ГлаваII. Темная материя

ГБПОУ «КЛТ»

Проект на тему:

«Вселенная и тёмная материя»

Выполнил: Якимов Николай Дмитриевич

Студент: СД-11

Г

Введение

Будучи студентом группы СД-11, я изучаю физику. Меня заинтересовала эта тема, так как квантовая физика на сегодняшний день актуальна и очень быстро развивается. Одними из главных проблем этого раздела физики является устройство вселенной, её происхождение и природа процессов проходящих в ней.

Вся вселенная состоит из материи и антиматерии (тёмной материи). Если живя среди материи мы накопили достаточно знаний о ней, то с тёмной материей дела обстоят совсем по-другому.

Темная материя не похожа ни на что, с тем, с чем мы, когда либо сталкивались на земле.

Миллиарды этих необычных частиц проходят сквозь все, с чем сталкиваются каждую секунду, они на столько огромны по весу, что оказывают влияние на галактики, на то, как они образуются и на, то, как быстро вращаются.

Невидимое присутствие темной материи есть везде, или это так, кажется? Ученые не доказали на прямую существование темной материи, есть много предположений, но нет ответов. А наблюдать за тем, что вы не можете видеть, не легко. Она не излучает свет и не поглощает его, она ни как не взаимодействует со светом вообще. Она не только не светится, мы не можем свободно увидеть ее во тьме. Но доказательства там. Наука знает это.

термин «тёмная материя» (фр. matière obscure), возможно, впервые использовал в 1906 году французский физик и математик Анри Пуанкаре, пытаясь понять какова масса галактики.

Темная материя, невидимая масса обладающая силой притяжения и способная влиять на скорость вращения галактик в их скоплении. Но его открытие в значительной степени было проигнорировано. Но люди не спешили с выводами, это было время, когда вселенная была как раз в начале изучения, это были 20 годы прошлого века, когда мы осознали что есть еще галактики помимо нашей. Но мы не знали тогда, были ли это галактики, звезды или пыль, которую мы не могли видеть, или это что-то принципиально другое.

Согласно Общей теории относительности, или хотя бы теории Общей гравитации Ньютона, все галактики притягивают друг друга. Это похоже на воздействие Солнца, на нашу Солнечную систему. Масса Солнца притягивает Меркурий сильнее, чем Плутон, поскольку Меркурий ближе к Солнцу. Тоже относится и к галактикам, и чем дальше тело от центра, тем дольше оно движется, что бы оставаться на своих орбитах. Однако ученые этого не наблюдали, их слова были подтверждены молодым ученым, Верой Рубин, 50 лет спустя. Она наблюдала кривые вращения галактик похожих на Млечный Путь. Она пришла к парадоксальным выводам. Даже от удаления от центра галактик, скорость газа и пыли в ней остается неизменным. Внешние части галактик вращаются настолько быстро, что они должны быть на много массивнее, иначе галактика разлетится на части. Единственное объяснение этого парадокса галактик, вращающихся в 10 раз быстрее, было предположение о наличии кольца невидимого вещества, окружающего галактику и сохраняющего ее ценность. В галактиках существовала темная материя. Она обладала достаточной массой, что бы сохранить скорость вращения. В этом и заключается актуальность темы моего индивидуального проекта.

Цель проекта: разобраться в устройстве мира.

Для того чтобы разобраться в вопросах мироустройства я ставлю перед собой следующие задачи:

1. Найти информацию о материи и антиматерии;

2. Сравнить их и выделить особенности каждой;

3. Сделать выводы по проделанной работе.

 

 

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Тёмная материя - это в астрономии и космологии, а также в теоретической физике — гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению.

А Вселенная - это квантовое пространство, заполненное небесными телами, по типу планет, квазаров, чёрных дыр и пульсаров. Вообще, вселенная неимеетвнятного понятия, так как она имеет десятки обозначений, как в науке, так и в философии. Самый рапрастранённый элемент во вселенной - водород, который образовался в момент Большого взрыва. Вселенная состоит из галактик - межзвёздного скопления, в одной из которых мы и находимся.

Они тесно взаимосвязаны, и процессы протекающие вокруг нас не могут обойтись без влияния обоих факторов.

