Контрольна робота
на тему:
«Еволюція Всесвіту»
Зміст
Введення
1. Модель Фрідмана. Два варіанти розвитку Всесвіту
2. Будова Всесвіту - сучасні космологічні моделі Всесвіту
3. Обгрунтування розширення Всесвіту
4. Етапи космічної еволюції
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Берег Всесвіту - це наша планета Земля, батьківщина людства. Ми пильно вдивляємося в космічну безодню. Що там? Обитель богів? Або простір, заповнений зірками і планетами, на яких живуть розумні істоти?
Дослідженням Всесвіту став займатися ще найдавніший Людина. Небо було доступно для його огляду - воно було для нього цікавим. Недарма астрономія - найдавніша з наук про природу - і, по суті, майже найдавніша наука взагалі.
Не втратив інтересу до вивчення проблем космосу і Сучасний Людина. Але він дивиться вже трохи глибше: йому не просто цікаво що є Всесвіт зараз - він жадає знань про те:
Що було, коли Всесвіт народжувалася?
Народжувалася вона взагалі або вона глобально стационарна?
Як давно це було і як відбувалося?
Для пошуку відповіді на всі ці непрості відповіді була відведена спеціальна ніша в астрономії - космологія.
Космологія спробувала дати відповіді на ці питання. Була створена теорія Великого Вибуху, а так само теорії, що описують перші миті народження Всесвіту, її поява і структуризації.
Все це дозволяє нам зрозуміти суть фізичних процесів, показує джерела, що створюють сучасні закони фізики, дає можливість прогнозувати подальшу долю Всесвіту.
Тому космологія, як і будь-яка інша наука живе і бурхливо розвивається, приносячи все нові і нові фундаментальні знання про навколишній світ.
Дана робота присвячена еволюції Всесвіту: в ній розглядаються перші миті життя Всесвіту, її подальша еволюція і моделі майбутнього розвитку Всесвіту.
1. Модель Фрідмана. Два варіанти розвитку Всесвіту
Всесвіт Фрідмана - одна з космологічних моделей, що задовольняють польовим рівнянь загальної теорії відносності, перша з нестаціонарних моделей Всесвіту. Модель Фрідмана описує однорідну ізотропну Всесвіт з речовиною, що володіє позитивною, нульовою або негативною постійної кривизною.
Нестаціонарність Всесвіту була підтверджена відкриттям залежності червоного зсуву галактик від відстані. Незалежно від Фрідмана, описувану модель пізніше розробляли Леметр, Робертсон і Уокер, тому рішення польових рівнянь Ейнштейна, що описує однорідну ізотропну Всесвіт з постійною кривизною, називають моделлю Фрідмана-Леметра-Робертсона-Уокера.
Теорію Великого Вибуху запропонували в 20-х роках нашого століття вчені Фрідман та Леметр, в сорокових роках її доповнив і переробив Гамов. Відповідно до цієї теорії, колись давним-давно наша Всесвіт представляв собою нескінченно малий згусток, надщільний і розпечений до немислимих температур. Це нестабільний освіта раптово вибухнуло, простір швидко розширилося, а температура часток, що розлітаються, що володіють високою енергією, почала знижуватися. Приблизно після першого мільйона років атоми двох найлегших елементів, водню і гелію, стали стабільними. Під дією сил тяжіння почали концентруватися хмари матерії. У результаті сформувалися галактики, зірки і інші небесні тіла. Зірки старіли, вибухали наднові, після чого з'являлися більш важкі елементи. Вони формували зірки більш пізнього покоління, такі, як наше Сонце.
У 1922 р. радянський математик О. О. Фрідман, аналізуючи рівняння загальної теорії відносності Ейнштейна, прийшов до висновку, що Всесвіт не може перебувати в стаціонарному стані - вона повинна або розширюватися, або пульсувати. Спочатку ця робота (1922 і 1924 рр..) Була повністю проігнорована, але пізніше на неї звернули увагу в зв'язку з моделлю Всесвіту Леметра. Всесвіт Фрідмана може бути замкнутою, якщо щільність речовини в ній досить велика, щоб зупинити розширення. Цей факт привів до пошуку так званої відсутньої маси. Надалі висновки Фрідмана отримали підтвердження в астрономічних спостереженнях, які виявили у спектрах галактик так зване червоне зміщення спектральних ліній, що відповідає взаємному видалення цих зоряних систем. [4, с. 44]
2. Будова Всесвіту - сучасні космологічні моделі Всесвіту
Космологія вивчає фізичну природу, будова і еволюцію Всесвіту як цілого.
Поняття «Всесвіт» означає Космос, доступний людському спостереженню.
Космологія розглядає найбільш загальні властивості всієї області простору, охопленої спостереженням. Ми називаємо її Метагалактикою. Наші знання про Метагалактиці обмежуються горизонтом спостережень. Цей горизонт визначається тим, що швидкість світла не миттєва. Отже, ми можемо спостерігати тільки ті області Всесвіту, від яких світло встиг дійти до нас до теперішнього часу. При цьому ми бачимо об'єкти не в їх нинішньому стані, а в тому, в якому вони були в момент випускання світла.
Моделі Всесвіту, як і будь-які інші, будуються на основі теоретичних уявлень, які існують в даний час в космології, фізики, математики, хімії та інших суміжних дисциплінах.
Кілька передумов вивчення Всесвіту:
- Вважається, що формулюються фізикою закони функціонування світу діють у всьому Всесвіті;
- Вважається, що спостереження астрономів також поширюються на весь Всесвіт;
- Вважається, що правдиві ті висновки, які не суперечать існуванню людини (антропний принцип).
Висновки космології називаються моделями походження і розвитку Всесвіту.
Проблеми виникнення та будови Всесвіту займали людей з давніх часів. Незважаючи на високий рівень астрономічних відомостей народів стародавнього Сходу, їх погляди на будову світу обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися уявлення, згідно з якими Земля має вигляд опуклого острова, оточеного океаном. Всередині Землі нібито знаходиться «царство мертвих». Небо - це твердий купол, що спирається на земну поверхню і відокремлює «нижні води» (океан, оточуючий земної острів) від «верхніх» (дощових) вод. На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом нібито живуть боги. Згідно уявленням стародавніх єгиптян, Всесвіт має вигляд великої долини, витягнутої з півночі на південь, в центрі її знаходиться Єгипет. Небо уподібнювалися великої залізної даху, яка підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.
Гераклід Понтійський і Евдокс Кнідський в IV ст до н.е. стверджували, що всі тіла у Всесвіті обертаються навколо своєї осі, і звертаються навколо загального центру (Землі) за сферами, кількість яких у різних космогонія варіював від 30 до 55. Вершиною цієї картини світу стала система Клавдія Птолемея (II ст. Н.е.).
Перші науково-обгрунтовані моделі Всесвіту з'явилися після відкриттів Коперника, Галілея і Ньютона. Спочатку Р. Декарт висунув ідею еволюційної вихровий Всесвіту. Відповідно до його теорії, всі космічні об'єкти утворилися з первинної однорідної матерії в результаті вихрових рухів. Сонячна система, згідно Декарту - один з вихорів космічної матерії. І. Кант розвивав ідею нескінченного Всесвіту, що утворилася під дією механічних сил притягання та відштовхування, і спробував з'ясувати подальшу долю такого Всесвіту. Математично описав гіпотезу Канта великий французький математик Лаплас. [1, с. 213]
І. Ньютон вважав, що тяжіє всесвіт не може бути кінцевою, тому що в цьому випадку всі зірки, її складові, під дією сил тяжіння зберуться в центрі. Він намагався пояснити бачимо протиріччя нескінченною кількістю зірок у Всесвіті, а також нескінченністю світу в часі і просторі. Однак космологія зіткнулася тоді з парадоксами.
1. Гравітаційний парадокс: згідно ньютонівському поняттю гравітації нескінченний Космос з кінцевою щільністю маси повинен давати нескінченну силу тяжіння. Нескінченно більше тяжіння неминуче призводить до нескінченних прискорень і нескінченним швидкостям космічних тіл. Отже, швидкість тіл повинна зростати зі збільшенням відстані між тілами. Але цього не відбувається, і тоді виходить, що Всесвіт не може існувати вічно.
Вирішуючи цю проблему, І. Кант зробив висновок про нестатічності Космосу. Туманності він називав «світовими островами». Ламберт розвинув ідеї Канта. На його думку, при збільшенні розмірів островів збільшується і відстань між ними так, що сумарні сили Космосу залишаються кінцевими. Тоді парадокс дозволяється.
2. Фотометричний парадокс (парадокс Ольберса): при нескінченного Всесвіту, заповненої нескінченним числом зірок, небо мусить бути рівномірно яскравим. Насправді ж такого ефекту не спостерігають. У 1823 р. Ольберс показав, що пилові хмари, які поглинають світло більш далеких зірок, самі нагріваються і повинні, тому випромінювати світло. Цей парадокс вирішилося саме собою після створення моделі Всесвіту, що розширюється.
Сучасна космологія виникла після появи загальної теорії відносності Ейнштейна і тому її, на відміну від класичної галилеевой і Ньютоновой космології, називають релятивістської. Емпіричною базою для космології є оптичні і радіолокаційні астрономічні спостереження. Відкриття елементарних частинок і дослідження їх поведінки на прискорювачах в умовах, наближених до існували на початкових етапах розвитку Всесвіту, допомогло зрозуміти, що відбувалося в перші моменти її еволюції.
Коли Ейнштейн працював над своєю загальною теорією відносності, Всесвіт уявлявся вченим не такий, як зараз. Ще не були відкриті Метагалактика і її розширення, тому Ейнштейн спирався на уявлення про стаціонарного Всесвіту, яка рівномірно наповнена Галактиками, що знаходяться на незмінних відстанях. Тоді неминуче випливав висновок про стиснення світу під дією сили тяжіння. Цей результат знаходився в протиріччі з висновками ЗТВ. Щоб не вступати в конфлікт із загальноприйнятою картиною світу, Ейнштейн довільно ввів у свої рівняння новий параметр - космічне відштовхування, яке характеризувалося за допомогою космологічної сталої. А. Ейнштейн припускав, що Всесвіт стаціонарне, нескінченна, але не безмежна. Тобто вона мислилася у вигляді сфери, постійно збільшується в обсязі, але має межі.
Єдиною людиною, який у 1922 році вірив у правильність висновків ОТО стосовно космологічним проблем, був молодий радянський фізик А.А. Фрідман. Він зауважив, що з теорії відносності випливає нестаціонарність викривлення простору.
Як вже говорилося в першій частині даної роботи, модель Фрідмана спирається на уявлення про ізотропному, однорідному та нестаціонарному стані Всесвіту.
Ізотропності вказує на те, що у Всесвіті не існує будь-яких виділених точок напрямків, тобто її властивості не залежать від напрямку.
Однорідність Всесвіту характеризує розподіл речовини в ній. Цю рівномірність розподілу речовини можна обгрунтувати, підраховуючи число галактик до даної видимої зоряної величини. Згідно зі спостереженнями, щільність речовини у видимому нами частини простору в середньому однакова.
Нестаціонарність означає, що Всесвіт не може перебувати в статичному, незмінному стані, а повинна або розширюватися, або стискатися
У сучасній космології три цих затвердження називаються космологічними постулатами. Сукупність цих постулатів є основоположним космологічним принципом. Космологічний принцип безпосередньо випливає з постулатів загальної теорії відносності.
А. Фрідман, на базі висунутих їм постулатів, створив модель будови Всесвіту, в якій всі галактики віддаляються один від одного. Ця модель схожа на рівномірно роздувається гумовий куля, всі точки простору якого віддаляються один від одного. Відстань між будь-якими двома точками збільшується, однак жодну з них не можна назвати центром розширення. Причому, чим більше відстань між точками, тим швидше вони віддаляються один від одного.
Сам Фрідман розглядав тільки одну модель будови Всесвіту, в якій простір змінюється за параболическому закону. Тобто, спочатку воно буде повільно розширюватися, а потім, під впливом сил гравітації - розширення зміниться стисненням до початкових розмірів. Його послідовники показали, що існує як мінімум три моделі, для яких виконуються всі три космологічних постулату. Параболічна модель А. Фрідмана - один з можливих варіантів. Дещо інше рішення задачі знайшов голландський астроном У. де Сіттер. Простір Всесвіту в його моделі гіперболічне, тобто розширення Всесвіту відбувається з наростаючим прискоренням. Швидкість розширення настільки велика, що гравітаційний вплив не може перешкоджати цьому процесу. Він фактично передбачив розширення Всесвіту. Третій варіант поведінки Всесвіту розрахував бельгійський священик Ж. Леметр. У його моделі Всесвіт буде розширюватися до нескінченності, проте темп розширення буде постійно знижуватися - ця залежність носить логарифмічний характер. У цьому випадку швидкість розширення тільки-тільки достатня, щоб уникнути стиску до нуля.
У першій моделі простір викривлено і замкнуто саме на себе. Це сфера, тому розміри його кінцеві. У другій моделі простір викривлене інакше, у формі гіперболічного параболоїда (або сідла), простір нескінченно. У третій моделі з критичною швидкістю розширення простір плоске, і, отже, теж нескінченне.
Спочатку ці гіпотези сприймалися як казус, в тому числі і А. Ейнштейном. Однак, вже в 1926 році відбулася епохальна подія в космології, яке підтвердило правильність розрахунків Фрідмана - Де Сіттера - Леметра. Такою подією, які надали вплив на побудову всіх існуючих моделей Всесвіту, з'явилися роботи американського астронома Едвіна П. Хаббла. У 1929 році при проведенні спостережень на найбільшому в той час телескопі, він встановив, що світло, що йде до Землі з далеких галактик, зміщується в бік довгохвильової частини спектру. Це явище, що отримало назву «Ефект червоного зсуву» має у своїй основі принцип, відкритий відомим фізиком К. Доплера. Ефект Доплера говорить про те, що в спектрі джерела випромінювання, що наближається до спостерігача лінії спектра зміщені в короткохвильову (фіолетову) сторону, в спектрі джерела, удаляющегося від спостерігача спектральні лінії зміщені в червону (довгохвильову) сторону.
Ефект червоного зсуву свідчить про видалення галактик від спостерігача. За винятком знаменитої Туманності Андромеди і декількох, найближчих до нас зоряних систем, всі інші галактики віддаляються про нас. Більше того, виявилося, що швидкість розльоту галактик не однакова в різних частинах Всесвіту. Вони віддаляються від нас тим швидше, чим далі розташовані. Інакше кажучи, величина червоного зсуву виявилася пропорційною відстані до джерела випромінювання - така сувора формулювання відкритого закону Хаббла. Закономірний зв'язок швидкості видалення галактик з відстанню до них описується за допомогою постійної Хаббла (Н, км / сек на 1 мегапарсек відстані).
V = Hr,
де V - швидкість видалення галактик, r - відстань між ними.
Величина цієї постійної досі остаточно не встановлена. Різні вчені визначають її в інтервалі 80 ± 17 км / сек на кожен мегапарсек відстані.
Явище червоного зсуву отримало пояснення у феномені «розбігання галактик». У зв'язку з цим, на перший план висуваються проблеми дослідження розширення Всесвіту і визначення її віку за тривалістю цього розширення.
Згідно усім трьом моделям еволюції Всесвіту, вона мала точку відліку - стан, що характеризувалося нульовим моментом часу. Початковим станом матерії в ній було деякий надщільного стан, який характеризувався нестійкістю, що і призвело до його руйнування. У результаті речовина Всесвіту стало стрімко розлітатися. Зараз ми знаємо, що за кожен млрд років життя Всесвіт розширюється на 5 - 10%. Найбільш імовірне значення постійної Хаббла в 80 км / сек дає нам значення часу розширення - від 13 до 17млрд років. У 2002 році за допомогою комп'ютерної моделі сучасного стану Всесвіту були отримані результати, що дають нам час її життя в 13,7 млрд років. [2, с. 42]
Механізм подальшої еволюції залежить від середньої густини речовини в ній. Критичною щільності речовини відповідає величина в 3 атома водню в 1 м3 простору. Проте невизначеність у сучасному значенні щільності речовини Всесвіту дуже велика. Якщо скласти маси всіх відомих в даний час Галактик і міжзоряного газу, то вийде величина? = 0,3 атома Н, тобто на порядок менше критичної. Відповідно, Всесвіт може розширюватися вічно.
на тему:
«Еволюція Всесвіту»
Зміст
Введення
1. Модель Фрідмана. Два варіанти розвитку Всесвіту
2. Будова Всесвіту - сучасні космологічні моделі Всесвіту
3. Обгрунтування розширення Всесвіту
4. Етапи космічної еволюції
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Берег Всесвіту - це наша планета Земля, батьківщина людства. Ми пильно вдивляємося в космічну безодню. Що там? Обитель богів? Або простір, заповнений зірками і планетами, на яких живуть розумні істоти?
Дослідженням Всесвіту став займатися ще найдавніший Людина. Небо було доступно для його огляду - воно було для нього цікавим. Недарма астрономія - найдавніша з наук про природу - і, по суті, майже найдавніша наука взагалі.
Не втратив інтересу до вивчення проблем космосу і Сучасний Людина. Але він дивиться вже трохи глибше: йому не просто цікаво що є Всесвіт зараз - він жадає знань про те:
Що було, коли Всесвіт народжувалася?
Народжувалася вона взагалі або вона глобально стационарна?
Як давно це було і як відбувалося?
Для пошуку відповіді на всі ці непрості відповіді була відведена спеціальна ніша в астрономії - космологія.
Космологія спробувала дати відповіді на ці питання. Була створена теорія Великого Вибуху, а так само теорії, що описують перші миті народження Всесвіту, її поява і структуризації.
Все це дозволяє нам зрозуміти суть фізичних процесів, показує джерела, що створюють сучасні закони фізики, дає можливість прогнозувати подальшу долю Всесвіту.
Тому космологія, як і будь-яка інша наука живе і бурхливо розвивається, приносячи все нові і нові фундаментальні знання про навколишній світ.
Дана робота присвячена еволюції Всесвіту: в ній розглядаються перші миті життя Всесвіту, її подальша еволюція і моделі майбутнього розвитку Всесвіту.
1. Модель Фрідмана. Два варіанти розвитку Всесвіту
Всесвіт Фрідмана - одна з космологічних моделей, що задовольняють польовим рівнянь загальної теорії відносності, перша з нестаціонарних моделей Всесвіту. Модель Фрідмана описує однорідну ізотропну Всесвіт з речовиною, що володіє позитивною, нульовою або негативною постійної кривизною.
Нестаціонарність Всесвіту була підтверджена відкриттям залежності червоного зсуву галактик від відстані. Незалежно від Фрідмана, описувану модель пізніше розробляли Леметр, Робертсон і Уокер, тому рішення польових рівнянь Ейнштейна, що описує однорідну ізотропну Всесвіт з постійною кривизною, називають моделлю Фрідмана-Леметра-Робертсона-Уокера.
Теорію Великого Вибуху запропонували в 20-х роках нашого століття вчені Фрідман та Леметр, в сорокових роках її доповнив і переробив Гамов. Відповідно до цієї теорії, колись давним-давно наша Всесвіт представляв собою нескінченно малий згусток, надщільний і розпечений до немислимих температур. Це нестабільний освіта раптово вибухнуло, простір швидко розширилося, а температура часток, що розлітаються, що володіють високою енергією, почала знижуватися. Приблизно після першого мільйона років атоми двох найлегших елементів, водню і гелію, стали стабільними. Під дією сил тяжіння почали концентруватися хмари матерії. У результаті сформувалися галактики, зірки і інші небесні тіла. Зірки старіли, вибухали наднові, після чого з'являлися більш важкі елементи. Вони формували зірки більш пізнього покоління, такі, як наше Сонце.
У 1922 р. радянський математик О. О. Фрідман, аналізуючи рівняння загальної теорії відносності Ейнштейна, прийшов до висновку, що Всесвіт не може перебувати в стаціонарному стані - вона повинна або розширюватися, або пульсувати. Спочатку ця робота (1922 і 1924 рр..) Була повністю проігнорована, але пізніше на неї звернули увагу в зв'язку з моделлю Всесвіту Леметра. Всесвіт Фрідмана може бути замкнутою, якщо щільність речовини в ній досить велика, щоб зупинити розширення. Цей факт привів до пошуку так званої відсутньої маси. Надалі висновки Фрідмана отримали підтвердження в астрономічних спостереженнях, які виявили у спектрах галактик так зване червоне зміщення спектральних ліній, що відповідає взаємному видалення цих зоряних систем. [4, с. 44]
2. Будова Всесвіту - сучасні космологічні моделі Всесвіту
Космологія вивчає фізичну природу, будова і еволюцію Всесвіту як цілого.
Поняття «Всесвіт» означає Космос, доступний людському спостереженню.
Космологія розглядає найбільш загальні властивості всієї області простору, охопленої спостереженням. Ми називаємо її Метагалактикою. Наші знання про Метагалактиці обмежуються горизонтом спостережень. Цей горизонт визначається тим, що швидкість світла не миттєва. Отже, ми можемо спостерігати тільки ті області Всесвіту, від яких світло встиг дійти до нас до теперішнього часу. При цьому ми бачимо об'єкти не в їх нинішньому стані, а в тому, в якому вони були в момент випускання світла.
Моделі Всесвіту, як і будь-які інші, будуються на основі теоретичних уявлень, які існують в даний час в космології, фізики, математики, хімії та інших суміжних дисциплінах.
Кілька передумов вивчення Всесвіту:
- Вважається, що формулюються фізикою закони функціонування світу діють у всьому Всесвіті;
- Вважається, що спостереження астрономів також поширюються на весь Всесвіт;
- Вважається, що правдиві ті висновки, які не суперечать існуванню людини (антропний принцип).
Висновки космології називаються моделями походження і розвитку Всесвіту.
Проблеми виникнення та будови Всесвіту займали людей з давніх часів. Незважаючи на високий рівень астрономічних відомостей народів стародавнього Сходу, їх погляди на будову світу обмежувалися безпосередніми зоровими відчуттями. Тому у Вавилоні склалися уявлення, згідно з якими Земля має вигляд опуклого острова, оточеного океаном. Всередині Землі нібито знаходиться «царство мертвих». Небо - це твердий купол, що спирається на земну поверхню і відокремлює «нижні води» (океан, оточуючий земної острів) від «верхніх» (дощових) вод. На цьому куполі прикріплені небесні світила, над небом нібито живуть боги. Згідно уявленням стародавніх єгиптян, Всесвіт має вигляд великої долини, витягнутої з півночі на південь, в центрі її знаходиться Єгипет. Небо уподібнювалися великої залізної даху, яка підтримується на стовпах, на ній у вигляді світильників підвішені зірки.
Гераклід Понтійський і Евдокс Кнідський в IV ст до н.е. стверджували, що всі тіла у Всесвіті обертаються навколо своєї осі, і звертаються навколо загального центру (Землі) за сферами, кількість яких у різних космогонія варіював від 30 до 55. Вершиною цієї картини світу стала система Клавдія Птолемея (II ст. Н.е.).
Перші науково-обгрунтовані моделі Всесвіту з'явилися після відкриттів Коперника, Галілея і Ньютона. Спочатку Р. Декарт висунув ідею еволюційної вихровий Всесвіту. Відповідно до його теорії, всі космічні об'єкти утворилися з первинної однорідної матерії в результаті вихрових рухів. Сонячна система, згідно Декарту - один з вихорів космічної матерії. І. Кант розвивав ідею нескінченного Всесвіту, що утворилася під дією механічних сил притягання та відштовхування, і спробував з'ясувати подальшу долю такого Всесвіту. Математично описав гіпотезу Канта великий французький математик Лаплас. [1, с. 213]
І. Ньютон вважав, що тяжіє всесвіт не може бути кінцевою, тому що в цьому випадку всі зірки, її складові, під дією сил тяжіння зберуться в центрі. Він намагався пояснити бачимо протиріччя нескінченною кількістю зірок у Всесвіті, а також нескінченністю світу в часі і просторі. Однак космологія зіткнулася тоді з парадоксами.
1. Гравітаційний парадокс: згідно ньютонівському поняттю гравітації нескінченний Космос з кінцевою щільністю маси повинен давати нескінченну силу тяжіння. Нескінченно більше тяжіння неминуче призводить до нескінченних прискорень і нескінченним швидкостям космічних тіл. Отже, швидкість тіл повинна зростати зі збільшенням відстані між тілами. Але цього не відбувається, і тоді виходить, що Всесвіт не може існувати вічно.
Вирішуючи цю проблему, І. Кант зробив висновок про нестатічності Космосу. Туманності він називав «світовими островами». Ламберт розвинув ідеї Канта. На його думку, при збільшенні розмірів островів збільшується і відстань між ними так, що сумарні сили Космосу залишаються кінцевими. Тоді парадокс дозволяється.
2. Фотометричний парадокс (парадокс Ольберса): при нескінченного Всесвіту, заповненої нескінченним числом зірок, небо мусить бути рівномірно яскравим. Насправді ж такого ефекту не спостерігають. У 1823 р. Ольберс показав, що пилові хмари, які поглинають світло більш далеких зірок, самі нагріваються і повинні, тому випромінювати світло. Цей парадокс вирішилося саме собою після створення моделі Всесвіту, що розширюється.
Сучасна космологія виникла після появи загальної теорії відносності Ейнштейна і тому її, на відміну від класичної галилеевой і Ньютоновой космології, називають релятивістської. Емпіричною базою для космології є оптичні і радіолокаційні астрономічні спостереження. Відкриття елементарних частинок і дослідження їх поведінки на прискорювачах в умовах, наближених до існували на початкових етапах розвитку Всесвіту, допомогло зрозуміти, що відбувалося в перші моменти її еволюції.
Коли Ейнштейн працював над своєю загальною теорією відносності, Всесвіт уявлявся вченим не такий, як зараз. Ще не були відкриті Метагалактика і її розширення, тому Ейнштейн спирався на уявлення про стаціонарного Всесвіту, яка рівномірно наповнена Галактиками, що знаходяться на незмінних відстанях. Тоді неминуче випливав висновок про стиснення світу під дією сили тяжіння. Цей результат знаходився в протиріччі з висновками ЗТВ. Щоб не вступати в конфлікт із загальноприйнятою картиною світу, Ейнштейн довільно ввів у свої рівняння новий параметр - космічне відштовхування, яке характеризувалося за допомогою космологічної сталої. А. Ейнштейн припускав, що Всесвіт стаціонарне, нескінченна, але не безмежна. Тобто вона мислилася у вигляді сфери, постійно збільшується в обсязі, але має межі.
Єдиною людиною, який у 1922 році вірив у правильність висновків ОТО стосовно космологічним проблем, був молодий радянський фізик А.А. Фрідман. Він зауважив, що з теорії відносності випливає нестаціонарність викривлення простору.
Як вже говорилося в першій частині даної роботи, модель Фрідмана спирається на уявлення про ізотропному, однорідному та нестаціонарному стані Всесвіту.
Ізотропності вказує на те, що у Всесвіті не існує будь-яких виділених точок напрямків, тобто її властивості не залежать від напрямку.
Однорідність Всесвіту характеризує розподіл речовини в ній. Цю рівномірність розподілу речовини можна обгрунтувати, підраховуючи число галактик до даної видимої зоряної величини. Згідно зі спостереженнями, щільність речовини у видимому нами частини простору в середньому однакова.
Нестаціонарність означає, що Всесвіт не може перебувати в статичному, незмінному стані, а повинна або розширюватися, або стискатися
У сучасній космології три цих затвердження називаються космологічними постулатами. Сукупність цих постулатів є основоположним космологічним принципом. Космологічний принцип безпосередньо випливає з постулатів загальної теорії відносності.
А. Фрідман, на базі висунутих їм постулатів, створив модель будови Всесвіту, в якій всі галактики віддаляються один від одного. Ця модель схожа на рівномірно роздувається гумовий куля, всі точки простору якого віддаляються один від одного. Відстань між будь-якими двома точками збільшується, однак жодну з них не можна назвати центром розширення. Причому, чим більше відстань між точками, тим швидше вони віддаляються один від одного.
Сам Фрідман розглядав тільки одну модель будови Всесвіту, в якій простір змінюється за параболическому закону. Тобто, спочатку воно буде повільно розширюватися, а потім, під впливом сил гравітації - розширення зміниться стисненням до початкових розмірів. Його послідовники показали, що існує як мінімум три моделі, для яких виконуються всі три космологічних постулату. Параболічна модель А. Фрідмана - один з можливих варіантів. Дещо інше рішення задачі знайшов голландський астроном У. де Сіттер. Простір Всесвіту в його моделі гіперболічне, тобто розширення Всесвіту відбувається з наростаючим прискоренням. Швидкість розширення настільки велика, що гравітаційний вплив не може перешкоджати цьому процесу. Він фактично передбачив розширення Всесвіту. Третій варіант поведінки Всесвіту розрахував бельгійський священик Ж. Леметр. У його моделі Всесвіт буде розширюватися до нескінченності, проте темп розширення буде постійно знижуватися - ця залежність носить логарифмічний характер. У цьому випадку швидкість розширення тільки-тільки достатня, щоб уникнути стиску до нуля.
У першій моделі простір викривлено і замкнуто саме на себе. Це сфера, тому розміри його кінцеві. У другій моделі простір викривлене інакше, у формі гіперболічного параболоїда (або сідла), простір нескінченно. У третій моделі з критичною швидкістю розширення простір плоске, і, отже, теж нескінченне.
Спочатку ці гіпотези сприймалися як казус, в тому числі і А. Ейнштейном. Однак, вже в 1926 році відбулася епохальна подія в космології, яке підтвердило правильність розрахунків Фрідмана - Де Сіттера - Леметра. Такою подією, які надали вплив на побудову всіх існуючих моделей Всесвіту, з'явилися роботи американського астронома Едвіна П. Хаббла. У 1929 році при проведенні спостережень на найбільшому в той час телескопі, він встановив, що світло, що йде до Землі з далеких галактик, зміщується в бік довгохвильової частини спектру. Це явище, що отримало назву «Ефект червоного зсуву» має у своїй основі принцип, відкритий відомим фізиком К. Доплера. Ефект Доплера говорить про те, що в спектрі джерела випромінювання, що наближається до спостерігача лінії спектра зміщені в короткохвильову (фіолетову) сторону, в спектрі джерела, удаляющегося від спостерігача спектральні лінії зміщені в червону (довгохвильову) сторону.
Ефект червоного зсуву свідчить про видалення галактик від спостерігача. За винятком знаменитої Туманності Андромеди і декількох, найближчих до нас зоряних систем, всі інші галактики віддаляються про нас. Більше того, виявилося, що швидкість розльоту галактик не однакова в різних частинах Всесвіту. Вони віддаляються від нас тим швидше, чим далі розташовані. Інакше кажучи, величина червоного зсуву виявилася пропорційною відстані до джерела випромінювання - така сувора формулювання відкритого закону Хаббла. Закономірний зв'язок швидкості видалення галактик з відстанню до них описується за допомогою постійної Хаббла (Н, км / сек на 1 мегапарсек відстані).
V = Hr,
де V - швидкість видалення галактик, r - відстань між ними.
Величина цієї постійної досі остаточно не встановлена. Різні вчені визначають її в інтервалі 80 ± 17 км / сек на кожен мегапарсек відстані.
Явище червоного зсуву отримало пояснення у феномені «розбігання галактик». У зв'язку з цим, на перший план висуваються проблеми дослідження розширення Всесвіту і визначення її віку за тривалістю цього розширення.
Згідно усім трьом моделям еволюції Всесвіту, вона мала точку відліку - стан, що характеризувалося нульовим моментом часу. Початковим станом матерії в ній було деякий надщільного стан, який характеризувався нестійкістю, що і призвело до його руйнування. У результаті речовина Всесвіту стало стрімко розлітатися. Зараз ми знаємо, що за кожен млрд років життя Всесвіт розширюється на 5 - 10%. Найбільш імовірне значення постійної Хаббла в 80 км / сек дає нам значення часу розширення - від 13 до 17млрд років. У 2002 році за допомогою комп'ютерної моделі сучасного стану Всесвіту були отримані результати, що дають нам час її життя в 13,7 млрд років. [2, с. 42]
Механізм подальшої еволюції залежить від середньої густини речовини в ній. Критичною щільності речовини відповідає величина в 3 атома водню в 1 м3 простору. Проте невизначеність у сучасному значенні щільності речовини Всесвіту дуже велика. Якщо скласти маси всіх відомих в даний час Галактик і міжзоряного газу, то вийде величина? = 0,3 атома Н, тобто на порядок менше критичної. Відповідно, Всесвіт може розширюватися вічно.
Однак, існує так звана проблема прихованої маси. Можливо, ученим відома не вся наявна у Всесвіті матерія. За останніми даними, спостерігається маса Всесвіту складає всього 5-10% щодо загальної маси речовини. У разі підтвердження цього результату, еволюція Всесвіту може піти по іншому шляху. На роль прихованої носіїв маси Всесвіту претендують різні космічні об'єкти. В нашій і інших галактиках існує велика кількість темної матерії, яку не можна бачити безпосередньо, але про існування якої ми дізнаємося за її гравітаційного впливу на орбіти зірок. Більше того, всередині галактичних скупчень є ще більше такої матерії. Ця матерія являє собою вакуумні кванто структури. На її частку падає 75% прихованої маси.
На роль носіїв прихованої маси можуть претендувати нейтрино, частинки, що утворилися на ранніх стадіях розвитку всесвіту. Як стало відомо в останні 3 роки, нейтрино все - таки мають масу, отже, можуть брати участь у формуванні гравітаційних взаємодій.
Кандидатами на ту ж роль є і деякі екзотичні об'єкти, такі як чорні діри - об'єкти точкового розміру і величезної маси, які містяться у всесвіті у великих кількостях, просторові струнні об'єкти і т.п.
На думку ряду вчених, 20% прихованої матерії представлені «дзеркальними частинками», з яких складається невидимий нами «дзеркальний світ», який пронизує наш Всесвіт. Гіпотез на цей рахунок достатньо, проте їх підтвердження або спростування - справа майбутнього.
У випадку, якщо припущення вчених про невідому нам масі речовини Всесвіту підтвердяться, то її еволюція може піти по шляху, запропонованому в моделі Фрідмана, або за схемою пульсуючого Всесвіту. У цій моделі Всесвіт проходить нескінченно велику кількість осциляцій, тобто в кінці кожного життєвого циклу повертається в початковий стан з точковим обсягом і нескінченно великою щільністю.
Дуже важливою проблемою сучасної космології є початкові моменти існування нашого Всесвіту. Вдала спроба вирішення цієї проблеми пов'язана з ім'ям американського астрофізика Георгія Антоновича Гамова, який у 1942 р. запропонував концепцію еволюції Всесвіту шляхом «Великого вибуху». Основна мета автора концепції полягала в тому, щоб, розглядаючи ядерні реакції на початку космологічного розширення, отримати спостерігаються в наш час співвідношення між кількістю різних хімічних елементів і їх ізотопів. Теорія Гарячої Всесвіту і Великого вибуху дає певні передбачення про стан речовини Всесвіту в перші моменти її життя.
3. Обгрунтування розширення Всесвіту
Всесвіт розширюється. Цей фундаментальний науковий факт, встановлений теоретично (А. А. Фрідман, 1922) і експериментально (Е. Хаббл, 1929), є в даний час загальновизнаним.
Що ж розуміється сучасною наукою під розширенням Всесвіту, і яку роль грає, і грає, розширення Всесвіту в сучасній фізичній картині світу?
У загальних рисах під розширенням Всесвіту (Метагалактики) мається на увазі наступне: радіус кривизни простору Всесвіту росте, принаймні, на сучасному етапі еволюції. Проявляється це в тому, що відстані між далекими галактиками збільшуються і тим швидше, чим далі вони знаходяться один від одного. При спостереженні із Землі далекі галактики «розбігаються» від Землі, що підтверджується червоним зміщенням у спектрах цих галактик.
За даними сучасної астрономії спостережень зірки у Всесвіті групуються в галактики, які, у свою чергу, також утворюють скупчення. Подання про порядки величин дають такі цифри: наша Галактика містить ~ 10 № № зірок і має форму лінзи діаметром 80 тисяч світлових років і товщиною ~ 30 тисяч світлових років. Найближча до нас галактика M31 в сузір'ї Андромеди віддалена від нас на відстань близько 2 мільйонів світлових років. Ми знаходимося на периферії гігантського скупчення більше тисячі галактик з центром у напрямку сузір'я Діви, віддаленим на відстань ~ 60 мільйонів світлових років. Можливості сучасної техніки дозволяють спостерігати досить яскраві галактики аж до відстаней порядку 10 мільярдів світлових років. Дані спостережень показують, що у великих масштабах Всесвіт однорідний і изотропна. Грубо кажучи, це означає, що в будь-якій сфері з фіксованим досить великим діаметром (достатнім вважається число ~ 300 мільйонів світлових років) міститься приблизно однакова кількість галактик. Твердження про однорідності та ізотропності Всесвіту у великих масштабах прийнято називати космологічний принцип. [3, с. 53]
У спектрах зірок і галактик добре помітні спектральні лінії поглинання (хромосфера зірок) відомих елементів. Це дозволяє досить точно вимірювати за допомогою добре відомого ефекту Доплера швидкість, з якою даний випромінюючий об'єкт віддаляється або наближається по відношенню до земного спостерігача.
Якщо б оточуючі нас галактики рухалися хаотично, то червоні і блакитні зсуву в їхніх спектрах спостерігалися б з однаковою ймовірністю. Але експеримент показує інше: червоні зміщення переважають і тим більше, чим далі від нас знаходиться досліджувані об'єкти. Кількісним підсумком цих спостережень є сформульований в 1929 році Хабблом «закон розбігання», згідно з яким всі галактики (в середньому) віддаляються від нас і швидкість цього розбігання приблизно пропорційна відстані
до даної галактики:
Коефіцієнт пропорційності
називають постійної Хаббла. Ми вказали в прийняте зараз більшістю астрономів значення: 15 км / с на кожен мільйон світлових років відстані. Тут слід зазначити, що визначення величини за даними експерименту є дуже важким завданням: швидкості за ефектом Доплера можна визначити досить точно, але вимір відстаней до далеких галактик - важка проблема, і до цих пір вона вирішується лише різними непрямими методами. Сам Хаббл при оцінці відстаней занизив їх на порядок, тому отримав на порядок більше значення (170 замість 15). До цих пір частина астрономів вважає, що значення помітно більше наведеного, але більшість приймає цифру 15.
Із закону розбігання, зрозуміло, не випливає, що наша галактика є центром світу, а всі інші віддаляються від неї. Згідно космологічний принцип наша галактика нічим не виділена, так що точно таку ж картину розбігання повинен бачити спостерігач з будь-якої іншої галактики. Це значить, що «всі розбігаються від всіх». Наочною моделлю такого розбігання може послужити надувну гумову кульку з нанесеними хаотично на його поверхню точками - «галактиками»: при надування всі ці точки будуть віддалятися один від одного в точній відповідності з законом Хаббла. Це модель «двовимірного замкнутого світу». Аналогічний «відкритий світ» можна представити у вигляді гумової площині з нанесеними точками, рівномірно розтягується в усіх напрямках.
З пропорційності
і випливає фундаментальний висновок щодо існування «початку світу»: де-то в минулому був момент, в який будь-яка з спостерігаються зараз галактик була нескінченно близька до нашої, отже, «будь-яка до будь-який» в силу Космологічного Принципу. Через таке зближення щільність речовини у Всесвіті в «початковий момент» стає нескінченною. Але це не означає, що все воно було зібрано в одному місці, так як той же Космологічний Принцип вимагає, щоб щільність ставала нескінченної в будь-якій точці простору.
Оцінити «вік Всесвіту»
можна дуже просто, якщо припустити, що постійна Хаббла в процесі розширення залишається незмінною: тоді 
мільярдів років для числа з формули. Насправді припущення про незмінність неправильно і точну оцінку можна одержати тільки за допомогою космологічної моделі Фрідмана. До якісних змін це не призводить, а для тоді виходить 
14 мільярдів років. [1, с. 176]
4. Етапи космічної еволюції
Ми залишили Всесвіт у момент часу t = 3.10 (-34) (ступінь)) с при Т = 10 (27) К. Температура Т = 10 (27) До називається температурою Великого об'єднання. При цій температурі бачу різницю між трьома видами взаємодій - електромагнітним, слабким і сильним, і у Всесвіті діє одна сила, яка об'єднує ці три взаємодії. При Т> 10 (27) До адрони розпадаються на кварки. Всесвіт складається з кварків, лептонів і фотонів. Всі частинки перебувають у рівновазі: кварки вільно переходять у лептони і навпаки, частинки переходять в античастинки.
З розширенням Всесвіту температура її падає. При t = 3.10 (-34) з температура падає нижче 10 (27) К. Тепер вже кварки не можуть перетворюватися в лептони, взаємодія Великого об'єднання поділяється на сильне і електрослабкої. І тут же відбувається ще один важливий процес: порушується рівновага між кварками і антикварка, виникає надлишковий баріонів заряд - число баріонів на одну мільярдну частину перевершує число антібаріонов. На мільярд антібаріонов всього один зайвий Баріон! Але саме завдяки цій нікчемною асиметрії існуємо ми з вами і весь навколишній Світ. Основна маса Всесвіту в цей період зосереджена в адрони. Тому цей період отримав назву адронний ера. Вона тривала до моменту t = 10-4с.
При t> 10 (-4) з температура падає нижче 3.10 (12) К, при цьому, по-перше, кварки об'єднуються в ядерні частинки - утворюються протони і нейтрони, а по-друге, відбувається анігіляція баріонів і антібаріонов (нуклонів і антінуклонов ), при цьому залишаються тільки ті надлишкові нуклони, для яких не вистачило античастинок. З них-то згодом і утворилося вся речовина Всесвіту. Якщо до анігіляції основна маса Всесвіту була зосереджена в адрони, то після анігіляції вона зосереджується в лептонів. Відповідний період у розвитку Всесвіту отримав назву лептонна ера. Тривала вона до моменту, коли від початку розширення пройшло 100 секунд. При t> 10 с, коли температура впала до 3 мільярдів градусів, сталася анігіляція електронів і позитронів, які перетворилися в кванти електромагнітного випромінювання. При t = 100 з основна маса Всесвіту зосередилася в фотонах - і настала ера випромінювання. Вона тривала довго, близько 300 000 років. На самому початку ери випромінювання, приблизно через 5 хвилин після початку розширення Всесвіту, коли температура впала нижче 109 К, почалися ядерні реакції, утворилося первинна речовина Всесвіту, на 75% воно складалося з водню і на 25% з гелію. Речовина знаходилася в ионизованном стані і в рівновазі з випромінюванням. При t> 200 000 років, коли температура впала нижче 4000 К, відбулася рекомбінація - утворилося нейтральну речовину (водень і гелій). Всесвіт продовжувала розширюватися, щільність речовини і випромінювання падала, але щільність випромінювання падала швидше. Через 100 000 років після рекомбінації щільність речовини перевищила щільність випромінювання. Почалася ера речовини, яка триває до теперішнього часу.
Може виникнути питання: якщо при рекомбінації утворилися тільки водень і гелій, то звідки ж узялися всі інші хімічні елементи? Всі інші хімічні елементи (крім водню і гелію) утворилися пізніше, в результаті ядерних реакцій в зірках.
Отже, ми живемо в еру речовини. Скільки ж часу минуло з початку розширення Всесвіту, іншими словами, який сучасний вік Всесвіту? Точно ми цього не знаємо, але приблизно вказати можна: від 10 до 20 млрд. років. Звичайно приймається близько 15 млрд. років. А який вік найстаріших цивілізацій у Всесвіті? Спостереження показують, що вже через мільярд років після початку розширення у Всесвіті існувало тверда речовина з важких хімічних елементів. Отже, в цей час міг початися процес формування планет і виникнення на них якихось розумних видів. Як довго він тривав? Вік Землі 4,6 млрд. років, округлимо його до 5 млрд. років. Значить, на Землі на утворення цивілізацій пішло 5 млрд. років. Якщо темп розвитку життя і розуму у Всесвіті в середньому приблизно такий же, як на Землі, то значить, перші цивілізації у Всесвіті могли з'явитися через (1 + 5 = 6) мільярдів років після початку розширення Всесвіту, або 9 мільярдів років тому. Н.С. Кардашев приймає більш скромну оцінку віку Всесвіту - 13 млрд. років і отримує, що перші цивілізації могли з'явитися у Всесвіті 7 млрд. років тому. Можна уявити, якого розвитку досягли вони за цей час! [5, с. 87]
Висновок
Всесвіт розвивається і в наш час. У спіральних галактиках народжуються і вмирають зірки. Всесвіт продовжує розширюватися ...
Ми знаємо будову Всесвіту у величезному обсязі простору, для перетину якого світла потрібні мільярди років. Але допитлива думка людини прагне проникнути далі. Що лежить за межами спостерігається області світу? Нескінченна чи Всесвіт за обсягом? І її розширення - чому воно почалося і чи буде воно завжди тривати в майбутньому? А яке походження «прихованої» маси? І нарешті, як зародилася розумне життя у Всесвіті?
Чи є вона ще де-небудь крім нашої планети? Остаточні та вичерпні відповіді на ці питання поки що немає.
Всесвіт невичерпна. Невтомна і спрага знання, що змушує людей ставити нові і нові питання світу і наполегливо шукати відповіді на них.
Наші дні з повною підставою називають золотим століттям астрофізики - чудові і частіше за все несподівані відкриття у світі зірок слідують зараз одне за іншим. Ми живемо в епоху разючих наукових відкриттів і великих звершень. Самі неймовірні фантазії несподівано швидко реалізуються. З давніх пір люди мріяли розгадати таємниці Галактик, розкиданих в безмежних просторах Всесвіту. Доводиться тільки дивуватися, як швидко наука висуває різні гіпотези і відразу їх спростовує. Однак астрономія не стоїть на місці: з'являються нові способи спостереження, модернізуються старі. З винаходом радіотелескопів, наприклад, астрономи можуть «зазирнути» на відстані, які ще в 40-x. роках ХХ століття здавалися недоступними. Однак треба собі чітко уявити величезну величину цього шляху й ті колосальні труднощі, з якими ще доведеться зустрітися на шляху до зірок.
Вивчення Всесвіту, навіть тільки відомої нам її частини є грандіозним завданням. Щоб отримати ті відомості, які мають сучасні вчені, знадобилися праці безлічі поколінь.
Всесвіт нескінченний в часі і просторі. Кожна частинка Всесвіту має свій початок і кінець, як у часі, так і в просторі, але весь Всесвіт нескінченний і вічна так, як вона є вічно саморушної матерією.
Всесвіт - це все існуюче. Від найдрібніших пилинок і атомів до величезних скупчень речовини зоряних світів і зоряних систем.
Список використаної літератури
1. Агекян. Т.А. Зірки, галактики, метагалактики. М.: Наука, 1981. - 416 с.
2. Гурєва Г.А. Що таке Всесвіт. М.: Державне вид-во техніко-теоретичної літератури, 1975. - 103 с.
3. Гусєв Є.Б., Сурдін В.Г. Розширюючи межі Всесвіту. М. МЦНМО, 2003. - 176 с.
4. Зельдович Я.Б., І.Д. Новіков. Будова та еволюція Всесвіту. М.: Наука, 1989. - 736 с.
5. Шкловський. І.С. Всесвіт, життя, розум. М.: Наука, 1987.
На роль носіїв прихованої маси можуть претендувати нейтрино, частинки, що утворилися на ранніх стадіях розвитку всесвіту. Як стало відомо в останні 3 роки, нейтрино все - таки мають масу, отже, можуть брати участь у формуванні гравітаційних взаємодій.
Кандидатами на ту ж роль є і деякі екзотичні об'єкти, такі як чорні діри - об'єкти точкового розміру і величезної маси, які містяться у всесвіті у великих кількостях, просторові струнні об'єкти і т.п.
На думку ряду вчених, 20% прихованої матерії представлені «дзеркальними частинками», з яких складається невидимий нами «дзеркальний світ», який пронизує наш Всесвіт. Гіпотез на цей рахунок достатньо, проте їх підтвердження або спростування - справа майбутнього.
У випадку, якщо припущення вчених про невідому нам масі речовини Всесвіту підтвердяться, то її еволюція може піти по шляху, запропонованому в моделі Фрідмана, або за схемою пульсуючого Всесвіту. У цій моделі Всесвіт проходить нескінченно велику кількість осциляцій, тобто в кінці кожного життєвого циклу повертається в початковий стан з точковим обсягом і нескінченно великою щільністю.
Дуже важливою проблемою сучасної космології є початкові моменти існування нашого Всесвіту. Вдала спроба вирішення цієї проблеми пов'язана з ім'ям американського астрофізика Георгія Антоновича Гамова, який у 1942 р. запропонував концепцію еволюції Всесвіту шляхом «Великого вибуху». Основна мета автора концепції полягала в тому, щоб, розглядаючи ядерні реакції на початку космологічного розширення, отримати спостерігаються в наш час співвідношення між кількістю різних хімічних елементів і їх ізотопів. Теорія Гарячої Всесвіту і Великого вибуху дає певні передбачення про стан речовини Всесвіту в перші моменти її життя.
3. Обгрунтування розширення Всесвіту
Всесвіт розширюється. Цей фундаментальний науковий факт, встановлений теоретично (А. А. Фрідман, 1922) і експериментально (Е. Хаббл, 1929), є в даний час загальновизнаним.
Що ж розуміється сучасною наукою під розширенням Всесвіту, і яку роль грає, і грає, розширення Всесвіту в сучасній фізичній картині світу?
У загальних рисах під розширенням Всесвіту (Метагалактики) мається на увазі наступне: радіус кривизни простору Всесвіту росте, принаймні, на сучасному етапі еволюції. Проявляється це в тому, що відстані між далекими галактиками збільшуються і тим швидше, чим далі вони знаходяться один від одного. При спостереженні із Землі далекі галактики «розбігаються» від Землі, що підтверджується червоним зміщенням у спектрах цих галактик.
За даними сучасної астрономії спостережень зірки у Всесвіті групуються в галактики, які, у свою чергу, також утворюють скупчення. Подання про порядки величин дають такі цифри: наша Галактика містить ~ 10 № № зірок і має форму лінзи діаметром 80 тисяч світлових років і товщиною ~ 30 тисяч світлових років. Найближча до нас галактика M31 в сузір'ї Андромеди віддалена від нас на відстань близько 2 мільйонів світлових років. Ми знаходимося на периферії гігантського скупчення більше тисячі галактик з центром у напрямку сузір'я Діви, віддаленим на відстань ~ 60 мільйонів світлових років. Можливості сучасної техніки дозволяють спостерігати досить яскраві галактики аж до відстаней порядку 10 мільярдів світлових років. Дані спостережень показують, що у великих масштабах Всесвіт однорідний і изотропна. Грубо кажучи, це означає, що в будь-якій сфері з фіксованим досить великим діаметром (достатнім вважається число ~ 300 мільйонів світлових років) міститься приблизно однакова кількість галактик. Твердження про однорідності та ізотропності Всесвіту у великих масштабах прийнято називати космологічний принцип. [3, с. 53]
У спектрах зірок і галактик добре помітні спектральні лінії поглинання (хромосфера зірок) відомих елементів. Це дозволяє досить точно вимірювати за допомогою добре відомого ефекту Доплера швидкість, з якою даний випромінюючий об'єкт віддаляється або наближається по відношенню до земного спостерігача.
Якщо б оточуючі нас галактики рухалися хаотично, то червоні і блакитні зсуву в їхніх спектрах спостерігалися б з однаковою ймовірністю. Але експеримент показує інше: червоні зміщення переважають і тим більше, чим далі від нас знаходиться досліджувані об'єкти. Кількісним підсумком цих спостережень є сформульований в 1929 році Хабблом «закон розбігання», згідно з яким всі галактики (в середньому) віддаляються від нас і швидкість цього розбігання приблизно пропорційна відстані
Коефіцієнт пропорційності
Із закону розбігання, зрозуміло, не випливає, що наша галактика є центром світу, а всі інші віддаляються від неї. Згідно космологічний принцип наша галактика нічим не виділена, так що точно таку ж картину розбігання повинен бачити спостерігач з будь-якої іншої галактики. Це значить, що «всі розбігаються від всіх». Наочною моделлю такого розбігання може послужити надувну гумову кульку з нанесеними хаотично на його поверхню точками - «галактиками»: при надування всі ці точки будуть віддалятися один від одного в точній відповідності з законом Хаббла. Це модель «двовимірного замкнутого світу». Аналогічний «відкритий світ» можна представити у вигляді гумової площині з нанесеними точками, рівномірно розтягується в усіх напрямках.
З пропорційності
Оцінити «вік Всесвіту»
4. Етапи космічної еволюції
Ми залишили Всесвіт у момент часу t = 3.10 (-34) (ступінь)) с при Т = 10 (27) К. Температура Т = 10 (27) До називається температурою Великого об'єднання. При цій температурі бачу різницю між трьома видами взаємодій - електромагнітним, слабким і сильним, і у Всесвіті діє одна сила, яка об'єднує ці три взаємодії. При Т> 10 (27) До адрони розпадаються на кварки. Всесвіт складається з кварків, лептонів і фотонів. Всі частинки перебувають у рівновазі: кварки вільно переходять у лептони і навпаки, частинки переходять в античастинки.
З розширенням Всесвіту температура її падає. При t = 3.10 (-34) з температура падає нижче 10 (27) К. Тепер вже кварки не можуть перетворюватися в лептони, взаємодія Великого об'єднання поділяється на сильне і електрослабкої. І тут же відбувається ще один важливий процес: порушується рівновага між кварками і антикварка, виникає надлишковий баріонів заряд - число баріонів на одну мільярдну частину перевершує число антібаріонов. На мільярд антібаріонов всього один зайвий Баріон! Але саме завдяки цій нікчемною асиметрії існуємо ми з вами і весь навколишній Світ. Основна маса Всесвіту в цей період зосереджена в адрони. Тому цей період отримав назву адронний ера. Вона тривала до моменту t = 10-4с.
При t> 10 (-4) з температура падає нижче 3.10 (12) К, при цьому, по-перше, кварки об'єднуються в ядерні частинки - утворюються протони і нейтрони, а по-друге, відбувається анігіляція баріонів і антібаріонов (нуклонів і антінуклонов ), при цьому залишаються тільки ті надлишкові нуклони, для яких не вистачило античастинок. З них-то згодом і утворилося вся речовина Всесвіту. Якщо до анігіляції основна маса Всесвіту була зосереджена в адрони, то після анігіляції вона зосереджується в лептонів. Відповідний період у розвитку Всесвіту отримав назву лептонна ера. Тривала вона до моменту, коли від початку розширення пройшло 100 секунд. При t> 10 с, коли температура впала до 3 мільярдів градусів, сталася анігіляція електронів і позитронів, які перетворилися в кванти електромагнітного випромінювання. При t = 100 з основна маса Всесвіту зосередилася в фотонах - і настала ера випромінювання. Вона тривала довго, близько 300 000 років. На самому початку ери випромінювання, приблизно через 5 хвилин після початку розширення Всесвіту, коли температура впала нижче 109 К, почалися ядерні реакції, утворилося первинна речовина Всесвіту, на 75% воно складалося з водню і на 25% з гелію. Речовина знаходилася в ионизованном стані і в рівновазі з випромінюванням. При t> 200 000 років, коли температура впала нижче 4000 К, відбулася рекомбінація - утворилося нейтральну речовину (водень і гелій). Всесвіт продовжувала розширюватися, щільність речовини і випромінювання падала, але щільність випромінювання падала швидше. Через 100 000 років після рекомбінації щільність речовини перевищила щільність випромінювання. Почалася ера речовини, яка триває до теперішнього часу.
Може виникнути питання: якщо при рекомбінації утворилися тільки водень і гелій, то звідки ж узялися всі інші хімічні елементи? Всі інші хімічні елементи (крім водню і гелію) утворилися пізніше, в результаті ядерних реакцій в зірках.
Отже, ми живемо в еру речовини. Скільки ж часу минуло з початку розширення Всесвіту, іншими словами, який сучасний вік Всесвіту? Точно ми цього не знаємо, але приблизно вказати можна: від 10 до 20 млрд. років. Звичайно приймається близько 15 млрд. років. А який вік найстаріших цивілізацій у Всесвіті? Спостереження показують, що вже через мільярд років після початку розширення у Всесвіті існувало тверда речовина з важких хімічних елементів. Отже, в цей час міг початися процес формування планет і виникнення на них якихось розумних видів. Як довго він тривав? Вік Землі 4,6 млрд. років, округлимо його до 5 млрд. років. Значить, на Землі на утворення цивілізацій пішло 5 млрд. років. Якщо темп розвитку життя і розуму у Всесвіті в середньому приблизно такий же, як на Землі, то значить, перші цивілізації у Всесвіті могли з'явитися через (1 + 5 = 6) мільярдів років після початку розширення Всесвіту, або 9 мільярдів років тому. Н.С. Кардашев приймає більш скромну оцінку віку Всесвіту - 13 млрд. років і отримує, що перші цивілізації могли з'явитися у Всесвіті 7 млрд. років тому. Можна уявити, якого розвитку досягли вони за цей час! [5, с. 87]
Висновок
Всесвіт розвивається і в наш час. У спіральних галактиках народжуються і вмирають зірки. Всесвіт продовжує розширюватися ...
Ми знаємо будову Всесвіту у величезному обсязі простору, для перетину якого світла потрібні мільярди років. Але допитлива думка людини прагне проникнути далі. Що лежить за межами спостерігається області світу? Нескінченна чи Всесвіт за обсягом? І її розширення - чому воно почалося і чи буде воно завжди тривати в майбутньому? А яке походження «прихованої» маси? І нарешті, як зародилася розумне життя у Всесвіті?
Чи є вона ще де-небудь крім нашої планети? Остаточні та вичерпні відповіді на ці питання поки що немає.
Всесвіт невичерпна. Невтомна і спрага знання, що змушує людей ставити нові і нові питання світу і наполегливо шукати відповіді на них.
Наші дні з повною підставою називають золотим століттям астрофізики - чудові і частіше за все несподівані відкриття у світі зірок слідують зараз одне за іншим. Ми живемо в епоху разючих наукових відкриттів і великих звершень. Самі неймовірні фантазії несподівано швидко реалізуються. З давніх пір люди мріяли розгадати таємниці Галактик, розкиданих в безмежних просторах Всесвіту. Доводиться тільки дивуватися, як швидко наука висуває різні гіпотези і відразу їх спростовує. Однак астрономія не стоїть на місці: з'являються нові способи спостереження, модернізуються старі. З винаходом радіотелескопів, наприклад, астрономи можуть «зазирнути» на відстані, які ще в 40-x. роках ХХ століття здавалися недоступними. Однак треба собі чітко уявити величезну величину цього шляху й ті колосальні труднощі, з якими ще доведеться зустрітися на шляху до зірок.
Вивчення Всесвіту, навіть тільки відомої нам її частини є грандіозним завданням. Щоб отримати ті відомості, які мають сучасні вчені, знадобилися праці безлічі поколінь.
Всесвіт нескінченний в часі і просторі. Кожна частинка Всесвіту має свій початок і кінець, як у часі, так і в просторі, але весь Всесвіт нескінченний і вічна так, як вона є вічно саморушної матерією.
Всесвіт - це все існуюче. Від найдрібніших пилинок і атомів до величезних скупчень речовини зоряних світів і зоряних систем.
Список використаної літератури
1. Агекян. Т.А. Зірки, галактики, метагалактики. М.: Наука, 1981. - 416 с.
2. Гурєва Г.А. Що таке Всесвіт. М.: Державне вид-во техніко-теоретичної літератури, 1975. - 103 с.
3. Гусєв Є.Б., Сурдін В.Г. Розширюючи межі Всесвіту. М. МЦНМО, 2003. - 176 с.
4. Зельдович Я.Б., І.Д. Новіков. Будова та еволюція Всесвіту. М.: Наука, 1989. - 736 с.
5. Шкловський. І.С. Всесвіт, життя, розум. М.: Наука, 1987.