Ivan Miškuf a Viliam Jedlák

Prezentace na téma: "Ivan Miškuf a Viliam Jedlák"— Transkript prezentace:

1 Ivan Miškuf a Viliam Jedlák
Vznik a vývoj vesmíru Ivan Miškuf a Viliam Jedlák 1.C

2 Vznik a zloženie vesmíru
Teórie vzniku vesmíru(modely vesmíru) Zloženie vesmíru Vesmírne telesá, objekty a útvary Astronomické teórie a úvahy

3 Teórie vzniku vesmíru(modely vesmíru)
Materialistický model vesmíru Idealistický model vesmíru

4 Materialistický model vesmíru
Základom sú merania Zdroj informácií – rôzne žiarenia v podobe viditeľného aj neviditeľného spektra, rádiové vlny, teleskopy... Na základe meraní vznikla teória veľkého tresku(BIG BANG) – podľa nej vznikol vesmír asi pred 15 miliardami rokov, výbuchom “prajadra”(singularity) nepredstaviteľnej hmotnosti a tepla. V zlomkoch sekundy sa tak vytvorili všetky elementárne častice. Nastal postupný vznik všetkých prvkov a základy neživej ale aj živej prírody. Dôsledky Veľkého tresku môžu byť rôzne. 1. prípad - postupne prevládnu príťažlivé sily medzi galaxiami nad počiatočným odstredivým momentom a vesmír sa začne zmršťovať až do konečného bodu veľkého tresku. 2. prípad – rýchlosť rozpínania ja taká veľká, že príťažlivé sily neprevládnu a hmota sa rovnomerne rozptýli. 3. prípad – po určitej dobe nastane rovnovážny stav, kedy vesmír dosiahne konečnú veľkosť, ale príťažlivé sily nebudú stačiť na neskoršie zmršťovanie vesmíru

5 Prvé okamihy Veľkého tresku – deň bez včerajška
10-43 sekundy: proces začína. Po krátkom prológu začínajú mať zmysel pojmy priestor a čas. Pri teplote 1032 stupňa dochádza vo vesmíre, ktorý má podobu nepatrného bodu o rozmeru centimetra a obsahuje exotickú zmiešaninu neustále vznikajúcich a zanikajúcich častíc a antičastíc, k prvej významnej udalosti: oddeľuje sa gravitácia a stáva sa samostatnou silou. Toto oddelenie je jedným z "fázových prechodov", pri ktorých sily vo vesmíru postupne "vymŕzajú" z pôvodnej jednotnej interakcie podľa toho, ako klesá teplota. 10-32 sekundy: začína inflácia. Silná interakcia začína zamŕzať a v okolitom vákuu sa objavujú kvantové bubliny. Jedna z nich sa začne obrovskou rýchlosťou rozpínať. Náš dnešný viditeľný vesmír má v nej podobu tenisovej loptičky. Všetky sily s výnimkou gravitácie sú doteraz zjednotené, keď si však symetrické vákuum naraz "uvedomí", že je nestabilné, a zbaví sa prebytočnej energie. Tým vznikajú nové častice a silná interakcia "vymŕza". (Inflácia: Kvantová bublina vytvára zvláštnu oblasť v podchladenom vesmíru a rozpína sa milióny miliónov krát rýchlejšie, ako je rýchlosť svetla. Na konci inflácie sa prebytočná energia rozptýli do priestoru, čo zvýši teplotu a nechá vzniknúť novú hmotu.) 10-32 sekundy: inflácia sa zastavuje. Vesmír prechádza na omnoho pomalšie, i keď stále ešte nepredstaviteľne mohutné rozpínanie podľa pôvodnej teórie veľkého tresku. Sú v ňom dva typy častíc: kvarky, ktoré cítia silnú interakciu , a leptóny (najľahšie častice: elektrón, pozitrón, neutrino a antineutrino), ktoré cítia doteraz nerozlíšenú elektroslabú interakciu. 10-11 sekundy: rozdelenie elektroslabej interakcie. Teplota poklesla na 1015 stupňa, čo predstavuje ďalší "bod mrazu". Elektroslabá interakcia sa pri procesu narušenia symetrie delí na samostatnú elektromagnetickú silu a slabú interakciu. Nosiče slabej interakcie - častice W a Z - sa stávajú ťažkými, zatiaľ čo nosič elektromagnetizmu, fotón, má nulovú hmotnosť.

