Содержание

Введение

Происхождение Вселенной

Модель расширяющейся  Вселенной

  Красное смещение

  Большой Взрыв

  Образование Вселенной

Заключение

Список  использованной литературы

Введение

    Наблюдаемая нами Вселенная, по данным современной  науки, возникла в результате Большого взрыва около 15-20 млрд. лет назад. Представление о Большом Взрыве является составной частью модели расширяющейся Вселенной.

    Все вещество Вселенной в начальном  состоянии находилось в сингулярной  точке: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Затем последовал взрыв.

    «Вначале  был взрыв. Не такой взрыв, который  знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы», – писал в своей работе С. Вейнбер.

    Что же было после Большого взрыва? Образовался  сгусток плазмы – состояния, в  котором находятся элементарные частицы – нечто среднее между  твердым и жидким состоянием, который  и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны. Через 0,01 сек. после начала Большого Взрыва во Вселенной появилась смесь легких ядер. Так появились не только материя и многие химические элементы, но и пространство и время.

    Но  теория Большого взрыва не может разрешить три фундаментальные проблемы: что было до начального момента, какова природа сингулярности и каким образом формировались галактики.

  Происхождение Вселенной 

  Во  все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел  мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в «Ведах» распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубиной книгой». Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего.

  С появлением науки в ее современном  понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные  представления о происхождении  Вселенной. Следует разделять три  близких термина: бытие, универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания), и обозначает все как таковое.

  Значение  термина Вселенная более узкое  и приобрело специфически научное  звучание. Вселенная — место вселения человека, доступное эмпирическому  наблюдению Постепенное сужение  научного значения термина Вселенная  вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

  Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» — «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

  Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой  универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной. Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространяемыми на всю Вселенную. И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т. е. человека (так называемый антропный принцип).

  Выводы  космологии называются моделями происхождения  и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное, в принципе, количество экспериментов и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

  Ко  Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т. е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения. 

  Модель  расширяющейся Вселенной

  Наиболее  общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения:

1. свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность);
2. наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.

  Из  этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах, — релятивистская.

  Важным  пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности:

1. принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга;
2. экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

  Из  принятия теории относительности вытекало в качестве следствия (первым это заметил петроградский физик и математик Александр Александрович Фридман в 1922 году), что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься. На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого «красного смещения».

  Красное смещение — это понижение частот электромагнитного излучения: в  видимой части спектра линии  смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

  Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное  смещение оказалось пропорционально  расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, т. е. о расширении Метагалактики — видимой части Вселенной.

  Красное смещение надежно подтверждает теоретический  вывод о нестационарности области  нашей Вселенной с линейными  размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении по меньшей мере нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой. 

Решающий  шаг в изучении галактик был сделан в 1912 г., когда они еще считались  спиральными туманностями внутри нашей собственной звездной системы. Американский астроном Весто Мелвин Слайфер (род. в 1875 г.) определил лучевую скорость объекта, который назывался тогда туманностью Андромеды, и обнаружил, что эта туманность приближается к нам (линии ее спектра показывали фиолетовое смещение) со скоростью 200 км/сек. 
Сам факт был интересен, но не выглядел необычным. Лучевая скорость больше 100 км/сек была велика, но не чрезмерна (Собственно говоря, теперь мы знаем, что часть этой скорости нельзя отнести за счет истинного приближения Андромеды. Вращение нашей Галактики в настоящее время несет солнечную систему в сторону Андромеды, а через несколько миллионов лет оно будет уносить нас от нее. Если учесть это вращение и определять движение галактики Андромеды по отношению к центру нашей Галактики, то окажется, что она все-таки приближается к нам, но со скоростью примерно 50 км/сек. 
К 1917 г. ситуация стала несколько более загадочной. За это время Слайфер измерил лучевые скорости 15 спиральных туманностей. Согласно теории вероятности, можно было бы предположить, что половина из них будет приближаться к нам, а половина — удаляться. Вместо этого приближались только 2, а удалялись 13. Правда, ничего невозможного в этом, хотя и несколько неожиданном, факте не было. Если подбросить 15 монет, то можно ожидать, что орел и решка выпадут примерно в равном количестве, но случайность — это случайность, и вполне возможно, что выпадут 2 решки и 13 орлов. 
Гораздо более непонятной была огромная величина лучевых скоростей. Те туманности, которые удалялись от нас, удалялись со средней скоростью 640 км/сек. А если с 200 км/сек еще можно было смириться, то принять значение скорости 640 км/сек было крайне трудно. Эта цифра была гораздо больше лучевых скоростей обычных звезд Галактики.

Чем у  большего количества спиральных туманностей  измерял Слайфер лучевую скорость, тем более странной становилась  ситуация. Каждое новое измерение  говорило об удалении, и невероятные  скорости этого удаления все возрастали. 
Когда в середине 20-х годов Хаббл доказал, что объекты, наблюдаемые Слайфером, — на самом деле галактики, находящиеся далеко за пределами нашего Млечного Пути, это несколько упростило проблему. Если бы один-единственный класс объектов, составляющих нашу Галактику, показывал столь большие лучевые скорости удаления, тогда как все остальные объекты имели малые скорости и нередко приближались к нам, это выглядело бы совершенной бессмыслицей. Но если эти объекты с необычными скоростями, кроме того, находились и на необычных расстояниях — это облегчало положение. Если у одного и того же объекта есть два необычных свойства, они могут быть связаны между собой и одно может содействовать объяснению другого. 
Теперь изучением лучевых скоростей галактик занялся еще один американский астроном — Милтон Ла-Салль Хыомасон (род в 1891 г.). Он начал делать фотографии с выдержкой в несколько суток, и ему удавалось получить спектры все более и более слабых галактик, и среди этих слабых галактик он обнаружил скорости удаления, по сравнению с которыми первые полученные результаты показались чрезвычайно скромными. В 1928 г. он измерил лучевую скорость галактики NGC7619 и по лучил скорость 3800 км/сек. А к 1940 г. он уже обнаружил скорости в 40 000 км/сек, т.е. больше 1/8 скорости света,— и это неизменно были скорости удаления.

Эти цифры  были столь чудовищны, что астрономы  усомнились в природе красного смещения (она и теперь еще ставится под  сомнение). Должно ли красное смещение обязательно означать, что источник света удаляется? Или существует какое-то другое объяснение, которое позволит нам не признавать эти огромные скорости?

Возможно, например, что свет дальних галактик попросту становится краснее в результате своего неимоверно долгого путешествия  через разреженный газ межгалактического  пространства. Разумеется, это возможно. Но такое покраснение света — совсем не то же самое, что красное смещение. Постепенное рассеяние лишит спектр коротких волн, и цвет туманности станет в целом более красным, но спектральные линии от этого не сместятся. А термин «красное смещение» подразумевает именно смещение спектральных линий, а не цвет вообще.

Иногда  выдвигается предположение, что  свет на своем бесконечном, ни с чем  не сравнимом пути от галактики к  галактике каким-то образом теряет энергию. Если же свет теряет энергию, эта потеря должна выражаться в удлинении волн, и при этом можно ожидать настоящего красного смещения. А нам кажется, будто галактики удаляются от нас с невероятными скоростями, потому лишь, что мы изучаем свет, который можно назвать «усталым светом». 
Однако это объяснение ничего не объясняет, так как до сих пор еще никто не указал, каким образом могла бы произойти такая потеря энергии. Не существует ни каких известных причин, чтобы свет вдруг стал терять энергию только потому, что он долгое время движется через пустоту. А если бы он действительно терял таким образом энергию, никто не предложил разумного объяснения, что случается с этой энергией. Кроме того, если бы свет «уставал» на длинных расстояниях, он должен был бы слегка уставать и на коротких. Судя по размерам галактического красного смещения, красное смещение должно было бы сказаться и на объектах, расположенных к нам ближе, чем галактики. Однако никто его не обнаружил.