Темная энергия. Модель лямбда - CDM.

Темная энергия. Модель лямбда - CDM.

CDM (читается "Лямбда - Сидиэм") - сокращение от Lambda - Cold Dark Matter, современная стандартная космологическая модель, в которой пространственно - плоская вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной? В уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (англ. Cold Dark Matter. Согласно этой модели возраст вселенной равен 13, 75 0, 11 миллиардов лет.

Модель предполагает, что общая теория относительности является правильной теорией гравитации на космологических масштабах. Она возникла в конце 1990-х годов и предполагает инфляцию для объяснения пространственной плоскостности вселенной и начального спектра возмущений.

Большинство современных космологических моделей основано на космологическом принципе, который утверждает, что наше местоположение во вселенной никак особенно не выделяется и что на достаточно большом масштабе вселенная выглядит одинаково во всех направлениях (изотропность) и из каждого места (однородность. Этот принцип представляет собой не безусловное требование - постулат, а скорее презумпцию - то есть считается верным, пока не доказано обратное.

Модель включает в себя расширение вселенной, которое хорошо подтверждается космологическим красным смещением спектров удалённых галактик и квазаров.

Антиматерия. Свойства

По современным представлениям, силы, определяющие структуру материи (, образующее, и, образующееи), совершенно одинаковы () как для частиц, так и для античастиц. Это означает, что структура антивещества должна быть идентична структуре обычного вещества.

Свойства антивещества полностью совпадают со свойствами обычного вещества, рассматриваемого через зеркало (зеркальность возникает вследствиев).

При взаимодействии вещества и антивещества происходит их, при этом образуются высокоэнергичныеили пары частиц-античастиц (порядка 50 % энергии при аннигиляции пары нуклон-антинуклон выделяется в форме, которые практически не взаимодействуют с веществом). При взаимодействии 1 кг антивещества и 1 кг вещества выделится приблизительно 1,8⋅1017энергии, что эквивалентно энергии, выделяемой при взрыве 42,96. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, «»: масса 26,5 т, при взрыве высвободило энергию, эквивалентную ~57—58,6. Теллеровский предел для термоядерного оружия подразумевает, что самый эффективный выход энергии не превысит 6/кг массы устройства.

В 2013 году эксперименты проводились на опытной установке, построенной на базе вакуумной ловушки ALPHA. Учёные провели измерения движения молекул антиматерии под действием гравитационного поля Земли. И хотя результаты оказались неточными, а измерения имеют низкую статистическую значимость, физики удовлетворены первыми опытами по прямому измерению гравитации антиматерии.

В ноябре 2015 года группа российских и зарубежных физиков на американскомRHIC экспериментально доказала идентичность структуры вещества и антивещества путём точного измерения сил взаимодействия между антипротонами, оказавшимися в этом плане неотличимыми от обычных протонов.

В 2016 году учёным коллаборации ALPHA впервые удалось измерить оптический спектр атома антиматерии, отличий в спектре антиводорода от спектра водорода не обнаружено.

Отличие вещества и антивещества возможно выявить только за счёт, однако при обычныхслабые эффекты слишком малы.

Проводятся эксперименты по обнаружению антивещества во Вселенной.

Михайлов Темная энергия. О Темной Материи и Темной Энергии

Темная материя - это гипотетическая форма материи, введенная для объяснения наблюдаемого явления аномально высокой скорости движения звезд в галактиках. Однако, это явление можно просто и естественно объяснить наличием у галактик гравитосфер, как у всех массивных объектов Вселенной. Гравитосферы галактик, плотность которых снижается пропорционально квадрату расстояния от их центра, и обеспечивают то распределение массы в галактиках, которое приводит к наблюдаемому постоянству скорости движения звезд в галактиках.
Темная энергия - это гипотетическая субстанция, введенная для объяснения эффекта наблюдаемого ускорения удаления галактик, что трактуется как «ускорение расширения Вселенной». Однако, это наблюдаемое явление просто и естественно объясняется иерархической структурой группирования галактик во Вселенной, когда галактики объединяются во все более крупные и массивные структуры. Это приводит к наблюдаемому удалению галактик относительно наблюдателя на Земле, причем с ускорением во времени.
При этом не требуется привлекать целый ряд экзотических гипотез типа Большого Взрыва, рождения Вселенной из ничего, расширения Вселенной в никуда и экзотической темной энергии.

