Номер 8, страница 53, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Строение и эволюция вселенной. Глава VIII. Звёзды и галактики. Параграф 30. Галактики - номер 8, страница 53.

Условие.

8. Расскажите о Большом взрыве.

Решение.

Теория Большого взрыва — это ведущая космологическая модель, описывающая происхождение и эволюцию наблюдаемой Вселенной. Согласно этой теории, около 13,8 миллиардов лет назад вся Вселенная была сконцентрирована в чрезвычайно горячей и плотной точке, называемой космологической сингулярностью. С этого момента она начала непрерывно расширяться и остывать, что привело к формированию пространства, времени, материи и энергии в том виде, в котором мы их знаем сегодня. Важно понимать, что Большой взрыв — это не взрыв в привычном смысле в уже существующем пространстве, а расширение самого пространства-времени из начальной точки.

Основные этапы эволюции Вселенной

1. Планковская эпоха (до $10^{-43}$ с после Большого взрыва): Самый ранний момент, который может описать современная физика. Температуры и плотности были настолько экстремальными, что четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) были, предположительно, объединены в одно. Для полного описания этой эпохи требуется теория квантовой гравитации, которая ещё не создана.

2. Эпоха инфляции (примерно с $10^{-36}$ до $10^{-32}$ с): Сразу после планковской эпохи начался период сверхбыстрого, экспоненциального расширения пространства. За ничтожные доли секунды Вселенная увеличилась в размерах на гигантскую величину. Модель инфляции объясняет, почему Вселенная сегодня такая однородная в больших масштабах и почему её геометрия близка к плоской.

3. Образование элементарных частиц и нуклеосинтез (от $10^{-6}$ с до ~3 минут): По мере остывания Вселенной энергия начала превращаться в материю. Возникла горячая "каша" из элементарных частиц — кварк-глюонная плазма. Когда температура упала достаточно, кварки объединились, образовав протоны и нейтроны. В первые несколько минут происходил первичный нуклеосинтез: протоны и нейтроны сливались, образуя ядра лёгких элементов — в основном водорода (протия и дейтерия) и гелия-4, а также следовые количества лития.

4. Эпоха рекомбинации (около 380 000 лет): Вселенная продолжала остывать. Когда температура упала примерно до 3000 K, электроны смогли объединиться с атомными ядрами, образуя нейтральные атомы. До этого момента Вселенная была непрозрачной плазмой, в которой фотоны постоянно рассеивались на свободных электронах. После рекомбинации Вселенная стала прозрачной для света. Фотоны, которые были испущены в этот момент, до сих пор путешествуют по Вселенной и наблюдаются нами как реликтовое излучение.

5. Тёмные века и формирование структур (от 380 000 лет до ~1 млрд лет): После рекомбинации наступил период "тёмных веков", так как звёзд ещё не было. Под действием гравитации вещество (в основном тёмная материя и нейтральный газ) начало собираться в более плотные сгустки. В самых плотных областях со временем зажглись первые звёзды и начали формироваться первые галактики, которые своим излучением постепенно ионизировали окружающий газ, завершая тёмные века.

Наблюдательные доказательства теории Большого взрыва

1. Расширение Вселенной (Закон Хаббла): В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что далёкие галактики удаляются от нас, причём скорость их удаления пропорциональна расстоянию до них ($v = H_0 d$). Это явление, наблюдаемое как красное смещение в спектрах галактик, является прямым свидетельством расширения пространства.

2. Реликтовое излучение (Cosmic Microwave Background, CMB): Это микроволновое фоновое излучение, равномерно заполняющее всю Вселенную. Оно представляет собой "эхо" Большого взрыва — остывшее излучение эпохи рекомбинации. Его температура составляет около 2,7 Кельвина. Открытие реликтового излучения в 1965 году стало одним из самых весомых подтверждений теории.

3. Распространённость лёгких элементов: Теория предсказывает, что в результате первичного нуклеосинтеза ранняя Вселенная должна была состоять примерно на 75% из водорода и на 25% из гелия по массе. Эти предсказания точно соответствуют данным наблюдений состава самых старых звёзд и галактик.

4. Крупномасштабная структура Вселенной: Распределение галактик и скоплений галактик во Вселенной образует гигантскую "космическую паутину". Эта структура хорошо объясняется эволюцией небольших начальных флуктуаций плотности, которые "запечатлены" в реликтовом излучении, под действием гравитации на протяжении миллиардов лет.

Ответ: Теория Большого взрыва — это современная научная модель, описывающая происхождение Вселенной из чрезвычайно плотного и горячего состояния около 13,8 млрд лет назад с последующим её расширением и остыванием. Ключевые этапы включают инфляцию, образование элементарных частиц, первичный нуклеосинтез (создание водорода и гелия), рекомбинацию (появление реликтового излучения) и формирование звёзд и галактик. Теория подтверждается такими наблюдательными данными, как расширение Вселенной (закон Хаббла), существование реликтового излучения, соотношение лёгких элементов и крупномасштабная структура Вселенной.