Әлемдегі қараңғы заттар мен қараңғы энергия. 3. Өткен ғаламшар

Әлемдегі қараңғы заттар және қараңғы энергия

Валерий Анатольевич Рубаков,
Ядролық зерттеулер институты, РҒА, Мәскеу, Ресей

Дәрістің презентациясы (pdf, 2 Mb)

Бейнені жүктеу (avi): 1 бөлім (180 МБ), 2 бөлім (210 МБ), 3 бөлім (250 МБ)

  • 1. Кіріспе
  • 2. Ғаламды кеңейту
  • 3. Өткен ғаламшар
  • 4. Әлемдегі энергияның балансы
  • 5. Қара зат
  • 6. Қара энергия
  • 7. Қорытынды

3. Өткен ғаламшар

Әлемнің эволюциясының екі кезеңін талқылап көрейік, оның үстіне бүгінгі күні сенімді бақылау деректері бар. Олардың бірі, салыстырмалы түрде жақындастырылған, – әлемдегі плазма күйінен газ тәрізді мемлекетке өтудің кезеңі. Ол 3000 градус температурада болды, ал ғаламның жасы сол кезде 300 мың жыл болды (қазіргі 14 миллиард жылмен салыстырғанда аз). Бұған дейін электрондар мен протондар бір-бірінен бөлек қозғалады, зат плазма болды. 3000 градус температурада электрондар мен протондар сутегі атомдарына біріктіріліп, Әлем бұл газға толы болды. Плазманың электромагниттік сәулеленуіне ашық болмауы маңызды; фотонды барлық уақытта шығарылады, сіңіріледі, плазмалық электрондар арқылы шашырады. Газ, керісінше, мөлдір.Сонымен, Әлемнің кеңеюіне байланысты уақытынан бастап 1,100 рет салқындатылған (қызарған) плазма-газ өтпесі кезінен бастап Әлемде еркін 2.7 градус температурада келген электромагниттік сәулелену. Бұл реликтік электромагниттік сәулелену плазма-газды өту кезінде Әлемнің жағдайы туралы ақпаратты сақтап қалды; оның көмегімен 300 мың жылда, оның температурасы 3000 градус болған кезде, бізде әлемнің фотосуреті (сөзбе-сөз!) бар.

Бізге келген реликтік электромагниттік сәулеленудің температурасын өлшеу түрлі бағыттар біз аспандағы орташадан қаншалықты жылы немесе суық болғанын (және, демек, тығыз немесе жұқа), және ең бастысы қаншалықты жылы немесе суық болғанын білеміз. Бұл өлшемдердің нәтижесі, 300 мың жастағы Әлемнің бүгінгі күнмен салыстырғанда әлдеқайда біртекті: температура мен тығыздықтың өзгеруі 10-4 (0,01%) орташа. Дегенмен, бұл вариациялар бар: түрлі бағыттардан электромагниттік сәулелену сәл өзгеше температурадан келеді. Бұл суретте көрсетілген. 3, температура таралуын бейнелейдіаспан әлемі (ерте ғаламның фотосуреті) минус орташа температура 2,725 градус Кельвин; суық жерлер көгілдір, жылы жерлерде қызыл көрінеді4.

Суретте көрсетілген күріш 3, бірнеше маңызды және күтпеген қорытындыларға жол ашты. Біріншіден, ол біздің үш өлшемді кеңістіктің жақсы икемділік дәрежесі – Евклидтің екенін дәлелдеуге мүмкіндік берді: үшбұрыштың бұрыштарының жиынтығы 180 градус, тіпті ұзындығы Әлемнің көрінетін бөлігінің өлшемімен салыстырылатын жақтары бар үшбұрыштар үшін, яғни 14 миллиард жарық жыл Жалпы айтқанда, жалпы салыстырмалық теориясы ғарыш кеңістігі евклидтер болмауы мүмкін, бірақ қисық; Бақылау деректері бұл жағдайдың жоқтығын көрсетеді (кем дегенде біздің Әлемнің аймағы үшін). Космологиялық қашықтыққа арналған «үшбұрыш бұрыштарының сомасы» өлшемін өлшеу әдісі келесідей. Температура ортадан ерекшеленетін аудандардың тән кеңістіктік өлшемін сенімді түрде есептеуге болады: өтпелі плазма-газ кезінде, бұл өлшем Әлемнің жасы бойынша анықталады, яғни 300 мың жарық жылына пропорционалды. Бұл аймақтардың бұрыштық өлшемі үш өлшемді кеңістіктің геометриясына байланысты, бұл геометрияның евклидтер екенін дәлелдейді.

