Номер 2, страница 217, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 115. Решение задач. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 217.

Условие.

• Загадки Вселенной.

Решение.

Изображение представляет собой заголовок темы "Загадки Вселенной". Это не конкретная задача, а широкая область, включающая в себя множество нерешенных вопросов в космологии и астрофизике. Ниже представлен развернутый ответ, освещающий некоторые из главных загадок.

Темная материя

Обычное вещество, из которого состоят звезды, планеты и мы с вами, составляет менее 5% от всей массы-энергии Вселенной. Около 27% приходится на так называемую темную материю. Астрономы пришли к выводу о ее существовании, наблюдая за движением звезд в галактиках и галактик в скоплениях. Гравитационные эффекты, которые они фиксируют, можно объяснить только наличием огромной дополнительной массы, которую мы не видим, поскольку она не испускает, не поглощает и не отражает свет или любое другое электромагнитное излучение. Главная загадка заключается в том, из чего состоит темная материя. Ученые предполагают, что это могут быть еще не открытые субатомные частицы, такие как вимпы (WIMP — слабо взаимодействующие массивные частицы) или аксионы, но экспериментального подтверждения этому пока нет.

Ответ: Загадка темной материи заключается в ее неизвестной природе и составе, несмотря на то, что ее гравитационное влияние является ключом к пониманию структуры и эволюции галактик и Вселенной в целом.

Темная энергия

Если темная материя своей гравитацией "собирает" Вселенную, то темная энергия, составляющая около 68% ее массы-энергии, действует в противоположном направлении. В конце 1990-х годов астрономы, изучая далекие сверхновые звезды, обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, как ожидалось, а, наоборот, ускоряется. Для объяснения этого феномена была введена концепция темной энергии — гипотетической формы энергии, равномерно распределенной в пространстве и обладающей отрицательным давлением (антигравитацией). Природа темной энергии — одна из величайших тайн современной физики. Является ли она "космологической постоянной", как предполагал Эйнштейн, или чем-то иным, пока неизвестно.

Ответ: Загадка темной энергии состоит в ее сущности: мы не знаем, что это за сила, которая заставляет Вселенную расширяться с ускорением, и почему она имеет именно такое значение.

Барионная асимметрия Вселенной

Согласно стандартной модели физики, при Большом взрыве должно было образоваться равное количество вещества и антивещества. Каждая частица (например, протон) имеет свою античастицу (антипротон) с той же массой, но противоположным зарядом. При столкновении частица и античастица аннигилируют, превращаясь в чистую энергию. Если бы они образовались в равных количествах, они бы полностью уничтожили друг друга, и Вселенная сегодня состояла бы лишь из фотонов. Однако мы наблюдаем мир, состоящий почти исключительно из вещества. Загадка заключается в том, почему возникла эта асимметрия: почему вещества оказалось немного больше, чем антивещества (примерно на одну частицу на миллиард), что позволило ему "выжить" после аннигиляции и сформировать все, что мы видим.

Ответ: Загадка барионной асимметрии заключается в необъяснимом преобладании вещества над антивеществом в наблюдаемой Вселенной, что противоречит предсказаниям о их симметричном рождении в момент Большого взрыва.

Проблема горизонта и плоской Вселенной

Вселенная удивительно однородна и изотропна в больших масштабах. Например, температура реликтового излучения, приходящего из противоположных частей неба, одинакова с точностью до сотых долей процента. Однако эти области в ранней Вселенной были настолько далеки друг от друга, что свет не успевал бы дойти от одной к другой, а значит, они не могли "договориться" об одинаковой температуре. Это называется проблемой горизонта. Кроме того, геометрия нашей Вселенной очень близка к плоской, что является крайне неустойчивым состоянием. Малейшее отклонение от идеальной плоскостности в прошлом должно было многократно усилиться за время расширения. Теория космологической инфляции (сверхбыстрого расширения на самых ранних этапах) предлагает элегантное решение этих проблем, но сама инфляция пока остается гипотезой без прямого экспериментального подтверждения.

Ответ: Загадка заключается в объяснении поразительной однородности и "плоскостности" Вселенной, что трудно согласовать с классической моделью Большого взрыва без введения дополнительных гипотез, таких как космическая инфляция.

Существование внеземной жизни и парадокс Ферми

Вопрос "одни ли мы во Вселенной?" является одной из самых фундаментальных загадок. С одной стороны, в нашей галактике сотни миллиардов звезд, и у многих из них есть планеты, в том числе и в "зоне обитаемости", где условия могут быть пригодны для жизни. Статистически кажется вероятным, что жизнь, в том числе разумная, должна была возникнуть где-то еще. С другой стороны, мы не наблюдаем никаких следов деятельности внеземных цивилизаций: ни радиосигналов, ни астроинженерных сооружений. Этот парадокс, сформулированный Энрико Ферми, звучит так: "Если разумных цивилизаций много, то где же они все?". Существует множество гипотез, пытающихся его разрешить: от уникальности жизни на Земле до предположения, что цивилизации самоуничтожаются или скрывают свое существование.

Ответ: Загадка заключается в полном отсутствии каких-либо наблюдаемых свидетельств существования внеземных цивилизаций, несмотря на высокую теоретическую вероятность их возникновения в нашей Галактике.