Представляя Вселенную как весь окружающий мир, мы сразу делаем её уникальной и единственной. И вместе с этим лишаем себя возможности описать её в терминах классической механики: из-за своей уникальности Вселенная ни с чем не может взаимодействовать, она — система систем, и поэтому в её отношении теряют свой смысл такие понятия, как масса, форма, размер. Вместо этого приходится прибегать к языку термодинамики, употребляя такие понятия как плотность, давление, температура, химический состав.

Одной из проблем является неопределённость в значении постоянной Хаббла и её изотропии. Одна группа исследователей утверждает, что значение постоянной Хаббла флуктуирует на масштабах 10-20°[23]. Возможных причин этому явлению несколько:

1. Реальный физический эффект — в таком случае космологическая модель должна быть кардинально пересмотрена;

2. Стандартная процедура усреднения ошибок некорректна.

Это также ведёт к пересмотру космологической модели, но возможно, не такой значительной. В свою очередь, многие другие обзоры и их теоретическая интерпретация не показывают

анизотропии, превышающей локально обусловленную ростом неоднородности, в которую входит и наша Галактика, в изотропной в целом Вселенной.

 

 

ГЛАВАII. ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

Темная материя непохожа ни на что, с тем, с чем мы, когда либо сталкивались на земле.

Миллиарды этих необычных частиц проходят сквозь все, с чем сталкиваются каждую секунду, они на столько огромны по весу, что оказывают влияние на галактики, на то, как они образуются и на, то, как быстро вращаются.

Невидимое присутствие темной материи есть везде, или это так, кажется? Ученые не доказали на прямую существование темной материи, есть много предположений, но нет ответов. А наблюдать за тем, что вы не можете видеть, не легко. Она не излучает свет и не поглощает его, она ни как не взаимодействует со светом вообще. Она не только не светится, мы не можем свободно увидеть ее во тьме. Но доказательства там. Наука знает это.

Основные свидетельства существования тёмной материи:

Наблюдательные:

1. Кривые вращения галактик, демонстрирующие отсутствие убывания скорости вращения на периферии звёздных дисков. Наиболее простым объяснением этого эффекта является наличие у галактик массивных невидимых гало, дающих большой вклад в их массы.

2. Динамика и морфология галактик-спутников и шаровых скоплений возле массивных галактик. Анализ данных для нашей и других галактик подтвердил, что общая масса каждой галактики в несколько раз превышает суммарную массу её звёзд.

3. Динамика систем галактик от двойных галактик до галактических скоплений. Анализ лучевых скоростей их членов даёт характерный разброс скоростей галактик, что позволяет оценить полные массы этих систем. Таким образом выявлено, что тёмная материя присутствует на всех уровнях галактической иерархии, причём её доля растёт с увеличением масштаба: в двойных системах она превышает вклад видимой материи в разы, а в скоплениях галактик (состоящих из сотен и тысяч объектов) — в десятки-сотни раз.

4. Рентгеновское излучение горячего газа в гигантских эллиптических галактиках и их скоплениях. Температура и плотность газа может быть определена на основе энергии и потока рентгеновских лучей, затем можно рассчитать температуру газа (из термодинамики), что даёт возможность оценить массовый профиль всего скопления, опираясь на равновесие давления и гравитации. Многие из публикаций по работе рентгеновской орбитальной обсерватории «Чандра» основаны на этом подходе определения масс скоплений. В целом, в этих публикациях было показано отношение барионной массы к полной массе на уровне 12—15 %, что не сильно противоречит данным с орбитальной обсерватории Планка дающим оценку в районе 15,5—16 %[48]. Масса одних лишь звёзд и газа, согласно расчётам, недостаточна для удержания входящего в галактики и скопления горячего газа, если не учесть тёмную материю.

 

5. Гравитационное линзирование — отклонение света удалённых объектов гравитационным полем находящихся на его пути массивны скоплений, ввиду чего изображения более удалённых галактик, проецирующихся на некое наблюдаемое скопление, оказываются искажёнными (слабое гравитационное линзирование) или даже расщепляются на несколько «копий» (сильное гравитационное линзирование). По характеру этих искажений становится возможным восстановить распределение и величину массы внутри скопления независимо от наблюдений движения галактик самого скопления

6. Такие подсчёты были произведены для более чем десяти скоплений, и соотношение невидимой/видимой материи в целом соответствует другим методам измерения массы тёмной материи данных скоплений.