Темна енергія і темна матерія реферат

Обновлено: 03.07.2024

Человеческий разум всегда приковывают к себе глобальные вопросы, на которые в ближайшее время, то есть, в течение одного или нескольких десятилетий, можно найти реальный ответ. Вопрос о темной материи и темной энергии как раз относится к этой категории.

По оценке ученых 95 процентов всей материи и энергии в наблюдаемой вселенной являются темными. И, поскольку разгадка их тайны достаточно близка, то они сейчас интригуют человечество гораздо больше, чем недоступные пока вопросы типа “Что такое время?” или “Что существовало до большого взрыва?”.

Что нам известно

О темной материи и темной энергии можно судить лишь по их влиянию на обычную видимую материю. Астрономы, изучающие динамику галактик и групп галактик, находят в них намного более сильные поля тяготения, чем те, которые создают находящиеся в них звезды и туманности.

Ученые назвали неизвестную субстанцию, порождающую такие сильные гравитационные поля, материей, по аналогии с обычной материей, также создающей гравитацию, только темной, так как она не излучает света.

Темная энергия еще более таинственна. Этот термин относится к тому, что вызывает ускорение расширения вселенной. Если темная энергия является свойством самого пространства, то для ее понимания потребуется применение квантовой теории вакуума.

Проводимые исследования

В настоящее время более десятка датчиков темной материи работают в различных местах по всему миру. Все они ищут темную материю. Найдут они ее или нет, в любом случае сумма знаний человечества только возрастет.

Для того чтобы обнаружить и зарегистрировать тонкий энергетический сигнал частиц темной материи научный сотрудник Стэнфордского университета Джон Марк Крейкебом применяет кремниевые диски, которые размещены глубоко в шахте для ограждения их от шума космических лучей.

Текущее исследование темной энергии состоит, главным образом, из наблюдений, нацеленных на увеличение достоверности измерений того, как быстро расширяется вселенная и каков темп ускорения этого расширения.

Влияние темной материи и темной энергии на развитие нашей вселенной

Именно темная материя, в основном, ответственна за скопление галактик и создание крупномасштабных космических структур, наблюдаемых сегодня. Если бы не темная материя, вселенная выглядела бы совсем по-другому. И, возможно, не могла бы быть обитаемой.

Темная энергия, по-видимому, является свойством пространства и, возможно, была ответственна за быстрое начальное расширение пространства, без которого наша вселенная не существовала бы. Ее текущее ускорение, конечно, влияет на будущее космоса, хотя природа этого влияния не может быть точно предсказана, пока ученые не поймут, что такое темная энергия и как она себя ведет.

Наблюдаемая вселенная состоит почти полностью из пространства. Даже звезды, планеты и люди – это главным образом пространство. Если устранить пространство в каждом атоме и молекуле, то каждый из нас смог бы поместиться в спичечном коробке. Таким образом, если темная энергия – действительно свойство пространства, понимание этого вопроса очень важно в самом фундаментальном смысле.

Перспективы поиска этих таинственных компонентов вселенной

Частицы темной материи могут быть найдены уже в ближайшем будущем. Некоторые экспериментаторы думают, что уже видели доказательства их существования.

Темную энергию обнаружить намного сложнее. Хотя различные концепции теоретической физики, начиная от “стандартной модели” и заканчивая экзотической теорией струн, уверенно включают ее в число основных компонентов нашей вселенной.

Естествознание сейчас находится в начале нового, необычайно интересного этапа своего развития. Он знаменателен прежде всего тем, что наука о микромире — физика элементарных частиц и наука о Вселенной — космология, становятся единой наукой о фундаментальных свойствах окружающего нас мира. Различными методами они отвечают на одни и те же вопросы:
- какой материей наполнена Вселенная сегодня?
- какова была её эволюция в прошлом?
- какие процессы, происходившие между элементарными частицами в ранней Вселенной, привели в конечном итоге к её современному состоянию?

Содержание

1. Темная материя и темная энергия — это одно и то же?

2. Понятия темной материи и темной энергии

3. Природа темной материи и темной энергии

Список использованной литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

МОЙ СУРС ОСЕ.docx

Скрытая масса (или темная материя) возникла почти сразу же после Большого Взрыва, в отличие от знакомых нам атомов. Она слабо взаимодействует с электромагнитным излучением (чем и объясняются трудности ее обнаружения), однако, как и "нормальная" материя, обладает гравитацией, поэтому способна сама собираться в сгущения и притягивать нормальную материю. Темная материя, возможно, служила теми гравитационными "зернами", которые вызывали увеличение плотности энергии в небольших областях пространства. Гравитационные силы этих областей притягивали к себе все окружающее вещество, становясь зернами будущих галактик.

Черные дыры могут играть важную роль на начальной стадии формирования галактик, собирая материю вместе посредством своей мощной гравитации. Последние данные в большой степени указывают на то, что именно черные дыры формируют вокруг себя галактики.

