Строение вселенной возможные сценарии эволюции вселенной кратко

Вселенная — это необъятные просторы, в которых находиться черная материя, триллионы галактик и звездных скоплений. У нее нет границ ни в пространстве, ни во времени. Огромные космические просторы таят в себе много тайн, для разгадки которых важно определить принципы эволюции и строение Вселенной.

Совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, а также межгалактической среды, образует Вселенную.

Эволюция Вселенной

Самым главным свойством Вселенной является её постоянное расширение. Впервые гипотезу о расширении Вселенной выдвинул Альберт Эйнштейн, однако строгих расчётов им предложено не было.

В 1920 году русский учёный Александр Александрович Фридман занялся анализом десяти сложнейших уравнений теории относительности и пришёл к фундаментальному выводу: ни при каких условиях их решение не может быть единственным. Это означало, что невозможно точно ответить на вопрос о том, какой формой обладает Вселенная, каков её радиус кривизны и вообще, стационарна она или нет.

Но тем не менее Фридманом было получено три возможные модели нестационарной Вселенной: две из них описывали монотонно расширяющуюся Вселенную. А третья модель предполагала периодичность Вселенной, то есть радиус кривизны её пространства сначала возрастает от нуля до некоторого значения, а затем вновь уменьшается до нуля.

Всё это говорило о том, что Вселенная не может находится в стационарном состоянии, она должна расширяться и сжиматься под действием гравитационных сил.

Но почему же Вселенная расширяется?

Ответ на этот вопрос впервые предложили бельгийский священник Жорж Леметр и советско-американский физик Георгий Антонович Гамов. Итак, согласно их теории, Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяется, и охлаждается.

До взрыва не было ничего: ни материи, ни пространства, ни времени. Четыре фундаментальных взаимодействия объединены в одно. А сама Вселенная представляла собой некую субстанцию с бесконечно малым объёмом и бесконечно большой плотностью.

Такое состояние материи принято называть сингулярностью.

Этапы формирования Вселенной

Теория Большого взрыва позволила ученым создать точную модель эволюции Мироздания. И сегодня мы неплохо знаем, какие процессы происходили в молодой Вселенной. Исключение составляет лишь самый ранний этап творения, который по-прежнему остается предметом яростных обсуждений и споров.

В настоящее время наукой выделяются следующие этапы после Большого взрыва:

1. Самый ранний из известных нам периодов называется Планковской эрой, он занимает отрезок от 0 до 10-43 секунд. В это время вся материя и энергия Вселенной была собрана в одной точке, а четыре основных взаимодействия были едины;
2. Эпоха Великого объединения (с 10−43 по 10−36 секунд). Она характеризуется появлением кварков и разделением основных видов взаимодействий. Главным событием этого периода считается выделение гравитационной силы. В эту эру начали формироваться законы Вселенной. Сегодня мы имеем возможность для подробного описания физических процессов этой эпохи;
3. Третий этап творения называется Эпохой инфляции (с 10−36 по 10−32). В это время началось стремительное движение Вселенной со скоростью, значительно превосходящей световую. Она становится больше, чем современная видимая Вселенная. Начинается охлаждение. В данный период окончательно разделяются фундаментальные силы мироздания;
4. В период с 10−32 по 10−12 секунды появляются «экзотические» частицы типа бозона Хиггса, пространство заполнила кварк-глюонная плазма. Промежуток с 10−12 по 10−6 секунды называется эпохой кварков, с 10−6 по 1 секунду – адронов, в 1 секунду после Большого взрыва начинается эра лептонов;
5. Фаза нуклеосинтеза. Она длилась примерно до третьей минуты от начала событий. В этот период во Вселенной из частиц возникают атомы гелия, дейтерия, водорода. Продолжается охлаждение, пространство становится прозрачным для фотонов;
6. Через три минуты после Большого взрыва начинается эра Первичной рекомбинации. В этот период появилось реликтовое излучение, которое астрономы изучают до сих пор;
7. Период 380 тыс. – 550 млн лет называют Темными веками. Вселенная в это время заполнена водородом, гелием, различными видами излучения. Источников света во Вселенной не было;
8. Через 550 млн лет после Сотворения появляются звезды, галактики и прочие чудеса Вселенной. Первые звезды взрываются, освобождая материю для образования планетных систем. Данный период называется Эрой реионизации;
9. В возрасте 800 млн лет во Вселенной начинают образовываться первые звездные системы с планетами. Наступает Эра вещества.  Вселенная стала похожа на то, что мы видим сейчас. В этот период формируется и наша родная планета.

Недостатки теории Большого взрыва

Некоторые ученые отмечают в теории Большого взрыва  слабые места. Если бы мироздание образовалось мгновенно из одной небольшой точки, то должно было существовать неоднородное распределение вещества, чего мы не наблюдаем. Также данная модель не может объяснить, куда подевалась антиматерия, количество которой в «момент творения» не должно было уступать обычной барионной материи. Однако сейчас число античастиц во Вселенной мизерно. Но самый весомый недостаток данной теории – ее неспособность объяснить феномен Большого взрыва, он просто воспринимается как свершившийся факт. Мы не знаем, как выглядела Вселенная до момента сингулярности.

Предпринимались попытки улучшить существующую теорию Большого взрыва. Например, существует гипотеза о цикличности Вселенной, согласно которой, рождение из сингулярности – не более чем ее переход из одного состояния в другое. Правда, такой подход противоречит второму закону термодинамики.

Существуют и другие гипотезы зарождения и дальнейшей эволюции мироздания. Долгие годы была популярна модель стационарной Вселенной. Ряд ученых придерживались мнения, что в результате квантовых флуктуаций она возникла из вакуума. В их числе был и знаменитый Стивен Хокинг.

Ли Смолин выдвинул теорию о том, что наша, как и другие Вселенные, образовались внутри черных дыр.

Строение Вселенной

Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, как неизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяются деревья.

Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 — 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир — это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.

Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной — космология.

Структура Вселенной довольно сложна и имеет несколько уровней организации, которые мы можем классифицировать в соответствии с масштабом объектов:

• Астрономические тела во Вселенной обычно группируются в системы. Звезды нередко образуют пары или входят в состав скоплений, которые содержат десятки, а то и сотни светил. В этом отношении наше Солнце довольно нетипично, так как оно не имеет «двойника»;
• Следующей ступенью организации являются галактики. Они могут быть спиральными, эллиптическими, линзовидными, неправильными. Ученые пока не до конца понимают, почему галактики обладают разной формой. На этом уровне мы обнаруживаем такие чудеса Вселенной, как черные дыры, темную материю, межзвездный газ, двойные звезды. Кроме звезд, в их состав входит пыль, газ, электромагнитное излучение. В известной Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов галактик.
• Несколько галактик образуют Местную группу. В нашу, кроме Млечного пути, входит Туманность Треугольника, Туманность Андромеды и еще 31 система. Скопления галактик – самые крупные из известных устойчивых структур Вселенной, их удерживает воедино гравитационная сила и еще какой-то фактор. Ученые подсчитали, что одного лишь притяжения явно недостаточно для поддержания стабильности этих объектов. Научного обоснования данного феномена пока не существует;
• Следующим уровнем структуры Вселенной являются сверхскопления галактик, каждая из которых содержит десятки, а то и сотни галактик и скоплений. Однако тяготение их уже не удерживает, поэтому они следуют за расширяющейся Вселенной;
• Последним уровнем организации мироздания являются ячейки или пузыри, стенки которых формируют сверхскопления галактик. Между ними находятся пустотные области, именуемые войдами. Эти структуры Вселенной имеют масштабы около 100 Мпк. На этом ярусе наиболее заметны процессы расширения Вселенной, также с ним связано реликтовое излучение – отголосок Большого взрыва.

Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование с таинственной структурой.

Сегодня мы гораздо лучше понимаем устройство Вселенной, но каждое полученное знание лишь рождает новые вопросы. Исследование атомных частиц в коллайдере, наблюдение за жизнью в дикой природе, высадку межпланетного зонда на астероиде также можно назвать изучением Вселенной, ибо данные объекты входят в ее состав. Человек тоже часть нашей прекрасной звездной Вселенной. Изучая Солнечную систему или далекие галактики, мы больше узнаем о самих себе.

Размеры Вселенной

Говоря о размерах Вселенной, мы имеем ввиду ее видимую часть, называемую еще Метагалактикой. Чем больше результатов наблюдений мы получаем, тем дальше раздвигаются границы Вселенной. Причем происходит это одновременно по всем направлениям, что доказывает ее сферическую форму.

Наш мир появился около 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва – события, породившего звезды, планеты, галактики и другие объекты. Эта цифра является реальным возрастом Вселенной.

Исходя из скорости света можно предположить, что ее размеры также составляют 13,8 млрд световых лет. Однако на самом деле они больше, ибо с момента рождения Вселенная непрерывно расширяется. Часть движется со сверхсветовой скоростью, из-за чего значительное количество объектов во Вселенной останутся невидимыми навеки. Данный предел называются сферой или горизонтом Хаббла.

Диаметр Метагалактики составляет 93 млрд световых лет. Мы не знаем, что находится за пределами известной Вселенной. Может быть, существуют и более далекие объекты, недоступные сегодня для астрономических наблюдений. Значительная часть ученых верит в бесконечность Вселенной.

Возраст Вселенной неоднократно проверялся с использованием различных методик и научных инструментов. Последний раз его подтвердили с помощью орбитального телескопа «Планк». Имеющиеся данные полностью соответствуют современным моделям расширения Вселенной.

Будущее Вселенной

Наше мироздание началось с маленькой точки. Быстрое развитие и расширение границ привело к образованию необъятных космических просторов. Но, будет ли остановлено расширение? Возможен ли обратный вариант развития, то есть сжатия в ту же исходную плотную точку?

В 1990-х годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего Вселенной.

“Сжатие” космических просторов возможно! При достижении максимальных размеров, она может разрушиться. Плотность черной материи может достичь критических показателей, из-за чего будет сжиматься.

Также, существует предположение, что причиной разрушения мироздания могут стать черные дыры. Все звездные скопления могут прекратить передачу энергии и преобразоваться в черные дыры. Если температура космического пространства приблизиться к нулю, возможно их испарение. В результате чего, все разрушиться и наступит логичный конец.

Интересные факты о Вселенной

10.От минус 270 градусов по Цельсию До 50 миллионов градусов по Цельсию.

