12. Физика вселенной

Теория относительности и открытие эффекта «красного смещения» явились основой для разработки новых космологических моделей Вселенной (модель Эйнштейна-Фридмана, модель стационарной Вселенной Голда, Бонди, Хойла, модель «Горячей Вселенной», инфляционная модель и др.). Общим для всех является признание эволюции Вселенной, расширение нынешней Вселенной. Наиболее теоретически разработанной и имеющей эмпирическое подтверждение является модель «Горячей Вселенной», согласно которой эволюция нашей Вселенной началась с момента Большого Взрыва, затем физическое состояние Вселенной изменяется с уменьшением температуры. На первом этапе из вакуума рождаются частицы, которые обладают большой энергией и свободно превращаются друг в друга. На втором этапе, когда температура понижается, происходит разделение частиц на кварки и лептоны. Затем наступает адронная эра, когда из кварков появляются адроны. На следующем этапе возникает плазменная эра, здесь идут процессы термоядерного синтеза (протоны – ядра атомов водорода сливаются, образуя ядра гелия). Скорость расширения Вселенной такова, что не весь водород превращается в гелий, так как температура быстро падает. Примерно 75% водорода осталось. На определенном этапе эволюции Вселенной прекращаются процессы аннигиляции и обратно, что приводит к тому, что вещество и фотоны отделяются друг от друга, перестают взаимодействовать. Теперь фотонный газ расширяется самостоятельно, теряя энергию. К настоящему времени эти фотоны должны обладать температурой ≈ 4-5°К. Открытие «реликтового излучения» подтвердило этот теоретический вывод. Дальнейшее понижение температуры создает условия сначала для образования атомов химических элементов, а затем гравитационные силы приводят к образованию протогалактик, протозвезд, которые в свою очередь эволюционируют.

Эволюция Вселенной создает условия в некоторых местах Вселенной для химической эволюции, для возникновения жизни и ее эволюции и возникновения разума.

Параметры нашей Вселенной (космологические постоянные, количественные величины, например, заряд и масса частиц, соотношение между количеством частиц и фотонов, трехмерность пространства и т.д.) определяют такое направление в эволюции Вселенной, которое идет в сторону возникновения разума. Этот вывод получил название антропного принципа в современной космологии.

Де 3. Концепции химии и геологии Химические системы и процессы

Химическая форма движения материи существует там, где действуют процессы образования и разрушения молекул. При химическом движении взаимодействие между атомными остовами происходит, как правило, за счет самых внешних, наиболее удаленных от ядра электронов. Даже это взаимодействие осуществляется парой электронов при обязательном условии антипараллельности их спинов, образуя химическую связь и химическое соединение. Переход электронов от движения в абсолютных атомах к движению в образовавшемся едином поле молекулы приводит к качественному изменению организации вещества, т.е. означает проявление химической формы движения.

Вещество – каждый отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами.

Атом – единая квантово-механическая система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Молекула – наименьшая совокупность атомных частиц, химически связанных в определенном порядке, способная к самостоятельному существованию, т.е. обладающая устойчивой структурой.

Химический элемент – вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.

Химическое взаимодействие – взаимодействие атомно-молекулярных объектов, которые приводит к образованию их устойчивой совокупности, характеризующейся определенной молекулярной и надмолекулярной структурой и способной к самостоятельному существованию.

Выражением химического взаимодействия является химическая связь.

Химическая связь: связь между атомами, которая приводит к образованию молекул. Для возникновения химической связи необходимо, чтобы внутренняя энергия образующейся молекулы оказалась ниже суммарной энергии атомов в изолированном состоянии (понижение энергии системы означает повышение его устойчивости).

Химическая связь устанавливается за счет электромагнитного взаимодействия электронов и ядер, входящих в молекулы атомов.

Валентность: способность атомов к образованию химических связей.

Ковалентная связь – осуществляется за счет образования общих для взаимодействующих атомов электронных пар.

Неполярная ковалентная связь – связь между атомами с одинаковой электроотрицательностью, так что электронная плотность находится на одинаковом расстоянии от ядра.

Полярная ковалентная связь возникает между атомами с разной элетроотрицательностью и электронная плотность смещения к более электроотрицательному.

Электроотрицательность – способность атома присоединять определенное количество электронов.

Ионная связь образуется путем электростатистического притяжения разноименных ионов, возникающих путем полного присоединения (или отдачи) электронов от одного атома к другому.

Металлическая связь обращается путем обобществления электронов в образце металла, в результате чего в узлах кристаллической решетки металла остаются ионы металла, а между ними присутствует общеэлектронное облако.

Энергия активации – это наименьшая энергия, которой должна обладать частица вещества, для того чтобы произошла химическая реакция. Одна из основных величин, определяющих скорость реакции при данной температуре