Visuma rašanās, elementārdaļiņas
•Download as PPT, PDF•
0 likes•2,707 views
Visuma rašanās, elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Viewers also liked
Viewers also liked (20)
More from Daina Birkenbauma
More from Daina Birkenbauma (20)
Visuma rašanās, elementārdaļiņas
- 1. Visuma rašanās un evolūcija. Elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības. P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 166.-169. lpp.
- 2. Sasniedzamie rezultāti • Izmanto Lielā Sprādziena modeli Visuma attīstības skaidrojumā. • Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus. • Apraksta elementārdaļiņu klasifikācijas iespējas. • Apraksta fundamentālās mijiedarbības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē. • Izprot mērīšanas metožu atšķirības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.
- 5. Doplera efekts zvaigžņu izpētē • Ja zvaigžņu attālums no Zemes mainās, ūdeņraža spektra līnijas nobīdās: – attālinās - sarkanais spektrs, – tuvojas – zilais spektrs https://forums.unrealengine.com/showthread.php?5907-The-Doppler-Effect
- 6. Habla likums • Attālināšanās ātrumu nosaka pēc galaktikas spektra mērījumiem (Doplera efekts) www.dzm.lu.lv/dbz/IT/VM_D_12/saturs/1.../D_12_01_VM3.ppt
- 7. Habla likums • Visuma objekti attālinās no Zemes ar ātrumu v, kas ir tieši proporcionāls attālumam R līdz Visuma objektam v = HR, kur – v - galaktikas attālināšanās ātrums (km/s), – H - Habla konstante, H = 71 km/(s·Mpc), – r - attālums līdz galaktikai (Mpc). 1 Mpc (Megaparseks) = 3,1·1023 m
- 8. Attālumi starp zvaigznēm ir tik lieli, ka parasti tos nemēra metros vai kilometros, bet šādās garuma mērvienībās: • astronomiskā vienība - vidējais attālums no Zemes līdz Saulei: 1 UA = 149,6 · 106 km; • gaismas gads – attālums, ko gaisma veic viena gada laikā: 1 ly = 63240 UA = 946 · 1010 km; • parseks – attālums, no kāda Zemes orbītas rādiuss ir redzams 1`` lielā leņķī: 1 pc = 3,262 ly =3,086 · 1013 km.
- 9. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.
- 10. Habla likuma secinājums • Ja attālums starp Visuma objektiem palielinās, tad var formulēt pieņēmumu, ka kādreiz Visums bijis mazs un saspiests • Ja pieņem, ka Visuma izplešanās bijusi vienmērīga, var aprēķināt, ka tas sācis izplesties pirms aptuveni 13,7 miljardiem gadu • Aprēķinu nepieciešams precizēt, jo 1998.g. konstatēts, ka izplešanās ir paātrināta
- 11. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.
- 13. Lielā sprādziena modelis • Sākotnēji Visums bija niecīgs objekts ar milzīgu blīvumu un temperatūru (Planka ēra līdz 10-43 s). • Tas strauji, sprādzienveidīgi izpletās. • Sākotnēji Visums sastāvēja tikai no elementārdaļiņām vai to sastāvdaļām. • Visumam izplešoties, temperatūra un blīvums pakāpeniski samazinājās un sākās kodoltermiskās reakcijas, kurās no protoniem veidojās hēlija atomu kodoli.
- 14. Lielā sprādziena modelis • Kodolrerakcijām beidzoties, Visums sastāvēja aptuveni no 75% ūdeņraža un 25% hēlija (pāris minūtes). • Turpmākajos 400 000 gados Visums turpināja izplesties un atdzist, līdz viela kļuva caurspīdīga un starojums varēja brīvi pārvietoties visos virzienos (reliktais starojums). • Sākās pēdējais posms – veidojās gāzes mākoņi, zvaigznes, planētas, galaktikas.
- 16. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 67.lpp.
