Планковская длина и объем – все о космосе

Планковские единицы

Эти величины были обнародованы Планком 18 мая 1899 года. Учёный предложил систему «естественных единиц измерений», которая была основана на четырёх универсальных постоянных:

  • Скорость света
  • Гравитационная постоянная
  • Постоянная Планка
  • Постоянная Больцмана

Планковская длина

В Международной системе единиц (СИ) значение такого параметра определено примерно в 1,6 . 10-35 м. В эту естественную единицу вошли фундаментальные константы: скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная. Наблюдаемая Вселенная имеет приблизительный радиус, равный 4,6 .1061 планковских длин. 

Планковское время

Эта единица имеет размерность времени и состоит из произведения фундаментальных констант. В физическом смысле – это время, необходимое частице, двигающейся со скоростью света, на преодоление планковской длины. Результатом Большого взрыва стало расширение пространства-времени из бесконечно малой точки.

По прошествии одной такой единицы времени, гравитационные силы начинают отделяться от всех остальных сил. То время, что прошло после Большого взрыва, определяется в параметре 4,3 . 1017 с, что равно 8 .1060 планковских времён.

На нынешний момент минимальный отрезок времени, доступный наблюдению, составил около аттосекунды, или 1026 величин времени Планка.

Планковская температура

Для современной физической теории невозможна величина температуры выше планковского значения.

 При параметрах больших энергия частиц увеличивается так сильно, что связывающие их силы сравниваются с остальными взаимодействиями.

Такую температуру имела Вселенная в планковское время после Большого взрыва. Значение её непредставимо – 1,41679(11) . 1032 К (141 нониллион 679 октиллионов кельвинов).

Планковская масса

Планковская масса — величина минимальной массы чёрной дыры или максимально тяжелой элементарной частицы. Эта величина выделяется из других единиц Планка тем, что масштаб её более понятен. Поскольку значение её 2,176 . 10-8 кг (дли физики элементарных частиц – 2,43 .

 1018 ГэВ/с2), она подходит для взвешивания ощутимых объектов. Например, блоха будет иметь массу в пределах от 4000 до 5000 планковских масс. Предложена гипотетическая частица, наделённая подобной массой – максимон. Такие частицы могут обладать электрическим зарядом, а могут оставаться нейтральными.

Внутренняя температура их может быть предельно большой, или же они могут оставаться холодными.

Планковский заряд

Эта единица является одной из основных в планковской системе. Она выражается количеством электрического заряда, который определён терминами фундаментальных констант. Значение этой единицы 1,87554 . 10-18 кулон. Этот заряд по модулю превышает заряд электрона примерно в 11,706 раза.

Планковская плотность

За единицу плотности в этой системе принята плотность Вселенной по завершении планковской эпохи после Большого взрыва. Величина этого параметра огромна. Она сопоставима с 1023 масс Солнца, которые сжали в пространстве до размера ядра атома. Это значение является предельной плотностью для материи.

Планковская эпоха

С именем Планка связаны многие величины и законы. В частности, физическая космология называет его именем эпоху самого раннего периода истории наблюдаемой нами Вселенной.

Этот непродолжительный период, по теоретическим предположениям, продолжался в течение планковского времени, имеющего значение от 0 до 10-43секунд. В эту эпоху – около 13,8 млрд. лет назад – всё вещество Вселенной обладало энергией порядка 1019 ГэВ и было сосредоточено в одной точке.

Радиус этой точки имел значение ~10−35 м, плотность ~1097 кг/м3, а температура ~1032 К. Поскольку размеры Вселенной были исключительно малы, случилось преобладание квантовых эффектов гравитации над физическими взаимодействиями. Невероятные значения температуры и плотности делали вещество неустойчивым.

Произошло нарушение симметрии, что привело к проявлению фундаментальных сил – гравитационное воздействие отделилось от других фундаментальных взаимодействий.

Постоянная Планка

Постоянная (квант действия) считается основной константой квантовой теории. Она является коэффициентом, связывающим количество энергии кванта электромагнитного излучения и его частоту. Это же справедливо для любых линейных колебательных физических систем и их частот.

Параметр этой постоянной переопределён в 2011 году, и теперь она имеет значение 6,62606Х . 10-34 Дж.с. Символ «Х» поставлен вместо одной или нескольких значимых цифр, которые определятся в дальнейшем с большей точностью.

 Предназначением постоянной Планка является связывание двух систем единиц – квантовой и традиционной.

Планковские чёрные дыры

Этот тип чёрной дыры пока гипотетичен, но если они существуют, минимальная масса их должна быть равна планковской массе. Этот объект соответствует предполагаемому максимону, частице с такой же массой.

Вероятно, что эта гипотетическая чёрная дыра – конечный продукт жизни обычной чёрной дыры. Она должна быть стабильна и не иметь излучения Хокинга. Плотность такого объекта будет выражаться значением порядка 1094 кг/м3 .

