Теории возникновения вселенной кратко: возникновение Вселенной. Религиозная теория возникновения Вселенной

возникновение Вселенной. Религиозная теория возникновения Вселенной

Величие и многообразие окружающего мира способно поразить любое воображение. Все объекты и предметы, окружающие человека, другие люди, различные виды растений и животных, частицы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа, а также непостижимые звездные скопления: все они объединены понятием «Вселенная».

Теории возникновения Вселенной разрабатывались человеком издавна. Несмотря на отсутствие даже начального понятия о религии или науке, в пытливых умах древних людей возникали вопросы о принципах мироустройства и о том, каково положение человека в том пространстве, которое его окружает. Сколько существует теорий возникновения Вселенной сегодня, сложно и сосчитать, некоторые из них изучаются передовыми учеными с мировыми именами, другие – откровенно фантастические.

Космология и ее предмет

Современная космология – наука о структуре и развитии Вселенной – рассматривает вопрос о ее происхождении как одну из интереснейших и до сих пор недостаточно изученных загадок. Природа процессов, способствовавших возникновению звезд, галактик, солнечных систем и планет, их развитие, источник появления Вселенной, а также ее размеры и границы: все это лишь краткий перечень изучаемых современными учеными вопросов.

Поиски ответов на основополагающую загадку об образовании мира привели к тому, что сегодня существуют различные теории возникновения, существования, развития Вселенной. Волнение специалистов, ищущих ответы, строящих и проверяющих гипотезы, оправдано, ведь достоверная теория рождения Вселенной раскроет для всего человечества вероятность существования жизни в других системах и планетах.

Теории возникновения Вселенной имеют характер научных концепций, отдельных гипотез, религиозных учений, философских представлений и мифов. Их все условно разделяют на две основные категории:

1. Теории, в соответствии с которыми Вселенная создана творцом. Иначе говоря, их суть в том, что процесс создания Вселенной был осознанным и одухотворенным действием, проявлением воли высшего разума.
2. Теории возникновения Вселенной, построенные на основе научных факторов. Их постулаты категорически отвергают как существование творца, так и возможность осознанного создания мира. Такие гипотезы зачастую основаны на том, что называется принципом заурядности. Они предполагают вероятность наличия жизни не только на нашей планете, но и на других.

Креационизм – теория создания мира Творцом

Как следует из названия, креационизм (творение) – это религиозная теория возникновения Вселенной. Это мировоззрение основано на концепции создания Вселенной, планеты и человека Богом или Творцом.

Идея длительное время являлась доминирующей, вплоть до конца XIX века, когда ускорился процесс накопления знаний в самых разных сферах науки (биология, астрономия, физика), а также широко распространилась эволюционная теория. Креационизм стал своеобразной реакцией христиан, придерживающихся консервативных взглядов на совершающиеся открытия. Доминирующая в то время идея эволюционного развития только усилила противоречия, существующие между религиозной и другими теориями.

Чем отличаются научные и религиозные теории

Главные отличия между теориями различных категорий заключаются прежде всего в терминах, которые используют их приверженцы. Так, в научных гипотезах вместо творца – природа, а взамен сотворения – происхождение. Наряду с этим существуют вопросы, которые сходным образом освещены разными теориями или даже полностью продублированы.

Теории возникновения Вселенной, относящиеся к противоположным категориям, по-разному датируют само ее появление. Например, по данным самой распространенной гипотезы (теории большого взрыва), Вселенная образовалась около 13 млрд лет назад.

В противовес этому, религиозная теория возникновения Вселенной приводит совершенно другие цифры:

• В соответствии с христианскими источниками, возраст Вселенной, созданной Богом, на момент рождения Иисуса Христа составлял 3483-6984 лет.
• Индуизм предполагает, что нашему миру ориентировочно 155 трлн лет.

Кант и его космологическая модель

Вплоть до XX века большинство ученых придерживались мнения о бесконечности Вселенной. Этим качеством они характеризовали время и пространство. Кроме того, по их мнению, Вселенная обладала статичностью и однородностью.

Идею о безграничности Вселенной в пространстве выдвинул Исаак Ньютон. Развитием этого предположения занимался Эммануил Кант, который разработал теорию об отсутствии также и временных границ. Продвинувшись дальше, в теоретических предположениях, Кант распространил бесконечность Вселенной на число возможных биологических продуктов. Этот постулат значил, что в условиях древнего и огромного мира без конца и начала может существовать неисчислимое количество возможных вариантов, в результате которых реально появление любого биологического вида.

На основании этой теории о возможном возникновении жизненных форм была позднее разработана теория Дарвина. Наблюдения за звездным небом и результаты расчетов астрономов подтвердили космологическую модель Канта.

Размышления Эйнштейна

В начале XX века Альбертом Эйнштейном была опубликована собственная модель Вселенной. Согласно его теории относительности, во Вселенной одновременно происходят два противоположных процесса: расширение и сжимание. Однако он соглашался с мнением большинства ученых о стационарности Вселенной, поэтому им было введено понятие космической силы отталкивания. Ее воздействие призвано уравновешивать притяжение звезд и прекращать процесс движения всех небесных тел для сохранения статичности Вселенной.

Модель Вселенной – по Эйнштейну – имеет определенный размер, но границы при этом отсутствуют. Такое сочетание осуществимо только при искривлении пространства таким образом, как это происходит в сфере.

Характеристиками пространства такой модели становятся:

• Трехмерность.
• Замыкание самого себя.
• Однородность (отсутствие центра и края), в которой равномерно располагаются галактики.

А. А. Фридман: Вселенная расширяется

Создатель революционной расширяющейся модели Вселенной, А. А. Фридман (СССР) построил свою теорию на основании уравнений, характеризующих общую теорию относительности. Правда, общепринятым мнением в научном мире того времени была статичность нашего мира, поэтому на его работы не было обращено должного внимания.

Через несколько лет астрономом Эдвином Хабблом было сделано открытие, давшее подтверждение идеям Фридмана. Было обнаружено удаление галактик от находящегося рядом Млечного пути. Вместе с тем неопровержимым стал факт сохранения пропорциональности скорости их движения расстоянию между ними и нашей галактикой.

Это открытие объясняет постоянное «разбегание» звезд и галактик по отношению друг к другу, что приводит к выводу о расширении мироздания.

В конечном счете выводы Фридмана были признаны Эйнштейном, впоследствии он упоминал о заслугах советского ученого как основателя гипотезы о расширении Вселенной.

Нельзя сказать, что существуют противоречия между этой теорией и общей теорией относительности, однако при расширении Вселенной должен был быть изначальный импульс, спровоцировавший разбегание звезд. По аналогии со взрывом, идея получила название «Большой взрыв».

Стивен Хокинг и антропический принцип

Результатом расчетов и открытий Стивена Хокинга стала антропоцентричная теория возникновения Вселенной. Ее создатель утверждает, что существование планеты, настолько хорошо подготовленной для жизни человека, не может быть случайным.

Теория возникновения Вселенной Стивена Хокинга предусматривает также постепенное испарение черных дыр, потерю ими энергии и испускание излучения Хокинга.

В результате поиска доказательств были выделены и проверены более 40 характеристик, соблюдение которых необходимо для развития цивилизации. Американским астрофизиком Хью Россом была произведена оценка вероятности подобного ненамеренного совпадения. Результатом оказалась цифра 10^-53.

Наша Вселенная включает триллион галактик, по 100 миллиардов звезд в каждой. По произведенным учеными расчетам, общее количество планет должно составлять 10²⁰. Эта цифра на 33 порядка меньше рассчитанной ранее. Следовательно, ни одна из планет во всех галактиках не может сочетать условия, которые подошли бы для самопроизвольного возникновения жизни.

Теория большого взрыва: возникновение Вселенной из ничтожно малой частицы

Ученые, поддерживающие теорию большого взрыва, разделяют гипотезу, в соответствии с которой мироздание является последствием грандиозного взрыва. Главным постулатом теории становится утверждение о том, что до этого события все элементы нынешней Вселенной были заключены в частице, имевшей микроскопические размеры. Находясь внутри нее, элементы характеризовались сингулярным состоянием, при котором такие показатели, как температура, плотность и давление не могут быть измерены. Они бесконечны. На материю и энергию в этом состоянии не воздействуют законы физики.

Причиной взрыва, происшедшего 15 миллиардов лет назад, называют возникшую внутри частицы нестабильность. Разлетевшиеся мельчайшие элементы положили начало тому миру, который мы знаем сегодня.

Вначале Вселенная была туманностью, образованной мельчайшими частицами (мельче атома). Затем, соединяясь, они сформировали атомы, которые послужили основой звездных галактик. Ответ на вопросы о том, что было до взрыва, а также, что стало его причиной, являются важнейшими из задач этой теории возникновения Вселенной.

Таблица схематически изображает этапы формирования мироздания после большого взрыва.

Состояние Вселенной	Временная ось	Предполагаемая температура
Расширение (инфляция)	От 10-45до10-37 секунд	Больше 1026К
Появляются кварки и электроны	10-6 с	Больше 1013 К
Образованы протоны и нейтроны	10-5 с	1012К
Возникают ядра гелия, дейтерия и лития	От 10-4 с до 3 мин	От 1011 до 109 К
Образованы атомы	400 тыс. лет	4000 К
Газовое облако продолжает расширяться	15 млн лет	300 К
Зарождаются первые звезды и галактики	1 млрд лет	20 К
Взрывы звезд провоцируют формирование тяжелых ядер	3 млрд лет	10 К
Прекращается процесс рождения звезд	10-15 млрд лет	3 К
Энергия всех звезд истощается	1014 лет	10-2 К
Черные дыры истощаются и рождаются элементарные частицы	1040 лет	-20 К
Завершается испарение всех черных дыр	10100 лет	От 10-60 до 10-40 К

Как следует из приведенных выше данных, Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться.

Постоянное увеличение расстояния между галактиками – основной постулат: то, чем отличается теория большого взрыва. Возникновение Вселенной таким способом может быть подтверждено найденными доказательствами. Также существуют и основания для ее опровержения.

Проблематика теории

Учитывая то, что теория большого взрыва не является доказанной на практике, не вызывает удивления то, что существует несколько вопросов, на которые она не в состоянии дать ответ:

1. Сингулярность. Этим словом обозначено состояние Вселенной, сжатой до одной точки. Проблемой теории большого взрыва становится невозможность описания процессов, происходящих в материи и пространстве в таком состоянии. Общий закон относительности здесь неприменим, поэтому составить математическое описание и уравнения для моделирования нельзя.
   Принципиальная невозможность получения ответа на вопрос об изначальном состоянии Вселенной дискредитирует теорию с самого начала. Ее научно-популярные изложения предпочитают замалчивать или упоминать лишь вскользь эту сложность. Однако для ученых, работающих над тем, чтобы подвести математическую базу под теорию большого взрыва, такое затруднение признано главным препятствием.
2. Астрономия. В этой сфере теория большого взрыва сталкивается с тем, что не может описать процесс происхождения галактик. Исходя из современных версий теорий, возможно предсказать то, как появляется однородное облако газа. При этом его плотность к нынешнему времени должна составлять около одного атома на кубический метр. Для получения чего-то большего не обойтись без корректировки исходного состояния Вселенной. Недостаток информации и практического опыта в этой сфере становятся серьезными препятствиями на пути дальнейшего моделирования.

Также существует несоответствие в показателях расчетной массы нашей галактики и теми данными, которые получены при изучении скорости ее притяжения к галактике Андромеды. Судя по всему, вес нашей галактики в десять раз больше, чем предполагали ранее.

Космология и квантовая физика

Сегодня нет космологических теорий, которые не опирались бы на квантовую механику. Ведь она занимается описанием поведения атомных и субатомных частиц. Отличие квантовой физики от классической (излагаемой Ньютоном) в том, что вторая наблюдает и описывает материальные объекты, а первая предполагает исключительно математическое описание самого наблюдения и измерения. Для квантовой физики материальные ценности не представляют предмета исследований, здесь сам наблюдатель выступает частью исследуемой ситуации.

Исходя из этих особенностей, квантовая механика испытывает затруднения с описанием Вселенной, ведь наблюдатель – это часть Вселенной. Однако, говоря о возникновении мироздания, невозможно представить посторонних наблюдателей. Попытки разработать модель без участия постороннего наблюдателя были увенчаны квантовой теорией возникновения Вселенной Дж. Уилера.

Ее суть в том, что в каждый момент времени происходит расщепление Вселенной и образование бесконечного количества копий. В итоге каждая из параллельных Вселенных может быть наблюдаема, а наблюдатели могут видеть все квантовые альтернативы. При этом изначальный и новые миры реальны.

Инфляционная модель

Основной задачей, которую призвана решить теория инфляции, становится поиск ответа на вопросы, оставшиеся неосвещенными теорией большого взрыва и теорией расширения. А именно:

1. По какой причине Вселенная расширяется?
2. Что представляет собой большой взрыв?

С этой целью инфляционная теория возникновения Вселенной предусматривает экстраполяцию расширения на нулевой момент времени, заключение всей массы Вселенной в одной точке и образование космологической сингулярности, которая часто именуется большим взрывом.

Очевидной становится неактуальность общей теории относительности, которая не может быть применена в этот момент. В результате для разработки более общей теории (или «новой физики») и решения проблемы космологической сингулярности можно применить только теоретические методы, вычисления и выводы.

Новые альтернативные теории

Несмотря на успешность модели космической инфляции, есть ученые, которые выступают против, называя ее несостоятельной. Их основным аргументом становится критика предлагаемых теорией решений. Противники утверждают, что полученные решения оставляют некоторые детали упущенными, иначе говоря, вместо решения проблемы начальных значений, теория лишь искусно их драпирует.

Альтернативой становятся несколько экзотических теорий, идея которых основана на формировании начальных значений до большого взрыва. Новые теории возникновения Вселенной кратко можно описать следующим образом:

• Теория струн. Ее приверженцы предлагают, кроме привычных четырех измерений пространства и времени, ввести дополнительные измерения. Они могли бы играть роль на ранних этапах Вселенной, а в данный момент находиться в компактифицированном состоянии. Отвечая на вопрос о причине их компактификации, ученые предлагают ответ, гласящий, что свойством суперструн является Т-дуальность. Поэтому струны «наматываются» на дополнительные измерения и их размер ограничивается.
• Теория бран. Ее также называют М-теорией. В соответствии с ее постулатами, в начале процесса образования Вселенной существует холодное статичное пятимерное пространство-время. Четыре из них (пространственные) имеют ограничения, или стены – три-браны. Наше пространство выступает одной из стен, а вторая является скрытой. Третья три-брана размещена в четырехмерном пространстве, ее ограничивают две граничные браны. Теория рассматривает столкновение третьей браны с нашей и высвобождение большого количества энергии. Именно эти условия становятся благоприятными для появления большого взрыва.

1. Циклические теории отрицают уникальность большого взрыва, утверждая, что Вселенная переходит из одного состояния в другое. Проблемой подобных теорий становится возрастание энтропии, согласно второму закону термодинамики. Следовательно, длительность предыдущих циклов была меньшей, а температура вещества – существенно выше, чем при большом взрыве. Вероятность этого чрезвычайно мала.

Независимо от того, сколько существует теорий возникновения Вселенной, только две из них выдержали проверку временем и преодолели проблему всевозрастающей энтропии. Они были разработаны учеными Стейнхардтом-Тюроком и Баум-Фрэмптоном.

Эти относительно новые теории возникновения Вселенной выдвинуты в 80-х годах прошлого века. Они имеют немало последователей, которые разрабатывают модели на ее основе, занимаются поиском доказательств достоверности и работают над устранением противоречий.

Теория струн

Одна из наиболее популярных среди теории возникновения Вселенной – теория струн. Прежде чем перейти к описанию ее идеи, необходимо разобраться с понятиями одного из ближайших конкурентов, стандартной модели. Она предполагает, что материю и взаимодействия можно описать как определенный набор частиц, делящихся на несколько групп:

• Кварки.
• Лептоны.
• Бозоны.

Эти частицы являются, по сути, кирпичиками мироздания, так как они настолько малы, что их нельзя разделить на составляющие.

Отличительной чертой теории струн становится утверждение о том, что такие кирпичики являются не частицами, а ультрамикроскопическими струнами, совершающими колебания. При этом, колебаясь на различной частоте, струны становятся аналогами различных частиц, описанных в стандартной модели.

Для понимания теории следует осознать, что струны не являются никакой материей, это энергия. Следовательно, теория струн заключает, что все элементы Вселенной состоят из энергии.

Хорошей аналогией может служить огонь. При взгляде на него создается впечатление его материальности, однако его нельзя осязать.

Космология для школьников

Теории возникновения Вселенной коротко изучают в школах на уроках астрономии. Учащимся описывают основные теории о том, как был образован наш мир, что происходит с ним теперь и как он будет развиваться в дальнейшем. Целью уроков становится ознакомление детей с природой формирования элементарных частиц, химических элементов и небесных тел. Теории возникновения Вселенной для детей сводят к изложению теории большого взрыва. Преподаватели используют наглядный материал: слайды, таблицы, постеры, иллюстрации. Их основной задачей становится пробуждение у детей интереса к миру, который их окружает.

Теории возникновения Вселенной (Реферат) – TopRef.

ru

Содержание

1. Основные космологические гипотезы

2. Концепция Большого взрыва

3. Проблема существования и поиска внеземных цивилизаций

Список используемой литературы

1. Основные космологические гипотезы

Результаты познания, получаемые в космологии, оформляются в виде моделей происхождения и развития Вселенной. Это связано с тем, что в космологии невозможно поставить воспроизводимые эксперименты и вывести из них какие-то законы, как это делается в других естественных науках. Кроме того, каждое космическое явление уникально.

1. Классическая космологическая модель. Успехи космологии и космогонии 18-19 вв. завершились созданием классической полицентрической картины мира, ставшей начальным этапом развития научной космологии.

Вселенная в этом представлении о мире считается бесконечной в пространстве и во времени, т.е. вечной. Основной закон, управляющий движением и развитием небесных тел, – закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами, играя пассивную роль вместилища для этих тел. Время также не зависит от материи, являясь универсальной длительностью всех природных явлений и тел. Количество звезд, звездных систем и планет во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. На смену погибшим, точнее погасшим, звездам приходят новые, молодые светила. В таком виде классическая космологическая модель Вселенной господствовала в науке вплоть до конца 19 в.

К концу 19 века появились серьезные сомнения в классической модели, которые приняли форму космологических парадоксов – фотометрического, гравитационного и термодинамического.

В 18 веке швейцарский астроном Р. Шезо высказал сомнения по поводу пространственной бесконечности Вселенной. Если предположить, что в бесконечной Вселенной существует бесконечное множество звезд и они распределены в пространстве равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя непременно натыкался бы на какую-нибудь звезду. Тогда небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы бесконечную светимость, т.е. такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его фоне казалось бы черным пятном. Однако этого не происходит, поэтому данное парадоксальное утверждение получило в астрономии название фотометрического парадокса Шезо-Ольберса.

В конце 19в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание на другой парадокс, также вытекающий из представлений о бесконечности Вселенной. В бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное тело оказывается бесконечно большой или неопределенной (результат зависит от способа вычисления). Поскольку этого не происходит, Зеелигер сделал вывод, что кол-во небесных тел во Вселенной ограничено, а значит и сама Вселенная небесконечна.

Это утверждение получило название гравитационного парадокса.

Термодинамический парадокс был сформулирован также в 19в. Он вытекает из второго начала термодинамики- принципа возрастания энтропии. Мир полон энергии, которая подчиняется закону сохранения энергии. Кажется, что из этого закона неизбежно вытекает вечный круговорот материи во Вселенной. Если в природе материя не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, а материя пребывает в постоянном круговорте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла.

Поэтому неожиданно прозвучал вывод из второго начала термодинамики, открытого в середине 19в. Кельвином и Р.Ю.Э. Клаузисом. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете переходят в тепло, которое стремится к состоянию термодинамического равновесия, т.е. рассеивается в пространстве. Так как такой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все активные процессы в природе прекратятся, наступит «тепловая смерть Вселенной».

Таким образом, три космологических парадокса заставили ученных усомниться в классической космологической модели Вселенной, побудили их к поискам новых непротиворечивых моделей.

4. Релятивистская модель Вселенной. Новая модель Вселенной была создана в 1917 году А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства; материя распределена в нем равномерно; время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании своих расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.

Объем такой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но конечным числом кубометров. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит ограниченное число звезд и звездных систем, и поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Вечность ей не присуща.

Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку на статичность мира.

5. Модель расширяющейся Вселенной. В 1922 г., советский геофизик и математик А.А. Фридман на основании строгих расчетов установил, что Вселенная никак не может быть стационарной. Фридман сделал это открытие, опираясь на сформулированный им космологический принцип, строящийся на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной.

   Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной.

Фридман доказал, что уравнения Эйнштейна имеют решения, согласно которым Вселенная может расширяться либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверждения. Однако в 1929 г. американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий. Это было истолковано как следствие эффекта Доплера – изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. Красное смещение было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием (примерно 55 км/с на каждый миллион парсек).

В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, согласно которому Вселенная – это множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями.

Фридман предложил три модели Вселенной.

1. Вселенная расширяется медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и в конце концов прекращалось. После этого Вселенная начинала сжиматься. В этой модели пространство искривляется, образуя сферу.

2. Вселенная расширяется бесконечно, пространство искривлено и бесконечно.

3. пространство плоское и бесконечное.

По какому из этих вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлета вещества.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселенной».

Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности. Такой вариант модели назван осциллирующей, или «закрытой Вселенной».

В случае, когда силы гравитации равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю.

2. Концепция Большого взрыва

Представление о развитии Вселенной привело к постановке вопроса о начале эволюции (рождении) Вселенной и ее конце (смерти). В настоящее время существует несколько космологических моделей, объясняющих отдельные аспекты возникновения материи во Вселенной, но они не объясняют причины и процесс рождения самой Вселенной. Только теория Большого взрыва Г. А. Гамова смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с этой проблемой. Основные черты этой модели сохранились до сих пор, хотя она была позже дополнена теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П. Стейнхардтом, и дополненной советским физиком А.Д. Линде.

В 1948 году Гамов выдвинул предположение, что Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, произошедшего примерно 15 млрд лет тому назад. Тогда все вещество и вся энергия Вселенной были сконцентрированы в одном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был равен нулю, а ее плотность – бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью.

Но по принципу неопределенности В. Гейзенберга вещество невозможно стянуть в одну точку, поэтому считается, что Вселенная в начальном состоянии имела определенную плотность и размеры.

Долгое время ничего нельзя было сказать о причинах Большого взрыва, переходе к расширению Вселенной. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы. Они лежат в основе инфляционной модели развития Вселенной.

«Начало» Вселенной. Основная идея концепции Большого взрыва состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии, возникшей из квантового излучения, т.е. из ничего. В вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но пока вакуум находится в равновесном состоянии, в нем существуют виртуальные частицы, которые берут у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы родиться, быстро вернуть занятую энергию и исчезнуть. Когда же вакуум по какой-то причине в некоторой исходной точке вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали схватывать энергию без отдачи и превращаться в реальные. Поэтому в определенной точке пространства образовалось огромное количество последних. Когда же возбужденный вакуум разрушился, высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство.

Инфляционный период – с после начала расширения Вселенной, за которые ее размеры увеличились в раз.

К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной, но когда инфляция иссякла, Вселенная стала чрезвычайно «горячей». С этого момента Вселенная развивается стандартно согласно теории «горячего» Большого взрыва.

Ранний этап эволюции Вселенной. Эволюция Вселенной происходило поэтапно, и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой – усложнением ее структур. Этапы различаются характеристиками взаимодействия элементарных частиц и называются эрами.

Адронная эра продолжалась с. На этом этапе температура понизилась до К, появились все четыре фундаментальных взаимодействия, прекратилось свободное существование кварков.

Лептонная эра, продолжалась 1 с. Температура Вселенной понизилась до К. Главными ее элементами были лептоны. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино.

Эра излучения продолжалась 1 млн лет. За это время температура Вселенной снизилась с 10 млрд К до 3000 К. На протяжении данного этапа происходило соединение протонов и нейтронов. К концу этого этапа Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало реликтовое излучение.

Затем почти 500 тыс. лет не происходило никаких качественных изменений – шло медленное остывание и расширение Вселенной. Когда она остыла до 3000 к, образовалась однородная Вселенная.

После Большого взрыва образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли собой газовопылевое облако и электромагнитный фон. Спустя 1 млрд лет после образования Вселенной из случайных уплотнений вещества стали появляться галактики и звезды.

Галактики существуют в виде групп (несколько галактик), скоплений (сотни галактик) и облаков скоплений (тысячи галактик). Одиночные галактики во Вселенной встречаются очень редко. Средние расстояние между галактиками в группах и скоплениях в 10-20 раз больше, чем размеры самых крупных галактик. Гигантские галактики имеют размеры до 18 млн световых лет. Пространство между галактиками заполнено газом, пылью и разного рода излучениями.

Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил.

Рождение звезд в галактике происходит непрерывно. Этот процесс компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Источник собственного свечения звезд – термоядерная реакция, превращающая водород в гелий.

С момента начала этой реакции звезда переходит на главную последовательность, в соответствии с которой будут изменяться с течением времени ее характеристики: светимость, температура, радиус, химический состав и масса.

3. Проблема существования и поиска внеземных цивилизаций

Эволюция Вселенной привела к образованию планет, на некоторых из которых могут появиться жизнь и разум. Для этого нужны разнообразные химические элементы, которые могут объединяться в молекулы и сложность которых может нарастать до очень высоких уровней. В основе этих процессов – химические силы, за которыми скрывается одна из фундаментальных сил природы – электромагнитное взаимодействие. Тема существования жизни на других планетах неоднократно обыгрывалась в научно-фантастических произведениях, но современная наука не позволяет дать ни положительного, ни отрицательного ответа на этот вопрос.

Особенно остро вопрос о поиске внеземных цивилизаций – общества разумных существ, которые могут возникать и существовать вне Земли – встал во второй половине 20 века в связи с выходом человека в космос. Стала ясна потенциальная возможность космических полетов не только внутри Солнечной системы, но и за ее пределы. На этом основании заговорили не только о полетах человека в космос, но и о возможности посещения нашей планеты представителями других цивилизаций.

В 1960-х гг. появились первые международные программы, ставящие своей целью поиск и контакт с внеземными цивилизациями – SETI (поиск внеземных цивилизаций) и CETI (связь с внеземными цивилизациями). А в 1982 г. Международный астрономический союз организовал специальную комиссию по этой проблеме. Основным методом работы этой комиссии и международных программ поиск радиосигналов от других цивилизаций, а также отправка собственных сообщений.

Еще одним направлением работы стал поиск следов астроинженерной деятельности внеземных цивилизаций. Долгое время среди ученых господствовала идея о том, что высокоразвитые цивилизации должны располагать практически неограниченными источниками энергии, распоряжаясь полностью не только энергией своего солнца, но и энергией в масштабах всей своей галактики. Поэтому следы деятельности таких цивилизаций должны быть хорошо заметны. Считалось, что они могут перемещать планеты, звезды, взрывать ненужные звезды и зажигать новые.

Поиск следов пребывания представителей внеземных цивилизаций на Земле – еще одно направление работы. Предполагалось, что в нашей галактике должно быть большое число старых цивилизаций, начавших свое развитие за несколько миллиардов лет до появления жизни на Земле. Поэтому, считалось, что Земля могла неоднократно посещаться представителями этих цивилизаций в прошлом.

И наконец, ученых не оставляла надежда на возможный прилет представителей внеземных цивилизаций в наше время.

С позиции современной науки предположение о возможности существования внеземных цивилизаций имеет под собой определенные основания. Физика и астрономия установили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной.

Оптимисты считают,что у 1-2 % звезд в Галактике могут быть планетные системы, на которых появились жизнь, а затем и цивилизация. При самых оптимальных оценках таких звезд не более 1 млрд.

Редкость внеземных цивилизаций может быть одной из причин, почему мы не фиксируем их существование. Другой причиной может быть недостаток наблюдаемых данных. Кроме того, мы можем не осознавать, что получаемые нами сигналы имеют искусственное происхождение. Также существует предположение, что жизнь в космосе не является уникальной, но что она возникла в разных местах Вселенной примерно в одно и то же время, около 4 млрд лет назад. Тогда во Вселенной нет слишком большой разницы в технических уровнях развившихся цивилизаций, и искать следы этих цивилизаций просто бессмысленно, так как их еще нет.

Тем не менее поиск следов внеземных цивилизаций не прекращается. Более того, ученые думают о том, как передать им информацию о существовании земной цивилизации.

Список используемой литературы:

• Горелов А. А. Концепция современного естествознания. – М.: Центр, 1997 г.

• Концепции современного естествознания: учеб. пособие/ А.П. Садохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательство «Омега», 2008 г.

Эволюция вселенной | Понятия и категории

ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ – термин, принятый для обозначения теорий возникновения и развития Вселенной. Современная картина Вселенной возникла только в XX в., когда американский астроном Э. Хаббл показал, что кроме нашей Галактики существует много других галактик, разделенных пустым пространством. Измеряя светимость звезд известного тепла, которые находятся в этих галактиках, Хаббл измерил расстояние до них. В 1929 г. Хаббл сделал второе, еще более важное открытие: все линии спектра этих звезд оказались сдвинутыми в сторону красного конца, причем величина этого смещения оказалась пропорциональной расстоянию до галактики (красное смещение). Смещение длин волн к красному концу спектра согласно эффекту Доплера означает, что источник излучения удаляется от нас, и, следовательно, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется.

Экспериментальный результат, полученный Хабблом, в 1922 г. был предсказан русским физиком А. А. Фридманом. Ему удалось придать уравнениям общей теории относительности, незадолго до этого опубликованной А. Эйнштейном, такую форму, из которой следовало, что Вселенная не может быть статичной, а должна расширяться. Из модели Фридмана следовало, что должен существовать начальный момент расширения Вселенной — это момент, когда ее радиус обращается в нуль, а плотность вещества становится бесконечно большой. Данное состояние называется сингулярностью. Такой результат противоречит всему физическому опыту. Этот парадокс объясняют тем, что общая теория относительности, положенная в основу модели Фридмана, становится неверной при очень малых масштабах пространства и времени — так называемых планковских длине и времени (10-33 [десять в минус тридцать третьей степени]. см и 10-43 [десять в минус сорок третьей степени] с соответственно).

В. Бааде, А.Сэндейдж и другие астрономы, продолжая исследования Хаббла, показали, что увеличение скорости разлета галактик с расстоянием составляет 15 км/с на миллион световых лет. Эта величина получила название постоянной Хаббла. Зная ее, нетрудно было подсчитать время, когда Вселенная начала расширяться — это произошло около 15 —20 млрд лет назад. Отсюда следует еще один важный вывод: если время существования Вселенной умножить на скорость света, то мы получим величину, называемую горизонтом событий. Поскольку в соответствии с теорией относительности невозможна передача сигналов со скоростью, превышающей световую, никакое событие, находящееся за пределами этого горизонта, не может оказать на нас никакого влияния. Горизонт событий — это фактическая граница нашей расширяющейся Вселенной.

Ученик Фридмана Г. Гамов показал, что ранняя Вселенная была не только очень плотной, но и очень горячей, а потому ярко светилась (модель Большого Взрыва). Испущенный на этой стадии ансамбль горячих фотонов должен был расширяться вместе со Вселенной, а по законам идеального газа одновременно и охлаждаться. В 1965 г. американские физики А. Пензиас и Р. Вильсон обнаружили вызванное этим эффектом микроволновое излучение, идущее из глубин Вселенной. Это так называемое реликтовое излучение, испускаемое наиболее удаленными областями Вселенной. Его открытие явилось подтверждением теорий Фридмана и Гамова.

Теория Большого Взрыва в наиболее ранних стадий возникновения Вселенной — предмет исследований современной космологии. Известные физические законы на этих стадиях теряют свою силу. Долгое время оставалось неясным, почему при Большом Взрыве были преодолены силы гравитации, которые должны были бы препятствовать разлету больших масс вещества. Только в 1970 г. была доказана теорема Р. Пенроуза — С. Хокинга, из которой следовало, что, возникнув из сингулярности, Вселенная неизбежно должна расширяться. С тем чтобы продвинуться дальше в понимании процессов, приведших к возникновению Вселенной, физики поставили задачу объединения квантовой механики и общей теории относительности. Не исключено, что при учете квантовых эффектов сингулярность может исчезнуть.

Новые возможности для анализа начальных стадий возникновения Вселенной связаны с исследованием физического, или квантового, вакуума. Есть основания предполагать, что Вселенная возникла как результат фазового перехода физического вакуума, энергия которого при этом перешла в обычное вещество и кинетическую энергию расширяющейся Вселенной.

Если о ранней молодости Вселенной мы знаем довольно много, то о ее последующей эволюции известно значительно меньше. Мы не знаем, есть ли у эволюционирующей Вселенной конец или она будет существовать неограниченно долго. Если средняя плотность вещества во Вселенной выше некоторого критического значения, то, достигнув максимальных размеров, она затем под действием сил тяготения начнет сжиматься. В этом случае через миллиарды лет Вселенную ждет гибель в катастрофическом коллапсе (Большой Хлопок). Если же плотность меньше критической, то Вселенную ожидает вечное расширение. Согласно современным оценкам, плотность вещества во Вселенной близка к критической и, следовательно, ее судьбу пока невозможно предсказать однозначно.

Литература:

Розенталь И. Л. Геометрия. Динамика. Вселенная. М., 1987;

Вайнберг Г. Первые три минуты. М., 1981;

Хокинг С. От Большого Взрыва до черных дыр. М., 1990.

Словарь философских терминов. Научная редакция профессора В.Г. Кузнецова. М., ИНФРА-М, 2007, с. 684-645.

Пять популярных теорий Стивена Хокинга — Российская газета

8 января 1942 года, через 300 лет после смерти Галилея, в британском Оксфорде родился Стивен Уильям Хокинг. Примерно 200 тысяч других детей также появились на свет в тот день, но только один стал величайшим физиком-теоретиком и космологом. В начале 1960-х у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига), которые привели к параличу.

“Почти совершенное воплощение свободного духа, огромного интеллекта, человека, который мужественно преодолевает физическую немощь, отдавая все силы на расшифровку “божественного замысла”, – таким описывает Хокинга в своей книге немецкий популяризатор науки Хуберт Мания.

Достижения Хокинга в науке неоспоримы. “РГ” расскажет о некоторых самых популярных теориях великого физика.

Излучение Хокинга

Излучение Хокинга – гипотетический процесс “испарения” черных дыр, то есть испускания разнообразных элементарных частиц (преимущественно фотонов).

Процесс был предсказан Хокингом в 1974 году. Его работе, кстати, предшествовал визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными: одним из создателей атомной и водородной бомб Яковом Зельдовичем и одним из основоположников теории ранней Вселенной Алексеем Старобинским.

“Когда огромная звезда сжимается, ее гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может больше покидать ее пределы. Область, из которой ничто не может выйти, и называется “черная дыра”. А ее границы называются “горизонт событий”, – так поясняет Хокинг.

Отметим, понятие о черной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты.

Именно Хокинг начал изучать поведение элементарных частиц вблизи черной дыры с точки зрения квантовой механики. Он выяснил, что частицы могут выходить за ее пределы и что черная дыра не может быть абсолютно черной, то есть – существует остаточная радиация. Коллеги-ученые рукоплескали: все теперь изменилось! Информация об открытии распространилась в научной среде как ураган. И эффект произвела аналогичный.

Позже Хокинг обнаружил и механизм, посредством которого черные дыры могут излучать радиацию. Он пояснил, что с точки зрения квантовой механики пространство наполнено виртуальными частицами. Они постоянно материализуются парами, “разлучаются”, снова “встречаются” и аннигилируют. Вблизи черной дыры одна из пары частиц может упасть в нее, и тогда у второй не останется пары для аннигиляции. Такие “брошенные” частицы и образуют радиацию, которую излучает черная дыра.

Из этого Хокинг делает вывод, что черные дыры существуют не вечно: они излучают все более сильный ветер и, в конце концов, исчезают в результате гигантского взрыва.

“Эйнштейн так и не принял квантовую механику из-за связанного с ней элемента случайности и неопределенности. Он сказал: Бог не играет в кости. Похоже, что Эйнштейн ошибся дважды. Квантовый эффект черной дыры позволяет предположить, что Бог не только играет в кости, но и иногда бросает их туда, где их нельзя увидеть”, – считает Хокинг.

Излучение черных дыр – или излучение Хокинга – показало, что гравитационное сжатие не настолько окончательно, как было принято считать ранее: “Если астронавт падает в черную дыру, он вернется затем во внешнюю часть Вселенной в виде радиации. Таким образом, в каком-то смысле астронавт будет переработан”.

Вопрос существования Бога

В 1981 году Хокинг побывал на конференции по космологии в Ватикане. После конференции Папа Римский дал аудиенцию ее участникам и сказал им, что они могут изучать развитие Вселенной после большого взрыва, но не сам большой взрыв, поскольку это – момент творения, а стало быть – дело Божье.

Позже Хокинг признался, что был рад тому, что Папа не знал тему лекции, которую ученый прочел перед этим. Она как раз касалась теории, согласно которой у Вселенной не было начала, момента творения как такового.

Подобные теории были и в начале 1970-х годов, они говорили о фиксированном пространстве и времени, которые на протяжении вечности были пустыми. Затем, по какой-то неизвестной причине, образовывалась точка – вселенское ядро – и происходил взрыв.

Хокинг полагает, что “если мы движемся назад во времени, мы доходим до сингулярности большого взрыва, в которой законы физики не действуют. Но есть другое направление движения во времени, которое позволяет избежать сингулярности: оно называется воображаемым направлением времени. В нем можно обойтись без сингулярности, которая является началом или концом времени”.

То есть появляется момент в настоящем, которому совсем не обязательно сопутствует цепочка моментов в прошлом.

“Если у Вселенной было начало, мы можем предполагать, что у нее был и создатель. Но если Вселенная является самодостаточной, не имеет границы или края, значит, она не была создана и не будет уничтожена. Она просто существует. Где же тогда место для ее создателя?” – вопрошает физик-теоретик.

“От большого взрыва до черных дыр”

С таким подзаголовком в апреле 1988 года в свет вышла книга Хокинга “Краткая история времени”, моментально ставшая бестселлером.

Эксцентричный и в высшей степени умный Хокинг активно занимается популяризацией науки. В его книге хоть и рассказывается о появлении Вселенной, о природе пространства и времени, черных дырах, встречается одна единственная формула – E=mc² (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве).

До 20 века считалось, что Вселенная – вечна и неизменна. Хокинг весьма доступным языком доказывал, что это не так.

“В свете от далеких галактик происходит смещение в сторону красной части спектра. Это означает, что они удаляются от нас, что Вселенная расширяется”, – говорит он.

Статичная Вселенная кажется привлекательнее: она существует и может продолжить существовать вечно. Она – нечто незыблемое: человек стареет, но Вселенная всегда так же молода, как в момент формирования.

Расширение Вселенной позволяет предположить, что у нее, в какой-то момент в прошлом, было начало. Этот момент, когда Вселенная начала свое существование, и получил название большого взрыва.

“Умирающая звезда, сжимаясь под действием собственной гравитации, в конце концов, превращается в сингулярность – в точку бесконечной плотности и нулевого размера. Если повернуть вспять ход времени так, чтобы сжатие превратилось в расширение, станет возможным доказать, что у Вселенной было начало. Однако доказательство, основанное на теории относительности Эйнштейна, показывало также, что невозможно понять, как произошла Вселенная: оно демонстрировало, что все теории не действуют в момент начала Вселенной”, – отмечает ученый.

Человечество ждет гибель

Можно увидеть, как чашка падает со стола и разбивается. Но нельзя увидеть, как она собирается обратно из осколков. Увеличение беспорядка – энтропии – именно то, что отличает прошлое от будущего и придает направление времени.

Хокинг задался вопросом: что произойдет, когда Вселенная прекратит расширяться и начнет сжиматься? Увидим ли мы, как разбитые чашки собираются из осколков?

“Мне казалось, что когда начнется сжатие, Вселенная вернется в упорядоченное состояние. В таком случае, с началом сжатия время должно было повернуть вспять. Люди в этой стадии проживали бы жизнь задом наперед и молодели по мере сжатия Вселенной”, – говорил он.

Попытки создать математическую модель теории не увенчались успехом. Позже Хокинг признал свою ошибку. По его мнению, она заключалась в том, что он использовал слишком простую модель Вселенной. Время не повернет свой ход вспять, когда Вселенная начнет сжиматься.

“В реальном времени, в котором мы живем, у Вселенной есть две возможные судьбы. Она может продолжать расширяться вечно. Или она может начать сжиматься и прекратить свое существование в момент “большого сплющивания”. Это будет похоже на большой взрыв, только – наоборот”, – полагает физик.

Хокинг допускает, что Вселенную все-таки ожидает финал. Однако, оговаривается, что у него, как у пророка конца света, не будет возможности оказаться в то время – через много биллионов лет – и осознать свою ошибку.

Согласно теории Хокинга, спасти человечество при таком раскладе может только способность оторваться от Земли.

Инопланетяне существуют

Люди отправляют в космос беспилотные аппараты с изображениями человека и координатами, указывающими расположение нашей планеты. В космос посылают радиосигналы, в надежде, что их заметят инопланетные цивилизации.

Если верить Хокингу, то встречи с представителями других планет не сулят землянам ничего хорошего. Основываясь на своих знаниях, он не отрицает возможность существования внеземной цивилизации, но надеется, что встречи не произойдет.

В документальном телесериале канала Discovery он высказал мнение о том, что если технологии инопланетян будут превосходить земные, они обязательно образуют на Земле свою колонию и поработят человечество. Хокинг сравнил этот процесс с прибытием Колумба в Америку и последствиями, которые ожидали коренное население континента.

“Во Вселенной со 100 миллиардами галактик, каждая из которых содержит сотни миллионов звезд, маловероятно, что Земля является единственным местом, где развивается жизнь. С чисто математической точки зрения, одни лишь цифры позволяют принимать мысль о существовании инопланетной жизни как абсолютно разумную. Реальной проблемой является то, как могут выглядеть инопланетяне, понравятся ли они землянам своим видом. Ведь они могут быть микробами или одноклеточными животными, или червями, которые населяли Землю в течение миллионов лет”, – считает Хокинг.

Даже близкие и друзья космолога отмечают, что нельзя верить каждому его слову. Он – искатель. А в таком деле допущений больше, чем фактов, и ошибки неизбежны. Но даже при этом его изыскания дают человеку пищу для ума, точку, от которой можно начать поиск ответа на вопрос о существовании человека и Вселенной.

“Ответ на этот вопрос будет величайшим триумфом человеческого разума, ибо тогда мы познаем ум Бога”, – говорит Хокинг.

Реферат на тему «Происхождение Вселенной. Теория Большого взрыва»

Содержание

1. История Вселенной согласно стандартной модели Большого взрыва.
2. Будущее Вселенной.
3. Какая судьба ожидает вечно расширяющуюся Вселенную?
Список использованных источников

1. История Вселенной согласно стандартной модели Большого взрыва

В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингу­лярности. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 10¹²К, а плотность была немыслимо велика, должны были неимоверно быстро сменять друг друга экзотические взаимодействия, недоступ­ные пониманию в рамках современной физики. Мы можем лишь размышлять над тем, каковы были те первые мгнове­ния; например, возможно, что четыре фундаментальные силы природы были вначале слиты воедино. Однако есть основания полагать, что к концу первой миллионной доли секунды уже существовал первичный «бульон» богатых энергией («горя­чих») частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Эта самовзаимодействующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия.

В те первые мгновения все имевшиеся частицы должны были непрерывно возникать и аннигилировать. Любая материальная частица имеет некоторую массу, и поэтому для ее образования требуется наличие определенной «пороговой , энергии»; пока плотность энергии фотонов оставалась достав точно высокой, могли возникать любые частицы. Мы знаем также, что, когда частицы рождаются из гамма-излучения (фотонов высокой энергии), они рождаются парами, состо­ящими из частицы и античастицы, например электрона и позитрона. В условии сверхплотного состояния материи, характерного для раннего этапа жизни Вселенной, частицы и античастицы должны были тотчас же после своего рождения снова сталкиваться, превращаясь в гамма-излучение. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продол­жалось до тех пор, пока плотность энергии фотонов превыша­ла значение пороговой энергии образования частиц.

Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секун­ды, ее температура упала примерно до 10¹¹К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, но некоторые из этих частиц все-таки избежали взаимной аннигиляции со своими античастицами — иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества! Через 1 с после Большого взрыва температура понизилась примерно до 10¹⁰К, и нейтрино, по существу, перестали взаимодейство­вать с веществом: Вселенная стала практически прозрачной для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и возникать снова, но примерно через 10с уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение в катастрофическом процессе взаимной аннигиля­ции, оставив после себя лишь незначительное количество электронов, достаточное, однако, для того, чтобы, объеди­нившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

Судя по всему, должна была существовать некоторая диспропорция между частицами (протонами, нейтронами, электронами и т. д.) и античастицами (антипротонами, анти­нейтронами, позитронами и т. д.), так как все частицы (а не только все античастицы) исчезли бы в процессе аннигиляции. В окружающей нас части Вселенной вещества несравнимо больше, чем антивещества, которое лишь изредка встречается в виде отдельных античастиц. Не исключено, конечно, что на ранней стадии эволюции Вселенной в ней были области, где доминировало вещество, и области с преобладанием антиве­щества — в этом случае возможно существование звезд и целых галактик, состоящих из антивещества; на больших расстояниях они были бы неотличимы от привычных нам звезд и галактик из вещества. Однако у нас нет никаких свидетельств в пользу этого предположения, поэтому более разумным кажется считать, что с самого начала возник небольшой, но заметный дисбаланс частиц и античастиц. В настоящее время разрабатывается ряд теорий, в которых такой дисбаланс находит вполне естественное объяснение.

Через 3 мин после Большого взрыва температура Вселен­ной понизилась до 10⁹К и возникли подходящие условия для образования атомов гелия: на это были затрачены практиче­ски все имевшиеся в наличии нейтроны. Спустя примерно еще минуту почти все вещество Вселенной состояло из ядер водорода и гелия, находившихся примерно в той же количе­ственной пропорции, какую мы наблюдаем сегодня. Начиная с этого момента, расширение первичного огненного шара происходило без существенных изменений до тех пор, пока через 700000 лет электроны и протоны не соединились в нейтральные атомы водорода, тогда Вселенная стала прозрач­ной для электромагнитного излучения — возникло то, что сейчас наблюдают как реликтовое фоновое излучение.

После того как вещество стало прозрачным для электро­магнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, состав­лявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение соз­дало галактики, скопления, звезды и планеты — все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявше­го плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом. Тем не менее, многие вопросы, касающи­еся эпохи, последовавшей за эпохой отделения излучения от вещества, остаются пока без ответа; в частности, остается нерешенным вопрос формирования галактик и звезд. Образо­вались ли галактики раньше первого поколения звезд или наоборот? Почему вещество сосредоточилось в дискретных образованиях — звездах, галактиках, скоплениях и сверхскоп­лениях, — когда Вселенная как целое разлеталась в разные стороны?

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

Есть два основных взгляда на проблему формирования галактик. Первый состоит в том, что в любой момент времени в расширяющейся смеси вещества и излучения могли суще­ствовать случайно распределенные области с плотностью выше средней. В результате действия сил тяготения эти области сначала отделились в виде очень протяженных сгустков вещества, в которых затем начался процесс фраг­ментации, приведший к образованию облаков меньших разме­ров, которые позднее превратились в скопления и отдельные галактики, наблюдаемые сегодня. Далее в этих меньших — галактических размеров — сгустках опять-таки под действием притяжения в случайных неоднородностях плотности нача­лось формирование звезд. Существует и другая точка зрения на ход развития событий: вначале из флукту­аций плотности в расширяющемся первичном шаре сформиро­вались многочисленные (малые) галактики, которые с течени­ем времени объединились в скопления, в сверхскопления и, возможно, даже в более крупные иерархические структуры.

Главным пунктом в этом споре является вопрос, имел ли процесс Большого взрыва вихревой, турбулентный, характер или протекал более гладко. Турбулентности в крупномасштаб­ной структуре сегодняшней Вселенной отсутствуют. Вселен­ная выглядит удивительно сглаженной в крупных масштабах; несмотря на некоторые отклонения, в целом далекие галакти­ки и скопления распределены по всему небу в высшей степени равномерно, а степень изотропности фонового излучения также довольно высока (выше, чем 1:3000). Все эти факты, видимо, говорят о том, что Большой взрыв был безвихревым, упорядоченным процессом расширения. Но откуда же в таком случае возникли флуктуации плотности, ставшие позднее галактиками? Решение этого вопроса затрудняется тем, что мы не располагаем наблюдательными данными, относящими­ся к критическому моменту образования звездных систем;

Согласно общепринятой точке зрения, микроволновое фоно­вое излучение дает нам информацию о той эпохе, когда возраст Вселенной насчитывал примерно 700 000 лет, чему соответствует красное смещение около 1000. Самый далекий от нас квазар имеет смещение 3,6, т.е. наблюдаемый свет этого квазара был испущен им, когда возраст Вселенной составлял чуть меньше 2 млрд. лет. В промежутке времени от 700 000 до 2 млрд. лет во Вселенной должно было произойти многое, в том числе сформировались галактики. Тем не менее, последние данные, скорее всего, свидетельствует в пользу второй из двух упомянутых выше гипотез, согласно которой образование галактик предшествовало формированию скопле­ний и сверхскоплений.

Успешное объяснение ряда явлений с помощью модели Большого взрыва привело к тому, что, как правило, не вызывает сомнения реальность происхождения микроволново­го фонового излучения из расширяющегося первичного огнен­ного шара в тот момент, когда вещество Вселенной стало прозрачным. Возможно, однако, что это слишком простое объяснение. В 1978 г., пытаясь найти обоснование для наблю­даемого соотношения фотонов и барионов (барионы — «тяжелые» элементарные частицы, к которым, в частности, относятся протоны и нейтроны) — 10⁸:1, — М. Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результа­том «эпидемии» образования массивных звезд, начавшейся сразу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достиг 1 млрд. лет. Продолжительность жизни этих звезд не могла превышать 10 млн. лет; многим из них было суждено пройти стадию сверхновых и выбросить в пространство тяжелые химические элементы, которые ча­стично собрались в крупицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, нагретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красного смеще­ния, вызванного расширением Вселенной, наблюдается сейчас как микроволновое фоновое излучение.

Эта точка зрения не получила широкого признания, однако интересно отметить, что в 1979 г. Д.П.Вуди и П.Л.Ричарде из Калифорнийского университета опубликова­ли результаты наблюдений, как будто указывающие на некоторые отклонения характеристик микроволнового фоно­вого излучения от кривой излучения абсолютно черного тела: кривая фонового излучения выглядит «острее», чем ей следо­вало бы быть. Позднее в том же году М.Роуэн-Робинсон, Дж.Негропонте и Дж.Силк (Колледж королевы Марии, Лондон) указали, что «горб» на кривой микроволнового излучения, обнаруженный Вуди и Ричардсом, может быть объяснен излучением пылевых облаков, образовавшихся вслед за «эпидемией» массового формирования звезд, что соответствует гипотезе М. Риса. Пока рано говорить, выдер­жит ли эта новая идея последующий анализ, но если она соответствует истине, то это означает, что подавляющее количество всей массы Вселенной содержится в невидимых остатках звезд первичного, догалактического, поколения ив настоящее время может находиться в массивных темных гало, окружающих яркие галактики, которые мы наблюдаем сегодня.

2. Будущее Вселенной

Оставляя в стороне спорный вопрос, касающийся образо­вания галактик, посмотрим, что говорят современная теория и данные наблюдений относительно будущего развития Вселен­ной и ее вероятного конца.

Вне всякого сомнения, именно гравитационное взаимодей­ствие определит дальнейший ход событий. Достаточно ли во. Вселенной вещества для того, чтобы силы тяготения в конечном счете остановили процесс расширения и заставили галактики вновь начать падать друг на друга, в результате чего Вселенная закончила бы свое существование в неком «Большом сжатии». Или же наоборот. Вселенная будет расширяться бесконечно?

Процесс расширения Вселенной можно рассматривать, используя уже знакомое нам понятие скорости убегания. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, эффектив­ная гравитационная сила, действующая на частицу, находящу­юся внутри пустой сферической оболочки, равна нулю—. притяжение, вызываемое разными частями оболочки, взаимно компенсируется. То же имеет место и в общей теории относительности. Следовательно, если выбрать для исследо­вания типичную сферическую область Вселенной, то все остальное можно считать полой толстостенной оболочкой, расположенной вне интересующей нас области, поскольку в силу космологического принципа все направления во Вселен­ной равноправны, а вещество в ней распределено равномерно. Тогда можно допустить, что на галактику, расположенную у края выбранной нами области, действуют силы притяжения только со стороны вещества, находящегося внутри выбранной сферы. Если это вещество распределено равномерно, то галактика будет притягиваться к центру сферы так, как если бы там была сосредоточена вся заключенная внутри сферы масса. В своем движении относи­тельно центра сферы эта «пробная» галактика должна вести себя, как снаряд, выпущенный «наружу» из этой точки. Если скорость галактики достаточно велика, т. е. если она превы­шает скорость убегания, характерную для этой сферической области, то галактика будет продолжать свое движение вечно (открытая вселенная), но если скорость галактики недостаточ­на, то она в конце концов уменьшится до нуля, после чего галактика начнет двигаться к центру сферы (замкнутая вселенная).

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Зная скорость разбегания галактик — она определяется значением постоянной Хаббла, — можно оценить необходимую величину массы, которая должна содержаться в данном объеме пространства, чтобы расширение когда-то прекрати­лось; иначе говоря, требуется рассчитать среднее значение плотности вещества, которая обеспечила бы существование замкнутой вселенной. Если окажется, что средняя плотность вещества превышает некоторое значение, называемое крити­ческой плотностью, то Вселенная через какое-то время должна перестать расширяться — тогда поле битвы останется за силами тяготения и коллапс вещества Вселенной будет неизбежным.

Принимая Н_о=55 км/с*Мпс, находим, что значение крити­ческой плотности примерно равно 5-10^-27 кг/м³, или в среднем примерно 3 атома водорода в 1 м³ — это очень немного! При такой плотности Вселенная должна быть очень большой, а вещество в ней — очень разреженным. Определение средней плотности вещества во Вселенной — одна из важнейших задач современной астрономии.

Другой способ выяснения, открыта или замкнута Вселен­ная, заключается в непосредственном измерении замедления расширения, т.е. в измерении величины, известной под названием параметра замедления q_о. Производя наблюдения очень удаленных объектов, мы как бы путешествуем во времени в далекое прошлое, когда — если верна теория Большого взрыва — Вселенная расширялась быстрее, чем сейчас. В принципе, производя измерения в очень широком интервале расстояний до галактик и их красных смещений, можно выявить отклонения от закона Хаббла вплоть до самых удаленных звездных систем. Но на практике этот метод не дал, по крайней мере на сегодняшний день, согласующихся между собой надежных результатов. Здесь остается еще много трудностей, включая проблему правиль­ной оценки расстояний и возможность неизвестных пока процессов эволюции: например, вполне возможно, что в прошлом галактики имели большую светимость, чем сейчас, но вопрос в том, насколько большую? Чтобы определить, является ли наша Вселенная открытой или замкнутой, необ­ходимо исследовать объекты с красным смещением выше 0,5, а это соответствует расстояниям, значительно превышающим те, на которых можно увидеть обычные галактики (положе­ние может изменить космический телескоп, выведенный на орбиту вокруг Земли, создание которого планируется на 80-е годы). Ясно, что в качестве объектов исследования следует взять квазары, но в их природе, эволюции и расстояниях до них слишком много неясного, так что надежность полученных результатов остается пока сомнительной. На сегодняшний день мы располагаем наблюдательными данными, свидетель­ствующими в пользу как открытой, так и замкнутой модели.

Предпринимались также попытки определять возраст Все­ленной разными методами и сравнивать его с хаббловским временем — тем возрастом, который имела бы Вселенная, не будь замедления расширения (около 18 млрд. лет при    Н_о=55 км/с*Мпс). Оценки возраста самых старых звезд в шаровых скоплениях, делавшиеся на основе их химического состава с использованием современных теорий звездной эво­люции, дали значения в интервале 8-18 млрд. лет, тогда как метод радиоактивной датировки дает гораздо меньшую циф­ру — около 6 млрд. лет. В 1978г. Д.Казанас и Д.Н.Шрамм из Чикагского университета, основываясь на данных своих наблюдений, пришли к выводу, что лучше всего согласу­ющийся с известными фактами возраст Вселенной должен составлять 13,5-15,5 млрд. лет, что соответствует открытой, вечно расширяющейся вселенной.

С другой стороны, в 1977г. Д.Линден-Белл в Кембридже получил значение Н_о, примерно равное 110 км/с*Мпс, осно­вываясь при этом на своей модели, разработанной для объяснения кажущегося разбегания со сверхсветовыми ско­ростями радиокомпонентов некоторых квазаров. Это значение Н_о, если оно, конечно, верно, должно означать, что опреде­ляемый из закона Хаббла возраст Вселенной составляет всего 9 млрд. лет, а эта величина находится на грани противоречия с возрастом, наиболее старых из известных звезд.

Если принять во внимание замедление скорости разбега­ния галактик (т.е. расширения Вселенной), то возникает существенная проблема, как «увязать» этот возраст с про­стейшей моделью Большого взрыва. В результатах, опубли­кованных Д.Хэйнсом в 1979г. в Кембридже, хаббловский возраст Вселенной оценивается в 13 млрд. лет, а в том же году М.Ааронсом в Стьюартской обсерватории, Дж.Хучра в Гарвардском университете и Дж. Моулд в Национальной обсерватории Кит-Пик опубликовали результаты, основанные на измерении светимости галактик в инфракрасном диапазоне, которые указывают на возраст Вселенной около 10 млрд. лет (Н_о=100 км/с*Мпс).

Еще позднее, в 1980г., Ж.М.Люк, Ж.Л.Бирк и Ш.Ж.Альянд из Парижского университета опубликовали результаты анализа найденного в метеоритах радиоактивного элемента рения, который имеет очень большой период полу­распада (половина любого количества этого элемента распада­ется, превращаясь в осмий, в течение 60 млрд. лет). Сравни­вая количества рения и осмия в веществе метеоритов и считая при этом, что рений образовался при взрывах сверхновых на раннем этапе эволюции Вселенной, эти ученые установили, что возраст Вселенной, по-видимому, составляет от 13 до 22 млрд. лет.

Итак, хотя сегодня большинство астрономов и сходятся во мнении, что значение Но должно соответствовать возрасту Вселенной, равному примерно 18 млрд. лет, в этом вопросе по-прежнему имеются большие расхождения, и до сих пор не представляется возможным сравнить возраст Вселенной, сле­дующий из закона Хаббла, с возрастом отдельных составных частей Вселенной, чтобы таким образом оценить степень замедления расширения Вселенной.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать реферат

3. Какая судьба ожидает вечно расширяющуюся Вселенную?

Если наша Вселенная будет неограниченно расширяться — а об этом свидетельствуют почти все данные наблюдений, — то что ее ожидает в будущем? По мере расширения простран­ства материя становится все более разреженной, галактики и скопления все более удаляются друг от друга, а температура фонового излучения неуклонно приближается к абсолютному нулю. Со временем все звезды завершат свой жизненный цикл и превратятся либо в белых карликов, остывающих до состояния холодных черных карликов, либо в нейтронные звезды или черные дыры. Эра светящегося вещества закон­чится, и темные массы вещества, элементарных частиц и холодного излучения будут бессмысленно разлетаться в непрерывно разрежающейся пустоте.

Впрочем, черные дыры не останутся без работы. Имея на то достаточно времени, черные дыры поглотят огромное количество вещества Вселенной. Если теория Хокинга верна, то черные дыры будут испускать излучение, но черным дырам с массой Солнца потребуется очень длительное время, прежде чем это что-то заметно изменит. Фоновое излучение остынет гораздо раньше, чем черные дыры начнут излучать больше, чем они будут поглощать из этого фонового излуче­ния. Такой момент наступит только тогда, когда возраст Вселенной станет примерно в десять миллионов раз больше предполагаемого на сегодня. Должно пройти около 10⁶⁶ лет, прежде чем черные дыры солнечной массы начнут взрывать­ся, выбрасывая потоки частиц и излучения.

Дж.Б.Берроу из Оксфордского университета и Ф.Тип-лер из Калифорнийского университета нарисовали такую картину отдаленного будущего неограниченно расширяющей­ся вселенной. Даже внутри старой нейтронной звезды сохра­няется еще достаточно энергии, чтобы время от времени сообщать частицам, находящимся вблизи ее поверхности, скорость, превышающую скорость убегания; предполагается, что в результате этого через достаточно продолжительное время все вещество нейтронной звезды должно испариться. Распадутся и черные дыры, вызвав рождение (в равных пропорциях) частиц и античастиц. По мнению Берроу и Типлера, если запас энергии во Вселенной достаточен только для того, чтобы обеспечить ее неограниченное расширение, то эффект электрического притяжения в электронно-позитронных парах перевесит и гравитационное притяжение, и общее расширение Вселенной как целого; поэтому за конечное время все электроны проаннигилируют со всеми позитронами. В конечном итоге последней стадией существования материи окажутся не разлетающиеся холодные темные тела или черные дыры, а безбрежное море разреженного излучения, остывающего до конечной, повсюду одинаковой, температуры.

Второе начало термодинамики предсказывает, что конец Эволюции Вселенной наступит, когда выравняется температу­ра ее вещества — так как тепло передается от более теплых тел к более холодным, различие их температур со временем сглаживается и совершение работы становится невозможным. Эта мысль о «тепловой смерти» Вселенной была высказана еще в 1854г. Германом Гельмгольцем (1821-1894). Небезын­тересно отметить, что наше современное представление о неограниченно расширяющейся Вселенной вместе с концеп­цией квантового излучения черных дыр, которая основана на аналогии между гравитацией и термодинамикой, по существу, привело, только более кружным путем, к выводам, сделан­ным Гельмгольцем.

Мы не знаем с определенностью, каков должен быть исход противоборства расширения Вселенной и гравитацион­ного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, Вселенная когда-нибудь сколлапсирует в процессе Большого сжатия, которое может оказаться либо концом ее существо­вания, либо прелюдией к новому циклу расширения. Бел» же силы тяготения проиграют сражение, то расширение будет продолжаться неограниченно долго, но тем не менее гравита­ция будет играть существенную роль в определении оконча­тельного состояния вещества Вселенной: станет ли оно безбрежным морем однородного излучения или же будет рассеиваться множеством темных холодных масс. В неясном далеком будущем прошедшая эпоха звездной активности может показаться лишь кратчайшим мгновением в бесконеч­ной жизни Вселенной.

Так неужели, же Вселенная обречена на вечное расшире­ние? Пока все данные говорят именно об этом, хотя нельзя без боли думать о превращении нашего удивительного и сложного мира в бесформенную темную пустоту. По-видимому, многим была бы больше по душе пульсирующая модель, дающая надежду на возрождение пусть не живых существ, но по крайней мере таких привычных нам вещей, как вещество и излучение. Однако, что бы мы ни предпринимал», это не изменит ни плотности космического вещества, ни судьбы космоса — нам остается принимать его таким, каков он есть: Вселенную не выбирают.

Список использованных источников

1. И. Николсон. Тяготение, чёрные дыры и Вселенная. 1983г.
2. И. Д. Новиков. Чёрные дыры и Вселенная. 1985г.
3. И. Д. Новиков. Эволюция Вселенной. 1982г.
4. Дж. Силк. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. 1982г.

Теория создания Вселенной – ученический проект

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №28 г. Ивделя.

Теории возникновения Вселенной

Проектная работа Кожиновой Е. В

ученицы 11 класса

Рукодитель Рогачева И.Б

Ивдель

2014

Содержание:

Введение…………………………………………………………………

3

Виды теорий возникновения Вселенной

4

Большой Взрыв: самое начало

7

Эволюция вещества

9

а) Адронная эра

10

б) Лептонная эра

11

в) Фотонная эра или эра излучения

12

г) Звездная эра

14

«Итоги первых шагов Маленькой Вселенной»

15

Заключение

46

Приложение

18

Словарь

20

Список литературы

22

Введение

Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще.

Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас – он жаждет знаний о том

– что было, когда Вселенная рождалась?

– рождалась ли она Вообще или она глобально стационарна?

– как давно это было и как происходило?

Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша в астрономии – космология.

КОСМОЛОГИЯ (от космос и …логия), физическое учение о Вселенной как целом, основанное на результатах исследования наиболее общих свойств (однородности, изотропности и расширения) той части Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений.

Космология попыталась дать ответы на эти вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие

первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризацию. .

Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает

источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной.

Поэтому космология, как и любая другая наука живет и бурно развивается,

принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет «альтернативных» теорий, но все-таки развивается.

Меня, как современного Человека, с детских лет интересует вопрос о возникновении Вселенной. Поэтому я поставила перед собой

цель: узнать, как возникла Вселенная.

задачи:

1. изучить литературу по возникновению Вселенной;

2. рассмотреть все существующие теории возникновения Вселенной ;

3. более подробно изучить одну из теорий возникновения Вселенной.

.

1 Виды теорий

Изучив литературу, я узнала о существовании четырёх теории возникновения Вселенной. Это теория Креационизма, Аффинная теория пространства и времени, теория Большого Взрыва и теория Стационарности.

а) Согласно первой теории некоторые ученые считают, что нашу Вселенную создал Бог с помощью суперкомпьютера. Примером этого может послужить то, что если мы находимся в виртуальном мире, нам надо всего лишь приблизить какой – нибудь предмет и мы увидим пиксели, это самая малая структурная единица всего в виртуальном мире.

Когда ученые рассматривали предмет под микроскопом, то наткнулись на удивительное открытие – они увидели маленькие квадратики похожие на пиксели.

Также, всё в нашем мире квантово: время квантово, пространство квантово, энергия квантово – всё состоит из индивидуальных пикселей. И всё это можно описать на компьютере, в наше время уже создана примитивная компьютерная Вселенная- это всем знакомая игра Sims.

Компьютеры всё больше развиваются и заменяют человека, во многих отраслях. С помощью компьютера можно создать макет космоса, макет планеты, что угодно, лишь бы правильно описать это с помощью компьютерного языка и формул.

Наш мир состоит из пикселей они принимают четкую форму лишь тогда, когда мы на них смотрим. Это значит, что наш мир может являться компьютерной симуляцией.

б)После открытия закона Хаббла большинство астрономов приняли теорию Большого взрыва — концепцию, согласно которой Вселенная образовалась в прошлом из некоей точки. Однако в 1940-е годы группа астрофизиков под руководством Фреда Хойла предложила альтернативную теорию.

Главная идея этой теории заключается в следующем: по мере того как галактики удаляются друг от друга при хаббловском расширении, в увеличивающемся пространстве между ними образуется новая материя. Вновь образованная материя со временем самоорганизуется в галактики, которые, в свою очередь, будут удаляться друг от друга, высвобождая пространство для образования новой материи. Таким образом, наблюдаемое расширение было согласовано с понятием «стационарной» Вселенной, сохраняющей свою общую плотность и не имеющей единственной точки образования (наличие которой предполагает теория Большого взрыва).

Вскоре начали появляться доводы против теории. Во-первых, в точных лабораторных экспериментах не удалось воспроизвести образование вещества. Во-вторых, что важнее, новые открытия в космологии — такие как космический микроволновый фон (см. Большой взрыв) — показали, что многие явления во Вселенной можно объяснить исходя из сценария Большого взрыва, но не из теории стационарной Вселенной. Например, когда мощные телескопы смогли заглянуть во Вселенную поглубже и таким образом проникнуть в ее прошлое, стало ясно, что все наиболее удаленные галактики представляют собой молодые, еще не сформировавшиеся системы. Это — как раз то, что и ожидалось от Вселенной, возникшей в результате Большого взрыва, но никак не согласовывалось с картиной стационарности. В конце концов большинство защитников теории стационарной Вселенной, сраженные этим контраргументом, просто сдались.

в) Аффинная теория пространства-времени

В рамках модели Поплавски постулируется, что все астрономические чёрные дыры (ЧД) можно рассматривать как входы в кротовые норы Эйнштейна – Розена. Эти объекты представляют собой гипотетические тоннели, соединяющие различные регионы пространства-времени.
Поплавски полагает, что другой конец кротовой норы чёрной дыры соединён с белой дырой (антипод чёрной – область пространства, в которую ничто не может попасть). При этом внутри кротовой норы возникают условия, напоминающие расширяющуюся Вселенную, аналогичную наблюдаемой нами. Из этого следует, что и наша Вселенная может оказаться просто внутренней частью какой-то кротовой норы.

Как же мы можем подтвердить такую теорию? Поплавски считает, что способ есть. Все звезды и черные дыры в нашей Вселенной вращаются. Логично предположить, что так же дело обстоит в пра-Вселенной (правселенных). Значит, вся наша Вселенная должна иметь параметры вращения черной дыры, в которой она находится. Часть спиральных галактик при этом должна быть закручена влево, а часть (пространственно противоположная) — вправо. По данным современных наблюдений, включающим обзор более чем 15 тыс. галактик, в одном «полушарии» нашей Вселенной бóльшая часть спиральных галактик действительно закручена в одну сторону («левши»), а в противоположной части наблюдаемой Вселенной дело обстоит наоборот: численно доминируют галактики-«правши».

По мнению учёного, эта модель объясняет целый ряд проблем современной космологии – темную энергию, темную материю, квантовые эффекты при анализе гравитации в космических масштабах.

В ней применяется понятие аффинного кручения, а вместо псевдоримановой геометрии для пространства-времени используется геометрия Римана – Картана. Её ещё можно назвать аффинной теорией пространства-времени – в противовес принятой метрической. Здешние эффекты неметричности весьма малы, единственной областью, где их вообще можно заметить, автор считает раннюю Вселенную. Привлекательной чертой его гипотезы является возможность получения несингулярных решений типа «Большого отскока» для Большого взрыва

Концепция Большого взрыва весьма успешно расправляется со многими наблюдаемыми астрономическими явлениями, но, отмечает Никодем Поплавски, далеко не со всеми. Что спровоцировало Большой взрыв, превратив гипотетическую сингулярность в известную нам Вселенную? Что именно остановило инфляционное расширение Вселенной? Каков источник тёмной энергии, вызывающей сейчас наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной? И, наконец, где антиматерия, которой должно быть примерно столько же, сколько и обычной?

г) Жорж Эдуард Леметр (1894—1966):

«В нуль-пункт времени вещество и энергия Вселенной были сдавлены в единую гигантскую массу – «космическое яйцо», которое было неустойчиво, и произошел самый гигантский и катастрофический взрыв, какой только можно вообразить» (1927 г. )

2.Большой Взрыв: самое начало

Началом работы Вселенского ускорителя был Большой Взрыв. Этот термин очень часто применяют сегодня космологи. Наблюдаемый разлет галактик и скопления галактик – следствие Большого взрыва. Однако, Большой

Взрыв, который академик Я.Б. Зельдович назвал астрономическим, качественно

отличается от каких-либо химических взрывов.

У обоих взрывов есть черты сходства: например, в обоих случаях вещество после взрыва охлаждается при расширении, падает и его плотность. Но есть и существенные отличия. Главное из них заключается в том, что химический взрыв обусловлен разностью давлений во взрывающемся веществе и давлением в окружающей среде (воздухе). Эта разность давлений создает силу, которая сообщает ускорение частицам заряда взрывчатого вещества.

В астрономическом взрыве подобной разности давлений не существует. В отличие от химического астрономический взрыв не начался из определенного центра (и потом стал распространяться на все большие области пространства), а произошел сразу во всем существовавшем тогда пространстве. Представить себе это очень трудно, тем более, что «все пространство» могло быть в начале взрыва конечным (в случае замкнутого мира) и бесконечным (в случае открытого мира).

Пока мало что известно, что происходило в первую секунду после начала

расширения, и еще меньше о том, что было до начала расширения. Но, к счастью, это незнание не явилось помехой для очень детальной разработки теории «горячей Вселенной» и сценарий, к рассмотрению которого мы сейчас переходим, основан не на умозрительных рассуждениях, а на строгих расчетах.

Итак, в результате Большого взрыва 13-20 млрд. лет назад начал действовать

уникальный ускоритель частиц, в ходе работы которого непрерывно и

стремительно сменяли друг друга процессы рождения и гибели (аннигиляции)

разнообразных частиц. Как мы увидим в следующих главах, эти процессы во

многом определили всю последующую эволюцию Вселенной, нынешний облик нашей Вселенной и создал необходимые предпосылки для возникновения и развития жизни.

Итак, мы выяснили, что Вселенная постоянно расширяется; тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом; тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “Большим Взрывом” или английским термином Big Bang.

Что же такое – расширение Вселенной на более низком, конкретном уровне ?

Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же

самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём.

Итак, кратко изложим все те умозаключения о возможных параметрах Вселенной на стадии Большого Взрыва, к которым мы пришли.

Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно

понижается. Из этого следует, что в прошлом плотность Вселенной

была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой

древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой.

Кроме того высокой должна была быть и температура настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря , энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “Большого Взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами

аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во времени в соответствии с простым соотношением :

Зависимость температуры Т от времени t дает нам возможность

определить, что например, в момент, когда возраст Вселенной исчислялся всего

одной десятитысячной секунды, её температура представляла один биллион

Кельвинов.

3. Эволюция вещества

Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц . Согласно соотношению hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота n. Понижение энергии фотонов во времени имело для

возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой m_o и энергией покоя m_oc, ему необходимо обладать энергией m_oc² или большей.

Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы , фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой m_o. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2*938 МэВ, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 МэВ

Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор, пока температура вещества T не упала ниже , указанного значения.

На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и

античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс

частица + античастица Þ 2 гамма-фотона

при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации

гамма-фотон Þ частица + античастица

мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как

материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась, эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную,фотонную и звездную.

а) Адронная эра.

Длилась примерно от t=10^-6 до t=10^-4. Плотность порядка 10¹⁷ кг/м³

при T=10¹²-10¹³.

При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования

Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(10¹³K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hn составляла около миллиарда эв (10³ МэВ), что соответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени, материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов – гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10 ^-6 до 10–⁴ секунды. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10^-4 с.), температура ее понизилась до 10¹² K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 МэВ. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов – пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10^-4 с., в ней исчезли все мезоны.

На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

б) Лептонная эра.

Длилась примерно от t=10^-4 до t=10¹. К концу эры плотность порядка 10⁷ кг/м³ при T=10⁹.

Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 МэВ до 1 МэВ в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.

Лептонная эра начинается с распада последних адронов – пионов – в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 10¹⁰ K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 МэВ и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”.

Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

в) Фотонная эра или эра излучения.

Длилась примерно от t=10^-6 до t=10^-4. Плотность порядка 10¹⁷ кг/м³

при T=10¹²-10^13.

На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 10¹⁰ K , а энергия гамма фотонов достигла 1 МэВ, произошла только аннигиляция электронов и позитронов.

Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества.

Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию всех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии излучения . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней энергией вещества во Вселенной.

Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц

. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов падает быстрее, чем плотность энергии частиц

Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие. Кончается эра излучения и вместе с этим период “Большого Взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

“Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну

тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции.

Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти

все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем

распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны(электроны).

г) Звездная эра.

После “Большого Взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “Большого Взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.

Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики – ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.

4.«Итоги первых шагов Маленькой Вселенной»

Согласно гипотезе «горячей Вселенной» расширение Метагалактики началось от состояния материи, характеризующегося чрезвычайно высокой плотностью и температурой, с «Большого Взрыва».

В пользу этой гипотезы свидетельствует

· реликтовое излучение;

· закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера;

· характер распространения химических элементов во Вселенной.

На ранних стадиях расширения Метагалактики в ходе реакций, происходивших между «элементарными» частицами, образовались ядра атомов водорода и гелия.

Более тяжелые химические элементы появились позже, как продукты ядерных реакций, происходивших в недрах звезд.. Эти элементы рассеивались в пространстве (например, в результате взрыва сверхновых), и из них постепенно возникали новые тела: звезды и планеты.

Успешное объяснение ряда явлений с помощью модели Большого взрыва привело к тому что, не вызывает сомнения реальность происхождения микроволнового фонового излучения из расширяющегося первичного огненного шара в тот момент, когда вещество Вселенной стало прозрачным. Возможно, однако, что это слишком простое объяснение. В 1978 г., пытаясь найти обоснование для наблюдаемого соотношения фотонов и барионов 108:1, – Мартин Джон Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результатом «эпидемии» образования массивных звезд, начавшейся сразу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достиг 1 млрд. лет. Продолжительность жизни этих звезд не могла превышать 10 млн. лет; многим из них было суждено пройти стадию сверхновых и выбросить в пространство тяжелые химические элементы, которые частично собрались в крупицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, нагретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красного смещения, вызванного расширением Вселенной, наблюдается сейчас как микроволновое фоновое излучение.

После того как вещество стало прозрачным для электромагнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение создало галактики, скопления, звезды и планеты – все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявшего плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом. Тем не менее, многие вопросы, касающиеся эпохи, последовавшей за эпохой отделения излучения от вещества, остаются пока без ответа; в частности, остается нерешенным вопрос формирования галактик и звезд. Образовались ли галактики раньше первого поколения звезд или наоборот? Почему вещество сосредоточилось в дискретных образованиях – звездах, галактиках, скоплениях и сверхскоплениях, – когда Вселенная как целое разлеталась в разные стороны?

Будущее нашей Вселенной зависит от ее критической плотности. То есть от ее фактического определения. А здесь главная проблема состоит в том, есть ли на самом деле огромные массы какого-либо скрытого вещества. Замедление расширения пропорционально плотности Вселенной.

Возможна ситуация, когда при сегодняшней скорости расширения плотность вещества Вселенной достаточно мала и замедление мало. Тогда расширение будет протекать неограниченно. Но возможно, что плотность достаточно велика, а значит велико замедление расширения.

В результате расширение прекратится и заменится сжатием.

Заключение

Хотя академик Я.Б. Зельдович не сомневался в правильности теории «Большого взрыва», и в его пользу говорят, как это было уже упомянуто выше, реликтовое излучение; закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера; характер распространения химических элементов во Вселенной – автор данной работы всё же оставляет за собой право немного скептически относиться к данной теории.

Во-первых, теория не дает ответа на следующие вопросы:

1. Что заставило вещество Вселенной расширяться?

2. Что происходило до начала расширения, до момента сингулярности?

3. Конечны ли пространство и масса? Откуда они берутся.

Во-вторых, несмотря на то, что теория «Большого Взрыва» основывается на

ОТО, допускается разбегание некоторых частиц со скоростями, в несколько раз

превышающими скорость света. Так же в теории указываются ограничения на

возможную плотность вещества (не более 1097), хотя с другой стороны

выдвигается гипотеза о первоначальной точечности Вселенной, а следовательно и все-таки о бесконечной плотности (т. к. масса бесконечна).

В-третьих, по нашему мнению, довольно абстрактно, альтернативно

рассматриваются такие вопросы, плотно примыкающие к теории «Большого взрыва»,как границы и открытость Вселенной, евклидова и неевклидова

модель Вселенной.

Наконец, не находят веского фактического подтверждения (хотя по

теоретическим выкладкам все получается хорошо и главное – «удобно» ),

существование таких частиц как гипероны, мезоны.

То есть все методы анализа полученных данных, исследования, выдвижения гипотез осуществляются при довольно высокой степени допущений. Такая степень не позволительна для гипотезы, хотя может быть и подходит для столь глобальной теории. Остается только верить или надеяться, что космология когда-либо заполнит эти «белые дыры», сделает свои выводы обоснованными и по возможности фактически подтвержденными.

Кстати, о «белых дырах». Вероятнее всего, именно их изучение позволит нам узнать ответы на многие вопросы, потому что существует гипотеза: именно белые дыры являются кусками первозданной сингулярности, первозданного ядра расширения. В этот направлении, по-видимому, и стоит ждать новых открытий в данной области, т.к. данный вопрос в целом является еще не полностью изученным и требует серьёзных исследований.

Изучив все теории создания Вселенной, я пришла к выводу, что теория Большого Взрыва является наиболее правдоподобной из всех остальных. Каждая теория имеет свои недостатки:

Аффинная теория пространства-времени не особо объясняет, как произошла Вселенная, она лишь объясняет, почему происходить расширение и почему существует темная материя. Понятие «белые дыры», на котором строится аффинная теория- это гипотетические объекты и их не найдено во Вселенной.

Теория стационарности была отвергнута самими учеными т.к они не смогли доказать, как образовывается вещество при расширении пространства. А также потому, что в дальних уголках нашей Вселенной только начинают образовываться галактики, а если рассматривать это с точки зрения теории стационарности, то там должны быть уже сформировавшейся галактики.

Теория креационизма является слишком фантастичной, и она мало что объясняет.

Теория Большого Взрыва тоже имеет свои недостатки. И самый большой недостаток это то, что не было объяснено, что спровоцировало Большой Взрыв и, что было до него. Хотя, на вопрос о том, что было до возникновения Вселенной, ответа не дает ни одна из вышеперечисленных теорий. Но всё же теория Большого Взрыва стала иметь больше последователей после случайного открытия, которое произошло в 1964 году. Во время работы в лаборатории Арно Пензиас и Роберт Уилсон уловили звук Большого Взрыва. Это и стало основным подтверждением теории Большого Взрыва.

Исходя из всего вышесказанного, я пришла к выводу, что создание Вселенной это большой и спорный вопрос, который будит будоражить умы людей ещё долгие годы

ПРИЛОЖЕНИЕ

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

1. Теория Большого взрыва создана священником
Несмотря на то, что христианская вероисповедание до сих пор держится таких канонов, как создание всего сущего за 7 дней, теория Большого взрыва была разработана католическим священником, который одновременно был физиком-астрономом. Священника звали Жорж Леметра . Он назвал свою теорию «гипотезисом первобытного атома», и он же предложил теорию расширяющейся вселенной.
Интересно, что Эйнштейн, узнавший об это теории, сказал следующее «Ваши вычисления правильны, но ваше знание физики — ужасно». Несмотря на это, священник продолжил защищать свою теорию, и уже в 1933 году Эйнштейн сдался, публично указав, что объяснение теории «Большого взрыва» — одно из наиболее убедительных из всех, которые ему довелось услышать.

2. Эдгар Аллан По предложил нечто подобное в 1848 году
Конечно, он не был физиком, поэтому не мог создать теорию, подкрепленную вычислениями. Да в то время и не было еще математического аппарата, достаточного для создания системы расчетов такой модели. Вместо этого он создал художественное произведение «Эврика», где предвосхищается открытие «черных дыр» и объясняется парадокс Олберса.
Кроме того, в «Эврике» По говорил о «первобытной частице», «абсолютно уникальной, индивидуальной». Сама поэма была раскритикована в пух и прах и была признана неудачной с художественной точки зрения. Однако ученые до сих пор не понимают, как По смог настолько опередить науку.

3. Название теории создано случайно
Причем автор названия являлся противником этой теории. Английский астроном сэр Фред Хойл, который верил в стабильность существования Вселенной, был первым, кто использовал имя теории «Big Bamg». Критикуя теорию, у которой не было краткого и емкого названия, в 1949 году он выступил по радио. Он придумал этот термин для того, чтобы «унизить» теорию Большого Взрыва. Однако же Big Bang теперь — официальное и общепризнанное название теории происхождения Вселенной.

4. До Большого Взрыва ничего не было… Или было?
Дело в том, что до последнего времени считалось, что действительно, до Большого Взрыва ничего не было, поскольку не было времени. Раз не было времени, значит не было и пространства. В общем, ничего не было.
Но вот теория струн, ставшая чрезвычайно популярной в последнее время, утверждает, что все же что-то было и до взрыва. Теория квантовой гравитации тоже пытается доказать это.

5. Все время после Большого Взрыва поделено на Эпохи
Ученые разделили все время существования Вселенной на эпохи, примерно так же, как это сделано с историей нашей планеты. Сейчас Эпоха Созвездий, через некоторое время наступит Эра Дегенерации, Эра Черных Дыр, Темная Эра.
Но нам бояться нечего — до всего этого, до темных эр существования Вселенной еще много-много миллиардов лет, так что можно продолжать жить и не переживать по этому поводу.

Словарь специальных терминов.

Адроны – общее название элементарных частиц (барионов,

включая все резонансы и мезоны), подверженных сильному взаимодействию

(это взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер).

Античастицы – электрические частицы, масса и спин которых точно

равен массе и спину данной частицы, а электрический заряд, магнитный момент и другие подобные характеристики равны по величине и противоположны по знаку тем же характеристикам частицы. Характерным свойством таких пар (частица-античастица) является их аннигиляция при столкновении и рождение их в процессах взаимодействия частиц высоких энергий.

Аннигиляция – превращение частиц и античестицц при их столкновении

в другие частицы (например, протон + антипротон = np–мезонов; электрон +

позитрон = nФотонов).

Барионы – «тяжёлые» элементарные частицы с массой меньше протона и

спином, равным ½. К ним относят, например нуклоны

(протоны и нейтроны), а так же много других частиц /см.кварки/.

Бозоны – большой класс элементарных частиц с целочисленным спином

(например, фотоны со спином 1). К этому классу принадлежат мезоны

, промежуточные векторные бозоны и др. частицы.

Векторные нуклоны – см. барионы.

Гамма-излучение – излучение, возникающее при торможении заряженных

частиц большой энергии в веществе, аннигиляции пар и т. д.

Глюоны – гипотетические элементарные частицы (спин равен 1, масса

покоя 0), обеспечивающие взаимодействие между кварками.

Лептоны – физически наиболее легкие элементарные частицы со спином

½, не имеющие барионного заряда, но обладающие лептонным зарядом; к

лептонам относятся электрон, тяжелый лептон, позитрон, нейтрино, мюон,

несущий электрический заряд и их античастицы.

Мезоны – нестабильные элементарные частицы с массами,

промежуточными между массами протона и электрона (спин равен 0) /см.

кварки/.

Мюон – нестабильные положительно и отрицательно заряженные

элементарные частицы со спином ½ и массой ок. 207 электронных масс и

временем жизни ~ 10-6 с; относятся к лептонам.

Нейтрино – физически нестабильная нейтральная элементарная частица

с массой, равной, по-видимому 0, и спином ½. Относится к лептонам.

Возникает при бета-распаде атомных ядер и при распаде элементарных частиц;

чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом.

Нейтроны – физически – электрически нейтральный элемент частицы с

массой, почти равной массе протона и спином ½; входит в состав атомных

ядер; в свободном состоянии нестабилен; время жизни 16 минут /см. барионы

/.

Пионы – p–мезоны – группа трех нестабильных элементарных частиц (

адронов) с нулевым спином и массой около 270 электронных масс; 2 пиона (p

+ и p-)несут элементарный заряд, третий (p0)

электрически нейтрален; являются переносчиками ядерных сил.

Протон – стабильная элементарная частица со спином ½ и

массой в 1836 электронных масс (~10-24 г), относящаяся к барионам;

ядро легкого изотопа атома водорода (протия). Вместе с нейтронами протоны

образуют все атомные ядра.

Электрон – стабильная отрицательно заряженная элементарная частица

со спином ½ , массой ок. 9·10-28 г и магнитным моментом,

равным магнетону Бора; относится к лептонам и участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях. Электрон один из основных структурных элементов вещества; электронные оболочки атомов определяют оптические, электрические, магнитные и химические свойства атомов и молекул, а также большинство свойств твердых тел.

Список литературы

1. Клечек Й. и Якеш П. Вселенная и земля. – Прага: Артия /изд. на рус.

яз/, 1986.

2. Кесарев В.В. Эволюция вещества во вселенной. – М.: Атомиздат, 1989.

3. Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная. – М.: Просвещение, 1993.

4. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной – 3-е изд., переработанное. – М.:

Наука, 1993.

5. www.rambler.ru/

6. www1.rambler.ru/sites/217000/217217.html

7. www1.rambler.ru/sites/21792/189324.html

Как возродилась вселенная. Теории происхождения вселенной и ее модели

Сегодня мы говорим об этой, ну как ее, Вселенной. Так уж получилось, что однажды она откуда-то появилась, и вот все мы здесь. Кто-то читает эту статью, кто-то готовится к экзамену, проклиная все на свете… Самолеты летают, поезда ходят, планеты крутятся, где-то всегда что-то происходит. Людям всегда было интересно знать один сложный ответ на простой вопрос. Как же все начиналось и как это мы докатились до того, что есть? Иными словами – как родилась Вселенная?

Итак, вот они – разные версии и модели происхождения Вселенной.

Креационизм: все создал Господь Бог

Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога. Например, Альберт Эйнштейн говорил:

«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им. В бесконечном универсуме обнаруживается деятельность бесконечно совершенного Разума. Обычное представление обо мне, как об атеисте – большое заблуждение. Если это представление почерпнуто из моих научных работ, могу сказать, что мои научные работы не поняты»

Теория Большого Взрыва

Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Во всяком случае, о ней слышал практически каждый. Что говорит нам Большой Взрыв? Однажды, лет эдак 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. В один прекрасный момент (если так можно сказать -времени-то не было) сингулярность не выдержала из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.

Модель расширяющейся Вселенной

Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. В 20-м веке существовало множество альтернативных теорий происхождения Вселенной. Одной из самых популярных была модель стационарной Вселенной, за которую ратовал сам Эйнштейн. Согласно этой модели, Вселенная не расширяется, а находиться в стационарном состоянии благодаря какой-то удерживающей ее силе.

Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.

Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.

Теория струн

Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Так, например, в рамках теории струн (теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн ), предполагается модель множественной Вселенной. Конечно, там тоже был Большой Взрыв, но он произошел не просто так и из ничего, а, возможно, в результате столкновения нашей Вселенной с какой-то другой, еще одной Вселенной.

Собственно, кроме Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, во множественной Вселенной происходит множество других Больших Взрывов, порождающих множество других Вселенных, развивающихся по своим, отличным от известных нам законам физики.

Скорее всего мы никогда не узнаем наверняка, как, откуда и почему появилась Вселенная. Тем не менее, размышлять об этом можно очень долго и интересно, а чтобы у Вас было достаточно пищи для размышлений, предлагаем посмотреть увлекательное видео на тему современных теорий происхождения Вселенной.

Проблемы развития Вселенной слишком масштабны. Настолько масштабны, что, по сути, даже не являются проблемами. Предоставим физикам-теоретикам ломать над ними головы и перенесемся из глубин Вселенной на Землю, где нас, возможно, ждет неначатый курсач или диплом. Если это так, мы предлагаем свое решение этого вопроса. Закажите отличную работу у , вздохните спокойно, и будьте в гармонии с собой и Вселенной.

Микроскопические частицы, которые человеческое зрение способно разглядеть только с помощью микроскопа, а также громадные планеты и скопления звезд поражают воображение людей. С древних времен наши предки пытались постичь принципы формирования космоса, но даже в современном мире точного ответа на вопрос «как образовалась Вселенная» все еще не существует. Быть может, человеческому разуму не дано найти решение столь глобальной задачи?

Эту тайну пытались постичь ученые разных эпох со всех уголков Земли. Основой всех теоретических объяснений являются предположения и расчеты. Многочисленные гипотезы, выдвигаемые учеными, призваны создать представление о Вселенной и объяснить возникновение ее крупномасштабной структуры, химических элементов и описать хронологию происхождения.

Теория струн

В некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса. Согласно Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.

Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса. Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.

Большой взрыв – первая научная гипотеза

Автором этого предположения стал астроном Эдвин Хаблл, который в 1929 году заметил, что галактики постепенно отдаляются друг от друга. Теория утверждает, что нынешняя большая Вселенная возникла из частицы, которая имела микроскопический размер. Будущие элементы мироздания находились в сингулярном состоянии, при котором невозможно получить данные о давлении, температуре или плотности. Законы физики в таких условиях не воздействуют на энергию и материю.

Причиной Большого взрыва называют нестабильность, которая возникла внутри частицы. Своеобразные осколки, распространившись в пространстве, сформировали туманность. Спустя какое-то время эти мельчайшие элементы образовали атомы, из которых возникли галактики, звезды и планеты Вселенной такими, какими мы их знаем сегодня.

Космическая инфляция

Данная теория рождения Вселенной утверждает, что современный мир изначально был помещен в бесконечно малую точку, находящуюся в состоянии сингулярности, которая начала расширяться с невероятной быстротой. Спустя очень короткий промежуток времени, ее увеличение уже превышало скорость света. Именно этот процесс получил название «инфляция».

Основной задачей гипотезы является объяснение не того, как образовалась Вселенная, а причины ее расширения и понятия космической сингулярности. В результате работы над данной теорией, стало понятно, что для решения этой проблемы применимы только вычисления и результаты, основанные на теоретических методах.

Креационизм

Данная теория доминировала длительное время вплоть до конца XIX века. Согласно креационизму, органический мир, человечество, Земля и большая Вселенная в целом были созданы Богом. Гипотеза зародилась среди ученых, которые не опровергали христианство в качестве объяснения истории мироздания.

Креационизм является основным противником эволюции. Вся природа, созданная Богом за шесть дней, которую мы видим ежедневно, изначально была такой и остается неизменной до сих пор. То есть, саморазвития как такового не существовало.

В начале XX века начинается ускорение накопления знаний в сфере физики, астрономии, математики и биологии. С помощью новых сведений ученые делают многократные попытки объяснения того, как образовалась Вселенная, тем самым отодвигая креационизм на второй план. В современном мире эта теория приобрела форму философского течения, состоящего из религии в качестве основы, а также мифов, фактов и даже научных знаний.

Антропический принцип Стивена Хокинга

Его гипотеза в целом может быть описана несколькими словами: случайных событий не бывает. Наша Земля на сегодняшний день насчитывает более чем 40 характеристик, без которых жизнь на планете не существовала бы.

Американским астрофизиком Х. Россом была произведена оценка вероятности случайных событий. В результате ученый получил цифру 10 со степенью -53 (в случае если последняя цифра является меньше 40, случайность считается невозможной).

Наблюдаемая Вселенная содержит триллион галактик и в каждой из них находится приблизительно по 100 миллиардов звезд. Исходя из этого, количество планет во Вселенной составляет 10 в двадцатой степени, а это на 33 порядка меньше, чем в предыдущем расчете. Следовательно, во всем космосе нет таких уникальных мест с условиями как на Земле, которые позволили бы самопроизвольное возникновение жизни.

Этот вопрос не перестает волновать всех тех людей, которые хотя бы раз смотрели в ночное небо, сверкающее звездами.

С незапамятных времен люди придумывали разные объяснения. Проще всего было объяснить рождение Вселенной Божественным Провидением. И хотя это никак не объясняло, откуда же взялся Бог, теория долгое время считалась единственно верной.

Но время шло, и на вопрос о том, как появилась Вселенная, решили ответить ученые.

Первой научной теорией стала «Теория большого взрыва». Изучая звездное небо, астроном Хаббл в 1929 году сделал вывод, что наблюдаемые им галактики становятся все дальше друг от друга. Он сделал вывод, что Вселенная расширяется. Рассуждая дальше, Хаббл пришел к выводу, что примерно 13,5 миллиард. лет назад были сравнимы с нулем, а ее плотность и температура – с бесконечностью. Произошел Большой взрыв, в результате которого стали расширяться время и Вселенная. Эта теория находит своих приверженцев и сегодня.

У некоторых народов есть мифы о том, что Вселенная появилась из разрушенного космического яйца, которое и было началом всего. Этот миф перекликается с теорией «Большого взрыва», но, как и «божественные» истории о рождении космоса, никак не объясняет, кто и когда создал это Космическое яйцо.

Теория Большого взрыва имеет и другое объяснение. Согласно мнению части ученых, раньше материя, энергия и время являлись однородным, очень плотным сгустком. В результате взрыва время и гравитация разделились, Вселенная стала расширяться и наполняться частицами, попадающими в нее при помощи гравитации и движения. Сталкиваясь, разлетаясь, ударяясь, эти частицы порождали нейтроны и протоны. Они некоторое время не меняли своей сущности, но когда температура Вселенной стала опускаться, стали «слипаться» и образовывать химические элементы: литий, гелий, водород.

Однако появился целый ряд ученых, которых не устраивает понятие «расширяющаяся Вселенная». Они придумали и уже почти доказали новую теорию. Она отрицает Большой взрыв.

На вопрос о том, как появилась Вселенная, они отвечают так: в имеющемся космическом мире постоянно существуют невидимые и неощутимые тончайшие сверхчувствительные мембраны. Взаимодействуя в процессе столкновения, они образуют множество микрочастиц. Однажды, столкнувшись и сблизившись максимально, сомкнулись и образовали нашу Вселенную.

Но и эта теория не устраивает всех астрономов и историков. Есть еще одна объясняющая, как появилась Вселенная. Согласно ей, Космос – не что иное, как очередной всплеск, произошедший в постоянно продолжающемся процессе. Когда закончится всплеск, придет конец и Земле с ее окружением.

По мнению ученого А. Д. Линде, Вселенная родилась в результате взаимодействия электрических сил, постепенно миновав несколько Он и еще некоторые ученые уверены, что Вселенная – результат взаимодействия легких (фотонов) и тяжелых (бозонов) элементов. Похоже, что андронный коллайдер частично подтверждает их предположения.

Какая теория верна? Пока точно никто не знает. Возможно, придет время, и мы достоверно установим, как появилась Вселенная. А пока у нас есть время мечтать, придумывать, исследовать, анализировать.

Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. Прежде всего следует рассмотреть основные свойства Вселенной, которые должна описываться в рамках космологической модели:

• Модель должна учитывать наблюдаемые расстояния между объектами, а также скорость и направление их движения. Подобные расчеты основываются на законе Хаббла: cz = H 0 D , где z – красное смещение объекта, D – расстояния до этого объекта, c – скорость света.
• Возраст Вселенной в модели должен превышать возраст самых старых в мире объектов.
• Модель должна учитывать первоначальное обилие элементов.
• Модель должна учитывать наблюдаемую .
• Модель должна учитывать наблюдаемый реликтовый фон.

Рассмотрим кратко общепризнанную теорию возникновения и ранней эволюции Вселенной, которая поддерживается большинством ученых. Сегодня под теорией Большого взрыва подразумевают комбинацию модели горячей Вселенной с Большим взрывом. И хотя данные концепции сперва существовали независимо друг от друга, в результате их объединение удалось объяснить первоначальный химический состав Вселенной, а также наличие реликтового излучения.

Согласно данной теории, Вселенная возникла около 13,77 млрд лет назад из некоторого плотного разогретого объекта — , плохо поддающееся описанию в рамках современной физики. Проблема космологической сингулярности, помимо всего прочего, в том, что при ее описании большинство физических величин, вроде плотности и температуры, стремятся к бесконечности. При этом, известно, что при бесконечной плотности (мера хаоса) должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.

• • Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.

• Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10 -43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись , вроде планковской температуры (около 10 32 К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
• Стадия . Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает .
• Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
• Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

• Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Итоги

Несмотря на то, что циклические и другие модели отвечают на ряд вопросов, ответы на которые не может дать теория Большого Взрыва, в том числе проблема космологической сингулярности. Все же в комплекте с инфляционной теорией Большой Взрыв более цельно объясняет возникновение Вселенной, а также сходится с множеством наблюдений.

Сегодня исследователи продолжают интенсивно изучать возможные сценарии зарождения Вселенной, однако, дать неопровержимый ответ на вопрос «Как появилась Вселенная?» — вряд ли удастся в ближайшем будущем. На это есть две причины: прямое доказательство космологических теорий практически невозможно, лишь косвенное; даже теоретически нет возможности получить точную информацию о мире до момента Большого Взрыва. По этим двум причинам ученым остается лишь выдвигать гипотезы и строить космологические модели, которые максимально верно будут описывать природу наблюдаемой нами Вселенной.

Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. Прежде всего следует рассмотреть основные свойства Вселенной, которые должна описываться в рамках космологической модели.

• Модель должна учитывать наблюдаемые расстояния между объектами, а также скорость и направление их движения. Подобные расчеты основываются на законе Хаббла: cz = H0D, где z – красное смещение объекта, D – расстояния до этого объекта, c – скорость света.
• Возраст Вселенной в модели должен превышать возраст самых старых в мире объектов.
• Модель должна учитывать первоначальное обилие элементов.
• Модель должна учитывать наблюдаемую крупномасштабную структуру Вселенной.
• Модель должна учитывать наблюдаемый реликтовый фон.

Краткая история Вселенной. Сингулярность в представлении художника (фото)

Рассмотрим кратко общепризнанную теорию возникновения и ранней эволюции Вселенной, которая поддерживается большинством ученых. Сегодня под теорией Большого взрыва подразумевают комбинацию модели горячей Вселенной с Большим взрывом. И, хотя данные концепции сперва существовали независимо друг от друга, в результате их объединение удалось объяснить первоначальный химический состав Вселенной, а также наличие реликтового излучения.

Согласно данной теории, Вселенная возникла около 13,77 млрд лет назад из некоторого плотного разогретого объекта – сингулярное состояние, плохо поддающееся описанию в рамках современной физики. Проблема космологической сингулярности, помимо всего прочего, в том, что при ее описании большинство физических величин, вроде плотности и температуры, стремятся к бесконечности. При этом, известно, что при бесконечной плотности энтропия (мера хаоса) должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.

• Первые 10 в -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.

• Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10 в -43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись планковским величинам, вроде планковской температуры (около 1032 К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
• Стадия инфляции. Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе к концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает барионная асимметрия Вселенной.

[Барионная асимметрия Вселенной – наблюдаемое явление преобладания вещества над антивеществом во Вселенной]

• Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
• Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели. Моделирование бран (фото)

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

• Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана».

[Бра́на (от мембрана) в теории струн (М-теории) – гипотетический фундаментальный многомерный физический объект размерности, меньшей, чем размерность пространства, в котором он находится]

Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри три-брана, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой три-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша три-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения три-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение три-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции – теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших не одновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Так же существуют модели, в которых вселенные возникают непрерывно, отпочковываются от своих родительниц и находят свое собственное место. При этом вовсе не обязательно, что в таких мирах устанавливаются одни и те же физические законы. Все эти миры «вложены» в единый пространственно-временной континуум, но разнесены в нем настолько, что никак не ощущают присутствия друг друга. В общем, концепция инфляции позволяет – более того, вынуждает!– считать, что в исполинском мегакосмосе существует множество изолированных друг от друга вселенных с различным устройством.

Несмотря на то, что циклические и другие модели отвечают на ряд вопросов, ответы на которые не может дать теория Большого Взрыва, в том числе проблема космологической сингулярности. Все же в комплекте с инфляционной теорией Большой Взрыв более цельно объясняет возникновение Вселенной, а также сходится с множеством наблюдений.

Сегодня исследователи продолжают интенсивно изучать возможные сценарии зарождения Вселенной, однако, дать неопровержимый ответ на вопрос «Как появилась Вселенная?» – вряд ли удастся в ближайшем будущем. На это есть две причины: прямое доказательство космологических теорий практически невозможно, лишь косвенное; даже теоретически нет возможности получить точную информацию о мире до момента Большого Взрыва. По этим двум причинам ученым остается лишь выдвигать гипотезы и строить космологические модели, которые максимально верно будут описывать природу наблюдаемой нами Вселенной.

8.1: Происхождение Вселенной

Кажется, что Вселенная состоит из бесконечного числа галактик и солнечных систем, и наша солнечная система занимает лишь небольшую часть этой обширной совокупности. Происхождение Вселенной и Солнечной системы задает контекст для осмысления происхождения Земли и ранней истории.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Глубокое поле Хаббла. Это изображение, выпущенное в 1996 году, представляет собой составное изображение одной из самых темных частей ночного неба с большой выдержкой. Считается, что каждый источник света на этом изображении, не имеющий дифракционных всплесков, представляет собой целую галактику с сотнями миллиардов звезд, демонстрирующую огромные размеры и размах Вселенной.

Теория большого взрыва

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Хронология расширения Вселенной

Загадочные подробности событий до и во время возникновения Вселенной являются предметом серьезных научных дискуссий. Преобладающее представление о том, как была создана Вселенная, называется теорией большого взрыва . Хотя идеи, лежащие в основе теории большого взрыва, кажутся почти мистическими, они поддерживаются общей теорией относительности Эйнштейна [1]. Другие научные данные, основанные на эмпирических наблюдениях, подтверждают теорию большого взрыва.

Теория Большого взрыва предполагает, что Вселенная образовалась из бесконечно плотного и горячего ядра материала. Челка в названии предполагает, что произошло взрывное расширение всей материи и пространства наружу, создавшее атомы. Спектроскопия подтверждает, что водород составляет около 74% всего вещества во Вселенной. С момента своего создания Вселенная расширялась в течение 13,8 миллиардов лет, и последние наблюдения показывают, что скорость этого расширения увеличивается [2].

Спектроскопия

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Электромагнитный спектр и свойства света по всему спектру.

Спектроскопия – это исследование и измерение спектров, возникающих при взаимодействии материалов с электромагнитным излучением или при их испускании. Spectra — это множественное число для спектра , которое представляет собой определенную длину волны из электромагнитного спектра . Общие спектры включают различные цвета видимого света, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые волны, микроволны и радиоволны. Каждый луч света представляет собой уникальную смесь длин волн, которые комбинируются по всему спектру, создавая цвет, который мы видим.Длины световых волн создаются или поглощаются внутри атомов, и каждая сигнатура длины волны соответствует определенному элементу. Даже белый свет от Солнца, который кажется непрерывным континуумом длин волн, имеет промежутки на некоторых длинах волн. Пробелы соответствуют элементам, присутствующим в атмосфере Земли, которые действуют как фильтры для определенных длин волн. Эти отсутствующие длины волн были замечены Йозефом фон Фраунгофером (1787–1826) в начале 1800-х годов [3], но потребовались десятилетия, прежде чем ученые смогли связать отсутствующие длины волн с атмосферной фильтрацией.Спектроскопия показывает, что Солнце в основном состоит из водорода и гелия. Применяя этот процесс к свету далеких звезд, ученые могут вычислить обилие элементов в конкретной звезде и видимой Вселенной в целом. Также эту спектроскопическую информацию можно использовать в качестве межзвездного спидометра.

Красное смещение

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Нажмите, чтобы анимировать. Эта анимация демонстрирует, как слышен эффект Доплера при движении автомобиля. Волны перед автомобилем сжимаются вместе, делая высоту звука выше.Волны в задней части автомобиля растягиваются, а высота тона становится ниже.

Эффект Доплера — это тот же процесс, который изменяет высоту звука приближающегося автомобиля или машины скорой помощи с высокого на низкий по мере их прохождения. Когда объект излучает волны, такие как свет или звук, при движении к наблюдателю длины волн сжимаются. В звуке это приводит к переходу на более высокий тон. Когда объект удаляется от наблюдателя, длина волны увеличивается, создавая более низкий звук.Эффект Доплера используется для света, излучаемого звездами и галактиками, для определения их скорости и направления движения. Ученые, в том числе Весто Слайфер (1875–1696) [6] и Эдвин Хаббл (1889–1953) [7], исследовали галактики как ближние, так и дальние и обнаружили, что почти все галактики за пределами нашей галактики удаляются друг от друга, а мы . Поскольку длина световой волны удаляющихся объектов увеличивается, видимый свет смещается в сторону красного конца спектра, что называется красным смещением . Кроме того, Хаббл заметил, что галактики, находящиеся дальше от Земли, также имеют большее красное смещение, и, следовательно, тем быстрее они удаляются от нас.Единственный способ согласовать эту информацию — сделать вывод, что Вселенная все еще расширяется. Наблюдения Хаббла составляют основу теории большого взрыва.

Космическое микроволновое фоновое излучение

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Тепловая карта, показывающая небольшие изменения фонового тепла, связанного с космическим фоновым излучением.

Другим убедительным признаком Большого взрыва является космическое микроволновое фоновое излучение . Космическое излучение было случайно обнаружено Арно Пензиасом (1933–) и Робертом Вудро Вильсоном (1936–) [8], когда они пытались устранить фоновый шум от спутника связи.Они обнаружили очень слабые следы энергии или тепла, которые вездесущи во Вселенной. Эта энергия осталась после большого взрыва, как эхо.

Звездная эволюция

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Происхождение элементов периодической таблицы, показывающее важную роль, которую играет жизненный цикл звезды.

Астрономы считают, что в результате Большого взрыва были созданы более легкие элементы, в основном водород, и небольшое количество элементов гелия, лития и бериллия. Другой процесс должен быть ответственным за создание других 90 более тяжелых элементов.Текущая модель звездной эволюции объясняет происхождение этих более тяжелых элементов.

Рождение звезды

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Часть туманности Орла, известная как «Столпы творения».

Звезды начинают свою жизнь как элементы, плавающие в холодных вращающихся облаках газа и пыли, известных как туманности . Гравитационное притяжение или, возможно, ближайший звездный взрыв заставляет элементы конденсироваться и вращаться в форме диска. В центре этой формы диска под действием силы тяжести рождается новая звезда.Вращающийся водоворот концентрирует материал в центре, а возрастающие силы гравитации собирают еще больше массы. В конце концов, чрезвычайно концентрированная масса материала достигает критической точки такого интенсивного тепла и давления, что инициирует синтез.

Фьюжн

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Общая диаграмма, показывающая серию шагов слияния, которые происходят на солнце.

Fusion не является химической реакцией. Слияние — это ядерная реакция, в которой два или более ядра, центры атомов, объединяются и объединяются, создавая новый более крупный атом.Эта реакция испускает огромное количество энергии, обычно в виде света и солнечного излучения. Такой элемент, как водород, объединяется или сплавляется с другими атомами водорода в ядре звезды, чтобы стать новым элементом, в данном случае гелием. Другим продуктом этого процесса является энергия, такая как солнечное излучение, которое покидает Солнце и приходит на Землю в виде света и тепла. Слияние — устойчивый и предсказуемый процесс, поэтому мы называем его главной фазой жизни звезды. В своей главной фазе звезда превращает водород в гелий.Поскольку большинство звезд содержат большое количество водорода, главная фаза может длиться миллиарды лет, в течение которых их размер и выход энергии остаются относительно стабильными.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Два основных пути жизненного цикла звезды в зависимости от массы.

Гигантская фаза в жизни звезды наступает, когда у звезды заканчивается водород для синтеза. Если звезда достаточно велика, у нее достаточно тепла и давления, чтобы начать синтез гелия в более тяжелые элементы. Этот тип слияния более энергичен, и чем выше энергия и температура, тем больше звезда увеличивается в размерах и ярче.Эта гигантская фаза, по прогнозам, произойдет с нашим Солнцем еще через несколько миллиардов лет, увеличив радиус Солнца до орбиты Земли, что сделает жизнь невозможной. Масса звезды во время ее главной фазы является основным фактором, определяющим, как она будет развиваться. Если звезда имеет достаточную массу и достигает точки, в которой основной элемент синтеза, такой как гелий, истощается, синтез продолжается с использованием новых, более тяжелых элементов. Это происходит снова и снова в очень больших звездах, образуя все более тяжелые элементы, такие как углерод и кислород.В конце концов, плавление достигает своего предела, когда образуются железо и никель. Эта прогрессия объясняет обилие железа и никеля в каменистых объектах, таких как Земля, в Солнечной системе. В этот момент любое дальнейшее слияние поглощает энергию, а не отдает ее, что является началом конца жизни звезды [9].

Смерть звезды

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Изображение Крабовидной туманности, полученное космическим телескопом Хаббла, остатков сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году н.э.

года.Звезды, подобные Солнцу, образуют планетарную туманность, которая возникает в результате коллапса внешних слоев звезды в результате такого события, как взрыв здания. В перетягивании каната между внутренним притяжением гравитации и внешним толчком синтеза гравитация мгновенно берет верх, когда синтез заканчивается, а внешние газы испаряются, образуя туманность. Более массивные звезды делают то же самое, но с более энергичным коллапсом, который запускает другой тип высвобождения энергии, смешанный с созданием элемента, известного как сверхновая. В сверхновой коллапс ядра внезапно останавливается, создавая массивную распространяющуюся наружу ударную волну.Сверхновая — это самый мощный взрыв во Вселенной, если не считать Большого взрыва. Энерговыделение настолько велико, что последующий синтез может восполнить любой элемент за счет урана [10].

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Черная дыра и ее тень впервые были запечатлены на изображении в 2019 году, что стало историческим достижением международной сети радиотелескопов под названием Event Horizon Telescope (Источник: НАСА).

Гибель звезды может привести к образованию белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр.После своей смерти звезды, подобные Солнцу, превращаются в белых карликов.

Белые карлики — это горячие угольки звезд, образованные путем упаковки большей части массы умирающей звезды в небольшой и плотный объект размером с Землю. Звезды большего размера могут взорваться сверхновой, которая еще сильнее сплотит свою массу, превратившись в нейтронные звезды. Нейтронные звезды настолько плотны, что протоны объединяются с электронами, образуя нейтроны. Масса крупнейших звезд уменьшается еще больше, становясь объектами настолько плотными, что свет не может вырваться из их гравитационного захвата.Это печально известные черные дыры, и детали физики того, что в них происходит, все еще обсуждаются.

Происхождение и Вселенная – Элементарные научные методы

Формирующая оценка: Хронология Вселенной

На этой временной шкале показаны ключевые события формирования Вселенной. Каждое событие объясняется более подробно в этой главе.

Большой взрыв: происхождение нашей Вселенной

Большой взрыв — наиболее подкрепленная научная теория о том, как была создана Вселенная.13,7 миллиардов лет назад не было ничего и нигде. Все, что когда-либо существовало, содержалось в субатомной частице, которая была в миллиарды раз меньше атома. В течение доли секунды эта удивительно крошечная частица растянулась и раздулась до невообразимо огромных размеров. Пространство, время и основные частицы Вселенной были созданы в этот миг.

Хотя слово «взрыв» является частью названия, Большой взрыв был расширением или инфляцией, а не взрывом.

Хотя существуют альтернативные теории, теория Большого Взрыва подтверждается несколькими источниками научных данных.

1. Эдвин Хаббл обнаружил, что вселенная расширяется и сегодня. Если он постоянно расширяется и растет сейчас, это означает, что раньше он был меньше — и, вероятно, вначале был размером с невообразимо маленькую частицу.
2. Ученые обнаружили космический микроволновый фон, тип излучения, который присутствует повсюду во Вселенной. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что это остаточное излучение энергии Большого взрыва.

Подробнее о теории Большого взрыва смотрите в следующем видео.

Видео предоставлено: «Big Bang Introduction» от Khan Academy под лицензией CC BY-NC-SA 3.0. Примечание. Весь контент Академии Хана доступен бесплатно на сайте khanacademy.org.

Жизненный цикл звезд

Все звезды начинают свою жизнь как облака газа и пыли, называемые туманностями. Частицы в туманности начинают притягиваться, поэтому их общая масса увеличивается.Следовательно, они обладают большей гравитацией, которая притягивает еще больше частиц. В конце концов, будет достаточно частиц при сильном нагреве и давлении в центральном ядре, и может произойти ядерный синтез. Звезда воспламеняется и становится полностью функционирующей звездой.

На изображении ниже показаны жизненные циклы различных типов звезд.

Жизненный цикл звезд «Формирование универсальных элементов» от Science Learning Hub-Pokapū Akoranga Pūtaiao, University of Waikato

В зависимости от количества материала в туманности формируется средняя звезда (например, Солнце) или сверхмассивная звезда.Когда звезда сжигает свое топливо, она теряет массу; следовательно, он имеет меньшую гравитацию, и его размер увеличивается. Средняя звезда превращается в красного гиганта. Поскольку он продолжает сжигать топливо, красный гигант становится очень большим. Затем внешние слои сдуваются, образуя планетарную туманность, а внутреннее ядро ​​звезды остается, называемое белым карликом.

Сверхмассивная звезда превращается в суперкрасного гиганта. Эти звезды имеют большую массу, поэтому они быстрее сжигают свое топливо, поэтому теряют гравитацию и становятся чрезвычайно большими.В конце концов, у суперкрасного гиганта закончится топливо, он схлопнется и произведет гигантский взрыв, называемый сверхновой. Оттуда звезда может образовать либо черную дыру, либо чрезвычайно компактную нейтронную звезду.

• Ядерный синтез в звездах начинается с атомов водорода, которые сливаются вместе, образуя гелий. В конце концов реакции усиливаются, и атомы продолжают сливаться в разные элементы; звезды могут сплавлять все элементы периодической таблицы вплоть до железа.
• Когда пыль и обломки звезды улетают в планетарную туманность или сверхновую, все эти элементы рассеиваются в космосе, где они станут основой для всех новых звезд и материи во Вселенной.Поэтому мы сделаны из звездной пыли.

Происхождение Солнца, Земли и Луны

Наша Солнечная система, скорее всего, образовалась из гигантской вращающейся туманности после того, как бывшая звезда взорвалась сверхновой. 4,65 миллиарда лет назад это вращение и сильная гравитация привели к тому, что туманность схлопнулась сама на себя. Это заставляло его вращаться быстрее и сплющиваться в форме диска, плоскости эклиптики. Большая часть этого материала была притянута к центру диска, и образовалась звезда: Солнце.Солнце содержит 99,8% массы нашей Солнечной системы.

Масштабное изображение Солнца в сравнении с планетами в нашей Солнечной системе «Сравнение размеров планет и солнца» Lsmpascal. Собственная работа лицензирована согласно CC BY-SA 3.0

. Несмотря на то, что оно огромно по сравнению с размером Земли, Солнце является средним звезда размера. В основном состоит из водорода и гелия. В настоящее время он находится на полпути к запасу топлива. Примерно через 5-6 миллиардов лет Солнце сожжет все свое топливо и превратится в белого карлика.

После формирования плоскости эклиптики планеты образовались из остатков газа и пыли, вращающихся вокруг Солнца.Одна теория гласит, что когда Солнце включилось и стало звездой, сила его энергии сдула газовые облака вокруг четырех внутренних планет, поэтому они скалистые, а внешние планеты газообразные. Земле, каменистой планете, около 4,65 миллиарда лет. Ученые считают, что жизнь на Земле появилась примерно 3,5 миллиарда лет назад, основываясь на свидетельствах, найденных в окаменелостях.

Подробнее о том, как космическая пыль превращается в планеты, смотрите в видео ниже:

Видео предоставлено: «The Dust Bunnies That Build Our Planet» Лорин Свинт Мэтьюз/TED-Ed , лицензировано согласно CC BY-NC-ND 4.0

Земля НЕ образовалась во время Большого Взрыва.

• Большой взрыв произошел 13,7 миллиарда лет назад.
• Земля образовалась 4,65 миллиарда лет назад.
• Это означает, что между Большим взрывом и образованием Земли прошло 9 миллиардов лет .

Луна образовалась в результате столкновения с Землей объекта размером с Марс под названием Тейя. В начале своего создания Земля была расплавлена. Когда он столкнулся с Тейей, куски земной коры были выброшены в космос.Гравитация соединила эти части вместе, и образовалась Луна, которая в конечном итоге остыла и затвердела до своего нынешнего каменистого состояния. Доказательства, подтверждающие эту теорию, включают в себя то, что Луна и Земля имеют очень похожий состав, включая железное ядро, мантию и кору, хотя Луна менее плотная, поскольку она была сформирована из более легких элементов в земной коре. Луна удерживается на Земле гравитацией и является единственным естественным спутником Земли, хотя расстояние между ними увеличивается примерно на 1.6 дюймов в год.

Характеристики Луны

• Расстояние от Земли : 239 000 миль
• Размер : Как видно на изображении ниже, Луна составляет примерно 1/4 размера Земли.

«Земля и луна с их размером в одном масштабе» Lsmpascal–
Собственная работа лицензирована в соответствии с CC BY-SA 3.0.

• Состав :
  • Очень похоже на Землю
  • Имеет железное ядро, мантию и кору
• Поверхность : Каменистая поверхность Луны покрыта спящими вулканами и кратерами, образовавшимися в результате ударов метеоритов и астероидов на протяжении миллиардов лет.Луна покрыта кратерами по двум причинам:
  1. У него нет атмосферы, защищающей его от ударов таких объектов, как астероиды в космосе.
  2. На Луне нет ветра, разрушающего существующие кратеры.
• Климат : На Луне нет атмосферы, ветра и погоды. Таким образом, температура может варьироваться от очень высокой до очень низкой, поскольку нет атмосферы, которая защитила бы ее от солнечного тепла или изолировала поверхность.
• Гравитация : Помните, больше массы = больше гравитации и меньше массы = меньше гравитации.Таким образом, Луна имеет 1/6 гравитации Земли. Это означает, что если вы весите 60 фунтов на Земле, вы будете весить 10 фунтов на Луне.
  • Притяжение Луны, хотя и слабее земного притяжения, достаточно для перемещения воды. Это то, что вызывает приливы на Земле. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, область на ближней стороне Луны ощущает ее гравитацию. Как видно на изображении ниже, это приводит к тому, что вода на этой стороне, а также на противоположной стороне Земли, выпячивается и создает прилив. Поскольку Земля продолжает вращаться, гравитационное притяжение ослабевает, и вода отступает, создавая отлив.Поскольку Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси каждый день, в большинстве районов бывает два прилива и два отлива в день.

«Приливная сила» NOAA SciJinks является общественным достоянием

Стороны Луны

Есть две стороны Луны: ближняя сторона (сторона, которую мы видим с Земли) и дальняя сторона (также известная как темная сторона). Луна не создает свой собственный свет; он получает свет от Солнца. Таким образом, темная сторона на самом деле не темная — ее просто называют темной стороной, потому что мы не можем видеть ее с Земли.

Ближняя сторона Луны (слева) и дальняя сторона Луны (справа). Изображение предоставлено: Ближняя и дальняя сторона Луны НАСА

Поскольку Земля имеет большую массу, она оказывает более сильное гравитационное притяжение на Луну. Притяжение Земли управляет орбитой Луны, так что Луна делает один оборот вокруг своей оси за то же время, которое требуется для обращения вокруг Земли. Следовательно, одна и та же сторона Луны всегда обращена к Земле, и у нас есть ближняя сторона и темная сторона. Этот эффект называется приливной блокировкой.

Нажмите на эту ссылку, чтобы увидеть анимацию того, как работает приливная блокировка, когда Луна вращается вокруг Земли.

Ближняя сторона Луны	Обратная сторона Луны
Сторона, которую мы видим с Земли
Более тонкая кора: Луна была в расплавленном состоянии, когда она была впервые создана. Эта сторона Луны находится ближе к Земле, поэтому она получала больше тепла и медленнее остывала.	Более толстая кора: Эта сторона Луны находится дальше от Земли, поэтому она получает меньше тепла и быстрее охлаждается.
Большие темные пятна, называемые maria  (единственное число «кобыла»), образовались в результате древних извержений вулканов. Остатки базальтовой породы растеклись и остыли, образовав море. Ранние астрономы думали, что эти темные пятна были настоящими морями, и поэтому использовали слово mare, которое в переводе с латыни означает море.	Прочный и отмечен множеством мелких кратеров в результате ударов космического мусора.

Галактики

Галактика – это совокупность миллиардов звезд, газа и пыли, удерживаемых вместе гравитацией в космосе.С помощью космического телескопа Хаббл ученые могут делать снимки космоса. В одной небольшой области, называемой eXtreme Deep Field или XDF (изображение ниже), каждое яркое пятно представляет собой целую галактику — на изображении 5550 галактик. Во всей Вселенной, вероятно, 100 сотен миллиардов галактик.

«Hubble eXtreme Deep Field» НАСА является общественным достоянием

Млечный Путь

Галактика представляет собой совокупность миллиардов звезд, газа и пыли, удерживаемых гравитацией в космосе.Наша Солнечная система расположена в галактике Млечный Путь. Как видно на изображении ниже, он получил свое название, потому что выглядит как молочная полоса света в небе.

Изображение галактики Млечный Путь, полученное в Чили
«Рассвет Ла Силья целует Млечный Путь» ESO/B. Тафреши имеет лицензию CC BY 4.0

. Как видно на изображении ниже, Млечный Путь представляет собой большую спиральную галактику, содержащую сотни миллиардов звезд. В центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра по имени Стрелец А, масса которой равна 4 миллионам солнц.Наше Солнце, Земля и все планеты расположены на полпути между центром и внешним краем на небольшом частичном рукаве, называемом Отрог Ориона.

Спиральная форма галактики Млечный Путь. Наша Солнечная система расположена на отроге Ориона. «Галактика Млечный Путь» NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

Как видно на изображении ниже, есть 3 формы галактик: спиральная, эллиптическая и неправильная. Наша галактика Млечный Путь представляет собой спиральную галактику. Большинство галактик имеют сверхмассивную черную дыру в центре, обладающую чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, удерживающим всю галактику вместе.

«Галактики» НАСА являются общественным достоянием

Прошлое, настоящее и будущее космических путешествий: спутник и космическая гонка

4 октября 1957 года Советский Союз успешно вывел на орбиту Земли первый в мире искусственный спутник Земли. Этот успешный запуск спутника вызвал космическую гонку между Советским Союзом и Соединенными Штатами. Эти две страны соревновались за то, чтобы первым человеком высадиться на Луну.

31 января 1958 года Соединенные Штаты запустили Explorer 1, спутник, который обнаружил магнитные радиационные пояса вокруг Земли.В том же году в США было создано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). В 1959 году Советский Союз запустил Луну-2, первый космический корабль, совершивший посадку на Луну. В апреле 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе, когда он облетел Землю. Вскоре после этого в мае 1961 года астронавт Алан Шепард стал первым американцем в космосе.

Космическая гонка разгорелась, и президент Джон Ф. Кеннеди заявил, что Соединенные Штаты отправят человека на Луну до конца десятилетия.В 1962 году американский астронавт Джон Гленн успешно облетел Землю. В 1968 году американская миссия «Аполлон-8» облетела Луну. Наконец, в 1969 году американская миссия «Аполлон-11» успешно высадила на Луну первых двух человек: астронавтов Нила Армстронга и Базза Олдрина.

Доктор Джеймс Ван Аллен из Университета Айовы создал детектор радиации, запущенный на спутнике Explorer 1. Это привело к открытию магнитных радиационных поясов вокруг Земли, которые в его честь известны как радиационные пояса Ван Аллена.Ван Аллен Холл в кампусе Айовы также назван в его честь.

Женщины и космос

Традиционно в истории космической гонки фигурируют мужчины-ученые и астронавты. Однако женщины сыграли ключевую роль в истории американских космических исследований. Математики НАСА Кэтрин Джонсон и Дороти Воан вместе с инженером Мэри Джексон были ключевыми членами команды, запустившей Джона Гленна в космос в 1962 году. Помимо этой миссии, эти женщины долгое время работали в НАСА.Их истории недавно были популяризированы в фильме Hidden Figures .

Кэтрин Джонсон, НАСАМэри Джексон, НАСАДороти Воган, НАСА

Изначально считалось, что женщины как астронавты имеют физическое преимущество; они, как правило, легче, короче и потребляют меньше пищи. В 1960 году астронавт Джерри Кобб налетал в два раза больше часов, чем Джон Гленн. Но НАСА потребовало, чтобы астронавты были военными летчиками, а это могли делать только мужчины. Была собрана группа из 13 женщин-астронавтов, включая Кобба, которые подверглись тем же испытаниям, что и мужчины-космонавты.Женщины прошли все тесты и во многих случаях показали лучшие результаты, чем мужчины. Тем не менее, НАСА отказалось поддержать женщин-астронавтов. В 1983 году Салли Райд стала первой женщиной-астронавтом в космосе.

 

Салли Райд, NASA, Джерри Кобб, SDASM Archives

 

 

 

 

 

 

 

 

Черные дыры

Черная дыра — это область в космосе с чрезвычайно сильной гравитацией, из которой не может выйти свет.Таким образом, область выглядит черной. В конце своего жизненного цикла сверхмассивная звезда коллапсирует сама на себя, что вызывает огромный взрыв, называемый сверхновой; это приводит к образованию черной дыры.

На фото ниже ученые сделали первое изображение черной дыры в 2019 году с помощью мощных телескопов.

«Черная дыра» от Event Horizon Telescope распространяется под лицензией CC BY 4.0

. Поскольку черные дыры улавливают весь свет внутри, темное пятно в центре изображения — это тень черной дыры, окруженная кольцом светящегося газа в космосе.На основе этого изображения ученые смогли определить, что масса этой черной дыры в 6,5 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.

Кэти Боуман, аспирантка Массачусетского технологического института, руководила созданием компьютерного алгоритма, позволившего получить это первое изображение черной дыры.

 

Чтобы узнать больше о черных дырах, посмотрите следующее видео.

Видео: «Что такое черная дыра?» от NASA Space Place является общественным достоянием

НГСС

Ожидания производительности

5-ESS1-1.	[ Граница оценки: оценка ограничивается относительными расстояниями, а не размерами звезд. Оценка не включает другие факторы, влияющие на кажущуюся яркость (например, звездные массы, возраст, стадия). ]

MS-ESS1-2.

[Пояснение: акцент в модели сделан на гравитации как на силе, которая удерживает воедино Солнечную систему и галактику Млечный Путь и управляет орбитальным движением внутри них. Примеры моделей могут быть физическими (например, аналогия расстояния вдоль футбольного поля или компьютерная визуализация эллиптических орбит) или концептуальными (например, математические пропорции относительно размера знакомых объектов, таких как студенческая школа или штат).] [ Граница оценки: Оценка не включает законы Кеплера об орбитальном движении или кажущееся ретроградное движение планет, если смотреть с Земли. ]

MS-ESS1-3.

[Уточняющее заявление: основное внимание уделяется анализу данных наземных приборов, космических телескопов и космических аппаратов для определения сходств и различий между объектами Солнечной системы. Примеры свойств масштаба включают размеры слоев объекта (например, земной коры и атмосферы), особенностей поверхности (например, вулканов) и радиуса орбиты.Примеры данных включают статистическую информацию, рисунки и фотографии, а также модели.]  [ Границы оценки: Оценка не включает в себя вспоминание фактов о свойствах планет и других тел Солнечной системы. ]

ДКИ

пятый класс

ESS1.A: Вселенная и ее звезды

средняя школа

ESS1.A: Вселенная и ее звезды

ESS1.B: Земля и Солнечная система

Сквозные концепции

Масштаб, пропорции и количество

Узоры

Масштаб, пропорции и количество

 

средняя школа

Системы и модели систем

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

 

Крис ЛаРокко и Блэр Ротштейн присутствует:

Это было БОЛЬШОЕ!!

Самый глубокий взгляд на Вселенную, сделанный телескопом Хаббл, учит нас начало

---

ВВЕДЕНИЕ

Мы точно знаем, что наша Вселенная существует, однако это знание сама по себе не удовлетворила стремление человечества к дальнейшему пониманию.Наш любопытство привело нас к вопросу о нашем месте в этой вселенной и, более того, место самой вселенной. На протяжении всего времени мы спрашивали себя эти вопросы: Как началась наша Вселенная? Сколько лет нашей Вселенной? Как возникла ли материя? Очевидно, что это не простые вопросы и за всю нашу короткую историю на этой планете было потрачено много времени и усилий. провел в поисках подсказки. Тем не менее, после того, как вся эта энергия была израсходована, многое из того, что мы знаем, все еще остается лишь предположением.

Однако мы далеко ушли от мистических истоков изучение космологии и происхождения Вселенной.Через понимание современной науки, мы смогли предоставить твердые теории для некоторых из ответы, которые мы когда-то называли гипотезами. Верный природе науки, большинство этих ответов привели только к более интригующим и сложным вопросы. Кажется, что наш поиск знаний задает вопросы. всегда будет продолжать существовать.

Хотя в этой короткой главе невозможно охватить все вопросы, касающиеся создания всего, что мы знаем как реальность, будет предпринята попытка обратиться к некоторым фундаментальным вопросам нашей существование.Важно помнить, что вся эта информация постоянно подвергается сомнению и переоценке, чтобы понять Вселенная более четко. Для наших целей, путем изучения того, что известно о самом Большом Взрыве, возрасте Вселенной и синтезе первых атомов, мы считаем, что мы можем начать отвечать на некоторые из этих ключевые вопросы.

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

Одним из наиболее часто задаваемых вопросов был: как возникла Вселенная? созданный? Многие когда-то верили, что у Вселенной нет ни начала, ни конца. был поистине бесконечен.Однако с появлением теории Большого взрыва не дольше можно было считать вселенную бесконечной. Вселенная была вынуждена принять свойства конечного явления, имеющего историю и начало.

Около 15 миллиардов лет назад мощный взрыв начал расширение Вселенной. Этот взрыв известен как Большой Взрыв. В точку этого события вся материя и энергия пространства содержались в одном точка. Что существовало до этого события, совершенно неизвестно. вопрос чистой спекуляции.Это происшествие не было обычным взрывом а скорее событие, заполняющее все пространство всеми частицами зародышевые вселенные устремляются друг от друга. Большой взрыв на самом деле состоял из взрыва пространства внутри себя в отличие от взрыва бомба, осколки которой выброшены наружу. Не все галактики были сгруппированы вместе, а Большой взрыв заложил основы Вселенной.

Происхождение теории Большого Взрыва можно приписать Эдвину Хабблу. Хаббл сделал наблюдение, что Вселенная непрерывно расширяется.Он открыл что скорость галактики пропорциональна ее расстоянию. Галактики, которые в два раза дальше от нас двигаться в два раза быстрее. Другим следствием является то, что Вселенная расширяется во всех направлениях. Это наблюдение означает, что Каждой галактике потребовалось одинаковое количество времени, чтобы перейти от общего начальное положение в текущее положение. Так же, как Большой взрыв обеспечил для основания Вселенной наблюдения Хаббла обеспечили основа теории Большого Взрыва.

С момента Большого взрыва Вселенная постоянно расширялась и, таким образом, расстояние между скоплениями галактик становилось все больше и больше.Это явление, когда галактики удаляются друг от друга, известно как красное смещение. Когда свет от далеких галактик приближается к Земле, увеличение пространства между Землей и галактикой, что приводит к увеличению длины волны растягивается.

В дополнение к пониманию скорости галактик, исходящих с одной стороны, есть еще одно свидетельство Большого Взрыва. В 1964 г. два астронома, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, в попытке обнаружить микроволны из космоса, ненароком обнаружил внеземной шум источник.Шум, казалось, исходил не из одного места, а из оно пришло со всех сторон одновременно. Стало очевидно, что услышанное было излучение из самых дальних уголков Вселенной, которое было осталось от Большого Взрыва. Это открытие радиоактивных последствий первоначальный взрыв придал большое значение теории Большого взрыва.

Четный Совсем недавно спутник НАСА COBE смог обнаружить космические микроволны. исходящие из дальних уголков Вселенной. Эти микроволновки были удивительно однородный, что иллюстрирует однородность ранних стадий Вселенной.Однако спутник также обнаружил, что вселенная начал остывать и все еще расширялся, начали существовать небольшие флуктуации из-за разницы температур. Эти колебания подтвердили предыдущие расчеты. о возможном охлаждении и развитии Вселенной лишь доли секунды после его создания. Эти колебания во Вселенной обеспечили более подробное описание первых мгновений после Большого Взрыва. Они также помогли рассказать историю образования галактик, которые будут обсуждаются в следующей главе.

Теория Большого взрыва предлагает жизнеспособное решение одной из самых насущных вопросы на все времена. Однако важно понимать, что сама теория постоянно пересматривается. По мере того, как делается больше наблюдений и проведено больше исследований, теория Большого взрыва становится более полной и наши знания о происхождении Вселенной более существенны.

ПЕРВЫЕ АТОМЫ

Теперь, когда была предпринята попытка разобраться с теорией Большой взрыв, следующий логичный вопрос, который следует задать: что произошло потом? В мизерные доли первой секунды после создания то, что было когда-то полный вакуум начал превращаться в то, что мы теперь знаем как вселенную.-43 секунд после создания существовало почти равное, но асимметричное количества вещества и антивещества.Поскольку эти два материала созданы вместе, они сталкиваются и уничтожают друг друга, создавая чистую энергию. к счастью для нас была асимметрия в пользу материи. Как прямой результат превышение примерно одной части на миллиард, Вселенная смогла созреть способом, благоприятным для сохранения материи. Когда Вселенная впервые начала расширяться, это несоответствие увеличивалось. Частицы, которые стали доминировать были из материи. Они были созданы и распались без сопровождения равного рождения или распада античастицы.

По мере дальнейшего расширения Вселенной и, следовательно, охлаждения, обычные частицы начали формироваться. Эти частицы называются барионами и включают в себя фотоны, нейтрино, электроны и кварки станут строительными блоками материи и жизнь, какой мы ее знаем. В период барионогенеза не было распознаваемые тяжелые частицы, такие как протоны или нейтроны, из-за еще сильная жара. В этот момент был только творожный суп. Как Вселенная начала остывать и расширяться еще больше, мы начинаем понимать больше ясно, что именно произошло.

После того, как Вселенная остыла примерно до 3000 миллиардов градусов Кельвина, начался радикальный переход, уподобляемый фазовому переходу воды, превращающейся в лед. Составные частицы, такие как протоны и нейтроны, называемые адроны, стали обычным состоянием материи после этого перехода. Тем не менее, при этих температурах не могло образоваться более сложное вещество. Несмотря на то что более легкие частицы, называемые лептонами, тоже существовали, им было запрещено реагируя с адронами, образуя более сложные состояния материи.Эти лептоны, в том числе электроны, нейтрино и фотоны, вскоре смогли присоединиться к своим адронным родственникам в союзе, который определил бы сегодняшний общее дело.

По прошествии одной-трех минут с момента создания Вселенной, протоны и нейтроны начали реагировать друг с другом, образуя дейтерий, изотоп водорода. Дейтерий, или тяжелый водород, вскоре собрал еще один нейтрона с образованием трития. Вскоре за этой реакцией последовало добавление другого протона, создавшего ядро ​​гелия.Ученые считают, что было одно ядро ​​гелия на каждые десять протонов в пределах первых трех минуты Вселенной. После дальнейшего охлаждения эти избыточные протоны быть в состоянии захватить электрон для создания общего водорода. Следовательно, современная Вселенная содержит один атом гелия на каждые десять или одиннадцать атомов водорода.

Хотя это правда, что большая часть этой информации является спекулятивной, поскольку с возрастом Вселенной мы можем становиться все более уверенными в своих знаниях своей истории.Изучая то, как вселенная существует сегодня можно многое узнать о его прошлом. Много усилий ушло в понимании образования и количества барионов, присутствующих сегодня. Через находя ответы на эти современные вопросы, можно проследить их роль во Вселенной восходит к Большому Взрыву. В дальнейшем, изучая образования простых атомов в лаборатории мы можем сделать некоторые обоснованные предположения как они образовались первоначально. Только путем дальнейших исследований и открытий можно ли будет полностью понять сотворение вселенной и его первые атомные структуры, однако, может быть, мы никогда не узнаем Конечно.

ЭРА ВСЕЛЕННОЙ

Теперь у нас есть что-то вроде решения двух самых важных проблем. относительно вселенной; однако остается один важный вопрос. Если вселенная действительно конечен, как долго он существует? Опять же, наука смог расширить то, что он знает о Вселенной сегодня, и экстраполировать теория относительно его возраста. Применяя обычное физическое уравнение расстояния над скоростью, равной времени, что снова использует наблюдения Хаббла, довольно можно сделать точное приближение.

Необходимы два основных измерения: расстояние до движущейся галактики. от нас, и это красное смещение галактик. Неудачная первая попытка было сделано, чтобы найти эти расстояния с помощью тригонометрии. Ученые были в состоянии вычислить диаметр орбиты Земли вокруг Солнца, который был дополнен расчетом движения Солнца с помощью наших собственных галактика. К сожалению, этот расчет не может быть использован отдельно для определения огромное расстояние между нашей галактикой и теми, которые позволили бы нам оценить возраст Вселенной из-за значительных ошибок.

Следующим шагом было понимание пульсации звезд. У него было было замечено, что звезды одинаковой светимости мигают с одинаковой скоростью, примерно как маяк мог бы работать там, где все маяки мощностью 150 000 ватт лампочки будут вращаться каждые тридцать секунд, а лампы мощностью 250 000 ватт лампочки будут вращаться каждую минуту. Обладая этими знаниями, ученые предположил, что звезды в нашей галактике, которые мигают с той же частотой, что и звезды в далеких галактиках должны иметь одинаковую интенсивность. С помощью тригонометрии они смогли рассчитать расстояние до звезды в нашей галактике.Следовательно, расстояние до далекой звезды можно было вычислить, изучив разницу по своей интенсивности очень похоже на определение расстояния между двумя автомобилями в ночь. Если предположить, что фары двух автомобилей имеют одинаковую интенсивность, то можно сделать вывод, что автомобиль, чьи фары выглядели тусклее, был дальше от наблюдателя, чем другая машина, чьи фары казаться ярче. Опять же, эта теория не может быть использована сама по себе для расчета расстояние до самых далеких галактик. Через определенное расстояние становится невозможно отличить отдельные звезды от галактик, в которых они существует.Из-за больших красных смещений в этих галактиках метод должен был быть разработан для определения расстояния, используя целые скопления галактик, а не звезды в одиночестве.

Изучая размеры скопления галактик, находящихся рядом с нами, ученые может получить представление о размерах других кластеров. Следовательно, можно сделать предсказание об их удалении от Млечного Пути намного таким же образом было изучено расстояние до звезд. Хотя расчет с участием предполагаемое расстояние до далекого скопления и его красное смещение, окончательное можно оценить, как долго галактика удалялась от нас.17 секунд, получается примерно пятнадцать миллиардов лет. Этот расчет почти полностью аналогичен каждая галактика, которую можно изучить. Однако из-за неопределенностей измерений, произведенных этими уравнениями, только грубая оценка истинного возраста Вселенной можно вылепить. При поиске возраста Вселенной сложный процесс, достижение этого знания представляет собой важный шаг в нашем понимании.

ЧТО ТЕПЕРЬ?

Таким образом, мы предприняли первую попытку объяснить ответы, которые наука открыла о нашей Вселенной.Наше понимание Большого Взрыва, первых атомов и возраст Вселенной, очевидно, неполный. В виде время идет, делается больше открытий, что приводит к бесконечным вопросам которые требуют еще ответов. Неудовлетворен нашей базой знаний исследования проводятся во всем мире в этот самый момент для дальнейшего наше минимальное понимание невообразимо сложной Вселенной.

С момента своего зарождения теория Большого Взрыва постоянно бросил вызов. Эти вызовы привели тех, кто верит в теорию, к искать более конкретные доказательства, подтверждающие их правоту.От на том месте, где заканчивается эта глава, многие пытались пойти дальше было сделано несколько открытий, которые рисуют более полную картину о сотворении вселенной.

Недавно НАСА сделало несколько поразительных открытий, которые к доказательству теории Большого Взрыва. Самое главное, астрономы, использующие обсерватории Астро-2 смогли подтвердить одно из требований к основание Вселенной в результате Большого Взрыва. В июне 1995 года ученые смогли обнаружить первичный гелий, такой как дейтерий, в дальних пределах Вселенной.Эти выводы согласуются с важным аспектом теории Большого Взрыва, что смесь водорода и гелия была создана в начале вселенной.

