Урок № 77. Тема урока Вселенная. Большой взрыв. Эволюция вселенной. Расширение Вселенной.
Цели урока: рассмотреть понятие о большом взрыве, создание Вселенной;
формировать познавательный интерес к физике и астрономии, привитие любви и уважения к достижениям науки; развитие любознательность, умение анализировать, самостоятельно формулировать выводы, развитие речи, мышления. Тип урока: изучение нового материала. Вид урока: комбинированный.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Актуализация знаний учащихся.
| Фронтальный опрос III.Изучение нового материала Известные нам законы физики начали действовать с момента tв= 10-43 с, когда стали существенными явления гравитации, квантования и релятивизма, характеризуемые соотношением гравитационной постоянной G, постоянной Планка ћ и скоростью света с, когда размеры Вселенной составляли Rв= 1031 м при плотности материи r в=1074–1094 г/см3 с температурой Тв = 1,3 × 1032 К. |
|
| При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р = - р× с2 породило явление взаимного отталкивания материальных объектов, обратное гравитации. Не имевшие ранее массы частицы материи, стремительно поглощали чудовищную энергию порождавшего их вакуума. Инфляционная Мини-Вселенная была чем-то похожа на раздувающийся воздушный шарик: расстояние между всеми точками поверхности равномерно увеличивалось потому, что между ними возникало, увеличивалось само пространство. Мини-Вселенная не расширялась в каком-то внешнем по отношению к ней пространстве: само пространство возникало, увеличивалось внутри нее, "раздвигало" ее границы. Энергия распада "ложного вакуума" к моменту tв = 10-36 с полностью выделилась в форме рождения частиц; инфляционное расширение Мини-Вселенной закончилась. |
|
| Сверхраскаленный "пузырь" Мини-Вселенной распался из-за внутренней нестабильности на множество мелких областей - метагалактик. По мере расширения Метагалактики уменьшалась плотность ее материи и энергия излучения, температура среды падала пропорционально расширению пространства. При дальнейшем расширении Метагалактики температура упала ниже 109 К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100 с с момента возникновения метагалактики закончилась аннигиляция ("вымирание") электронно-позитронных пар. |
|
| Возникновению и сохранению сгустков содействовало то, что при наличии отдельных уплотнений в разных точках пространства на каждый протон или нейтрон приходилось разное количество переносящих энергию фотонов. С понижением температуры и плотности среды уменьшалась вероятность образования новых "возмущений плотности", а старые сгустки продолжали рассасываться. |
|
| Через 1012 с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации - разделения вещества и излучения. Свидетель той поры - реликтовое излучение. За миллиарды лет расширения Метагалактики его температура понизилась с 4000 К до 2,725 К. |
|
| "Блины" массой до 1014 М стали зародышами протогалактических скоплений. В их недрах происходили разнообразные тепловые и гидродинамические процессы, приводившие к распаду ("дроблению") "блинов" на мелкие, отдельные, плотные облака газа массой 1010-1012 М, из которых образовались протогалактики, преобразовавшиеся в галактики на протяжении последующего миллиарда лет. Эволюция - изменения, происходящие в течение жизни звезды, включая ее рождение в межзвездной среде, истощение годного к использованию ядерного топлива и конечную стадию угасания.
Горение водорода в ядре продолжается до тех пор, пока не истощатся запасы топлива. В течение этой фазы звезда находится на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Здесь масштабы времени резко уменьшаются с увеличением массы. Для Солнца время жизни на главной последовательности составляет 10 млрд. лет (около половины которого уже прошло). Когда при исчерпании всего топлива горение водорода в ядре прекращается, в структуре звезды происходят фундаментальные изменения, связанные с потерей источника энергии. Звезда уходит с главной последовательности в область красных гигантов. Рост температуры и плотности в звёздном ядре ведёт к условиям, в которых может (в зависимости от массы) активироваться новый источник термоядерной энергии: выгорание гелия (тройная гелиевая реакция или тройной альфа-процесс), характерный для красных гигантов и сверхгигантов. При температурах порядка 108 K кинетическая энергия ядер гелия становится достаточно высокой для преодоления кулоновского барьера: два ядра гелия (альфа-частицы) могут сливаться с образованием нестабильного изотопа бериллия Be8: He4 + He4 = Be8.Большая часть Be8 снова распадается на две альфа-частицы, но при столкновении Be8 с высокоэнергетической альфа-частицей может образоваться стабильное ядро углерода C12: Be8 + He4 = C12 + 7,3 МэВ. |
IV.Закрепление материала
Каков эволюционный путь звезды с массой 1,7 солнечно и показать треки на диаграмме Г-Р.
V. Подведение итогов урока
Домашнее задание §12.2-12.3
Жизнь и разум во вселенной. Освоение космоса.
Цель: Рассмотреть современные достижения в изучении Вселенной и роль астрономии в нашей современной жизни. Проблемы внеземной цивилизации. Наши послания. НЛО и АЯ.Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение изученного
Фронтальный опрос
Изучение нового материала
Современный образованный человек должен знать о проблемах, стоящих перед человечеством и о способах решения этих проблем, о дальнейших перспективах развития общественных отношений, науки и техники, всей цивилизации в целом. По мнению большинства ученых, одним из наиболее перспективных средств и способов сохранения и развития цивилизации Земли является совершенствование астрономических знаний и космонавтики для привлечения ресурсов и возможностей космического пространства для выхода человечества из энергетического и экологического кризиса.
