Номер 1, страница 208, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 113. Рождение и эволюция Вселенной. Повторим изученное - номер 1, страница 208.

Условие.

• Как устроена наша Вселенная?

Решение.

Современная научная картина мира описывает устройство Вселенной на основе стандартной космологической модели, известной как модель ΛCDM (Лямбда-CDM). Она объясняет множество наблюдательных данных, от реликтового излучения до крупномасштабного распределения галактик. Устройство Вселенной можно описать с нескольких ключевых точек зрения.

Крупномасштабная структура

Если смотреть на Вселенную в самых больших масштабах, материя в ней распределена не равномерно, а образует гигантскую структуру, похожую на космическую паутину. Эта структура состоит из:

• Галактик: огромные системы, состоящие из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Наша галактика — Млечный Путь.
• Скоплений и сверхскоплений галактик: Галактики под действием гравитации собираются в группы (наша входит в Местную группу), скопления и сверхскопления.
• Филаментов (нитей) и стен: Сверхскопления выстраиваются в гигантские нити и стены, которые простираются на сотни миллионов световых лет.
• Войдов (пустот): Огромные области пространства, практически лишённые галактик и материи, которые разделяют филаменты и стены.

При этом, на ещё больших масштабах (свыше нескольких сотен мегапарсек) Вселенная выглядит однородной и изотропной, то есть одинаковой во всех точках и во всех направлениях. Это называется космологическим принципом.

Ответ: В больших масштабах Вселенная представляет собой "космическую паутину", состоящую из нитей и стен галактик, которые окружают гигантские пустоты (войды). На самых больших масштабах распределение вещества становится однородным.

Состав Вселенной

Вся масса и энергия во Вселенной делится на три основные компоненты, причём привычное нам вещество составляет лишь малую часть:

• Тёмная энергия (~68%): Это самая загадочная компонента. Считается, что она представляет собой свойство самого вакуума и отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Её природа до сих пор неизвестна.
• Тёмная материя (~27%): Это гипотетическая форма материи, которая не испускает и не отражает электромагнитное излучение (поэтому она "тёмная"), но участвует в гравитационном взаимодействии. Её существование объясняет аномально высокую скорость вращения галактик и формирование крупномасштабной структуры.
• Обычная (барионная) материя (~5%): Это всё, что мы можем видеть и из чего состоим: звёзды, планеты, газ, пыль, астероиды и все химические элементы таблицы Менделеева.

Ответ: Вселенная на 68% состоит из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи и лишь на 5% из обычной материи, из которой состоят звёзды, планеты и мы сами.

Происхождение и эволюция

Согласно теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла около 13,8 миллиарда лет назад из чрезвычайно горячего и плотного состояния. Основные этапы её развития:

1. Большой взрыв и инфляция: Момент рождения Вселенной, за которым последовал сверхбыстрый период экспоненциального расширения (инфляция).
2. Охлаждение и образование частиц: По мере расширения Вселенная остывала, что позволило сформироваться элементарным частицам, а затем протонам и нейтронам.
3. Первичный нуклеосинтез: В первые несколько минут существования образовались ядра лёгких элементов — водорода, гелия и лития.
4. Рекомбинация и реликтовое излучение: Примерно через 380 000 лет Вселенная остыла настолько, что электроны смогли объединиться с ядрами, образовав нейтральные атомы. С этого момента свет смог свободно распространяться в пространстве. Этот "первый свет" мы наблюдаем сегодня как космическое микроволновое фоновое (реликтовое) излучение.
5. Формирование структур: Под действием гравитации (в основном тёмной материи) вещество начало собираться в более плотные сгустки, из которых со временем образовались первые звёзды, галактики и вся крупномасштабная структура.
6. Ускоренное расширение: В настоящее время расширение Вселенной продолжается, причём оно ускоряется под действием тёмной энергии.

Ответ: Наша Вселенная родилась около 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва, с тех пор она непрерывно расширяется и остывает, что привело к формированию звёзд, галактик и других космических структур.

Геометрия Вселенной

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что пространство-время может быть искривлено массой и энергией. Существует три возможных варианта глобальной геометрии Вселенной:

• Закрытая (положительная кривизна): Похожа на поверхность сферы. Такая Вселенная конечна в объёме, но не имеет границ.
• Открытая (отрицательная кривизна): Похожа на поверхность седла. Такая Вселенная бесконечна.
• Плоская (нулевая кривизна): Подчиняется законам евклидовой геометрии. Такая Вселенная также бесконечна.

Современные наблюдения, в первую очередь анализ флуктуаций реликтового излучения, с высокой точностью показывают, что наша Вселенная является плоской. Это означает, что в больших масштабах для неё справедлива привычная нам геометрия.

Ответ: Наблюдаемая Вселенная имеет плоскую геометрию, что с большой вероятностью означает, что она бесконечна в пространстве.