III. Gravity and elements of astronomy. The student:
5) describes the Big Bang as the beginning of the Universe known to us; knows the approximate age of the Universe, describes the expansion of the Universe (the escape of galaxies).
One of the most widespread theories describing the origin and developmentdevelopmentdevelopment of our Universe is the Big BangBig BangBig Bang theory. According to it, the origin of the Universe took place at one point with infinite density and temperature. This is the point where the laws of physics known to us did not function, as well as the notions of time and space.
At first it was assumed that the Universe is static, but Hubble observed that all distant galaxies are moving away from us and that the faster they are further away.
The Big Bang theory describes the evolution of the Universe from its beginning to the present, assuming it is expanding all the time.
Definition: CosmologycosmologyCosmology is a science that deals with the structure and evolution of the Universe.
In the evolution of the Universe, the following cosmological epochs are distinguished:
- Planck epochepochepoch (duration: 0 to 10Indeks górny -43-43 s):
The first phase of the developmentdevelopmentdevelopment of the early Universe is called Planck epoch. It covered the time from 0 to 10Indeks górny -43-43 s. It is assumed that very high temperatures of the order of 10Indeks górny 3232 K prevailed. We cannot yet describe what this state was or what processes occurred in it.
The period between 10Indeks górny -43-43 s and 10Indeks górny -32-32 s is the time in which the size of the Universe has increased 10Indeks górny 2020 - 10Indeks górny 2626 times - this period is called the inflationary epochepochepoch. At the end of this stage, the Universe's space consisted of a hot and dense mixture of quarks, antiquarks and gluons as well as photons, electrons and positrons. The prevailing temperature is slightly lower - of the order of 10Indeks górny 27 Indeks górny koniec27 to 10Indeks górny 2828 K.
Definition: HadronshadronsHadrons - strong interacting elementary particles made of quarks and gluons. These include, for example, proton and neutron.
- Lepton epoch (duration: 10Indeks górny -4-4 to 10 s):
Definition: LeptonsleptonsLeptons - light elementary particles which include 6 particles and 6 corresponding neutrinos. Each of them has its own antiparticle. These are: electron, mion, tau, electron neutrinoneutrinoneutrino, mion neutrino, tau neutrino and corresponding antiparticles: positron (antielectron), antimion, antitau and antineutrinos.
Radiation epochepochepoch (duration: 10 s to approx. 100 million years):
The era of nucleosynthesis began - atomic nuclei of deuterium, tritium, and helium were created. It lasted about 4 minutes and it was at that time that the composition of the Universe was established (about 75% of protons and 24% of helium nuclei). Then the heavy nuclei could no longer be formed, because the temperature became too low for the helium nuclei to undergo fusion reactions and form heavier nuclei.
The further expansion of the Universe led to a decrease of temperature - protons and helium nuclei could be combined with electrons into neutral hydrogen and helium atoms. Radiation was then created which at the moment we observe as a relic radiation - cosmic microwave background radiation.
- Galactic epoch (duration: 100 million years - up to now / probably 13,7 billion years):
The era of the formation of stars took place (about 100 million years), which then began to merge into galaxies (about 500 million years). The Sun and the Solar System were created around 4,6 billion years ago.
Teoria Wielkiego Wybuchu opisuje możliwy scenariusz powstania Wszechświata. Obserwacje astronomiczne potwierdzają rozszerzanie się Wszechświata oraz pozwalają określić jego wiek. Obecny stan wiedzy nie pozwala jednak na znalezienie jednoznacznej odpowiedzi, jak wyglądał absolutny początek Wszechświata.
Następnym etapem było łączenie się kwarków w protony i neutrony, a gdy Wszechświat istniał jedną sekundę, a jego temperatura obniżyła się do 5 mld kelwinów, nastąpiły procesy anihilacji elektronów i pozytonów (po zetknięciu się elektronu i pozytonu obie cząstki znikają, a zamiast nich pojawiają się dwa fotony promieniowania gamma), w wyniku czego zwiększyła się liczba fotonów.
m5c57fcf8346471b2_1528449000663_0
Teoria Wielkiego Wybuchu i etapy rozwoju Wszechświata
m5c57fcf8346471b2_1528449084556_0
Trzeci
m5c57fcf8346471b2_1528449076687_0
III. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:
5) opisuje Wielki Wybuch jako początek znanego nam Wszechświata; zna przybliżony wiek Wszechświata, opisuje rozszerzanie się Wszechświata (ucieczkę galaktyk).
m5c57fcf8346471b2_1528449068082_0
45 minut
m5c57fcf8346471b2_1528449523725_0
Opisuje teorię Wielkiego Wybuchu.
m5c57fcf8346471b2_1528449552113_0
1. Wymienia etapy rozwoju Wszechświata.
m5c57fcf8346471b2_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia, czym jest teoria Wielkiego Wybuchu,
- opisuje etapy rozwoju Wszechświata.
m5c57fcf8346471b2_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
m5c57fcf8346471b2_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
m5c57fcf8346471b2_1528450127855_0
Uczniowie przypominają prawo Hubble’a.
Przypomnij prawo Hubble’a dotyczące ucieczki galaktyk.
m5c57fcf8346471b2_1528446435040_0
Nauczyciel wprowadza ideę teorii Wielkiego Wybuchu.
Jedną z najbardziej rozpowszechnionych teorii opisujących powstanie i rozwój naszego Wszechświata jest teoria Wielkiego Wybuchu. Według niej początek Wszechświata miał miejsce w jednym punkcie mającym nieskończoną gęstość i temperaturę. Jest to punkt, gdzie nie działały znane nam prawa fizyki, jak również nie istniały pojęcia czasu i przestrzeni.
Na początku przyjmowano, że Wszechświat jest statyczny, jednak Hubble zaobserwował, że wszystkie odległe galaktyki oddalają się od nas i to tym prędzej im bardziej są oddalone.
Teoria Wielkiego Wybuchu opisuje ewolucję Wszechświata od jego początku do chwili obecnej, przyjmując, że cały czas się on rozszerza.
Definicja: Kosmologia - to nauka zajmująca się budową i ewolucją Wszechświata.
W ewolucji Wszechświata wyróżnia się ery kosmologiczne:
Era Plancka (czas trwania: 0 do 10Indeks górny -43-43 s):
Pierwsza faza rozwoju wczesnego Wszechświata to tzw. Era Plancka. Obejmowała ona czas od 0 do 10Indeks górny -43-43 s. Zakłada się, że panowały bardzo wysokie temperatury rzędu 10Indeks górny 3232 K. Nie umiemy jeszcze opisać, jaki był to stan ani jakie procesy w nim zachodziły.
Era hadronowa (czas trwania: 10Indeks górny −43−43 do 10Indeks górny -32-32 s):
Okres pomiędzy 10Indeks górny −43−43 s a 10Indeks górny -32-32 s to czas, w którym rozmiary Wszechświata powiększyły się 10Indeks górny 2020 - 10Indeks górny 2626 razy – ten okres nazywamy erą inflacyjną. Po zakończeniu tego etapu przestrzeń Wszechświata składała się z gorącej i gęstej mieszaniny kwarków, antykwarków i gluonów oraz fotonów, elektronów i pozytonów. Panująca temperatura jest nieco niższa – rzędu 10Indeks górny 2727 to 10Indeks górny 2828 K.
Definicja: Hadrony - silnie oddziałujące cząstki elementarne, zbudowane z kwarków oraz gluonów. Należą do nich np. proton i neutron.
Era leptonowa (czas trwania: 10Indeks górny -4-4 do 10 s):
Następnym etapem było łączenie się kwarków w protony i neutrony, a gdy Wszechświat istniał jedną sekundę, a jego temperatura obniżyła się do 5 mld kelwinów, nastąpiły procesy anihilacji elektronów i pozytonów (po zetknięciu się elektronu i pozytonu obie cząstki znikają, a zamiast nich pojawiają się dwa fotony promieniowania gamma), w wyniku czego zwiększyła się liczba fotonów.
Definicja: Leptony - lekkie cząstki elementarne, do których należy 6 cząstek i 6 odpowiadających im neutrin. Każda z nich ma swoją antycząstkę. Są to: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina.
Era promieniowania (czas trwania: 10 s do ok. 100 mln lat):
Rozpoczęła się era nukleosyntezy – powstawały jądra atomowe deuteru, trytu, helu. Trwała około 4 minut i właśnie wtedy ustalił się skład Wszechświata (około 75% protonów i 24% jąder helu). Potem jądra ciężkie nie mogły już powstawać, gdyż temperatura stała się zbyt niska, aby jądra helu mogły się łączyć i tworzyć cięższe jądra.
Dalsze rozszerzanie się Wszechświata prowadziło do obniżenia temperatury – protony i jądra helu mogły się łączyć z elektronami w obojętne atomy wodoru i helu. Powstało wtedy promieniowanie, które w tej chwili obserwujemy jako promieniowanie reliktowe – mikrofalowe promieniowanie tła.
Era galaktyczna (czas trwania: 100 mln lat – do teraz/przypuszczalnie 13,7 mld lat):
Nastąpiła era formacji gwiazd (ok. 100 mln lat), które następnie zaczęły łączyć się w galaktyki (ok. 500 mln lat). Słońce i Układ Słoneczny powstały ok. 4,6 miliardów lat temu.
Średnia temperatura w Kosmosie wynosi T = 2,725 K.
[Grafika interaktywna]
m5c57fcf8346471b2_1528450119332_0
Teoria Wielkiego Wybuchu opisuje możliwy scenariusz powstania Wszechświata. Obserwacje astronomiczne potwierdzają rozszerzanie się Wszechświata oraz pozwalają określić jego wiek. Obecny stan wiedzy nie pozwala jednak na znalezienie jednoznacznej odpowiedzi, jak wyglądał absolutny początek Wszechświata.