Номер 2, страница 214, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 114. Современные методы исследования Вселенной. Вопросы и задания - номер 2, страница 214.

Условие.

2. Почему для изучения процессов, происходивших в первые мгновения образования Вселенной, в настоящее время необходимо строить огромные установки для осуществления столкновений частиц высоких энергий?

Решение.

Для того чтобы изучать процессы, происходившие в первые мгновения существования Вселенной, необходимо воссоздать те экстремальные условия, которые тогда преобладали. Согласно современным космологическим моделям, сразу после Большого взрыва Вселенная была невероятно горячей и плотной. Температура и плотность энергии были настолько высоки, что привычное нам вещество (атомы, протоны и нейтроны) не могло существовать. Вместо этого Вселенная была заполнена так называемой кварк-глюонной плазмой — "супом" из фундаментальных частиц.

Прямое наблюдение этого периода невозможно, поскольку ранняя Вселенная была непрозрачна для света. Самое древнее электромагнитное излучение, которое мы можем зафиксировать, — это реликтовое излучение, появившееся лишь спустя примерно 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла.

Единственный способ исследовать физику первых мгновений — это воспроизвести условия сверхвысоких энергий в лаборатории. Именно для этой цели служат огромные ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер.

В этих установках частицы (например, протоны) разгоняются до скоростей, близких к скорости света. При столкновении таких частиц их колоссальная кинетическая энергия концентрируется в микроскопическом объеме. В соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии Эйнштейна, выраженным формулой $E=mc^2$, эта энергия превращается в новые частицы, в том числе те, которые существовали только в условиях ранней Вселенной. На очень короткое время в точке столкновения воссоздаются температура и плотность, аналогичные тем, что были через доли секунды после Большого взрыва.

Огромные размеры ускорителей необходимы по двум основным причинам:

1. Чтобы разогнать частицы до таких высоких энергий, требуется длинный путь ускорения. Чем больше радиус кольцевого ускорителя, тем до большей энергии можно разогнать частицы, используя мощные магниты для удержания их на траектории.
2. Для фиксации и анализа продуктов столкновения (тысяч новых частиц, разлетающихся во все стороны) требуются гигантские и очень сложные детекторы, которые по своим размерам могут сравниться с многоэтажным зданием.

Изучая результаты этих столкновений, физики получают данные о свойствах материи при экстремальных энергиях и могут проверять теории, описывающие рождение и раннюю эволюцию нашей Вселенной.

Ответ: Огромные установки для столкновений частиц высоких энергий необходимы для того, чтобы в лабораторных условиях на очень короткое время воссоздать экстремальные условия (сверхвысокие температуру и плотность), которые существовали в первые мгновения после Большого взрыва. Поскольку прямое наблюдение той эпохи невозможно, такие эксперименты являются единственным способом изучить фундаментальные законы физики, управлявшие Вселенной в самом начале ее существования, и проверить космологические теории.