Universul Si Organizarea Materiei

FACULTATEA DE ISTORIE SI GEOGRAFIEGEOGRAFIA MEDIULUI ANI GR. IDANILIUC ALIN-GABRIEL-REMUS

UNIVERSUL SI ORGANIZAREA MATERIEI

Universul reprezintă lumea în totalitatea ei, probabil că nemărginită în timp și spațiu, infinit de variată în ceea ce privește formele pe care le iau materia, energia și informația în procesul dezvoltării lor perpetue.

Universum - C. Flammarion Paris 1888, Coloration : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998

Materia

Nu există o definiție universal acceptată a termenului „materie”. Cel mai des se înțelege prin asta însă partea masivă a universului. În modelul standard al fizicii de particule, materia este alcătuită din particule elementare, obiecte punctiforme având diverse proprietăți. Din aceste proprietăți face parte și masa particulei, o măsură a inerției, dar și a influenței forței gravitaționale asupra particulei respective. Orice obiect care are masă și ocupă spațiu poate fi considerat deci material.

În teoria relativității, masa este echivalată cu energia, ceea ce motivează extinderea definiției


materiei pentru a include și unele fenomene pur energetice, cum ar fi de exemplu câmpurile de forțe. Fizica de particule cuantifică acest aspect împărțind particulele elementare în două categorii: cele care alcătuiesc materia „de zi cu zi”, care constă în mare parte din atomi, numite fermioni, și așa numiții bosoni, particule elementare responsabile pentru acțiunea forțelor. După această definiție, numai materia fermionică este considerată materie. Antimateria este la rândul ei o formă a materiei.

În domeniul cosmologiei și astrofizicii se constată o discrepanță între comportamentul observat al unor structuri masive (de pildă galaxiile) și predicțiile teoretice. Soluția propusă este postularea unui nou tip de materie „întunecată”, care alcătuiește o mare parte din materia din univers, dar care nu poate fi observată direct întrucât nu reflectă radiația electromagnetică (lumină).

Formarea Universului[

Hubble Deep Field


Cel mai îndepărtat punct din universul vizibil.

Date probabile

Diametru vizibil96 (+/- 4) ·109Ani-lumină

96 (+/- 4)

mrd. ani-lumină

Vârstă 13,77·109 ani

13,77 mrd. ani

Masă 8,5·1052–1053 kg

Număr de galaxii 200 mrd.

Număr de particule 4·1078–6·1079

Număr de fotoni* 1088

Temperatură actuală 2,725 K

−270,425°C

Densitate medie 10−27–5·10−27kg/m3

Densitate critică 9,7·10−26 kg/m3


Constanta Hubble ca. 71 (+/− 6) km/s·Mpc

Astronomii au calculat că universul s-a format cu 13.798 ± 0.037 miliarde de ani în urmă. Teoria Big Bang-ului (engl. „marea explozie”) explică în mare parte formarea universului, pe care o aseamănă cu o explozie de proporții. Din momentul formării universului a avut loc o expansiune a acestuia care are loc și astăzi. Astronomii caută să descopere structura, comportamentul și evoluția materiei și energiei existente în univers. Despre evoluția viitoare a universului există o serie de teorii. Într-unul din scenarii expansiunea universului va continua până la deșirarea acestuia (Big Rip, engl. „marea ruptură”), iar în altul expansiunea va atinge un maximum, după care universul va începe să se micșoreze (Big Crunch, engl. „marea compactare”). Scenariul în care după acest colaps are loc un nou Big Bang poartă numele de Big Bounce (de la engl. to bounce, „a ricoșa” / „a sări”).

Astronomii cred că în prima fracțiune de secundă de după explozie, universul s-a extins în proporții de milioane de ori mai mari decât starea inițială, iar în următoarea fracțiune de secundă extinderea a devenit mai înceată, acesta răcindu-se și lăsând loc


particulelor de materie să se formeze. Când universul a ajuns la prima sa secundă de existență, se presupune că atunci s-au format protonii, iar in următoarele 1.000 de secunde a urmat era nucleosintezei, era în care s-au format nuclee de deuteriu și care este prezent în universul de acum. Tot în aceste prime 1.000 de secunde s-au format și unele nuclee de litiu, beriliu și heliu.

Când universul a ajuns la vârsta de un milion de ani a ajuns sa se răcească până la temperaturi de 3300 °C în medie în care protonii și nucleele mai grele s-au format în urma nucleosintezei, putând apoi să se combine cu electronii formând atomii. Înainte ca electronii să se combine cu nucleele, circulația radiațiilor prin spațiu era dificilă, radiațiile în forma fotonilor nu puteau traversa spațiul fără a intra în coliziune cu electronii, dar odată cu combinarea protonilor cu electronii care au format hidrogenul, traversarea fotonilor a fost ușurată. Radiațiile în forma fotonilor au caracteristicile gazului. Din momentul în care radiațiile au fost eliberate, totul s-a răcit până la -270 °C, numindu-se radiație cosmică de fond. Aceste radiații au fost


detectate prima dată de către radiotelescoape și apoi de către sonda spațială COBE.

Între anul 2 milioane și anul 4 milioane după Big Bang s-au format quasarii, galaxii extrem de energice. O populație de stele s-a format din gazul și praful interstelar, apoi s-au contractat în a forma galaxiile. Această primă populație se numește Populația I și a fost formată aproape în întregime din hidrogen și heliu. Stelele formate au evoluat creând la rândul lor alte elemente mai grele care au dus la fuziuni nucleare explodând și formând supernovele.

Mai târziu s-a format Populația II, din care face parte și Soarele nostru, și conține elemente grele formate în istorie. Soarele nostru s-a format acum 5 miliarde de ani și se află la jumătatea vieții sale. Se presupune că viața soarelui nostru este de aproximativ 11 miliarde de ani.


Acum 4,6 miliarde de ani s-a format sistemul solar. Cea mai veche fosilă a unui organism viu datează de acum peste 3,5 miliarde de ani.

Vârsta Universului

Articol principal: Vârsta Universului.

Există trei metode de determinare a vârstei Universului:[1]

Determinarea constantei din legea lui Hubble.

Măsurarea conținutului de elemente radioactive din stele.

Determinarea vârstei celor mai bătrâne stele.

Destinul final al Universului

Există mai multe teorii despre soarta Universului.

- S-ar putea dilata la nesfârșit, dispărând pur și simplu.[necesită citare]


- S-ar putea opri din dilatare și să rămană ca atare.[necesită citare]

- Ar putea atinge o dimensiune maximă, iar apoi să se contracte până la prăbușirea datorită gravității - teoria Big Crunch.[necesită citare]

- Ar putea trece prin faze alternative de dilatare și contracție la nesfârșit.[necesită citare]

- Ar putea izbucni un nou Big Bang care va crea la rândul lui un alt Univers.[necesită citare]

Organizarea și evoluția universului

„Hubert Reeves: Cunoașterea cosmosului este mai mult decât un lux pentru oameni cultivați. Ea este temelia unei conștiințe cosmice; ea relevă marea răspundere ce ne revine pentru viitorul omenirii.”

La baza evoluției universului se află interacțiunea dintre substanță, energie, informație. Independent de cele două teorii cosmogonice:


Big Bang adică marea explozie inițială, și

Universul fără început,

există un consens asupra evoluției materiei de la simplu la complex.

Substanță, energie informație

Întreaga materie este organizată pe sisteme:

izolate care nu fac nici un schimb cu exteriorul sau unul foarte redus;

închise care fac cu mediul lor numai schimb de energie;

deschise ( cum sunt celula, molecula, organismul, biosfera, universul) care fac schimb de substanță, energie și informație cu mediul în care se dezvoltă.

Marile faze ale organizării în univers

Evoluția nucleară: de la particule la atomi

Quarkurile se combină în nucleoni (formați din protoni și neutroni)

Articol principal: Cronologia Big Bangului.


De la timpul 10 −35 la 10−32 secunde Universul s-a umflat cu un factor de 1050 (era inflaționară). De la această eră până în zilele noastre expansiunea (volumul) Universului s-a mărit cu un factor de 109 adică de un miliard de ori.

La 10−32 secunde forța tare (care asigură coeziunea nucleului atomic) se detașează de forța electro – slabă (rezultată din fuziunea între forța electromagnetică și forța dezintegrării radioactive) iar Universul măsoară cam 300 metri de la un cap la altul, este întuneric absolut și temperaturi de neconceput.

La 10−11 secunde s-au născut cele patru forțe fundamentale care interacționează (gravitația, forța electromagnetică, forța nucleară tare și forța dezintegrării); fotonii nu mai pot fi confundați cu alte particule.

Între 10−11 și 10−5 secunde quarkurile se asociază în neutroni și protoni, cea mai mare parte a antiparticulelor dispar; apar cinci populații de


particulele elementare: protoni, neutroni, electroni, fotoni, neutrini.

Totul se petrece în marea supă inițială, la o temperatură de un miliard de grade. După o secundă de la Big Bang temperatura a coborât la aproximativ un miliard de grade.

Nucleonii se compun în nuclee

Articol principal: Nucleosinteza Big Bang.

La 200 de secunde (3,33 minute) de la momentul originar particulele elementare se asamblează pentru a forma izotopii nucleelor de hidrogen și heliu.

Datorită micșorării căldurii inițiale (care era numai lumină și care anihila orice alte forțe), deci datorită scăderii temperaturii apar forțele de bază.

După 100 de milioane de ani se formează primele stele din vârtejuri de pulberi.


Fenomenele se petrec în marea supă inițială, în creuzete stelare, la temperatura de sub un miliard de grade.

În această fază apare și se manifestă forța nucleară.

