Mayroong ilang mga katanungan na hindi pa masagot ng teorya ng Big Bang, ngunit ang mga pangunahing probisyon nito ay pinatutunayan ng maaasahang data ng eksperimento, at ang kasalukuyang antas ng teoretikal na pisika ay ginagawang posible upang lubos na mapagkakatiwalaang ilarawan ang ebolusyon ng naturang sistema sa oras, na may maliban sa pinakaunang yugto - humigit-kumulang isang daan ng isang segundo mula sa "simula ng mundo." Ito ay mahalaga para sa teorya kung saan ang kawalan ng katiyakan na ito paunang yugto talagang lumalabas na hindi gaanong mahalaga, dahil ang estado ng Uniberso ay nabuo pagkatapos na dumaan sa yugtong ito at ang kasunod na ebolusyon nito ay maaaring ilarawan nang lubos na mapagkakatiwalaan.
Tapos na dito pangkalahatang pagpapakilala, bumaling tayo sa isang mas detalyadong presentasyon ng teorya ng Big Bang at ang mga problemang nabubuo nito. Ang pangunahing pang-eksperimentong pundasyon ng teoryang ito ay ang sumusunod na tatlo:
Ang naobserbahang "pag-urong" ng malalayong kalawakan, na sumusunod sa batas ni Hubble.
Ang pagtuklas noong 1964 nina R. Penzias at A. Wilson ng cosmic background " relic radiation", sa intensity at parang multo na komposisyon na katumbas ng radiation ng isang itim na katawan na may temperatura na humigit-kumulang 3 K (degrees Kelvin).
Ang naobserbahang kemikal na komposisyon ng Uniberso, na humigit-kumulang 3/4 (sa pamamagitan ng masa) hydrogen at 1/4 helium, na may maliit (sa pagkakasunud-sunod ng isang porsyento) na paghahalo ng iba pang mga elemento.
Upang ilarawan ang ebolusyon pagkatapos ng unang daan ng isang segundo, ang mga sumusunod na seksyon ng teoretikal na pisika ay ginagamit:
equilibrium statistical physics, pangunahin ang mga pangunahing prinsipyo nito at ang teorya ng relativistic ideal gas;
1. Pagpapalawak ng uniberso
Ayon sa modernong observational astronomy, ang mga bituin sa Uniberso ay pinagsama-sama sa mga kalawakan, na, naman, ay bumubuo rin ng mga kumpol. Ang mga sumusunod na figure ay nagbibigay ng ideya ng mga order ng magnitude: ang aming Galaxy ay naglalaman ng ~ 10 11 bituin at may hugis ng isang lens na may diameter na 80 libong light years at isang kapal ng ~ 30 thousand light years. Ang pinakamalapit na kalawakan sa atin, ang M31, sa konstelasyon na Andromeda, ay humigit-kumulang 2 milyong light-years ang layo. Nasa periphery tayo ng napakalaking kumpol ng mahigit isang libong kalawakan na nakasentro sa direksyon ng konstelasyon na Virgo, ~60 milyong light-years ang layo. Ginagawang posible ng mga kakayahan ng modernong teknolohiya na obserbahan ang sapat na maliwanag na mga kalawakan hanggang sa mga distansya ng pagkakasunud-sunod ng 10 bilyong light years. Ipinapakita ng data sa pagmamasid na sa malalaking sukat ang uniberso ay homogenous at isotropic. Sa halos pagsasalita, nangangahulugan ito na ang anumang globo na may nakapirming sapat na malaking diameter (~300 milyong light-years ay itinuturing na sapat) ay naglalaman ng humigit-kumulang ang parehong numero mga kalawakan. Ang pahayag tungkol sa homogeneity at isotropy ng Uniberso sa isang malaking sukat ay tinatawag na Cosmological Principle.
