Номер 1, страница 211, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 114. Современные методы исследования Вселенной. Повторим изученное - номер 1, страница 211.

Условие.

• Как устроена Вселенная?

Решение.

Общее строение и происхождение

Вселенная представляет собой всё существующее: пространство, время, материю и энергию во всех их формах. Согласно стандартной космологической модели, известной как теория Большого взрыва, наша Вселенная возникла примерно 13.8 миллиардов лет назад из чрезвычайно горячего и плотного состояния, называемого сингулярностью. С этого момента она непрерывно расширяется и остывает, что приводит к формированию всех наблюдаемых сегодня структур.

Ответ: Вселенная — это всё существующее пространство-время и его содержимое, возникшее около 13.8 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор постоянно расширяющееся.

Крупномасштабная структура

На самых больших масштабах Вселенная не является однородной. Распределение материи в ней напоминает гигантскую трёхмерную паутину, которую называют космической паутиной. Эта структура состоит из следующих элементов:

• Филаменты (нити): Длинные, волокнообразные структуры, состоящие из галактик, газа и тёмной материи. Они соединяют между собой более плотные области.

• Войды (пустоты): Огромные, практически пустые области пространства с очень низкой плотностью материи, которые разделяют филаменты.

• Сверхскопления галактик: Крупнейшие гравитационно-связанные структуры во Вселенной, расположенные в узлах космической паутины, где пересекаются филаменты. Наша галактика Млечный Путь является частью сверхскопления Ланиакея.

• Скопления и группы галактик: Более мелкие объединения, состоящие из десятков или тысяч галактик, удерживаемых вместе взаимной гравитацией.

• Галактики: Гравитационно-связанные системы, состоящие из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи.

Эта сложная структура сформировалась под действием гравитации из крошечных начальных неоднородностей плотности в ранней Вселенной.

Ответ: В крупных масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, называемую космической паутиной, состоящую из гигантских пустот (войдов), окруженных нитями (филаментами) из галактик и темной материи, на пересечении которых находятся сверхскопления галактик.

Состав Вселенной

Современные наблюдения показывают, что привычное нам вещество составляет лишь малую часть Вселенной. Её энергетический баланс распределяется следующим образом:

• Обычное (барионное) вещество: Это атомы, из которых состоят звёзды, планеты, газ и живые организмы. Оно составляет всего около 5% от общей массы-энергии Вселенной.

• Тёмная материя: Загадочная субстанция, которая не испускает и не поглощает свет, но участвует в гравитационном взаимодействии. Её существование подтверждается наблюдениями за движением звёзд в галактиках и поведением скоплений галактик. На её долю приходится около 27% Вселенной.

• Тёмная энергия: Гипотетическая форма энергии, равномерно распределённая в пространстве и обладающая отрицательным давлением. Считается, что именно она ответственна за ускоренное расширение Вселенной. Тёмная энергия составляет около 68% от всей массы-энергии Вселенной.

Ответ: Вселенная состоит примерно на 68% из тёмной энергии, на 27% из тёмной материи и лишь на 5% из обычного (барионного) вещества, из которого состоят звёзды, планеты и мы сами.

Фундаментальные законы и взаимодействия

Все процессы во Вселенной подчиняются фундаментальным физическим законам и управляются четырьмя известными типами взаимодействий:

1. Гравитационное взаимодействие: Самое слабое, но дальнодействующее. Оно отвечает за формирование крупномасштабной структуры Вселенной: планет, звёзд, галактик и их скоплений.

2. Электромагнитное взаимодействие: Действует между электрически заряженными частицами. Оно лежит в основе химии, оптики и электроники.

3. Сильное ядерное взаимодействие: Самое мощное, но короткодействующее. Оно удерживает протоны и нейтроны вместе в ядрах атомов.

4. Слабое ядерное взаимодействие: Отвечает за некоторые виды радиоактивного распада и процессы в недрах звёзд.

Ответ: Устройство и эволюция Вселенной определяются фундаментальными физическими законами и четырьмя взаимодействиями: гравитационным, электромагнитным, сильным и слабым ядерными.

Эволюция и будущее Вселенной

Вселенная динамична и постоянно эволюционирует. Её расширение, начавшееся с Большого взрыва, продолжается и в настоящее время. Более того, наблюдения показывают, что это расширение ускоряется под действием тёмной энергии. Скорость расширения характеризуется постоянной Хаббла $H_0$. Судьба Вселенной зависит от свойств тёмной энергии и средней плотности материи. Наиболее вероятные сценарии будущего:

• Большое замерзание (Тепловая смерть): Если расширение будет продолжаться вечно, Вселенная будет становиться всё холоднее и разреженнее. Звёзды погаснут, материя распадётся, и Вселенная достигнет состояния максимальной энтропии. Этот сценарий считается наиболее вероятным.

• Большой разрыв: Если отталкивающая сила тёмной энергии будет со временем нарастать, она в конечном итоге сможет преодолеть все остальные силы, разорвав галактики, звёзды, планеты и даже атомы.

• Большое сжатие: Если бы средняя плотность Вселенной была достаточно велика, чтобы гравитация остановила расширение и обратила его вспять, Вселенная начала бы сжиматься, закончив своё существование в огненной сингулярности. Данные наблюдений делают этот сценарий маловероятным.

Ответ: Вселенная эволюционирует от горячего и плотного начального состояния (Большой взрыв), постоянно расширяясь. Наиболее вероятным будущим является "Большое замерзание" — вечное расширение и остывание до состояния тепловой смерти.