Такие масштабы физики станет описывать квантовая гравитация, если учёные смогут разработать надлежащие теории.

На границе XX и XXI веков началась революция перехода метрологии в квантовую стадию. Она не в полном объёме основана на планковской системе, но всё-таки стоит на её фундаменте.

Именно планковские единицы являются определяющими для применения современных физических теорий. Вдумываясь в значения планковских величин, невольно пытаешься представить эти невероятные массы и расстояния, плотности и время.

Это очень сложно, практически нереально, но желание проникнуть в тайны природы всегда озаряло человеческую мысль…

Источник: http://light-science.ru/fizika/plankovskie-edinitsy.html

Перевести единицы: планковская длина [ℓP] километр [км] • Популярные конвертеры единиц • Длина и расстояние • Компактный калькулятор

1 планковская длина [ℓP] = 1,61604999999999E-38 километр [км]

Избранная статья

Космос огромен — поэтому космические расстояния измеряются не так, как это делается на Земле. В статье о длине и расстояниях мы говорили главным образом об измерении относительно небольших расстояний, которые не трудно себе представить.

Однако расстояния в космосе представить себе очень трудно из-за их огромной величины, а привычные метры и километры едва ли годятся для использования в космосе. Для измерения расстояний между планетами и галактиками вряд ли можно использовать измерительные приборы типа рулетки или линейки. Спутниковая навигация в космосе тоже не работает.

Поэтому для космоса придется ввести не только новые единицы измерения, но и новые методы измерения этих расстояний.

Измерения с помощью радиолокации

Одним из методов измерения расстояний в космосе является использование радиолокации, с помощью которой и определяется расстояние по времени, требуемому для того, чтобы электромагнитные волны прошли от одной точки до другой.

Самый простой способ — послать луч электромагнитной энергии (свет) в направлении объекта с отражающей поверхностью и измерить время, которое потребуется этому лучу для того, чтобы дойти до требуемого объекта, отразиться от его поверхности и вернуться назад.

Для этого используются лазеры или радиолокационные станции (РЛС), которые ленивые журналисты часто называют по-английски радарами. Именно так измеряется, например, расстояние от Земли до Луны.

Если известно время, в течение которого свет проходит измеряемое расстояние, его можно определить, умножая найденное время на скорость света, которая постоянна и приблизительно равна 300 000 000 м/с. Точное значение скорости света — 299 792 458 м/с.

Расположенная на Земле радиолокационная станция (РЛС) посылает СВЧ-излучение в сторону астрономического объекта, расстояние до которого нужно вычислить. Затем измеряется время, которое необходимо, чтобы сигнал достиг объекта и вернулся назад, к РЛС. Зная это время и скорость света в вакууме, можно определить расстояние, умножая скорость на время.

Использовать РЛС для этих измерений удобно не только для определения расстояния до нужного астрономического объекта, но и для оценки скорости изменения этого расстояния (ведь объекты во Вселенной движутся друг относительно друга!). Это, в свою очередь, полезно при слежении за перемещениями объектов в космосе, например, для оценки возможности столкновения астероида с Землей.

Этот метод ограничен астрономическими объектами, которые находятся на небольших расстояниях от Земли. Можно сказать, что он пригоден для объектов, находящихся в пределах Солнечной системы.

Это связано с тем, что радиосигнал ослабляется и рассеивается на больших расстояниях.

Кроме того, чем больше расстояние, тем больше должен быть объект для того, чтобы его могла «увидеть» радиолокационная станция.

В статье о длине и расстоянии мы уже обсуждали годичный звездный параллакс. Здесь мы кратко рассмотрим это явление, потому что именно параллакс используется для измерения расстояний в космосе. Параллакс — геометрические явление, используемое для определения расстояний.

Он хорошо выражен, если наблюдать объект с разных точек зрения относительно удаленного фона. Познать суть параллакса достаточно легко: вытяните перед собой палец или карандаш и закройте один глаз.

Отметьте насколько далеко этот палец от другого объекта (скажем, от дерева, если вы на улице, или от шкафа, если вы находитесь в помещении). Теперь закройте этот глаз и откройте другой.

Заметили, что палец или карандаш переместился относительно удаленного объекта? Это перемещение и является параллаксом.

Если проделать аналогичный эксперимент, удерживая палец ближе к глазам, можно заметить, что расстояние, на которое перемещается палец или карандаш относительно удаленного объекта, стало больше. Чем ближе палец к глазам, тем больше он сдвигается относительно удаленного объекта при рассматривании пальца обоими глазами. Понятно, что это явление можно использовать для измерения расстояния до объекта, в данном случае — пальца.

На этом рисунке два положения Земли обозначены голубыми кружками, а Солнце — оранжевое. А — реальное положение звезды, расстояние до которой необходимо измерить.