Sa naobserbahang spectra ng mga bituin at kalawakan, parang multo na mga linya ng pagsipsip(chromospheres ng mga bituin) mga kilalang elemento. Ginagawa nitong posible na medyo tumpak na sukatin, gamit ang kilalang Doppler effect, ang bilis kung saan ang isang naibigay na bagay na umiilaw ay lumayo (> 0) o lumalapit sa ( \rightarrow " ang wavelength ng pinagmumulan ng nag-iilaw:
kung saan ang bilis ng pag-alis, ay ang bilis ng liwanag (ang denominator ay ang pagwawasto sa relativistic theory ni Einstein, na makabuluhan lamang sa malapit sa bilis ng liwanag). Makikita na para sa isang bagay na lumalayo sa amin, ang mga linya ay inilipat sa pulang bahagi (\u003e "), at para sa isang papalapit na bagay - sa asul (").
Kung ang mga kalawakan na nakapaligid sa atin ay random na gumagalaw, kung gayon ang pula at asul na pagbabago sa kanilang spectra ay makikita na may parehong posibilidad. Ngunit iba ang ipinapakita ng eksperimento: nangingibabaw ang mga redshift at mas malayo sa atin ang mga bagay na pinag-aaralan. Ang dami ng resulta ng mga obserbasyong ito ay ang "batas ng recession" na binuo noong 1929 ng Hubble, ayon sa kung saan ang lahat ng mga kalawakan (sa karaniwan) ay lumalayo sa atin at ang bilis ng pagbabalik na ito ay humigit-kumulang proporsyonal sa distansya sa pinag-uusapang kalawakan:
Ang koepisyent ng proporsyonalidad ay tinatawag Hubble pare-pareho. Itinuro namin ang halaga na tinatanggap na ngayon ng karamihan sa mga astronomo: 15 km/s para sa bawat milyong light-year na distansya. Dito dapat tandaan na ang pagpapasiya ng halaga mula sa pang-eksperimentong data ay isang napakahirap na gawain: ang epekto ng Doppler ay maaaring matukoy nang tumpak ang mga bilis, ngunit ang pagsukat ng mga distansya sa malalayong mga kalawakan ay ang pinakamahirap na problema, at hanggang ngayon ito ay naging nalutas lamang sa pamamagitan ng iba't ibang di-tuwirang pamamaraan. Si Hubble mismo, kapag tinatantya ang mga distansya, ay minamaliit ang mga ito sa pamamagitan ng isang order ng magnitude, samakatuwid, nakatanggap siya ng isang order ng magnitude na mas malaki kaysa sa , halaga (170 sa halip na 15). Hanggang ngayon, naniniwala ang ilang astronomo na ang halaga ay kapansin-pansing mas malaki kaysa sa ibinigay, ngunit tinatanggap ng karamihan ang numerong 15.
Mula sa batas ng pag-urong, siyempre, hindi sumusunod na ang ating kalawakan ang sentro ng mundo, at lahat ng iba ay lumalayo rito. Ayon sa Cosmological Principle, ang ating kalawakan ay hindi pinipili ng anumang bagay, kaya ang isang tagamasid mula sa anumang iba pang kalawakan ay dapat makakita ng eksaktong parehong pattern ng recession. Nangangahulugan ito na "lahat ay tumatakbo palayo sa lahat." Ang isang inflatable rubber balloon na may mga tuldok - "mga kalawakan" na random na inilapat sa ibabaw nito ay maaaring magsilbing isang malinaw na modelo ng naturang runaway: kapag napalaki, ang lahat ng mga puntong ito ay lalayo sa isa't isa alinsunod sa batas ng Hubble. Ito ay isang modelo ng isang "two-dimensional closed world". Katulad " bukas na mundo" ay maaaring isipin bilang isang tuldok-tuldok na eroplanong goma na pantay-pantay sa lahat ng direksyon.
Mula sa proporsyonalidad at sa batas, sumusunod ang isang pangunahing konklusyon tungkol sa pagkakaroon ng "simula ng mundo": sa isang lugar sa nakaraan ay may isang sandali kung saan ang alinman sa mga kalawakan na naobserbahan ngayon ay walang katapusan na malapit sa atin, samakatuwid, "anuman sa anumang" sa bisa ng Cosmological Principle. Dahil sa pamamaraang ito, ang density ng bagay sa Uniberso sa "initial moment" ay nagiging walang katapusan. Ngunit hindi ito nangangahulugan na ang lahat ng ito ay nakolekta sa isang lugar, dahil ang parehong Cosmological Principle ay nangangailangan na ang density ay maging walang katapusan sa anumang punto sa kalawakan.
Napakadaling tantiyahin ang "edad ng Uniberso" kung ipagpalagay natin na ang Hubble constant ay nananatiling hindi nagbabago sa panahon ng pagpapalawak: pagkatapos ay bilyun-bilyong taon para sa isang numero mula sa . Sa katunayan, ang immutability assumption ay mali at tumpak na pagtatantya maaari lamang makuha gamit ang Friedmann cosmological model (tingnan sa ibaba). Hindi ito humahantong sa mga pagbabago sa husay, at pagkatapos ay lumiliko ito ng 14 bilyong taon.
2. Relic radiation
Ito ang pinakamahalagang pagtuklas sa kosmolohiya ng ating siglo, na ginawa nang hindi sinasadya. Noong 1964, nagpasya ang mga astronomo na sina R. Penzias at A. Wilson na sukatin ang background radio emission ng ating Galaxy sa mga direksyon sa labas ng ecliptic plane nito. Upang gawin ito, nagpasya silang gumamit ng laboratoryo ng Bell Telephone horn antenna, na binuo upang makipag-usap sa mga satellite, na idinisenyo upang magbigay ng napakababang ingay sa sarili. Napakahalaga ng huli, dahil ang inaasahang paglabas ng radyo sa background ng kalawakan ay katulad din ng ingay sa radyo, na dapat na makilala mula sa iba pang mga ingay mula sa atmospera, ang antena mismo, at ang mga amplifying circuit nito.
Hindi naunawaan nina Penzias at Wilson ang likas na katangian ng karagdagang ingay sa radyo na ito at kahit na binuwag, nilinis at muling pinagsama ang buong antenna upang maalis ang karagdagang interference mula sa posibleng kontaminasyon. Ngunit halos hindi nito binago ang resulta, at kailangan nilang sabihin na sa mga kadahilanang hindi nila naiintindihan (para sa kanila) ang kanilang antena ay nakatanggap ng karagdagang mahinang ingay sa radyo pinagmulan ng extraterrestrial, na ang intensity ay pare-pareho sa oras at hindi nakasalalay sa direksyon. Ang intensity ng signal ng radyo na ito na sinusukat ng mga ito sa isang wavelength na 7.35 cm ay naging katumbas ng intensity ng radiation sa isang naibigay na wavelength ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na halos tatlong kelvins. Sina Penzias at Wilson ay natisod sa katotohanang ito nang hindi sinasadya at sa loob ng ilang panahon ay hindi man lang nangahas na i-publish ang kanilang mga resulta, dahil hindi nila naiintindihan ang likas na katangian ng ingay sa radyo na kanilang natuklasan (noong 1978 na kanilang natanggap Nobel Prize). Ngunit sa pagtatapos ng apatnapu't, lumitaw ang mga unang gawa ng mga teoretikal na pisiko, kung saan hinulaan na sa kasalukuyan ang buong uniberso ay dapat mapuno ng equilibrium electromagnetic radiation na may epektibong temperatura ilang degrees Kelvin.
Ang pamamahagi ng enerhiya ng naturang equilibrium radiation (ito rin ang radiation ng isang ganap na itim na katawan) ay inilarawan ng kilalang formula ng Planck
kung saan ang enerhiya sa bawat yunit ng volume bawat pagitan ng wavelength mula sa + , ay ang temperatura sa kelvins K, erg c ay ang Planck constant, erg/K ay ang Boltzmann constant, c = 3 cm/s ay ang bilis ng liwanag.
Ayon sa mga teorista, maagang yugto Ang uniberso ay napuno ng equilibrium radiation na may isang napaka mataas na temperatura. Sa panahon ng pagpapalawak ng Uniberso, ang radiation na ito ay lumamig, nananatili sa equilibrium, at sa ngayon ang temperatura ay bumaba sa mga halaga ng ilang degrees Kelvin. Ito ang "relic radiation" na natitira mula sa unang yugto ng mainit na maagang uniberso na natuklasan nina Penzias at Wilson. Nalaman nila ang tungkol dito sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa mga physicist sa Princeton University na pamilyar sa teorya ng isang mainit (maagang) uniberso at gumagawa na ng isang espesyal na antenna upang makita ang CMB. Ngunit nauna sa kanila sina Penzias at Wilson.
