ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ

8. ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ

В 1927 году бельгийский ученый Джордж Леметр предположил возникновение и расширение Вселенной из сверхплотного состояния, представив этот процесс в виде Большого взрыва, а предположение, что первоначальное вещество было сверхплотным и очень горячим, высказал впервые Г.А. Гамов. Согласно представлениям современной космологии Вселенная возникла 15-20 млрд. лет назад, когда все вещество находилось в состоянии сингулярности (точечности) и сверхплотном состоянии. От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва. По мере расширения происходило понижение температуры и плотности вещества.

9. ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ

1.   Адронная эра с момента 10‾‾¹⁰ при температуре = 10¹⁵ по Кельвину вещество Вселенной состояло из частиц и античастиц, которые, объединяясь в группы, образуют адроны (протоны, нейтроны и др.) на 1 млн. античастиц приходится 1,1 млн. частиц.

Главное событие – аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов и нейтронов, которые послужили материалом, из которого построена вся Вселенная. Продолжительность этой эры – 0,0001 с.

2.   Начало синтеза элементов приблизительно через 100 с после начала расширения Вселенной. При температуре 1 млрд. градусов начался ядерный синтез с образованием ядер водорода и гелия.

3.   Через 300 тысяч лет после Большого взрыва при температуре 4000 градусов по Кельвину – этап рекомбинации ядер и электронов с образованием атомов водорода и гелия. Продолжался 700 тыс. лет. В процессе дальнейшего расширения понижалась температура вещества, и излучения в результате излучения отделилось от вещества – Вселенная стала прозрачной.

4.   Через 1 млн. лет наступила звездная эра – процесс образования протозвезд и протогалактик, из которых постепенно формировались звезды, галактики и т.д.

Эту модель называют стандартная или горячая Вселенная. Она объясняет происхождение многих свойств Вселенной. Но причины Большого взрыва и расширения в ней лишь постулируется (объяснения не дано).

В конце 20 века была создано гипотеза инфляционной («раздувающейся») Вселенной, которая. Не отменяя основных постулатов, отвечает на ряд вопросов, которые до недавнего времени считались недополненными. В ней описывалась эволюция вселенной на самых ранних стадиях, ее развитие началось с момента 10‾⁴³ до 10‾³⁵ с, когда она находилась в состоянии ложного вакуума. В основе этой гипотезы представления о существовании силы космических отталкиваний невероятной величины, которая смогла разорвать некоторые материи Вселенной и вызвать ее расширение. Причем Вселенная «раздувалась» со скоростью значительно превосходящей скорость света. Такое расширение означает, что все части Вселенной разлетаются, как при взрыве, а это и есть Большой взрыв.

Считается, что этот период «инфляции» предшествовал Большому взрыву.

10. БУДУЩЕЕ ВСЕЛЕННОЙ

Современная космология не может ответить на вопрос будет ли расширение продолжаться или сменится сжатием. Для этого нужно знать величину средней плотности вещества во Вселенной и его отношение с критической плотностью. Если средняя плотность вещества меньше критической, то расширение будет продолжаться неограниченно. Если плотность больше критической, то расширение Вселенной в отдаленном будущем сменится сжатием.

Согласно современным данным критическая плотность оценивается в 10‾²⁶кг/м (в кубе), а значение средней плотности вещества во Вселенной составляет 3*10‾²⁷ кг/м (в кубе). Следовательно, Вселенная будет расширяться, но современное состояние наблюдений не дает возможность точного определения средней плотности вещества во Вселенной, т.к. неясна скрытая масса вещества, в состав которой могли бы входить нитрино, черные дыры, несветящиеся звезды и другие типы космических объектов, тогда средняя плотность вещества может оказаться выше критической величины и в отдаленном будущем расширение Вселенной сменится ее сжатием.

11. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ

Систем самого высокого порядка – Метагалактика – это доступное наблюдение части Вселенной, она представляет собой систему взаимодействия скоплений галактик, она имеет сетчатую («ячеистую») структуру, т.е. галактики расположены неравномерно, а именно, они образуют ячейки типа пчелиных сот. Вдоль стенок этих ячеек расположены галактики, а внутри – пустота.

Больше всего галактик сосредоточено в узлах (местах пересечения стенок) – насчитываются до 10-ков тысяч отдельных галактик. Но в очень больших масштабах (скопления и сверхскопления галактик) распределение вещества оказывается равномерным, значит если обозревать Вселенную с любой из галактик, то она всюду будет выглядеть практически одинаково.

Скопление галактик – группы галактик, связанных в одну систему, благодаря взаимному гравитационному притяжению, облака скоплений галактик образуют сверхскопления галактик.

Галактики – это гигантские звездные системы, содержащие от нескольких миллионов до многих сотен миллионов звезд, газа, пыли. Они содержат различного рода поля и космические лучи.

По форме различают:

1.   эллиптические. Имеют форму кругов или эллипсов с разной степенью сжатия. Количество звезд убывает равномерно от центра.

2.   спирали: туманность Андромеды, Млечный путь (наша галактика).

3.   неправильные галактики не имеют определенной формы, центральных ядер (Магеллановы облака).

В центрах многих галактик имеется яркое плотное ядро, состоящее в основном из звезд, но в некоторых ядрах наблюдаются активные процессы, связанные с колоссальным выделением энергии. Такие ядра называют радиогалактиками.

В 1963 году обнаружены галактики – источники радиоизлучения, которые назвали квазары, при сравнительно небольших размерах они выделяют колоссальное количество энергии. Это самые удаленные объекты наблюдения во Вселенной. Предполагают, что квазары являются ядрами далеких галактик, находящихся в стадии чрезвычайно сильной активности.

Скопления звезд – это группы звезд, связанных силами тяготения и движущиеся в пространстве как единое целое.

Бывают 2-ух типов:

Шаровые – это массивные объекты правильной сферической формы, содержат десятки, сотни тысяч, и иногда, и миллионы звезд. Это самые старые звезды в галактике – 12-14 млн. лет.

Рассеянные – не имеют правильной формы. Содержат десятки, сотни наиболее крупных тысяч звезд.

Звезды – это громадные раскаленные светящиеся газовые шары – водородно-гелиевые.

В них протекают ядерные реакции и за счет этого звезды постоянно излучают энергию, звезды имеют разную величину – гиганты и сверхгиганты, звезды-карлики. Звезды обладают различными температурами. Соответственно различен цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды – красноватые, а самые горячие – голубоватые, белые.

Большинство звезд в галактике расположены подобно нашей солнечной системе. Звезды возникли из газово-пылевых облаков. Они проходят различные эволюционные циклы жизни и в конечные стадии своей эволюции превращаются в белые, затем в черные карлики, затем в черные дыры и т.д.