6 Prvé okamihy Veľkého tresku – deň bez včerajška
10-6 sekundy: zmiznutie kvarkov. Kvarky a antikvarky sa až do tejto chvíle voľne pohybovali priestorom, vytvárali sa, anihilovali a interagovali s ďalšími časticami. Potom, čo sa vesmír ochladil na 1013 stupňov, už nie je dosť energie na to, aby kvarky voľne vznikali. Doteraz existujúce pary pokračujú v anihilácii a vyzerá to, že kvarky zmiznú navždy. 10-4 sekundy: vytvárajú sa baryóny.Vesmír sa zväčšil asi na veľkosť našej slnečnej sústavy. Pri ďalšom poklesu teploty sa zastavuje anihilácia a ostávajúce kvarky sa skladajú na protóny a neutróny. (baryóny: súhrnný názov pre nukleón - protón a neutrón v jadre atómu) 1 sekunda: únik neutrín. Neutrína, na ktoré pôsobí iba slabá interakcia, boli do tejto chvíle veľmi aktívne. Na konci prvej sekundy je však slabá interakcia tak slabá, že nemá nad neutrínami takmer žiadnu moc, a neutrína sa voľne rozlietajú. Sú vo vesmíru až dodnes. (nutríno: elektricky nenabitá elementárna hmotná častica bez magnetického momentu) 100 sekúnd: prvé prvky. Protóny a neutróny spolu reagujú a vznikajú jadrá hélia. Ďalších približne rokov sa nedeje nič zaujímavé. Vodík, hélium a nepatrné množstvo ďalších ľahkých jadier, zmiešané s elektrónmi a žiarením, postupne chladnú na teplotu rozžeraveného železa vo vysokej peci. rokov: vo vesmíru sa rozjasní. Elektróny sa začínajú zväzovať s jadrami. Vznikajú prvé atómy. Žiarenie nemá už dosť sily, aby atómy rozbíjalo, a nie je teda pohlcované. Vesmír sa stáva priehľadný a je vyplnený svetlom. 1 miliarda rokov. Formujú sa prvé galaxie a vesmír začína vyzerať povedome. 15 miliárd rokov. Dnešný vesmír - tak, ako ho poznáme v kozmických i atomárnych merítkach

7 Prvé okamihy Veľkého tresku – deň bez včerajška

8 Prvé okamihy Veľkého tresku - video
Big Bang Video 2 Vznik a rozpínanie galaxií Termonukleárne reakcie (H He) Červený obor  výbuch supernovy  čierna diera Video 3 Čierna diera

9

10

11

12 Idealistický model vesmíru
Vznik vesmíru na základe myšlienok a predstáv  náboženstvá. Z toho vyplýva že stvoriteľom, hýbateľom a usmerňovateľom vývoja vesmíru je Boh. Ľudstvo sa odjakživa snaží odhaliť tajomstvá a zákony vesmíru. Materialistická veda nedokáže vysvetliť niektoré javy, zatiaľ čo možnosti Božie sú neobmedzené => náhoda neexistuje, všetko je dôsledkom prírodných(Božích) zákonov a slobodnej vôle tvorcu. Z myšlienky povstane energia aj hmota.

13 Idealistický model vesmíru – 3 zákony vesmíru
1. zákon – zákon duality: vylýva priamo zo zákona zachovania hmoty a energie – vznikne akýkoľvek prvok(predmet, myšlienka, energia, vlastnosť, emócie ...), vzniká zároveň prvok opačný. 2. zákon – zákon múdrosti: bytosti sú nositeľmi inteligencie a ich vrcholným prejavom je uznanie existencie Boha. 3. zákon – zákon slobodnej vôle: každý sa môže rozhodnúť akokoľvek na základe svojích znalostí a skúseností

14 Idealistický model vesmíru
Na základe týchto zákonov dochádza k postupnému zvyšovaniu organizovanosti všetkých javov a vecí vo vesmíre. Ak budeme považovať za skutočnosť, že každý živý tvor sa skladá z hmotného tela a duše(podobne ako software a hardware), je logické, že s vyvíjajúcou zložkou sa musí tiež vyvíjať duchovná zložka.