Nucleele se combină și se formează atomi, molecule simple, praf[modificare | modificare sursă]

Articol principal: Formarea și evoluția galaxiilor.

Fenomenele se petrec la suprafața stelelor, în spațiul dintre stele la temperaturi de 3000 de grade;

Apare și se manifestă forța electromagnetică.

După sute de milioane de ani apare și se manifestă forța gravitațională ce determină formarea galaxiilor.


Evoluția chimică: de la atomi la molecule[modificare | modificare sursă]

Molecule simple se combină și apar molecule organice[modificare | modificare sursă]

Această evoluție se petrece în oceanul primitiv.

Moleculele organice se organizează și se dezvoltă în celule[modificare | modificare sursă]

Faza de dezvoltare se realizează în oceanul primitiv.

Celulele se combină, evoluează și se organizează în plante și animale[modificare | modificare sursă]

Faza se petrece atât în în oceanul primitiv cât și pe continente.

Se realizează astfel o fază importantă a evoluției biologice care constă la trecerea, la dezvoltarea viului de la molecule la celule, la plante și la animale


Evoluția antropologică

Expansiunea universului

Articol principal: Expansiunea metrică a spațiului.

Conform părerilor lui Stephen Hawking[2], universul a avut o evoluție foarte regulată, în conformitate cu anumite legi. Astăzi, oamenii de știință descriu universul în termenii a două teorii parțiale fundamentare – teoria generală a relativității și mecanica cuantică.

Universul este spațiu-timp și este în expansiune continuă. Aceasta se demonstrează plecând de la teoria relativității generale, prin care se explică un fenomen curios : spectrele galaxiilor îndepărtate prezintă un decalaj spre roșu, fenomen ce se produce atunci când sursa emițătoare este în mișcare în raport cu observatorul

Savantul Hubble a descoperit că aproape toate galaxiile se depărtează de noi, că mărimea deplasării nu este întâmplătoare ci este


proporțională cu distanța de la noi la galaxie și că, deci, cu alte cuvinte, cu cât galaxia este mai depărtată, cu atât mai repede se depărtează de noi. Deci universul se extinde, distanțele dintre diferitele galaxii crescând continuu.

„Ceea ce știm este că universul se extinde cu 5 până la 10 procente la fiecare miliard de ani. Unele observații recente indică faptul că rata expansiunii universului nu scade, ci crește. Este foarte straniu, pentru că efectul materiei în spațiu, fie că are densitate mică, fie că are densitate mare, poate doar să încetinească expansiunea. La urma urmei, gravitația este atractivă. O expansiune cosmică accelerată este ceva în genul suflului unei explozii care sporește în loc să se disipeze după explozie. Ce forță ar putea fi responsabilă pentru a împinge tot mai rapid cosmosul către expansiune? Nimeni nu este încă sigur. Comportarea universului în epoca târzie: universul va continua să se extindă cu o rată mereu crescătoare. (Stephen Hawking – din cartea „O mai scurtă istorie a timpului” apărută în 2007).


Cauza expansiunii accelerate pare să fie din nou manifestarea caracterului repulsiv al gravitației; s-ar repeta astfel împrejurarea similară din trecutul universului când acesta a trecut printr-o perioadă de dilatare gigantică. Forța care a determinat comportarea „inflaționară” a universului ar fi fost gravitația care, în acele condiții, s-a manifestat repulsiv, creând o așa zisă „presiune negativă”.

Fără expansiunea universului nu s-ar fi putut forma nici o legătură stabilă, nici un sistem, nici o organizare a materiei / substanței / energiei (atomi, molecule, celule, stele, planete, galaxii).

Cartografierea strat cu strat a Universului

Un catalog ce cuprinde mii de nebuloase neobservate până acum precum și unele dintre cele mai mari clustere galactice observate până în prezent, a fost lansat în ianuarie 2011 de către Agenția Spațială Europeană, prin intermediul misiunii Planck. Scopul satelitului Planck este de a scana cel puțin patru straturi cosmice pentru a măsura nivelul radiației rămase din momentul producerii Big Bang-ului, iar până în prezent a fost


explorat și respectiv cartografiat un strat și jumătate.

^ Mistere ale Universului – care este vârsta Universului?

^ Stephen W. Hawking, născut pe 8 ianuarie 1942, după studii la Oxford și un doctorat susținut la Cambridge, devine titularul catedrei de matematică da la Cambridge. Împreună cu Roger Penrose a elaborat teoria asupra găurilor negre și a demonstrat că, în conformitate cu relativitatea generală, spațiul și timpul trebuie să fi avut un început în marea explozie (big-bang). Se află în prima linie a fizicienilor care caută o teorie unificatoare ce ar explica întregul univers..Este probabil, cel mai cunoscut fizician de la Einstein încoace.(caracterizare cuprinsă în volumul „O mai scurtă istorie a timpului” ed Humanitas, 2007).

Universul Si Organizarea Materiei

Documents

Transcript of Universul Si Organizarea Materiei