Upload
ngokiet
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Oddziaływanie podstawowe – rodzaj oddziaływania występującego w przyrodzie i nie dającego sprowadzić się do innych oddziaływań. Wyróżniamy cztery rodzaje oddziaływań (sił) podstawowych: • oddziaływania silne • oddziaływania elektromagnetyczne • oddziaływania słabe • oddziaływania grawitacyjne
2
Oddziaływania silne są odpowiedzialne za wiązania pomiędzy kwarkami, cząstkami elementarnymi, które tworzą neutrony lub protony oraz za wiązanie nukleonów (neutronów i protonów) w jądrze atomowym. Nośnikami oddziaływań silnych są bezmasowe cząstki zwane gluonami. Zasięg oddziaływań silnych: 10-15 m (rozmiar jądra) Oddziaływania silne są najsilniejszymi z oddziaływań elementarnych.
proton
kwarki
3
Oddziaływania elektromagnetyczne (elektryczne i magnetyczne) odpowiedzialne min. za wiązania pomiędzy jądrem a elektronami oraz za wiązania pomiędzy atomami i cząstkami. Nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych są fotony Zasięg oddziaływań elektromagnetycznych: nieskończony (1/r2) Siła oddziaływań elektromagnetycznych: 1/137 siły oddziaływań silnych
4
Oddziaływane słabe jest odpowiedzialne min. za rozpad beta. Nośnikami oddziaływań słabych są masywne czątki: bozony W+ W- i Z0
Zasięg oddziaływań słabych: 10-18 m (rozmiar protonu) Siła oddziaływań słabych: 10-13 siły oddziaływań silnych
5
Oddziaływania grawitacyjne jest odpowiedzialne za formowanie materii w skali kosmicznej (powstawanie planet, gwiazd, galaktyk itd.) Nośnikami oddziaływań grawitacyjnych są grawitony (?). Zasięg oddziaływań grawitacyjnych: nieskończony (1/r2) Siła oddziaływań grawitacyjnych: 10-40 siły oddziaływań silnych (najsłabsze z oddziaływań elementarnych)
6
Kwarki – cząstki elementarne tworzące materię. Kwarki oddziałują ze sobą za pośrednictwem gluonów.
7
Cząstki dzielą się na fermiony (o spinie połówkowym) i bozony (o spinie całkowitym) Otaczającą nas materię tworzą elektrony oraz kwarki: górny i dolny oraz neutrino elektronowe.
8
10
Czy Wszechświat jest statyczny i nieskończony ? Jeśli tak to: • Patrząc na dowolny punkt nieba
napotykamy świecącą gwiazdę • Jasność nieba na którym widać
nieskończenie wiele gwiazd powinna być taka jak jasnośc powierzchni gwiazdy.
Nocne niebo nie jest jasne jak powierzchnia gwiazdy. Wszechświat nie jest statyczny i nieskończony.
R.W. Wilson i A.A. Penzias- odkrywcy mikrofalowego promieniowania tła. Nagroda Nobla 1978r.
Mikrofalowe promieniowanie tła – pozostałość po wczesnym stadium ewolucji Wszechświata
11
George Gamow współtwórca hipotezy Wielkiego Wybuchu. Przewidzaił istnienie mikrofalowego promieniowania tła
Widmo promieniowania tła zarejstrowane przez satelitę COBE oraz obserwacje Wilsona i Panzias’a
12
Fluktuacje w natężeniu promieniowania powstałego 400 tys. lat po Wielkim Wybuchu odpowiadają obecnemu rozkładowi materii we Wszechświecie
13
Edwin Hubble odkrywca zjawiska rozszerzania Wszechświata
Stała Hubble’a (nachylenie wykresu prędkości oddalania od odległości):
H0=73 km/s/Mpc (1Mpc = 106 parseka, 1 parsek= 3.086·1016 m)
Przesunięcie ku czerwieni– zjawisko polegające na tym, że linie widmowe promieniowania elektromagnetycznego docierające z gwiazd lub galaktyk są przesunięte w stronę większych długości fali (mniejszych częstotliwości). Prawo Hubble’a mówi o tym, że prędkość oddalania się galaktyk jest wprost proporcjonalna do ich odległości. Miarą szybkości oddalania jest przesuniecie ku czerwieni
14
Analogia 2D do nadmuchiwanego balonu: Współrzędne punktów na powierzchni balonu nie zmieniają się ale jednocześnie punkty oddalają się od siebie. Nie ma wyróżnionego punktu od którego oddalają się wszystkie punkty. Prędkość oddalania dwóch punktów jest proporcjonalna do odległości między nimi.
15
R
mMG
mvE
2
2
RHv
RM
R
mMG
mv
c
0
3
2
3
4
2
E>0 Wszechświat jest za mało gęsty i będzie się rozszerzał w nieskończoność E<0 Wszechświat jest zbyt gęsty i zapadnie się grawitacyjnie E=0 przypadek graniczny dla gęstości krytycznej
3272
0
32
0
/103.68
3
3
4
2
mkgG
H
R
Rm
GRHm
c
c
Masa atomu wodoru: 1.67*10-27 kg Gęstość krytyczna: ok. 5 atomów wodoru w metrze sześciennym
Gęstość Wszechświata: /c=1.020.02 Gęstość obserwowalnej materii we Wszechświecie: ok. 5%
Reszta to ciemna materia (27%) i ciemna energia (68%)
16
Zakładając, że Wszechświat rozszerza się w stałym tempie:
latsHRH
R
v
RT
RHv
1017
00
0
104.1103.41
Jeżeli R jest wystarczająco duże v>c !!! Nie jest to naruszenie szczególnej teorii względności Einsteina. To nie obiekty oddalają się od siebie zmieniając swoje współrzędne w jakiś układzie odniesienia – to przestrzeń się rozszerza. Wszechświat obserwowalny- część Wszechświata, z której docierają do nas sygnały świetlne (kula o średnicy ok. 9.3*1010 lat świetlnych). Dla porównania: rozmiar Drogi Mlecznej to ok. 105 lat świetlnych
Wielki Wybuch – koncepcja powstania Wszechświata (przestrzeni, czasu, materii, oddziaływania). Wedłuch tej koncepcji Wszechświat powstał 13.8 miliarda lat temu z obszaru o nieskończenie wielkiej gęstości (tzw. osobliwości początkowej). Początkowa temperatura Wszechświata: 1032K W miarę upływu czasu Wszechświat rozszerza się i stygnie. Obcena temperatura Wszechświata: 2.7K
17
wiek Wszechświata (s) obecny wiek Wszechświata
Wielki Wybuch
powstają kwarki i leptony
powstają protony i neutrony
powstają jądra
powstają atomy
jedna siła
dwie siły
trzy siły cztery siły
siła grawitacji
siła silna
siła słaba
siła elektromagnetyczna
grawitacja
siła silna i elektrosłaba
siła elektrosłaba
18