Availability relic radiation itinuturing na isang mahusay na itinatag na katotohanan. Ang pangunahing pagsubok ay ang posibilidad ng pagsukat nito sa iba't ibang mga wavelength: ang intensity ng signal ay dapat na proporsyonal sa kilalang halaga na may parehong temperatura para sa lahat. Sa kasalukuyan, ang mga sukat ay ginawa para sa dose-dosenang iba't ibang mga wavelength kapwa sa microwave at sa infrared na rehiyon ng spectrum ng mga electromagnetic wave (ayon sa pamamahagi, ang maximum na intensity sa = 3 K ay tumutugma sa = 0.1 cm, ang mas maikling mga alon ay nabibilang na. sa infrared na rehiyon). Ayon sa pinakabagong data na nakuha sa tulong ng mga kagamitan na naka-install sa mga satellite, kontemporaryong kahulugan ang temperatura ng background radiation ay 2.74 K. Ang katumpakan ng mga sukat na ito ay napakataas na kaya naging posible na makita ang pagkakaroon ng mahinang anisotropy ng background radiation, na ipinaliwanag ng paggalaw ng makalupang tagamasid sa espasyo. puno ng radiation. Dahil sa parehong epekto ng Doppler, ang radiation ay dapat lumitaw nang bahagyang mas mainit sa direksyon ng paglalakbay, at mas malamig sa kabilang direksyon. Ang maliliit na ito (sa pagkakasunud-sunod ng 10 -3 ng pangunahing halaga) na mga pagkakaiba-iba ng temperatura ay natagpuan sa eksperimento, at mayroon silang isang katangian () angular na pagdepende. Batay sa mga datos na ito, posibleng kalkulahin ang bilis ng paggalaw ng Earth na may kaugnayan sa "bagong eter" na ito na nabuo ng background ng cosmic microwave background. Ang resulta ay isang halaga ng humigit-kumulang 600 km/s. Bilang karagdagan sa "maliwanag" na anisotropy na ito, ang tunay na (hindi nauugnay sa paggalaw ng Earth) anisotropy ng cosmic microwave background radiation ay natagpuan din sa mga eksperimento. Ito ay napakaliit (sa pagkakasunud-sunod ng 10 -5 ng pangunahing halaga), samakatuwid, may isang mataas na antas katumpakan, ang relict radiation ay maaaring ituring na homogenous at isotropic. Ngunit ang mismong katotohanan ng pagkakaroon ng hindi bababa sa isang mahinang anisotropy ay pangunahing mahalaga para sa iba't ibang teorya sinusubukang ipaliwanag at ilarawan sa matematika ang pinagmulan ng mga kalawakan.
3. KOMPOSISYON NG UNIVERSE
Tulad ng nabanggit na, ayon sa mga obserbasyon, ang Uniberso ay pangunahing binubuo ng hydrogen (3/4 sa pamamagitan ng masa) at helium (1/4), ang iba pang mga elemento ay bumubuo ng isang admixture ng pagkakasunud-sunod ng isang porsyento. Ang mga datos na ito ay nakuha mula sa spectra ng mga bituin at interstellar gas at sumasang-ayon ito sa teoretikal na mga modelo astrophysicist na naglalarawan sa komposisyon at ebolusyon ng mga bituin. Ang mga figure sa itaas 3/4 at 1/4 ay tumutukoy sa unang bahagi ang ebolusyon na ito, kung saan ang iba, kabilang ang mabibigat, na mga elemento ay ginawa sa mga bituin.