15 Zloženie vesmíru Vesmír tvorí všetko, čo existuje, od najväčších galaxií až po nepatrné elementárne častice. Väčšina hmoty viditeľného vesmíru pochádza z hviezd, ktorých svetlo vidíme. Objekty, ktoré nemôžeme okom vidieť, môžeme objaviť iba vtedy, ak vyžarujú iné druhy žiarenia než svetlo. Napriek ohromnému počtu objektov je vesmír veľmi pustý. Iba o nepatrnej časti vesmíru vieme, že je na ňom život - je to planéta Zem. Celý vesmír sa skladá z hmoty. Všetka hmota bola pravdepodobne vytvorená pri obrovskom výbuchu Jadrovej reakcie vo vnútri hviezd vytvorili - a ďalej tvoria - ťažšie prvky. Okrem elementárnych častíc sa všetko vo vesmíre skladá z prvkov a ich kombinácií. Najväčšie zastúpenie má v kozme hélium = 25 %. Možno prekvapujúco sa vo vesmíre nachádza iba niečo vyše pol percenta kyslíka, ktorý je pre život nevyhnutný.

16 Zloženie vesmíru Kde sa vzalo vo vesmíre hélium?
V 30-tych rokoch 20. storočia ešte nebolo isté, či bol začiatok nášho vesmíru chladný alebo horúci. Zpočiatku sa zvažovala skôr prvá eventualita – na počiatku bola suprahustá látka zložená z chladných neutrónov. Pri poklese hustoty v dôsledku rozpínania sa mali neutróny rozpadať: np+e+v (v-neutríno). Vzniknuté protóny by sa však rýchlo spojili so zvyšnými neutrónmi na hélium, čo samozrejme odporuje skutočnosti. Preto Georgie Gamow v roku 1948 prišiel s inou variantou, horúceho počiatku vesmíru, práve aby vysvetlil pozorované zastúpenie chemických prvkov. Prvý problém, ktorý musel vyriešiť bol problém vzniku prvotného hélia a jeho skutočného zastupenia vo vesmíre. Štandardné zloženie hviezd: 1-5% prvkov ťažších ako hélium, 24% hélium, zvyšok vodík. V jádrach hviezd však vzniká hélium (4H He). V ďalšom jadrovom vývoji sa kompletne mení na ťažšie prvky (He  C, O), takže obsah He sa nezmení. Aj tie najstaršie hviezdy vo vesmíre majú 24% Hélia!

17 Vesmírne telesá, objekty a útvary
Galaxie Hmloviny a hviezdokopy Hviezdy

18 Galaxie Galaxia je obrovský zhluk hviezd, hmlovín a medzihviezdneho materiálu. Najmenšie galaxie obsahujú približne hviezd, ale najväčšie obsahujú až miliárd hviezd. Podľa tvaru poznáme tri základné typy galaxií: eliptické, ktoré majú oválny tvar, špirálové, ktorých ramená špirálujú smerom von od vydutého stredu a nepravidelné, ktoré nemajú výrazný tvar. Niekedy sa tvar galaxie zdeformuje vplyvom zrážky s inou galaxiou. Kvazary (kvázistelárne objekty) sa považujú za galaktické jadrá, ale sú tak ďaleko, že ich presný charakter je ešte vždy neistý. Sú to kompaktné, vysoko svietivé objekty, ktoré sa nachádzajú na vonkajších okrajoch pozorovaného vesmíru. Najvzdialenejšie "bežné" galaxie sú od nás vzdialené asi 10 miliárd svetelných rokov, najvzdialenejší známy kvazar sa nachádza vo vzdialenosti 15 miliárd svetelných rokov. Aktívne galaxie, ako Seyfertove galaxie a rádiové galaxie, žiaria veľmi intenzívne. Žiarenie Seyfertových galaxií vychádza z galaktického jadra, žiarenie rádiovej galaxie vyžaruje tiež z obrovských výbežkov na oboch stranách galaxie. Predpokladá sa, že žiarenie aktívnych galaxií a kvazarov spôsobujú mohutné čierne diery.

19 Galaxie - obrázky galaxia v súhvezdí Andromeda
galaxia v súhvezdí Hydra Mračno Mliečnej dráhy v súhvezdí Strelec

20 Galaxie

21

22

23 Hmloviny a hviezdokopy
Hmlovina je mrak prachu a plynu vo vnútri galaxie. Hmloviny sa stávajú viditeľnými, ak plyn žiary, alebo ak mrak odráža svetlo hviezd, resp. zatieňuje svetlo vzdialenejších žiariacich objektov. Emisné hmloviny svietia, pretože ich plyn vyžaruje svetlo v dôsledku radiácie horúcich mladých hviezd. Reflexná hmlovina žiary odrazeným svetlom hviezd, ktoré sú v nej, alebo okolo nej. Tmavé hmloviny sa javia ako obrysy, pretože zatieňujú svetlo žiariacich hmlovín alebo hviezd ležiacich za nimi. V súvislosti s umierajúcimi hviezdami poznáme dva typy hmlovín: planetárne hmloviny a zvyšky supernou. Oba typy pozostávajú z rozpínajúcich sa obálok plynu, ktoré boli kedysi vonkajšími vrstvami hviezdy. Planetárna hmlovina je obálka plynu vzďaľujúca sa od umierajúceho jadra hviezdy. Pozostatok supernovy je obálka plynu unikajúca od jadra hviezdy veľkou rýchlosťou po prudkej explózii nazývanej supernova. Hviezdy sa často vyskytujú v skupinách nazývaných hviezdokopy. Otvorené hviezdokopy sú voľné zoskupenia niekoľkých tisícok mladých hviezd, ktoré vznikli v tom istom mraku a rozptyľujú sa do okolia. Guľové hviezdokopy sú hustejšie, zhruba sférické skupiny stoviek tisícok starších hviezd.

24 Hmloviny a hviezdokopy
"Plejády" (Kuriatka), otvorená hviezdokopa v súhvezdí Býk "Veľká hmlovina v Orióne", prekrásna hmlovina v súhvezdí Orión

25

26

27 Hviezdy Hviezdy sú telesá, ktoré sa rodia v hmlovinách. Veľkosť, hmotnosť a teplota hviezd je veľmi rozdielna. Ich priemer môže byť 450-krát menší a viac ako krát väčší ako priemer Slnka a hmotnosť sa pohybuje približne od jednej dvadsatiny až po viac ako 50-násobok hmotnosti Slnka. Povrchová teplota určuje farbu hviezdy a pohybuje sa v rozpätí 3000°C až do viac ako 50000°C. Najhorúcejšie hviezdy sú modré a najchladnejšie sú červené. Slnko s povrchovou teplotou 5500°C sa nachádza medzi týmito extrémami a je žlté. Energia emitovaná žiariacou žiariacou hviezdou vzniká pri jadrovej syntéze v strede hviezdy. Jasnosť hviezdy meriame vo hviezdnych veľkostiach, tzv. magnitúdach - čím je hviezda jasnejšia, tým má nižšiu magnitúdu. Rozoznávame dva typy magnitúd: zdanlivú hviezdnu magnitúdu, ktorá predstavuje jesnosť, ako ju vidíme zo Zeme, a absolútnu magnitúdu, čo je jasnosť, akú by sme videli zo štandardnej vzdialenosti 10 parsekov. Svetlo vyžarované z hviezdy sa môže rozkladať a vytvárať spektrum, ktoré obsahuje sériu tmavých čiar (absorpčné čiary). Poloha čiar v spektre poukazuje na prítomnosť určitých chemických prvkov, čo umožňuje astronómom určiť zloženie atmosféry hviezdy. Magnitúda a spektrálny typ (farba) hviezdy sa znázorňuje na grafe, ktorý sa nazýva Hertzsprungov-Russelov diagram. Diagram ukazuje, že hviezdy sa dajú zatriediť do niekoľkých dobre definovateľných skupín. Základnými skupinami sú hviezdy hlavnej postupnosti, obri, nadobri a bieli trpaslíci.

28 Hviezdy Malé hviezdy Mohutné hviezdy Neutrónové hviezdy a čierne diery

29 Malé hviezdy Malé hviezdy majú hmotnosť do jeden a pol násobku hmotnosti Slnka. Vznikajú vtedy, keď v hmlovine začne kondenzovať oblasť s vyššou hustotou do obrovskej globule plynu a prachu, tá sa v dôsledku vlastnej gravitácie začne zmršťovať. Zhluky s kondenzovanou hmotou sa vo vnútri zohrievajú, začínajú žiariť a vznikajú protohviezdy. Ak je protohviezda dostatočne hmotná, teplota v strede dosahuje približne 15 miliónov°C, Pri tejto teplote začínajú nukleárne reakcie, pri ktorých sa vodík mení na hélium. Pri jadrovej reakcii sa uvoľňuje energia, ktorá bráni hviezde v ďalšej kontrakcii a spôsobuje, že hviezda začne svietiť.