"Цивилизация – это общность разумных существ, использующих обмен информации, энергии, массы для выработки действий и средств, поддерживающих свою жизнь и прогрессивное развитие" (В.С. Троицкий). Или "Цивилизация – высокоустойчивое состояние вещества, способного собирать, абстрактно анализировать и использовать информацию для получения качественно новой информации об окружающем и самой себе, для самосовершенствования возможностей получения новой информации и выработки сохраняющих реакций. Степень развития цивилизации определяется объемом накопленной информации, программой функционирования и производством для реализации этих функций" (Н.С. Кардашов)
Ноокосмология - комплексная наука, возникшая на стыке основных естественных, общественных и технических групп наук и использующая их знания, познавательные методы и средства для исследования эволюции космических цивилизаций, в число которых входит земное человечество.
Основными проблемами ноокосмологии являются:
1) возникновение и развитие жизни, разума и космических цивилизаций на Земле и во Вселенной;
2) обнаружение и установление контакта с внеземными цивилизациями;
3) следствия контакта, влияние его на развитие цивилизаций и вопросы взаимосвязи и совместного развития космических цивилизаций (КЦ).
Исследования моделей возможной эволюции КЦ ведет к получению ценной информации о проблемах, встающих перед человечеством в ходе его дальнейшего развития.
Рост научно-технических, экономических, культурных и политических связей между отдельными народами и государствами, объединение человечества в единую земную цивилизацию, возникновение глобальных проблем, эффективное решение которых невозможно без объединенных усилий всех людей земного шара, возрастание необходимости и значимости краткосрочных и долгосрочных прогнозов обусловили необходимость создания ноокосмологии как науки о ноосфере, основные положения которой были разработаны В. И. Вернадским; в их число входят:
1) глобализм подхода, рассмотрение цивилизации как целостной, органически единой системы;
2) социальный принцип поведения;
3) экологический фактор.
Научными и научно-техническими предпосылками ее создания являлись успехи в развитии комплекса социологических наук - истории, экономики, социологии и т. д., естественно-математических наук - астрономии, физики, химии, биологии, математики (разработка системного анализа, синергетики, теории катастроф, термодинамики необратимых процессов и т.д.), создание космонавтики и ее растущая роль в решении глобальных проблем, появление реальных возможностей для вступления в контакт с внеземными цивилизациями.
В середине ХХ века земное человечество стало Космической цивилизацией (КЦ) - общество разумных существ, деятельность которых достигла космических масштабов.
Целью разумной деятельности КЦ является изучение, освоение и преобразование окружающего мира или самоперестройка, соответствующее своей структуры, характеристик и свойств для сохранения и повышения устойчивости своего существования и дальнейшего развития; приоритетные задачи развития могут неоднократно и значительно изменяться за время жизни КЦ. Большинство современных ученых считает, что в начале своего развития любая КЦ обязательно проходит технологическую стадию.
Эволюция КЦ носит антиэнтропийный характер и проявляет себя в усложнении и дифференциации внутренней, социальной, технологической и культурной структуры цивилизации. Способом и инструментом познания окружающего мира является наука, а практическим средством его и собственного преобразования - технология при общественном разделении труда, как одного из обязательных условий успешного освоения и использования высоких технологий.
Разработкой моделей возможного развития космических цивилизаций занимались, начиная с 60-х годов ХХ века, многие ведущие ученые мира и научно-исследовательские организации (Дж. Бернал, А. Д. Урсул, В. В. Казютинский, С. Лем, Л. В. Лесков, И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев, С.Ф. Лихачев и другие). Для построения моделей используются: экстраполяционный метод, основанный на изучении и прогнозировании наиболее общих тенденций развития земной цивилизации и системный подход, состоящий в изучении генеральных принципов строения, функционирования и эволюции сложных самоорганизующихся систем.
Предполагается, что к началу ХХI века скорость нарастания углекислого газа в атмосфере превзойдет его естественную убыль, среднегодовые температуры повысятся на 1,5 0С, усиливая глобальное потепление "нового климатического оптимума" и повышая уровень Мирового океана на 68 м, что вызовет затопление огромных территорий, на которых расположены десятки столиц и крупнейших городов планеты. Увеличивается абсолютная и относительная влажность воздуха, изменяется распределение осадков по районам Земли и временам года. Эти и многие другие формы воздействия цивилизации на все природные оболочки Земли не могут не вызвать тревоги за будущее человечества.
2000-й год считают, что земное человечество достигло максимального уровня жизненного развития, в дальнейшем ситуация станет ухудшаться.
Общая несбалансированная растущая перенаселенность земного шара с ростом производства и потреблением энергии, в отсутствие безотходных технологий при замкнутом характере развития цивилизации уже к 2020 году приведет к серии усиливающихся ресурсных и экологических катастроф с необратимыми последствиями.
2050-й год станет переломным. Загрязнение окружающей среды будет максимально возможным и, по модели Форрестера, станет в дальнейшем уменьшаться по причине прогрессирующего снижения уровня производства и к 2200 году с самым низким уровнем жизни человечества ситуация стабилизируется - деградировавшая цивилизация будет неспособна использовать оставшиеся природные ресурсы, выживших людей ждет примитивное существование при очень низком уровне жизни.
Анализ различных моделей эволюции ноосферы приводит к выводам:
1. Вероятность эволюции вдоль различных фазовых траекторий различна.
2. Продолжительность технологической фазы эволюции КЦ не превышает (в разных моделях) 103-105 лет.
3. Практически отсутствуют цивилизации с экстенсивным характером развития, определяемым неограниченным ростом потребления энергии и материальных ресурсов.
IV. Подведение итогов урока
Домашнее задание
§ 12.4-12.5
6 125
6 615 