А2 и А3 — кажущиеся положения этой звезды с двух точек наблюдения относительно удаленной белой звезды DS. Р — параллактический угол.

Измеряемое расстояние между Солнцем и звездой, обозначенное оранжевой линией AS, равно одному парсеку, если угол Р равен одной дуговой секунде.

Более подробное математическое объяснение измерения расстояний с помощью параллакса приводится в статье о длине и расстоянии.

В общем случае, можно сказать, что расстояния следует измерять, когда Земля находится в двух противоположных точках ее орбиты вокруг Солнца (с интервалом в шесть месяцев, так как Земля делает один оборот вокруг Солнца за один год).

Читайте также:  Звезда альфа центавра — союз трёх - все о космосе

Мы используем известное расстояние от Земли до Солнца (точно измеренное и называемое астрономической единицей) и измерим угол, образованный линией, соединяющей Землю в точке первого измерения, звезду, расстояние до которой измеряется, и точкой, в которой находится Земля во время второго измерения.

Фактически, нам нужно знать только половину этого угла, которая называется параллактическим углом и обозначена на рисунке буквой P. Таким образом, имеется достаточно информации, чтобы рассчитать расстояние от Земли до звезды с помощью тригонометрических уравнений.

С помощью описанного метода можно измерить расстояние в различных единицах длины, но астрономы предпочитают парсек.

Один парсек — это расстояние от Солнца до рассматриваемой звезды, если параллактический угол равен 1 дуговой секунде.

Другой единицей длины является световой год (1 парсек = 3,26 светового года), однако эту единицу чаще используют журналисты. Астрономы предпочитают парсеки.

Четыре звезды имеют один и тот же размер, но расположены на разных расстояниях от нас. Звезда в положении 1 находится ближе всего, а звезда в положении 4 на максимальном удалении от нас.

В результате мы видим ближние к нам звезды как более яркие, а удаленные — как менее яркие.

Если известная их реальная яркость, можно сравнить ее с их кажущейся яркостью и, таким образом, узнать расстояние до них

Как и при радиолокационных измерениях, этот метод ограничен расстоянием, на которое удалена звезда. Если она слишком далеко (более 500 парсеков), то угол, который нужно измерить, слишком мал и измерить его практически невозможно. Поэтому для больших расстояний данный метод не работает.

Цефеиды

Для измерения расстояний в космосе можно использовать определенные типы звезд, называемых Цефеидами. Цефеида — пульсирующая звезда с точной зависимостью светимости (яркости) от периода пульсации. Чем больше этот период, тем выше яркость Цефеид.

Эта корреляция между периодом пульсации я светимостью хорошо известна и все Цефеиды ведут себя одинаково. Поэтому, если известен период пульсации, который несложно наблюдать, можно измерить светимость звезды. Мы знаем, что чем дальше звезда, тем меньше ее яркость.

Таким образом, если сравнить реальную яркость с кажущейся, можно определить расстояние до звезды.

Пульсация цефеид обусловлена их сжатием и расширением. При этом их яркость изменяется, и для определения периода нужно измерить время между точками с максимальной яркостью.

Ядро звезды не изменяет размеры, однако их внешние газовые слои расширяются и сжимаются вследствие флуктуаций давления газа в этих слоях.

Сжатие и расширение происходит за счет двух сил: гравитационного притяжения, которое приводит к сближению молекул газа в направлении центра звезды, и давления газа, которое приводит к расширению внешнего слоя.

Схематическое изображение пульсирующей Цефеиды с периодом в два дня. Пики светимости 1 декабря 2010 г., когда звезда начинает постепенно терять яркость. 2 декабря яркость минимальная. Затем звезда снова достигает максимальной светимости 3 декабря и уменьшает светимость 4 декабря и так далее

Когда звезда находится в сжатом состоянии, ее фотоны имеют высокую энергию и в результате давление повышается, что приводит к расширению внешней оболочки звезды. Когда это давление падает и становится меньше гравитационных сил, сжимающих оболочку, звезда сжимается. Затем процесс повторяется.

Цефеиды можно использовать для измерения расстояний до 40 миллионов парсеков, то есть намного больших, чем позволяет метод параллакса. Недостаток метода — цефеиды не так уж часто встречаются.

Сверхновая типа Ia

Еще одним стандартным измерителем расстояния являются сверхновые типа Ia. Идея аналогичная использованию Цефеид: при известной реальной светимости сверхновой в момент взрыва, когда яркость максимальна, можно сравнить ее с видимой яркостью звезды и, таким образом, определить насколько далеко она от нас.

Именно эта категория сверхновых интересует нас в связи с тем, что они наиболее хорошо изучены, а их поведение предсказуемо, поэтому максимальная светимость во время взрыва хорошо известна.

Эти взрывы происходит с двумя астрономическими объектами — с белыми карликами и еще одним белым карликом или со звездой-гигантом.