- 17. Elementārdaļiņu veidi • Atoms sastāv no elektroniem, protoniem un neitroniem • Elektroniem nav iekšējās struktūras • Protoni un neitroni sastāv no kvarkiem, kam nav iekšējās struktūras • Daļiņas, kurām nav iekšējās struktūras, sauc par fundamentālām elementārdaļiņām – zināmas vairāk kā 100
- 19. Elementārdaļiņas raksturo • elektriskais lādiņš • masa • spins (rotē ap savu asi magnētiskā lauka virzienā vai tam pretēji) • spinam tiek pakārtots kvantu skaitlis (elektronam ½)
- 20. Elementārdaļiņu iedalījums • fermioni – daļiņas, kuru kvantu skaitlis ir tāds, kā elektronam (protoni, neitroni) • bozoni – daļiņas ar kvantu skaitli 0 vai 1 (pozitīvie, negatīvie vai neitrālie pioni) • antidaļiņas – pastāv atbilstoši katrai elementārdaļiņai (vienāda miera masa, bet pretējs kāds no citiem raksturojošiem lielumiem) – elektrons / pozitrons
- 21. Antiviela • Antidaļiņas veido antivielu (sastāv no kodoliem – antiprotoni, antineitroni, ap kuriem riņķo pozitroni) • Sintezē mākslīgi (Eiropas kodolpētījumu centrs CERN) • Kad antidaļiņa saplūst ar savu daļiņu, notiek anhilācija – matērija no vielas pārvēršas lauka formā (starojuma kvantos) http://people.physics.anu.edu.au/~cms130
- 23. Fundamentālās mijiedarbības Mijiedarbības veids Mijiedarbības attālums Mijiedarbības nozīme dabā Mijiedarbības piemērs Hadronu jeb stiprā mijiedarbība Ļoti mazs 10-14 m Nuklīdu pastāvēšana Kodolsintēze Elektromagnētiskā mijiedarbības Bezgalīgs Elementu pastāvēšana Gaismas kvantu izstarošana Vājā mijiedarbības Ļoti mazs Kodolu pārvērtības βsabrukšana Gravitācijas mijiedarbības Bezgalīgs Visuma uzbūve Planētu kustība saules sistēmā Mijiedabības spēkus nodrošina apmaiņas daļiņas jeb mijiedarbības nesējkvanti - bozoni
- 24. Elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības • Daļiņas, starp kurām pastāv stiprā mijiedarbība un pārējās mijiedarbības – hadroni (protoni, neitroni) • Hadroni sastāv no kvarkiem (6 kvarki un atbilstošie antikvarki, pieder pie fermioniem) http://www.dzm.lu.lv/dbz/IT/D_12/default.aspx@tabid=3&id=630.html protons
- 26. Elementārdaļiņas un fundamentālās mijiedarbības • Vieglās daļiņas jeb leptoni (6 leptoni) elektrons, mions, tau daļiņa, neitrīno • starp leptoniem nepastāv stiprā mijiedarbība, pārējās pastāv
- 27. Fundamentālās mijiedarbības Mijiedarbības veids Apmaiņas daļiņas Hadronu jeb stiprā mijiedarbība 8 dažādi gluoni satur kopā kvarkus Elektromagnētiskā mijiedarbības Starojuma kvants (fotons) satur kopā elektriski lādētas daļiņas Vājā mijiedarbības Bozoni satur kopā kvarkus un leptonus Gravitācijas mijiedarbības Gravitons (eksperimentāli nav atklāts) satur kopā daļiņas, kam ir masa
- 28. Visuma evolūcija • Inflācija Kvarku ēra Hadronu ēra Leptonu ēra Starojuma ēra Matērijas ēra Planka Visums
- 29. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 66.lpp.
- 30. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 67.lpp.
- 31. Visuma evolūcija 5 15 25 20 10 0 5×1011 1×1012 1,5×1012 2×1012 Gadi pēc Lielā Sprādziena Izplešanāsparametrs
- 32. Sasniedzamie rezultāti • Izmanto Lielā Sprādziena modeli Visuma attīstības skaidrojumā. • Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus. • Apraksta elementārdaļiņu klasifikācijas iespējas. • Apraksta fundamentālās mijiedarbības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē. • Izprot mērīšanas metožu atšķirības mikropasaulē, makropasaulē un megapasaulē.
