Номер 2, страница 198 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Какие сведения дает процесс расширения Вселенной?

2. Какие сведения дает процесс расширения Вселенной?

Процесс расширения Вселенной — это фундаментальное явление, наблюдение и изучение которого предоставляет ключевые сведения о происхождении, эволюции и будущем нашего мира. Основные выводы, следующие из этого процесса:

1. Подтверждение теории Большого взрыва. Наблюдение, что галактики удаляются друг от друга (закон Хаббла), причем скорость удаления пропорциональна расстоянию, указывает на то, что в прошлом вся материя во Вселенной была сосредоточена в одной точке с чрезвычайно высокой плотностью и температурой. Это состояние и последующий процесс расширения лежат в основе теории Большого взрыва.

2. Оценка возраста Вселенной. Скорость расширения характеризуется постоянной Хаббла $H_0$. Величина, обратная ей ($1/H_0$), дает примерную оценку времени, прошедшего с момента Большого взрыва. Современные, более точные расчеты с учетом замедления и последующего ускорения расширения, основанные на данных о реликтовом излучении и сверхновых, позволяют оценить возраст Вселенной примерно в 13,8 миллиарда лет.

3. Предсказание будущего Вселенной. Дальнейшая судьба Вселенной зависит от соотношения между скоростью расширения и средней плотностью вещества и энергии. Наблюдения показывают, что в настоящее время расширение происходит с ускорением (благодаря темной энергии). Это ведет к сценарию "Большого замерзания" (или тепловой смерти), при котором Вселенная будет продолжать расширяться и остывать вечно.

4. Объяснение космологического красного смещения. Расширение самого пространства приводит к тому, что длина волны света, идущего от далеких объектов, растягивается. Это явление называется космологическим красным смещением. Оно является основным инструментом для измерения расстояний до далеких галактик и скорости их удаления.

5. Формирование крупномасштабной структуры. Расширение "растянуло" первичные квантовые флуктуации плотности в ранней Вселенной, которые стали "семенами" для гравитационного роста неоднородностей. Со временем из этих неоднородностей сформировались галактики, скопления и сверхскопления галактик, образующие наблюдаемую нами сегодня "космическую паутину".

Ответ: Процесс расширения Вселенной дает сведения о ее происхождении из горячего плотного состояния (Большой взрыв), позволяет оценить ее возраст, предсказать ее будущее (ускоренное расширение и тепловая смерть), объясняет красное смещение далеких галактик и является ключевым фактором в формировании крупномасштабной структуры Вселенной.

3. В чем заключается смысл понятия «темная материя»?

Смысл понятия «темная материя» заключается в том, что это гипотетическая форма вещества, которая была введена для объяснения ряда астрофизических и космологических наблюдений, несовместимых с существующими теориями гравитации, если учитывать только видимую (барионную) материю.

Темная материя не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение (например, свет), что делает ее невидимой для прямых наблюдений в телескопы. Ее существование предполагается исключительно по гравитационному воздействию на видимое вещество.

Основные свидетельства в пользу существования темной материи:

1. Аномально высокие скорости вращения галактик. Звезды и газ на окраинах спиральных галактик вращаются вокруг галактического центра гораздо быстрее, чем предсказывает теория гравитации, исходя из массы всех видимых объектов (звезд, газа, пыли). Чтобы объяснить эту скорость, необходимо предположить наличие массивного невидимого гало из темной материи, создающего дополнительное гравитационное притяжение.

2. Гравитационное линзирование. Массивные скопления галактик искривляют свет от более далеких объектов, находящихся за ними. Изучая это искажение, можно рассчитать массу скопления. Оказывается, что масса, определенная по гравитационному линзированию, в несколько раз превышает массу видимого вещества в скоплении. Эта "скрытая масса" и есть темная материя.

3. Анизотропия реликтового излучения. Характер и амплитуда флуктуаций температуры реликтового излучения (космического микроволнового фона) зависят от состава ранней Вселенной. Космологические модели, которые наилучшим образом описывают наблюдаемый спектр флуктуаций, требуют наличия значительного количества темной материи, которая не взаимодействует со светом (в отличие от обычной материи).

4. Формирование крупномасштабной структуры Вселенной. Гравитации одного лишь барионного вещества недостаточно, чтобы за время существования Вселенной из первичных флуктуаций плотности образовались наблюдаемые структуры (галактики и их скопления). В моделях темная материя выступает в роли "гравитационного каркаса", на который "налипает" обычное вещество, что значительно ускоряет процесс структурообразования.

Ответ: Смысл понятия «темная материя» состоит в том, что это гипотетическая, невидимая форма материи, которая проявляет себя только через гравитационное взаимодействие. Она необходима для объяснения наблюдаемой скорости вращения галактик, эффектов гравитационного линзирования, характеристик реликтового излучения и для моделирования процесса формирования крупномасштабной структуры Вселенной.