Реферат Еволюція Всесвіту

кривизни простору монотонно зростає, і Всесвіт розширюється (лише у моделі – з точки, на другий – починаючи з деякого кінцевого обсягу). Третя модель малювала картину пульсуючої Всесвіту з періодично мінливим радіусом кривизни. Зустрівши спочатку рішення Фрідмана з великою невірою, Ейнштейн потім переконався у його правоті і він погодився з молодого фізика. Дві перші моделі Всесвіту Фрідмана вже незабаром знайшли дивовижно точне підтвердження у безпосередніх спостереженнях рухів далеких галактик – в так званий ефект «червоного усунення» у тому спектрах. Він засвідчив про взаємній видаленні всіх досить далеких друг від друга галактик та його скупчень. Якщо звернути картину у часі, це призводить до висновку про існування «початку» виявленого загального розширення простору Всесвіту! Такі висновки та було зроблено наприкінці 20-х бельгійським астрономом абатом Ж. Леметром (про розширення Всесвіту з точки, з «атома-отца») й О. Эддингтоном (предположившим, що розширення почалося стану щільного згустку кінцевих розмірів). Усе це ламало звичні, тисячоліттями які складалися уявлення, передусім про «вічності» Всесвіту, оскільки він ототожнювалася зі «всієї існуючої матерією».

У результаті суперечок, з одного боку, поступово уточнювалися і ускладнювалися самі фундаментальні поняття, які фігурують у космології: кінцівку і обмеженість, нескінченність і безмежність, нарешті, неоднозначність таких понять, як «увесь Всесвіт», «Всесвіт загалом», неправомірність ототожнення таких понять, як «Всесвіт» і «Метагалактика». З іншого боку, спостереження підтвердили факт розширення всієї що спостерігається області Всесвіту. Більшість сучасних космологів розуміють це розширення, як розширення справді всієї мислимої й існуючої Всесвіту… На жаль, рання смерть не дозволила геніальному теоретику Всесвіту А.А. Фридману, ідеї якого становить понад півстоліття направляють думку космологів, самому брати участь у подальшому революційному розвитку процесу відновлення космологічної картини світу. Досвід розвитку знання світі підказує, проте, як і сучасна релятивістська космологічна картина світу, будучи результатом екстраполяції попри всі мислиме «ціле» знань про обмеженою частини Всесвіту, неминуче не точна. Тому напевно, що вона скоріш відбиває властивості обмеженою частини Всесвіту (якою і може бути Метагалактикой), причому, можливо, лише з етапів його розвитку (що допускає релятивістська космологія і що може прояснитися з уточненням середньої щільності матерії в Метагалактиці). Нині, проте, у пункті картина світу невизначена.

Закон Хаббла

Закон Хаббла (закон загального розбігання галактик) – емпіричний закон, зв'язуючий червоне усунення галактик й відстанню перед тим лінійним чином:

з z = D H0,


де z – червоне усунення галактики, D – відстань досяжна, H0 – коефіцієнт пропорційності, званий стала Хаббла. При малому значенні z

з z = Vr,

де Vr – швидкість галактики вздовж променя зору спостерігача, і закон приймає класичний вид:

math.

З допомогою цього закону можна розрахувати так званий Хаббловский вік Всесвіту (в припущенні, що «розбігання» галактик дійсне):

math;

цей вік з точністю до множника 2 відповідає вікові Всесвіту, рассчитываемому по стандартної космологічної моделі Фрідмана.

Закон Хаббла встановлено експериментально Еге. Хабблом в 1929 для галактик з допомогою 100» телескопа, що дозволяє найближчі галактики на зірки. У тому числі були цефеиды, використовуючи залежність «период-светимость» яких, Хаббл поміряв відстань перед тим, і навіть червоне усунення. Отриманий Хабблом коефіцієнт пропорційності становила близько 500 км/с на мегапарсек. Сучасне значення становить 74,2 ± 3,6 км/с на мегапарсек. Таку відчутну різницю забезпечують два чинника: відсутність поправки нуль-пункта залежності «период-светимость» на поглинання (яку ще було відкрито) та істотний внесок власних швидкостей у загальну швидкість для місцевої групи галактик.


