Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Октября 2014 в 10:53, реферат
Во-первых, определим, что такое Вселенная. Буквально – это место вселения человека. Строго говоря, мы можем делать какие-либо выводы не обо всей Вселенной, а о той ее части, которая доступна для эмпирического наблюдения. Эта часть называется Вселенной Мегагалактикой. Но термин «Вселенная» более привычен, поэтому в дальнейшем мы будем его употреблять, подразумевая Метагалактику.
• Введение
• Основная часть
• Заключение
• Список литературы
Во-первых, определим, что такое Вселенная. Буквально – это место вселения человека. Строго говоря, мы можем делать какие-либо выводы не обо всей Вселенной, а о той ее части, которая доступна для эмпирического наблюдения. Эта часть называется Вселенной Мегагалактикой. Но термин «Вселенная» более привычен, поэтому в дальнейшем мы будем его употреблять, подразумевая Метагалактику.
На основании общей теории относительности А. Эйнштейн вывел космологическое уравнение, предполагая, что Вселенная однородна, изотропна и стационарна, т.е. объем и радиус ее постоянны. Разумеется, при этом возможны различные движения внутри самой системы.
Однако вскоре, в 1922 г. стационарный мир Эйнштейна был подвергнут серьезной критике. Российский математик и геофизик Александр Александрович Фридман (1888-1925) проанализировал космологическое уравнение Эйнштейна и показал, что стационарный мир является только частным решением этого уравнения, что искривленное пространство не может быть стационарным, а в более общем случае возможны нестационарные решения, т.е. фридмановские миры должны были либо расширяться, либо сжиматься. Однако какой из вариантов решения А. Фридмана верен, расширяется ли Вселенная или сжимается?
На этот вопрос ответил в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953). Напомним, что согласно эффекту К. Допплера (1803-1853) спектры излучения удаляющихся объектов должны быть сдвинуты в красную сторону (красный сдвиг). А спектры приближающихся – в фиолетовую (фиолетовый сдвиг). Э. Хаббл обнаружил, что чем дальше от нас находится галактика, тем больше ее линейчатый атомный спектр водорода (а это основной составляющий компонент звезд). Иными словами, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. А это, в свою очередь, означало, что Вселенная не стационарна, что она непрерывно расширяется, и расстояния между галактиками все время растут.
Открытие красного смещения и на его основании расширения Вселенной было одним из величайших открытий ХХ века. Если использовать метод моделирования и попытаться представить себе расширяющуюся Вселенную, то это будет постоянно раздувающийся шар с нанесенными на него точками. При надувании такого шара расстояние между двумя любыми точками возрастает, но ни одну них нельзя назвать центром расширения. Несмотря на то, что открытие Э. Хаббла блестяще подтвердило предсказания А.А. Фридмана (он умер в 1925 г.), работы последнего долгое время оставались неизвестными научному миру.
Открытие Э. Хаббла, естественно, поставило следующий вопрос: будет ли Вселенная расширяться вечно или в какой-то момент начнется сжатие? Не следует забывать, что расширение осуществляется, несмотря на закон Всемирного тяготения. Именно эти соображения привели русского ученого Георгия Антоновича Гамова (1904-1968), эмигрировавшего в США (он учился вместе с А.А. Фридманом, работал под руководством академика А.Ф. Иоффе и покинул СССР в 1933 г) к идеям "горячей Вселенной" , сингулярной точки и Большого взрыва.
Согласно этой гипотезе, примерно 10-18 мрд.лет назад существовала субстанция (ее назвали сингулярной точкой), имеющая бесконечную плотность при бесконечной кривизне пространства Г.А. Гамов предсказал, что если гипотеза Большого взрыва верна, то должно сохраниться остаточное тепловое излучение, температура которого соответствует примерно 6 К. Через десять лет, в 1965 г. это излучение, названное «реликтовым» , идущее со всех направлений Вселенной с одинаковой интенсивностью, было обнаружено американскими астрономами А. Пензиасом и В. Вильсоном . Гипотеза Большого взрыва была подтверждена экспериментально. А. Эйнштейн приветствовал появление теории Большого взрыва и добавил, что в этот момент родилось не только вещество, но также пространство и время.
Происхождение и развитие Вселенной.
Изучая разбегания галактик и пытаясь как-то объяснить этот феномен с позиций теории расширения Вселенной, ученые в конечном итоге пришли к выводу, что когда-то Вселенная возникла из очень плотного состояния, в результате своеобразного взрыва: энергия как будто внезапно выплеснулась (подобно тому, как это бывает, когда мы откупориваем газированную воду) из какого-то далекого от современного понимания состояния, породив тем же наш с вами мир.