Ayon sa mga modernong konsepto, sa isang lugar sa mga unang minuto ng pagkakaroon nito, ang Uniberso ay pumasa sa "panahon ng nucleosynthesis" (higit pang mga detalye sa ibang pagkakataon), kung saan nabuo ang hydrogen at helium sa isang ratio na 3: 1 kasama ang isang hindi gaanong mahalagang paghahalo ng iba pang ilaw. mga elemento, sa partikular na lithium Li, at isotopes hydrogen - deuterium D at tritium T. Ang lahat ng iba pang mas mabibigat na elemento ay nabuo sa ibang pagkakataon sa loob ng mga bituin, at pumapasok sila sa interstellar space sa panahon ng pagsabog ng supernova, atbp. Kakatwa, ito ay ang simpleng katotohanan ng paglaganap ng hydrogen sa Uniberso na nagpapahintulot sa mga teorista na mahulaan ang pangangailangan para sa pagkakaroon ng CMB.
Para sa karagdagang pagtatanghal, mahalaga din na ihambing ang density ng mga nuclear particle (protons at neutrons) sa nakikitang Uniberso na may density ng numero ng photon sa CMB. Ayon sa teorya ni Planck, ang equilibrium electromagnetic radiation ay maaaring ituring na ilan perpektong gas massless particle - mga photon na may enerhiya para sa wavelength. Ang densidad ng enerhiya ay nauugnay sa densidad ng bilang ng mga photon sa pamamagitan ng halatang kaugnayan , upang ang pamamahagi ng bilang ng mga photon sa mga wavelength ay natutukoy din mula sa. Pagsasama-sama sa lahat , nakukuha namin ang kabuuang bilang ng mga photon sa bawat volume ng unit, ang isang katulad na integral ng mula ay nagbibigay ng density ng lakas ng volume , at ang quotient ay nagbibigay ng average na enerhiya ng isang photon . Ang lahat ng mga dami na ito ay nakasalalay lamang sa temperatura at mga constant ng mundo:
[erg/cm 3 ], [photon/cm 3 ],
| [erg/cm 3 ], [photon/cm 3 ], | (4) |
| [erg], |
kung saan - temperatura sa kelvins, - kilalang mga constant: . Ang una sa mga relasyon ay tinatawag na batas ng Stefan-Boltzmann. Mula dito ay sumusunod na sa kasalukuyang temperatura = 3 K, ang background ng background radiation ay naglalaman ng 550 milyong mga photon bawat 1 metro kubiko. Ang pagtatantya ng density ng bagay ayon sa data ng obserbasyon ay hindi pa rin tiyak, ngunit sa anumang kaso hindi ito lalampas sa mga limitasyon ng 6 hanggang 0.03 nuclear particle bawat 1 cubic meter (ang numero 3 ay tumutugma sa kritikal na density). Kaya, ang isang nuklear na butil ay nagkakahalaga ng mga 10 8 - 10 10 photon. Sa mga pagtatantya sa hinaharap, kukunin natin ang numerong 10 9: isang bilyong photon bawat nuclear particle.
Kahit na ito ay isang napakalaking bilang, karamihan sa enerhiya ay puro sa bagay at hindi sa radiation. Ang enerhiya ng isang nuclear particle ay humigit-kumulang 1000 MeV (MeV = 1 milyong electron volts), habang ang average na enerhiya ng isang photon sa = 3 K na nakuha mula sa parehong mga yunit ay humigit-kumulang eV sa parehong mga yunit (1 erg = eV). Ang halagang ito, kahit na pagkatapos ng multiplikasyon ng 109, ay nananatiling tatlong order ng magnitude na mas mababa kaysa sa enerhiya ng isang nuclear particle, kaya ang karamihan sa density ng enerhiya ay nahuhulog na ngayon sa bagay. Ngunit ito ay hindi palaging ang kaso: sa isang maagang yugto, ang bulk ng enerhiya ay radiation (tingnan sa ibaba).
