Что такое вселенная и какова ее структура – Какова структура Вселенной?. Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина

Вселенная: ответы на самые известные вопросы космоса

Что мы знаем о мироздании, каков космос? Вселенная – это трудно постижимый человеческим разумом безграничный мир, который кажется нереальным и нематериальным. На самом деле нас окружает материя, безграничная в пространстве и во времени, способная принимать различные формы. Чтобы попытаться понять истинные масштабы космического пространства, как устроена Вселенная, строение мироздания и процессы эволюции, нам потребуется переступить порог собственного мироощущения, взглянуть на окружающий нас мир под другим ракурсом, изнутри.

Взгляд на бескрайние просторы космоса с Земли

Образование Вселенной: первые шаги

Космос, который мы наблюдаем в телескопы, является только частью звездной Вселенной, так называемой Мегагалактикой. Параметры космологического горизонта Хаббла колоссальные – 15-20 млрд. световых лет. Эти данные приблизительны, так как в процессе эволюции Вселенная постоянно расширяется. Расширение Вселенной происходит путем распространения химических элементов и реликтового излучения. Структура Вселенной постоянно меняется. В пространстве возникают скопления галактик, объекты и тела Вселенной — это миллиарды звезд, формирующие элементы ближнего космоса — звездные системы с планетами и со спутниками.

А где начало? Как появилась Вселенная? Предположительно возраст Вселенной составляет 20 млрд. лет. Возможно, источником космической материи стало горячее и плотное протовещество, скопление которого в определенный момент взорвалось. Образовавшиеся в результате взрыва мельчайшие частицы разлетелись во все стороны, и продолжают удаляться от эпицентра в наше время. Теория Большого взрыва, которая сейчас доминирует в научных кругах, наиболее точно подходит под описания процесса образования Вселенной. Возникшее в результате космического катаклизма вещество представляло собой разнородную массу, состоящую из мельчайших неустойчивых частиц, которые сталкиваясь и разлетаясь, стали взаимодействовать друг с другом.

Большой взрыв – теория возникновения Вселенной, объясняющая ее образование. Согласно этой теории изначально существовало некоторое количество вещества, которое в результате определенных процессов взорвалось с колоссальной силой, разбросав в окружающее пространство массу матери.

Спустя некоторое время, по космическим меркам — мгновение, по земному летоисчислению — миллионы лет, наступил этап материализации пространства. Из чего состоит Вселенная? Рассеянное вещество стало концентрироваться в сгустки, большие и малые, на месте которых впоследствии стали возникать первые элементы Вселенной, огромные газовые массивы — ясли будущих звезд. В большинстве случаев процесс формирования материальных объектов во Вселенной объясняется законами физики и термодинамики, однако существует ряд моментов, которые пока не поддаются объяснению. К примеру, почему в одной части пространства расширяющееся вещество концентрируется больше, тогда как в другой части мироздания материя сильно разрежена. Ответы на эти вопросы можно будет получить только тогда, когда станет понятен механизм образования космических объектов, больших и малых.

Сейчас же процесс образования Вселенной объясняется действием законов Вселенной. Гравитационная нестабильность и энергия в разных участках запустили процессы формирования протозвезд, которые в свою очередь под воздействием центробежных сил и гравитации образовали галактики. Другими словами, в то время как материя продолжала и продолжает расширяться, под воздействием сил тяготения начались процессы сжатия. Частицы газовых облаков стали концентрироваться вокруг мнимого центра, образуя в итоге новое уплотнение. Строительным материалом в этой гигантской стройке является молекулярный водород и гелий.

Химические элементы Вселенной — первичный строительный материал, из которого шло впоследствии формирование объектов Вселенной

Дальше начинает действовать закон термодинамики, приводятся в действие процессы распада и ионизации. Молекулы водорода и гелия распадаются на атомы, из которых под действием сил гравитации формируется ядро протозвезды. Эти процессы являются законами Вселенной и приняли форму цепной реакции, происходят во всех далеких уголках Вселенной, заполнив мироздание миллиардами, сотнями миллиардов звезд.

Эволюция Вселенной: основные моменты

На сегодняшний день в научных кругах бытует гипотеза о цикличности состояний, из которых соткана история Вселенной. Возникнув в результате взрыва протовещества скопления газа, стали яслями для звезд, которые в свою очередь сформировали многочисленные галактики. Однако достигнув определенной фазы, материя во Вселенной начинает стремиться к своему изначальному, концентрированному состоянию, т.е. за взрывом и последующим расширением вещества в пространстве следует сжатие и возврат к сверхплотному состоянию, к исходной точке. Впоследствии все повторяется, за рождением следует финал и так на протяжении многих миллиардов лет, до бесконечности.

Начало и конец мироздания в соответствии с цикличностью эволюции Вселенной

Однако опустив тему образования Вселенной, которая остается открытым вопросом, следует перейти к строению мироздания. Еще в 30-е годы XX века стало ясно, что космическое пространство поделено на районы – галактики, которые являются огромными образованиями, каждое со своим звездным населением. При этом галактики не являются статическими объектами. Скорость разлета галактик от мнимого центра Вселенной постоянно меняется, о чем свидетельствует сближение одних и удаление других друг от друга.

Все перечисленные процессы с точки зрения продолжительности земной жизни длятся очень медленно. С точки зрения науки и этих гипотез — все эволюционные процессы происходят стремительно. Условно эволюцию Вселенной можно разделить на четыре этапа – эры:

• адронная эра;
• лептонная эра;
• фотонная эра;
• звездная эра.

Космическая шкала времени и эволюции Вселенной, в соответствии с которой можно объяснить появление космических объектов

На первом этапе все вещество было сконцентрировано в одной большой ядерной капле, состоящей из частиц и античастиц, объединенных в группы – адроны (протоны и нейтроны). Соотношение частиц и античастиц составляет примерно 1:1,1. Далее наступает процесс аннигиляции частиц и античастиц. Оставшиеся протоны и нейтроны являются тем строительным материалом, из которого формируется Вселенная. Продолжительность адронной эры ничтожна, всего 0,0001 секунды — период взрывной реакции.

Далее, спустя 100 секунд, начинается процесс синтеза элементов. При температуре миллиард градусов в процессе ядерного синтеза образуются молекулы водорода и гелия. Все это время вещество продолжает расширяться в пространстве.

С этого момента начинается длительный, от 300 тыс. до 700 тыс. лет, этап рекомбинации ядер и электронов, формирующих атомы водорода и гелия. При этом наблюдается снижение температуры вещества, падает интенсивность излучения. Вселенная становится прозрачной. Образовавшийся в колоссальных количествах водород и гелий под действием сил гравитации превращает первичную Вселенную в гигантскую строительную площадку. Через миллионы лет начинается звездная эра – представляющая собой процесс образования протозвезд и первых протогалактик.

Такое деление эволюции на этапы вписывается в модель горячей Вселенной, которая объясняет многие процессы. Истинные причины Большого взрыва, механизм расширения материи остаются необъяснимыми.

Строение и структура Вселенной

С образования водородного газа начинается звездная эра эволюции Вселенной. Водород под действием гравитации скапливается в огромные скопления, сгустки. Масса и плотность таких скоплений колоссальны, в сотни тысяч раз превышают массу самой сформировавшейся галактики. Неравномерное распределение водорода, наблюдавшееся на начальной стадии формирования мироздания, объясняет различия в размерах образовавшихся галактик. Там, где должно было существовать максимальное скопление водородного газа, образовались мегагалактики. Где концентрация водорода была незначительной, появились галактики меньших размеров, подобные нашему звездному дому — Млечному Пути.

Версия, в соответствии с которой Вселенная представляет собой точку начала-конца, вокруг которой вращаются галактики на разных этапах развития

С этого момента Вселенная получает первые образования с четкими границами и физическими параметрами. Это уже не туманности, скопления звездного газа и космической пыли (продукты взрыва), протоскопления звездной материи. Это звездные страны, площадь которых огромна с точки зрения человеческого разума. Вселенная становится полна интересных космических феноменов.

С точки зрения научных обоснований и современной модели Вселенной, сначала формировались галактики в результате действия гравитационных сил. Происходило превращение материи в колоссальный вселенский водоворот. Центростремительные процессы обеспечили последующую фрагментацию газовых облаков в скопления, которые стали местом рождения первых звезд. Протогалактики с быстрым периодом вращения превратились со временем в спиральные галактики. Там, где вращение было медленным, и в основном наблюдался процесс сжатия вещества, образовались неправильные галактик, чаще эллиптические. На этом фоне во Вселенной происходили более грандиозные процессы — формирование сверхскоплений галактик, которые тесно соприкасаются своими краями друг с другом.

Сверхскопления — это многочисленные группы галактик и скоплений галактик в составе крупномасштабной структуры Вселенной. В пределах 1 млрд св. лет находится около 100 сверхскоплений

С этого момента стало ясно, что Вселенная представляет собой огромную карту, где континентами являются скопления галактик, а странами — мегагалактики и галактики, образовавшиеся миллиарды лет назад. Каждое из образований состоит из скопления звезд, туманностей, скоплений межзвездного газа и пыли. Однако все это население составляет лишь 1% от общего объема вселенских образований. Основную массу и объем галактик занимает темная материя, природу которой выяснить не представляется возможным.

Разнообразие Вселенной: классы галактик

Стараниями американского ученого астрофизика Эдвина Хаббла мы теперь имеем границы Вселенной и четкую классификацию галактик, населяющих ее. В основу классификации легли особенности структуры этих гигантских образований. Почему галактики имеют разную форму? Ответ на этот и многие другие вопросы дает классификация Хаббла, в соответствии с которой Вселенная состоит из галактик следующих классов:

• спиральные;
• эллиптические;
• иррегулярные галактики.

К первым относятся наиболее распространенные образования, которыми заполнено мироздание. Характерными чертами спиральных галактик является наличие четко выраженной спирали, которая вращается вокруг яркого ядра либо стремится к галактической перемычке. Спиральные галактики с ядром обозначаются символами S, тогда как у объектов с центральной перемычкой обозначение уже SB. К этому классу относится и наша галактика Млечный Путь, в центре которой ядро разделено светящейся перемычкой.

Типичная спиральная галактика. В центре отчетливо видны ядро с перемычкой от концов которой исходят спиральные рукава.

Подобные образования разбросаны по Вселенной. Ближайшая к нам спиральная галактика Андромеда — гигант, который стремительно сближается с Млечным Путем. Наибольшей из известных нам представительниц этого класса является гигантская галактика NGC 6872. Диаметр галактического диска этого монстра составляет примерно 522 тысячи световых лет. Находится этот объект на расстоянии от нашей галактики в 212 млн. световых лет.

Следующим, распространенным классом галактических образований являются эллиптические галактики. Их обозначение в соответствии с классификацией Хаббла буква Е (elliptical). По форме эти образования эллипсоиды. Несмотря на то, что подобных объектов во Вселенной достаточно много, эллиптические галактики не отличатся выразительностью. Состоят они в основном из гладких эллипсов, которые наполнены звездными скоплениями. В отличие от галактических спиралей, эллипсы не содержат скоплений межзвездного газа и космической пыли, которые являются основными оптическими эффектами визуализации подобных объектов.

Типичный представитель этого класса, известный на сегодняшний день — эллиптическая кольцевая туманность в созвездии Лиры. Этот объект расположен от Земли на расстоянии 2100 световых лет.

Вид эллиптической галактики Центавр А в телескоп CFHT

Последний класс галактических объектов, которыми населена Вселенная — иррегулярные или неправильные галактики. Обозначение по классификации Хаббла – латинский символ I. Основная черта – это неправильная форма. Другими словами у подобных объектов нет четких симметричных форм и характерного рисунка. По своей форме такая галактика напоминает картину вселенского хаоса, где звездные скопления чередуются с облаками газа и космической пыли. В масштабах Вселенной иррегулярные галактики — явление частое.

В свою очередь неправильные галактики делятся на два подтипа:

• иррегулярные галактики I подтипа имеют сложную неправильной формы структуру, высокую плотную поверхность, отличающуюся яркостью. Нередко такая хаотическая форма неправильных галактик является следствием разрушившихся спиралей. Типичный пример подобной галактики — Большое и Малое Магелланово Облако;
• иррегулярные, неправильные галактики II подтипа имеют низкую поверхность, хаотическую форму и не отличаются высокой яркостью. Вследствие снижения яркости, подобные образования трудно обнаружить на просторах Вселенной.

Большое Магелланово Облако является самой ближайшей к нам неправильной галактикой. Оба образования в свою очередь являются спутниками Млечного Пути и могут быть в скором времени(через 1-2 млрд. лет) поглощены более крупным объектом.

Неправильная галактика Большое Магелланово облако — спутник нашей галактики Млечный Путь

Несмотря на то, что Эдвин Хаббл достаточно точно расставил галактики по классам, данная классификация не является идеальной. Больше результатов мы могли бы достичь, включи в процесс познания Вселенной теорию относительности Эйнштейна. Вселенная представлена богатством разнообразных форм и структур, каждая из которых имеет свои характерные свойства и особенности. Недавно астрономы сумели обнаружить новые галактические образования, которые по описанию являются промежуточными объектами, между спиральными и эллиптическими галактиками.

Млечный Путь — самая известная нам часть Вселенной

Две спиральные ветви, симметрично расположенные вокруг центра, составляют основное тело галактики. Спирали в свою очередь состоят из рукавов, которые плавно перетекают друг в друга. На стыке рукавов Стрельца и Лебедя расположилось наше Солнце, находящееся от центра галактики Млечный Путь на расстоянии 2,62·10¹⁷км. Спирали и рукава спиральных галактик – это скопления звезд, плотность которых увеличивается по мере приближения к галактическому центру. Остальную массу и объем галактических спиралей составляет темная материя, и только малая часть приходится на межзвездный газ и космическую пыль.

Положение Солнца в рукавах Млечного Пути, место нашей галактики во Вселенной

Толщина спиралей составляет примерно 2 тыс. световых лет. Весь это слоеный пирог находится в постоянном движении, вращаясь с огромной скоростью 200-300 км/с. Чем ближе к центру галактики, тем выше скорость вращения. Солнцу и нашей Солнечной системе потребуется 250 млн. лет, чтобы совершить полный оборот вокруг центра Млечного Пути.

Наша галактика состоит из триллиона звезд, больших и малых, сверхтяжелых и средней величины. Самое плотное скопление звезд Млечного Пути — рукав Стрельца. Именно в этой области наблюдается максимальная яркость нашей галактики. Противоположная часть галактического круга наоборот, менее яркая и плохо различима при визуальном наблюдении.

Центральная часть Млечного Пути представлена ядром, размеры которого предположительно составляют 1000-2000 парсек. В этой самой яркой области галактики сосредоточено максимальное количество звезд, которые имеют различные классы, свои пути развития и эволюции. В основном это старые сверхтяжелые звезды, находящиеся на финальной стадии Главной последовательности. Подтверждением наличия стареющего центра галактики Млечный Путь является наличие в этой области большого числа нейтронных звезд и черные дыры. Действительно – центр спирального диска любой спиральной галактики — сверхмассивная черная дыра, которая словно гигантский пылесос всасывает в себя небесные объекты и реальную материю.

Сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центральной части Млечного Пути – место гибели всех галактических объектов

Что касается звездных скоплений, то ученым сегодня удалось классифицировать два вида скоплений: шарообразные и рассеянные. Помимо звездных скоплений спирали и рукава Млечного Пути, как и любой другой спиральной галактики, состоят из рассеянной материи и темной энергии. Являясь последствием Большого взрыва, материя пребывает в сильно разреженном состоянии, которое представлено разреженным межзвездным газом и частицами пыли. Видимая часть материи представляет собой туманности, которые в свою очередь делятся на два типа: планетарные и диффузные туманности. Видимая часть спектра туманностей объясняется преломлением света звезд, которые излучают свет внутри спирали по всем направлениями.

В этом космическом супе и существует наша Солнечная система. Нет, мы не единственные в этом огромном мире. Как и у Солнца, многие звезды имеют свои планетарные системы. Весь вопрос в том, как обнаружить далекие планеты, если расстояния даже в пределах нашей галактики превышают продолжительность существования любой разумной цивилизации. Время во Вселенной измеряется другими критериями. Планеты со своими спутниками, самые мелкие объекты во Вселенной. Количество подобных объектов не поддается исчислению. Каждая из тех звезд, которые находятся в видимом диапазоне, могут иметь собственные звездные системы. В наших силах увидеть только самые ближайшие к нам существующие планеты. Что происходит по соседству, какие миры существуют в других рукавах Млечного Пути и какие планеты существуют в других галактиках, остается загадкой.

Kepler-16 b — экзопланета у двойной звезды Kepler-16 в созвездии Лебедь

Заключение

Имея только поверхностное представление о том, как появилась и как эволюционирует Вселенная, человек сделал лишь маленький шаг на пути постижения и осмысливания масштабов мироздания. Грандиозные размеры и масштабы, с которыми ученым приходится сегодня иметь дело, говорят о том, что человеческая цивилизация — лишь мгновение в этом пучке материи, пространства и времени.

Модель Вселенной в соответствии с понятием присутствия материи в пространстве с учетом времени

Изучение Вселенной идет от Коперника и до наших дней. Сначала ученые отталкивались от гелиоцентрической модели. На деле оказалось, что космос не имеет реального центра и все вращение, движение и перемещение происходит по законам Вселенной. Несмотря на то, что существует научное объяснение происходящим процессам, вселенские объекты распределены на классы, виды и типы, ни одно тело в космосе не похоже на другое. Размеры небесных тел примерны, так же как и их масса. Расположение галактик, звезд и планет условно. Все дело в том, что во Вселенной нет системы координат. Наблюдая за космосом, мы делаем проекцию на весь видимый горизонт, считая нашу Землю нулевой точкой отсчета. На самом деле мы только микроскопическая частичка, затерявшаяся в бесконечных просторах Вселенной.

Вселенная – это субстанция, в которой все объекты существуют в тесной привязке к пространству и времени

Аналогично привязки к размерам, следует рассматривать время во Вселенной, как главную составляющую. Зарождение и возраст космических объектов позволяет составить картину рождения мира, выделить этапы эволюции мироздания. Система, с которой мы имеем дело, тесно связана временными рамками. Все процессы, протекающие в космосе, имеют циклы — начало, формирование, трансформацию и финал, сопровождающийся гибелью материального объекта и перехода материи в другое состояние.

warways.ru

5 Структура Вселенной

Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.

