Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Розділ 2. ВСЕСВІТ

За якими подіями останнім часом спостерігає весь світ? За показом моди? Євробаченням? Фіналом Ліги чемпіонів? Самітом Великої сімки? Так, кожна з подій має своє коло зацікавлених спостерігачів, шанувальників, експертів. А яка подія привертає увагу всіх людей на планеті незалежно від віку, професії, національності? Здогадалися? Це космічні відкриття! Тепер, на початку третього тисячоліття, ми відчуваємо певне затишшя в царині наукових відкриттів, порівняно з тим, яким насиченим ними було ХХ ст. Людство за два тисячоліття дослідило таємниці третьої від Сонця планети та її найближчого оточення в Сонячній системі й має обґрунтовані теорії існування Всесвіту. Проте невгамовне людське бажання пізнати таємниці Всесвіту спонукає до розвитку науки, техніки та технологій. І не лише наукоємні, а й суспільно-гуманітарні й культурні сфери життя розвиваються завдяки науці. Космічній тематиці присвячено наукові шоу на телебаченні, науково-фантастичні фільми, науково-популярні книги, відкритті лекції. Космос стає ближчим завдяки «вуличним обсерваторіям», віртуальним комп’ютерним базам. І не виключено, що незабаром запитання «Коли наступний потяг до Альфа Центавра?» стане реальністю.

Але перед тим з’ясуймо, що відомо людству про Всесвіт, його минуле, сучасне та майбутнє.

У РОЗДІЛІ «ВСЕСВІТ» ВИКОРИСТАНО ДЖЕРЕЛА:

• Daleki-Zori.com.ua

• http://www.astrosvit.in.ua/

• https://scienceukraine.com

• http://www.astroosvita.kiev.ua/infoteka/articles/astro_uspix.pdf

ВЕЛИКИЙ ВИБУХ

Про Великий Вибух, який став початком зародження Всесвіту, вам доводилося хоч раз у своєму житті чути. А хто зможе описати, які події відбулися за першу секунду? Першу хвилину? Першу тисячу років? Перший мільярд років? І чому нас називають «зоряним пилом»?

ВИ НАВЧИТЕСЯ

Називати гіпотези утворення Всесвіту; науковців, дослідження яких сприяли становленню теорії Великого Вибуху.

Описувати етапи становлення теорії Великого Вибуху.

Розуміти значення теоретичних розробок і даних спостережень, що підтверджують теорію Великого Вибуху.

Пояснювати основи теорії Великого Вибуху.

Оцінювати значення науки в пізнанні світу; масштаби Всесвіту.

З ЧОГО ВСЕ ПОЧАЛОСЯ?

Майже чотирнадцять мільярдів років минуло від початку зародження Всесвіту. Нам не відомо, що було до цього і як виникла найдрібніша частка Всесвіту, розмір якої менший за одну трильйонну крапки в кінці цього речення. І що змусило цю частку загадково розширятися з утворенням нашого Всесвіту. Саме так, — з утворенням. Бо не було нічого — ані простору, ані часу. Але ми знаємо (або вважаємо, що знаємо), що відбувалося далі.

Дуже гарячий «зародок» Всесвіту почав розширюватися так миттєво, що це навіть уявити собі неможливо. Те, що було єдиним, стало утворювати чотири окремі сили (фундаментальні взаємодії), які нам відомі: слабку, сильну, електромагнітну й гравітаційну. За цих обставин у дуже гарячому Всесвіті виникли перші частинки та античастинки: протони й антипротони, нейтрони й антинейтрони. Особливістю взаємодії частинки й античастинки (цей процес називають анігіляцією) є те, що внаслідок їх зіткнення відбувається «знищення» частинок та утворення кванта випромінювання (фотона — частинки світла). Та якби цих частинок було порівну, то чи утворилися б об’єкти Всесвіту? Саме тому, що частинок було приблизно на одну мільярдну частку більше, ніж античастинок, «залишок» їх став будівельним матеріалом для світу речовини — галактик, зір, планет тощо.

Від початку Всесвіту минула одна десятитисячна частка секунди. Температура Всесвіту тоді становила 1012K.

Надзвичайно швидке розширення Всесвіту веде до того, що він продовжує стрімко охолоджуватися. Через 1 с від початку розширення, температура Всесвіту — 1010K, через 3 с — уже 3 · 109 K, а через 3 хв за температури 3 · 108K почалося утворення ядер перших хімічних елементів — Гідрогену, Дейтерію, Гелію, Літію.

У наступні 380 000 років помітних змін не відбувалося. Увесь цей час у Всесвіті електрони, протони, ядра Гелію й у значно меншій кількості — ядра Літію, з яких складалася первісна плазма, безперервно поглинали, випромінювали й розсіювали фотони, не давали їм поширюватися вільно.

Та врешті-решт під час подальшого розширювання, Всесвіт охолов до температури близько 3000 K (приблизно половини нинішньої температури поверхні Сонця). Усі вільні електрони «пристають» до ядер — утворюються атоми. Енергії фотонів уже не вистачало, щоб розбивати щойно утворені нейтральні атоми Гідрогену та Гелію, тож світло почало вільно поширюватися у Всесвіті, бо практично не взаємодіяло з речовиною.

У наступні мільйони років Всесвіт продовжував розширюватися й охолоджуватися, а гравітація збирала матерію в масивні згустки — протогалактики, у яких так само, приблизно через мільярд років від початку Всесвіту, почали утворюватися перші зорі. У їхніх ядрах відбувалися реакції термоядерного синтезу. У надрах надвеликих зір температура й тиск були достатніми для утворення десятків хімічних елементів, важчих за Гідроген, — зокрема й таких, з яких згодом утворяться планети й різноманітні форми життя, які змогли на них існувати.

Ці елементи не прислужилися б подальшій еволюції Всесвіту, якби вони навіки залишалися в надрах зір. Проте масивним зорям властива здатність спалахувати потужними вибухами, що розсіюють ці важкі елементи. Після дев’яти мільярдів років, в одній нічим не примітній частині Всесвіту (околиці Надскупчення Діви), в одній нічим не примітній галактиці (Чумацький шлях), в одному нічим не примітному регіоні (рукав Оріона) народилася нічим не примітна зоря (Сонце), навколо якої було достатньо важких елементів, щоб з них почали утворюватися планети.

Планета, яку ми називаємо Землею, сформувалася на такій відстані від Сонця, що вода в океанах може залишатися здебільшого в рідкому стані. Це дало змогу зародитися життю. У товщі багатих на хімічні сполуки океанічних вод молекули органічних речовин під дією механізму (точні деталі якого ще досі не з’ясовано) перейшли до самовідтворювального життя. Домінували в цьому первісному «бульйоні» прості анаеробні бактерії — форма життя, що процвітає в позбавлених кисню середовищах та виділяє хімічно активний кисень як один з побічних продуктів своєї життєдіяльності. Ці ранні одноклітинні організми мимоволі перетворювали атмосферу, багату карбонIV оксидом (вуглекислим газом СО2), на атмосферу з таким вмістом кисню, якого достатньо, щоб аеробні організми могли виникнути та панувати над океанами й суходолом. Ці самі атоми Оксигену, що зазвичай трапляються сполученими попарно (молекули кисню О2), об’єднувалися також по троє. Із цих молекул (О3) утворився озоновий шар. Він є щитом, який захищає поверхню Землі від більшості ультрафіолетового випромінювання Сонця, що є руйнівним для молекул багатьох складних речовин.

З мільярдів видів істот, які існували на Землі від початку зародження життя, як припускають науковці, уже зникли понад 99,99 % видів. У середньому існування певного біологічного виду на Землі триває лише близько чотирьох мільйонів років. Тож попри все маєте радіти, що з’явилися на світ. Безперечно, це диво, тому що атоми, які так охоче й добровільно скупчуються, аби створювати живих істот на Землі, — точнісінько такі самі, як і атоми, що не здатні до цього деінде. Як би там не було, а на хімічному рівні життя на диво прозаїчне: Карбон, Гідроген, Оксиген і Нітроген, трохи Кальцію, дрібка Сульфуру, ледь припорошені іншими, не менш прозаїчними елементами... От і все, що потрібно. Єдина особливість атомів, з яких складаєтеся ви, — те, що з них складаєтеся саме ви, унікальна й непересічна особистість!

І як усе добре склалося для нас! Якби Всесвіт формувався хоч трішки інакше, гравітація була сильнішою чи слабкішою, або розширення відбувалося б швидше або повільніше, — тоді, можливо, не було б і стійких елементів, з яких ми з вами створені. Не було б і Землі — чудової планети, на якій ми мешкаємо.