Реферати українською » Математика » Наша домівка — Всесвіт


Реферат Наша домівка — Всесвіт

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Б.И.Лучков, МІФІ, р. Москва

Ось будинок, який побудував Джек.

Англ. народна пісенька. Пер. С.Маршака

Як точно написати свою адресу?

Спочатку просто: квартира, будинок, вулиця, місто, країна. Потім, трохи подумавши: планета Земля, зірка Сонце, галактика Чумацький Шлях. Далі (принаймні укрупнення масштабу і фантазії): Місцеве скупчення галактик, Сверхскопление в сузір'ї Діва, Всесвіт (вона ж Метагалактика). Усі. Тільки одне зауваження: написавши слово «Всесвіт» з великої літери, ми допустили існування багатьох інших вселених, складових ще щось більша, чому наразі немає назви. Але ми будь-коли зможемо ввійти у контакти з ними через кінцевої швидкості поширення сигналів і обмеженого віку нашого Всесвіту. Вмикати в адресу марна справа.

Можна сподіватися, що лист із такою адресою дійде за призначенням, пройшовши окреслені пункти.

Видима Всесвіт

Кожен, звісно, добре знає свій дім, вулицю, місто, країну. Напевно, Земля і Сонце також знайомі. І це ставлення до Галактиці (Млечном Шляхи), можливо, потребують уточненні. Згадана вперше англійським астрономом В.Гершелем, який створював у XVIII в. найбільші світі телескопи, Галактика є сукупність зірок, планетних систем, газу та пилу, які утримує разом гравітаційними силами. Чумацький Шлях – велика галактика (1012 зірок) з чотирма спіральними рукавами, що виходять з центральній області, де знаходиться ядро Галактики, об'єкт ні зрозумілою природи, можливо, дуже масивна чорна діра. Більшість зірок зосереджене у тонкому диску (ставлення радиус/толщина = 100 : 1), помітно утолщенном у центрі, – молода частина галактичного населення, що у загальному обертанні періодом 250 млн років. Стара популяція – маломассивные зірки, кульові зоряні скупчення – заповнює більш велику область – гало Галактики, формою нагадує сплюснений еліпсоїд із відчутною концентрацією об'єктів до центра. На рис. 1 Галактика показано оскільки він то, можливо видно з велику відстань в телескоп інший розумної цивілізації.

Наше місце у Галактиці зовсім на центральне (що слід визнати великою удачею). Сонячна система перебуває приблизно на половині відстані від центру краю диска (точний радіус дорівнює 8 кпк) і майже середині диска за висотою. Удача, переважно, у цьому, що саме щільність зірок мала, їх зіткнення рідкісні, а поля випромінювання (від радіохвиль до жорсткого рентгена) невідь що небезпечні. Життя невпинно й виникає там, де йому менше загроз: навряд чи пристосована для проживання центральна частина Галактики, де є багато яскравих змінних зірок і такі монстрів, як нейтронні зірки й чорні діри. Сонце – невеличка, спокійна, досить щедра світ і тепло зірка, дуже зручна не для життя а з нею, у яких наші фінанси сильно пощастило.

Галактики часто під впливом гравітаційних сил утворюють різні формою скупчення (кластери галактик). Чумацький Шлях разом із двадцятьма галактиками, найближчі у тому числі – його сателіти (Численне й Мале Магеллановы Хмари й інших карликових галактик), утворюють Місцевий кластер. Він, своєю чергою, входить до складу великого Сверхскопления, центром якого є активна галактика Дева-А і який налічує понад тисячі галактик, розміщених у радіусі 30 Мпк. Місцевий кластер знаходиться край Сверхскопления.

Більше великих одиниць, ніж сверхскопления, нема. Певне, у цьому ієрархія структур закінчується, отже Всесвіт, здавалося б, складається з скупчень і сверхскоплений галактик і порожнього простору з-поміж них. Такий собі великого водойми, у якому зважені і не кваплячись рухаються «грудки» речовини, різні за формою і розмірам. Цей космічний водойму, додамо, непогані сильно багатий речовиною – відстані між «грудками» значно більше їх своїх власних розмірів.