В космосе буквально везде встречаются довольно экстремальные условия. Температура сверхновой может достигать более 50 миллионов градусов по Цельсию, т. е. в пять раз выше температуры ядерного взрыва. С другой же стороны, в открытом космосе температура составляет минус 270 градусов по Цельсию.

9.Наши тела состоят из звезд

Ваше и любое другое тело во Вселенной состоит из звезд, точнее, мертвых звезд. В самом начале существовали только простые элементы, такие как водород и гелий. Потом эти элементы соединились и сформировали первые звезды, которые в свою очередь образовали новые элементы, такие как железо и золото. Через какое-то время первые звезды погибли, и их взрывы сформировали новые элементы. Наши тела состоят из практически всех элементов, которые есть во Вселенной – конечно, большую часть составляют элементы вроде водорода и кислорода, но в нас также содержатся небольшие порции таких элементов, как золото!

8. Когда вы смотрите на небо, вы смотрите в прошлое

Звезды, которые вы видите – вовсе не звезды, а свет, который они излучали много лет назад. Из-за того, что свету требуется определенное время, чтобы достичь нас, мы видим его таким, каким он был какое-то время назад. Один световой год – это расстояние, которое свет преодолевает за год. Так что, если вы смотрите на звезду, которая находится на расстоянии 1000 световых лет, вы видите ее такой, какой она выглядела 1000 лет назад.

7.Парадокс Ферми.Инопланетная жизнь.

Ученые настолько заинтересованы инопланетной жизнью, что придумали десятки различных интересных техник, направленных на ее поиск. Например, проект SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), чтобы ускорить обнаружение инопланетян, использует свои методы для поиска космического мусора, ближайших звезд, искусственных объектов, радиоволн и радиации.

Вселенная настолько огромная и старая, что есть очень большие шансы на обнаружение других планет, похожих на Землю. Однако, согласно парадоксу Ферми, высокая вероятность внеземной жизни в космосе противоречит отсутствию видимых доказательств, подтверждающих это. На данный момент люди даже не уверены, что страшней: тот факт, что они не одиноки во Вселенной или то, что рядом есть кто-то еще.

6. Во Вселенной как минимум 10 миллиардов триллионов звезд

Хотя ученые не могут прийти к единому согласию в этом вопросе, самой достоверной цифрой в нашем распоряжении является 10 миллиардов триллионов. Каждая звезда отличается по размеру и может быть в сотни раз меньше или больше нашего Солнца. Вдобавок, каждую звезду окружают звездные тела, вроде планет, которых может быть от 4 до 12.

5. Вселенных может быть больше

Да, наша Вселенная может быть лишь одной из многих других, отличных от нашей. Малейшие изменения в принципах науки могут превратить другие Вселенные в нечто, о чем мы даже не мечтали. Все зависит от того факта, может ли большой взрыв, который положил начало нашей Вселенной, произойти в других местах. Если так, то существование бесчисленного количества других миров действительно возможно.

4. Черные дыры тоже умирают

Черные дыры – тела различных размеров, которые мы не можем видеть. Они обладают немыслимой силой притяжения, которую не способен преодолеть даже свет, и они питаются пойманным светом, чтобы выжить.

Однако Стивен Хокинг утверждает, что если черные дыры «голодают» слишком долго, через какое-то время они могут умереть.

3. Вселенная растет

До 1920-х люди считали, что Вселенная стоит на месте, но астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что она расширяется. Многие годы люди ошибались, исходя из предположения, что гравитация замедляет Вселенную, но такой факт был бы верен только в том случае, если бы гравитация была сильнее. Более того, в 1998 году телескоп «Хаббл» зафиксировал, что сверхновые звезды в прошлом расширялись медленнее, чем сейчас, что только подтверждает теорию Хаббла.

2. Вселенная полна невидимых вещей

Существует мнение, что мы видим и знаем только 4% Вселенной, так как 96% может состоять из темной материи и темной энергии, которые мы все еще не можем обнаружить. Эти неизвестные сущности предположительно расталкивают видимую материю, что приводит к расширению Вселенной и другим возможным эффектам, которые пока нам неизвестны.

1. Наши предки знали о Вселенной больше, чем мы знаем сейчас

Наши предки были куда умнее, чем думают многие. Хотя они не строили небоскребы и не создавали компьютеры, они много знали о растениях и травах, географии и астрономии. Не будем забывать о Стоунхендже, пирамидах Гизы, линиях Наски и сотнях других известных мест, которые наши предки предположительно использовали для наблюдения за небом. Они полагали, что изменения в небе играли большую роль в их жизни, поэтому делали точные космологические расчеты. Полученная информация помогала им определять, когда лучше всего было выращивать еду, путешествовать в опасные земли, заключать союзы и принимать важные решения.

Видео

Источники

https://spaceworlds.ru/vselennaya/stroenie-vselennoj.html

https://videouroki.net/video/60-stroenie-i-ehvolyuciya-vselennoj.html

https://fishki.net/1975358-10-bezumnyh-faktov-o-vselennoj-kotorye-shokirujut-vas.html

https://interesnosti.com/1454948650147383350/20-faktov-o-kosmose-kotorye-udivyat-dazhe-znatokov-astronomii/

https://infopedia.su/5x269c.html

Из чего состоит наша Вселенная?

https://militaryarms.ru/kosmos/vselennaya/

Возможные сценарии эволюции Вселенной. 

9План урока:

Современная космология

Вселенная Фридмана

«Красное смещение» и закон Хаббла

Что такое теория Большого Взрыва

Что называют реликтовым излучением

Будущее Вселенной

Современная космология

Космологией называется раздел астрономии, который занимается изучением происхождения и развития Вселенной в целом. С научной точки зрения, Вселенная является системой, обладающей особыми свойствами.

Еще в древности человечество задавалось вопросами о происхождении Вселенной. Но тогда весь процесс мироздания объяснялся деятельностью богов. Со временем, когда влияние церкви на человека уменьшилось, ученые постарались объяснить эволюцию Вселенной с помощью физических и химических законов. Существенный прорыв в изучении космического пространства произошел после изобретения телескопа. Тогда астрономы узнали, что численность звезд на небе исчисляется многочисленными миллионами. В середине XIX века с помощью прибора определили расстояние до ближайших звезд.

Немного позже создали шкалу измерений расстояний до более отдаленных космических объектов. В ее основу легли наблюдения за особым типом переменных звезд – цефеид и измерения красного смещения спектров астрономических тел. Благодаря анализу спектральных смещений было установлено, что Вселенная расширяется, то есть промежутки между скоплениями галактик постоянно увеличиваются.

Активное развитие современная космология получила в ХХ веке. В это время Эйнштейн выдвигает несколько теорий относительно Вселенной, которые в дальнейшем он смог доказать на примере уравнения гравитационного поля. Все исследования ученого, так или иначе, были связаны с общей теорией относительности. Эйнштейн рассматривал Вселенную как однородное, стационарное и изотропное пространство. Другими словами она имела определенные границы и положительную кривизну. На этом развитие основ современной космологии не закончилось. 

Александр Фридман в 1922 г выдвинул мнение, что расширение Вселенной происходит из начальной сингулярности.

Предположение Фридмана было подтверждено после открытия Эдвином Хабблом космологического красного смещения. Это привело к возникновению теории Большого Взрыва, актуальность которой сохраняется и сегодня. Все вышеперечисленные открытия и представления составляют основу современной космологии.

Кроме этого современной научной космологии удалось установить приблизительный возраст Вселенной. По мнению специалистов, он составляет 13,8 миллиардов лет.

Вселенная Фридмана

Фридман допускал, что Вселенная имеет совершенно одинаковый вид во всех направлениях и данное условие характерно для всех ее точек. Исходя из этого и учитывая общую теорию относительности, ученый дал понять, что не стоит ожидать от Вселенной стационарности.

Если посмотреть на небосвод, можно увидеть светящуюся полосу – нашу Галактику Млечный путь. Сфокусировав свой взгляд на более отдаленных галактических системах, видно, что в разных частях космического пространства их число будет примерно одинаковым. Исходя из этого, можно говорить об относительной однородности Вселенной.

Модель Вселенной Фридмана была одной из самых удачных. Кроме того, она соответствовала наблюдениям Хаббла. Однако в западных странах о ней услышали только в 1935 г, после того, как подобные модели были разработаны Говардом Робертсоном и Артуром Уокером. Несмотря на то, что Вселенная Фридмана имела только одну модель, на ее основе можно построить еще три других:

• расширение Вселенной по Фридману настолько медленное, что силы притяжения между галактическими пространствами еще сильнее замедляют его, а со временем вообще останавливают. После этого галактики устремляются навстречу друг к другу, то есть запускается процесс сжатия космического пространства.Расширяющая Вселенная Фридмана достигает определенного максимума, а потом начинает снова возвращаться в начальную точку;
• вторая космологическая модель Вселенной Фридмана гласит, что расширение космического пространства происходит с незначительной скоростью. Ее хватает лишь для того, чтобы не начался обратный процесс сжатия. В данном предположении расширение начинается с начальной точки, но при этом оно всегда растет. Скорость процесса замедляется, но никогда не останавливается;
• расширение космического пространства происходит с огромной скоростью. Она настолько велика, что гравитационные силы никогда не смогут остановить данный процесс, разве что только слегка замедлить его. Разделение галактик начинается также с определенного нулевого расстояния.

Источник

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод: модель Фридмана рассказывает, что Вселенная не бесконечна в космическом пространстве, но само пространство безгранично. В результате сильных гравитационных сил, пространство искривляется и замыкается, то есть напоминает чем-то сферическую форму Земного шара. Если человек путешествует по поверхности планеты в одном и том же направлении, он никогда не встретит препятствие, которое не смог бы преодолеть, кроме того, он никогда не упадет «с края Земли». Рано или поздно он просто вернется в точку, с которой начинал свое путешествие. Примерно такое же пространство изображено в модели нестационарной Вселенной Фридмана.

«Красное смещение» и закон Хаббла

Одним из самых важных научных открытий Хаббла является природа синего и красного гравитационного смещения. С их помощью ученым удается распознать, приближается или удаляется от нас то или иное космическое тело.