Белый карлик представляет собой звезду очень высокой плотности в конце ее жизненного цикла, когда эта звезда «всасывает» материю находящихся рядом звезд (в нашем случае — второй звезды) до тех пор, пока не взорвется. Эти взрывы сверхновых позволяет измерять расстояния до галактик, в которых они находятся.

Другие методы измерения расстояний

Имеется еще несколько методов измерения расстояний в космосе. Один из них основан на предположении, что вселенная расширяется с известной скоростью. Если известна скорость, с которой галактики удаляются от нашей галактики, то с помощью закона Хаббла можно рассчитать насколько далеко они от нас.

Закон Хаббла гласит, что расстояние до галактики равно скорости галактики, деленной на постоянную Хаббла, которая является известной константой. Скорость галактики можно определить, изучая спектр галактики, а затем, учитывая эффект Доплера, можно определить расстояние.

Эффект Доплера, более известный в астрономии как смещение Доплера — это изменение частоты электромагнитного излучения (в нашем случае — света), излучаемого объектом, который движется относительно наблюдателя.

При движении в сторону от наблюдателя этот спектр сдвигается в сторону низких частот, то есть в красную сторону, причем степень сдвига зависит от скорости удаления галактики. По смещению можно рассчитать скорость, а затем вычислить расстояние.

Источник: https://www.translatorscafe.com/unit-converter/RU/length/86-7/%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%B4%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B0-%D0%BA%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80/

Какая самая маленькая частица во Вселенной существует

Ответ на непрекращающийся вопрос: какая самая маленькая частица во Вселенной   эволюционировал вместе с человечеством.

Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг нас. Затем был обнаружен атом, и он считался неделимым, пока он не был расщеплен, чтобы выявить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже не оказались самыми маленькими частицами во Вселенной, так как ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.

И даже если кварки и электроны неделимы ученые не знают, являются ли они наименьшими битами материи в существовании или если Вселенная содержит объекты, которые являются еще более мелкими.

Самые мельчайшие частицы Вселенной

Они бывают разных вкусов и размеров, некоторые имеют удивительную связь, другие по существу испаряют друг друга, многие из них имеют фантастические названия: кварки состоящие из барионов и мезонов, нейтроны и протоны, нуклоны, гипероны, мезоны, барионы, нуклоны, фотоны и т.д.

Бозон Хиггса

Бозон Хиггса, настолько важная для науки частица, что ее называют «частицей Бога». Считается, что она определяет массу всем другим. Элемент был впервые теоретизирован в 1964 году, когда ученые задавались вопросом, почему некоторые частицы более массивны, чем другие.

<\p>

Бозон Хиггса связан с так называемым полем Хиггса который, как полагают, заполняют Вселенную. Два элемента (квант поля Хиггса и бозон Хиггса), ответственны за то, чтобы дать другим массу. Названа в честь шотландского ученого Питера Хиггса.   С помощью  адронного коллайдера 14 марта 2013 г.

официально объявлено о подтверждении существования Бозона Хиггса.

Многие ученые утверждают, что механизм Хиггса разрешил недостающую часть головоломки, чтобы завершить существующую «стандартную модель» физики, которая описывает известные частицы.

Бозон Хиггса принципиально определил массу всему, что существует во Вселенной.

Кварки

 Кварки (в переводе бредовые) строительные блоки протонов и нейтронов. Они никогда не одиноки, существуя только в группах. По-видимому, сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием, поэтому чем дальше, тем труднее их будет разнять. Поэтому свободные кварки никогда не существуют в природе.

Кварки фундаментальные частицы являются бесструктурными, точечными размером примерно 10−16 см.

Например, протоны и нейтроны состоят из трех кварков, причем протоны содержат два одинаковых кварка, в то время как нейтроны имеют два разных.

Суперсимметричность

Известно, что фундаментальные «кирпичики» материи фермионы  это кварки и лептоны, а хранители силы бозоны это фотоны, глюоны. Теория суперсимметрии говорит о том, что фермионы и бозоны могут превращаться друг в друга.

Предсказываемая теория утверждает, что для каждой известной нам частицы есть родственная, которую мы еще не обнаружили. Например, для электрона это селекрон, кварка — скварк, фотона –фотино, хиггса — хиггсино.

Почему мы не наблюдаем этой суперсимметрии во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее, чем их обычные родственные частицы и чем тяжелее, тем короче их срок службы.

По сути, они начинают разрушаться, как только возникают.

Создание суперсимметрии требует весьма большого количества энергии, которая только существовала вскоре после большого взрыва и возможно может быть создана в больших ускорителях как большой адронный коллайдер.

Что касается того, почему симметрия возникла, физики предполагают, что симметрия, возможно, была нарушена в каком-то скрытом секторе Вселенной, который мы не можем видеть или касаться, но можем чувствовать только гравитационно.

