Автор: Пользователь скрыл имя, 22 Декабря 2010 в 23:39, реферат
Человек с давних пор интересовался устройством Вселенной. Звезды притягивали к себе наших предков, заставляли смотреть на них в удивлением и трепетом. Физика добилась больших успехов в изучении макроскопических и микроскопических свойств природы, однако понимание и объяснение свойств Вселенной в целом происходило не так уверенно. Извечные вопросы, которые всегда волновали человечество, во многом не разрешены до сих пор. Тем не менее, к настоящему времени сложились определенные научные представления о происхождении и эволюции Вселенной. Одним из основных затруднений при изучении астрономических и космологических явлений и объектов является то, что над ними нельзя провести контрольных экспериментов. Можно наблюдать лишь естественный ход событий.
Так как расширение продолжается около 14-20 млрд. лет, то согласно теории огромная начальная температура уменьшилась к настоящему времени до средней температуры Вселенной – порядка 3 К. Максимум в распределении для волн, соответствующий излучению источника с такой температурой в 3 К. должен приходиться на длину волны 0.1 см. это означает, что если теория БВ верна, то должны экспериментально наблюдаться два эффекта: спектр излучения Вселенной должен соответствовать равновесному излучению при 3 К, и это излучение должно приходить в равной интенсивностью с любого направления в пространстве, т.е. быть изотропным.
Начиная с 1965г. были проведены многочисленные измерения, обнаружившие космические радиоволны с малой энергией, которые можно интерпретировать как равновесное излучение остывшего, но все еще расширяющегося сгустка, причем с длиной волны, соответствующей Т=3 К. Это открытие произошло в известном смысле случайно. Американские радиоастрономы Пензиас и Уилсон использовали для радиационных характеристик космологического пространства так называемую рожковую антенну. Эта специальная антенна принимала радиосигналы только из небольшого участка неба, на который она была направлена. Они обнаружили, что независимо от направления антенны в принимаемом сигнале присутствовала существенная по величине энергия и температура около 3,5 К. Все выглядело так, как если бы вся Вселенная была пронизана этим микроволновым фоном. Тем не менее значение их наблюдений стало общепризнанным и они в 1968г. получили Нобелевскую премию. Это было самое крупное наблюдательное открытие в космологии со времени обнаружения Хабблом явления разбегания галактик. Оно резко изменило статус космологии как фундаментальной науки и изменило отношение к труда Фридмана, Гамова.
Расширяется или сжимается Вселенная?
Если считать, что эксперименты подтверждают нынешнее расширение Вселенной, то будет ли она продолжать расширяться и дальше? ОТО предполагает следующий ответ на этот вопрос. Считается, что существует некая критическая масса Вселенной. Если действительная масса Вселенной Меньше критической, гравитационного притяжения вещества во Вселенной будет недостаточно, чтобы остановить это расширение, и оно будет идти и дальше. Если же действительная реальная масса больше критической, то гравитационное притяжение в конце концов замедлит расширение, приостановит его и затем приведет к сжатию. В этом случае Вселенную ожидает коллапс, в результате которого вновь образуется сгусток, возникнут условия для нового БВ и последующего потом расширения . Что дают эксперименты? Они, конечно, очень не простые, скорее оценочные, т.к. кроме определения массы Вселенной в виде вещества и энергии, в звездах, галактической пыли и газе, необходимо учитывать вещество и в межгалактическом пространстве Прямые эксперименты затруднены тем, что межгалактический водород почти полностью ионизирован излучением галактик и квазаров. Поэтому для регистрации ионизированного водорода необходимы рентгеновские методы измерения и вне пределов атмосферы Земли, чтобы избежать поглощения. Как показывают измерения с помощью ракет и спутников, а так же предварительные расчеты, полная масса Вселенной с учетом межгалактического вещества значительно превышает критическую. Это означает, что модель пульсирующей Вселенной как будто подтверждается. Получается, что мы живем в такой Вселенной, которая взрывается, расширяется и снова сжимается примерно каждые 80 млрд. лет.
Рассмотрим предполагаемый сценарий поведения горячей Вселенной, расширяющейся после своих родов АО время Большого Взрыва. Известный теоретик Я. Зельдович заметил, что теория БВ в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. По его мнению, она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени и обе они имели много противников, утверждавших, что новые идеи, изложенные в них абсурдны.
Успех модели расширяющейся Вселенной связан не только с экспериментальными подтверждениями, о которых мы говорили ранее, но и с тем, что как оказалось, физикой микромира, в том числе с помощью физики элементарных частиц, можно непротиворечиво объяснить поведение «ранней» Вселенной, после 0.01 ск. От БВ.
Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва
Рассмотрим один из многих возможных сценариев развития событий по модели БВ и горячей Вселенной. Сразу после БВ Вселенная представляла собой сингулярность – область с очень высокой плотностью энергии из элементарных квантов электромагнитного излучения огромных энергий со взаимными превращениями. Приблизительно через 1с Вселенная стала расширяться с уменьшением плотности и температуры. При предполагаемых громадных плотностях (~1025 г/см3 ) и температурах (~1016К) вещество состояло только из элементарных частиц – протонов и нейтронов. Частицы движутся так быстро, что при столкновениях образуются парами новые частицы (частица - античастица). Чем выше температура Вселенной, тем более тяжелее частицы могут рождаться при столкновениях.