30 "Praesepe" (Jasličky), otvorená hviezdokopa v súhvezdí Malý pes

31 Mohutné hviezdy Sú to hviezdy, ktoré majú prinajmenšom trojnásobnú hmotnosť Slnka. Niektoré až takmer 50-násobnú. Takáto hviezda sa vyvíja podobne ako malá hviezda až po štádium hviezdy hlavnej postupnosti. Počas trvania štádia hviezdy hlavnej postupnosti hviezda stabilne svieti, až kým sa vodík v jej jadre nepremení na hélium. Tento proces trvá u malej hviezdy miliardy rokov, ale u veľmi hmotnej hviezdy len milióny rokov. Mohutná hviezda sa potom stáva červeným nadobrom, ktorý má na začiatku héliové jadro obklopené vonkajšími vrstvami chladnúceho, rozpínajúceho sa plynu. Počas nasledujúcich miliónov rokov vytvárajú jadrové reakcie v obálke okolo kovového jadra rôzne prvky. Nakoniec sa jadro zrúti v čase kratšom ako sekunda a zapríčiní obrovskú explóziu, ktorú nazývame supernova, pričom rázové vlny rozmetajú vonkajšie vrstvy hviezdy do okolia. Krátky čas svietia supernovy jasnejšie ako celá galaxia. Ak má zvyšok jadra hmotnosť v rozpätí jeden a pol až tri hmotnosti Slnka, začne sa zmršťovať do útlej, hustej neutrónovej hviezdy. Ak má podstatne vyššiu hmotnosť ako tri hmotnosti Slnka, zmršťuje sa až do štádia čiernej diery.

32 Supernova pred - a - po výbuchu. Súhvezdie Tukan / Tabuľová hora

33 Neutrónové hviezdy a čierne diery
Neutrónové hviezdy a čierne diery sa formujú zo zvyškov jadier hviezd, ktoré explodovali ako supernovy. Ak má zvyšok jadra hmotnosť 1,5 až 3-násobne väčšiu ako hmotnosť Slnka, zmršťuje sa a vytvára neutrónovú hviezdu. Ak má toto jadro hmotnosť trojnásobne väčšiu ako hmotnosť Slnka, tiež sa zmršťuje, ale vytvára čiernu dieru. Pre neutrónové hviezdy je typické, že majú priemer len okolo 10 kilometrov a skladajú sa takmer výlučne zo subatómových častíc, nazývaných neutróny. Sú také husté, že čajová lyžička látky takejto hviezdy by mala hmotnosť asi miliardu ton. Neutrónové hviezdy pozorujeme ako pulzary. Nazývajú sa tak pre svoju rýchlu rotáciu a vyžarovanie dvoch zväzkov rádiových vĺn, ktoré putujú po oblohe a sú tetegované ako krátke pulzy.

34 Planetárna hmlovina (pravdepodobne je tam pulzar)

35 Astronomické teórie a úvahy
Vesmírna trhlina

36 Vesmírna trhlina Tvorí spojenie medzi dvoma priestormi alebo vesmírmi. Keďže medzi nimi nič neexistuje (vzdialenosť, čas ) môžeme vytvoriť medzi nimi isté spojenie . Čiže vytvoríme priechod medzi týmito vesmírmi, pomocou ktorého sa telesá ktoré sú menšie ako tento otvor, môžu voľne prechádzať z jedného vesmíru do druhého (voľne čiže bez dodania energie ) , ale ich prechod nebude znamenať prechod do iného priestoru, pretože hoci pôvodne boli tieto dva vesmíry zároveň aj dva priestory po spojení trhlinou vznikne len jeden vesmír . Domnievame sa že pri vytvorení trhliny vznikne energia ale postup vytvorenia trhliny nevieme, mohla by sa vytvoriť na základe istej podobnosti medzi týmito vesmírmi. Trhlina by mohla pre pozorovateľa z jedného vesmíru vyzerať ako miniatúra druhého vesmíru, čie asi ako veľmi malá gulička. Keď sa priestory spoja, prekryjú sa. Keď chceme vytvoriť ďalšie spojenie, môžeme si vybrať polohu spojenia v jednom vesmíre, ale spojenie v druhom priestore sa vytvorí tam kde je s týmto druhým priestorom prekrytý. V jednom priestore môže vzniknúť aj viacej vesmírov spojených vesmírnou trhlinou, ale vdžy sa môžu maximálne prekrývať len dva vesmíry. Ak chceme vesmíry oddeliť musíme zrejme trhlinu bombardovať časticami, čiže dodať určitú energiu.Teleso môže byť buď v jednom vesmíre alebo v druhom, ale nikdy nie v trhline ( trhlina je len spojenie nie je to riadny priestor ), aj keď z pohľadu oboch vesmírov to vyzerá tak že teleso vletí do trhliny.