- 33. Papildus informācijas avoti: • https://prezi.com/hej5_9hdqipx/habla-petijumi-un-habla-likums/ • https://lv.wikipedia.org/wiki/Parseks • www.dzm.lu.lv/dbz/IT/VM_D_12/saturs/1.../D_12_01_VM3.ppt • http://profizgl.lu.lv/mod/book/view.php?id=19058&chapterid=4919 • https://www.fizmix.lv/fiztemas/pasaules-uzbuve-14/visuma-rasanas-un-evolucija • http://profizgl.lu.lv/course/view.php?id=4 - MEGAPASAULES (kosmosa) FIZIKA (Ilgonis Vilks) • http://b1v.lv/wp-content/files/fizika_12/default.aspx@tabid=3&id=610.html • http://www.bigbangcentral.com/theory_page.html • http://www.macibuvideo.lv/mervienibas-si-sistema-normalforma • http://home.cern/ • http://www.cernland.net/
- 34. JAUTĀJUMI?
Editor's Notes
- Doplera efekts ir novērotājam pienākošo svārstību (piemēram, skaņas vai gaismas) frekvences un viļņa garuma maiņa, ko rada svārstību avota un novērotāja pārvietošanās vienam attiecībā pret otru. Doplera efektu attiecībā uz skaņu var dzirdēt, ja virzienā uz novērotāju ātri kustas kāds skaņas avots, piemēram, automašīna vai vilciens ar ieslēgtu skaņas signālu — tad skaņas (svilpiena) tonis ir jūtami augstāks, nekā, lokomotīvei atrodoties tieši blakus novērotājam, kad tas sadzird "īsto" skaņas toni. Kad lokomotīve pabraukusi garām novērotājam un sāk attālināties no tā, skaņas tonis strauji pazeminās. Astronomijā izšķir gaismas sarkano nobīdi un zilo (violeto) nobīdi. https://lv.wikipedia.org/wiki/Doplera_efekts
- Lai noteiktu attālumu līdz galaktikai: a) izmēra spektrāllīnijas nobīdi galaktikas spektrā; b) aprēķina galaktikas attālināšanās ātrumu (formula šeit nav dota); c) pēc Habla likuma aprēķina galaktikas attālumu.
- Parseks (pc) — astronomijā plaši izmantota garuma mērvienība. Nosaukums atvasināts no angļu vārdiem "parallax of one arc second" (vienas leņķa sekundes paralakse). Parseks ir attālums, no kura Zemes orbītas diametrs būtu redzams vienā leņķa sekundē. 1 pc = (360x60x60)/2π AU = 206 264,8062 AU 1 pc = 3,08567758×1016 m 1 pc = 3,26156378 ly.
- Sākotnēji Visums bija niecīgs objekts ar milzīgu blīvumu un temperatūru. No rašanās mirkļa tas strauji, sprādzienveidīgi izpletās, tādēļ šis process ir nosaukts par Lielo Sprādzienu. Visuma attīstībā ļoti svarīgi bija tā pastāvēšanas pirmie mirkļi (pat ne pirmās sekundes, bet niecīgas sekundes daļas) jo tie lielā mērā noteica Visuma attīstības turpmāko gaitu. Sākotnēji Visums sastāvēja tikai no elementārdaļiņām, vai to sastāvdaļām, starp kurām notika dažādas pārvērtības. Visumam izplešoties, temperatūra un blīvums pakāpeniskisamazinājās un sākās kodoltermiskās reakcijas, kurās no protoniem veidojās hēlija atomu kodoli. Kodolrerakcijām beidzoties Visums sastāvēja aptuveni no 75% ūdeņraža un 25% hēlija. Šajā brīdī no Visuma rašanās brīža bija pagājušas tikai pāris minūtes. Turpmākajos 400 000 gados Visums turpināja izplesties un atdzist, līdz viela kļuva caurspīdīga un starojums varēja brīvi pārvietoties visos virzienos. Šo starojumu atklāja 1965. gadā un