Учебно-метод пособие КСЕ стац гум

предложена гипотеза кварков (М. Гелл - Ман) – частиц с дробным элементар-

ным зарядом (М. Гелл-Ман). Согласно этой гипотезе, все адроны являются комбинациями кварков, кварки удерживаются внутри адронов глюонным по-

лем.

Кварковая гипотеза строения адронов

 кварки – частицы с дробным элементарным зарядом (-1\3 или +2\3 за-

ряда электрона)

Существует три сорта (аромата) кварков (u, d, s)

Существует три «цвета» кварков: красный, синий, зеленый

Каждой разновидности кварков соответствует антикварк

Кварки соединяются либо парами «кварк – антикварк», либо трио

Удерживаются трио кварков глюонами

Итак,

все адроны являются комбинациями кварков,

кварки удерживаются внутри адронов глюонным полем.

В1970-е годы были открыты новые адроны, вследствие этого возникла необходимость введения новых «ароматов» для кварков: шарм «c», красота

«b», верхний «t».

Т.о., кварки считаются подлинно элементарными частицами: точеч-

ными, неделимыми, не имеют внутренней структуры. Их 36.

Оказалось, что взаимодействие между нейтронами и протонами в ядре – остаточный эффект более мощного взаимодействия между кварками. Во взаи-

модействии протона и нейтрона в ядре атома участвуют 6 кварков. Это объяс-

няет сложность сильного взаимодействия

71

пустимо пренебречь, а скорость света с = 3.108 м/с – бесконечно большой ве-

личиной, позволяющей отвлечься от временной длительности передачи сигна-

лов, считать взаимодействия систем мгновенными, как бы безвременными.

Мегамир – это мир галактик. Самым большим объектом, установлен-

ным наукой, является Метагалактика, включающая все известные скопления галактик. Размеры ее – порядка 1028 см. Такое расстояние свет проходит за 15-

20 млрд. лет. Недавно американские ученые уточнили возраст Метагалактики и ее размеры – 13 млрд. 700 млн. лет и 13 млрд. 700 млн. световых лет соот-

ветственно. Некоторые исследователи отождествляют Метагалактику с Все-

ленной в целом, но все больше ученых склоняется к тому, что миров, подоб-

ных Метагалактике, во Вселенной множество. Представления о множестве ме-

гамиров ведут к выделению нового уровня в строении Вселенной – гипермира.

Давно установлено, что Вселенная состоит на 98% из простейших газов:

на 73% из водорода,

и на 25% из гелия;

более тяжелые элементы - азот, углерод, металлы - вместе составляют не-

значительную часть - всего приблизительно 2%.

Галактики – это большие звездные системы, в которых звезды связаны силами гравитации. Существуют галактики, в которых триллионы звезд. Га-

лактики включают сотни миллиардов звезд, туманности, межзвездную среду,

космические лучи, электромагнитные волны. Различают спиральные галакти-

ки, эллиптические и неправильные.

73

Первый — черные дыры звездных масс (примерно 10 масс Солнца). Они образуются из массивных звезд, когда в тех заканчивается термоядерное го-

рючее.

Второй — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик (массы от миллиона до миллиардов солнечных).

И наконец, первичные черные дыры, образовавшиеся в начале жизни Вселенной, массы которых невелики (порядка массы крупного астероида). Та-

ким образом, большой диапазон возможных масс черных дыр остается неза-

полненным.

На данный момент космическим телескопам удалось обнаружить лишь небольшое количество сверхмассивных черных дыр, существование которых можно считать доказанным. Косвенные признаки позволяют довести количе-

ство наблюдаемых черных дыр, ответственных за фоновое излучение, до 15%.

Приходится предполагать, что остальные сверхмассивные черные дыры про-

сто прячутся за толстым слоем пылевых облаков, которые пропускают только рентгеновские лучи высокой энергии или же находятся слишком далеко для обнаружения современными средствами наблюдений.

Черные дыры "растут" в космосе: в центре каждой галактики имеется громадная черная дыра. Из-за особенностей черной дыры ее, разумеется, нель-

зя увидеть, а можно лишь определить ее местоположение (что и сделал косми-

ческий телескоп им.Хаббла, вычислив скорость газового облака, вращающего-

ся вокруг центра галактики; по этим числам можно определить массу цен-

тральной области. Результат - такая черная дыра сопоставима по массе с 3-5

млрд Солнц!!!).

Кроме того, ежегодно черные дыры поглощают эквивалентное 1 млн Солнц количество раскаленного газа.

Что касается галактик, то можно сказать, что галактики сами формируют друг друга: одни галактики пожирают другие, из уплотняющегося газа зарож-

даются новые звезды и т.д.

76

Эволюция звезд.

Звезды, как и другие объекты Вселенной, эволюционируют. Различают три возможных пути звездной эволюции:

Превращение в белого карлика– если масса умирающей звезды меньше

1,3 солнечных масс

диаметр такой звезды приблизительно равен диаметру Земли

T ~1 млрд град.

ρ ~10 т/см3

Превращение в нейтронную звезду (пульсар) - если масса умирающей звезды больше 1,3 и меньше 2 (3) солнечных масс

ρ ~100 млн т/см3

Звезда состоит из протонов и нейтронов

Превращение в черную дыру - если масса умирающей звезды больше 2

(3) солнечных масс

Диаметр – 5-10 км

M ~ 1015 г

Солнце и Солнечная система

Солнечная система состоит из Солнца, планет, спутников планет, асте-

роидов и их осколков, комет и межпланетной среды. Внешняя граница, по-

видимому, находится на расстоянии около 200 тыс. а. е. от Солнца. Возраст Солнечной системы около 5 млрд лет. Расположена вблизи плоскости галак-

тики на расстоянии около 26 тыс. световых лет (около 250 тыс. млрд км) от га-

лактического центра и вращается вокруг него с линейной скоростью около 220

км/с.

Рис. 24. Планеты Солнечной системы

77

Наше Солнце и планеты возникли приблизительно пять миллиардов лет назад из частиц газа и пыли, которых и в настоящее время во Вселенной пре-

достаточно. Частицы эти взаимно притягиваются, со временем собираясь в разнообразных местах Вселенной в своего рода облака высокой плотности.

Далее возросшая сила тяготения привела к дальнейшему сжатию облака, в ко-

тором при этом повышалась температура (и давление тоже).

В конце концов облако начинает пылать - так, возможно, возникло наше Солнце. Остальные частицы собирались вместе и дальше уплотнялись, начи-

ная все быстрее вращаться вокруг нового светила. Увеличивающаяся скорость вращения увеличивала и центробежную силу остальных частиц, которая не позволяла веществу упасть на светило (Солнце), заставляя определенную часть собираться вокруг центрального светила. Оставшиеся частицы сформи-

ровали кольцо, подобное кольцам Сатурна, но больших, естественно. В кольце возникли вихри (более или менее упорядоченные), в которых вещество под воздействием силы тяготения стало концентрироваться. Причем все зависело от величины образовавшегося вихря. Позднее из вихрей разного размера и сформировались разные планеты.

Из вихрей, находящихся вблизи Солнца, водород и гелий испарился в глубины Вселенной. Так возникли планеты земной группы: Меркурий, Вене-

ра, Земля и Марс. Они строили свои тела из оставшихся 2% тяжелых веществ.

Более отдаленные вихри сохранили в своем составе газы. Так образовались планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, которые представляют со-

бой газовые шары.

Солнце примерно на 72% состоит из водорода, остальную же часть зани-

мает гелий. Сами по себе эти газы довольно легкие, но принимая в расчет то,

что Солнце весит примерно столько же, сколько бы весили примерно 330 ты-

сяч наших планет, следует сделать вывод об огромной концентрации газов.

Сейчас Солнце - обычная звезда. Но через 5 млрд лет оно невероятно увеличится и уничтожит всю жизнь на Земле. Затем он сожмется и превратит-

ся в белого карлика.

78