Источник

В 1929 г Эдвин Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа проводил измерение спектральных свойств галактических систем Гершеля и отметил интересный факт. С одной стороны галактики имели много общего с Млечным путем, вот только спектры их самых ярких звезд имели существенные отличия от спектров звезд из нашей Галактики. Все они были сдвинуты в более длинноволновую сторону спектра, то есть в красную. Данное явление Хаббл назвал эффект красного смещения. Ученый заметил, что в пределах одного галактического пространства, красное смещение звезд было более менее одинаковым, а вот с другими галактиками оно имело существенные отличия.

Он выделил закономерность:

Проще говоря: чем дальше расположена наблюдаемая галактика, тем эффект красного смещения будет больше. Так был сформирован закон Хаббла, который изображается формулой:

Постоянная Хаббла представляет собой коэффициент, который входит в состав закона Хаббла. С его помощью связали расстояние до определенной галактической системы или квазара со скоростью их удаления. Измеряется в км/с на мегапарсек (Мпк).Со временем значение постоянной Хаббла регулярно меняется, смысл слова «постоянная» заключается в том, что в определенный момент времени величина Н во всех точках Вселенной будет одинаковой. Изменения связаны с использованием разных методик расчета и с изобретением более новых исследовательских аппаратов. В данный момент значение постоянной 70,1 (км/с)/Мпк.

Согласно закону Хаббла ученым удалось вычислить теоретический возраст Вселенной. Для этого они оценивали величину красного смещения для самых отдаленных объектов Вселенной, зная, что в самом начале все было сжато в единую точку. Самое интересное, что хаббловский возраст Вселенной практически равен тому возрасту, который был рассчитан по космологической модели Фридмана – 13,8 млрд. лет.

Эффект красного смещения во Вселенной объясняется ее постоянным расширением. Представьте ситуацию, если человек неподвижно стоит в определенном месте, то постепенно звук, пролетающего над ним самолета, будет ослабевать и менять тон, в зависимости от увеличения расстояния.

Примерно такой же эффект происходит и с красным смещением, но его масштабы куда больше. Чем дальше находится заезда от наблюдателя, тем заметней будет изменение частоты света, исходящего от нее. Во время наблюдения красное смещение представляет собой сдвиг спектральных линий в звездном излучении в красную область спектра.

В космологии еще есть понятие синего смещения, которое представляет собой полную противоположность красному. Если происходит сдвиг спектральных линий в сторону синей области, то это означает, что галактика приближается к нам с определенной скоростью.

Источник

Что такое Большой Взрыв

На сегодняшний день происхождение Вселенной является одной из главнейших загадок человечества. Ученые постоянно пытаются найти и выяснить, что же находится за пределами нашего мира. Развитие технологического процесса позволило найти ответы на многие вопросы, но о том, как зародилась Вселенная практически ничего не известно. За время развития космологии было выдвинуто множество теорий. Одни из них были сразу же опровергнуты, в то время как другие имели какую-то правдивость и логичность.

Одной из теорий, имеющих право на существование и продолжения, считается теория Большого Взрыва.  Данный термин появился в 1949 г благодаря Ф. Хойлу. Считалось, что до Большого Взрыва все, что сейчас существует во Вселенной, находилось совершенно в другом состоянии – было сконцентрировано в одной точке.После Взрыва следовало несколько стадий развития, в ходе которых пространство заполнялось различными частичками, элементами, объектами и структурами.

Источник

Как же эволюционировала Вселенная  в теории Большого Взрыва:

• Эпоха сингулярности – считается, что до того, как Вселенная стала такой, какой ее знает человечество, вещество в ней имело практически бесконечные величины плотности и температуры, но при этом само оно стремилось к нулю. Это сложнейший вопрос современной космологии, так как выяснить, что же было до момента Большого Взрыва практически невозможно. В теории у одного вещества не может одновременно быть бесконечная плотность и бесконечная температура. Именно поэтому, сингулярность Вселенной не соответствует физическим законам. Некоторые ученые предполагали, что сингулярности вообще никогда не было. Другие отмечали, что Вселенная образовалась из абсолютного вакуума, то есть из «ничего» за счет колебаний системы. Бытовало также мнение, что благодаря Большому взрыву возникла «Метагалактика», которая представляла собой своеобразный пузырь в веществе более высокой плотности.
• Планковая эпоха – после того как произошла масштабная космическая катастрофа, первичное вещество начало расширяться и охлаждаться. Причем, чтобы сформировались различные структуры в пространстве, одновременный взрыв должен был быть во всех местах. В период от 0 до 10^-43 секунды параметры температуры, плотности и энергии вещества соответствовали постоянным Планка (6,626 070 15⋅10⁻³⁴ Дж/с). Произошло зарождение частиц, что стало началом эволюции Вселенной.
• Эпоха великого объединения длилась в период с 10^-43 до 10^-35 секунды. За это время начинают образоваться гравитационные силы, которые в дальнейшем способствовали формированию звезд и планет. Первичная материя уже не однородно плотная, но говорить о каких-либо физико-химических параметрах еще слишком рано.
• Эпоха инфляции – ее период с 10^-35 до 10^-32 секунды после Большого Взрыва. Для нее характерно ускоренное расширение Вселенной. Это привело к перераспределению первичного вещества.
• Электрослабая эпоха – заняла промежуток с 10^-32 до 10^-12 секунды. Зарождаются элементарные частицы – хиггсовский бозон, Z-, W-частички. Довселенское вещество в своем первоначальном виде перестает существовать.
• Кварковая эпоха – с 10^-12 до 10^-6 секунды. Вещество во Вселенной начинает представлять собой совокупность безмассовых и бесструктурных фундаментальных частичек. В этой эпохе четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) уже существуют по отдельности.
• Андронная эпоха – из элементарных частичек формируются андроны – это частицы, у которых есть сильное ядерное взаимодействие. С них сформировались нуклоны, которые в свою очередь образуют атомные ядра, нейтроны и протоны. Данная эпоха длилась не более 100 секунд после Взрыва.
• Лептонная эпоха – ее протяженность 3 минуты. За время данного этапа эволюции Вселенной сформировались лептоны и их подвид – нейтрино, которые также играют одну из важнейших ролей в последующем мироздании.
• Протонная эпоха — длилась 300 тыс. лет. За это время вещество перераспределяется. Оно занимает доминирующую позицию над излучением, что приводит к уменьшению скорости расширения Вселенной. В конце периода происходит передвижение тепловых фотонов.
• Темные века – продолжительность 500 млн. лет. По всему пространству Вселенной распространяется водородно-гелиевая масса и реликтовое тепловое излучение. Еще нет ни одного знакомого человечеству космического объекта.
• Реионизация – эпоха длилась 300 млн. лет. В результате гравитационных сил водород и гелий начинают сжиматься, зарождаются процессы термоядерного синтеза. Образовались самые первые звезды. Они начали формировать скопления – галактики. В центральной части таких галактических пространств возникали квазары – мощнейшие источники излучения и гравитации.
• Эра вещества – это один из самых интересных этапов в процессе эволюции Вселенной. Звезды начинают вокруг себя формировать протопланетные диски, что привело к образованию планетных систем. В этот период возникает и наша Солнечная система со всеми планетами.

Что называют реликтовым излучением

В космологии под реликтовым излучением понимают – космическое микроволновое фоновое излучение. Данное понятие ввел русский астрофизик И.С. Шкловский. Простым языком, реликтовое излучение – это слабое свечение, которое заполняет все пространство Вселенной, попадая при этом на Земной шар и другие объекты космоса. Это то, что осталось от процесса «строительства Вселенной», с того момента, как она начала только зарождаться. Излучение течет в пространстве, в течение последних 13,5 млрд. лет, напоминая чем-то тепло от камина, огонь в котором уже давно погас.

По сути, реликтовое излучение – это электромагнитные волны, которые растеклись по космическому пространству. Ученые предполагают, что оно образовалось примерно 380 тыс. лет после Большого Взрыва. Есть мнение, что реликтовое излучение способно объяснить образование первых звезд и галактик.

Увидеть излучение невооруженным глазом человек не может. Для его изучения используют специальные радиотелескопы. На сегодняшний день известно, что температура реликтового излучения на 2,725 градусов выше абсолютного нуля, следовательно, оно очень холодное. Несмотря на то, что плотность энергии реликтового излучения всего 0,25 эВ/см³, оно заполняет все космическое пространство. Его главное свойство однородность, что позволяет ученым интерпретировать его как остаточное явление после Большого Взрыва. Если бы человеческие органы могли воспринимать микроволны, то небо для нас сияло равномерным приятным светом.

В современной космологии открытие реликтового излучения имеет важное значение. Благодаря свету, распространение которого происходит с конечной скоростью, исследователи могут наблюдать за самыми далекими космическими телами и структурами, то есть заглядывать в прошлое Вселенной. Многие звезды, которые видны человеку невооруженным глазом, находятся на расстоянии 10-100  световых лет. Именно столько времени необходимо свету, чтобы добраться до Земного шара. То есть, наблюдая за звездным небом, человек видит его таким, каким оно было как раз 10-100 световых лет назад. Астрономы активно изучают ближайшую к нам галактику – Андромеду, но при этом в настоящем времени они видят ее такой, какой она была 2,5 млрд. лет назад. Благодаря физическим свойствам реликтового излучения человечество способно шагнуть в далекое прошлое и «увидеть», какой именно была Вселенная после Большого Взрыва.

Будущее Вселенной

Вопрос о том, что ждет Вселенную в будущем, является одним из самых популярных среди ученых-космологов. Одно из важнейших свойств Вселенной – это ее ускоренное расширение. Исходя из этого, в дальнейшем развитии космического пространства может быть два сценария:

• расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, что приведет к снижению средней плотности вещества, которая рано или поздно приблизится к нулю. Простыми словами, в начале начнут распадаться галактические скопления, а в конце протоны поделятся на кварки;
• рано или поздно расширение Вселенной замедлится и запустится обратный процесс – сжатие. В результате произойдет коллапс и все космическое вещество вернется в свое первоначальное состояние – сингулярность.

Есть еще одно предположение, что в результате стремительного роста скорости расширения Вселенной, произойдет Большой разрыв – данный процесс подразумевает разрыв абсолютно всех существующих космических структур и даже мельчайших атомов.

Исследование Вселенной – процесс интересный и увлекательный. Ежедневно ученые пытаются объяснить новые явления и процессы, строят математические и космические модели структур и объектов, ищут ответы на самые таинственные загадки. Все эти знания позволяют узнать прошлое мироздания и предсказать его возможное будущее.