Кроме того, телескоп Хаббл, названный в честь отца Большого Взрыва Теория дала определенные подсказки относительно того, какие элементы присутствовали после творчество. Астрономы с помощью Хаббла нашли элемент бор в чрезвычайно древние звезды. Они постулируют, что его присутствие могло быть либо остатком энергетических событий при рождении галактик или может указывать на то, что бор еще старше, он восходит к самому Большому Взрыву.Если последний верно, ученые будут вынуждены в очередной раз модифицировать свою теорию для рождение вселенной и события сразу после этого, потому что, согласно согласно современной теории такой тяжелый и сложный атом не мог существовать.

Таким образом, мы можем видеть, что исследование никогда не будет по-настоящему завершенным. Наша жажда знаний никогда не будет утолена. Итак, чтобы ответить на вопрос, что теперь, это невозможно. Путь, который мы выберем отсюда, будет только определяется нашими собственными открытиями и вопросами.Мы заняты бесконечным цикл вопросов и ответов, где одно неизбежно ведет к другому.

COBE продолжает поиск во внешних пределах Вселенной

ГЛУБОКИЕ МЫСЛИ

Чрезвычайно сложно отделить этот предмет науки от повседневного экзистенциальные размышления. Каждый хоть раз сталкивался с вопрос зачем мы здесь? Некоторые нашли убежище в чистой философской характер этого вопроса, в то время как другие придерживаются более научного подхода.Эти странники подняли вопрос на более высокий уровень, сосредоточившись на не только о человеческом существовании, но и о существовании всего, что мы знаем как настоящий.

Если вы сядете и попытаетесь представить всю вселенную целиком, это будет быть ошеломляющим.-33 секунды после Большого взрыва

Дейтерий — тяжелый изотоп водорода, содержащий протон и один нейтрон

Адроны — составные частицы, такие как протоны и нейтроны, образующие после снижения температуры до 300 МэВ

Лептоны — легких частиц, существующих с адро, включая электроны, нейтрино и фотоны

Красное смещение — сдвиг в сторону красного цвета в спектрах света, достигающего нас со звезд в далеких галактиках

Тритий — переходный элемент между дейтерием и формацией ядра гелия

---

ССЫЛКИ

Литература

Кауфманн, Уильям Дж., III. Галактики и квазары. Сан-Франциско: WH Фриман и компания, 1979. 

Силк, Джозеф. Краткая история Вселенной. Нью-Йорк: научный Американская библиотека, 1994.

.

Тейлор, Джон. Когда часы пробили ноль. Нью-Йорк: Сент-Мартинс Пресс, 1993. 

Тринь, Суан Туан. Рождение Вселенной: Большой взрыв и после. Нью-Йорк: Гарри Н. Абрамс, Inc., 1993.

.

Всемирная паутина

НАСА

http://spacelink.msfc.nasa.gov – 

/Образовательная.Услуги/Образовательные.Публикации/Образовательные.Горизонты.Информационный бюллетень/ 92-01-01.Том1.№1

/НАСА.Новости/НАСА.Новости.Выпуски /95.Пресс.релизы/95-06.Новости.релизы/95-06-12.Первородный.Гелий.Обнаружен 

Происхождение Вселенной: от Большого взрыва до теории Бога

• Дастагири М.Б. Главный научный сотрудник, ИКАР-Национальная академия сельскохозяйственных исследований Менеджмент, Раджендранагар, Хайдарабад, Индия

Аннотация

Вселенная полна мистических вещей.Испокон веков вера в то, что Бог стал Вселенной, является теологической доктриной, которая развивалась. Эволюционные биологи и современные ученые до сих пор верят в теорию Большого Взрыва. Многие мыслители, теологи, философы и ученые не могут подтвердить точный процесс происхождения Вселенной. Таким образом, эта статья посвящена анализу истории теологов, мифологов, философов, космологов и ученых, исследующих доказательства, идеи, теории и обоснования, чтобы узнать о происхождении Вселенной.В исследовании используется метаанализ священных писаний о происхождении вселенной, исследований, идей и библиографий, выдвинутых теологами, философами, космологами и учеными. Исследование показало, что, согласно Бхагавад-Гите, Бог является источником всего духовного, интеллектуального и материального мира. В 1996 году пастор Боб Берридж из Женевского института реформатских исследований показывает, что, согласно христианской теологии, превращение Бога во вселенную не соответствует ей. В 1940-х годах Чарльз Хартсхорн определил пандеизм как возможную модель природы Бога, поскольку Бог способен измениться.В 2001 году Скотт Адамс предположил, что всемогущий Бог уничтожил себя в результате Большого взрыва. Это считается мифологическим миром, созданным из физических субстанций мертвых божеств. Все католические ученые сообщали, что Божий свет и любовь открыли его творение. Физик Бернард Хейш в своей книге под названием «Теория Бога» пришел к выводу, что божество стало вселенной. В книге Алана Доу (2011 г.) под названием «The God Franchise» делается вывод о том, что человеческое знание — это ненадолго отделенная часть мастерства Бога. Рафаэль Латастер (2013), австралийский религиовед, предположил, что «пандеизм – это будущая концепция Бога для всех».Существует длинный список католических ученых, которые в своем стремлении к знаниям считали Бога источником всего сущего. Доказательства теологии и мифологии не согласуются ни с наукой, ни с философией. Концепция Эволюционирующего Бога также является ошибочной идеей метафизики. Если бы это было так, то человек оказался бы недоразвитым. Джафри Озвальд объясняет, что, исходя из просьбы человека, вселенная не может ее выполнить, но это делает Бог. Вселенная — это не Бог. Бог есть Бог. В исследовании делается вывод, что Бог создал вселенную из ничего и Ему еще предстоит проявить Себя.Бог является сверхъестественной силой и обладает божественной святой природой, то есть вездесущностью, всемогуществом и всеведением. Исследование предполагает, что обмен знаниями, дебаты, дискуссии и консенсус, основанный на их свидетельствах и представлениях среди теологов, философов, мифологов и ученых о происхождении Вселенной, является задачей будущего.

Загрузки

Данные для загрузки пока недоступны.

Происхождение Вселенной и Земли

Происхождение Вселенной и Земли

---

Происхождение Вселенной и Земли

---

 

Происхождение Вселенной. Теория большого взрыва
В конце 1920-х годов было сделано удивительное наблюдение.Свет от далеких галактик смещается в сторону более низких частот (красное смещение) подобно тому, как звук гудка проходящего поезда или автомобиля смещается в более низкую тональность. Таким же образом можно объяснить и сдвиг частоты света; далекие галактики удаляются от нас. На самом деле все галактики (скопления миллиардов звезд) удаляются от нашей Галактики Млечный Путь и друг от друга, и чем дальше они удаляются, тем быстрее они удаляются от нас. Это похоже на гигантский взрыв.Все частицы движутся наружу от центра взрыва. В стандартной теории пространство и время, а также вся материя и энергия во Вселенной образовались в результате Большого Взрыва примерно 10–15 миллиардов лет назад. Условия в быстро расширяющейся и остывающей Вселенной после Большого взрыва были таковы, что образовалась только простая материя. Вселенная была заполнена водородом (H) и небольшим количеством гелия (He). По мере расширения Вселенной галактики формировались в областях с более высокой концентрацией H и He, а звезды формировались внутри галактик в областях с самой высокой концентрацией H и He.

 

Звездная эволюция

– рождение
Туманность (газовое облако) медленно сжимается под действием взаимного притяжения всех атомов облака. Сжатие вызывает увеличение давления, что приводит к нагреву облака. Большая часть массы приходится на центр масс и давления здесь становятся наибольшими. Ядро туманности, протозвезда, нагревается больше всего и начинает раскаляться докрасна. Вскоре давление и температура становятся настолько высокими, что ядра атомов водорода начинают сливаться вместе, образуя гелий.Эта ядерная реакция высвобождает огромное количество энергии. Зажигаются «термоядерные огни»; звезда родилась! Высвобождение энергии приводит к внешнему давлению, и гравитационное сжатие прекращается.

– смерть
В конце концов звезда сплавляет так много H в He, что концентрация H в ядре снижается и термоядерные реакции становятся вялыми. Ядро звезды остывает и снова начинает сжиматься. Это вторичное сжатие увеличивает давление и температуру ядра звезды.

Большинство звезд меньше нашего Солнца будут медленно остывать и тускнеть.

Звезды промежуточной массы (в 0,8–8 раз больше нашего Солнца) начнут сливаться с He; этот красный гигант фазы звездной эволюции производит элементы периодической таблицы через железо (Fe). Атмосфера звезды сдувается в виде расширяющегося кольца (планетарная туманность), а остальная часть звезды становится белым карликом.

В звездах с большой массой (в 8-20 раз больше массы Солнца) давление и температура, возникающие в фазе вторичного сжатия, настолько велики, что массивные ядра сливаются вместе, образуя самые большие элементы периодической таблицы в результате колоссального взрыва, называемого сверхновой .Сверхновые распространяют эти элементы через межзвездное пространство, где они могут сливаться с другими туманностями и образовывать новые звезды. Остальные 10% ее массы остаются в виде нейтронной звезды.

В звездах с очень большой массой (в 20-100 раз больше нашего Солнца) масса и, следовательно, гравитация настолько велики, что, когда она переходит в фазу позднего сжатия, внутреннее давление настолько велико, что материя не может ему противостоять. Материя разрушается. Рождается черная дыра.  

Происхождение Земли – Солнечная туманность Гипотеза
О 4.6 миллиардов лет назад наша Солнечная система образовалась из облака газа и пыли, которое медленно сжималось под действием взаимного притяжения всех его частиц. Облако состояло в основном из водорода (H) с небольшим количеством гелия (He) и небольшого количества оставшихся природных химических элементов. Первоначальное вращение или кувыркающееся движение ускорилось по мере того, как туманность сжималась, подобно крутящемуся конькобежцу, который тянет руки, крутится быстрее. Облако стало диском. Внутри диска наибольшая концентрация материи была в центре.Это стало солнцем. Материя, собранная в более мелкие комки, выходит в диск. Они стали планетами. Протосолнце и протопланеты росли за счет аккреции материи, падавшей к центру масс. Солнечная туманность становилась горячее по мере того, как сжатие увеличивало давление, особенно во внутренней туманности. В конце концов давление и температура в ядре протосолнца стали настолько высокими, что ядра водорода сливались вместе, образуя гелий. Эта ядерная реакция высвободила огромное количество энергии, как это происходит и сегодня.Солнце родилось. Большая часть газа и мельчайших частиц была выметена из Солнечной системы, остались только протопланеты и астероиды. К этому времени планеты достигли большей части своей массы, но тяжелые метеоритные бомбардировки продолжались еще полмиллиарда лет или около того. При высоких температурах внутренней части солнечной туманности маленькие протопланеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) были слишком горячими, чтобы удерживать летучие газы, преобладавшие в солнечной туманности. Только тугоплавкие (с высокой температурой плавления) материалы, такие как железо и каменистые силикаты, были стабильными, поэтому планеты земной группы состоят в основном из металлических ядер и силикатных мантий с тонкой атмосферой или без нее.Во внешней части солнечной туманности температура была достаточно низкой, чтобы обильные газы могли накапливаться и удерживаться протопланетами. В результате юпитерианские планеты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) представляют собой газовые гиганты, состоящие в основном из водорода, гелия и водородных соединений, таких как аммиак и метан.

Разделение земных слоев и атмосферы
Материалы, которые аккрецировались на ранней Земле, вероятно, добавлялись по частям, без какого-либо определенного порядка. Но ранняя Земля была очень горячей из-за гравитационного коллапса, ударов и радиоактивного нагрева.Следовательно, ранняя Земля, вероятно, была частично или в значительной степени расплавленной. В этом расплавленном состоянии более плотные жидкости опустились к центру Земли, а менее плотные поднялись наверх, как нефть поднимается на поверхность воды. Таким образом, Земля теперь имеет металлическое железное ядро ​​и скалистую силикатную мантию. В результате магматической (вулканической и интрузивной) деятельности в конечном итоге сформировалась внешняя кора Земли. Сегодня кора состоит из материалов с меньшей плотностью и более низкой температурой плавления, чем мантия.

Летучие материалы, переносимые некоторыми типами метеоров и комет, были введены в мантию в результате ударов, проникающих внутрь. Горячая ранняя Земля охлаждалась почти так же, как сегодня охлаждается недра Земли — за счет конвекции. Сегодня эта конвекция связана с распространением морского дна и горячими точками. На ранней Земле распространение морского дна, вероятно, не было так хорошо организовано, как сегодня; картина спрединга и субдукции, вероятно, была более энергичной и хаотичной. Должно быть, имел место быстрый конвективный оборот мантии, который должен был привести к быстрому высвобождению летучих веществ, хранящихся в мантии, потому что газы не любят оставаться в твердом или жидком состоянии.Газы в мантии предпочитают входить в любой образующийся расплав и с радостью улетучиваются в атмосферу, если расплав извергается на поверхность. Даже сегодня вулканическая деятельность, особенно на срединно-океанических хребтах, выбрасывает в атмосферу большое количество углекислого газа, водяного пара и других газов. Конечно, большая часть выпущенного водяного пара конденсировалась, образуя океаны. Это выделение газа сформировало океаны и примитивную восстановительную атмосферу. С момента эволюции жизни на Земле биологические процессы за последние три с половиной миллиарда лет или около того привели к возникновению нашей богатой кислородом атмосферы.

%PDF-1.4 % 320 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 320 75 0000000016 00000 н 0000002397 00000 н 0000002544 00000 н 0000003165 00000 н 0000003841 00000 н 0000004451 00000 н 0000004538 00000 н 0000004650 00000 н 0000004764 00000 н 0000004827 00000 н 0000005583 00000 н 0000011004 00000 н 0000015960 00000 н 0000020738 00000 н 0000025549 00000 н 0000030499 00000 н 0000030979 00000 н 0000031361 00000 н 0000031796 00000 н 0000032207 00000 н 0000032369 00000 н 0000037446 00000 н 0000037844 00000 н 0000043848 00000 н 0000046357 00000 н 0000047104 00000 н 0000049563 00000 н 0000049906 00000 н 0000050279 00000 н 0000050661 00000 н 0000050857 00000 н 0000053507 00000 н 0000053544 00000 н 0000065971 00000 н 0000066250 00000 н 0000067192 00000 н 0000067293 00000 н 0000067348 00000 н 0000067431 00000 н 0000067661 00000 н 0000067895 00000 н 0000070668 00000 н 0000075402 00000 н 0000075518 00000 н 0000077597 00000 н 0000077942 00000 н 0000078361 00000 н 0000078484 00000 н 0000080932 00000 н 0000081316 00000 н 0000085528 ​​00000 н 0000085567 00000 н 0000085671 00000 н 0000085770 00000 н 0000085869 00000 н 0000085972 00000 н 0000086143 00000 н 0000086292 00000 н 0000086370 00000 н 0000086613 00000 н 0000086696 00000 н 0000086751 00000 н 0000086823 00000 н 0000086930 00000 н 0000087028 00000 н 0000087123 00000 н 0000087219 00000 н 0000087310 00000 н 0000087505 00000 н 0000087651 00000 н 0000088027 00000 н 0000088055 00000 н 0000098644 00000 н 0000002216 00000 н 0000001796 00000 н трейлер ]/Предыдущая 591152/XRefStm 2216>> startxref 0 %%EOF 394 0 объект >поток hb“`f`a`g`,_ À

Природа Земли: Происхождение Вселенной

Вернуться на страницу статей >

Природа Земли: Происхождение Вселенной
Антонио Песо
От: The Pick and Dop Stick, 6/2013
10-е место — 2014 AFMS Original Adult Advanced Articles

Я часто думал, что начинать понимать геологию нужно с самого начала.Астрономы говорят нам, что вначале не было необходимости в геологии, потому что не было горных пород. Минералов не было. Земли не было. Звезд не было. Нам говорят, что ничего не было. Науке геологии пришлось выйти за пределы нашей собственной планеты, чтобы понять, как возникла Земля и какое место мы вписываемся в общую картину Вселенной.

Одной из теорий формирования Вселенной является Теория Большого Взрыва, которая говорит о том, как энергия была преобразована в материю в форме кварков, и как атомы водорода были преобразованы в атомы гелия для создания звезд, и, в конечном счете, как они в конечном итоге образовали галактики. .Звезды играют решающую роль в формировании всей материи, какой мы ее знаем, включая Землю и все живое на ней.

По мнению астрономов, вначале Вселенной не существовало. В 1920-х годах в ответ на открытие Хаббла о том, что Вселенная расширяется, Жорж Леметр предположил, что Вселенная должна была изначально быть сжата в сферу размером с мяч для гольфа, которую он назвал первобытным атомом. Из-за условий температуры и давления, которые существовали бы в такой сфере, материя в том виде, в каком мы ее знаем, не могла бы существовать.Внутри сферы существовали основные атомные частицы, называемые кварками и лептонами.

Другая теория предполагает, что вся Вселенная содержалась в безразмерной точке, называемой сингулярностью, которая содержала только энергию. Текущие оценки показывают, что около 13,8 миллиардов лет назад Вселенная была создана в результате события, обычно называемого Большим взрывом. В случае теории первобытного атома кварки и лептоны выбрасывались в космос во всех направлениях. Мгновенно кварки образовали фундаментальные компоненты атомов, протонов, нейтронов и электронов.В случае теории сингулярности энергия была преобразована в материю, и, согласно уравнению Эйнштейна, энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света, в форме кварков.

Согласно теории Большого взрыва, протоны, электроны и нейтроны объединились, чтобы создать атомы водорода. По мере того, как пузырьки водорода росли и уходили в космос, пучки атомов газообразного водорода, притягиваемые силой гравитации, начинали вращаться и схлопываться вдоль своих осей вращения. Когда вращающаяся масса схлопывалась, часть гравитационной энергии преобразовывалась в тепло.Затем, когда температура внутри ядра коллапсирующей массы поднялась примерно на 15 миллионов градусов, началась термоядерная реакция, которая превратила атомы водорода в атомы гелия. Итак, по прошествии длительного времени звезд в расширяющейся массе газообразного водорода стало так много, что они начали притягиваться в большие группы, называемые галактиками. Наша галактика — Млечный Путь, а Земля расположена на внешнем краю этой галактики.

Звезды играют решающую роль в формировании всей материи, какой мы ее знаем, включая нашу термоядерную реакцию, в которой четыре атома водорода соединяются вместе, образуя один атом гелия.Остаточная масса преобразуется в энергию и высвобождается. Звезды — это огонь, но, как и любой огонь, в конце концов топливо истощится, и огонь погаснет. Звезды проводят 95% своей жизни в качестве главных звезд, потребляя водород и превращая его в гелий. По мере того, как водород превращается в более массивные атомы гелия и звезда становится богатой гелием, ядро ​​звезды подвергается гравитационной силе, коллапсирует и нагревается.

Когда звезды становятся большими, когда ядро ​​коллапсирует, оболочка расширяется в 100 раз по сравнению с первоначальным диаметром и становится КРАСНЫМ ГИГАНТОМ.На этом этапе гелий начинает превращаться в более крупные атомы, а также генерируются углерод и кислород, среди других элементов. Вся жизнь, какой мы ее знаем, основана на углеродных продуктах. Каждый атом в нашем теле был создан в фазе красного гиганта смерти звезды. То же самое относится и к кислороду, которым мы дышим; растения выделяют кислород, но не создают его.

Звезда, достаточно массивная, чтобы создать богатое железом ядро, может катастрофически коллапсировать в течение нескольких секунд и взорваться, образуя сверхновую. Во время сверхновой создаются все остальные 92 природных элемента.Ядро исходной массивной звезды может в дальнейшем коллапсировать, превращаясь в нейтронную звезду. Если ядро ​​достаточно массивное, звезда может коллапсировать в структуру с такой большой силой гравитации, что ничто — даже свет — не может выйти из нее, и это называется Черной дырой. Остатки звезды рассеиваются в межзвездном пространстве, образуя космическую пыль, состоящую из частиц металла, минералов, горных пород и замороженных газов, которые в совокупности называются льдом. По сути, темная материя — это космическая пыль. Именно из этой смеси будут созданы будущие планеты, формы жизни, горные породы и минералы.

Рекомендуемая литература:
1. Хокинг, С.А., Краткая история времени: Вселенная в двух словах . Бантам Делл. A Division of Random House, 2007.
2. Scientific American, « Квантовые пробелы в теории большого взрыва », апрель 2011 г.
3. Силк, Дж. Краткая история Вселенной .