«Гаряча» Всесвіт Гамова

З перших спостережень переважання червоних зсувів в спектрах далеких галактик, до встановлення лінійного закону «червоного усунення» (закон Хаббла, 1929 р.) бельгійський астроном Ж. Леметр, незалежно від А.А. Фрідмана, висунув 1927 р. свою знамениту ідею виникнення Всесвіту вже з «атома-отца» і його розширення. У такій формі гіпотеза була дуже зручною для релігійного тлумачення природи й зустріла, тому різко критичне ставлення з боку философов-материалистов. У 1930-ті роки концепція Леметра була розвинена Эддингтоном (що стояли на позиціях Ейнштейна) як розширення Всесвіту із первісного щільного згустку звичайного речовини. Тоді ж Мілн, спираючись на власну «кінематичну теорію відносності», дав свою інтерпретацію розбігання галактик як результату вибуху сверхплотного згустку певної особливої «первинної» матерії, з якої «в процесі лікування» формувалися потім зірки, галактики, планети. Але формування конкретнішою фізично розробленої еволюційної космолого-космогонической моделі розширення Всесвіту, що отримала назву теорії «Big Bang» (Великого Вибуху), пов'язано першу чергу, з ім'ям однієї з найбільших учених сучасності, американського фізика російського походження Джорджа (Георгія Антоновича) Гамова (1904–1968). Він був фахівцем щодо атомної та ядерній фізиці, але вніс фундаментальний внесок й у астрофізику та, крім цього у генетику. Серед перших він використовував успіхи ядерної фізики, включаючи свої власні результати, вирішення проблеми джерел внутризвездной енергії та розвитку теорії еволюції зірок. Дж. Гамов побудував першу ядерну теорію еволюції зірок. 1939-го р. запропонував нейтринну теорію наднових зірок. Разом з М. Шенбергом в 1940–1941 рр. він розкрив суттєві боку ядерного механізму вибухів наднових, наводячи великій ролі у цьому нейтрино. У 1942 р. Гамов побудував детальну теорію еволюції найбільших зірок – червоних гігантів. Для формування сучасної астрономічної картини світу найзначнішим його внеском стала висунута їм у 1946 р. і розвинена згодом разом із учнями теорія Великого Вибуху. Відповідно до цієї теорії, конкретизировавшей на матеріалі ядерної фізики ідеї розширення Всесвіту Фрідмана – Леметра, вся сучасна що спостерігається нами Всесвіт представляє собою результат катастрофічного вибуху матерії, перебувала раніше на дивовижно стиснутому сверх-сверхплотном стані, недоступному поки розуміння та описи у межах сучасної фізики. Начавшееся у своїй «вибуху» розширення материн, вірніше, дивовижно швидкий спочатку розліт їх у формі нероздільної суміші – високотемпературного випромінювання та речовини – елементарних частинок, які мали релятивістськими швидкостями, простежується й у наші дні у вигляді ефекту хаббловского линейно-изотропного «розширення Всесвіту» чи «червоного усунення».

Разом зі своїми учнями і співробітників – фізиками Р. Альфером і Р. Германом, Дж. Гамов в 1948 р. розвинув теорію освіти у ранньої Всесвіту хімічних елементів важче водню внаслідок ядерного синтезу (теорія нейтронного захоплення), що діялося, вже у початковий період розширення й остигання гарячого «початкового» речовини, протягом якого вони приймали спочатку нейтрони. Передбачалося, що й розпад (на протони і електрони) і подальші комбінації получавшихся частинок забезпечили формування сучасного хімічного складу Всесвіту, у якому чільне місце посідає водень (70–80%), але подальші спостереження змусили астрофізиків допустити, що коли частина гелію утворилася вже в ранньої, дозвездной стадії розширення Всесвіту, а доступне розумінню початкова речовина Всесвіту складався з рівного числа нейтронів і протонів. Величезне безліч водню в що спостерігається Всесвіту змушує припустити, що у початковій фазі його розширення у неї заповнена переважно высокотемпературным випромінюванням (фотонами), хоча вже містила та деяка число частинок і складу. Після їхнього взаємної анігіляції залишився якийсь надлишок (наявний спочатку) частинок – важких (баріонів: нейтронів і протонів) і легень (лептонів: електронів і нейтрино). Це вихідне співвідношення між числом фотонів, нейтрино, барпонов і електронів зберігається у сучасної Всесвіту. По наблюдаемому безлічі всього легких елементів (М і Не) він був оцінений Альфером і Германом як 109:10:1:1. З що спостерігається щільності у космосі ядерних, важких частинок Гамов, Альфер і Герман передбачили в 1948 р., що у сучасної Всесвіту це тепле первинне випромінювання має спостерігатися як теплове, відповідне температурі майже п'ять До, тобто. з максимумом в сантиметровом діапазоні радіохвиль. У 50-ті роки ряд обставин завадив групі Гамова продовжити дослідження, а головне – здійснити перевірку теорії наглядом – пошуками залишкового випромінювання. Розвитку теорії перешкоджали і брак спостережних даних про поширеності різних хімічних елементів у Всесвіті, і – головне – загальне скептичне ставлення «серйозних» астрофізиків і багатьох фізиків минулих років до можливості самої постановки, а тим паче вирішення таких фантастичною проблеми, як початок історії усього Всесвіту загалом! Перевірити пророцтво про що зберігся первинному тепловому радіовипромінювання із сучасною температурою близько 5К фахівцям радиофизикам уявлялося неможливим: всі впевнені, що така слабкий сигнал не можна виокремити, по крайнього заходу, з яка була апаратурою, із загального радіошуму – радіовипромінювання зірок, галактик, міжзоряному середовища. Півтора десятки років концепція Великого Вибуху залишалася курйозом, грою розуму небагатьох фізиків і космологів. Проблема холодного чи гарячого початкового стану сучасної Всесвіту викликала вже особливу гостроту, і самі ставала «гарячим», дискусійним елементом в астрономічної картині світу. Через війну американський радіофізик Дікке навіть розпочав підготовку до спостережної перевірці концепції Великого Вибуху… Тому, як у 1964 р. американські радіоінженери, не слыхавшие про теорії Гамова, А. Пензіас і Р. Уїлсон під час випробування рупорной антени для спостереження американського супутника «Відлуння» відкрили випадково існування мікрохвильового (хвилі 7,35 див) космічного радіошуму, котрий залежить від напрямку антени, це відкриття відразу ж потрапив до центру уваги американських астрофізиків – космологів Дікке, Пиблса та інших. Останні зразу й зрозуміли, йдеться про предсказанном групою Гамова первинному остаточном радіовипромінювання І що теорія гарячого Всесвіту отримала найважливіше спостережливе підтвердження. Це найбільше в астрономії XX в. відкриття, сутнісно, колективне й у значною мірою що було результатом дозрілої щодо його сприйняття наукової атмосфери, чи картини світу, зробило достовірним фактом, по меншою мірою, те що в нашого Всесвіту (Метагалактики) була її рання історія, тобто. що вона справді еволюціонує.

Етапи еволюції гарячого Всесвіту, неоднозначність сценарію. Антропный принцип

Космология – розділ астрофізики, вивчав будову та еволюцію Всесвіту загалом. Сучасна космологія виникла початку ХХ століття. Дані астрофізичних спостережень показують, що найбільшими структурними одиницями Всесвіту є великі скупчення і сверхскопления галактик. Їх розміри досягають десятків мільйонів парсек. У ще більших масштабах (сотні мегапарсек) речовина у Всесвіті розподілено однорідний.

Ейнштейн побудував з урахуванням своєї теорії космологічну модель статичної Всесвіту. Вихідною гіпотезою припускалося у тому, що Всесвіт однорідна і изотропна.

У 1922 р. А.А. Фрідман довів, що статичний світ Ейнштейна лише окреме питання рішення рівнянь ОТО. Взагалі ж разі ці рівняння наводять немає статичним моделям, а до моделям, залежать від часу. Однородная і є ізотропний Всесвіт повинна еволюціонувати, тобто. безупинно змінюватися згодом.

Наприкінці 20-х рр. Еге. Хаббл встановив, що галактики видаляються друг від друга. Це означає, що Всесвіт розширюється.

Буде розширення Всесвіту необмежено тривати у майбутньому? Розширення гальмується силами тяжіння. Тяжіння визначається середньої щільністю речовини у Всесвіті. Критичний значення щільності, у якому розширення майбутньому зміниться стисканням, одно . Середня щільність за даними спостережень нижче критичної майже вдесятеро. Отже, Всесвіт повинна розширюватися постійно.

Однак у Всесвіту, можливо, є багато невидимого речовини, й відповідна середня щільність то, можливо близька критичної.

Оскільки спостереження доводять, що галактики видаляються друг від друга, отже, у минулому було розміщено тісніше, та ще раніше неможливо було окремих галактик і взагалі окремих небесних тіл. Речовина розподілило майже рівномірно, а щільність його була великий. Всесвіт початку розширюватися  млрд. років тому вони. У цьому центру розширення був. Усі крапки у Всесвіті рівноправні. Що до початку розширення Всесвіту, поки остаточно не з'ясовано, бо за великих плотностях матерії наберуть чинності ще знані нами закони природи.

Нині більшість дослідників вважає, що спочатку розширення Всесвіту матерія була щільною  і дуже гарячої  – теорія гарячого Всесвіту. Відповідно до цієї теорії Всесвіт нагадувала гігантський прискорювач «елементарних» частинок. Початком цього прискорювача частинок був Великим Вибухом, наслідком є спостережуваний зараз розліт галактик та його скупчень. На відміну від зазвичайного вибуху астрономічний вибух стався одразу в усьому що був тоді просторі. Поки малий, що відомо у тому, що у першу секунду від початку розширення й ще менша у тому, було на початок розширення. Загальна схема наступної еволюції Всесвіту представляється так: ера адронов тривала приблизно від  Атомов був, але існували нуклони (протони і нейтрони), мюоны, електрони і нейтрино різних типів (електронні, мюонные, тау-нейтрино), і навіть античастинки й електромагнітний випромінювання (фотони), що містилося в термодинамическом рівновазі з речовиною. Кількість частинок і складу речовини в одиниці обсягу було одно числу що є там-таки фотонів.

Головним подією адронной ери був процес анігіляції нуклонів і антинуклонов (адронов). Нуклонов було трохи більше, ніж антинуклонов, тож частину речовини залишилася як будівельного матеріалу для ядер майбутніх атомів.

Ера лептонів тривала приблизно від  Температура зменшилася до  K, а щільність стала рівної  Лептоны аннигилировали: мюон-антимюон, электрон-позитрон із заснуванням нейтрино. Через війну, якісно змінився склад плазми засіках і придбали самостійність нейтрино, що з цього історичного моменту перестали брати участь у взаємодію. Після анігіляції важких частинок їхня енергія перейшла до легшим частинкам і витрачалася

Схожі реферати:

Навігація