Така картина, представшая у середині XX в., здавалася природною та цілком согласующейся з наданням про наш Всесвіт, що з'явилася приблизно 15 млрд років тому я. Вона однорідна і изотропна, рівномірно розширюється: відстані між скупченнями ростуть, у її великому масштабі діють лише одна сила тяжіння, що змушує речовина скучиваться в «грудки» – галактики та його скупчення. Проте точні спостереження показали, що скупчення галактик розподілені у просторі далеко ще не рівномірно.

Ячеистая структура Всесвіту

Рис. 1. Вигляд галактики Чумацький Шлях збоку: видно дискова (молода) і квазисферическая (стара) популяцію зірок

Прогрес спостережних коштів астрономії відбувається безупинно. Зростають розміри телескопів (досяг 15 метрів за діаметрі дзеркала). Удосконалюються приймачі світла – тепер це фотопластинки, а ПЗС-матрицы, які мають великими чутливістю і точністю зображення. Улучшается що дозволяє здатність спектрометрів – головних постачальників відомостей про досліджуваних об'єктах. Численні досягнення техніки проведення спостережень. Комп'ютерна революція справила переворот у засобах збору, опрацювання і збереження інформації. До цього слід додати, що киселинсько-берестський осередок інтересу точно змістився до області позагалактичної астрономії, до вивчення дедалі більше далеких світів.

Аналіз величезного масиву даних призвів до уявленню у тому, що Всесвіт заповнена не рівномірної «сумішшю» скупчень галактик, які «піною», щільність якої у окремих місцях дуже великий, а інших – практично нульова. Інакше кажучи, Всесвіт складається з окремих осередків розміром 50–150 Мпк, у місцях перетину стінок яких (ребрах) галактики расселены дуже щільно, а центральних областях майже відсутні (ці осередки називають войдами – від англійського void – позбавлений, порожній). Ніякими статистичними флуктуаціями ячеистая структура може бути пояснена. Вона – реальний факт, який відбиває умови виникнення первинних неоднородностей речовини у ранній стадії Метагалактики. Отже, спостереження відкидають старі моделі і стимулюють пошуки нових, у межах яких ячеистая структура Всесвіту було б як і природна, як куляста форма небесних тіл в ньютоновской теорії тяжіння.

Нестационарная космологія

Усі спроби від Ньютона до Ейнштейна створити теорію стаціонарного світу, як відомо, не дали результату. Світ завзято як хотів постійним і незмінним. Найважливіші свідоцтва цьому, отримані з спостережень, – розбігання галактик (обумовлений по червоному зміщення ліній у тому спектрах) і теплове реліктове випромінювання температурою Т = 2,7 До, регистрируемое як ізотропний радиофон. Взаємна розбігання галактик – прямий результат освіти Всесвіту у великому Вибуху (Big Bang), у якому він виник 15 млрд років тому вони, вважають, зі стану з безкінечною щільністю. Реликтовое випромінювання – це тепле внаслідок розширення теплове полі Вибуху, температура що його початковий момент було також безкінечною. Нестационарная космологія, піонерами якому було російські фізики Олександр Фрідман і Георгій Гамов, полягає в постулаті про однорідному і изотропном розподілі речовини. У найпростішому поданні Всесвіт, виникнувши з точкової сингулярності, в усі епохи являла собою дедалі ширший кулю речовини, склад якого змінювався відповідно до зменшення температурою випромінювання, що у термодинамическом рівновазі з речовиною.

А.Фридман першим знайшов три можливі варіанти нестационарной космології. У першому (модель відкритої Всесвіту) розширення триває необмежено довго, що викликано перевищенням енергії розльоту речовини над енергією його взаємного тяжіння. Другий (модель пласкою Всесвіту) представляє рідкісний випадок, коли зазначені види енергій з точністю збігаються. Тоді розліт речовини буде також тривати, про те лише відзнакою, що його швидкість, зменшуючись, котиться до нуля. Третій (модель замкнутої Всесвіту) дає кардинально нове рішення: розширення зупиниться на деякому граничному радіусі, після чого енергія сил тяжіння, що перевищує енергію кінетичного розльоту, змусить речовина стискатися (галактики почнуть зближуватися, спостерігатиметься синє усунення ліній) до повернення вихідну сингулярність.

Г.А.Гамов доповнив фридмановские моделі урахуванням первинного нагріву речовини, яке переважають у всіх варіантах має певної температурної залежністю. Його модель назвали моделлю Гарячого Всесвіту, що отримала вагоме підтвердження відкриттям теплового реліктового фону. Випромінення домінувало на на початкових етапах життя Всесвіту, визначаючи її складу. Висока температура перших трьох хвилин Великого Вибуху сприяла перебігові термоядерних реакцій синтезу, у ході з первинної суміші протонів і нейтронів утворилися ядра дейтерію (важкого водню), гелію й у малому кількості, літію. До більш тяже

Виникнення структури

Коли випромінювання домінує, речовина є плазму, що складається з протон-антипротонных пар у перших мікросекунди, электрон-позитронных пар через секунду і з електронів і протонів (з додатком дейтронів плодів та овочів гелію) протягом мільйони. Випромінення, активно взаимодействующее з зарядженими частинками, поводиться як в'язка середовище, у якій гасяться всі рухи частинок, зокрема викликані взаємним притяганням. Структурных утворень в плазмі немає.

І ось пройшов мільйон років і випромінювання охололо до 4000 До, що від потенціалу іонізації водню. Ніщо корисно тепер протонам і электронам об'єднуватися, створюючи нейтральний газ (рекомбінація), якого тепле випромінювання «втрачає будь-який інтерес», проходячи крізь нього без помітного взаємодії. Отут гравітація і нагадує себе, примушуючи газ стискатися. Гравитационная нестійкість речовини – слідство дії самої лише сили тяжіння – приводить до формування всіх видимих структур: від астероїдів до сверхскоплений галактик.

З чого починалася ця процес у спочатку однорідному газі? Які структури виникли першими? Як вони розвивалися і як перейшли за мільярди? Прямих відповіді опікується цими питаннями теорія не дає. Відповідно до поруч запропонованих моделей зростання первинних структур пов'язана з гравітаційної нестійкістю, у своїй «центрами конденсації» речовини служили випадкові ущільнення (флуктуації) середовища. Якщо виникнувши, вони продовжували зростати з допомогою нових порцій притягиваемого речовини, стаючи великими газовими хмарами. У цьому були можливі флуктуації двох типів: ізотермічні і адиабатические. Перші, які заторкують лише газ, мали породжувати хмари поміркованих розмірів, можна з наблюдаемыми зараз безплатними зоряними скупченнями. Щоб утворити структури типу галактик, таким хмарам треба укрупнюватися, з'єднуючись при зіткненнях. Як це діялося, незрозуміло.

Другий тип флуктуацій міг відбуватися одночасно у газі і випромінюванні і був спричинить появі хмар розмірів та величезною масою. Зіштовхуючись, вони стискали газ тонких шарах контакту, образно званих млинцями, що й виникали умови для освіти майбутніх структур. Модель млинців розвивала група академіка Я.Б.Зельдовича 70-х рр. Відкриття ячеистой структури Всесвіту у багатьох рисах підтверджує цю модель: стінки осередків – це місця первинних млинців, ребра осередків – їх перетину, а войды – межблинное простір, де було необхідних умов зростання структур. Звісно, расмотренные моделі досить умовні.

Найімовірніше, природа використовувала флуктуації обох типів, створюючи разномасштабные структури. Але й якісне збіг теорії та спостережень впевненість у те, що ячеистая структура Всесвіту – як спостережний, але цілком зрозумілий пізнавальний факт.