Sa pagbabalik sa paglalarawan ng mismong proseso ng ebolusyon, iisa-isahin natin sa kalawakan ang isang arbitraryong globo na may sapat na malaking radius ("sapat" para sa bisa ng Prinsipyo ng Kosmolohikal) at sundin ang ebolusyon sa panahon ng radiation at bagay na nilalaman. sa loob ng rehiyong ito, sa pag-aakalang ang kanilang pamamahagi ay pare-pareho at isotropiko. Ang terminong "radiation sa loob ng globo na ito" ay, siyempre, may kondisyon, dahil ang mga photon ay maaaring lumabas dito at magmula sa labas. Ngunit ang dalawang prosesong ito, dahil sa ipinapalagay na homogeneity, ay magkatumbas sa isa't isa, upang ang konsepto ng "ang dami ng radiation (enerhiya) sa loob ng isang ibinigay na globo" ay may katuturan. Ayon sa batas ng Hubble, ang radius ng rehiyon na isinasaalang-alang ay lumalaki sa bilis na . Dahil ang dami ng bagay sa loob ng globo ay nananatiling hindi nagbabago, nagbabago ang density nito ayon sa batas. Nalalapat ito sa parehong enerhiya at mass density, dahil ang mga ito ay nauugnay sa isang simpleng proporsyonalidad.
Isaalang-alang natin ngayon ang enerhiya ng relic radiation. Sa ngayon, ang Uniberso ay halos transparent sa electromagnetic waves (dahil nakikita natin ang malalayong galaxy), i.e. Ngayon ang radiation ay hindi aktwal na nakikipag-ugnayan sa bagay at umuunlad nang nakapag-iisa. Maaari itong ituring bilang isang relativistic na gas ng mga photon na may ilang temperatura, na matatagpuan sa loob ng globo ng radius at lumalawak nang adiabatically (ibig sabihin, walang pagpapalitan ng init sa panlabas na rehiyon). Ito ay kilala mula sa istatistikal na pisika na ang kabuuang entropy ng naturang gas ay proporsyonal sa dami ng globo) at nananatiling pare-pareho sa panahon ng pagpapalawak. Ito ay sumusunod mula dito na at nauugnay sa pamamagitan ng kaugnayan = const, ibig sabihin, . Nangangahulugan ito na sa sandaling iyon sa nakaraan, kapag ang lahat ng mga kalawakan ay nadoble mas malapit na kaibigan sa isang kaibigan, doble ang init ng uniberso at "napakatagal na" ito ay "napakainit". Ang terminong "temperatura ng Uniberso" sa yugtong ito ay tumutukoy sa temperatura ng background ng cosmic microwave at walang kinalaman sa bagay.
Mula sa itaas at sa unang pagkakapantay-pantay ay sumusunod na ang mga densidad ng enerhiya ng bagay at radiation ay nauugnay sa at sa mga sumusunod na relasyon: izl , thing , . Ito ay sumusunod mula sa kanila na kapag "paglipat sa nakaraan" (), ang halaga ng izl ay lumalaki nang mas mabilis kaysa sa tunay. Samakatuwid, ang modernong "panahon ng bagay" (izl na mga bagay) sa isang lugar sa nakaraan ay kinakailangang dumaan sa "panahon ng radiation" (izl na mga bagay) na may ibang pag-asa sa at .
Isaalang-alang natin sa mga pangkalahatang tuntunin ang mga pangunahing yugto ng ebolusyon, pabalik sa "simula ng mundo" at kunin ang temperatura bilang isang independiyenteng variable (mamaya ay iuugnay natin ito sa edad ng Uniberso). Sa paglaki, ang average na enerhiya ng photon ay tumataas, na katumbas ng pagkakasunud-sunod ng magnitude sa . Ang mga pagbabago sa husay ay nangyayari kapag ang halaga ay umabot sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng nagbubuklod na enerhiya ng mga electron sa mga atomo at molekula (~ 1 eV), pagkatapos ay nuclei (~ 1 MeV), pagkatapos ay ang mga threshold para sa paglikha ng mga pares ng particle-antiparticle, una. para sa pinakamagaan na mga particle ng elementarya, pagkatapos ay sa pagtaas - higit pa at mas mahirap. Ipaliwanag natin nang mas detalyado. Ang mga elementarya na particle ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang rest mass (kadalasan ang halaga ng kaukulang enerhiya sa electronvolts ay ibinibigay sa halip), pati na rin ng mga discrete quantum number: spin (internal angular momentum) at iba't ibang singil - electric, baryon at lepton. Sa angkop na mga yunit, ang spin ng anumang particle ay integer o half-integer, ang mga particle na may integer spin ay boson, ang mga particle na may half-integer ay fermion. Photon - espesyal na kaso boson na may spin 1 at zero value at lahat ng tatlong singil. Kung para sa ng iba't-ibang ito particle , kung gayon ang kanilang masa ay maaaring mapabayaan, at pagkatapos ay para sa anumang mga bosonic na particle ang pamamahagi ng enerhiya ay magkakaroon ng parehong anyo tulad ng para sa mga photon, at para sa mga fermion ang minus sign sa denominator ay papalitan ng plus sign. Ito ay hahantong lamang sa isang bahagyang (mga kadahilanan ng 7/8 na uri) na pagbabago sa mga coefficient sa mga formula, upang ang pagkakaiba sa pagitan ng boson at fermion ay hindi makabuluhan.
Karamihan sa mga particle ay may katumbas na pares - isang antiparticle na may parehong masa at spin at magkasalungat na halaga ng lahat ng mga singil. Ang lahat ng tatlong singil ay pinapanatili sa anumang proseso ng pakikipag-ugnayan ng mga elementarya na particle. Sa panahon ng kanilang mga banggaan, maaaring mangyari ang anumang interconversion ng mga particle, na tinatanggap sa mga tuntunin ng enerhiya at ang mga batas ng konserbasyon ng mga singil. Sa partikular, sa banggaan ng dalawang photon na may sapat na mataas na enerhiya, maaaring ipanganak ang iba't ibang mga pares ng particle - antiparticle. Magsisimula ang mga ganitong proseso kapag umabot na ang halaga halaga ng threshold para sa isang partikular na uri ng mga particle, at nagiging napakatindi sa . Inililista namin ang pinakamahalagang elementarya na mga particle, na nagpapahiwatig sa mga bracket ng kanilang tradisyonal na mga pagtatalaga, enerhiya ng pahinga at ang pagkakasunud-sunod ng magnitude ng temperatura ng threshold: ang electron at ang antiparticle positron nito ( , = 0.5 MeV, K), katulad na mga pares ng muon ( , MeV) , pi mesons (, , E ~ 135 MeV) na may threshold temperature na humigit-kumulang 10 12 K, at sa wakas, nuclear particles proton (pares , , = 938.26 MeV) at neutron (pares , , = 939.55 MeV) na may threshold temperature na 10 13 K. Ang neutron ay bahagyang (1.3 MeV) na mas mabigat kaysa sa proton, at ito ay mahalaga para sa panahon ng nucleosynthesis.
Maaari na nating sundan ang ebolusyon "back in time" habang tumataas ang temperatura. Ang unang pagbabago ng husay ay nangyayari sa ~3000 K, kapag umabot ito sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng 1 eV at ang radiation ay nagsimulang masira ang mga atomo. Ang substansiya pagkatapos ay nagiging isang plasma na binubuo ng mga libreng nuclei at mga electron, ang density nito ay tumataas ~ sa karagdagang paglaki. Pagkaraan ng ilang oras, sa humigit-kumulang 10 4 K, ang naturang medium ay nagiging malabo na para sa radiation: ang mga photon ay nakakalat ng mga libreng electron at nuclei, at ito ay humahantong sa pagtatatag ng isang pangkalahatang thermal equilibrium sa pagitan ng radiation at bagay na may isang karaniwang temperatura para sa buong sistema. Susunod milestone- ~ 10 10 K, kapag nagsimula ang matinding paglikha ng mga pares ng electron-positron (threshold K) at ang mga proseso ng disintegration ng nuclei sa kanilang mga bahagi - libreng neutron at proton. Ang mass density sa panahong ito ay umabot sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod na 10 5 g/cm 3 . Ang ganitong mataas na densidad ay nagpapataas ng bilang ng magkabilang banggaan, at tinitiyak nito ang pagtatatag ng thermodynamic equilibrium para sa lahat ng uri ng mga particle na naroroon sa system. Ang threshold para sa paggawa ng mga pares , at , ay malayo pa rin (pore ~ 10 13 K), kaya ang ratio ng bilang ng mga proton sa bilang ng mga neutron ay tinutukoy ng klasikal na formula ng Gibbs