nosauca par relikto starojumu. Tā atklāšana bija galvenais pierādījums tam, ka priekšstats par Visuma karsto sākumu ir pareizs.No šī brīža Visuma attīstībā iesākās pēdējais posms, kas turpinās arī mūsdienās un kurā viela “spēlē galveno lomu”. Visums sadalījās atsevišķos gāzes mākoņos, kas sāka saspiesties gravitācijas spēka ietekmē. No šie mākoņiem izveidojās pirmās zvaigznes. Zvaigžņu iekšienē no ūdeņraža veidojās hēlijs, bet no tā citi ķīmiskie elementi - ogleklis, skābeklis, silīcijs, utt. Ar zvaigžņu nomestajiem apvalkiem tie nonāca apkārtējā vidē. Pēc tam no starpzvaigžņu vides, kas bija bagātināta ar zvaigznēs sintezētajiem ķīmiskajiem elementiem, veidojās jaunas zvaigznes un planētas. Saule ir vismaz otrās paaudzes zvaigzne. Paralēli notika galaktiku veidošanās, kurā būtiska loma bija tumšās matērijas gravitācijas spēkam. Zvaigznes veidoja zvaigžņu kopas, bet kopas saplūda, veidojot galaktikas. Pirmo galaktiku veidošanās nav līdz galam izpētīta, jo trūkst tiešu novērojumu, kas attiecas uz šo Visuma attīstības posmu. Dažus miljardus gadu pēc izveidošanās Visums lielos vilcienos izskatījās tāds, kā tagad.Pēc Lielā Sprādziena Visums turpināja pēc inerces izplesties. Vajadzētu būt tā, ka Visumā esošā matērija ar savu gravitācijas spēku izplešanos bremzē, taču 1998. gadā tika atklāts, ka vismaz pēdējos miljardos gadu izplešanās notiek ar pieaugošu ātrumu. Šo efektu izraisa tumšā enerģija, kuras iespējamais avots ir vakuuma enerģija. Šīs enerģijas darbība izpaužas kā atgrūšanās, kas izraisa paātrinātu Visuma telpas izplešanos. Tumšās enerģijas ietekme jūtami izpaužas tikai ļoti lielos telpas mērogos, starp objektiem uz Zemes tā nav izmērāma.
- Planka ēra – darbojās pagaidām neatklāti likumi. Lielā apvienojumu ēra (10-43 s ; 10-35 s) – atdalījās gravitācijas mijiedarbība, izveidojās matērija un antimatērija ar nelielu matērijas pārsvaru.
- Higsa daļiņa jeb Higsa bozons (lielajā hadronu paātrinātājā) – pārvēršas par citām daļiņām un piešķir tām masu
- Higsa daļiņa jeb Higsa bozons (lielajā hadronu paātrinātājā) – pārvēršas par citām daļiņām un piešķir tām masu
- Pirms 13,7 miljards (109) gadiem piedzima mūsu Visums, šo notikumu tagad saucam par Lielo Sprādzienu. Taču runāt mēs varam sākt nevis par laika momentu 0, bet gan tikai par 10-43 sekundi (Planka ēru), jo vēl ātrāk sabrūk pilnīgi visas mūsu tagadējo fizikas zināšanu pielietojamības robežas. Tiek uzskatīts, ka apmēram 10-35 sekundē iesākās kosmiskā inflācija, kas ilga apmēram 10-32 sekundes. Šajā laikā Visums eksponenciāli uzpūtās ~1050 reižu! Tad iesāks kvarku ēra. Visumā pastāv visas dabā iespējamās elementārdaļiņas, tai skaitā atsevišķi kvarki. Tai seko Hadronu ēra, kurā notiek šo elementārdaļiņu (protonu un neitronu) rašanās un anihilācija. Leptonu ērā rodas jau daļiņu sistēmas, noteik neitrīno atdalīšanās no vielas, kuru novērojumi nākotnē (kad mums būs pieejamas vajadzīgās tehnoloģijas) ļaus veikt vissenāko Visuma procesu mērījumus. Tad seko