Темная энергия презентация.

Темная энергия. Если бы во Вселенной было еще больше темной энергии, она бы осталась почти бесформенной (слева), без тех крупных структур, которые мы видим (справа).

Слайд 26 из презентации «Расширение Вселенной»

Размеры: 675 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как…». Скачать всю презентацию «Расширение Вселенной.pptx» можно в zip-архиве размером 3704 КБ.

Похожие презентации

краткое содержание других презентаций на тему слайда

«Внутренняя энергия» - Теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов. Теплоёмкости одноатомных газов. Уравнение Майера. Теплоёмкость идеального газа. Закон Шарля. Адиабатический процесс. Закон Бойля – Мариотта. Работа и теплота. Теплоёмкость идеального газа. Внутренняя энергия – энергия покоя. Закон Гей-Люссака. Теплоёмкости одноатомных и многоатомных газов.

«Ядерная энергия» - Тело человека. Реакции деления. Турбиное здание (внизу слева). Троица-первое в мире испытание технологии ядерного оружия. Новосибирск. Царь Бомба. В-частицы. Ядерная Энергия - История. Измельчение. Защита от ядерной энергии. Юлий Харитон – один из основателей Советской программы ядерных вооружений. Карта мира ядерных реакторов (потенциальные военные цели).

«Альтернативная энергия» - Более 99 % топлива, используемого на транспорте, производится из нефти. Во-первых, непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли. Энергия воды используется в установках двух типов. Энергия солнца. Но существуют и “традиционные” виды альтернативной энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается.

«Потенциальная энергия» - Создание вики-статей об энергии. Внутренняя энергия. Энергия измеряется в джоулях. Потенциальная энергия тела, поднятого над землей. Энергия. Куда уходит энергия? Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Группа историков. Как получить энергию? Механическая энергия. Кинетической энергией называют энергию движущихся тел.

«Свет как энергия» - Световая энергия (radiant energy). Сила света (intensity). «Блеск» (glossiness). Для каждого пикселя рассчитать количество попавшей энергии. Свойства ДФО: сохранение энергии. Преобразовать в цвет. Полный световой поток. Для идеального диффузного отражения. Вывести на монитор. Во многих моделях освещения встречается cos в качестве множителя.

«Законы энергии» - Энергия - это абстрактное понятие. Энергия необходима. Энергия необходима, чтобы доставить продукты фермеров на рынок, детей в школу, людей на работу. Высококачественная энергия способна превращаться в низкокачественную с малыми потерями. В печи химическая энергия дров превращается в тепловую. Энергия проявляется в различных формах.

Сингулярность. Космологическая сингулярность

Текущая версия страницы покаопытными участниками и может значительно отличаться от, проверенной 15 сентября 2015; проверки требуют.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 15 сентября 2015; проверки требуют 26 правок .

У этого термина существуют и другие значения, см. Сингулярность .

Космологи́ческая сингуля́рность  — состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, когда плотность энергии (материи) и кривизна пространства-времени были очень велики — порядка планковских значений . Это состояние, вместе с последующим этапом эволюции Вселенной, пока плотность энергии (материи) оставалась высокой, называют также Большим взрывом . Космологическая сингулярность является одним из примеров гравитационных сингулярностей , предсказываемых общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации .

Возможность возникновения этой сингулярности при продолжении назад во времени любого решения ОТО, описывающего динамику расширения Вселенной , была строго доказана в 1967 году Стивеном Хокингом . Также он писал:

Результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная возникла в определённый момент времени. Однако сам момент начала творения, сингулярность, не подчиняется ни одному из известных законов физики.

Например, не могут быть одновременно бесконечными плотность и температура , т. к. при бесконечной плотности мера хаоса стремится к нулю, что не может совмещаться с бесконечной температурой.

Проблема существования космологической сингулярности является одной из наиболее серьёзных проблем физической космологии. Дело в том, что никакие наши сведения о том, что произошло после Большого взрыва, не могут дать нам никакой информации о том, что происходило до этого.

Эволюция Вселенной. Тема 8. Возникновение и эволюция Вселенной. Геологическая эволюция.

1. Современная космология. Эволюция Вселенной. Науку, изучающую эволюцию Вселенной, называют космологией. Основные задачи, которые стоят перед ней, это объяснение на основе наблюдаемых фактов и теоретических моделей происхождение Вселенной и предсказание ее будущего. Выдвигаемые модели невозможно подтвердить экспериментально из-за огромных размеров Вселенной, они могут быть подтверждены или опровергнуты лишь косвенно физико-математическими расчетами и наблюдениями.

История науки знает множество моделей эволюции Вселенной.

К концу XIX века господствовала стационарная космологическая модель Вселенной, т.е. убежденность в том, что Вселенная неизменна и бесконечна в пространстве и времени.

В начале ХХ века общая теория относительности стала причиной появления других моделей Вселенной. В 1922 г. Советский математик Александр Фридман (1888-1925) пришел к выводу: если Вселенную считать однородной и изотропной (одинаковой во всех точках и направлениях) должно наблюдаться ее непрерывное расширение или сжатие в зависимости от величины плотности материи.

Вскоре появилось подтверждение этой теории. В 1926 г. американский астроном Эрвин Хаббл (1889-1969) открыл так называемое «красное смещение» в спектрах излучения галактик. Ученые связали «красное смещение» с эффектом Доплера в физике (при наблюдении за источником света в оптические приборы: при удалении источника света наблюдается красное смещение, при его приближении – сине-фиолетовое смещение). Получалось, что все наблюдаемые объекты в космосе удаляются друг от друга, разбегаются, т.е. происходит общее, повсеместное расширение Вселенной.

Если же процесс расширения Вселенной мысленно повернуть вспять, то можно прийти к выводу, что когда-то материя во Вселенной была сосредоточена в одном первоначальном сгустке. Исследования показали, что возраст Вселенной составляет около 12 - 18 млрд. лет. Какие же размеры имела Вселенная? Как шла эволюция Вселенной?

Одна из теорий происхождения и эволюции Вселенной – это теория «Горячей Вселенной» или «Теория Большого взрыва». Эту теорию разработал Георгий Гамов (1904-1968). Он также разработал теорию альфа-распада, теорию образования химических элементов, первую модель генетического кода.

2. Теория Большого взрыва . Опираясь на научные данные почти все современные ученые-космологи полагают, что начало Вселенной положил так называемый Большой взрыв. По этой гипотезе все вещество Вселенной в момент до взрыва находилось в сгустке микроскопических размеров огромной плотности и температуры. Появление этого зародыша окутано научными спорами. Этот зародыш, послуживший началом взрыва, называют сингулярностью или сингулярной точкой. До взрыва не существовало материи, а значит ни времени, ни пространства. С первых тысячных долей первой секунды после взрыва, когда температура Вселенной была 1016-1018К, образовались первые частицы вещества: кварки, антикварки и излучение (фотоны). В течение той же секунды из кварков и антикварков образовались протоны, антипротоны и нейтроны. В этих условиях стали частыми реакции аннигиляции. При столкновении протона и антипротона происходит реакция аннигиляции, в ходе которой обе частицы сталкиваясь взаимопогашаются, исчезают с образованием излучения (фотонов).

«Темная энергия» доминировала в ранней Вселенной. Больше не знают о ней ничего

Какие же свойства темной энергии известны на настоящее время? Таких свойств немного, всего три. Но то, что известно, может по справедливости вызвать изумление.

Первое — это тот факт, что в отличие от «нормальной» материи темная энергия не скучивается, не собирается в объекты типа галактик или их скоплений — она «разлита» по Вселенной равномерно. Это утверждение, как и любое, основанное на наблюдениях или экспериментах, справедливо с определенной точностью. Однако из наблюдений следует, что отклонения от однородности, если они и есть, должны быть весьма малы по величине.

О втором свойстве мы уже говорили: темная энергия заставляет Вселенную расширяться с ускорением. Этим темная энергия тоже разительно отличается от нормальной материи, которая тормозит расширение. Два описанных свойства свидетельствуют о том, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию, для нее имеется гравитационное отталкивание вместо гравитационного притяжения. Области с повышенной плотностью нормальной материи за счет гравитационного притяжения собирают вещество из окружающего пространства, сами эти области сжимаются и образуют плотные сгустки. Для антигравитирующей субстанции всё наоборот: области с повышенной плотностью (если они есть) растягиваются из-за гравитационного отталкивания, неоднородности разглаживаются и никаких сгустков не образуется.

Третье свойство темной энергии состоит в том, что ее плотность не зависит от времени. Тоже удивительно: Вселенная расширяется, объем растет, а плотность энергии остается постоянной. Кажется, что здесь есть противоречие с законом сохранения энергии. За последние 8 млрд. лет Вселенная расширилась вдвое. Область пространства, которая тогда имела, скажем, размер 1 м, сегодня имеет размер 2 м, ее объем увеличился в 8 раз, во столько же раз увеличилась энергия в этом объеме. Несохранение энергии налицо.

На самом деле рост энергии при расширении Вселенной не противоречит законам физики. Темная энергия устроена так, что расширяющееся пространство совершает над ней работу, что и приводит к увеличению энергии этой субстанции в расширяющемся объеме пространства. Правда, расширение пространства само обусловлено темной энергией, так что ситуация напоминает барона Мюнхгаузена, вытаскивающего себя за волосы из болота. И тем не менее противоречия нет: в космологическом контексте невозможно ввести понятие полной энергии, включающей в себя энергию самого гравитационного поля. Так что и закона сохранения энергии, запрещающего рост или убывание энергии какой-нибудь формы материи, тоже нет.

Утверждение о постоянстве плотности темной энергии тоже основано на астрономических наблюдениях, а потому тоже справедливо с определенной точностью. Чтобы охарактеризовать эту точность, укажем, что за последние 8 млрд. лет плотность темной энергии изменилась не более чем в 1,1 раза. Это мы сегодня можем сказать с уверенностью.

Отметим, что второе и третье свойство темной энергии — способность приводить к ускоренному расширению Вселенной и ее постоянство во времени (или, более общо, очень медленная зависимость от времени) — на самом деле тесно связаны между собой. Такая связь следует из уравнений общей теории относительности. В рамках этой теории ускоренное расширение Вселенной происходит именно тогда, когда плотность энергии в ней или совсем не меняется, или меняется весьма медленно. Таким образом, антигравитация темной энергии и ее сложные отношения с законом сохранения энергии — две стороны одной медали.

Этим надежные сведения о темной энергии по существу и исчерпываются. Дальше начинается область гипотез. Прежде, чем говорить о них, обсудим вкратце один общий вопрос.

Суть темного вещества и Темной Энергии. Что входит в тёмную материю (теории)

• Барионная тёмная материя.  Вполне логично допущение, что эта материя обычная, но плохо взаимодействующая электромагнитным образом. Поэтому обнаружить её не удаётся. Состав этого вещества может быть таким: звёзды-карлики, тёмные гало, нейтронные звёзды, чёрные дыры. Возможно присутствие звёзд кварковых и преонных, но они имеют статус объектов гипотетических. Такой вариант объяснения тёмной материи следует из космологии Большого взрыва. Исходя из этого, получается, что концентрация лёгких элементов должна быть резко отличной от наблюдаемой.
• Небарионная тёмная материя.  Предполагаемых объектов такого вещества достаточно. Но, конечно, всё это – теоретические модели.
• Лёгкие нейтрино.  Эти частицы реально существуют, и этот факт доказан. Считается, что их число во Вселенной аналогично числу фотонов. Хотя они и обладают очень малой массой, но общее число вполне может влиять на динамику пространства. Их масса в диапазоне 10-2 – 10-3 эВ. После производства некоторых экспериментов выяснилось, что лёгкие нейтрино не могут быть доминирующей частью тёмной материи.
• Тяжёлые нейтрино.  Эти нейтрино названы стерильными за неспособность слабого взаимодействия. Изученные свойства этих частиц таковы, что они вполне способны составить значительную часть тёмной материи. Параметры их масс — 10-1 – 10-4 эВ.
• Аксионы.  Такой тип частиц относится к гипотетическим нейтральным. Они введены в квантовую хромодинамику для решения некоторых проблем. Возможно, что они составляют существенную часть тёмной материи, несмотря на небольшую массу — 10-5эВ.
• Суперсимметричные частицы.  Теоретически существует одна такая частица — LSP. Она стабильная, и не участвует в электромагнитных и сильных взаимодействиях . Ею может быть гравитино, фотино, хиггсино и некоторые другие.
• Космионы.  Такие частицы ввели в физику, чтобы разрешить проблемы солнечных нейтрино. Но, после разрешения некоторых теорий, эти частицы, вероятно, исключат из числа претендентов, составляющих тёмную материю.
• Дефекты пространства-времени.  В вакуумном поле Вселенной могли происходить энергетические скачки. Результатом этого могла стать различная выстроенность скалярного поля. При взаимодействии областей, имеющих различную ориентацию, образовывались дефекты разных конфигураций. Объекты, полученные при этом, наделены большой массой. Они вполне могли бы стать доминирующей составляющей тёмной материи. Но пока такие частицы не обнаружены.

Темная энергия для чайников. Что такое тёмная энергия?

Вы все наверняка слышали это словосочетание: тёмная энергия. Но что это, и почему её изучение вызывает затруднения? Начну свой рассказ с истории.
Допустим, у вас есть свеча. Вы всё про неё знаете, включая её яркость и расстояние до неё. Вот такая:
Если я отодвину свечу на удвоенное расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в 4 раза. Если я отодвину её на утроенное расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в 9 раз. Если я отодвину её на утысячерённое расстояние, её яркость должна будет уменьшиться в миллион раз относительно изначального.
Но только в космосе, конечно, свечек нет. Но зато есть особый класс событий, у которого, насколько нам известно, существует присущая ему яркость (с точностью до нескольких процентов) по всей Вселенной. Это событие – сверхновая типа Ia. Когда наше Солнце, и вообще большинство известных звёзд, сжигают всё горючее, они в итоге превращаются в белых карликов. Наше Солнце в этом случае будет состоять в основном из углерода и кислорода, но белые карлики, бывает, содержат гелий, неон и кремний. Вот один из них:
В нашей Солнечной системе всего одна звезда. Во многих системах есть две и более звёзд. Если одна из них – белый карлик, она может начать красть массу других. В этом случае она начинает расти. Существует критический лимит массы, которую белый карлик может удерживать перед тем, как сами атомы начнут коллапсировать. А когда они коллапсируют, заканчивается это взрывом настолько мощным, что он известен, как сверхновая типа Ia. В следующей анимации показана симуляция взрыва. Обратите внимание, как остальные звёзды вылетают из звёздной системы из-за мощного взрыва:
www.youtube.com/watch?v=t_-nkS3MdXI
Увидев эти сверхновые в разных галактиках, мы можем измерить их яркость, и, зная изначально присущую им яркость, мы можем вычислить расстояние до них. Также мы можем измерить их красное смещение. Этой информации достаточно для того, чтобы понять, как расширяется Вселенная. Вы можете представить три варианта того, что может делать Вселенная после Большого взрыва. В начале у вас есть огромное количество материи и энергии, расширяющихся и разбегающихся друг от друга, но гравитация пытается собрать их вместе. Вот, что может случиться:
Во Вселенной столько материи и энергии, и как следствие, гравитационного притяжения, что гравитация выигрывает и может обратить взрыв, заставив Вселенную сколлапсировать в саму себя (закрытая Вселенная)
Во Вселенной недостаточно материи и энергии, чтобы пересилить расширение, и Вселенная продолжает расширяться вечно (открытая Вселенная)
Во Вселенной как раз столько материи и энергии, чтобы можно было противостоять расширению, при этом не доводя дело до коллапса – только чтобы скорость расширения упала до нуля (плоская Вселенная).
Теперь посмотрев на сверхновые, мы увидим, что они говорят нам о происходящем. И знаете что? Вселенная вообще не делает ни одной из трёх перечисленных вещей! Она какое-то время вроде бы соответствовала модели плоской Вселенной, но в какой-то момент скорость расширения перестала падать, и теперь она не только не упадёт до нуля, но и станет константой в значении 85% от своей текущей величины. Почему? Никто не знает. Но должна в этом быть какая-то физика, и мы дали ей наименование «тёмная энергия», поскольку если бы Вселенная была наполнена новым типом расталкивающей её энергии, это привело бы к ускорению расширения. Но это странный процесс, и он однозначно продолжается, и как его правильно объяснить, мы пока не знаем. Вот что такое тёмная энергия!