Нейтрино

Нейтрино легкие субатомные частицы, которые свистят везде с близкой скоростью света. На самом деле, триллионы нейтрино текут через ваше тело в любой момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей.

Некоторые нейтрино происходят от солнца, в то время как другие от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли и астрономическими источниками, такими как взрывающиеся звезды на Млечном пути и другие далекие галактики.

 Считается, что все нормальные частицы имеют антивещества с одинаковой массой, но противоположным зарядом. Когда материя и антивещество встречаются, они уничтожают друг друга. Например, частица антиматерии протона является антипротоном, в то время как партнер антиматерии электрона называется позитроном. Антивещество относится к самым дорогим веществам в мире которые смогли определить люди.

Читайте также:  Возможна ли жизнь на меркурии? - все о космосе

Гравитоны

В области квантовой механики все фундаментальные силы передаются частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами, которые несут электромагнитную силу.

Точно также гравитон является теоретической частицей, которая несет в себе силу гравитации.

Ученым еще предстоит обнаружить гравитоны, которые сложно найти, потому что они так слабо взаимодействуют с веществом.

Нити энергии

В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, действуют как одиночные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Поскольку нельзя приблизиться бесконечно близко к точке, так как действующие силы, могут стать бесконечно большими.

Идея под названием теория суперструн может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы, вместо того, чтобы быть точечными, на самом деле являются маленькими нитями энергии. Тоесть все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и мембран энергии.

Ничто не может быть бесконечно близко к нити, потому что одна часть всегда будет немного ближе, чем другая. Эта «лазейка», похоже, решает некоторые из проблем бесконечности, делая идею привлекательной для физиков.

Тем не менее, у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.

Другой способ решения точечной проблемы — сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из дискретных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной структурой. В этом случае две частицы не смогут бесконечно приближаться друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером зерна пространства.

Точка черной дыры

Еще одним претендентом на звание самая маленькая частица во Вселенной   является сингулярность (единственная точка) в центре черной дыры.

Черные дыры образуются, когда вещество конденсируется в достаточно маленьком пространстве, которое захватывает гравитация, заставляя вещество втянуть вовнутрь, в конечном итоге конденсируясь в единую точку бесконечной плотности. По крайней мере по действующим законам физики.

Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными. Они считают, что эта бесконечность является результатом внутреннего конфликта между двумя действующими теориями — общей теорией относительностью и квантовой механикой. Они предполагают, что когда теория квантовой гравитации может быть сформулирована, истинная природа черных дыр будет раскрыта.

Планковская длина

Нити энергии и даже самая маленькая частица во Вселенной   может оказаться размером с «длину планка».

Планковская длина – «естественная единица» измерения длины, которая была предложена немецким физиком Максом Планком.

Длина Планка слишком мала для любого инструмента, чтобы измерить, но помимо этого, считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеримой длины. Согласно принципу неопределенности, ни один инструмент никогда не должен быть в состоянии измерить что-либо меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная вероятностная и неопределенная.

Эта шкала также считается разграничительной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.

Планковская длина соответствует расстоянию, где гравитационное поле настолько сильно, что оно может начать делать черные дыры из энергии поля.

Выводы

Со школьной скамьи было известно, что самая маленькая частица во Вселенной электрон имеет отрицательный заряд и очень маленькую массу, равную 9,109 х 10 — 31 кг, а классический радиус электрона составляет 2,82 х 10-15 м.

Однако физики уже оперируют с самыми маленькими частицами во Вселенной планковского размера который равняется примерно 1,6 х 10−35 метров.

Источник: http://v-nayke.ru/?p=11445

Первая секунда Вселенной

К.C. Грамматикати

Введение

    Этот реферат повествует об истории развития Вселенной с самых первых моментов ее существования. Для начала стоит определиться с временными масштабами, о которых пойдет речь.
    На Рис.1 изображена схема ветвления частиц и сил по мере удаления от момента большого взрыва. Эта схема обобщает все этапы, о которых пойдет речь ниже.

Рис. 1

    Стоит отметить, что шкала времени измеряется в секундах. Казалось бы – не самый подходящий масштаб для описания истории Вселенной. Однако, это не так, ведь большинство описываемых событий произойдут именно в первую секунду.

Как видно из рисунка, возраст Вселенной порядка 1017с, тем не менее, ученые могут довольно уверенно сказать, что произошло вплоть до 10-15с от момента Большого Взрыва и имеют достаточно правдоподобные теории вплоть до 10-43с – наименьшего временного отрезка согласно современным теориям.

Таким образом, масштаб, равный одной секунде, ближе к времени жизни Вселенной, нежели к наименьшему промежутку времени.

