ESO Press Photo 32/95

На правом рисунке, на увеличенном изобра­жении центральной части га­лактики, желтыми контура­ми показано радиоизлучение выброшенных из ее ядра узких струй релятивистских элек­тронов.

Судьба Вселенной

Как известно, во Вселенной в целом отсутствуют рез­кие контрасты плотностей и нет доминирующего направ­ления. Это означает, что в больших масштабах Вселенная однородна.

Так, нет оснований считать, что положение нашей Галактики каким-то образом выделено; не сущест­вует также надежных доказательств наличия какой-то выделенной оси.

Подсчеты радиогалактик, рентгеновских источников и квазаров свидетельствуют о сферической симметрии распределения вещества во Вселенной.

Наряду с постоянной Хаббла второй важнейшей вели­чиной, характеризующей Вселенную, является ее средняя плотность, т. е. масса всех видов вещества, приходящегося в среднем на единицу объема.

Какова плотность электро­нов (свободных и связанных), плотность тяжелых частиц (протонов и нейтронов) в свободном состоянии и связан­ных в ядрах, находящихся в звездах и в газовой фазе, какова плотность фотонов и нейтрино? Эти величины определяются как среднее число частиц, приходящихся на единицу объема.

Не меньший интерес представляет плотность вещества (выраженная в граммах на кубиче­ский сантиметр), обусловленная каждой отдельной ком­понентой. Чтобы определить эти средние величины, нуж­но знать количество частиц, т. е. массу газа, заключенного в объеме, значительно превосходящем объем отдельной галактики и даже скопления галактик, а затем разделить найденные величины на суммарный (с учетом простран­ства между скоплениями) объем.

Для Вселенной в целом, для ее геометрии и за­кона расширения важна именно общая плотность ве­щества, т. е. граммы в кубическом сантиметре.

Напомним, что в общей теории относительности кривизна простран­ства зависит от плотности.

Если плотность меньше кри­тической, Вселенная открытая, т. е. бесконечная, и в бу­дущем будет неограниченно расширяться.

Если плотность больше критической, Вселенная закрытая, т. е. в каждый момент времени трехмерное пространство конечно, хотя, безусловно, у него нет границ, так же как нет их, напри­мер, у двумерной поверхности сферы.

В этом случае в будущем вслед за фазой расширения, в которой мы сейчас живем, неизбежно произойдет общий коллапс — сильнейшее неограниченное сжатие. Хотя это случится не скоро (расширение в течение ближайших 20 млрд. лет нам гарантировано), вопрос о далеком будущем, конеч­но же, является принципиально важным и волнующим.

Зависимость поведения Вселенной в будущем от сред­ней плотности вещества в ней легко объясняется в рам­ках ньютоновской механики.

Зависимость поведения Вселенной в будущем от средней плотности вещества ρ.

Рассмотрим сферическую область Вселенной.

Пусть радиус области равен R,

тогда ее объем составляет V = (4/3)π R³

масса, заключенная внутри этого объема, m = ρ V

создает на поверх­ности сферы гравитационный потенциал φ = - Gm / R = 4/3 π G ρ R²

Скорость расширения на поверхности сфе­ры равна (закон Хаббла) v = H R

а кинетическая энергия единицы массы записывается в виде K=v²/2=H²R²/2.

Характер эволюции области — бесконечное расширение или переход к сжатию в будущем — зависит от отношения потенциальной энер­гии к кинетической.

(При этом вещество, находящееся вне сферы, не влияет на движение во внутренней области.)

Это отношение, как легко увидеть, не зависит от радиуса:

4/3 π G ρ R² : H² R² / 2 = = ρ /ρ_кр

ρ_кр = ()^-1 = 5.10^-30 г./см³

При ρ /ρ_кр1 Вселенная открытая (расширяется).

При ρ /ρ_кр 1 замкнута.

По оценкам ρ /ρ_кр =2.10^-4 – 3.10^-2

«Человек и его космический корабль — Земля, вращаю­щаяся вокруг одной из многих звезд в одной из многих галактик,— это очень малая частичка Вселенной. И тем не менее мы изучаем и все лучше понимаем всю необъят­ную Вселенную, ее прошлое и будущее.

Искренняя вера в возможность изучения Вселенной и познания истины, вера в науку — вот то, что объединяет всех нас, не только астрономов, но и ученых в целом, так же как вера в доб­ро, человеческое достоинство, ценность человеческой жиз­ни объединяет всех людей доброй воли.»

Дата добавления: 2014-01-14