Гоу впо
Скачать 166.85 Kb.
|
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Тюменский государственный архитектурно-строительный университет Реферат Необычные состояния материи Выполнил: Важенина Татьяна Владимировна К 07-1,очная форма обучения Проверил: ст.преподаватель, Марьинских Светлана Георгиевна г.Тюмень, 2008 Оглавление Введение……………………………………………………………………...……3 Глава 1 Необычные состояния материи 1.1Что это такое?................................................................................................5 1.2Современные учения…………………………………………………...…11 Глава 2 Примеры необычных материй…………………………………………16 Список использованной литературы…………………………………………...18 Введение Вселенная — это не просто окружающий нас мир, а осознанная ситуация бытия в конкретной материальной системе, для которой пока ещё не определены ни пространственные, ни временные границы. Мы не знаем, единственная ли она или у неё есть аналоги. Тем не менее, наши знания о Вселенной постоянно умножаются. В настоящее время наша Вселенная переживает период преобразования Необычной Материи в Обычную Материю. Под "Необычной Материей" понимается совокупность тёмной энергии и тёмной материи — 96% состава Вселенной (за основу состава Вселенной взяты данные NASA). Есть основания предполагать, что указанная совокупность имеет физическую природу и неравномерное распределение во Вселенной. Она прозрачна, поэтому — невидима. Под "Обычной Материей" понимается атомная или химического уровня развития материя, представленная видимыми дискретными проявлениями: вещества, излучений, взаимодействий, — 4% состава Вселенной. Таким образом, преобразование находится, по существу, где-то в начале. Проведено реконструирование особенностей строения и динамики скрытой массы Необычной Материи, перед началом преобразования. Выполнен анализ особенностей строения видимой части Макроструктуры Вселенной и анализ эволюционных векторов различной природы. Всё это позволило прийти к выводу, что преобразование Необычной Материи началось с её собственного структурирования и создания сети центров и зон зарождения Обычной Материи, которые в последствии разрослись до современной Макроструктуры. Дальнейшее преобразование Необычной Материи, в конечном счёте, выражается в выделении и накоплении легко взаимодействующих элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и не реагирующего ни на гравитационное, ни на электромагнитное поля нейтрино. Выделяемое NASA реликтовое нейтрино (около 0,3%) в составе Вселенной как раз и отражает это накопление. Накопление же остальных, легко взаимодействующих элементарных частиц, закрепляется в формах свободных водорода и гелия (около 3,2%), звёздном и планетном материале (около 0,5%). Что это такое? С появлением Обычной Материи и увеличением её доли — непрерывность объективной реальности обеспечивается совокупностью обеих материй. Преобразование наиболее наглядно проявляется через видимую Обычную Материю. Всё множество природных объектов — от элементарных частиц и космических тел, до видимой части Макроструктуры Вселенной и феномена Разума, а также, их способы и пути развития, особенности сосуществования. Картины Макроструктуры Вселенной — пока совместный продукт художников и исследователей, не исключающий субъективное восприятие. Например, одни видят структуру пены, другие — ветвящиеся системы полых труб, третьи — объёмные сети из волокнистых нитей и так далее. Тем не менее, все они сходятся в главных её особенностях. Макроструктура представляет собой объёмную сеть с ячейками (пустотами, лакунами), наблюдаемую во всем пространстве Метагалактики, то есть — везде, где наблюдаются скопления галактик. Размеры пустот самые различные, иногда они в поперечнике достигают до 300 миллионов световых лет. Для ячеек характерны слабо вытянутые овальные формы, иногда имеющих вид незаконченных многогранников. Цепочки галактик, их скоплений и сверхскоплений выполняют функцию условных тонких прерывистых стенок и граней разделяющих пустоты. Часто пустоты обозначаются лишь гранями причудливо соединяющимися между собой. Отмечаются и гигантские фрагменты сети, например, прямо под центром созвездия Льва, на удалении в 6,5 миллиардов световых лет от Земли открыто скопление сверхскоплений Космическая стена, которое протягивается на 600 миллионов световых лет. Крупные утолщения характерны для мест соединения граней. Стенки и грани не выдержаны по толщине, причём очень существенно — от заметных утолщений до разрывов. Вся эта видимая объёмная сеть Макроструктуры очень тонкая, можно сказать "воздушная", относительно ячеек, и занимает всего около 5-7% пространства Вселенной, остальное пространство приходится на пустоты. Есть все основания полагать, что данная видимая Макроструктура Вселенной повторена повышенным количеством скрытой массы Необычной Материи.
Глядя на описанную выше объёмную сеть видимой материи, пронизывающей основные объёмы пространства, заполненные Необычной Материей, очевиден факт, что здесь мы имеем дело с результатом процесса наложения. Необычная Материя, как большая по массе, объёму и энергии, во многом определяет современный ход преобразования (развития) Вселенной и является средой для систем Обычной Материи, выполняя, в частности, функции физического вакуума. Все видимые системы Вселенной — от малых до самых гигантских — являются открытыми относительно Необычной Материи. В иерархически сложных системах в качестве среды может выступать сама Обычная Материя, то есть, вариант подсистем, когда внешней средой служит материальная подсистема более крупного масштаба, с которой она обменивается энергией и веществом. Для всех систем Обычной Материи характерен динамизм, выражающийся в их развитии (самоорганизации) — заключающемся в стремлении достичь более высокого уровня сложности и упорядоченности по сравнению с предыдущим. В пределах Метагалактики Вселенная представляется глобальной иерархической самоорганизующейся системой. Необычная Материя не только преобразуется в Обычную Материю, но и сама в виде своей скрытой массы тесно взаимодействует с её системами через гравитацию. Масштаб такого взаимодействия очень широкий — от галактик до крупных фрагментов Макроструктуры Вселенной. Прямая положительная корреляция количества галактик на единицу пространства и количества скрытой массы специалистами отмечается давно, а сейчас данный факт находит подтверждение в картах распределения тёмной материи. Оба рисунка в той или иной мере демонстрируют факт прозрачности тёмной материи представленной повышенным количеством скрытой массы. Динамика взаимодействия Необычной и Обычной материй также самая разнообразная — от стабилизации конкретных космических систем, типа галактик и Макроструктуры Вселенной в целом, до столкновений (скорость достигает 300 км/сек и более) и катастроф (взрывных процессов). Масштаб катастроф — от пары сталкивающихся, друг с другом, галактик с размером катастрофы в сотни тысяч световых лет, до столкновения гигантских скоплений галактик с размером катастрофы в десятки миллионов световых лет. Между Обычной и Необычной материями намечается целый ряд возможных мостиков взаимодействия: упоминавшаяся гравитация, чёрные дыры, системы "галактика — чёрная дыра — гало тёмной материи" и "галактика — квазар — чёрная дыра — гало тёмной материи", кварковые звёзды, тёмные галактики. Несмотря на то, что механизм преобразования Необычной Материи в Обычную Материю в значительной мере определился, продолжение этого процесса в будущем связано с массой неопределённостей, которые очевидны уже сейчас. Выше было отмечено, что кроме непосредственного преобразования в Обычную Материю, часть Необычной Материи через локальные повышенные количества скрытой массы участвует в "стабилизации" галактик, их скоплений и в целом Макроструктуры Вселенной. Согласно современным представлениям, в первые микросекунды существования Вселенной она находилась в совершенно необычном, практически не изученном экспериментально состоянии, называемом кварк-глюонной плазмой. Элементарные заряженные частицы - кварки являются составными частями всех адронов (барионов - протонов, нейтронов - и мезонов), а нейтральные частицы глюоны являются переносчиками сильного взаимодействия, которые обеспечивают "склеивание" кварков в адроны. В настоящее время кварки встречаются только в связанном состоянии, однако в первые мгновения жизни Вселенной, когда эти частицы только-только образовались, они находились в свободном (газообразном) состоянии. Нельзя, правда, исключить, что и сейчас встречаются объекты, в которых кварки и глюоны существуют в "первозданном" виде - речь идёт о так называемых "кварковых звёздах" . Однако экспериментальное исследование такого гипотетического состояния материи сталкивается с огромными трудностями: во время существования кварк-глюонной плазмы Вселенная была очень горячей - её температура превышала 1012 K (это на несколько порядков выше, чем температура в недрах самых горячих звёзд). Реализовать пригодные для существования кварк глюонной плазмы условия сейчас можно единственным образом - используя ускорители на встречных пучках (коллайдеры). Учёные полагают, что при достаточно больших энергиях сталкивающихся ионов протоны и нейтроны, из которых они состоят, на короткое время могут превращаться в кварк-глюонную плазму. Попытки получить и исследовать кварк-глюонную плазму в последние годы интенсивно ведутся в Брукхэвенской национальной лаборатории (США) на RHIC (релятивистском коллайдере тяжёлых ионов). В этих экспериментах используются тяжёлые ионы золота.
Интерпретируя результаты экспериментов, американские учёные раньше высказывали предположение, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонную плазму, которая существует при температуре порядка 2 триллионов кельвинов. Последние сообщения из Брукхэвенской лаборатории ещё интереснее: исследователи сообщают, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонное состояние материи, существующее порядка 10-23 секунды, однако оно напоминает не газ, а ... жидкость. Т.е., несмотря на экстремально высокие температуры, кварки достаточно сильно связаны между собой (рис. 1) и их движение напоминает скорее движение атомов в жидкости, а не в газе (см. также анимацию на сайте Брукхэвенской лаборатории – "газ", "жидкость"). Кварк-глюонная жидкость, с поправкой на масштабы и температуры, очень похожа на обычные жидкости, такие как вода: она имеет достаточно низкую вязкость и обладает высокой степенью однородности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что сила взаимодействия между кварками и глюонами значительно сильнее, чем полагали раньше. Теперь учёные планируют исследовать состояние этой самой необычной из существующих во Вселенной жидкостей, пытаясь определить такие её параметры, как вязкость, темплоемкость и скорость звука в кварковой жидкости. Однако серьёзным препятствием на пути исследователей может стать сокращение финансирования, что вынуждает их существенно сократить время экспериментов - с 30 недель до 12 недель в будущем году. Современные учения В основе современных научных представлений о строении мира лежит идея ее сложной системной организации. Наличие общих признаков организации позволяет объединить различные объекты в классы разнообразных систем. Эти классы часто называют уровнями организации материи или видами материи. Все виды материи связаны между собой генетически, т.е. каждый из них развивается из другого. Удивительное свидетельство единства всех структурных уровней организации мира дает современная физика основных типов взаимодействия. Так оказывается, что реальное единство слабого и сильного взаимодействия может проявляться при таких энергиях, которые не существуют в современном мире и могли реализоваться только в первые секунды эволюции Метагалактики после Большого Взрыва. С другой стороны, мы обнаруживаем, что макроскопические свойства наблюдаемого нами мира (наличие галактик, звезд, планетных систем, жизни на Земле) обусловлены небольшим количеством констант, характеризующих различные свойства элементарных частиц и основные типы фундаментальных закономерностей. Например, если бы масса электрона была в три-четыре раза больше ее значения, то время существования нейтрального атома водорода исчислялось бы несколькими днями. А это привело бы к тому, что галактика и звезды состояли преимущественно из нейтронов и многообразия атомов и молекул в их современном виде просто не существовало бы. Современная структура Вселенной очень жестко обусловлена также величиной, выражающей разницу в массах нейтрона и протона. Разность эта очень мала и составляет всего одну тысячную от массы протона. Однако, если бы она была в три раза больше, то во Вселенной не мог бы проходить нуклонный синтез и в ней не было бы сложных элементов, а жизнь вряд ли могла возникнуть. Это обстоятельство позволило современной науке сформулировать так называемый антропный принцип, который становится достаточно надежным принципом объяснения мира и создания современной картины мира, способной соединить объективность видения с ценностными оценками. Это вплотную подводит к идее эволюции Вселенной. В полной мере эта идея была осознана в середине XX в. Надо отметить, что она чужда самому духу ньютоновской физики, которая по своему логическому строю скорее физика бытия, чем физика становления. На нынешнем этапе развития физической космологии на передний план выдвигается задача воссоздания сценария образования крупномасштабной структуры Вселенной, от самого начала и вплоть до наших дней. Иными словами, она должна включать в себя не только картину возникновения и эволюции галактик, но и звезд, планет и органической жизни. Каковы же хронологические рамки полной космогонической теории? Космологи обычно делят эволюцию космической материи от момента «Большого Взрыва» по настоящее время на четыре периода, условно именуемые «планковским», «квантовым», «адронным» и «обычным». Каждый из этих периодов охватывает определенные, физически значимые фрагменты космологической шкалы времени, разнящиеся на целых двадцать порядков: 0) от нуля (время, соответствующее моменту «Большого Взрыва») до 00-00 сек занимает «планковский» период; 0) от 00-00 до 00-00 сек - «квантовый»; 0) 00-00 до 00-0 сек - «адронный»; 0) от 00-0 до 0000 сек - «обычный». Последний хронологический рубеж отделяет настоящее от будущего. На 00-00 сек жизни Вселенной ее плотность была равна 0000 г/см0, а ее радиус составлял порядка 00-00 см. Следующая узловая точка в траектории эволюции космической материи обозначена цифрой 00-00 сек. Пространственно-временная дистанция между этими двумя математическими величинами наполнена микрофизическими событиями поистине вселенского значения. Плотность вещества в этот промежуток времени падает, тогда как плотность вакуума остается неизменной. Это привело к резкому изменению физической ситуации уже спустя 00-00 сек после «Большого Взрыва». Плотность вакуума сначала сравнивается, а затем, через несколько мгновений космического времени, становится больше плотности вещества. Тогда дает о себе знать гравитационный эффект вакуума - его силы отталкивания берут верх над силами тяготения обычной материи. Вселенная начинает расширяться в чрезвычайно быстром темпе и в течение всего лишь 00-00 доли секунды достигает огромных размеров, превышающих на много порядков размеры ныне наблюдаемой части Вселенной. Однако этот космологический процесс ограничен во времени и пространстве. Вселенная, подобно любому расширяющемуся газу, ' Вакуум - особое состояние материи, в которое погружены все частицы и физические тела. В нем происходят процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением частиц, сначала быстро остывает и уже в районе 00-00 сек после «Большого Взрыва» сильно переохлаждается. В результате этого космического похолодания Вселенная от одной фазы эволюции переходит в другую. Если быть более точным, речь идет о фазовом переходе первого рода - скачкообразном изменении внутренней структуры космической материи и всех связанных с ней характеристик и свойств. На завершающей стадии этого космического фазового перехода весь энергетический запас вакуума превращается в тепловую энергию обычной материи, а в итоге вселенская плазма вновь подогревается до первоначальной температуры. На этом этапе эволюции Вселенной космическая материя, состоящая преимущественно из квантов излучения, движется в нормальном замедленном темпе. Самым необычным в космической картине эволюции молодой Вселенной оказывается принципиальная возможность резкой смены одних ее состояний другими, сопровождающаяся глубокими качественными изменениями в физической структуре космической материи. Взглянув сквозь призму новых физических представлений в далекое прошлое Вселенной, ученые обнаружили, что космическая материя могла находиться в качественно различных фазах, при которых ее свойства существенно разнились. Например, одна и та же частица могла иметь массу в одной фазе и быть безмассовой в другой. В последнее время рядом ученых сформулирована вакуумная модель мира, исходя из которой вакуум может порождать множество миров. В качестве наглядного образа можно использовать картину кипящего вакуума, на поверхности которого возникают «пузыри» физических Вселенных, в одной из которых живем мы с вами. Этим самым признается возможность множественности параллельных миров. Возвращаясь, однако, к этапам эволюции Вселенной, отметим закономерность формирования из элементарных частиц легких атомных ядер (гелий-0 и дейтерий). Далее происходит формирование плазмы, состоящей из горячей смеси фотонов, нейтронов и небольшого количества разряженного ионизированного газа. С наступлением следующего этапа возникают атомы и на заключительном этапе происходит формирование крупномасштабной структуры Вселенной. Именно в этот период истории космоса происходит постепенное сгущение и последующее превращение первичного, все еще достаточно горячего вещества в галактики и их скопления. Космогонический механизм этого общевселенского процесса еще не выяснен, однако ныне ученые значительно продвинулись в понимании естественных путей формирования химических элементов и состоящих из них веществ. Для нас же важно подчеркнуть другое. Идея эволюции вошла в плоть и кровь современной астрофизики и космологии. Принцип развития стал неотъемлемой частью современного стиля мышления в этих науках - ведущих отраслях новейшего естествознания, имеющих огромное мировоззренческое значение. Именно данные астрофизики и космологии в последние годы доказали эволюционный характер Вселенной. Современному положению вещей наиболее адекватна мысль, восходящая к Гераклиту, возрожденная затем Кантом, об изменчивости Вселенной как целого. Здесь имеется в виду один существенный терминологический нюанс, на который далеко не всегда обращают должное внимание. Три термина «вся Вселенная», «Вселенная в целом» и «Вселенная как целое» логически не эквивалентны. Первый обозначает все части Вселенной безотносительно к целому. Второй - целое безотносительно к частям. Третий - все части Вселенной в их внутреннем отношении к целому. Говоря об эволюции космоса, имеется в виду Вселенная как целое. Все уровни структурной организации Вселенной в отдельности и сама Вселенная в целом вовлечены в соответствующие эволюционные процессы, которые к тому же генетически и функционально связаны и взаимообусловлены. И именно благодаря идее глобального эволюционизма Вселенной она предстает высокоорганизованной системой систем, спаянных едиными закономерностями и функционирования, и развития. Примеры необычных материй Плазма — электрически нейтральный, сильно ионизированный газ, состоящий из положительно заряженных ионов, электронов и нейтральных молекул. Во многих отношениях плазма ведёт себя как обычный газ и подчиняется законам газовой динамики. Чтобы превратить газ в плазму (т. е. ионизировать его), нужно затратить большую энергию, которая называется энергией ионизации. Легче всего ионизируются пары щелочных металлов (энергия ионизации цезия — 375 кДж/моль); труднее всего — благородные газы (для гелия энергия ионизации равна 2372 кДж/моль). Плазма возникает в разрядах молний, в пламени. Верхние слои атмосферы Земли также представляют собой плазму, образовавшуюся под действием солнечного излучения. Плазму можно создавать искусственно, подвергая нейтральный разреженный газ действию электрического поля (как в лампах дневного света) или очень высоких температур. Звёзды состоят из высокоионизированной плазмы, в которой атомы теряют уже не один внешний, а все электроны, для чего требуются колоссальные температуры. Так, для потери атомом бериллия одного электрона необходима энергия 900 кДж/моль, чтобы оторвать второй электрон, нужно уже 1760 кДж/моль, третий — 14 850 кДж/моль, а четвёртый (и последний) — 20 900 кДж/моль! Чтобы атомы при столкновениях имели такую кинетическую энергию, вещество надо нагреть почти до 2 млн градусов. По-видимому, большая часть Вселенной состоит из плазмы, порождённой чрезвычайно высокими температурами или радиацией. Таким образом, «необычным» это состояние материи является только с нашей, земной точки зрения. Стекло трудно однозначно отнести к одному из двух состояний материи — жидкому или твёрдому. Оно обладает свойствами твёрдых веществ, но в то же время имеет структуру жидкостей. Почему же расплавленное стекло при охлаждении не кристаллизуется? Дело в том, что при охлаждении расплавленного стекла его вязкость возрастает очень быстро, и ионы не успевают перестроиться и образовать правильную кристаллическую решётку. Подобным же образом ведёт себя, например глицерин, который трудно закристаллизовать (tпл = 20 °С). В стеклообразном состоянии можно получить даже металл, если его расплавить, а потом охладить с очень большой скоростью — миллионы градусов в секунду. Тем не менее, в специальных условиях стекло можно всё же получить и в кристаллическом состоянии. Такие материалы называются ситаллами. Они обладают ценными механическими, оптическими и электрическими свойствами, которые можно целенаправленно менять, изменяя химический состав стёкол. Жидкие кристаллы — вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой, — расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). При достаточно высоких температурах правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах жидкие кристаллы замерзают, превращаясь в твёрдые тела. Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Свойствами жидких кристаллов можно управлять, подвергая их действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров. Список использованной литературы 1.В.Д. Сидоренко, В.М. Колобашкин, П.М. Рубцов, П.А. Ружанский "Радиационные характеристики облученного ядерного топлива", справочник, Москва, Энергоатомиздат, 1983 г 2.В.Е. Левин "Ядерная физика", Москва, Атомиздат, 1985 г 3.С.Х.Карпенков, Концепции Современного Естествознания, Москва «высшая школа»2001, 334с. 4. Эткинс П. Кванты: Справочник концепций. – М.: Мир, 1977. – 496 с. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Гоу впо «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» Себряковский филиал гоу впо «Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета» |  | Изучение влияния скорости подъема ковша на долговечность рукояти... Работа выполнена в гоу впо «Уральский государственный горный университет» и в гоу впо «Магнитогорский государственный |
| Правила оформления выпускной квалификационной работы в гоу впо «Ярославский... Настоящие правила определяют требования к оформлению и структуре выпускных квалификационных работ, выполняемых выпускниками гоу впо... | | 616. 831 005. 1 + 616. Работа выполнена в гоу впо «Пензенский государственный университет» и гоу впо «Московский государственный медико-стоматологический... |
| Гоу впо «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Актуальные вопросы организации работы с молодежью [Текст]: Материалы Всерос науч практ конф., Екатеринбург, 24 апр. 2009 г. / Гоу... | | Рабочая программа вариативной части учебного плана разработана в... Примерной программой изучения биохимии по специальности 060103 «педиатрия», разработанной кафедрой биохимии гоу впо мгсму (зав кафедрой... |
| Об итоговой государственной аттестации выпускников гоу спо бирский... Гоу впо «башкирская академия государственной службы и управления при президенте республики башкортостан» | | Рабочая программа Название дисциплины биохимия шифр специальности... Рф от 8 ноября 2010 г.) а также с Примерной программой изучения биохимии по специальности 060103 «педиатрия», разработанной кафедрой... |
| Федеральное агентство по образованию гоу впо «Поморский государственный... Рабочая программа составлена на основании гос впо направления 030600. 62 – «журналистика» (квалификация бакалавр) | | Гоу впо «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского»... Дисциплина относится к разделу «Гуманитарный, социальный и экономический цикл. Базовая часть» в соответствии с фгос впо по направлению... |
| Гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет»... Наименование учреждения: гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет» | | Гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет»... Наименование учреждения: гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет» |
| Гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет»... Наименование учреждения: гоу впо «Воронежский государственный педагогический университет» | | Гоу впо «мордовский государственный педагогический институт имени м. Е. Евсевьева» г. Саранск Гоу впо «мордовский государственный педагогический институт имени м. Е. Евсевьева» |
| Гоу впо «алтайский государственный университет» Кафедра информационных... Фгос впо по направлению подготовки 080200 «Менеджмент» (квалификация (степень) "бакалавр"), утвержденный Министерством образования... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Участники: финансовые команды (6-8 человек) из гоу сош №152, 213, 238, 725, 1112, 1125, гоу цо №1409, гоу лицей №1575, гоу гимназии... |