Итак, темная энергия и темная материя — не тождественные понятия. Темная материя, на долю которой приходится 22 % всей массы Вселенной, состоит из ненаблюдаемых, но вполне реальных частиц, которые в будущем все равно будут обнаружены. А темная энергия, составляющая 74 % Вселенной, — это либо энергия физического вакуума (а он сам по себе таит много загадок), либо нечто совершенно новое и необычное.

Источником темной материи являются реальные планковские черные дыры, а источником темной энергии являются виртуальные планковские черные дыры. Предполагается также с большой долей вероятности, что в основе кварков, то есть в конечном счете в основе всех барионов лежат связанные состояния реальных планковских черных дыр. Сами же реальные планковские черные дыры являются следствием гравитационного коллапса сверхжестких фотонов в первые доли секунды Большого Взрыва.

Как часто бывает в науке, впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные и фундаментальные вопросы. Сегодня никто не знает, что представляет собой основная часть материи во Вселенной. Мы можем только догадываться, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие процессы происходили во Вселенной на самых ранних этапах её эволюции. Замечательно, что на многие из этих вопросов ответы будут найдены в скором будущем — в течение 10–15 лет, а может быть, и раньше. Наше время — это время кардинального изменения взгляда на природу, и главные открытия здесь еще впереди.

Содержание работы

Введение
Темная материя
Темная энергия
Заключение
Список используемой литературы

Файлы: 1 файл

тёмная материя и тёмная энергия.docx

ФГБОУ ВПО «ВЕЛИКОЛУКСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

Выполнил: студент 2-го курса,

группа ТД-21, Опарин А.П.

Проверила: Тимофеева Н.В.

Великие Луки 2013

Введение
Темная материя
Темная энергия
Заключение
Список используемой литературы

Введение

Естествознание сейчас находится в начале нового, необычайно интересного этапа своего развития. Он замечателен прежде всего тем, что наука о микромире — физика элементарных частиц — и наука о Вселенной — космология — становятся единой наукой о фундаментальных свойствах окружающего нас мира. Различными методами они отвечают на одни и те же вопросы: какой материей наполнена Вселенная сегодня? Какова была её эволюция в прошлом? Какие процессы, происходившие между элементарными частицами в ранней Вселенной, привели в конечном итоге к её современному состоянию? Если сравнительно недавно обсуждение такого рода вопросов останавливалось на уровне гипотез, то сегодня имеются многочисленные экспериментальные и наблюдательные данные, позволяющие получать количественные (!) ответы на эти вопросы. Это — еще одна особенность нынешнего этапа: космология за последние 10–15 лет стала точной наукой. Уже сегодня данные наблюдательной космологии имеют высокую точность; еще больше информации о современной и ранней Вселенной будет получено в ближайшие годы.

Темная материя сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. Скорее всего, она состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.

Помимо космологических данных, в пользу существования темной материи служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Имеется несколько способов измерения гравитационного поля в скоплениях галактик, один из которых — гравитационное линзирование, проиллюстрированное на рис. 6.

Гравитационное поле скопления искривляет лучи света, испущенные галактикой, находящейся за скоплением, т. е. гравитационное поле действует как линза. При этом иногда появляются несколько образов этой удаленной галактики; на левой половине рис. 6 они имеют голубой цвет. Искривление света зависит от распределения массы в скоплении, независимо от того, какие частицы эту массу создают. Восстановленное таким образом распределение массы показано на правой половине рис. 6 голубым цветом; видно, что оно сильно отличается от распределения светящегося вещества. Измеренные подобным образом массы скоплений галактик согласуются с тем, что темная материя вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной. Напомним, что это же число получается из сравнения теории образования структур (галактик, скоплений) с наблюдениями.

Темная материя имеется и в галактиках. Это опять-таки следует из измерений гравитационного поля, теперь уже в галактиках и их окрестностях. Чем сильнее гравитационное поле, тем быстрее вращаются вокруг галактики звезды и облака газа, так что измерения скоростей вращения в зависимости от расстояния до центра галактики позволяют восстановить распределение массы в ней. Это проиллюстрировано на рис. 7: по мере удаления от центра галактики скорости обращения не уменьшаются, что говорит о том, что в галактике, в том числе вдалеке от её светящейся части, имеется несветящаяся, темная материя. В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи примерно равна массе обычного вещества.

Что представляют из себя частицы темной материи? Ясно, что эти частицы не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе бы они распались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться. Аналогия здесь с законом сохранения электрического заряда: электрон — это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, нейтрино и фотоны). Далее, частицы темной материи чрезвычайно слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах. Дальше начинается область гипотез. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной!) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность темной материи находит простое объяснение: частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 10 15 градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно.

Можно ли ожидать открытия частиц темной материи в недалеком будущем в земных условиях? Поскольку мы сегодня не знаем природу этих частиц, ответить на этот вопрос вполне однозначно нельзя. Тем не менее, перспектива представляется весьма оптимистической.