Основные процессы

    Стоит помнить две вещи о рождении Вселенной: начальное состояние было сильно конденсированным и горячим, впоследствии же Вселенная расширялась и охлаждалась; материя может быть создана из энергии в соответствии с уравнением Эйнштейна. Пусть эти два момента помогут нам объяснить Большой Взрыв.

Расширение и охлаждение

    Когда вы сжимаете газ, он нагревается. Ведь та же самая энергия должна содержаться в меньшем объеме, поэтому тепловое движение становится интенсивнее.
    Однако, если сжать газ достаточно сильно, то больше сжать его не получится – потребуется больше энергии, чем вы сможете обеспечить.

С Вселенной же такие ограничения не срабатывают – если включить обратную перемотку, то она будет сжиматься до размеров галактики, звезды, планеты, футбольного поля, атома, протона… И так будет продолжаться до т.н. Планковской длины 10-33см, что на 18 порядков меньше размеров протона.

Это наименьшая единица пространства, при длинах меньше известные законы физики не работают. Мы не знаем, что было, когда Вселенная была меньше и была ли она когда-нибудь вообще меньше. ОТО предполагает, что Вселенная может сжаться до точки нулевого размера и бесконечной плотности, называемой сингулярностью.

Но это, вероятно, означает, что в таких экстремальных условиях ОТО так же не будет работать. Есть основания полагать, что планковская длина – это действительно наименьшая возможная длина.
    Когда Вселенная сжалась до размеров 10-33см,ее температура была порядка 1032К.

К счастью для нас, она не осталась горячей и плотной, а начала расширяться и охлаждаться.

Рождение и уничтожение

    Поскольку мы состоим из вещества, мы и мыслим теми же категориями. Однако, вещество занимаем очень малую часть пространства – большая же его часть пуста. В среднем на один квадратный метр приходится один атом.

Но все это пространство заполнено фотонами – редкими высокоэнергичными от космического газа и звезд и ордами низкоэнергичных, оставшихся со времен рождения Вселенной. На каждый протон, нейтрон или электрон приходятся миллионы фотонов – следствие того, что в ранней Вселенной доминировал свет, а не вещество.

    Сегодня температура реликтового излучения достаточно низкая – 2.7К. Что же такое температура излучения? Это легко объяснить, если представить себе абсолютно черное тело, которое имеет тот же спектр. В нашем случае это АЧТ с температурой 2.7К. Нынешний фон настолько слаб, что почти незаметен.

Но так было не всегда – во времена Большого Взрыва эти фотоны были настолько мощны, что создавали вещество. Два энергичных фотона сталкивались, аннигилировали, и рождались частица и античастица, например электрон и позитрон.     Отсюда видно, что вещество и антивещество рождались в равных пропорциях.

Ранняя Вселенная представляла из себя суп из частиц, античастиц и фотонов, кроме того, в ней было примерное равенство между частицами (и античастицами) и фотонами.

    Т.к. чем больше массы надо произвести, тем больше нужно энергии, то, чем дальше мы погружаемся в прошлое, тем более тяжелые частицы можем увидеть. Например Х-бозонов теорий Великого объединения, или, может быть, тяжелых суперпартнеров суперсимметричных теорий.

Рождение Вселенной

Планковская эра: от нуля до 10-43с

    В начале… мы точно не знаем, что произошло. Есть теории, объясняющие, что происходило до 10-43с – планковского времени. Это, безусловно, слишком короткий отрезок времени, чтобы называться эрой.

Действительно, мы даже не знаем, имеет ли смысл говорить о временных промежутках, меньших планкосвкого времени.

    Единственное, что мы можем с уверенностью сказать, к концу планковской эры – планковскому моменту, гравитационное взаимодействие отделилось от остальных трех взаимодействий, которые были в т.н. группе Великого объединения.

Чтобы описать, что происходило раньше (если можно использовать слово «раньше»), нам нужна квантовая теория гравитации. Возможно, SUSY-теории или теории струн как раз то, что мы ищем, но они пока не получили экспериментального подтверждения. Пока оставим планковскую эру как маленький, но значительный пробел, который необходимо заполнить.

Характеристики:T = 1032К.

Эра Великого объединения: 10-43с – 10-35с

По сравнению с планковской эрой туман неизвестности потихоньку рассеивается. Между 10-43с и 10-35с во Вселенной действовали 2 силы – гравитация и сила Великого объединения. Поэтому это время и называется эрой Великого объединения.

Мы не можем сказать точно, какие из теорий верны, поэтому название немного вводит в заблуждение, но мы можем сказать, что либо сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие были единым целом, либо теории Великого объединения не верны.
    В то время Вселенная была очень горячей, хотя и остывала с 1032К до 1029К.

Пространство было заполнено газом из гравитонов и GUT-бозонов и не было никакого различия между лептонами и кварками. Частицы должны были представлять из себя какие-то гибриды.

Читайте также:  Самое узнаваемое созвездие — кассиопея - все о космосе

Характеристики: t = 10-43-10-35c; T = 1032-1029K; E = 1019-1016 ГэВ.