Это грандиозное событие, силу которого не в состоянии представить человек, в науке называют "Большим Взрывом". Часто применяется английское название космологического явления - Биг Бенг (Big Bang), аналогичная по содержанию нашему сроку.
Хотя момент рождения нашей Вселенной называем Большим Взрывом, однако стоит отметить, что с обычным взрывом он не имеет ничего общего. Обычный взрыв происходит в определенное мгновение и в определенном месте пространства и в отдельных случаях действительно может быть грандиозным. Однако к моменту Большого Взрыва не было ни пространства, ни времени. Пространство и время возникли после Большого Взрыва вместе со Вселенной, которая расширялась. А потому сравнивать событие рождения Вселенной с обычным взрывом нельзя.
В пользу теории Большого Взрыва есть несколько доказательств, среди которых, в частности, - существование микроволнового (реликтового) космического излучения и факт расширения Вселенной.
К сожалению, знания, какие мы имеем сегодня, не позволяют проникнуть в первое мгновение после Большого Взрыва. Но зная современную температуру реликтового излучения и используя хорошо известны и проверенные в лаборатории законы физики, можно провести экстраполяцию в прошлое. Правомерность экстраполяции данных законов не вызывает сомнений вплоть до времени Планка (t = 10" 43 с) от начала расширения. Что же касается событий в промежутке времени, что меньше времени Планка, то здесь все известные законы физики применять нельзя.
А потому мы не знаем, что происходило в крошечную долю секунды длительностью 1043 с, которая миновала после Большого Взрыва.
Теоретические расчеты показывают: в возрасте Ю-43 со Вселенная была еще удивительно маленькой и плотной, и за миллиардную долю секунды потому, из 10 34 с и до времени 10'32 с после Большого взрыва, удваивая свои размеры КАЖДЫЕ 10" 34 с, Вселенная уже расширилась от бесконечно малых размеров к размерам апельсина, то есть увеличился приблизительно в Ю30 раз. Размеры Вселенной увеличивались.
Следствием такого стремительного расширения стало выделение колоссального количества энергии и образование элементарных частиц - кварков и антикварков, из которых уже через десятитысячную долю секунды образовались разнообразные частицы, среди которых протоны и нейтроны и их античастицы.
Дальше Вселенная расширялась и охлаждалась. Еще через одну десятитысячную долю секунды за температуры 1012 К состоялась аннигиляция протонов с антипротонами и нейтронов с антинейтронами с образованием фотонов. Но очевидно от самого начала концентрация частиц превышала количество античастиц приблизительно на одну миллиардную долю. Этот "остаток" стал строительным материалом для современного мира, а из фотонов, которые образовались во время аннигиляции, в значительной степени складывается реликтовое излучение.
Через 1 с после Большого Взрыва за температуры Ю10 К Вселенная стала прозрачной для нейтрино, в то время как протоны, нейтроны, электроны и позитроны были перемешаны с фотонами. Через 3 с за снижение температуры к 3-Ю9 К электроны проанилигилировали с позитронами, а через 3 минуты за температуры 3-Ю8 К началось образование первых химических элементов - дейтерия, гелия, лития.
Впервые реакции, которые происходили на этом этапе, еще в 40-х годах XX ст. изучал Дж. Гамов - американский физик и астрофизик украинского происхождения (нар. в г. Одесса), который собственно и предложил теорию "горячей Вселенной". Интересно, что массовая часть водорода (75-78%) и гелия (25- 22%), определенная через спектральный анализ химического состава зрение и туманностей в нашей Галактике, хорошо согласуется с выводами теории и подтверждает ее. Таким образом, близко 90% из всех имеющихся в наше время ядер гелия образовались в первые мгновения существования Вселенной и только 10% -впоследствии в зорях.
В следующие 300 ООО лет заметных изменений не происходило. Все это время Вселенная была непрозрачной для света, потому что электроны, протоны, ядра гелия и, в значительно меньшем количестве, ядра лития, из которых состояла первобытная плазма, непрерывно поглощали, излучали и рассеивали фотоны, не давая им распространяться свободно.
Но в конечном итоге - остатков, при дальнейшем расширении, когда Вселенная охладела к температуре около 3300 К, а расстояния между частицами стали достаточно большими, фотоны перестали разбивать нейтральные атомы водорода и гелия, которые образовывались, и плазма превратилась в смесь нейтральных атомов этих элементов. От этого момента излучение отделилось от вещества, стало свободно распространяться во Вселенной, и Вселенная стала прозрачной для света.
В следующие миллионы лет под действием сил притяжения вещество стало концентрироваться в отдельные сгустки протогалактики, в которых, в свою очередь, приблизительно через миллиард лет после Большого Взрыва начали образовываться первые звезды.