Образование вещества во Вселенной
•
2 likes•758 views
Лекция кандидата химических наук, доцента кафедры неорганической химии БГУ Натальи Евгеньевны Боборико в рамках проекта "Наука вне себя"
Образование вещества во Вселенной
- 1. Образование вещества во Вселенной Боборико Наталья Евгеньевна, Кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии БГУ
- 2. Что такое вещество? 2 Вещество – одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы наряду с бозонами; обладает массой покоя, в отличие от некоторых типов полей, как например электромагнитное.
- 3. 3 Вещество – материальное образование, состоящее из частиц, имеющих собственную массу, другими словами, это материя на разных стадиях ее организации – от элементарных частиц до сложных образований.
- 5. Атом – элекронейтральная система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. 5 Электрон – стабильная отрицательно заряженная элементарная частица, которая является фермионом Вещество – одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы...
- 6. Фермион - частица с полуцелым значением спина. 6 Энрико Ферми 1901-1954 Электрон подчиняется концепции корпускулярно-волнового дуализма, т.е. одновременно является и частицей, и волной
- 7. 7 Ядро образовано нуклонами – протонами и нейтронами. И протоны и нейтроны относятся к фермионам, т.е. обладают полуцелым спином. Протон заряжен положительно, нейтрон не имеет заряда, следовательно ядро заряжено положительно Вещество – одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы...
- 8. 8 Почему все эти фермионы объединяются в атом?
- 9. 9 Электроны по классу элементарных частиц относятся к лептонам, т.е. не участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Протоны и нейтроны как элементарные частицы относятся к классу барионов – сильно взаимодействующих фермионов. Классы элементарных частиц
- 10. Фундаментальные взаимодействия • Электромагнитное взаимодействие • Гравитационное взаимодействие • Сильное взаимодействие • Слабое взаимодействие 10
- 11. Электромагнитное взаимодействие Закон Кулона и обобщение закона Кулона в уравнениях Максвелла 11
- 13. Силы между кварками, удерживают частицы в ядре 13 Сильное взаимодействие
- 14. 14 Слабое взаимодействие Ответственно за процессы β-распада атомных ядер и распады элементарных частиц
- 15. 15 Когда и как во Вселенной образовалось вещество? Почему фермионы объединяются в атомы, понятно.
- 16. Большой взрыв • 15 миллиардов лет назад материя была сконденсирована в очень малом объеме, а затем начала резко расширяться – Большой взрыв. • Сразу после Большого взрыва (температура около 109 К) элементарные частицы обладали слишком большой кинетической энергией, чтобы соединяться между собой • Вселенная расширялась, остывала, частицы двигались все медленнее. 16
- 17. Образование атомов • Сильное взаимодействие между нуклонами обеспечило образование атомных ядер. Сильное взаимодействие – короткодействующее, но чрезвычайно сильное притяжение. • Дальнейшее падение температуры – развитие относительно слабых, но дальнодействующих взаимодействий между заряженными частицами – электромагнитных, которые связали электроны с ядрами с образованием атомов 17
- 18. Происхождение химических элементов • Спустя 2 ч после Взрыва температура упала настолько, что в основном материя была образована атомами Н (89%) и Не (11%). Следствие этого – водород и гелий самые распространенные элементы Вселенной. 18
- 19. 19
- 20. Происхождение химических элементов • Гравитационная конденсация «облаков» из атомов водорода и гелия в звезды, дальнейшее сжатие этих облаков под влиянием гравитации, повышение из-за этого температуры и плотности внутри них, что вызвало протекание процессов слияния ядер (ядерных реакций) • Элементы с атомным номером до 26 (до железа) были синтезированы внутри звезд 20
- 21. 21
- 22. Происхождение химических элементов Более тяжелые элементы возникали в результате процессов, сопровождающихся поглощением энергии, например, при захвате свободных нейтронов с последующим β- распадом, при котором массовое число нуклида не меняется, а атомный номер увеличивается на 1, т.е. образуется новый элемент. 22
- 23. 23
- 24. После Большого взрыва под действием сильного взаимодействия элементарные частицы образовали ядра, которые по прошествии некоторого времени смогли образовать с электронами атомы под действием электромагнитного взаимодействия. При определенных условиях из легких элементов осуществился синтез тяжелых элементов. Атомы, объединяясь в молекулы, образовали вещество. 24
- 25. 25 Вещество – одна из форм материи, состоящая из фермионов или содержащая фермионы наряду с бозонами; обладает массой покоя, в отличие от некоторых типов полей, как например электромагнитное.
- 26. 26 Что еще за бозон? Бозон – частица с целочисленным спином, в том числе и равным нулю.
- 27. Сила между частицами возникает за счет обмена некоторым посредником, переносчиком взаимодействия • Электромагнитное взаимодействие – обмен квантом света или квантом электромагнитных волн – фотоном. • Гравитационное взаимодействие – обмен гравитоном, квантом гравитационного поля (экспериментально не обнаружен) • Сильное взаимодействие – обмен глюонами между кварками • Слабое взаимодействие – обмен промежуточными векторными бозонами. 27
- 29. 29