starojumu ēra. Jau pirmajās trijās minūtēs kopš Lielā Sprādziena ir notikusi visa elementu sintēze, ir radīts 75% ūdeņraža (protonu) un 25% He un pavisam nedaudz arī Li. Ievērojiet visi pārējie smagākie elementi Visumā ir sintizējušies procesos zvaigžņu dzīlēs – kodoltermiskajās sadegšanas reakcijās un sprādzienos! Starojumu ēras beigās fotoni atdalās no matērijas – rodas reliktais starojums. Tā novērojumi mums šodien sniedz vecāko informāciju par Visumu (sk. nākamo slaidu). Starojumu ēru nomaina matērijas jeb vielas ēra, kuras laikā radušās zvaigznes un galaktikas. Izveidojusies Visuma struktūra. Šī ēra turpinās arī tagad. Attēlu sagatavojis K.Bērziņš
- Visuma izplešanās parametrs raksturo cik reižu telpas izmēri ir palielinājušies salīdzinājumā ar kādu citu stāvokli. Ir lietderīgi pieņemt, ka mūsu dienās izplešanās parametrs a0=1. Izdalīsim atsevišķi sistēmas divus faktorus – potenciālo un kinētisko enerģiju. Tās raksturo attiecīgi sistēmas masa un sākuma ātrums. Pieņemsim, uz mirkli, ka Visumā nav tumšās enerģijas (t.i. Einšteina vienādojumos Λ=0), tad apskatīsim trīs šādus iespējamos Visuma evolūcijas scenārijus. 1. gadījums. Ja Visums ir smags, tā vidējais blīvums ir liels, tad, piešķirot tam sākuma ātrumu, Visums izplešas, un spēj sasniegt maksimālos izmērus, bet pēc tam sāk samazināties. Tieši tāpat kā akmens, kas tiek sviests gaisā Zemes gravitācijas laukā – atkarībā no sākuma ātruma tas spēj sasniegt lielāku augstumu. Šis gadījums attēlots dzelteni-zaļo līniju. Visums atkal sasniedz nulles punktu – un teoretizējot process var iesākties no jauna (parādīts ar raustītu līniju) – vienkāršākais tā saucamais cikliskais modelis. 2. gadījums. Ja mēs piešķiram objektam otro kosmisko ātrumu v = sqrt(2 G M/R) [aprēķiniet kāds tas piemēram ir Zemei], tad atbilstošā kinētiskā enerģija ir pietiekama, lai objekts uz visiem laikiem aizlidotu izplatījumā, pārspējot potenciālo gravitācijas enerģiju. Šādā gadījumā Visums turpinās mūžīgi izplesties. Šis gadījums grafikā attēlots ar tumši zilo līkni. 3. gadījums. Robežgadījumā, kad telpas potenciālā un kinētiskās enerģijas ir vienādas, Visums turpinās mūžīgi izplesties, taču tas notiks ar vien lēnāk un lēnāk (izplešanās ātrums tieksies uz 0). Tas parādīts ar sarkano līkni. Blīvumu kāds būtu Visumam šajā gadījumā sauc par kritisko blīvumu un skaitliski tas ir 0,9×10-29 g cm-3. Ievērojiet grafiki ir precīzi aprēķināti gadījumiem, kad Visuma blīvums ir 10% lielāks par kritisko (dzelteni-zaļā līkne); kad tieši sakrīt ar kritisko blīvumu (sarkanā līkne) un kad blīvums ir 10% mazāks par kritisko (tumši zilā līkne). Tagad mēs zinām, ka tumšā enerģija darbojas pretēji gravitācijas potenciālam, t.i. tā piešķir Visuma telpai papildus paātrinājumu. Novērojumu dati liecina, ka Visuma vidējais blīvums (ieskaitot tumšo matēriju) kļūdas robežās sakrīt ar kritisko blīvumu. Ievērojiet, ka mūsu Visums atrodas evolūcijas sākuma stadijā, t.i. stāvoklī, kurā izplešanās parametrs a0=1.