Инфляция: 10-35 – 10-32с

    Когда с момента Большого Взрыва прошло 10-35с, Вселенная остыла до 1029К. В этот момент произошло отделение сильного взаимодействия от электрослабого. Это нарушение симметрии, вероятно, происходило в разных частях Вселенной по-разному и с разными силами.

Возможно Вселенная разделилась на части, которые были отделены друг от друга стенками – дефектами пространства-времени. Там могли быть и другие дефекты, например космические струны или магнитные монополи. Но сейчас мы всего этого не видим из-за другого результата разделения GUT-силы – Инфляции.

    Когда силы разделились, по крайней мере в некоторых (в том числе и во всех видимых нам) частях Вселенной возник ложный вакуум. Энергия застряла на высоком уровне, заставляя пространство удваиваться каждые 10-34с. Т.о. произошло около 100 удвоений – это огромное количество.

Вселенная от квантовых масштабов перешла к размерам апельсина.
    Одна из причин, почему мы так мало знаем о Вселенной до инфляции, заключается в том, что инфляция очень сильно ее изменила или, как минимум, ту часть, в которой мы живем.

Даже если монополи или гибриды бы существовали в нашем регионе до инфляции, то после нее они поредели бы настолько, что обнаружить их было бы практически невозможно.

Адронная эра: 10-32 – 10-4с

    Когда Вселенная расширялась в результате инфляции, она быстро остывала. Когда инфляция закончилась, энергия ложного вакуума, которая была движущей силой, стала выделяться и конденсироваться в новые частицы и античастицы. Т.к.

сильное и электрослабое взаимодействия разделились, появилось два различных семейства частиц – кварки, которые чувствовали сильное взаимодействие, и лептоны, которые нет.
    Но новые частицы не взаимодействовали так, как сейчас.

Электрослабое взаимодействие все еще было единым целым, поэтому было мало различий между ароматами частиц – u и d, s и c, b и t кварки были более-менее взаимозаменяемы, как и электроны и нейтрино в каждом из поколений. Кварки различались по цветам, но температура все еще была слишком высока, чтобы они объединялись в адроны.

К тому же частицы и античастицы могли сталкиваться и аннигилировать. К счастью было небольшое нарушение симметрии между веществом и антивеществом – примерно 1 частица на тысячу миллионов, что сыграло важную роль в дальнейшем.

    Следующее крупное событие произошло на 10-10 секунде жизни Вселенной – температура упала настолько, что электрослабое взаимодействие разделилось на слабое и электромагнитное. При этом фотоны остались безмассовыми, а W и Z бозоны, а так же кварки и лептоны, приобретают массу. Т.о. появляются все 4 известных нам взаимодействия и все становится более знакомым.

    Начиная с 10-6с, с кварками произошли две вещи.     Во-первых, Вселенная остыла настолько, что тони начали поддаваться сильному взаимодействию и объединяться в бесцветные группы – адроны. Группы из трех частиц называются барионами, а из пары частица-античастица – мезонами. Самые легкие барионы – протон и нейтрон – появились как раз в это время.

    Во-вторых, энергия Большого Взрыва снизилась на столько, что уже не могла компенсировать аннигиляцию кварков и их производных. Тем не менее, они продолжали сталкиваться и аннигилировать, пока не осталась та самая 1 частица на тысячу миллионов, которой аннигилировать было не с кем. Лептоны же продолжали пополняться, что обеспечило им преимущество перед кварками.

Лептонная эра: 10-4 – 10с

    В начале лептонной эры вещество состояло из немногих протонов и нейтронов, окруженных морем лептонов. Но, т.к. Вселенная продолжала остывать, наступил момент, когда энергии нейтрино перестало хватать для рождения пар лептон-антилептон. Т.о. произошло отделение нейтрино. Нынешняя температура этих реликтовых нейтрино 1.

9К и их еще сложнее обнаружить, чем реликтовые фотоны.     Вслед за этим оставшиеся таоны и мюоны распадались в электроны, которые продолжали аннигилировать с позитронами, пока не остался тот самый дефект, созданный при инфляции. Т.к. полный заряд Вселенной сохраняется – количество электронов было равно количеству оставшихся протонов.

А электронные нейтрино присоединились в своим родственникам.

    Из-за того, что нейтрон немного тяжелее протона, процесс превращения его в протон доминировал над обратным. В результате этого, к окончанию лептонной эры протонов стало примерно в пять раз больше, чем нейтронов. А всего на одну частицу вещества приходилось по миллиарду фотонов, которые все еще были достаточно энергичными по нашим меркам.

    Так началась радиационная эра…

Источник: http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/bb.html

Фундаментальные (Планковские) Величины

Фундаментальные (Планковские) Величины.

“Хочу понять, соответствует

ли все это истине.”

А. Эйнштейн

Космология – наука о происхождении Вселенной пользуется специальной системой измерения М. Планка. Ее значения определены с помощью фундаментальных величин: постоянной Планка, гравитационной постоянной и скорости света.

         Вот некоторые из этих величин

         Единица длины        lp = 1.61*10-35 M                

         Единица времени  tp = 0.54*10-43 C

         Единица массы  mp = 2.18*10-8  кг  

Интересно, что в системе измерения Планка единица сопротивления имеет вполне определенную величину  rp = 0.34*10-8  c/м.Это величина обратная скорости света.

        Классическая физика называет эти величины фундаментальными и пользуется ими для характеристики процессов, происходящих при Большом Взрыве.

        Теория Большого Взрыва была создана трудами ученых А. Эйнштейна, А. Фридмана, Г. Гамова, Э. Хаббла. Согласно этой теории, расширение Вселенной является ее одним из основных свойств, и красное смещение в спектрах галактик говорит об их взаимном удалении друг от друга с увеличением скорости, которое продолжается с момента их возникновения.

        Современная физика утверждает, что фундаментальные величины присущи веществу в момент tp = 0.54*10-43 C,после Большого Взрыва, когда начали работать законы квантовой механики. При этом, радиус вещества был Rp = 3*10-35 м, его плотность составляла  ρp = 5*1096 кг/м3 , а температура была              Tp = 1032 K.

Теория интересная. Но возникает множество вопросов. Почему взяты только эти величины? Появляется желание продолжить этот ряд и поставить следующую величину, определенную Планком: mp = 2.18*10-8 кг.  Но ведь эта величина явно не вписывается в таблицу, построенную на идее Большого Взрыва.

Ведь масса вещества Вселенной, спрессованного до фундаментальной плотности, явно не может быть равной планковской массе! Вот, что об этом говорит профессор И.

Шкловский: “Конечно, очень трудно себе представить, что вся эта огромная масса, исчисляется совершенно фантастической цифрой – десять с пятьюдесятью нулями тонн – была втиснута в столь микроскопический объем.

И тем не менее – это факт! Затем, по неизвестной нам пока причине, 20 миллиардов лет назад, эта “точка” взорвалась. Взрыв был настолько чудовищный, что вещество, скрытое в ней, до сих пор разлетается в разные стороны с огромной скоростью”.

        В системе Планка времени соответствует планковская частота. Что она обозначает в теории Большого Взрыва? На какой физический процесс в этой теории может указывать планковское сопротивление? Такие вопросы можно продолжать. В теорию Большого Взрыва не вписываются и законы И. Кеплера.

У нас своя версия.

        Вашему вниманию предлагается еще один вариант нашей таблицы. Это “Таблица формул для определения фундаментальных (Планковских) величин”. Пользуясь величинами, которые получил М.

Планк, а по сути его системой, постулируем, что частица Планка не только движется со скоростью света, но и вращается с этой скоростью вокруг своей оси.

! В этом, и только в этом случае вращение планет вокруг Солнца и частицы Планка вокруг своей оси происходит по одним и тем же законам! В этом случае работают законы И. Кеплера, работает вся таблица.

        Предлагаемая таблица построена на базе всего двух измерений – М (метр), С (секунда). Это те величины, с помощью которых измеряется протяженность пространства и длительность периода, на фоне которых происходят любые события, каждый физический процесс.

На этом фоне определяются все другие физические величины. Таблицей мы разворачиваем пространство. Такое развернутое пространство решает вопрос качественного определения каждого параметра вращательного движения. В данном случае – это фундаментальные величины.

        Каждая формула таблицы состоит из двух исходных величин, которые ввел М. Планк:

  • – постоянная Планка – h
  • – скорость света – с

Надо отметить, что при применении системы М.С. в таблице, гравитационная и электрическая постоянные равны единице!

        При этом, каждая полученная величина в клеточках отличается от стоящей рядом по горизонтали – на величину радиуса вращения – длины Планка, по вертикали – на величину периода, деленному на два пи – время Планка. По диагонали слева – направо цифры в клеточках отличаются на величину скорости света.

        Таблица исключает систему измерения СИ, кстати, как и все другие системы. С применением этих систем, соотношения между величинами в клеточках нарушаются. Таблица работает (разговаривает) только при применении системы М.С.

        Существуя при расчетах вихря частицы Планка, отображая его законы вращения, фундаментальные величины имеют четкие, реальные значения, в протекающих физических процессах и могут служить масштабами при вычислении гравитационных и электрических взаимодействий.

        Мы можем заполнить формулами пустые клеточки таблицы. Но кто готов объяснить значение этих величин с точки зрения математики, физики и просто логики? Это задача науки.

Источник: https://AllAlternativeEnergy.com/fundamentalnye-plankovskie-velichiny

Ссылка на основную публикацию