Из теории Фридмана
следует, что возможны различные сценарии
эволюции Вселенной: неограниченное
расширение, чередование сжатий и
расширений и даже тривиальное стационарное
состояние. Какой из этих сценариев
реализуется — зависит от соотношения
между критической и фактической
плотностью вещества во Вселенной на
каждом этапе эволюции. Для того, чтобы
оценить значения этих плотностей,
рассмотрим сначала, как астрофизики
представляют себе структуру Вселенной.

В настоящее время
считается, что материя во Вселенной
существует в трех формах: обычное
вещество, реликтовое излучение и так
называемая «темная» материя. Обычное
вещество сосредоточено в основном в
звездах, которых только в нашей Галактике
насчитывается около ста миллиардов.
Размер нашей Галактики составляет 15
килопарсек (1 парсек = 30,8  10¹² км).
Предполагается, что во Вселенной
существует до миллиарда различных
галактик, среднее расстояние между
которыми имеет порядок одного мегапарсека.
Эти галактики распределены крайне
неравномерно, образуя скопления
(кластеры). Однако, если рассматривать
Вселенную в очень большом масштабе,
например, «разбивая» ее на «ячейки» с
линейным размером, превышающим 300
мегапарсек, то неравномерность структуры
Вселенной уже не будет наблюдаться.
Таким образом, в очень больших масштабах
Вселенная является однородной и
изотропной. Вот для такого равномерного
распределения вещества можно рассчитать
плотность _в,
которая составляет величину 
310^-31
г / см³.

Эквивалентная
реликтовому излучению плотность _р
  
510^-34
 г / см³,
что много меньше _в
и, следовательно, может не приниматься
в расчет при подсчете общей плотности
материи во Вселенной.

Наблюдая за
поведением галактик, ученые предположили,
что помимо светящегося, «видимого»
вещества самих галактик в пространстве
вокруг них существуют, по-видимому,
значительные массы вещества, наблюдать
которые непосредственно не удается.
Эти «скрытые» массы проявляют себя
только тяготением, которое сказывается
на движении галактик в группах и
скоплениях. По этим признакам оценивают
и связанную с этой «темной» материей
плотность _т,
которая, по расчетам, должна быть примерно
в ~ 30 раз больше, чем _в.
Как будет видно из дальнейшего, именно
«темная» материя является, в конечном
счете, «ответственной» за тот или иной
«сценарий» эволюции Вселенной¹.

Чтобы убедиться
в этом, оценим критическую
плотность
вещества, начиная с которой «пульсирующий»
сценарий эволюции сменяется «монотонным».
Такую оценку, хотя и достаточно грубую,
можно произвести на основании классической
механики, без привлечения общей теории
относительности. Из современной
астрофизики нам потребуется только
закон Хаббла.

Вычислим энергию
некоторой галактики, имеющей массу m,
которая находится на расстоянии L
от «наблюдателя» (рис.10.2). Энергия Е
этой галактики складывается из
кинетической энергии
и потенциальной энергии,
которая связана с гравитационным
взаимодействием галактикиm
с веществом массы M,
находящимся внутри шара радиуса L
(можно показать, что вещество, находящееся
вне шара, не вносит вклада в потенциальную
энергию). Выразив массу M
через плотность ,
,
и учитывая закон Хаббла, запишем выражение
для энергии галактики:

Рис. 10.2 К расчету критической плотности
вещества Вселенной

Из этого выражения видно,
что в зависимости от значения плотности

энергия Е
может быть либо положительной (Е

0), либо отрицательной (Е

0). В первом случае рассматриваемая
галактика обладает достаточной
кинетической энергией, чтобы преодолеть
гравитационное притяжение массы М и
удалиться на бесконечность. Это
соответствует неограниченному монотонному
расширению Вселенной (модель «открытой»
Вселенной).

Во втором случае
(Е
< 0) расширение Вселенной в какой-то
момент прекратится и сменится сжатием
(модель «замкнутой» Вселенной).
Критическое значение плотности
соответствует условию Е
= 0, поэтому получаем

Подставив в это
выражение известные значения Н
= 15 ((км/с)/10⁶
световых
лет) и G
= 6,6710^-11
м³/кг
с² ,
получаем значение критической плотности
_к

10^-29
г / см³.
Таким образом, если бы Вселенная состояла
только из обычного “видимого” вещества
с плотностью _в

310^-31
г / см³,
то ее будущее было бы связано с
неограниченным расширением. Однако,
как было сказано выше, наличие «темной»
материи с плотностью _т

_в
может привести к пульсирующей эволюции
Вселенной, когда период расширения
сменяется периодом сжатия (коллапсом)
(рис.10.3). Правда, в последнее время ученые
все больше приходят к мысли, что плотность
всей материи во Вселенной, включая и
«темную» энергию, в точности равна
критической. Почему это так? На этот
вопрос ответа пока нет.

Рис. 10.3. Расширение и сжатие Вселенной

10.5
Иерархичность структуры Вселенной

Фундаментальные
константы играют важную роль в построении
масштабов нашего мира. Они позволяют
дать некую иерархическую картину
структуры Вселенной. Это можно пояснить
графически представлениями изменения
размеров тел и расстояний, а также их
масс (рис. 10.4 и 10.5). Действительно, наиболее
естественными и наглядными квалификационными
признаками являются размер объекта и
его масса. Выделяют

—
микромир с характерными размерами
меньше, чем 10^-8
м (частицы, ядра, атомы, молекулы),

—
макромир (макромолекулы, кристаллы
жидкости, газы, живые организмы, человек,
объекты техники, т.е. макротела)

—
мегамир (планеты, звезды, галактики).

Понятно,
что границы микро- и макромира подвижны,
и не существует отдельного микромира
и отдельного макромира. Естественно,
что макрообъекты и мегаобъекты, построены
из микрообъектов и в основе макро- и
мегаявлений лежат микроявления. Это
наглядно видно на примере построения
Вселенной из взаимодействующих
элементарных частиц в рамках
космомикрофизики. На самом деле мы
должны понимать, что речь идет лишь о
различных уровнях рассмотрения вещества.
Микро-, макро- и мегаразмеры объектов
соотносятся друг с другом как макро/микро
~ мега/макро. В классической физике
отсутствовал объективный критерий
отличия макро- от микрообъекта. Это
отличие ввел М. Планк: если для
рассматриваемого объекта минимальным
воздействием (квант действия) на него
можно пренебречь, то это макрообъекты,
если нельзя — это микрообъект.

Рис. 10.4 Масштабы Вселенной Рис. 10.5 Масштабы микромира

Кварки
«являются» составной частью протонов
и нейтронов, затем из них образуются
ядра атомов. Атомы объединяются в
молекулы. Если двигаться дальше по шкале
размеров тел, то далее следуют обычные
макротела, планеты и их системы, звездные
скопления галактик и метагалактик, т.е.
можно представить переход от микро-,
макро- и мега- как в размерах, так и
моделях физических процессов.
Фундаментальные мировые константы
определяют масштабы иерархической
структуры материи нашего мира. Очевидно,
что сравнительно небольшое их изменение
и должно приводить к формированию
качественно иного мира, в котором стало
бы невозможным образование ныне
существующих микро-, макро- и мегаструктур
и в целом высокоорганизованных форм
живой материи. Имеющая место «подгонка»
мировых констант, т.е. определенные их
значения и взаимоотношения между ними,
по существу, и обеспечивает структурную
устойчивость нашей Вселенной. Поэтому
проблема, казалось бы, абстрактных
мировых констант имеет глобальное
мировоззренческое значение.

Антропный
принцип требует также, чтобы средняя
плотность вещества Вселенной ρ_ср
была бы близка к критической ρ_кр,
так как при ρ_ср
<< ρ_кр
следует, что время существования нашего
мира было бы настолько мало, что за это
время жизнь не могла бы возникнуть.

Однако
современная наука не дает однозначного
ответа, какое из этих отношений между
ρ_кр
и ρ_ср
справедливо, поскольку часть вещества
находится в «невидимом» состоянии.
Оценка же дает близкие значения ρ_кр
≈ 10^-29
г/см³,
ρ_ср
≈ 10^-30
г/см³,
откуда следует, что уже в рамках
ньютоновской механики следует возможность
нестационарной или, как мы уже знаем,
пульсирующей Вселенной. Из таких
вариантов эволюции Вселенной можно
сделать следующие выводы: из
термодинамических соображений следует,
что Вселенную в целом можно рассматривать
как открытую систему, в которой происходят
необратимые и неравновесные процессы.
Во всяком случае, ρ_ср
и ρ_кр
близки по своим значениям, и, следовательно,
антропный принцип выполняется. Заметим
также, что радиус R
не
должен быть больше критического R_кр
= 2Gm/c²,
поскольку в нашем миропонимании и
признании ОТО скорость разбегания
Галактик не должна превышать скорость
света (ν
<
с).
Показано, что при ρ_кр
≈ ρ_ср
пространство может считаться
псевдоевклидовым и число пространственных
измерений опять же сводится к трем. Это
вообще не удивительно, так как модель
развита в рамках теории Ньютона. Заметим
еще один интересный результат, полученный
в 20-х годах П.
Эренфестом (1880—1933): при
четном числе пространственных координат
не должно существовать замкнутых орбит
планет и невозможна передача информации
путем волн, что может служить дополнительным
свидетельством в пользу трехмерности
пространства и правильности антропного
принципа.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Современная наука рассматривает историю нашего мира с точки зрения известной теории относительности в общем виде авторства Альберта Эйнштейна. Именно на понятиях, созданных великим ученым, основано представление о модели и эволюции Вселенной, которым активно пользуются современные исследователи для того, чтобы лучше понять самих себя и то, что нас окружает. Давайте также в этом разберемся подробнее.

Начало начал

Зарождалось все ныне существующее из одной нулевой точки, где была сконцентрирована огромная энергия, показатели которой, такие как, к примеру, температура, давление и плотность, были невероятно высоки. Это состояние, имевшее место около 13 миллиардов лет тому назад, называется «сингулярностью». Но вот в некоторый момент – время Планка — происходит Большой Взрыв, а затем появляется небольшая Вселенная, чьи размеры исчисляются всего в паре микрон.

Физические характеристики только что начавшего свое существование мира были малопригодны для возникновения жизни.

Основные виды взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное – являлись частью одной силы из-за высокой температуры, вследствие чего ни одна из уже тогда потенциально существовавших, но не материализовавшихся частиц не имела массы как таковой. Все на тот момент симметричное пространство было заполнено абсолютно идеальным газом, созданным из все еще тогда виртуальных частиц.

Впоследствии симметрия нарушается, а гравитация отделяется от других сил взаимодействия. Примерно тогда первые частицы – бозоны – обретают массу, но затем почти сразу распадаются на кварки, нейтрино, электроны, мюоны и т.п.. Появляется ядерное взаимодействие. Вселенная по размеру достигает отметки 10 сантиметров.

Развитие

Электроны и позитроны, как частицы и античастицы, а также бозоны и некоторые другие частицы, как, например, нейтралино, при столкновении друг с другом вызывают процесс аннигиляции, во время которого образуются фотоны. Их количество уже тогда значительно превышает число всех существующих на тот момент кварков. Примерно в то же время все частицы достигают между собой равновесия.

Вселенная продолжает остывать. Ее температура доходит почти до отметки 10*15К, а размеры становятся действительно внушительными — до миллиарда километров. Происходит еще одно нарушение симметрии, и, как следствие, все четыре вида взаимодействия становятся отдельными силами. Термодинамическое равновесие бозонов нарушилось, а те частицы, что раньше не имели своей массы, обрели ее.

Вселенная продолжает расширяться, а ее температура и уровень энергии – падать. Появляются стабильные барионы (нейтроны, протоны), что формируются из кварков и образуют барионную материю, то есть ту, из которой состоим мы и почти все, что нас окружает. Продолжается образование фотонов за счет аннигиляции. На данный момент эти частицы достаточно сильно остыли (до 2.7К) и являются частью микроволнового фона в космосе – реликтового излучения, что было обнаружено учеными относительно недавно – в 1964 году. На этом примерно и заканчивается первая секунда существования Вселенной.

Что такое реликтовое излучение?

Диапазон его частот – от 500 МГц до 500 Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров. Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и квазары, а также многие другие объекты.

Как показало изучение изотропии, источником излучения не является ни некие точки, ни центр галактик, ни какое-либо место в Солнечной Системе, из чего был сделан вывод, что оно имеет внегалактическое происхождение. Этот факт, к слову, подтвердил гипотезу «горячей Вселенной», что позволяет развивать теорию об эволюции, как она и была принята, далее.

После первой секунды

Плотность частиц значительно снижается, и, как следствие, частота взаимодействий с нейтрино снижается, а термодинамическое равновесие последней с другими становится невозможным. По причинам, выходящим из данного факта, нейтринное реликтовое излучение так и не было обнаружено.

Позитроны и электроны перестают постоянно образовываться. Вселенная становится полностью электрически нейтральной.

Спустя сто секунд после Взрыва начинают появляться первые химические элементы с легкими ядрами (водород, литий, гелий, дейтерий) благодаря слиянию нейтронов и протонов. Лишние частицы распадаются. Так проходит первичный нуклеосинтез.

300 000 лет спустя

Температура падает до 10 000 К. Размеры Вселенной превышают отметку в десятки миллионов световых лет в диаметре. У ядер появляются электронные оболочки, благодаря чему возникают первые легкие атомы, подобные гелию и водороду. Примерно в это же время начинает свою историю такое явление, как реликтовое излучение. Пространство наконец-то стало видимым, не прозрачным, как это было вначале. Гравитация начинает стягивать материю. Все это и многое другое способствует появлению первых звезд, а затем и галактик.

Что дальше?

Есть несколько основных сценариев, по которым будет происходить дальнейшая эволюция Вселенной. Естественно, процесс расширения будет происходить и дальше, поэтому если он будет достаточно равномерен, то энергия рано или поздно будет исчерпана, что, согласно предсказаниям ученых, приведет к тепловой смерти.

Другой вариант – Большой Разрыв, то есть распад всего, что уже было создано в результате Большого Взрыва. Это произойдет при ускорении расширения Вселенной.
Также есть сценарий, предполагающий так называемое Большое Сжатие, которое произойдет, если расширение замедлится, а затем и вовсе сойдет на нет.

Как именно все произойдет, не знает никто. Есть лишь некоторые догадки, гипотезы и теории, а известным остается только одно: время определенно покажет, как дальше будет развиваться наша Вселенная.

Как появилась наша Вселенная? Как она превратилась в кажущееся на первый взгляд бесконечное пространство? И чем она станет спустя многие миллионы и миллиарды лет? Эти вопросы терзали (и продолжают терзать) умы философов и ученых, кажется, еще с начала времен, породив при этом множество интересных и порой даже безумных теорий. Сегодня большинство астрономов и космологов пришли к общему согласию относительно того, что Вселенная, которую мы знаем, появилась в результате гигантского взрыва, породившего не только основную часть материи, но явившегося источником основных физических законов, согласно которым существует тот космос, который нас окружает. Все это называется теорией Большого взрыва.

Основы теории Большого взрыва относительно просты. Если кратко, согласно ей вся существовавшая и существующая сейчас во Вселенной материя появилась в одно и то же время — около 13,8 миллиарда лет назад. В тот момент времени вся материя существовала в виде очень компактного абстрактного шара (или точки) с бесконечной плотностью и температурой. Это состояние носило название сингулярности. Неожиданно сингулярность начала расширяться и породила ту Вселенную, которую мы знаем.

Стоит отметить, что теория Большого Взрывая является лишь одной из многих предложенных гипотез возникновения Вселенной (например, есть еще теория стационарной Вселенной), однако она получила самое широкое признание и популярность. Она не только объясняет источник всей известной материи, законов физики и большую структуру Вселенной, она также описывает причины расширения Вселенной и многие другие аспекты и феномены.

Хронология событий в теории Большого Взрыва

Основываясь на знаниях о нынешнем состоянии Вселенной, ученые предполагают, что все должно было начаться с единственной точки с бесконечной плотностью и конечным временем, которые начали расширяться. После первоначального расширения, как гласит теория, Вселенная прошла фазу охлаждения, которая позволила появиться субатомным частицам и позже простым атомам. Гигантские облака этих древних элементов позже, благодаря гравитации, начали образовывать звезды и галактики.

Все это, по догадкам ученых, началось около 13,8 миллиарда лет назад, и поэтому эта отправная точка считается возрастом Вселенной. Путем исследования различных теоретических принципов, проведения экспериментов с привлечением ускорителей частиц и высокоэнергетических состояний, а также путем проведения астрономических исследований дальних уголков Вселенной ученые вывели и предложили хронологию событий, которые начались с Большого взрыва и привели Вселенную в конечном итоге к тому состоянию космической эволюции, которое имеет место быть сейчас.

Ученые считают, что самые ранние периоды зарождения Вселенной — продлившиеся от 10^-43 до 10^-11 секунды после Большого взрыва, — по прежнему являются предметом споров и обсуждений. Если учесть, что те законы физики, которые нам сейчас известны, не могли существовать в это время, то очень сложно понять, каким же образом регулировались процессы в этой ранней Вселенной. Кроме того, экспериментов с использованием тех возможных видов энергий, которые могли присутствовать в то время, до сих пор не проводилось. Как бы там ни было, многие теории о возникновении Вселенной в конечном итоге согласны с тем, что в какой-то период времени имелась отправная точка, с которой все началось.

Тайны сингулярности

Также известная как планковская эпоха (или планковская эра) принимается за самый ранний из известных периодов эволюции Вселенной. В это время вся материя содержалась в единственной точке бесконечной плотности и температуры. Во время этого периода, как считают ученые, квантовые эффекты гравитационного взаимодействия доминировали над физическим, и ни одна из физических сил не была равна по силе гравитации.

Ученые обнаружили неизвестный источник гравитационных волн

Планковская эра предположительно длилась от 0 до 10^-43 секунды и названа она так потому, что измерить ее продолжительность можно только планковским временем. Ввиду экстремальных температур и бесконечной плотности материи состояние Вселенной в этот период времени было крайне нестабильным. После этого произошли периоды расширения и охлаждения, которые привели к возникновению фундаментальных сил физики.

Приблизительно в период с 10^-43 до 10^-36 секунды во Вселенной происходил процесс столкновения состояний переходных температур. Считается, что именно в этот момент фундаментальные силы, которые управляют нынешней Вселенной, начали отделяться друг от друга. Первым шагом этого отделения явилось появление гравитационных сил, сильных и слабых ядерных взаимодействий и электромагнетизма.

В период примерно с 10^-36 до 10^-32 секунды после Большого взрыва температура Вселенной стала достаточно низкой (1028 К), что привело к разделению электромагнитных сил (сильное взаимодействие) и слабого ядерного взаимодействия (слабого взаимодействия).

Эпоха инфляции

С появлением первых фундаментальных сил во Вселенной началась эпоха инфляции, которая продлилась с 10^-32 секунды по планковскому времени до неизвестной точки во времени. Большинство космологических моделей предполагают, что Вселенная в этот период была равномерно заполнена энергией высокой плотности, а невероятно высокие температура и давление привели к ее быстрому расширению и охлаждению.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Это началось на 10^-37 секунде, когда за фазой перехода, вызвавшей отделение сил, последовало расширение Вселенной в геометрической прогрессии. В этот же период времени Вселенная находилась в состоянии бариогенезиса, когда температура была настолько высокой, что беспорядочное движение частиц в пространстве происходило с околосветовой скоростью.

В это время образуются и сразу же сталкиваясь разрушаются пары из частиц — античастиц, что, как считается, привело к доминированию материи над антиматерией в современной Вселенной. После прекращения инфляции Вселенная состояла из кварк-глюоновой плазмы и других элементарных частиц. С этого момента Вселенная стала остывать, начала образовываться и соединяться материя.

Охлаждение Вселенной

Со снижением плотности и температуры внутри Вселенной начало происходить и снижение энергии в каждой частице. Это переходное состояние длилось до тех пор, пока фундаментальные силы и элементарные частицы не пришли к своей нынешней форме. Так как энергия частиц опустилась до значений, которые можно сегодня достичь в рамках экспериментов, действительное возможное наличие этого временного периода вызывает у ученых куда меньше споров.

Как думаете, как как космос изменит человечество в будущем?

Например, ученые считают, что на 10^-11 секунде после Большого взрыва энергия частиц значительно уменьшилась. Примерно на 10^-6 секунде кварки и глюоны начали образовывать барионы — протоны и нейтроны. Кварки стали преобладать над антикварками, что в свою очередь привело к преобладанию барионов над антибарионами.

Так как температура была уже недостаточно высокой для создания новых протонно-антипротонных пар (или нейтронно-антинейтронных пар), последовало массовое разрушение этих частиц, что привело к остатку только 1/1010 количества изначальных протонов и нейтронов и полному исчезновению их античастиц. Аналогичный процесс произошел спустя около 1 секунды после Большого взрыва. Только «жертвами» на этот раз стали электроны и позитроны. После массового уничтожения оставшиеся протоны, нейтроны и электроны прекратили свое беспорядочное движение, а энергетическая плотность Вселенной была заполнена фотонами и в меньшей степени нейтрино.

В течение первых минут расширения Вселенной начался период нуклеосинтеза (синтез химических элементов). Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов и снижения плотности энергии примерно до значений, эквивалентных плотности воздуха, нейтроны и протоны начали смешиваться и образовывать первый стабильный изотоп водорода (дейтерий), а также атомы гелия. Тем не менее большинство протонов во Вселенной остались в качестве несвязных ядер атомов водорода.

Спустя около 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали атомы (опять же преимущественно водорода), в то время как радиация отделилась от материи и продолжила практически беспрепятственно расширяться через пространство. Эту радиацию принято называть реликтовым излучением, и она является самым древнейшим источником света во Вселенной.

С расширением реликтовое излучение постепенно теряло свою плотность и энергию и в настоящий момент его температура составляет 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C), а энергетическая плотность 0,25 эВ (или 4,005×10^-14 Дж/м³; 400–500 фотонов/см³). Реликтовое излучение простирается во всех направлениях и на расстояние около 13,8 миллиарда световых лет, однако оценка его фактического распространения говорит примерно о 46 миллиардах световых годах от центра Вселенной.

Структурирование Вселенной

В последующие несколько миллиардов лет более плотные регионы почти равномерно распределенной во Вселенной материи начали притягиваться друг к другу. В результате этого они стали еще плотнее, начали образовывать облака газа, звезды, галактики и другие астрономические структуры, за которыми мы можем наблюдать в настоящее время. Этот период носит название иерархической эпохи. В это время та Вселенная, которую мы видим сейчас, начала приобретать свою форму. Материя начала объединяться в структуры различных размеров — звезды, планеты, галактики, галактические скопления, а также галактические сверхскопления, разделенные межгалактическими перемычками, содержащими всего лишь несколько галактик.

Детали этого процесса могут быть описаны согласно представлению о количестве и типе материи, распределенной во Вселенной, которая представлена в виде холодной, теплой, горячей темной материи и барионного вещества. Однако современной стандартной космологической моделью Большого взрыва является модель Лямбда-CDM, согласно которой частицы темной материи двигаются медленнее скорости света. Выбрана она была потому, что решает все противоречия, которые появлялись в других космологических моделях.

Согласно этой модели на холодную темную материю приходится около 23 процентов всей материи/энергии во Вселенной. Доля барионного вещества составляет около 4,6 процента. Лямбда-CDM ссылается на так называемую космологическую постоянную: теорию, предложенную Альбертом Эйнштейном, которая характеризует свойства вакуума и показывает соотношение баланса между массой и энергией как постоянную статичную величину. В этом случае она связана с темной энергией, которая служит в качестве акселератора расширения Вселенной и поддерживает гигантские космологические структуры в значительной степени однородными.

Что будет со Вселенной

Гипотезы относительно того, что эволюция Вселенной обладает отправной точкой, естественным способом подводят ученых к вопросам о возможной конечной точке этого процесса. Если Вселенная начала свою историю из маленькой точки с бесконечной плотностью, которая вдруг начала расширяться, не означает ли это, что расширяться она тоже будет бесконечно? Или же однажды у нее закончится экспансивная сила и начнется обратный процесс сжатия, конечным итогом которого станет все та же бесконечно плотная точка?

Разгадка у нас в руках? Исследователи нашли возможную причину Большого Взрыва

Ответы на эти вопросы были основной целью космологов с самого начала споров о том, какая же космологическая модель Вселенной является верной. С принятием теории Большого взрыва, но по большей части благодаря наблюдению за темной энергией в 1990-х годах, ученые пришли к согласию в отношении двух наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной.

Согласно первому, получившему название «большое сжатие», Вселенная достигнет своего максимального размера и начнет разрушаться. Такой вариант развития событий будет возможен, если только плотность массы Вселенной станет больше, чем сама критическая плотность. Другими словами, если плотность материи достигнет определенного значения или станет выше этого значения (1-3×10^-26 кг материи на м³), Вселенная начнет сжиматься.

Большой взрыв — в таком виде

Альтернативой служит другой сценарий, который гласит, что если плотность во Вселенной будет равна или ниже значения критической плотности, то ее расширение замедлится, однако никогда не остановится полностью. Согласно этой гипотезе, получившей название «тепловая смерть Вселенной», расширение продолжится до тех пор, пока звездообразования не перестанут потреблять межзвездный газ внутри каждой из окружающих галактик. То есть полностью прекратится передача энергии и материи от одного объекта к другому. Все существующие звезды в этом случае выгорят и превратятся в белых карликов, нейтронные звезды и черные дыры.

Постепенно черные дыры будут сталкиваться с другими черными дырами, что привет к образованию все более и более крупных. Средняя температура Вселенной приблизится к абсолютному нулю. Черные дыры в итоге «испарятся», выпустив свое последнее излучение Хокинга. В конце концов термодинамическая энтропия во Вселенной станет максимальной. Наступит тепловая смерть.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Современные наблюдения, которые учитывают наличие темной энергии и ее влияние на расширение космоса, натолкнули ученых на вывод, согласно которому со временем все больше и больше пространства Вселенной будет проходить за пределами нашего горизонта событий и станет невидимым для нас. Конечный и логичный результат этого ученым пока не известен, однако «тепловая смерть» вполне может оказаться конечной точкой подобных событий.

Есть и другие гипотезы относительно распределения темной энергии, а точнее, ее возможных видов (например фантомной энергии). Согласно им галактические скопления, звезды, планеты, атомы, ядра атомов и материя сама по себе будут разорваны на части в результате ее бесконечного расширения. Такой сценарий эволюции носит название «большого разрыва». Причиной гибели Вселенной согласно этому сценарию является само расширение.

История теории Большого взрыва

Самое раннее упоминание Большого взрыва относится к началу 20-го века и связано с наблюдениями за космосом. В 1912 году американский астроном Весто Слайфер провел серию наблюдений за спиральными галактиками (которые изначально представлялись туманностями) и измерил их доплеровское красное смещение. Почти во всех случаях наблюдения показали, что спиральные галактики отдаляются от нашего Млечного Пути.

В 1922 году выдающийся российский математик и космолог Александр Фридман вывел из уравнений Эйнштейна для общей теории относительности так называемые уравнения Фридмана. Несмотря продвижения Эйнштейном теории в пользу наличия космологической постоянной, работа Фридмана показала, что Вселенная скорее находится в состоянии расширения.

Большой Взрыв, темная материя… Могут ли космологи нас обманывать?

В 1924 году измерения Эдвина Хаббла дистанции до ближайшей спиральной туманности показали, что эти системы на самом деле являются действительно другими галактиками. В то же время Хаббл приступил к разработке ряда показателей для вычета расстояния, используя 2,5-метровый телескоп Хукера в обсерватории Маунт Вилсон. К 1929 году Хаббл обнаружил взаимосвязь между расстоянием и скоростью удаления галактик, что впоследствии стало законом Хаббла.

В 1927 году бельгийский математик, физик и католический священник Жорж Леметр независимо пришел к тем же результатам, какие показывали уравнения Фридмана, и первым сформулировал зависимость между расстоянием и скоростью галактик, предложив первую оценку коэффициента этой зависимости. Леметр считал, что в какой-то период времени в прошлом вся масса Вселенной была сосредоточена в одной точке (атоме).

Эти открытия и предположения вызывали много споров между физиками в 20-х и 30-х годах, большинство из которых считало, что Вселенная находится в стационарном состоянии. Согласно устоявшейся в то время модели, новая материя создается наряду с бесконечным расширением Вселенной, равномерно и равнозначно по плотности распределяясь на всей ее протяженности. Среди ученых, поддерживающих ее, идея Большого взрыва казалась больше теологической, нежели научной. В адрес Леметра звучала критика о предвзятости на основе религиозных предубеждений.

Следует отметить, что в то же время существовали и другие теории. Например, модель Вселенной Милна и циклическая модель. Обе основывались на постулатах общей теории относительности Эйнштейна и впоследствии получили поддержку самого ученого. Согласно этим моделям Вселенная существует в бесконечном потоке повторяющихся циклов расширений и коллапсов.

Только представьте, в космосе зафиксирован самый мощный взрыв со времен Большого взрыва

После Второй мировой войны между сторонниками стационарной модели Вселенной (которая фактически была описана астрономом и физиком Фредом Хойлом) и сторонниками теории Большого взрыва, быстро набиравшей популярность среди научного сообщества, разгорелись жаркие дебаты. По иронии судьбы, именно Хойл вывел фразу «большой взрыв», впоследствии ставшую названием новой теории. Произошло это в марте 1949 года на британском радио BBC.

В конце концов дальнейшие научные исследования и наблюдения все больше и больше говорили в пользу теории Большого взрыва и все чаще ставили под сомнение модель стационарной Вселенной. Обнаружение и подтверждение реликтового излучения в 1965 году окончательно укрепили Большой взрыв в качестве лучшей теории происхождения и эволюции Вселенной. С конца 60-х годов и вплоть до 1990-х астрономы и космологи провели еще больше исследований вопроса Большого взрыва и нашли решения для многих теоретических проблем, стоящих на пути у данной теории.

Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.

Среди этих решений, например, работа Стивена Хокинга и других физиков, которые доказали, что сингулярность являлась неоспоримым начальным состоянием общей относительности и космологической модели Большого взрыва. В 1981 году физик Алан Гут вывел теорию, описывающую период быстрого космического расширения (эпохи инфляции), которая решила множество ранее нерешенных теоретических вопросов и проблем.

В 1990-х наблюдался повышенный интерес к темной энергии, которую рассматривали как ключ к решению многих нерешенных вопросов космологии. Помимо желания найти ответ на вопрос о том, почему Вселенная теряет свою массу наряду с темной матерей (гипотеза была предложена еще в 1932 году Яном Оортом), также было необходимо найти объяснение тому, почему Вселенная по-прежнему ускоряется.

Дальнейший прогресс изучения обязан созданию более продвинутых телескопов, спутников и компьютерных моделей, которые позволили астрономам и космологам заглянуть дальше во Вселенной и лучше понять ее истинный возраст. Развитие космических телескопов и появление таких, как, например, Cosmic Background Explorer (или COBE), космический телескоп Хаббла, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и космическая обсерватория Планка, тоже внесло бесценный вклад в исследование вопроса.

Сегодня космологи могут с довольно высокой точностью проводить измерения различных параметров и характеристик модели теории Большого взрыва, не говоря уже о более точных вычислениях возраста окружающего нас космоса. А ведь все началось с обычного наблюдения за массивными космическими объектами, расположенными во многих световых годах от нас и медленно продолжающих от нас отдаляться. И несмотря на то, что мы понятия не имеем, чем это все закончится, чтобы выяснить это, по космологическим меркам на это потребуется не так уж и много времени.

Строение и эволюция Вселенной

Введение

      Изучение Вселенной, даже только известной нам её части, является
грандиозной задачей. В прошлом люди наблюдали за происхождение звёзд
,придумывали им названия , старались изучить их, и понять как они устроены . Чтобы
получить те сведения, которыми располагают современные ученые, понадобилось
много труда. Предки помогли нам хоть чуть-чуть узнать о космосе, но в
современно время мы узнали чуть больше ,чем предки, но каждый день появляются
новые гипотезы и сведенья о появление новой звезды, новой черной дыры и о
другом.

      Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь
Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры.
Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь маленьким  звеном в эволюции
Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли нам
занавес далекого прошлого.

    
Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят
сейчас и будут происходить в будущем. 

Цель:

Ø 
Узнать как эволюционировала Вселенная

Задачи:

ü  Рассмотреть
теории и гипотезы о возникновения Вселенной

ü  Изучить
строение Вселенной

                                          1. Как
появилась вселенная

    Вселе́нная — не имеет строгого определенного понятия в астрономии и
философии. Оно делится на две сущности: умозрительную (философскую) и материальную

    Она представляет собой все существующее пространство. Галактики,
звезды, планеты – все это часть необъятной Вселенной. (приложение 1 рис.1)

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.

    Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения
нашей Вселенной — это теория Большого взрыва.

На данный момент теория  Большого взрыва является наиболее логичным
предположением о том, как возникла Вселенная. Она объясняет появление объектов,
физических законов, материй и всего того, что находится в космосе.

     Предположительно, все началось с небольшой сингулярности огромной
плотности, для которой не существовало времени. В определенный момент она
начала расти с огромной скоростью, порождая пространство, физические законы,
гравитацию и т.д. Долгое время температура внутри была настолько высокой, что
образование каких-либо частиц было невозможным. Через 380 тыс. лет она
снизилась до 3000К, и тогда начали формироваться субатомные частицы, которым на
смену вскоре пришли полноценные атомы. А через миллиарды лет из пылевых облаков
они превратились в звезды, планеты, астероиды.

Взрыв звезды

Термин «сверхновая» описывает взрывы с выделением большого количества
энергии в момент, когда определённые звёзды достигают определённой стадии
развития. Сверхновые могут сиять ярче целых галактик, и разрушать всё, что
находится в сотне световых лет от них. (приложение1.рис.2)

Но сверхновые – не просто удивительное природное явления. Это самые
важные явления, необходимый для развития сложной материи и в том числе, жизни.

Судьба одиночного светила зависит от его начальной массы. Звезды
образуются в результате гравитационного коллапса газовых облаков, состоящих в
основном из молекулярного водорода и гелия (один атом He на 12 атомов Н2),
следовых количеств более тяжелых элементов и твердых пылевых частиц. Коллапс
завершается рождением протозвезды, которая имеет шанс превратиться в
полноправное светило. Для этого в ее ядре должно начаться устойчивое
термоядерное горение водорода, способное полностью компенсировать потери
энергии, уносимой в космос излучением звезды (гелий в этом процессе не
участвует, поскольку для его поджога требуются куда большие температуры).
Минимальная температура, необходимая для воспламенения водорода, составляет
около 3 млн К. Согласно модельным вычислениям, для достижения этого порога
масса протозвезды должна превысить 0,075 массы Солнца.(приложение2.рис.1)

Сверхновые могут появиться и другими путями. К примеру, хотя большинство
белых карликов медленно набирают массу, некоторые звёзды могут получить быстрый
прирост массы (например, от столкновения с другой звездой) и быстро преодолеть
предел Чандрасекара – так быстро, что они не успеют начать коллапсировать.

2. Строение вселенной

    Вселенная — это весь материальный мир, разнообразный по формам,
которые приобретает материя и энергия. (приложенние1.рис.3)

Вселенная состоит из пустот и галактических нитей, которые можно разбить
на сверхскопления, скопления, группы галактик, а затем и на галактики.

   Галактические нити — крупнейшие из известных космических структур
Вселенной в форме нитей из галактик со средней длиной 50-80 мегапарсек (163-260
миллионов световых лет), лежащие между большими пустотами (войдами). Нити
могут формировать «большие стены» — относительно плоские структуры скоплений и
сверхскоплений.

   Войды ( пустота) — участки космического пространства, в которых
концентрация галактик в десятки раз меньше средней. Они окаймлены
скоплениями и сверхскоплениями галактик. Размеры войдов составляют около
10-30 мегапарсек. Большие войды могут достигать в размерах 150 мегапарсек
и вероятно охватывают около 50% объема Вселенной.

Галактики

Что такое галактика? – Основная структурная единица во Вселенной, галактика
содержит — 150 — 200 миллиардов звезд; звездные системы разного вида, которые
состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и межзвездного рассеянного
вещества.

Есть одиночные галактики, но обычно они предпочитают располагаться
группами. Как правило это 50 галактик, которые занимают в диаметре 6 миллионов
световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает больше 40 галактик.

Скопления – это область с 50-1000 галактиками, которые могут достигать
размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно заметить, что их скорости
невероятно большие, а значит, должны преодолевать гравитацию. Однако они все же
держатся вместе.

Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно
галактических скоплений. Считается, что тмено она создает ту силу, которая не
дает возможности галактикам разлететься в разные стороны.

Порой группы объединяются, тем самым формируя сверхскопление. Это одни из
крупнейших вселенских структур. Наибольший представитель – Великая Стена
Слоуна, которая растянулась на 500 миллионов световых лет в длину, 200
миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.

Интересный факт

     Млечный Путь состоит примерно из 10 миллиардов звезд. Свету, чтобы
добраться из одного конца галактики в другой, требуется 100 тысяч лет.(приложение1.рис.4.)

    Звезды распределены в галактиках неравномерно, в разных частях
имеются плотные скопления, напоминающие шар. Также есть пространства, где на
протяжении многих световых лет нет ни одного светила.

 Вокруг большинства звезд находятся планеты, обладающие уникальным
внешним видом, атмосферой и другими особенностями. Также вокруг некоторых
имеются спутники – небольшие космические объекты, удерживаемые за счет
притяжения.

3. Солнечная система

     
Со́лнечная систе́ма — планетная система, включает в себя центральную звезду —
Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она
сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57
млрд лет назад. (приложение1.рис.5)

   
 В центре системы располагается Солнце, состоящее из гелия и водорода.  
Температура на его поверхности составляет примерно 6000 градусов Цельсия, а
размеры сферы во много раз больше, чем у других объектов, находящихся в области
его притяжения. Звезда относится к желтым карликовым.

   
Интересный факт: Солнце притягивает объекты на дистанции в два световых года.
Это примерно 18,9 триллионов километров.

   
Вокруг светила на разном расстоянии расположены планеты, которые делятся
учеными на две группы: земная и газовая.

Поскольку
Солнечной системе миллиарды лет, люди могут лишь строить гипотезы о способах ее
появления. Наиболее популярной является небулярная теория, выдвинутая учеными
Лапласом, Кантом и Сведенборгом в XVIII веке. Она строится на том, что система
образовалась за счет гравитационного коллапса одной из частей огромного облака,
состоящего из газа и пыли. В будущем гипотеза дополнялась за счет данных,
полученных при исследовании космоса.

Сейчас процесс возникновения Солнечной системы описывается следующими
шагами:

1.        
Изначально
в этой области вселенной находилось облако, состоящее из гелия, водорода и
других веществ, полученных при взрывах старых звезд. В небольшой его части
началось уплотнение, ставшее центром гравитационного коллапса. Он постепенно
начал притягивать к себе окружающие вещества.

2.        
Из-за
притяжения веществ размеры облака начали уменьшаться, при этом росла скорость
вращения. Постепенно его форма превратилась в диск.

3.        
По мере
сжатия увеличивалась плотность частиц на единицу объема, что приводило к
постепенному нагреву вещества за счет частых столкновений молекул.

4.        
Когда
центр гравитационного коллапса разогрелся до нескольких тысяч кельвинов, он
начал светиться, что означало образование протозвезды. Параллельно с этим, в
разных областях диска начали появляться другие уплотнения, которые в будущем
послужат гравитационными центрами для образования планет.

5.        
Финальный
этап формирования солнечной системы начался в период, когда температура центра
протозвезды превысила несколько миллионов кельвинов. Тогда гелий и водород
вступили в реакцию термоядерного синтеза, что привело к появлению полноценной
звезды. Остальные уплотнения диска постепенно сформировались в планеты, которые
начали вращаться в одном направлении вокруг Солнца, находясь на одной
плоскости.

Данный процесс длился очень долгое время, и ученые могут лишь
догадываться, сколько лет ушло на формирование Солнечной системы.

4. Происхождение звезд

Как
и все тела в природе, звёзды не остаются неизменными, они  рождаются,
эволюционируют, и, наконец «умирают». Чтобы проследить жизненный путь
звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. В прошлом
это представлялось большой загадкой; современные астрономы уже могут с большой
уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем
ночном небосводе(прилодение1.рис.6)

В середине XIX века теории о появлении звезд высказывали
многие люди, но самую серьезную гипотезу того времени традиционно
связывают с именами Кельвина и Гельмгольца. Изначально предполагалось,
что причина свечения Солнца и других звезд очень проста: на них
падает какое-то вещество, при ударе оно нагревается и начинает светиться.
Более научными словами, кинетическая энергия превращается в тепловую,
а та — в энергию излучения. Дальше эта мысль развивалась: чтобы
обеспечить наблюдаемую светимость Солнца, на него должно падать много
вещества, и нам должно быть видно, как оно пролетает мимо Земли,
но его не обнаружили. Тогда исследователи предположили, что этап
падения вещества на Солнце был в прошлом, но в процессе
падения накопилась энергия и благодаря ей Солнце до сих пор
светится.

В рамках физики того времени это было очень удачное предположение:
оно было довольно простым и логичным (упало — ударилось —
разогрелось — засветилось) и хорошо согласовывалось с данными
о светимостях и температурах звезд, которые в то время
впервые стали доступными для измерений. Оказалось, что температура
и светимость не произвольные величины, а зависят друг
от друга. Для большинства звезд большая яркость означает высокую
температуру, и, наоборот, чем холоднее звезда, тем она тусклее. В рамках
сценария с падением это тоже казалось очень ясным и логичным: яркие
и горячие звезды — это те, на которые вещество только-только
перестало падать, и они переживают максимум своей светимости, а затем
потихоньку станут гаснуть и остывать, превращаясь в тусклые холодные
светила.

Интересное
открытие

Не
так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздного газа и
пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные
фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в
течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд. На снимках 1947г. в
этом месте была видна группа из трёх звездоподобных объектов. К 1954г. некоторые
из них стали продолговатыми, а к 1959г. эти продолговатые образования распались
на отдельные звёзды — впервые в истории человечества люди наблюдали, рождение
звёзд буквально на глазах этот случай показал астрономам, что звёзды могут
рождаться за короткий интервал времени, и казавшиеся ранее странными
рассуждения о том, что звёзды обычно возникают в группах, или звёздных
скоплениях, оказались справедливыми. (приложение1.рис.7)

5.
Эволюция Вселенной

    
Спустя миллиарды лет, когда в пространстве появились атомы и молекулы, под
действием гравитации они начали перемещаться относительно друг друга. Этот
период ученые назвали Структурной Эпохой.

   
Уже в первые мгновения после расширения, в пространстве появились простейшие
частицы, имеющие световую природу. Примерно через год начинает появляться
темная материя. А еще через 380 тыс. лет после снижения температур появляются
молекулы, способные образовывать разные вещества.(приложение2.рис.2)

   
Постепенно частицы сбились в газовые облака огромных масштабов, а еще через
некоторое время начали формироваться звезды и планеты, которые обладают
взаимным притяжением. Первые галактики образовались спустя 300 млн. лет с
момента Большого взрыва. Однако современный вид они приобрели лишь через 10 млрд.
лет.(приложение2.рис.2)

    
На данный момент Вселенной примерно 13,82 млрд. лет, и ее эволюция далека от
завершения. Ученые не сомневаются, что галактики и общая карта пространства еще
не раз поменяются, пока не придут к своей конечной форме.

Интересный
факт

 
 Существует предположение, что финальным этапом формирования Вселенной будет ее
повторное сжатие в единую точку сингулярности, которая снова расширится
благодаря Большому взрыву.

  
Доказательством того, что эволюция Вселенной еще далека от завершения, является
реликтовое излучение. Если оно заметно на границах пространства, значит, еще не
иссякла энергия, выделенная в момент Большого взрыва. Соответственно, космос
продолжает расширяться.

  Что такое реликтовое излучение?

Диапазон его частот – от 500 МГц до 500
Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров.
Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый
внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как
проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и
квазары, а также многие другие объекты.

Как показало изучение изотропии,
источником излучения не является ни некие точки, ни центр галактик, ни
какое-либо место в Солнечной Системе, из чего был сделан вывод, что оно имеет
внегалактическое происхождение. Этот факт, к слову, подтвердил гипотезу
«горячей Вселенной», что позволяет развивать теорию об эволюции, как она и была
принята, далее.

Будущее Вселенной

Есть несколько основных сценариев, по
которым будет происходить дальнейшая эволюция Вселенной. Естественно, процесс
расширения будет происходить и дальше, поэтому если он будет достаточно
равномерен, то энергия рано или поздно будет исчерпана, что, согласно
предсказаниям ученых, приведет к тепловой смерти.+

Другой вариант – Большой Разрыв, то
есть распад всего, что уже было создано в результате Большого Взрыва. Это
произойдет при ускорении расширения Вселенной.
Также есть сценарий, предполагающий так называемое Большое Сжатие, которое
произойдет, если расширение замедлится, а затем и вовсе сойдет на нет.

Как именно все произойдет, не знает
никто. Есть лишь некоторые догадки, гипотезы и теории, а известным остается
только одно: время определенно покажет, как дальше будет развиваться наша
Вселенная.

Вселенная —
это необъятные просторы, в которых находиться черная материя, триллионы
галактик и звездных скоплений. У нее нет границ ни в пространстве, ни во
времени.

Огромные космические просторы таят в себе много тайн, для разгадки которых важно определить принципы эволюции и строение Вселенной.

С чего началось мироздание?

Сегодня
трудно в это поверить, но огромное космическое пространство 14 млрд лет было
всего лишь точкой. Небольшой шар состоял из плотного и горячего протовещества.
В один момент, эта “точка” взорвалась и мельчайшие элементы разлетелись. Эта
гипотеза происхождения Вселенной называется Теорией Большого Взрыва. Это
наиболее логичное предположение, из-за чего является основным. 

Все частицы,
которые были образованы в результате взрыва, удалились от эпицентра
происшедшего и со временем начали взаимодействовать между собой. С рассеянной
материи сформировались сгустки, которые впоследствии преобразовались в звезды.
Под воздействием центробежных и гравитационных сил были образованы галактики.

Процесс
расширения Вселенной
и формирование новых “уплотнений” происходит ежесекундно. Именно поэтому,
ученым трудно указать границы мироздания.

Эволюция

Полагаясь на достоверность Теории Большого взрыва, ученые предполагают, что эволюция Вселенной происходила в такой последовательности:

Эпоха
сингулярности

Это наиболее
ранний период развития
мироздания. Небольшая точка, которая состоит из протонов и нейтронов,
“взрывается”. Время такого “Бума” составляет всего 0,0001 секунды. После этого,
стартовал процесс синтезирования частиц, за счет чего образуется водород и
гелий. Из-за высочайшей температуры в миллиарды градусов, этот процесс
происходит быстро, что приводит к расширению космического пространства.

Эпоха
инфляции

В этот
период, просторы Вселенной
заполнила энергия одинаково высокой плотности, невероятно высокой температуры и
давления. Это приводит к быстрому расширению и постепенному охлаждению. Эпоха
знаменательна столкновением и разрушением частиц и античастиц. Это приводит к
превосходству материи над антиматерией.

Эпоха
охлаждения

Уменьшение
плотности и температуры на космических просторах стало причиной минимизации
энергии в каждой частице. Эти процессы происходили до того момента, как все
элементарные частицы преобразовались в современные формы. В этот период,
плотная материя была равномерно распространена по просторам космоса.

Иерархическая
эпоха

На
протяжении нескольких миллиардов лет, наиболее плотные участки начали
соединяться между собой, образуя газовые облака, звезды и галактики. В нашей
Вселенной начали образовываться структурные формирования, которые мы можем
наблюдать сейчас.

Основные элементы строения

Крупномасштабная структура Вселенной поможет определить состав и строение мироздания. В огромных вселенских просторах можно увидеть волокна и пустоты, которые образуют сверхскопления, галактики и звезды. Начальный этап структурирования мироздания начинается с образования водородного газа. Под воздействием гравитационных сил, он преобразовывается в плотные, тяжелые сгустки. Их масса в тысячи раз превышает массу любой из галактик. В тех участках, где было наибольшее скопление водородного газа сформировались мегагалактики. На участках с меньшим количеством газа образовались меньшие звездные дома, наподобие нашего Млечного пути.

Протогалактики,
которые вращались слишком быстро, со временем преобразовались в спиральные
звездные дома. А на тех участках, где наблюдалось медленное вращение,
происходило сжатие водородного газа и сформировались неправильные,
эллиптические галактики.

В этот же
период, звездные дома образовывали сверхскопления, края которых соприкасались.
В каждом из таких формирований находились звезды, туманности, космическая пыль.
Но основным объектом является черная материя.

“Звездные дома”: классификация и особенности

Точная
информация о видах и границах галактик стала известна после проведенных исследований Эдвином
Хабллом. Астрофизик предложил следующую классификацию:

1. Спиральные. Это наиболее
   распространенные “звездные дома”. Они представлены в виде своеобразных
   спиралей, которые собраны вокруг ядра либо исходят от галактической
   “перемычки”. Наш Млечный
   путь относится к этому виду. Еще одним популярным представителем
   спиральных галактик является наша “соседка” — Андромеда. Она стремительно
   мчится по направлению к нам, из-за чего оба звездных дома могут столкнуться.
2. Эллиптические. Они обладают нестандартной
   формой. На вселенских просторах их много, но они не выразительны из-за
   отсутствия космической пыли и звездного газа. В “эллипсах” находятся
   исключительно звездные
   скопления.
3. Неправильные. Объекты, которые
   относятся к этому типу, не имеют четких границ и определенной формы. В их
   составе находятся облака газа и космическая пыль. Такие “звездные дома” могут
   поглощаться более крупными объектами.

Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование
с таинственной структурой.

Будущее Вселенной

Наше
мироздание началось с маленькой точки. Быстрое развитие и расширение границ
привело к образованию необъятных космических просторов. Но, будет ли
остановлено расширение? Возможен ли обратный вариант развития, то есть сжатия в
ту же исходную плотную точку?

В 1990-х
годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего
Вселенной.

“Сжатие”
космических просторов возможно! При достижении максимальных размеров, она может
разрушиться. Плотность черной материи может достичь критических показателей,
из-за чего будет сжиматься.

Также,
существует предположение, что причиной разрушения мироздания могут стать черные
дыры. Все звездные скопления могут прекратить передачу энергии и
преобразоваться в черные дыры. Если температура космического пространства
приблизиться к нулю, возможно их испарение. В результате чего, все разрушиться
и наступит логичный конец.