Лекция №3
Лекция
 .
| (1) |
В 1926 г. австрийский физик Э. Шредингер нашел математическое выражение, описывающее поведение волн материи – уравнение Шредингера:
 .
|
(Здесь ψ – волновая функция частицы, m, v – ее масса и скорость, x,y,z -- координаты, V – потенциал, Δ – оператор Лапласа).
Вселенная означает весь существующий материальный мир, понятие метагалактика означает этот же мир с точки зрения его структуры.
Магеллановы облака. Ближайшая к нам галактика
Реконструкция нашей галактики
Классическая ньютонова космология явно или неявно принимала следующие постулаты:
1. Вселенная – всесуществующий «мир в целом». Космология познает мир таким, каким он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.
2. Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов.
3. Пространство и время метрически бесконечны.
4. Пространство и время однородны и изотропны.
5. Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космологические системы, но не Мир в целом.
В ньютоновой космологии возникли два парадокса, связанные с постулатом о бесконечности Вселенной.
1. Гравитационный парадокс. Если Вселенная бесконечна, то в ней существует бесконечное число небесных тел, которые должны создать бесконечно большое гравитационное притяжение и Вселенная должна сколлапсировать – собраться в точку.
2. Бесконечное число светящихся звезд должно привести к бесконечно большой светимости небосвода. Парадокс получил название фотометрического.
Первые модели Вселенной использовали теорию тяготения А. Эйнштейна. Уравнение Эйнштейна допускает несколько решений, т.е. существует несколько моделей Вселенной.
В) У множества моделей Вселенной есть несколько общих моментов:
1) Наша Вселенная расширяется и эволюционирует.
2) Радиус Вселенной в сингулярности составлял не более 10-14м, т.е. меньше радиуса электрона, и ее плотность составляла 1096г/см3.
3) От первоначального состояния к настоящему Вселенная пришла в результате Большого взрыва.
В результате своей эволюции Вселенная прошла ряд этапов, которые принято называть эрами.
Эра адронов. Продолжительность эры 10-3с, температура 1012К, плотность 1014г/см3. В конце эры происходит нарушение хиральной симметрии и аннигиляция частиц и античастиц приводит к победе вещества над антивеществом в итоге остается некоторое количество протонов, гиперонов и мезонов.
Эра лептонов. Продолжительность 10с, температура 1010К, плотность 104г/см3. Возникает электромагнитное взаимодействие. Протоны распадаются на нейтроны и позитроны. Аннигиляция частиц и античастиц привела к появлению фотонов, столкновения которых приводит к рождению пар электрон-позитрон.
Фотонная эра. Продолжительность 106лет. Температура падает от 1010К до 3000К. Плотность от 104г/см3 до 10-21г/см3. Появляются ядра атомов гелия. Свет отделяется от вещества, и Вселенная становится прозрачной, в ней определяющую и структурирующую роль начинает играть гравитационное взаимодействие.
Звездная эра. Она начинается через 106лет от начала взрыва и продолжается сейчас. В первые этапы появляются протозвезды и протогалактики. В звездах начинается синтез гелия. «Выгорание» водорода приводит к гравитационному сжатию звезд, их разогреву и последующему взрыву. Во время взрыва протозвезд рождаются все химические элементы после чего и рождаются звезды нового поколения. (Солнце звезда второго поколения.) Вся история Вселенной длится (14±2).109лет.
Иерархия – расположение частей, элементов от низшего к высшему или от высшего к низшему; порядок подчинения низших высшим.
Тождество – полное сходство, совпадение; равенство, справедливое при любых числовых значениях входящих в него величин.
Структура – строение, внутреннее устройство.
Вселенная – весь существующий материальный мир бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе ее развития.
Галактика – гигантское скопление звезд, объединенных гравитационным взаимодействием.
Метагалактика – часть Вселенной, доступная астрономическим исследованиям.
Энергия связи – работа, которую необходимо затратить, чтобы «растащить» объект на составные части.
Тождественные частицы – частицы, обладающие одинаковыми физическими свойствами: массой, спином, электрическим зарядом и другими внутренними характеристиками. Принципиальная неразличимость частиц чисто квантовомеханическое свойство.
Все многообразие мира, все его иерархические структуры объясняют четыре типа взаимодействия между микрочастицами, составляющие микро-, макро- и мега- миры. Это гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.
Первое объединение различных физических теорий принято считать уравнения Максвелла, объединивших единым описанием электрические, магнитные и оптические явления.
На следующем этапе развития А. Эйнштейну удалось объединить электромагнитное и гравитационное взаимодействия в общей теории относительности.
Дальнейшее объединение гравитационного и электромагнитного взаимодействий в электрослабое взаимодействие происходит в 70-е годы ХХ. Экспериментальное подтверждение электрослабого взаимодействия было получено в 1983 г. (открытие векторных бозонов).
Дальнейшее объединение взаимодействий называют единой теорией поля.
Единая теория поля – единая теория материи – это теория, призванная свести все многообразие свойств элементарных частиц и их взаимодействия (взаимопревращений) к небольшому числу универсальных принципов. Такая теория еще не построена, и ее нужно рассматривать, как стратегию развития физики микромира. В настоящее время в рамках единой теории поля существует довольно много частных моделей.
Важным предсказанием различных моделей великого объединения считают предсказание нестабильности протона (время жизни 1030 – 1034 лет).
Перспективной считается модель суперструн. Теория требует многомерного (26 или 10-мерного) пространства. На этом пути возможно построение теории, содержащую все взаимодействия всех известных фундаментальных частиц. Однако теория предсказывает наличие пока не обнаруженных частиц с большой массой (>1 ТэВ).
- Теоретическая и техническая прочность
- Пластическая деформация металлов.
- Наклеп, возврат и рекристаллизация.
- Холодная и горячая деформация
- Сверхпластичность.