Үш өлшемді кеңістіктің евклидтік геометриясы жағдайында жалпы салыстырмалық теориясы біртұтас Әлемнің кеңею жылдамдығын жалпыға біріктіреді энергияның барлық түрлерінің тығыздығысондай-ақ Ньютон теориясында Күн айналасындағы айналу жылдамдығының Күн Күн массасы анықталады. Өлшенген кеңею қарқыны заманауи Әлемдегі жалпы энергия тығыздығына сәйкес келеді.

Массалық тығыздығы бойынша (өйткені энергия массасы байланысты E = мс2) бұл сан

Егер Әлемдегі энергия толығымен қарапайым заттардың қалған энергиясымен анықталса, онда ортада текше метрде 5 протон болмақ. Алайда, ғаламдағы қарапайым зат әлдеқайда аз екенін көреміз.

Екіншіден, фотосуреттен күріш 3 сіз не болғанын белгілей аласыз шамасы (амплитуда) гетерогенділік температура мен тығыздығы ерте ғаламда – бұл 10-4-10-5 орташа мәннен. Галактикалар мен галактикалар кластерлері пайда болған бұл тығыздықты біркелкі болғандықтан: гравитациялық күшіне байланысты өздеріне қоршаған тығыз тығыздығы жоғары аудандар тартылып, одан да тығыз әрі нәтижесінде галактикалар пайда болды.

Алғашқы тығыздығы біркелкі болғандықтан, галактикаларды қалыптастыру процесі есептеледі және нәтиже Ғаламдағы галактикалардың бақылануымен салыстыруға болады. Бұл есептеу тек қана қарапайым заттардан басқа, Әлемде материяның басқа түрі бар деп болжанса ғана бақылауларға сәйкес келеді: қара материя, бүгінгі күні жалпы энергетикалық тығыздыққа қосқан үлесі шамамен 25% құрайды.

Сурет. 4

Әлемнің эволюциясының тағы бір кезеңі, тіпті Әлемнің температурасы миллиардтаған градусқа жеткенде, тіпті Үлкен Банахтан бастап 1-ден 200 секундқа дейін бұрынғы уақытқа сай келеді. Қазіргі уақытта Күннің орталығында немесе термоядролық бомбада кездесетін Әлемдегі сияқты термоядролық реакциялар орын алды. Осы реакциялардың нәтижесінде нейтрондармен байланысқан протондардың бір бөлігі жеңіл жеңіл ядролар – гелия, детерий және литий-7 ядролары құрылды. Әлемдегі протондардың саны (тек соңғы, әрине, Әлемнің кеңеюіне байланысты азаяды, бірақ оның әртүрлі уақыттарында бір-бірімен байланыстары бар) тек жарықсыз ядролардың саны есептеледі.

Осы есептемені Әлемдегі жарық элементтерінің бақыланған санымен салыстыру келтірілген күріш 4: сызықтар қарапайым заттың (борондардың) тығыздығы және тікбұрыштар – бақылау деректері бойынша бір параметрге байланысты теориялық есептің нәтижелерін білдіреді. Барлық жеңіл жеңіл ядролардың (гелий-4, детерий және литий-7) келісімі бар; Фондық сәуле туралы деректермен келісім (MW – Cosmic Microwave Background-мен көрсетілген) 4-суретте тік жолақпен көрсетілген. Бұл келісім жалпы салыстырмалық теориясының және ядролық физикадағы танымал заңдардың Әлемде миллиард және одан да көп градус температура болған кезде 1-200 секундта Әлемді дұрыс сипаттайтындығын көрсетеді. Бұл деректердің барлығы қазіргі заманғы Әлемдегі қарапайым заттың массалық тығыздығы туралы қорытынды жасауға әкеледі

яғни әдеттегі зат Әлемдегі энергияның жалпы тығыздығының тек 5% -ын ғана құрайды.


4 WMAP спутнигін бақылау.


Like this post? Please share to your friends:
Әлемдегі қараңғы заттар және қараңғы энергия ">
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: