Реферат Еволюція Всесвіту

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Запровадження

Здавна людська думку намагається дозволити проблему походження нашого світу, виникнення та перспективи подальшої долі всесвіту. Це питання належить до вічних питань, і, напевно, будь-коли перестане хвилювати уми людей. У різні часи пропонувалися й різні рішення зазначеної проблеми. Відповідно до одних їх, світ був створений і розпочав свій існування; за іншими – світ вічна й немає початку. Відомі й такі погляду, за якими всесвіт періодично і його знищується.


Походження і еволюція Всесвіту

Всесвіт виникло приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного і гарячого протовещества. Сьогодні тільки ворожити, яким було це прародительское речовина Всесвіту, як він утворилося, яким законам підпорядковувалося, І що за процеси привели його до розширення. Існує думка, що від початку протовещество з гігантської швидкістю початок розширюватися. На стадії це щільне речовина розлітався, розбігалося за всіма напрямами і була однорідну вируючу суміш нестійких, постійно зруйнованих при зіткненнях частинок. Остывая і взаємодіючи мільйони років, всі ці маса розсіяного у просторі речовини концентрувалася до великих і маленькі газові освіти, що протягом мільйонів років, зближаючи і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. Вони своєю чергою виникали більш щільні ділянки – там згодом і утворилися зірки й навіть цілі галактики. Через війну гравітаційної нестабільність у різних зонах які утворилися галактик можуть сформуватися щільні «протозвездные освіти» з масами, близькими до масі Сонця. Розпочатий процес стискування буде прискорюватися під впливом власного поля тяжіння. Процес супроводжує вільне падіння частинок хмари для її центру – відбувається гравітаційне стиснення. У центрі хмари утворюється ущільнення, що складається з молекулярного водню і гелію. Зростання щільності і температури у центрі призводить до розпаду молекул на атоми, іонізації атомів й освіті щільного ядра протозвезды. Існує гіпотеза - про циклічності стану Всесвіту. З'явившись 1905 року колись з сверхплотного згустку матерії. Всесвіт, можливо, вже у першому циклі породила всередині себе мільярди зоряних систем і планет. Але потім неминуче Всесвіт починає прагне стану, з якого почалася історія циклу, червоне усунення змінюється фіолетовим, радіус Всесвіту поступово зменшується і наприкінці кінців речовина Всесвіту повертається у початкове сверхплотное стан, дорогою до нього немилосердно знищивши усіляку життя. І повторюється щоразу, у кожному циклі протягом вічності! На початку 1930-х склалося враження, що головні складові Всесвіту – галактики, кожна з яких загалом складається з 100 млрд. зірок. Сонце разом із планетної системою входить у наше Галактику, основну масу зірок якої ми бачимо у вигляді Чумацького Шляху. Крім зірок і планет. Галактика містить значну кількість розріджених газів і космічному пилу. Конєчна чи нескінченна Всесвіт, яка її геометрія – ці та багато питань пов'язані з еволюцією Всесвіту, зокрема з піднаглядним розширенням. Якщо, як і вважають у час, швидкість «розльоту» галактик збільшиться на 75 км/с за кожен мільйон парсек, то екстраполяція поваги минулому призводить до дивовижному результату: приблизно 10–20 млрд. років тому я увесь Всесвіт була зосереджена на дуже маленького області. Багато учених вважають, що на той час щільність Всесвіту була така сама, як в атомного ядра. Інакше кажучи, Всесвіт тоді являла собою одну гігантську «ядерну краплю». З якихось причин ця «крапля» прийшла б у збаламучену стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми бачимо нині як системи галактик. Найсерйозніший удару непорушності Всесвіту був нанесений результатами вимірів швидкостей видалення галактик, отриманими відомим американським ученим Еге. Хабблом. Він встановив, будь-яка галактика видаляється ми загалом зі швидкістю, пропорційної відстані досяжна. Це відкриття остаточно зруйнувало існуючий з часів Аристотеля уявлення про статичної, непорушною Всесвіту, вже, втім, хитку у зв'язку з відкриттям еволюції зірок. Отже, галактики зовсім не від є космічними ліхтарями, підвішеними на однакових відстанях друг від одного й, більше, якщо вони видаляються, то колись минулому повинні бути ближче до нас. Близько 20 млрд. років тому все галактики, судячи з усього, були у одній точці, з якої почалося стрімке розширення Всесвіту до сучасних розмірів. І де перебуває цю крапку? Відповідь: ніде й те водночас всюди; вказати її місце розташування неможливо, це суперечило б головної засади космології. Ще один порівняння, можливо, допоможе переконатися в цьому твердження. Відповідно до загальної теорії відносності, присутність речовини у просторі призводить до його викривлення. За наявності достатньої кількості речовини можна побудувати модель викривленого простору. Передвигаясь землею щодо одного напрямі, ми дізнаємося наприкінці кінців, пройшовши 40000 км, повинні повернутися до вихідну точку. У викривленою Всесвіту станеться той самий, але через 40 млрд. світлових років; ще, «троянда вітрів» не обмежується чотирма частинами світла, а включає напрями також вгору-вниз. Отже, Всесвіт нагадує надувною кулька, у якому намальовані галактики як і на глобусі, завдані паралелі і меридіани визначення становища точок; але не тоді Всесвіту визначення становища галактик необхідно використовувати не на два, а через три виміру. Розширення Всесвіту нагадує процес надування цього кульки: взаємне розташування різних об'єктів з його поверхні не змінюється, на кульці немає виділених точок. Щоб оцінити повне кількість речовини у Всесвіті, треба тільки підрахувати все галактики можна. Надходячи, в такий спосіб, ми матимемо речовини менше, ніж потрібно, щоб, відповідно до Ейнштейну, замкнути, «повітряну кульку» Всесвіту. Існують моделі відкритої Всесвіту, математична трактування яких так само проста і який пояснюють брак речовини. З іншого боку, може бути, що у Всесвіті є як речовина як галактик, а й невидиме речовина у кількості, необхідному, щоб Всесвіт була замкнута; полеміка з цього приводу досі не затихає.


Креативна роль фізичного вакууму

Вимовляючи слово «вакуум», ми звичайно розуміємо надзвичайно розріджену середу, яку або досліджують у спеціальних лабораторіях, або спостерігають осіб у космічному просторі. Проте вакуум це порожнеча, а щось інше: особливе, ненаблюдаемое у повсякденному житті стан матерії, зване фізичним вакуумом.

Обычных (реальних) частинок в порожньому обсязі, звісно, немає, але квантова теорія пророкує існування багатьох інших частинок, званих віртуальними. Такі частки здатні за певних умов перетворюватися на реальні.

Час життю часток отримують за масою me близько з. Ця величина дуже мала у відповідь де вони так «життя», як про короткочасному сплеску життя вельми дивні частинок і що з ними полів.

Отже, море ненаблюдаемых частинок, готових за певних умов перетворитися на звичайне.

Стан фізичного вакууму можна охарактеризувати найменшим значенням енергії таких квантових полів, як скалярне полі, які мають існувати в вакуумі. Цьому полю ставлять у відповідність гіпотетична частка хиггс (під назвою вченого Хіггса, її який запропонував), що є прикладом сверхтяжелого бозона, маса якого, можливо, в  разів більше маси протона. Такі частки можуть народжуватися за нормальної температури  K. Існують проекти величезних прискорювачів, де, спостерігаючи взаємодія частинок, вчені сподіваються підтвердити реальність існування хиггсов.

Одне з проектів американські інженери і фізики планують здійснити наприкінці століття. Це буде, дуже потужний прискорювач на зустрічних пучках, причому зменшення споживаної енергії в кільцевої установці із довжиною окружності 84 км буде використано сверхпроводящие магніти. Майбутній прискорювач названо сверхпроводящим суперколайдером SSC.

Один із дивних властивостей фізичного вакууму пов'язана з тим, що створює негативне тиск отже, зможе виявитися джерелом сил відштовхування у природі. Це властивість грає винятково важливу роль сценарії «раздувающейся Всесвіту».

Парадокси стаціонарної Всесвіту

У 1744 р. швейцарський астроном Жан Філіп де Шезо відкрив фотометричний парадокс, пов'язані з гаданої нескінченністю всесвіту. Суть його у чому: тоді як безкінечною всесвіту незліченну кількість зірок, то кожному напрямку погляд земного спостерігача неодмінно наштовхувався на якусь зірку, і тоді небосхил мав би яскравість порівнянну з яскравістю сонця, чого дійсності немає. У 1826 р. німецький астроном Генріх Ольберс незалежним шляхом дійшов тих самих висновків. З того часу фотометричний парадокс називається парадоксу Шезо-Ольберса. Вчені намагалися різними шляхами усунути зазначений парадокс, припускаючи нерівномірність розташування зірок чи поглинання світла газопылевыми межзвездными хмарами, як це намагалися зробити Шезо і Ольберс. Проте, як було зазначено пізніше показано, газопилові хмари мали нагрітися й які самі переизлучать зайняті промені, і це факт не дозволяв уникнути фотометрического парадоксу.

У 1895 р. німецький астроном Хуго Зеелигер відкрив гравітаційний парадокс, також пов'язані з гаданої нескінченністю всесвіту. Суть така: тоді як безкінечною всесвіту незліченну кількість рівномірно розподілених зірок (мас), то сила тяжіння їх, діюча будь-яку тіло, стає чи нескінченно великий чи невизначеною (залежно від способу розрахунку), чого немає. І це разі були спроби уникнути гравітаційного парадоксу, передбачаючи законі тяжіння іншу формулу для гравітаційної сили, чи, вважаючи, що щільність мас у Всесвіті близька нанівець. Але точні контролю над рухом планет сонячної системи спростували ці припущення. Парадокс залишався у силі.

У 1865 р. німецький фізик Рудольф Клаузиус з урахуванням відкритого їм другого початку термодинаміки виявив термодинамічний парадокс, пов'язані з гаданої вічністю всесвіту. Суть її у тому, що з нескінченне час всесвіт мала досягти стану теплового рівноваги з максимумом ентропії, коли світлова енергія зірок піде на теплоту. Це еквівалентно «теплової смерті» всесвіту, коли всі зірки погаснуть, і ні процеси у світі не можуть відбуватися. Термодинамический парадокс намагався спростувати Людвіг Больцман, припускаючи, що земля й усе видимий космос – це малоймовірна флуктуація від зазвичайного стану іншої безкінечною і "вічної всесвіту, яка перебуває в теплової смерті. Усередині цієї флуктуації можливі спостережувані нами активні процеси.

У всесвіту, обмеженою у просторі і має початок у часі, створеною чи нестационарной розширення, усуваються все три космологічних парадоксу.

Основні становища теорії відносності Ейнштейна

Приватна теорія відносності – це основа фізичного вчення щодо простору, часу й русі. У її рамках простір та палестинці час вдається об'єднати. Приватна теорія відносності дозволяє у найзагальнішому вигляді й дуже простими засобами уявити фізичне вчення про рух як вияв геометрії простору-часу. Приватна теорія відносності вивчає властивості простору-часу, «справедливі з тим точністю, з яким можна нехтувати дією тяжіння», тобто спеціальна теорія розглядає инерциальные системи відліку.

Инерциальной називається система відліку, у якій справедливий закон інерції: матеріальна точка, коли її у не діють ніякі сили (або сили взаємно врівноважені), перебуває у стані спокою чи рівномірного прямолінійного руху. Будь-яка система відліку, рушійна стосовно ній поступально, рівномірно і прямолінійно, є й инерциальная.

У основі теорії відносності лежать два становища: принцип відносності, що означає рівноправність всіх інерціальних систем відліку («все системи відліку однакові немає і якоюсь однією, має перевагу над іншими»), і закон поширення світла сталість швидкості світла у вакуумі, її незалежність від швидкість руху джерела світла.

Ці дві постулату визначають формули переходу від однієї инерциальной системи відліку в іншу – це перетворення Лоренца (перетворення описують зв'язок між координатами і часом конкретного події у двох різних інерціальних системах відліку):

   ,

де с-параметр перетворення, має сенс граничною швидкість руху і, рівний швидкості світла у вакуумі.

Характерно, що з таких переходах змінюються як просторові координати, а й моменти часу (відносність часу). З перетворень Лоренца виходять основні ефекти спеціальної теорії відносності:

~ існування граничною швидкості передачі будь-яких взаємодій – максимальної швидкості, до яких можна прискорити тіло, збігається зі швидкістю світла у вакуумі;

~ відносність одночасності (події, одночасні лише у инерциальной системі відліку, у випадку не одночасні на другий);

~ уповільнення течії часу у швидко движущемся тіло і скорочення поздовжніх – у бік руху – розмірів тіл («Час у системі координат, що просувалася зі швидкостями, близькими до швидкості світла, щодо спостерігача розтягується, а просторова протяжність (довжина) об'єктів вздовж осі напрями руху – навпаки, стискається»).

Всі ці закономірності теорії відносності надійно підтверджені на досвіді.

Нестационарная Всесвіт Фрідмана

Перші принципово нові революційні космологічні слідства загальної теорії відносності розкрив видатний радянський математик і фізик-теоретик Олександр Олександрович ще Фрідман (1888–1925). Основними рівняннями загальної теорії відносності є «світові рівняння» Ейнштейна, які описують геометричні властивості, чи метрики, четырехмерного викривленого простору – часу. Рішення їх дозволяє у принципі побудувати математичну модель Всесвіту. Першу таку спробу зробив сам Ейнштейн. Вважаючи радіус кривизни простору постійним (тобто. виходячи з того про стаціонарності Всесвіту загалом, що уявлялося найрозумнішим), вона до висновку, що Всесвіт мусить бути просторово кінцевої плюс форму четырехмерного циліндра. У 1922–1924 рр. Фрідман виступив із критикою висновків Ейнштейна. Він довів необгрунтованість його вихідного постулату – про стаціонарності, незмінності у часі Всесвіту. Проаналізувавши світові рівняння, Фрідман дійшов висновку, що рішення ані за яких умовах може бути однозначним не може відповісти питанням форму Всесвіту, її кінцівки чи нескінченності. З протилежного постулату – можливий зміні радіуса кривизни світового простору у часі, Фрідман знайшов нестационарные рішення «світових рівнянь». Як приклад таких рішень він побудував три можливі моделі Всесвіту. У їх радіус

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація