Вселенная, галактики

Энергия никуда не исчезает и ниоткуда не появляется, она лишь переходит из одного вида в другой в равных количествах.

Для любых видов жизнедеятельности на планете, а также деятельности человечества нужна энергия. Она нужна в промышленности, для перемещения, отопления, электрификации и т.д. Солнце - бесплатный источник энергии. Оно поспособствовало зарождению жизни на Земле и . Лучистая энергия солнца частично отражается от атмосферы и поверхности. И небольшая её доля консервируется растениями в виде нефти, углеводов, угля, и т.д. Спустя время люди пользуются ископаемыми органическими энергоресурсами, пользуются энергией солнца законсервированной в них.

В данной статье мы рассмотрим и предположим:

1) Откуда берётся энергия? И что является её первоисточником?

2) Уменьшение с течением времени массы вселенной.

3) Что ожидает вселенную в будущем?

Энергия, излучаемая звёздами

В ходе термоядерных реакций внутри солнца реагирующее вещество теряет часть своей массы и превращается в другое вещество, при этом выделяется колоссальное количество энергии. Основная масса самосветящегося вещества во вселенной состоит из звёзд. Во всех звёздах за вычетом нейтронных и чёрных дыр имеют место реакции такого типа.

Сумма масс нуклонов больше массы ядра. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Энергия покоя частицы связана с её массой соотношением E0=mc2. Следовательно, энергия покоящегося ядра меньше суммарной энергии невзаимодействующих покоящихся нуклонов на величину:

Eсв=c2((Zmp+(A-Z)mn)-mя)

Эта величина и есть энергия связи нуклонов в ядре. Она равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых они почти не взаимодействуют друг с другом.

Энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон, т.е. Eсв/A называется удельной энергией связи нуклонов в ядре.

Величина ?=(Zmp+(A-Z)mn)-mя называется дефектом массы ядра.

Дефект массы связан с с энергией соотношением: ?=Eсв/c2 (чем больше дефект массы, тем стабильней ядро).

Для сравнения приведу массы рассматриваемых частиц в энергетическом эквиваленте (E=mc2), в данном случае это будет удобней.

Протон (р) обладает зарядом +е и массой mp=938,28 МэВ. Масса позитрона(электрона) равна me=0,511 МэВ. Из сопоставления следует, что mp=1386 me.

Нейтрон (n) имеет нулевой заряд, а масса mn=939,57 МэВ очень близка к массе протона.

Разность масс нейтрона и протона mn-mp составляет 1,3 МэВ, т.е. 2,5me.

Вычислим энергию связи нуклонов в ядре 42He, в состав которого входят два протона(Z=2) и два нейтрона(A-Z=2). В этом случае можно взять вместо массы ядра массу атома, т.к. 2 электрона общую картину не исказят. Масса атома 42He равна 4,0026 а.е.м., чему соответствует 3728 МэВ. Масса атома водорода 11H равна 1,00815 а.е.м (938,7 МэВ). Масса нейтрона 939,57 МэВ.

Получаем: Eсв=(2*938,7+2*939,5)-3728=28,4 МэВ

В расчёте на один нуклон энергия связи ядра гелия составляет 7,1 МэВ. Для сравнения - энергия связи валентных электронах в атомах имеет величину в 106раз меньшую (порядка 10эВ). Для других ядер удельная энергия связи имеет примерно такую же величину, как у гелия.

Сильнее всего связаны нуклоны в ядрах с массовыми числами порядка 50-60 (т.е. для элементов от Cr до Zn).С ростом А удельная энергия связи постепенно уменьшается; для самого тяжёлого природного элемента - урана - она составляет 7.5 МэВ/нуклон.

Такая зависимость удельной энергии от массового числа делает энергетически возможными два процесса:

1) Деление тяжёлых ядер на несколько более лёгких

2) Слияние (синтез) лёгких ядер в одно более тяжёлое

Оба процесса должны сопровождаться выделением большого количества энергии.

На графике изображена зависимость удельной энергии связи Eсв/A от массового числа А.