Другой путь состоит в регистрации частиц темной материи, которые летают вокруг нас. Их отнюдь не мало: при массе, равной 1000 масс протона, этих частиц здесь и сейчас должно быть 1000 штук в кубическом метре. Проблема в том, что они крайне слабо взаимодействуют с обычными частицами, вещество для них прозрачно. Тем не менее, частицы темной материи изредка сталкиваются с атомными ядрами, и эти столкновения можно надеяться зарегистрировать. Поиск в этом направлении ведется с помощью целого ряда высокочувствительных детекторов, помещенных глубоко под землей, где резко снижен фон от космических лучей.

Как показано на рис. 9, нейтрино, приходящее, например, из центра Солнца, может с малой вероятностью испытать взаимодействие в воде, в результате чего образуется заряженная частица (мюон), свет от которой и регистрируется. Поскольку взаимодействие нейтрино с веществом очень слабое, вероятность такого события мала, и требуются детекторы очень большого объема. Сейчас на Южном полюсе началось сооружение детектора объемом 1 кубический километр.

Имеются и другие подходы к поиску частиц темной материи, например, поиск продуктов их аннигиляции в центральной области нашей Галактики. Какой из всех этих путей первым приведет к успеху, покажет время, но в любом случае открытие этих новых частиц и изучение их свойств станет важнейшим научным достижением. Эти частицы расскажут нам о свойствах Вселенной через 10 –9 с (одна миллиардная секунды!) после Большого Взрыва, когда температура Вселенной составляла 10 15 градусов, и частицы темной материи интенсивно взаимодействовали с космической плазмой.

Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — это главная загадка фундаментальной физики XXI века.

Другой путь объяснения ускоренного расширения Вселенной состоит в том, чтобы предположить, что сами законы гравитации видоизменяются на космологических расстояниях и космологических временах. Такая гипотеза далеко не безобидна: попытки обобщения общей теории относительности в этом направлении сталкиваются с серьезными трудностями.

По-видимому, если такое обобщение вообще возможно, то оно будет связано с представлением о существовании дополнительных размерностей пространства, помимо тех трех измерений, которые мы воспринимаем в повседневном опыте.К сожалению, сейчас не видно путей прямого экспериментального исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии (или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых, более точных космологических данных. Нам предстоит узнать в деталях, как именно расширялась Вселенная на относительно позднем этапе её эволюции, и это, надо надеяться, позволит сделать выбор между различными гипотезами.

Заключение

Как часто бывает в науке, впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные и фундаментальные вопросы. Мы сегодня не знаем, что представляет собой основная часть материи во Вселенной. Мы можем только догадываться, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие процессы происходили во Вселенной на самых ранних этапах её эволюции. Замечательно, что на многие из этих вопросов ответы будут найдены в обозримом будущем — в течение 10–15 лет, а может быть, и раньше. Наше время — это время кардинального изменения взгляда на природу, и главные открытия здесь еще впереди.

Темная материя и темная энергия во Вселенной * 1. Введение * 2. Расширяющаяся Вселенная * 3. Вселенная в прошлом * 4. Баланс энергий в современной Вселенной * 5. Темная материя * 6. Темная энергия * 7. Заключение 1. Введение Естествознание сейчас находится в начале нового, необычайно интересного этапа своего развития. Он замечателен прежде всего тем, что наука о микромире — физика элементарных частиц — и наука о Вселенной — космология — становятся единой наукой.

3443 Слова | 14 Стр.

Темная материя и темная энергия

4571 Слова | 19 Стр.

Темная материя

О природе темной материи и темной энергии Климец Александр П. Сейчас уже понятно, что обычной материи, из которой состоят звезды и межзвездный газ, всего около 4% во Вселенной. 25% приходится на скрытую массу (темную материю), остальные же примерно 71% - на так называемую темную энергию. Некоторые ученые думают, что темная материя состоит из массивных объектов, например черных дыр с массой, не превышающей солнечную. Такие черные дыры трудно обнаружить, даже если их относительно много.

5247 Слова | 21 Стр.

Темная материя

3574 Слова | 15 Стр.

Темная материя во вселеной

Темная Материя во Вселенной Из анализа многих экспериментальных данных следует Вселенная скрывает от наших глаз почти всю свою массу, оставляя видимой для приборов наблюдателей лишь около одной сотой доли вещества, участвующего в ее движении. Из чего состоит невидимая или, как ее стали называть, Темная Материя нашей Вселенной Каковы ее происхождение и космологическая роль в зарождении и формировании галактик и галактических скоплений Можно ли ее детектировать и изучать с помощью современных приборов.

5032 Слова | 21 Стр.

Материя

1018 Слова | 5 Стр.

Темный эльф

78439 Слова | 314 Стр.

Темная материя и темная энергия

горячей Вселенной. Современный этап в развитии космологии характеризуется интенсивным исследованием проблемы начала космологического расширения, когда плотности материи и энергии частиц были огромными. Руководящими идеями здесь являются новые теоретические открытия в физике взаимодействия элементарных частиц при очень больших энергиях. Другой важной проблемой космологии является проблема возникновения структуры Вселенной — скоплений галактик, самих галактик и т. д. из первоначально почти однородного.

Читайте также: