Кубанський державний університет
Фізико-технічний факультет
Кафедра оптоелектроніки
Реферативна робота
з навчального курсу
Концепції сучасного природознавства
Природничонаукова концепція розвитку процесів у природі
Роботу виконав
студент Левченко М.Ю.
Провідний викладач
канд. фіз.-мат. наук
В.П. Прохоров
Краснодар - 2 013
1. Первинні процеси синтезу нуклонів і утворення атомів
Об'єднання протонів і нейтронів (нуклонів) в складові ядра атомів протікає з участю ядерних сил, радіус дії яких не перевищує 10-13 см. Для зближення нуклонів на такі відстані необхідно принаймні виконання двох умов: вільні нуклони повинні мати енергією, що дозволяє їм зблизитися до зазначених відстаней; їх енергія при цьому не повинна перевищувати енергії зв'язку нуклонів в ядрі, інакше об'єднання не зможе стійко існувати. Тому нуклеосинтез (синтез нуклонів) може протікати в інтервалі температур з верхньою межею порядку 1 млрд. Градусів.
Електричні заряди протонів перешкоджають їх прямим об'єднанню, для подолання електростатичного відштовхування потрібні високі енергії. В умовах же Всесвіту на етапі нуклеосинтезу освіту складових ядер можливо тільки на основі сполук протонів з нейтронами. З'єднання протона з нейтроном створює ядро ??дейтерію, з двома нейтронами - ядро ??тритію. Це два відомих ізотопу водню. Освіта ж ядер інших елементів вимагає, здавалося б, неможливого - об'єднання двох і більшого числа протонів. Американський фізик-теоретик Г.А. Гамов (1904-1968) та інші вчені вказали можливий шлях нуклеосинтезу, в його основі лежить процес нерезонансного, захоплення нейтрона протоном. У такому процесі захоплений нейтрон розпадається на протон, електрон і антинейтрино (бета-розпад) і утворюється стійке ядро ??з двох протонів, до яких приєднується ще один або два нейтрони, т. Е. Виникає ядро ??з атомним числом 3 або 4 одного з двох ізотопів гелію, наступного після водню елемента таблиці Менделєєва.
В принципі такий процес може повторитися з ядром гелію, воно збільшить свій заряд на одиницю і стане ядром літію, потім ядром берилію і наступних елементів. Здавалося б, відкривається прямий шлях для послідовного освіти одного за іншим ядер всіх елементів. Однак у природі переходи від простого до складного нерідко відрізняються від найбільш прямих і, в нашому уявленні, логічних шляхів.
Так сталося і у випадку нуклеосинтезу в ранньому Всесвіті. На шляху його прямого розвитку встали елементи з магічними числами 5 і 8. Справа в тому, що будь-яка комбінація протонів і нейтронів, що утворює ядро ??з атомним вагою 5 або 8, виявляється нежиттєздатною, вона розпадається швидше, ніж утворюється. Тим самим ланцюжок приєднання нейтронів до ядра з подальшим їх перетворенням в протони" і послідовним збільшенням заряду ядра на одиницю обривається на самому початку, не залишаючи надії на отримання ядер з числом нуклонів, що перевищує 4. Цей бар'єр на шляху нуклеосинтезу фізики назвали щілиною маси.
Таким чином, нуклеосинтез в початковій фазі розвитку Всесвіту не міг утворити спостережуваного в сьогоднішньому Всесвіті різноманітності хімічних елементів, тому його назвали первинним нуклеосинтезом. Відповідно до однієї з останніх моделей все речовина Всесвіту на ранній стадії еволюції почало швидко розширюватися. Приблизно через півгодини після початку розширення все нейтрони виявилися пов'язаними з частиною протонів, утворивши ядра гелію з дуже невеликою добавкою дейтерію. А так як температура все ще була високою, близько 300 тис. Градусів, то з'єднання електронів з ядрами (рекомбінація) і утворення атомів в таких умовах виключалися.
На цьому епізоді закінчується стандартний сценарій Всесвіту. Наступні приблизно 500 тис. Років не відбувалося нічого вартого уваги. Всесвіт продовжувала остигати у міру розширення. Залишаючись в цілому однорідною, вона ставала все більш розрідженій. До моменту часу, коли її радіус досяг близько 100 млн. Парсек, а щільність речовини знизилася до 10-22 г/см3, температура становила приблизно 3000 К. У цих умовах електрони отримали можливість міцно з'єднуватися з ядрами, утворюючи стійкі атоми водню і гелію. Вільні електрони швидко зникли, в результаті припинилося їх взаємодія з фотонами і баріонна речовина Всесвіту стало прозорим. Випромінювання відокремилося від атомарного речовини і утворило те, що в нашу епоху назвали реліктовим випромінюванням. У ...