Метагалактика представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределением в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

Согласно современным представлениям, для Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данных астрономических наблюдений, показавших, что галактики распределены не равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того, найдены огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик пока не обнаружено. Пространственной моделью такой структуры может служить кусок пемзы, которая неоднородна в небольших выделенных объемах, но однородна в больших объемах.

Если брать не отдельные участки Метагалактики, а ее крупномасштабную структуру в целом, то очевидно, что в этой структуре не существует каких-то особых, чем-то выделяющихся мест или направлений и вещество распределено сравнительно равномерно.

Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование ее структуры приходится на период, следующий за разъединением вещества и излучения. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15 млрд. лет. Ученые считают, что, по-видимому, близок к этому и возраст галактик, которые сформировались на одной из начальных стадий расширения Метагалактики.

Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.

По форме галактики условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Эллиптические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – Млечный путь.

Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.

Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики.

В строении «правильных» галактик очень упрощенно можно выделить центральное ядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в форме эллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркие звезды и массивные газовые облака.

Ядра галактик проявляют свою активность в разных формах: в непрерывном истечении потоков вещества; в выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечных масс; в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области.

В ядре галактики сосредоточены самые старые звезды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.

Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным образом: вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.

Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч – самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами.

Огромное значение имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвездной средой, включая проблему непрерывного образования звезд из конденсирующейся диффузной (рассеянной) материи.

Рождение звезд происходит в газово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило, начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и с низкой температурой, к звездам – плотным плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.

В недрах звезд при температуре порядка 10 млн. град, и при очень высокой плотности атомы находятся в ионизированном состоянии: электроны почти полностью или абсолютно все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения являются источником колоссального количества энергии, уносимой излучением звезд.

Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд. Те же силы, которые высвобождаются при взрыве водородной бомбы, образуют внутри звезды энергию, позволяющую ей излучать свет и тепло в течение миллионов и миллиардов лет за счет превращения водорода в более тяжелые элементы, и прежде всего в гелий. В итоге на завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы – так называемые кратные системы состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых кратных систем окружены общей оболочкой диффузной материи, источником которой, по-видимому, являются сами звезды, выбрасывающие ее в пространство в виде мощного потока газа.

Звезды объединены также в еще большие группы – звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления – многие сотни тысяч.

Ассоциации, или скопления звезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца. Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Большинство спутников планет (их лун) вращается в том же направлении и в большинстве случаев в экваториальной плоскости своей планеты. Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая. Принимая во внимание закономерности строения Солнечной системы, кажется невозможным ее случайное образование.

О механизме образования планет в Солнечной системе также нет общепризнанных заключений. Солнечная система, по оценкам, образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце – звезда второго (или еще более позднего) поколения. Таким образом, Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений, скапливавшихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает основание назвать Солнечную систему малой частью звездной пыли. О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо для построения теории планетообразования. От первых научных гипотез, выдвинутых примерно 250 лет назад, до наших дней было предложено большое число различных моделей происхождения и развития Солнечной системы, но ни одна из них не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории. Большинство из выдвигавшихся ранее гипотез сегодня представляет лишь исторический интерес.

Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П.С. Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга.

Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Началом следующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотеза английского физика и астрофизика Дж.X. Джинса. Он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой теории.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы. В соответствии с современными представлениями, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав таким образом системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

studfiles.net

Что такое вселенная краткий ответ

 

Что такое Вселенная?

И.Л.Генкин

 

«… там, за горизонтом.»

Р.Рождественский

Вселенная, мир, космос — что означают эти слова? Не синонимы ли это? Конечно же, синонимы. Но, как и большинство синонимов, область их употребления неодинакова или не всегда одинакова, а потому у каждого имеются свои дополнительные оттенки. Ниже мы будем говорить о сути терминов, и это является главной целью написания данной статьи, но сначала все же стоит немного углубиться в происхождение слов.

В газетах можно прочесть об открытии и работе совещания по мировым ценам на нефть, но было бы странно, если бы обсуждались «вселенские» цены. С другой стороны, в тех же газетах можно встретить эти синонимы в связи с определенными церковными проблемами. Из перечисленных, слово мир употребляется наиболее широко и чаще всего в чисто земных, даже житейских смыслах. Так, выражение «во всем мире» эквивалентно другому — «на всем белом свете» . Кстати, в английском языке Новый свет (т. е. Америка) пишется the New World, т. е. Новый Мир, а «тот свет» — the next or the other world, т. е. «мир иной» , как иногда говорим и мы. Ниже нам еще придется обращаться к словарям, поскольку личные симпатии или взгляды авторов кому-то могут показаться неубедительными.

Слово мир употребляется также в смысле «совокупность, область интересов или изучения» . Так, мы говорим «мир элементарных частиц» , «мир фантазий» , «мир занимательных фактов» . Из этих выражений первое имеет уже не бытовой, а научный оттенок. В физике различают понятия микромир и макромир — соответственно как область физических исследований микрочастиц и привычных нам объектов природы, с которыми обычно сталкивается человек. В последние десятилетия широко употребляется термин мегамир для удаленных от нас объектов физического мира, недоступных прямому физическому эксперименту, но изучаемых лишь с помощью наблюдений (с соответствующей теоретической интерпретацией, которая, естественно, необходима и при изучении объектов микро- и макромира). Можно представить себе, что в сверхбольших масштабах астрофизики столкнутся с принципиально новыми физичеcкими законами, или необычными проявлениями старых, или же, наконец, с мирами иных пространственно-временных соотношений (размерностью, топологическими свойствами и т. п.). Для такого гипотетического мира уже готово несколько названий (инфрамир, Метавселенная). Нам кажется наиболее подходящим термин К.Х.Рахматулина гипермир, поскольку он стоит этимологически и системно как раз в ряду других подобных понятий. Соответственно, для мира сверхмалых масштабов Рахматулин предлагает термин гипомир, в котором можно себе представить неметрическое пространство, квантованное время и т. п. особенности, которые пока не обнаружены, но о возможности существования которых говорят не так уж и редко. Добавим, что сами понятия «малое» и «большое» тоже требуют здесь анализа, поскольку в неметрических пространствах они могут иметь другой смысл или не иметь его вообще!

Будем считать (за невозможностью сделать сейчас что-то другое), что с термином мир мы разобрались. Слово «вселенная» возникло как калька греческого термина «ойкумена» , т. е. заселенная земля (вспомним народную песню «Всю-то я вселенную проехал» ). Уже здесь видна его первоначальная равнозначность выражению «весь свет» или «мир» . Но такое понимание вселенной давно устарело. Любопытно, что Советский энциклопедический словарь (СЭС) и английская энциклопедия Хатчинсона для термина «вселенная» дают дословно совпадающие определения — «весь существующий материальный мир…» Можно привести для сравнения немецкий эквивалент das Weltall, чешский Vesmir и др. Но вообще в европейских языках дополнительно и преимущественно используют латинский термин «универсум» , тоже означающий «все сущее» . Отметим нюанс. Как астрономический объект в последние годы слово Вселенная пишут с большой буквы. Вслед за А.М.Мостепаненко, А.Турсуновым и другими мы под Вселенной будем понимать совокупность физических и астрономических уровней организации материи, так сказать, физический «срез» мира. За словом же «мир» оставим скорее философское значение, включающее и другие возможные «срезы» .

Обратим внимание на слово «существующий» в определении вселенной (или Вселенной). Казалось бы, это слово должно быть всем понятным, если использовано в определении основного термина.

На самом деле мы здесь встречаемся с очередными «сепульками» *. Углубление в этимологию и онтологию приводят нас к выходу на более сложные понятия — «бытие» , «объективная реальность» , «материя» и т. д. Проблеме существования посвящена обширная литература (Например [2-5]). Мы также посвятим этой проблеме оставшуюся часть статьи. Однако пока вернемся к терминологии, имея в виду, что мы не разъяснили понятие «космос» . В греческом языке это слово означало порядок, красивый строй и т. д. Закономерное движение светил входило в это понятие. Таким образом, с одной стороны, космос противопоставлялся хаосу, с другой — плохо устроенной Земле. Впоследствии греческий космос стал считаться эквивалентом латинского «универсум» . В античной философии использовался также термин макрокосм как эквивалент универсума и микрокосм (не микромир!) — для человека как отражения символа макрокосма Вселенной. Подробное рассмотрение увело бы нас слишком далеко от целей и темы настоящей статьи. Интересующихся можно отослать к книге А.Турсунова [1] и специальным философским изданиям (статья [6] и др.).

Вопрос о существовании тесно связан с вопросом о познаваемости. Существуют даже специальные теории познания — гносеология или эпистемология. Мы разделяем точку зрения, согласно которой разум может с течением времени, в принципе, познать любые, пока еще не познанные вещи и явления. Но чей разум? Представим себе часть Вселенной, с которой мы не можем обмениваться информацией в силу каких-то ограничений на распространение сигналов. В тех частях Вселенной могут жить разумные, познающие мир существа. Но мы никогда не получим сведений от этой части мира, и сам вопрос о ее существовании или несуществовании не может быть решен всей мощью разума нашей части Вселенной. Здесь в принципе не работает критерий истины — практика наших возможностей.

В качестве простейшего примера напомним о мирах иного, чем наш, числа измерений. Для наглядности можно воспользоваться неоднократно применявшимся А.Пуанкаре рассмотрением двумерного мира, населенного разумными двумерными существами. Такой мир мог бы существовать (только в воображении) независимо от дополнительного, им недоступного, третьего пространственного измерения. Например, сила взаимодействия между двумя электронами, находящимися в плоскости, убывала бы обратно пропорционально первой степени расстояния, если бы третьего измерения не было и весь пучок силовых линий был сосредоточен в плоскости. В случае реального существования третьего измерения сила притяжения в плоскости была бы лишь некоторой проекцией закона Кулона на плоскость. Очевидно и мы, трехмерные существа, из факта существования закона Кулона можем сказать, что иных пространственных измерений (макроскопических!) нет.

Эти рассуждения Пуанкаре достаточно много критиковались [7], поскольку можно себе представить и более сложные геометрию и физику, в которых дальнодействующие силы проявляют себя лишь в подпространстве трех измерений, в других же проявляют себя как-то иначе или совсем не проявляют. Есть даже пример, подтверждающий такую возможность. Силы между кварками не убывают при их растаскивании (по некоторым данным даже растут!), что означает одномерность пучка силовых линий. Разумеется, этот пример не очень убедителен. Не исключено, что в случае с кварками мы вторгаемся в гипомир с его совсем иными, пока совершенно неизвестными нам закономерностями. Тем не менее, возможность нестандартных ситуаций, о которых Пуанкаре лишь подозревал, сейчас достаточно вероятна.

Возвращаясь к двумерным существам в стандартном макроскопическом подходе, подчеркнем принципиальную невозможность установить физическими приборами их связь с жителями параллельной плоскости. Двумерные существа, будучи соответствующим образом искривленными, могли бы жить на искривленной поверхности, например на сфере, центр которой недоступен для наблюдений их двумерными приборами. Они могли бы построить модель Вселенной как целого, безграничную, но конечную, т. е. содержащую конечное количество квадратных километров. Модель охватывала бы все, доступное их чувствам и физическим приборам, но с точки зрения сверхнаблюдателя их мир — лишь часть чего-то более обширного. Очевидно, вопрос, интересующий «двумерок» , состоит в том, можно ли считать внутренность сферы с центром и охватывающее сферу внешнее пространство реально существующими, если до сих пор они себя никак не проявляли в сферическом мире и, может быть, никогда и не проявят? Нарисованная картина без особых проблем может быть перенесена и на трехмерные сферы, находящиеся в пустом (а пустом ли?) неискривленном (или даже искривленном) пространстве большего числа измерений.

Как известно, масса и электрический заряд полностью замкнутого трехмерного мира равны нулю для гипотетического внешнего наблюдателя, находящегося в другом трехмерном подпространстве. Это значит, что находящиеся в многомерном пространстве трехмерные сферы, населенные подобными нам разумными существами, не только не имеют возможности связаться друг с другом, но с точки зрения многомерного наблюдателя вообще не взаимодействуют — во всяком случае, с помощью сил гравитации или электромагнитных.

Еще раз скажем, что замкнутые миры вполне реальны для своих жителей. Но имеем ли мы право считать их существующими, реальными для нас, если они, по существу, «вымышлены» . Возможность таких домыслов безгранична. Принцип «бритвы Оккама» диктует нам остановиться и не заниматься химерами нашего воображения. Но… джин сомнений выпущен из бутылки и загнать его туда обратно можно лишь с помощью хитрости. Кажется, мы не достаточно хитры, чтобы это сделать, и не достаточно умны, чтобы решить вопрос окончательно. И природа самого мира может быть такой, что мы, в принципе, в этом отношении не поумнеем, поскольку всегда останемся трехмерными.

В принципе, есть возможность узнать о существовании таких миров случайно, если при относительном движении и (или) расширении произойдет их столкновение и взаимное проникновение. Мы не знаем, возможно ли это в принципе (известно, что два электрона не могут столкнуться так, чтобы произошло их разрушение). Но если объединение двух пространств произойдет, это приведет, как минимум, к нарушению закона сохранения энергии в каждой из частей в макроскопических масштабах. Появление дополнительных масс вещества «ниоткуда» (и внезапно!) может привести к самым неожиданным следствиям в зависимости от масштабов и места явления. Вспоминаются идеи Джинса о поступлении вещества в центры галактик из миров других измерений и гипотеза Хойла о возникновении в нашей Вселенной «из ничего одного атома водорода в кубическом метре за 10⁶ лет» . Хойловское «из ничего» могло бы быть завуалированным «из другой вселенной» , трехмерное пространство которой практически соприкасается с нашим пространством.

Космология Хойла, кажется, не подтверждается данными наблюдений. Но это могло бы быть и не так? Все же пока честнее будет сказать, что достаточных свидетельств нарушения законов сохранения мы не имеем…

Выше была рассмотрена ситуация с гипотетическими пространственными измерениями (макроскопическими), поскольку проблема числа измерений в микромире сейчас актуальна, широко обсуждается, но пока окончательно не решена. Рассмотрим более простую задачу об устройстве нашего трехмерного пространства. В настоящее время разработано большое число моделей Вселенной как целого. Напомним о том, что в 1917 году В. де Ситтер построил стационарную, но нестатическую модель Вселенной, которая, как оказалось, может описывать ситуацию в нестационарном мире. Считают, что до фридмановской стадии расширения была кратковременная (может быть, и не одна) стадия сверхбыстрого «раздувания» , причем свойства мира в это время лучше всего описываются именно де-ситтеровской моделью. Топологические особенности при расширении не изменяются, поэтому данная модель может иметь отношение и к ситуации нынешнего дня.

В модели де Ситтера свойства пространства остаются одинаковыми с течением времени, но находящиеся в нем галактики разбегаются под действием дополнительных космологических сил. Модель устроена так, что темп течения времени зависит от расстояния до наблюдателя. В наиболее удаленных точках время вообще останавливает свой ход — там находится горизонт видимости, который лучи света преодолеть не могут (с нашей точки зрения). Локально скорость света везде и всегда одинакова и равна 300 000 км/с. Что находится за горизонтом? Де Ситтер считал свою модель эллиптической. В этом случае горизонт — это наиболее удаленная от нас поверхность. Сейчас в космологии обычно рассматривают сферическую топологию. У трехмерной сферы в четырехмерном пространстве нет наиболее удаленной поверхности, но есть наиболее удаленная точка на расстоянии R, где R — радиус кривизны.

Расстояние до горизонта вдвое меньше. Таким образом, горизонт, как экватор, делит сферическое пространство на две части, мегадубликаты друг друга. Объем каждой из частей равен ²R³.

Не нужно думать, что на горизонте имеется какая-то физическая особенность. Находящийся там наблюдатель определит свой горизонт как поверхность, проходящую через нас. Наше время покажется ему остановившимся: вселенная де Ситтера однородна и изотропна и из любого места выглядит одинаково. Удаляясь от нас, житель горизонта попадет в недоступную нашему изучению половину сферического мира. Если же мир эллиптичен, наблюдатель, пройдя горизонт, начнет к нам приближаться. Локальные метрические свойства (“метрика» ) обоих миров совершенно одинаковы, но глобальные (“топология» ), как видим, совершенно различны. На обычной двумерной сфере связка меридианов в районе одного полюса повторяет картину вблизи другого. В эллиптической геометрии меридианы пересекаются только один раз, расходясь веером в разные стороны. Каждый меридиан (вдвое более короткий, чем на сфере при том же R) имеет свою наиболее удаленную точку, совокупность которых образует наиболее удаленную окружность — экватор. Трехмерную аналогию построить и представить труднее, но теоретический анализ эллиптического мира в ряде отношений проще, чем сферического. Мнение самого де Ситтера об эллиптичности своей модели мира, по существу, основано именно на соображениях простоты. В действительности мы вновь столкнулись с проблемой выбора при отсутствии реальных механизмов или физических способов решения задачи!

Однако проблема оказалась еще запутаннее. Для описания раздувания Вселенной в дофридмановскую эру вводят нестационарную, сопутствующую разбегающемуся веществу (в эту эпоху ни галактик, ни звезд еще не было) систему отсчета. В этой системе пространство оказывается бесконечным, хотя целиком заключено внутри горизонта мира де Ситтера! Этот результат был получен в 1959 г. А.Л.Зельмановым задолго до появления теории раздувания. Очевидно, с точки зрения движущихся наблюдателей говорить о пространстве «за горизонтом» не имеет смысла! И все же: что там за бесконечностью, куда отодвигается де-ситтеровский горизонт в сопутствующих координатах? (В сопутствующих координатах есть свой горизонт, но смысл его несколько иной, чем у де-ситтеровского).

Сходная ситуация с горизонтом проявляется в популярной сейчас проблеме черных дыр (ЧД). Коллапс массивных звезд, неизбежно наступающий после исчерпания в них ядерных источников энергии, приводит к появлению объекта сверхвысокой плотности, в окрестностях которого напряженность гравитационнного поля невероятно велика. Она вообще стремится к бесконечности, если радиус звезды приближается к некоторому критическому значению, т. н. гравитационному радиусу (r_g). Согласно общей теории относительности (ОТО), на сфере радиуса r_g время с точки зрения удаленного неподвижного наблюдателя останавливается. Соответственно, останавливаются все другие физические процессы. Коллапсирующая звезда как бы застывает на этой стадии сжатия. Ее поверхность становится невидимой по причине того, что кванты уходящего света формально имеют «нулевую энергию» , что соответствует волнам бесконечно большой длины. Такая поверхность является горизонтом видимости или горизонтом событий (эти два понятия в данном случае совпадают; в ОТО эта поверхность называется также — иногда, но весьма неудачно — сферой Шварцшильда), а в целом область под горизонтом и является черной дырой. Квантовые эффекты, на существенную роль которых обратил внимание С.Хокинг, приводят к появлению слабого излучения и потока частиц от ЧД, так что не так уж она и невидима. По-видимому, квантовое дрожание поверхности ЧД может привести к захвату вещества в непосредственной окрестности от горизонта, в результате чего внешний наблюдатель вместо застывшей звезды «увидит» лишь голый горизонт. Такой (пока гипотетический) объект тоже называют ЧД. В определенном смысле он является аналогом материальной точки ньютоновской физики и, как в последней, можно поставить вопрос о его реальном существовании. Теоретически конструкция с горизонтом, находящимся в пустом пространстве и окружающем некоторую массу в точке r=0, в ОТО изучена, за исключением «самой малости» — не только физического, но и чисто механического состояния движения самого центрального объекта.

Замедление, а потом и остановка падения вещества звезды отсутствуют для свободно падающего наблюдателя. Он и его окружение за конечное собственное время достигают горизонта. Если падение началось с расстояния 1,5r_g, то его продолжительность равна приблизительно 2r_g/c.

Другими словами, средняя скорость движения составляет четверть скорости света. А непосредственно к сфере наблюдатель подлетает как раз со скоростью света, если падает с достаточно большого расстояния.

Что произойдет с наблюдателем после пересечения горизонта? Ответ на этот вопрос зависит от верности или неверности наших представлений о структуре внутренностей черной дыры. К сожалению, нам здесь не обойтись без небольшого экскурса в область используемых координатных систем. Чаще других в литературе встречается координатная система, которую мы будем называть стандартной, где за основу берется условие, чтобы любая сфера, описанная вокруг центрального (притом единственного в достаточно большой окрестности) сферически симметричного тела или материальной точки, имела величину поверхности, равную 4r², как в эвклидовой геометрии. Из-за кривизны пространства радиальное расстояние r не является действительным расстоянием до центра симметрии. Это, как говорят, просто некоторая координата, дающая возможность операций с различно расположенными геометрическими и физическими объектами. Реальное расстояние может быть определено с помощью несколько громоздкой процедуры. А именно: измеряют время распространения света от одной точки до другой и обратно, после чего полусумму этих времен умножают на скорость распространения сигнала, т. е. света. Учитывается, если нужно, кривизна пространства на всем пути движения светового сигнала. Очевидно, указанная процедура возможна лишь в стационарных системах отсчета. В нестационарных же понятие об определенном расстоянии между телами теряет четкий смысл. В нашем случае с единичной сферически-симметричной массой система стандартных координат стационарна. Но любая точка внутри горизонта событий не может послать сигнал наружу. Поэтому процедура измерения расстояний до точек внутри черной дыры неизбежно связана с какими-то дополнительными допущениями, в частности, она зависит от интерпретации наблюдений. В теоретических исследованиях реальное, инвариантное относительно преобразований координат, радиальное расстояние определяют, умножая величину r на некоторый метрический фактор. При этом оказывается, что dl>r₂-r₁, если точки находятся вне горизонта. Внутри горизонта в стандартных координатах метрический фактор оказывается величиной мнимой, что выражает факт отсутствия реальной процедуры измерения там длин (как, впрочем, и времен). Можно определить расстояние внешнего наблюдателя от горизонта, но не от центра симметрии. Тем не менее, формально радиальная координата отсчитывается от центра, где она равна нулю, до r_g=2GM/c² на горизонте. Время падения наблюдателя, измеренное по часам, падающим вместе с ним, равно приблизительно r_g/c.

Помимо стандартных широко используют так называемые изотропные координаты. Их продолжение внутрь таково, что при движении к центру величина поверхности сфер не уменьшается, а увеличивается. Горизонт при этом является сферой с минимальной величиной поверхности. Вообще область r < r_g в этой координатной системе оказывается определенном смысле вывернутым дубликатом области r>r_g.

Попадая внутрь сферы радиуса r_g (который численно здесь вчетверо меньше, т. е. равен GM/2c²), падающее тело начинает двигаться с замедлением, затем останавливается, не достигнув точки r=0, и начинает двигаться обратно. После вторичного пересечения сферы тело падает не в прежнее внешнее пространство, а в новый лист многосвязного пространства. Трудно понять причины такого поведения, не очень верится в многосвязность пространства. Тем не менее, решение найдено, и оно совсем не похоже на решение в стандартных координатах. Существует метрика Пенлеве, в которой вообще нет координат, меньших некоторого r_min, в том числе — соответствующих внутренности горизонта. Как и в космологии, ОТО дает нам здесь целый набор решений, удовлетворяющих уравнениям поля, но смысл их не очевиден. Может быть, некоторые из решений попросту нефизичны. Может быть, все решения или несколько описывают разные возможные физические реальности. Уравнения Эйнштейна записаны так, что они справедливы в любой координатной системе. Но все ли системы действительно имеют смысл? В ньютоновской физике и эвклидовой геометрии такие вопросы почти не возникают. Все же нам хотелось бы продемонстрировать на простых примерах возможность нестандартных ситуаций. Рассмотрим обычные полярные координаты (r, v). Оставив угловую v неизменной, заменим радиальную на новую. Пусть r₁=r+ln(r-1). При больших r и r₁ логарифмом можно пренебречь, так что обе координаты близки друг другу. При r=1,28 имеем начало координат новой системы, r₁=0. А в интервале 1

a-viptravel.ru

Что такое Вселенная? Строение Вселенной. Самая яркая галактика во Вселенной :: SYL.ru

Племя бошонго в центральной Африке верит, что издревле была только темнота, вода и великий бог Бумба. Однажды Бумбу так болел, что его вырвало. И так появилось Солнце. Оно высушило часть великого Океана, освободив заточенную под его водами землю. Наконец, Бумбу вырвало луной, звездами, а затем на свет появились некоторые животные. Первым стал леопард, за ним – крокодил, черепаха и, наконец, человек. Сегодня же мы поговорим о том, что такое Вселенная в современном представлении.

Расшифровка понятия

Вселенная – грандиозное, непостижимых размеров пространство, заполненное квазарами, пульсарами, черными дырами, галактиками и материей. Все эти компоненты находятся в постоянном взаимодействии и формируют наше мироздание в том виде, каким мы его себе представляем. Нередко звезды во Вселенной находятся не поодиночке, а в составе грандиозных скоплений. В некоторых из них может быть несколько сотен, а то и тысяч такого рода объектов. Астрономы говорят, что небольшие и средние скопления («лягушачья икра») образовались совсем недавно. А вот шаровидные образования – древние и очень древние, «помнящие» еще первичный космос. Вселенная таких образований содержит много.

Общие сведения о строении

Звезды и планеты образуют галактики. Вопреки распространенному мнению, системы галактик чрезвычайно подвижны и практически все время перемещаются в пространстве. Звезды – также величина непостоянная. Они зарождаются и погибают, превращаясь в пульсары и черные дыры. Наше Солнце – звезда «среднего пошиба». Живут такие (по меркам Вселенной) очень мало, не более 10-15 миллиардов лет. Конечно же, во Вселенной существуют миллиарды светил, по своим параметрам напоминающим наше солнце, и столько же систем, походящих на Солнечную. В частности, поблизости от нас располагается Туманность Андромеды.

Вот что такое Вселенная. Но все далеко не так просто, так как существует грандиозное количество тайн и противоречий, ответов на которые пока что нет.

Некоторые проблемы и противоречия теорий

Мифы древних народов о создании всего сущего, как многие другие до и после них, пытаются ответить на вопросы, которые всех нас интересуют. Почему мы здесь, откуда взялись планеты Вселенной? Откуда мы произошли? Конечно, более-менее внятные ответы мы начинаем получать только сейчас, когда наши технологии достигли определенного прогресса. Впрочем, за всю историю человека нередко встречались те представители людского племени, которые сопротивлялись идее того, что Вселенная вообще имела начало.

Аристотель и Кант

Например, Аристотель, самый известный из греческих философов, полагал, что “происхождение Вселенной” – термин неправильный, так как существовала она всегда. Что-то вечное более совершенно, чем что-то создаваемое. Мотивация для веры в вечность Вселенной была проста: Аристотель не желал признавать существование какого-то божества, которое бы могло ее создать. Разумеется, его противники в полемических спорах как раз-таки приводили пример создания Вселенной как свидетельство существования высшего разума. Канту долгое время не давал покоя один вопрос: «Что было перед тем, как возникла Вселенная?» Он чувствовал, что все теории, которые существовали на то время, имели множество логических противоречий. Ученым была разработана так называемая антитеза, которую до сих пор используют некоторые модели Вселенной. Вот ее положения:

• Если Вселенная имела начало, то почему она выжидала вечность перед своим возникновением?
• Если Вселенная вечна, то почему в ней вообще существует время; для чего вообще нужно отмерять вечность?

Конечно, для своего времени он задавал более чем правильные вопросы. Вот только сегодня они несколько устарели, но некоторые ученые, к величайшему сожалению, продолжают руководствоваться именно ими в своих исследованиях. Конец метаниям Канта (точнее, его продолжателей) положила теория Эйнштейна, проливающая свет на строение Вселенной. Чем же она так поразила научное сообщество?

Точка зрения Эйнштейна

В его теории относительности пространство и время больше не были Абсолютными, привязанными к какой-то точке отсчета. Он предположил, что они способны к динамическому развитию, которое определяется энергией во Вселенной. Время по Эйнштейну настолько неопределенно, что нет особой необходимости в его определении. Это походило бы на выяснение направления к югу от Южного полюса. Довольно бессмысленное занятие. Любое так называемое «начало» Вселенной было бы искусственно в том смысле, что можно было бы попытаться рассуждать о более «ранних» временах. Проще говоря, это проблема не столько физическая, сколько глубоко философская. Сегодня ее решением занимаются лучшие умы человечества, которые неустанно думают про образование первичных объектов в космическом пространстве.

Сегодня наиболее распространен позитивистский подход. Проще говоря, мы осмысляем само строение Вселенной так, как можем его представить. Ни у кого не получится спросить, является ли используемая модель истинной, нет ли других вариантов. Ее можно считать удачной, если она достаточно изящна и органически включает в себя все накопленные наблюдения. К сожалению, мы (скорее всего) неправильно интерпретируем некоторые факты, пользуясь искусственно созданными математическими моделями, что в дальнейшем приводит к искажению фактов об окружающем нас мире. Думая о том, что такое Вселенная, мы упускаем из виду миллионы фактов, которые пока еще попросту не открыты.

Современные сведения о возникновении Вселенной

«Средневековье Вселенной» — эра темноты, существовавшей перед появлением первых звезд и галактик.

Именно в те загадочные времена образовались первые тяжелые элементы, из которых созданы мы и весь окружающий нас мир. Теперь исследователи разрабатывают первичные модели Вселенной и методы для исследования тех явлений, которые происходили в то время. Современные астрономы говорят, что Вселенной примерно 13,7 миллиардов лет. Перед возникновением Вселенной космос был столь горячим, что все существовавшие атомы были разделены на положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Эти ионы блокировали весь свет, не давая ему распространяться. Царила Тьма, конца и края которой не было.

Первый свет

Спустя приблизительно 400 000 лет после Большого взрыва пространство остыло достаточно, чтобы разрозненные частицы смогли объединиться в атомы, образовав планеты Вселенной и… первый свет в космосе, отголоски которого до сих пор известны нам в качестве «светового горизонта». Что было до Большого взрыва, мы до сих пор не знаем. Возможно, тогда существовала какая-то иная Вселенная. Быть может, не было ничего. Великое Ничто… Именно на этом варианте настаивают многие философы и астрофизики.

Текущие модели предполагают, что первые галактики Вселенной начали формироваться спустя приблизительно 100 миллионов лет после Большого взрыва, положив начало нашему мирозданию. Процесс формирования галактик и звезд постепенно продолжался, пока большая часть водорода и гелия не была включена в состав новых солнц.

Тайны, ждущие своего исследователя

Существует много вопросов, ответить на которые могло бы помочь исследование первоначально происходивших процессов. Например, когда и как возникли чудовищно большие черные дыры, замеченные в сердцах фактически всех больших скоплений? Сегодня известно, что Млечный путь имеет черную дыру, вес которой составляет приблизительно 4 миллиона масс нашего Солнца, а некоторые древние галактики Вселенной имеют в своем составе черные дыры, размеры которых вообще сложно представить. Наиболее огромным является образование в системе ULAS J1120+0641. Ее черная дыра имеет вес, в 2 миллиарда раз превышающий массу нашего светила. Эта галактика возникла спустя только 770 миллионов лет после Большого взрыва.

В этом и заключается главная загадка: согласно современным представлениям, столь массивные образования просто бы не успели возникнуть. Так как они сформировались? Каковы «семена» этих черных дыр?

Темная материя

Наконец, темная материя, из которой, по мнению многих исследователей, на 80% состоит космос, Вселенная, до сих пор является «темной лошадкой». Мы до сих пор не знаем, какова природа темной материи. В частности, вызывает много вопросов ее строение и взаимодействие тех элементарных частиц, из которых состоит это таинственное вещество. Сегодня мы предполагаем, что ее составные части друг с другом практически не взаимодействуют, в то время как результаты наблюдений за некоторыми галактиками этому тезису противоречат.

О проблеме происхождения звезд

Другая проблема – вопрос о том, на что походили первые звезды, из которых образована звездная Вселенная. В условиях невероятного тепла и при чудовищном давлении в ядрах этих солнц относительно простые элементы, такие как водород и гелий, преобразовывались, в частности, в углерод, на котором основана наша жизнь. В настоящее время ученые считают, что самые первые звезды были во много раз больше солнца. Возможно, они жили всего пару сотен миллионов лет, а то и меньше (вероятно, именно так и образовались первые черные дыры).

Впрочем, некоторые из «старожилов» вполне могут существовать и в современном космосе. Они наверняка были очень бедны в отношении тяжелых элементов. Быть может, некоторые из этих образований могут до сих пор «скрываться» в ореоле Млечного пути. Эта тайна также до сих пор не открыта. С такими казусами приходится встречаться всякий раз, отвечая на вопрос: «Так что такое Вселенная?» Для исследования первых дней после ее возникновения чрезвычайно важен поиск наиболее ранних звезд и галактик. Естественно, что наиболее древними наверняка являются те объекты, которые располагаются на самом краю светового горизонта. Проблема только в том, что до тех мест могут дотянуться только наиболее мощные и сложные телескопы.

Огромные надежды исследователи возлагают на космический телескоп Джеймса Уэбба. Этот инструмент призван дать ученым ценнейшие сведения о первом поколении галактик, которые сформировались сразу после Большого взрыва. Изображений этих объектов в приемлемом качестве практически нет, так что великие открытия все еще впереди.

Удивительное «светило»

Все галактики распространяют свет. Какие-то образования светят сильно, какие-то отличаются умеренным «освещением». Но существует самая яркая галактика во вселенной, интенсивность свечения которой не похожа ни на что другое. Ее имя – WISE J224607.57-052635.0. Располагается эта «лампочка» на расстоянии целых 12,5 миллиардов световых лет от Солнечной системы, а светит она, как 300 триллионов Солнц разом. Заметим, что подобных образований на сегодняшний день существует около 20, причем не следует забывать о понятии «светового горизонта».

Проще говоря, со своего места мы видим только те объекты, образование которых произошло около 13 миллиардов лет тому назад. Дальние области недоступны взору наших телескопов просто потому, что свет оттуда банально не успел дойти. Так что в тех краях наверняка существует что-то аналогичное. Вот какая самая яркая галактика во Вселенной (точнее, в ее видимой части).

www.syl.ru

Из чего состоит Вселенная? Что такое Вселенная?

Как понятно сформулировать для детей, из чего состоит Вселенная? А как объяснить это взрослым? Да и и правда, из чего сделан наш мир? Редко кто задумывается об этом в повседневной жизни, но если такая мысль все же пришла в голову, нужно обязательно найти объяснение! Ведь в этом – суть познания, стремление к удовлетворению любопытства, характерное человеческой природе. Кто-то убежден, что Вселенная состоит из энергии, другие скажут: из атомов, химических элементов, а третьи считают, будто бы Вселенная – это в первую очередь пустота. Кто прав? Попробуем разобраться!

Наука и жизнь

Отличительная особенность, присущая человеку с древних пор, – стремление к познанию окружающего мира. Поэтому уже множество веков самые просветлённые умы человечества ломают головы над тем, из чего состоит мир, в котором мы живем. Наука постепенно развивается, накапливается все больше информации, тем не менее загадок и по сей день гораздо больше, нежели известного нам об устройстве окружающего пространства. Так, предполагается, что Вселенная состоит из галактик, в то же время есть альтернативная теория «пузырей» – возможно, вселенных много, каждая следующая больше предыдущей. Так ли это? Вероятно, об этом узнают ученые через несколько веков.

Напрямую связаны вопросы о том, что составляет Вселенную и неясность наличия жизни на иных планетах, в других мирах. Вариантов ответа всего лишь два: или же где-то жизнь есть еще, или же ее нет – именно так сформулировал это Артур Кларк в своих популярных работах. В настоящий момент не удалось обнаружить признаков жизни, но ученые пока не располагают достаточным объёмом ресурсов, чтобы исследовать пространство на достаточно большом удалении от нашей планеты. Кто знает, возможно, в будущем окончательно будут развеяны убеждения в том, что Вселенная на 99 % состоит из пустоты, люди узнают больше и о строении пространства, и об особенностях формирования и развития жизни. Кто знает, может, мы встретим тех, кто похож на нас?

Вселенная: что вокруг нас?

Как удалось выяснить ученым, преимущественно окружающее нас пространство сформировано темной энергией, темной материей. Выясняя, из чего состоит материя Вселенной, ученые смогли подсчитать, что указанные выше сущности занимают порядка 95 % всего объема. А вот на какие элементарные частицы их можно было бы разделить, пока остается загадкой. Впрочем, в настоящее время есть много неподтвержденных теорий, авторы которых активно работают над своими вариантами. Предположительно спустя некоторое время загадка наконец-то найдет свое решение.

Вероятно, в некоторой степени ответ на этот опрос даст также и понимание того, как зародилась жизнь на нашей планете. И по сей день люди спорят, было ли это божественной волей или же эволюцией, спровоцированной случайным совпадением? Иные убеждены, что жизнь пришла на Землю с космическим метеоритом. Возможно, если мы узнаем больше о строении окружающего нас пространства, если разберемся, из чего состоит мир, Вселенная, то сможем сказать точно, как зародилась жизнь.

Современная физика: расширяя границы

Среднестатистический человек, тщательно подумав над тем, как объяснить кратко, из чего состоит Вселенная, скорее всего, припомнит школьный курс физики, где учили, что мир вокруг – это материя в одном из привычных состояний. Это может быть газ, жидкость, твердое тело или плазма. Но новейшие исследования в области физики показали, что подобная точка зрения слишком уж упрощённая, она далека от реальности.

Как говорят продвинутые физики нашего времени, вещество – это барионная материя. Термин применяют к такой субстанции, которая сформирована барионами, электронами. Под барионами принято понимать смесь нейтронов, протонов. При этом исследование барионов хоть и связано довольно тесно с познанием мира, так как Вселенная состоит из атомов, все же представляет собой отдельную специфическую дисциплину. Если же смотреть шире, сразу начинать с космических масштабов, то тут следует признать, что барионная материя – это такое вещество, которое для Вселенной совершенно обычно, типично, характерно. Именно оно формирует звезды и планеты, из него же состоит и наша Земля, а также все, что на ней присутствует: живое и неживое. Разбираясь, из чего состоит космос и Вселенная, необходимо понимать, что при наблюдении различных волн ученые занимаются исследованием именно барионной материи.

Темная материя существует

Приблизительно тридцатые годы прошлого столетия были периодом, когда ученые, исследуя, из чего состоит космос и Вселенная, доказали, что пространство расширяется. Впрочем, это знание дало гораздо больше вопросов, нежели ответов. По какой причине происходит расширение, ведь гравитационные силы должны ему противодействовать? Суммарная масса, определяемая тем, из каких объектов состоит Вселенная, в то же время должна контролировать и возможности расширения. В тот период ученые даже гипотетически не могли предположить, какую массу должна иметь Вселенная, чтобы стали допустимыми процессы, происходящие с ней. Невозможно представить и то, каким образом нужно распределить массу, чтобы добиться подобного эффекта.

Подобная спорная информация не только не дала четкого и точного ответа на вопрос о том, из чего состоит космос и Вселенная, но лишь породила множество раздоров. Только в 2011 г. Нобелевскую премию по физике присудили ученым, которые смогли наиболее показательно доказать, что Вселенная действительно расширяется. Кроме того, они же открыли темную энергию. Только с присуждением этой премии стало ясно, что научное сообщество примирилось с этим сложно объяснимым фактом, все-таки корректно описывающим происходящее вокруг нас. Сейчас ученые приблизительно знают, из чего состоит Вселенная: из темных материи, энергии. А вот суть этих явлений пока остается тайной за семью печатями.

Шаг за шагом – только вперед

Когда впервые ученые показали, что Вселенная способна расширяться, это задало вектор развития астрофизики на долгие годы. И все же ответы на поставленные в тот период вопросы не найдены и по сей день. Общее представление о том, из чего состоит Вселенная, общепринятая модель, построенная с учетом признания барионной материи, не дает корректного объяснения ни тем скоростям, с которыми могут вращаться галактики, ни расширению, которое должно гаситься гравитационным притяжением.

Пользуясь телескопом, человек видит галактические структуры. Но только лишь визуальное наблюдение того, из чего состоит Вселенная, не дает более-менее внушительного объема информации для объяснения закономерностей передвижения элементов. Единственное объяснение, которое смогли придумать несколько десятилетий тому назад, – это существование некоторой загадочной темной материи, которая должна располагаться в строго определенных местах Вселенной. Именно она могла бы быть причиной того аномального (с точки зрения известных закономерностей) поведения окружающего пространства. И все же доказать, из чего состоит Вселенная, оказалось очень непросто.

Темнота вокруг нас

Астрофизические эксперименты, приводимые в последние несколько лет, посвящены особенностям гравитации, в том числе явлению линзирования, отражающему, что электромагнитное излучение при распространении несколько искривляется. Предположительно свою роль в этом играют гравитационные поля, которыми обладают объекты в космосе. Информация, которую получили в ходе этих экспериментов, стала основной доказательной базой существования темной материи – предположительно ею наполнены скопления галактик.

Цифры и цифры

Как удалось приблизительно выяснить в ходе научных экспериментов, почти пять процентов Вселенной сформировано именно барионной материей, которую мы можем наблюдать, а вот темная материя – это едва ли не 27 процентов от всего общего объема. Последние чуть более 68 процентов приходятся на долю темной энергии. Это позволяет говорить, что темная энергия, материя суммарно дают более 95 процентов объема Вселенной.

Жутко? Возможно!

Как наглядно доказывают проведённые передовыми умами в области астрофизики расчеты, лишь только около пяти процентов окружающего нас пространства – это то, что может увидеть человек, вооружившись всей доступной ему в настоящее время техникой. А вот основная масса – это некое неизведанное темное вещество, нечто неописуемое, и данные о нем нам пока не открыты. Некоторые ученые прогнозируют, что в будущем выявится: барионная материя смешивается с темной, между ними возможно взаимодействие, частично объясняемое законами гравитации. Но пока основательной доказательной базы этим утверждениям составить не удалось.

Факты, описанные выше, у многих рождают не только любопытство, но и страх – действительно, картина создается удивительная и пугающая. Звезды, планеты, галактические скопления, окружающий нас мир и даже мы – это лишь небольшая доля Вселенной в сравнении с огромным, непознанным темным миром, о котором у нас нет представления даже в общих чертах.

Темная материя: что это?

В настоящее время термином «темная материя» в астрофизике принято обозначать такую материю, которая не имеет электромагнитных качеств, уловимых при применении доступной человечеству техники. Фактически она не испускает фотонов, то есть не является источником электромагнитного излучения и не может вступать с ними во взаимодействие (насколько это можно определить доступными нам средствами).

Тайна за тайной

Темная материя представляет собой действительно удивительное вещество, свойства которого таковы, что ни фиксировать, ни тем более исследовать их не представляется возможным на данном этапе развития человеческой цивилизации. Научные методики, применяемые в наши дни, также не позволяют дать внятного объяснения свойствам и особенностям темной материи, равно как и не позволяют сформулировать ее суть. С другой стороны, ученые выявили, что темной материи присуща масса, так как она является источником гравитационных эффектов. В то же время элементарных частиц, имеющих заряд, в структуре этого вещества нет.

Загадки без решения

О существовании некоторой неведомой силы ученые знали довольно давно, хотя и не было никаких официальных методов, способов доказать эту силу или описать ее особенности. Хороший наглядный пример – это два американских космических аппарата, запущенные в 1972 и 1983 гг. Они оба принадлежат к категории «Пионер» и полетели под порядковыми номерами десятый и одиннадцатый. Как показывали предварительные расчёты, в наше время оба этим аппарата уже должны были вылететь прочь из Солнечной системы, но в реальности их траектории изменились по непонятным причинам. При наблюдении за особенностями полета ученые смогли предположить, что есть некоторая неопределенная, необъяснимая, неизвестная нам сила, которая не позволяет аппаратам покинуть Солнечную систему.

Что один, что второй космический аппарат повторили одну и ту же траекторию, и это несмотря на одиннадцатилетний временной промежуток между ними и использование во второй машине более совершенных систем, средств и способов связи и обеспечения движения. По мнению многих современных учёных, «Пионеры» наглядно показывают, насколько велико влияние темной материи, в том числе и в той звездной системе, в которой посчастливилось зародиться нашей цивилизации.

Темная материя: есть ли разница?

В настоящее время некоторые астрофизики высказывают предположения о том, что составные элементы темной материи – это нейтроны, протоны, то есть суть неизвестного нам вещества точно такая же, как и у барионной материи, к которой мы привыкали. Как говорят некоторые учёные, темная материя должны быть если не аналогичной темной, то очень близкой к ней. Разница лишь в том, что это вещество не проявляет электромагнитные особенности либо проявляет их настолько слабо, что мы просто не может этот факт заметить и изучить.

Предположительно темная материя сформирована атомами, молекулами, не способными на отражение, излучение, поглощение фотонов, формирующих собой электромагнитное поле. Благодаря этому ни человек, ни самые точные из доступных нам приборов не могут зафиксировать наличие этих элементарных частиц. В то же время частицы обладают повышенной стойкостью, им не свойственны процессы распада на более легкие элементы, в противном случае процедура распада уже завершилась бы, так как Вселенная существует достаточно давно. Исходя из обозначенных выводов, можно сказать, что есть некая закономерность сохранения гравитационных особенностей темной материи, и ее еще только предстоит открыть. Уже сейчас звучат прогнозы об аналогии закономерности сохранения электрического заряда и этого нового закона, который сформулируют в будущем.

Теорий множество

Описанный выше вариант – это далеко не единственное предположение о том, какова по своей сути темная материя и какими качествами и свойствами ей следует обладать. Вариантов огромное количество, и пока не представляется возможным спрогнозировать с высокой долей вероятности, кто же окажется прав. Было разработано огромное число теоретических моделей, применимых с большей или меньшей степенью успеха для описания темной материи, отличной от привычной нам барионной.

С точки зрения некоторых ученых, весь секрет в нейтрино: крошечные частицы могут составить собой целую материю, сформировавшую Вселенную. Иные убеждены, что темная материя – это элементарные частицы, которые в настоящее время известны только очень небольшому числу узких специалистов. Впрочем, указанный вопрос – далеко не единственный, который стоит перед астрофизиками. Ведь кроме темной материи есть еще и темная энергия. Ее сущность для человечества еще более загадочна, и толковых объяснений и теорий, объясняющих, из каких объектов состоит Вселенная, с учетом теории темной энергии нет и по сей день. Ученые предполагают, что энергия равномерно распределена по всему объему Вселенной, что может в некоторой степени быть связано с процессом ее расширения. Иные предполагают, что именно темная энергия гасит силы гравитации и делает возможным процесс расширения. Но в настоящее время это лишь предположения, не имеющие никаких четких теоретических обоснований, внушающих хоть сколько-нибудь доверия.

fb.ru

8). Поясните, что такое Вселенная, каковы ее размеры, какие объекты ее составляют и какие модели развития Вселенной вам известны.

Вселенная – это пространство, в котором находятся наша Солнечная система, все галактики и т.п. Пределов Вселенной не знает никто, но, по оценкам ученых, в ней, вероятно около 100 млрд. галактик, содержащих в среднем по 100 млрд. звезд.

Вселенную составляют галактики, состоящие из скопления звезд, иногда галактики называют внегалактическими туманностями. По своей структуре Галактики делятся на эллиптические (обозначаются Е), спиральные (SиSB) и неправильные (I). Спиральные галактики имеют эллиптическое ядро, очень схожее с эллиптической галактикой, и представляющее их самую яркую часть. Из ядра в его экваториальной плоскости выходят две сравнительно яркие ветви, расположенные вокруг ядра по спирали. Спиральные галактики, повернутые к нам своей экваториальной плоскостью имеют веретенообразный вид. Неправильные галактики имеют клочковатую структуру. Галактические туманности – небесные объекты разнообразной формы, состоят из разреженных газов и пыли, входят в состав галактик, разделяются по своему виду на планетарные и диффузные, а по физической природе – на газовые, пылевые и газо-пылевые.

Звезды составляющие галактики по своей природе сходные с Солнцем. Разнообразие звезд очень велико некоторые в миллиарды раз больше Солнца (Звезды гиганты), другие в десятки миллионов раз меньше, со своим определенным спектром свечения, составом, плотностью и стадией развития.

Модели развития вселенной:

Самая распространенная точка зрения на возникновение Вселенной – теория Большого взрыва.Согласно этой теории, Вселенная появилась 10 – 20 млрд. лет назад в результате сильнейшего взрыва. Сначала это был огненный шар расширяющегося и остывающего газа. Примерно через миллион лет после взрыва газа, видимо, начал собираться в сгустки – протогалактики. Последующие 5 млрд. лет протогалактики все больше уплотнялись, образуя галактики, в которых рождались звезды. Даже сейчас, через миллиарды лет, расширение Вселенной в целом продолжается, хотя в локальных участках объекты удерживаются силами гравитации: например, многие галактики образуют скопления.

Теорию Большого взрыва подтверждает открытие слабого низкотемпературного фонового излучения, идущего равномерно со всех сторон. Считается, что это “отголосок” излучения, вызванного Большим взрывом. Малые колебания температуры фонового излучения свидетельствуют о слабых колебаниях плотности в начале развития Вселенной, приведших к образованию галактик. Астрономы пока не знают “замкнута” ли Вселенная (т.е. не будет ли она снова сжиматься) или “открыта” (и будет расширяться всегда).

В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как и сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Ньютоновская вселенная (классическая)– по этой модели Вселенная бесконечна в пространстве и времени, вечна. Пространство играет роль вместилища материи и никак не связано с находящимися внутри этого вместилища материальными объектами. Количество звезд, планет, звездных систем в бесконечном пространстве бесконечно велико. В то же время каждое небесное тело проходит свой жизненный путь, рождается или погибает.

Модель развивающейся Вселенной И. Канта– она основывается исходя из принципов Ньютона, сама модель не полная и разделена на несколько частей (трактатов), где Кант не соглашаясь с Ньютоном относительно “первого толчка”, ищет естественную причину возникновения движения во вселенной. Выдвигается общая идея эволюции Вселенной. Выводится предположение о существовании космических систем разных поколений.

Модель Вселенной Эйнштейна– на основе постулатов геометрии Лобачевского и Болья Эйнштейн строит свою, отличную от Ньютона модель Вселенной, по Эйнштейну с исчезновением материи исчезает пространство и время. А.Эйнштейном была предложена модель Вселенной, в которой локальные искривления пространства-времени гравитирующими массами приводит к глобальному искривлению, делающему Вселенную замкнутой по пространственным координатам. В этойцилиндрической модели Эйнштейнавременная координата не искривляется (время равномерно течет от прошлого к будущему). Впоследствии цилиндрическая модель была усовершенствована голландским астрофизиком Виллем де Ситтером, предположившим на основании наблюдаемого красного смещения, что время в удаленных частях Вселенной течет замедленно (искривление по временной координате) –модель замкнутой гиперсферы.. Обе этистационарные модели Вселеннойимеют два недостатка: необходимость предположить существование дополнительных взаимодействий, препятствующих сжатию Вселенной под действием гравитирующих масс, проблема “утилизации” света, испущенного звездами в предшествующие моменты времени в замкнутое пространство.

На сегодняшний день наиболее популярна предложенная Фридманом модель расширяющейся Вселенной(красное смещение и конечная светимость неба объясняются эффектом Доплера, нет необходимость во введении компенсирующих гравитацию взаимодействий), глобально искривленной из-за наличия гравитирующих масс. Обсуждаются ее две модификации:

1. Замкнутая модель(геометрический аналог – расширяющаяся гиперсфера) предсказывает постепенное замедление расширения вследствие торможения гравитационными силами с последующим переходом к сжатию.

2, Открытая модель(геометрический аналог -”седло”) замедляющееся расширение, происходящее бесконечно долго.

В настоящее время предпочтение отдается открытой модели, поскольку оценки средней плотности вещества во Вселенной, сделанные на основе наблюдаемой концентрации звезд, показывают, что гравитационные силы не способны остановить происходящее с наблюдаемой скоростью разбегание. Оценки могут существенно измениться в пользу закрытой модели при наличии в космосе скрытых масснесветящегося вещества (например, за счет ненулевой массы покоя нейтрино).

Модель горячей Вселенной Гамова– исходным состоянием по этой модели было состояние “сингулярности”. Точечный объем с бесконечной плотностью материи. Предполагается что такое состояние было неустойчивым и привело к началу расширения Вселенной. По существу это было не расширение, а мгновенное образование пространства и времени. К моменту Времени 10^-43с от “начала” Вселенная оказалась в состоянии, которое называется “Ложным вакуумом” играющим роль базовой формы материи; при переходе в истинный вакуум и образовались “пузыри” состояния с ложным вакуумом. Одним из этих “пузырей” стал зачатком нашей вселенной, в состоянии с огромным содержанием энергии, случайно сплотившейся в определенном месте и послужившей началу образования галактик.

studfiles.net

описание и характеристика с фото

Вселенная > Структура Вселенной

Предполагаемая карта Вселенной

Изучите схему структуры Вселенной: масштабы пространства, карта Вселенной, сверхскопления, скопления, группы галактик, галактики, звезды, Великая Стена Слоуна.

Мы живем в бесконечном пространстве, поэтому всегда интересно узнать, как выглядят структура и масштабы Вселенной. Глобальная вселенская структура представляет собою пустоты и волокна, которые можно разбить на сверхскопления, скопления, галактические группы, а уже в конце и сами галактики. Если снова уменьшать масштабы, то рассмотрим и звезды (Солнце – одна из них).

Если вы осознаете, как выглядит эта иерархия, то можете лучше понять, какую роль играет каждый названый элемент в структуре Вселенной. К примеру, если мы проникнем еще дальше, то заметим, что молекулы делятся на атомы, а те на электроны, протоны и нейтроны. Последние два также трансформируются в кварки.

Но это маленькие элементы. А что делать с гигантскими? Что собою представляют сверхскопления, пустоты и волокна? Будем двигаться от маленького к большому. Внизу можете посмотреть, как выглядит карта Вселенной в масштабе (здесь хорошо просматриваются нити, волокна и пустоты пространства).

Крупномасштабная карта Вселенной

Существуют одиночные галактики, но большинство предпочитают располагаться группами. Обычно это 50 галактик, занимающих в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает более 40 галактик.

Скопления – это области с 50-1000 галактиками, достигающих размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно отметить, что их скорости невероятно велики, а значит, должны преодолевать гравитацию. Но они все же держатся вместе.

Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений. Полагают, что она создает ту силу, которая не позволяет галактикам разойтись в разные стороны.

Иногда группы также объединяются, чтобы сформировать сверхскопление. Это одни из крупнейших структур Вселенной. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, растянувшаяся на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.

Современные приборы все еще недостаточно мощные, чтобы увеличивать изображения. Сейчас мы можем рассмотреть два компонента. Нитевидные структуры – состоят из изолированных галактик, групп, скоплений и сверхскоплений. А также пустоты – гигантские пустые пузыри. Посмотрите интересные видео, чтобы узнать больше информации о структуре Вселенной и свойствах ее элементов.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:

---

Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

---

v-kosmose.com