Эволюция Вселенной.

Вселенная представляет собой упорядоченную систему отдельных взаимосвязанных элементов различного порядка. Это небесные тела (звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы), планетные системы звезд, звездные скопления, галактики.

Звезды – гигантские раскаленные самосветящиеся небесные тела.

Планеты – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды.

Спутники (планет) – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет.

Например, Солнце – это звезда. Земля – это планета. Луна – это спутник Земли. Небесные тела, находящиеся в зоне существенного действия силы тяготения звезды, образуют ее планетную систему.

Так, Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

Астероиды (или малые планеты) – небольшие холодные небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты.

Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры – несколько километров. У ярких комет при приближении к Солнцу появляется хвост в виде светящейся полосы, длина которого может достигать десятков миллионов километров.

Звезды вместе с их планетными системами и межзвездной средой образуют галактики. Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд звезд, обращающихся вокруг ее центра. Внутри галактики отмечают звездные скопления. Звездные скопления – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение. Галактики образуют метагалактику. Метагалактика – грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик.

В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель нестационарной расширяющейся Вселенной.

Ключевой предпосылкой создания модели эволюционирующей расширяющейся Вселенной послужила общая теория относительности А. Эйнштейна. Объектом теории относительности выступают физические события. Физические события характеризуют понятия пространства, времени, материи, движения, которые в теории относительности рассматриваются в единстве. Исходя из единства материи, пространства и времени следует, что с исчезновением материи исчезли бы и пространство, и время. Таким образом, до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени. Эйнштейн вывел фундаментальные уравнения, связывающие распределение материи с геометрическими свойствами пространства, с ходом времени и на их основе в 1917 г. разработал статическую модель Вселенной.

Согласно этой модели, Вселенная обладает следующими свойствами:

• однородностью, т.е. имеет одинаковые свойства во всех точках;

• изотропностью, т.е. имеет одинаковые свойства по всем направлениям.

Из теории относительности следует, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сужаться. Таким образом, Вселенная обладает еще одним свойством – нестационарностью. Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А.А. Фридман, российский физик и математик, в 1922 г. В зависимости от средней плотности вещества и излучения во Вселенной возможны три модели ее эволюции, получившие название моделей Фридмана.

В первой модели предполагается, что масса вещества и излучения во Вселенной больше некоторой критической. Тогда в соответствии с общей теорией относительности Вселенная должна расширяться, причем скорость расширения оказывается небольшой, что позволяет за счет работы сил гравитационного притяжения между различными космическими объектами замедлять расширение Вселенной до его полного прекращения. После этого космические объекты начинают приближаться друг к другу, и Вселенная начинает сжиматься. В этой модели пространство искривляется, образуя сферу.

Во второй и третьей моделях, когда масса вещества и излучения во Вселенной равна и меньше критической соответственно, Вселенная должна неограниченно расширяться.

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

Основываясь на модели расширяющейся Вселенной, бельгийский ученый Ж. Леметр в 1927 г. показал, что в прошлом, когда Вселенная имела минимальные размеры, плотность вещества Вселенной достигала 10… г/см³. Вещество в таком сверхплотном состоянии было названо Леметром «протоатомом», а его состояние – сингулярным (это начальное состояние Вселенной, так называемая «сингулярная точка»). По каким-то причинам протоатом оказался в неустойчивом состоянии и взорвался, что явилось причиной расширения Вселенной. Концепция эволюции Вселенной, основанная на предположении о взрыве протоатома, получила название концепции Большого взрыва.

Концепция Большого взрыва, логично объясняя многие моменты эволюции Вселенной, не отвечает на вопрос, из чего же она возникла. Эту задачу решает теория инфляции, разработанная американскими учеными А. Гутом и П. Стейнхардтом и дополненная советским физиком А. Д. Линде.

Теория инфляции, или теория раздувающейся Вселенной, возникла не в противовес, а в дополнение и развитие концепции Большого взрыва. Как следует из этой теории, Вселенная возникла из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы.

Итак, Вселенная на ранних стадиях своего возникновения имела неустойчивое вакуумоподное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия, как и исходная материя, возникла из квантового вакуума, то есть из ничего, и Вселенная возникла благодаря гигантскому взрыву этой исходной космической материи – Большому взрыву Вселенной.

В середине ХХ века формируется концепция горячей Вселенной. Согласно данной концепции, на ранних этапах расширения, вскоре после Большого взрыва, Вселенная была очень горячей: излучение доминировало над веществом. При расширении температура падала, и с некоторого момента пространство стало для излучения практически прозрачным. Излучение, сохранившееся с начальных моментов эволюции (реликтовое излучение), равномерно заполняет всю Вселенную до сих пор. Вследствие расширения Вселенной температура этого излучения продолжает падать. В настоящее время она составляет 2,7 К (К – кельвин, единица измерения температуры. Соотношение между температурой в кельвинах (Т) и температурой, выраженной в градусах Цельсия (tº), следующее: Т= tº+273,15). Открытие реликтового излучения в 1965 г. американскими астрофизиками А. Пензиасом и Р. Вильсоном явилось наблюдательным (экспериментальным) обоснованием концепции горячей Вселенной.

Дата добавления: 2014-01-11