Проблема прихованої маси

Цю і так непросту картину Всесвіту ще більше ускладнили дві «гарячі» проблеми. Перша, звана проблемою прихованої маси (чи темній матерії), займає учених вже зібрано понад 30 років. Суть її у тому, що не речовина у Всесвіті міститься в зірках, галактиках та його скупчення, тобто. в об'єктах світних і тому легко можна побачити. Набагато бо1льшая маса (за оцінками, від 5 до 10 раз) виявляється невидимою. Вещество-неведимку не розгледіти в телескопи, він «засвічує» себе у різних довжинах хвиль, але досить надійно можна знайти через гравітаційна взаємодія з навколишнім звичайним речовиною, впливаючи з його рух. Спостереження показали, що приховане маса існує практично переважають у всіх подструктурах – галактиках, скупчення і сверхскоплениях.

Хто приховується за маскою темній матерії, досі невідомо. Вона може бути як звичайним речовиною, але які у об'єктах дуже слабкої світності (маломассивные зірки в коронах галактик, нейтронні зірки, холодні газові хмари), і цілком новим виглядом матерії, яка бере участь жодних взаємодію, крім гравітаційного. Кандидатів сучасна фізика підкидає досить багато: масивні нейтрино, нові частинки й інші дива, котрі вийшли з-під пера фізиків-теоретиків. Розкриття таємниці невидимок, – мабуть, один із найбільш захоплюючих завдань сучасної фізики та астрофізики.

Проте, ким була прихована маса, зрозуміло, що її на структуру і надасть динаміки Всесвіту надзвичайно великий. Адже саме гравітація визначає обличчя світу, його сьогоднішнє поведінку і майбутній устрій. Вплив темній матерії, удесятеро сильніше, ніж всіх видимих галактик і скупчень, необхідно точно знати й уміти враховувати в космологічних моделях.

Инфляционная ера

Другої проблеми – короткий, але надзвичайно важливий етап життя Всесвіту, який отримав назву інфляційної ери. Він початковий й такі скороминущий – всього 10–32 з (!), – що, начебто, пройшов непоміченим. Хоч як би так. Саме тоді хіба що виникла Всесвіт – крихітний пляшечку розміром менше атома – стрімко роздувалася (inflation це і є роздування), виростаючи до астрономічних розмірів.

Необхідність запровадження інфляційної ери виникла в космологів тоді, що вони усвідомили неможливість пояснити тільки деякі парадоксальні властивості реліктового випромінювання, наприклад, однакову температуру далеких друг від одного й тому причинно які пов'язані частин Всесвіту (відстань між якими більше шляху, прохідного світлом під час життя Всесвіту). Розгадка проста: на початку інфляційної ери таки були причинно пов'язаними і могли обмінюватися сигналами, зрівнюючи свою температуру, а розійшлися не треба внаслідок стрімкого роздування.

Инфляционная ера – справжній Клондайк сучасної астрофізики. Саме на цей крихітний проміжок часу виникла всю масу Всесвіту – як піна на нескінченно глибокої потенційної енергії вакууму, виділилася величезна енергія, нагревшая речовина до високої температури (що зробила Всесвіт гарячої), відбулися розпади важких частинок, створивши надлишок речовини над антиречовиною (протонів, нейтронів і електронів над антипротонами, антинейтронами і позитронами), у результаті наш Всесвіт і полягає з речовини (коли аннигилировали – взаємно уничтожились – рівні кількості частинок і складу). Зрозумілий ту величезну зацікавленість, який

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Становлення теорії атома
    Школьному вчителю, швейцарцю Йогану Якобу Бальмеру було шістдесят год, як у 1885 р. він опублікував
  • Реферат на тему: Комети
    Кінець світу нерідко пов'язують із кометами – і це марновірство. З історії відомо, що
  • Реферат на тему: Наша Всесвіт самотня
    У розвитку теорія інфляції дала ключі до осмислення того, чому космос так неосяжне великий,
  • Реферат на тему: Переворот на Сонце
    У на самому початку нової доби наше світило Сонце змінило напрям свого магнітного поля на
  • Реферат на тему: Уран
    Уран ледве видно на небі простим оком. Відкритий в 1781 р. Вильямом Гершелем (разом з першими двома

Навігація