Вселенная и пути ее эволюции

p align="left">Ранний этап эволюции Вселенной

Доступная астрономическим наблюдениям современная Вселенная состоит на 99% из водорода и гелия, но в первона-чальном плазмоподобном Плазма - ионизированный газ, в котором электростатическое взаимодействие между частицами столь велико, что самопроизвольное разделение зарядов может происходить лишь в областях пространства, очень малых по сравнению с размерами самого облака. сгустке, не было ни водорода, ни ге-лия. Теория Большого взрыва утверждает, что от появления протовещества до образования ядер водорода и гелия прошло немногим более трех секунд. На этом временном промежутке стремительно преобразовывались вакуум и вещество, а этапы преобразования определялись процессами расширения и осты-вания сгустка.

При температуре 1027 К, если только справедлива гипотеза Большого объединения, лептоны Лептоны - группа частиц не участвующих в сильном взаимодействии (например электроны, протоны). и кварки Кварк - составная элементарных частиц.Частица со спином ? и дробным электрическим зарядом, являющаяся составным элементом андронов.Все известные андроны состоят либо из пары кварк-антикварк (мезоны), либо из трех кварков (барионы). в сгустке свободно превращались друг в друга, то есть были неразличимы. В среде существовал единый вид взаимодействия и роль его частицы-посредника выполнял скалярный бозон, названный X-бозоном. Это была необычайно массивная частица, порядка

10-9 г, что в 1014 раза больше массы протона. Эти частицы ис-чезли после снижения температуры в ранней Вселенной, остат-ков их пока не найдено, ожидать, что такие частицы могут быть обнаружены, не приходится, так как подобных темпера-тур нет нигде в современной Вселенной.

Через 10-33 секунды после “начала” кварки и лептоны раз-делились, а сильное взаимодействие отделилось от электросла-бого. Единый Х-бозон распался на глюоны и безмассовый бозон - переносчик электрослабого взаимодействия. К момен-ту прекращения переходов кварков в лептоны число кварков несколько превышало число антикварков (вообще, современ-ное существование Вселенной связано с нарушениями симмет-рии), а число электронов - число позитронов. В общем сгустке число частиц в каждом миллиарде оказывалось на единицу больше числа античастиц. Это и определило дальнейшее появ-ление вещественной Вселенной с галактиками, звездами, пла-нетами и разумными существами на некоторых из них.

Следующая критическая точка - 10-10 с, когда температура снизилась до 1015 К. После этого безмассовый электрослабый бозон разделился на безмассовый фотон и три тяжелых век-торных бозона. Электрослабое взаимодействие разделилось на слабое и электромагнитное. Во Вселенной утвердились все че-тыре известные ныне науке фундаментальные взаимодействия.

При снижении температуры до 1015 К прекращается сво-бодное существование кварков, они сливаются в адроны.

Ранний период развития Вселенной завершается лептонно-фотонной эрой. Образуются барионы и антибарионы, которые аннигилируют, оставляя после себя фотоны и выделившуюся энергию. Но так как барионов немного больше, чем антибарионов, оставшиеся стали примесью в однородной смеси фо-тонов и лептонов. Такое состояние было достигнуто через 0,01 с после “начала”.

В течение первой секунды температура снизилась до 10 млрд. градусов. Этого оказалось достаточно для отделения от газовой смеси нейтрино и антинейтрино. К 14 секунде темпе-ратура упала до 3 млрд. градусов и при этом появились усло-вия для соединения и аннигиляции электронов и позитронов. При этом электронов опять-таки было немного больше, чем позитронов. Их избыток и суммарный отрицательный заряд точно компенсировал суммарный положительный заряд про-тонов, которые появились раньше. Также в протоны превра-щались свободные нейтроны, пока в конце концов отношение числа протонов к числу нейтронов не стало равно 8:1, оно со-хранилось в дальнейшем и определило соотношение водорода и гелия во Вселенной. Спустя 3 минуты 2 секунды после “начала” температура снизилась до миллиарда градусов. На этом завершилось формирование ранней Вселенной и начался процесс соединения протонов и нейтронов в составные ядра - нуклеосинтез. Плот-ность вещества в что время уже была в сто раз меньше плотно-сти воды, размеры Вселенной возросли почти до 40 световых лет (для расширения пространства скорость света не является предельной). Через полчаса после “начала” барионное вещест-во Вселенной состояло из 28% гелия, остальное - ядра водорода (протоны). Но барионное вещество - это ничтожная часть Все-ленной, ее основными компонентами были фотоны и нейтрино.

Затем почти 500 тысяч лет шло медленное остывание. Все-ленная, оставаясь однородной, становилась все более разре-женной. Когда она остыла примерно до 3 тысяч градусов, про-тоны (ядра водорода) и ядра атомов гелия уже могли захваты-вать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. Излучение отделилось от атомарного вещества и образовало то, что в нашу эпоху назвали реликтовым излучением. В своей структуре реликтовое излучение сохранило “память” о структуре барионного веще-ства в момент разделения. Сегодня его энергия снизилась до температуры всего 3 К. И оно излучает радиоволны в санти-метровом диапазоне. Эти радиоволны были открыты в 1964 г. и стали серьезным подтверждением концепции “горячей” Все-ленной. Они равномерно поступают из всех точек небосвода и не связаны с каким-нибудь отдельным радиоисточником.

В результате мы имеем однородную Вселенную, представ-ляющую собой смесь трех почти не взаимодействующих суб-станций: лептонов (нейтрино и антинейтрино), реликтового излучения (фотоны) и барионного вещества (атомы водорода, гелия и их изотопы). В сложившихся условиях, когда уже нет ни высоких температур, ни больших давлений, казалось, перспективой было бы дальнейшее расширение и остывание Все-ленной, завершающееся образованием “лептонной пустыни” - чем-то вроде тепловой смерти. Но этого не произошло, напро-тив, произошел скачок, создавший современную структурную Вселенную. По современным оценкам, переход от однородной Вселенной к структурной занял от 1 до 3 миллиардов лет.

Структурная самоорганизация Вселенной

Предполагается, что в расширяющейся Вселенной возни-кают и развиваются случайные уплотнения вещества. Силы тяготения внутри уплотнения проявляют себя заметнее, чем вне него. Поэтому, несмотря на общее расширение Вселенной, вещество в уплотнениях притормаживается, и его плотность постепенно нарастает. Появление таких уплотнений и стало началом рождения крупномасштабных структур во Вселенной. Согласно расчетам, из этих сгущений должны были возникать плоские образования, напоминающие блины.

Сжатие водородно-гелиевой плазмы в “блины” неизбежно приводило к значительному повышению их температуры. В ко-нечном счете, сжатие “блина” порождало его неустойчивость, и он распадался на более мелкие подсистемы, которые, возможно, стали зародышами галактик. Подсистемы, в свою очередь, дос-тигали состояния неустойчивости и распадались на более мел-кие уплотнения, ставшие зародышами звезд первого поколения.

Образование разномасштабных структур во Вселенной от-крыло возможность для новых усложнений вещества. Важней-шим узловым моментом стало образование всей совокупности элементов таблицы Менделеева. Они появились в звездах в хо-де процессов звездного нуклеосинтеза.

Согласно современным представлениям, присутствующие в межзвездной среде тяжелые элементы изготовлены в звездах типа красных гигантов. Желтые карлики типа нашего Солнца поддерживают свое состояние главным образом в результате термоядерной реакции, превращающей водород в гелий. Красные гиганты обладают массой, в несколько раз превы-шающей солнечную, водород в них выгорает очень быстро. В центре, где сосредоточен гелий, их температура достигает не-скольких сотен миллионов градусов, что оказывается доста-точным для протекания реакций углеродного цикла - слияния ядер гелия в углерод. Ядро углерода, в свою очередь, может присоединить еще одно ядро гелия и образовать ядро кисло-рода, неона и т.д. вплоть до кремния. Выгорающее ядро звезды сжимается, и температура в нем поднимается до 3 - 10 млрд. градусов. В таких условиях реакции объединения продолжа-ются вплоть до образования ядер железа.

Ядро железа - самое устойчивое во всей последовательно-сти химических элементов. Здесь проходит граница, выше ко-торой нуклеосинтез перестает быть источником выделяющейся энергии (как это было в предыдущих реакциях) и протекание реакций с образованием еще более тяжелых ядер требует энер-гетических затрат.

Разработана теория образования в недрах красных гиган-тов элементов от железа до висмута - в процессах медленного захвата нейтронов. Образование же наиболее тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, предположительно проис-ходило в оболочках взрывающихся звезд или при прохожде-нии сильной ударной волны, созданной взрывом сверхновой звезды, через гелиевую оболочку этой звезды с массой около 25 солнечных масс.

Красные гиганты быстро расходуют запас гелия, у них ко-роткий жизненный цикл порядка десятка миллионов лет. За время своего активного существования красный гигант отдает в межзвездную среду ежегодно не менее 10-4 -10-5 масс Солн-ца, а в конце существования он с взрывом сбрасывает внеш-нюю оболочку вместе с накопившимися в ней “шлаками” - хи-мическими элементами, результатами деятельности циклов нуклеосинтеза. Поэтому межзвездная среда сравнительно бы-стро обретает все известные на сегодняшний день химические элементы тяжелее гелия. Звезды следующих поколений, в том числе и Солнце, с самого начала содержат в своем составе и в составе окружающего их газопылевого облака примесь тяже-лых элементов.

Появление во Вселенной всей гаммы химических элементов открыло новый этап в развитии вещества и в формировании его структур. Так, в местах нахождения разнообразных хими-ческих элементов протекают процессы их объединения в моле-кулы, сложность которых может нарастать до очень высоких уровней. Причину, заставляющую атомы объединяться в мо-лекулы, наука знает достаточно хорошо. В основе этих процес-сов - химические силы, за которыми скрывается одна из фун-даментальных сил природы - электромагнитное взаимодейст-вие. Процессы соединения атомов в молекулы широко распро-странены во Вселенной. В межзвездной среде, где концентра-ция вещества ничтожно мала, тем не менее, обнаруживаются молекулы водорода. Там же встречаются мельчайшие пылин-ки, в их основе - кристаллики льда или углерода с примесью гидратов разных соединений. Молекулярный водород вместе с гелием образует газовые межзвездные облака. Скопление газов вместе с пылинками формирует газопылевые облака. Но са-мое интересное, с чем столкнулись наблюдатели, - это неожиданно большое присутствие в космосе разнообразных орга-нических молекул, вплоть до таких сложных, как молекулы некоторых аминокислот. В межзвездных облаках насчитали более 50 видов органических молекул. Еще удивительнее, что органические молекулы находят во внешних оболочках неко-торых не очень горячих звезд и в образованиях, температура которых незначительно отличается от абсолютного нуля. Так что синтез молекул, в том числе и органических, - распростра-ненное и вполне обыденное явление в космосе. Правда, наука пока не может с уверенностью назвать конкретные пути проте-кания такого синтеза.

В связи с этим невольно возникает вопрос, способно ли ус-ложнение вещества достигнуть самых высоких уровней вне планет, в межзвездной среде или в оболочках не очень горячих звезд? Иначе говоря, возможна ли там жизнь?

Эта тема неод-нократно обыгрывалась в научно-фантастических произведе-ниях, но современная наука не позволяет дать ни положитель-ного, ни отрицательного ответа на этот вопрос. Пока мы зна-ем только один вариант жизни в Космосе - на Земле.

Наличие тяжелых химических элементов, а также молекул и их соединений обеспечивает также возможность образования около некоторых звезд второго поколения планетных систем типа Солнечной. В таких системах становится возможным протекание геологической и химической эволюции.

Образование Солнечной системы

Как и в случае со Вселенной, современное естествознание не дает точного описания этого процесса. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образо-вании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, при-мерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обна-ружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирова-ния планетных систем.

На протяжении нескольких лет канадскими учеными изме-рялись очень слабые периодические изменения скорости дви-жения шестнадцати звезд. Такие изменения возникают из-за возмущения движения звезды под действием гравитационно связанного с ней тела, размеры которого много меньше, чем у самой звезды. Обработка данных показала, что у десяти из ше-стнадцати звезд изменения скорости указывают на наличие около них планетных спутников, масса которых превышает массу Юпитера. Можно предполагать, что существование крупного спутника типа Юпитера, по аналогии с Солнечной системой, указывает на большую вероятность существования и семейства более мелких планет. Наиболее вероятное существо-вание планетных систем отмечено у эпсилона Эридана и гам-мы Цефея.

Но следует отметить, что одиночные звезды типа Солнца - явление не столь уж частое, обычно они составляют кратные системы. Нет уверенности, что планетные системы могут обра-зовываться в таких звездных системах, а если они в них возни-кают, то условия на таких планетах могут оказаться неста-бильными, что не способствует появлению жизни.

О механизме образования планет, в частности, в Солнечной системе, также нет общепризнанных заключении. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедея-тельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Вообще, сегодня мы больше знаем о происхождении и эво-люции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система - одна. Накопление информации о Солнеч-ной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования.

Сегодня существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. В качестве примера изложим гипотезу шведских астрономов X. Альвена и Г. Аррениуса. Они исхо-дили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявля-ется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты.

Для объяснения этого они привлекают совокупность различных сил - гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазмен-ные процессы.

К моменту, когда начали образовываться планеты, цен-тральное тело системы уже существовало. Чтобы образовать планетную систему, центральное тело должно обладать маг-нитным полем, уровень которого превышает определенное критическое значение, а пространство в его окрестностях должно быть заполнено разреженной плазмой. Без этого про-цесс планетообразования невозможен.

Солнце имеет магнитное поле. Источником же плазмы служила корона молодого Солнца. Сегодня она стала меньше. Но даже сейчас планеты земной группы (Меркурий. Венера, Земля, Марс) практически погружены в разреженную атмо-сферу Солнца, а солнечный ветер доносит ее частицы и к более далеким планетам. Так что, возможно, корона молодого Солнца распространялась до современной орбиты Плутона.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допуще-ния об образовании Солнца и планет из одного массива веще-ства, в одном нераздельном процессе. Они считают, что снача-ла из газопылевого облака возникает первичное тело, затем к нему извне поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное воздействие центрального тела притягивает поток газовых и пылевых частиц, пронизываю-щих пространство, которому предстоит стать областью обра-зования вторичных тел.

Для такого утверждения есть основания. Были подведены итоги многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца, Земли. Обнаружены отклонения в изо-топном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих эле-ментов. Отсюда следует, что основная масса вещества

Солнеч-ной системы поступила из одного газопылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть веще-ства с другим изотопным составом поступила из другого газо-пылевого облака, и она послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух газо-пылевых облаков произошло примерно 4,5 млрд. лет назад, что и положило начало образованию Солнечной системы.

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значи-тельным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окру-жала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разре-женную замагниченную плазму. Как и в наши дни с поверхно-сти Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и дости-гали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и больше. Это способствовало стяги-ванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, про-бои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под дей-ствием гравитации падали к центральному телу. Но в короне они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете, выделилось три-четыре концентрических области, плот-ности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты, которые при относи-тельно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см3), а планеты-гиганты имеют намного меньшие плот-ности (1 -2 г/см3).

Существование критической скорости, с достижением ко-торой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разре-женной плазме, скачком ионизируется, подтверждается лабо-раторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что подобный механизм способен обеспечить накопление не-обходимого для образования планет вещества за сравнительно короткое время порядка ста миллионов лет. Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего ве-щества, начинает отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляет плазму вращаться быстрее, а цен-тральное тело замедлять свое вращение. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область очень низ-кой плотности вещества. Создается благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Достигнув определенной мас-сы, зерна получают от плазмы импульс, и далее движутся по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения в Солнечной системе: на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% от массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.

Выпавшие зерна, захватив часть момента количества дви-жения, следуют по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные соударения между ними собирают эти зерна в большие группы и превращают их орбиты в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. В конце концов, они собира-ются в струйный поток, имеющий форму тороида (кольца). Этот струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, и уравнивает их скорости со своей. Затем эти зерна слипаются в зародышевые ядра, к которым продолжают прилипать частицы, и они постепенно разрастаются до круп-ных тел - планетезималий. Их объединение образует планеты. А как только планетные тела оформляются настолько, что возле них появляется достаточно сильное собственное магнит-ное поле, начинается процесс образования спутников, в ми-ниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет около Солнца.

Так, в этой теории, пояс астероидов - это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималий. Кольца у крупных планет - это остаточные струйные потоки, оказав-шиеся слишком близко к первичному телу и попавшие внутрь так называемого предела Роша, где гравитационные силы “хозяина” так велики, что не позволяют образоваться устой-чивому вторичному телу.

Метеориты и кометы, согласно модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдален-ных от Солнца областях существовала слабая плазма, в ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные пото-ки, в которых рождаются планеты, образовываться не могли. Слипание выпавших частиц привело в этих областях к единст-венно возможному результату - к образованию кометных тел.

Сегодня есть уникальные сведения, полученные “Вояджерами” о планетных системах Юпитера, Сатурна, Ура-на. Можно уверенно говорить о наличии общих характерных особенностей у них и у Солнечной системы как целого.

1. Одинаковая закономерность в распределении вещества по химическому составу: максимум концентрации летучих ве-ществ (водород, гелий) всегда приходится на первичное тело и на периферийную часть системы. На некотором удалении от центрального тела располагается минимум летучих веществ. В Солнечной системе этот минимум заполнен самыми плотными планетами земной группы.

2. Во всех случаях на долю первичного тела приходится бо-лее 98% общей массы системы.

3. Имеются наглядные признаки, указывающие на повсеме-стное образование планетных тел путем слипания частиц (аккреция) во все более крупные тела, вплоть до окончатель-ного оформления планеты (спутника).

Конечно, это только гипотеза, и она требует дальнейшей разработки. Так же пока не имеет убедительных доказательств предположение, что образование планетных систем является закономерным процессом для Вселенной. Но косвенные дан-ные позволяют утверждать, что, по крайней мере, в определен-ной части нашей галактики планетные системы существуют в заметном количестве. Так, И.С. Шкловский обратил внимание на то, что все горячие звезды, температура поверхности кото-рых превышает 7000 К, имеют высокие скорости вращения. По мере перехода ко все более холодным звездам на определенном температурном рубеже возникает внезапный резкий спад ско-рости вращения. Звезды, входящие в класс желтых карликов (типа Солнца), температура поверхности у которых порядка 6000 К, имеют аномально низкие скорости вращения, почти равные нулю. Скорость вращения Солнца - 2 км/с. Низкие скорости вращения могут быть результатом передачи 99% пер-воначального момента количества движения в протопланетное облако. Если это предположение верно, то наука получит точ-ный адрес для поиска планетных систем.

Модели будущего вселенной

Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом.

В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество, составляющее планеты, звез-ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро-вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на-правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе-мой критической плотности. Если все эти требования соблю-дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк-нуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем та-кой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе возможно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в од-ном и том же направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней фотометрический и гравита-ционный парадоксы просто неприменимы. В то же время при-зрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна - такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик Александр Фридман на основании строгих расчетов показал, что Вселен-ная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизмен-ной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого про-странства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Все-ленная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пу-зырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерыв-но увеличиваются.

Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вы-числениях. Но, ознакомившись с ними, он публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной.

Из расчетов Фридмана вытекали три возможных следствия:

Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

Вселенная сжимается;

во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен-ной были получены в 1926 г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как следст-вие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или дли-ны волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием. По по-следним измерениям, это увеличение скорости расширения со-ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен-ной получил подтверждение и в космологии утвердилась мо-дель расширяющейся Вселенной.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселен-ной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстоя-ния между пылинками на поверхности раздувающего-ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж-дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.

Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десяти-летия благодаря исследованиям известных отечественных кос-мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, харак-теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста-точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения. Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми-нали, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер-гии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества, которую мы уже упоминали.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире-ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается условием р/рк< 1, (где р - плотность вещества во Вселен-ной, рк - критическая плотность вещества). Этот вариант динамичной модели Вселенной называют “открытой Вселен-ной”.

Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие р/рк > 1 , то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнет-ся сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно боль-шой плотностью), затем произойдет новый взрыв.

Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на фио-летовое смещение. Такой вариант модели назван “закрытой Вселенной”.

В случае, когда силы гравитации точно равны ки-нетическим силам, то есть когда р/ рк = 1, расширение не пре-кратится, но его скорость со временем будет стремиться к ну-лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным.

Теоретически возможна и пуль-сация Вселенной. Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за наблюдательной астрономией, которая должна оценить со-временную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока надежные оценки этих величин отсутствуют. На основании современных данных создается впечатление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к кри-тическому значению, она либо немного больше, либо немно-го меньше. Но от этого “немного” зависит будущее Вселен-ной, правда, весьма отдаленное. Постоянная Хаббла поз-воляет оценить время, в течение которого продолжается про-цесс расширения Вселенной. Получается, что оно не мень-ше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным вре-менем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет.

Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.

Список использованной литературы:

1. Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981.

2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1980.

3. Ефремов Ю.Н. В глубины Вселенной. М., 1984,

4. Зигель Ф.Ю. Неисчерпаемость бесконечности. М., 1984.

5. Новиков И.Д Куда течет река времени? М., 1990.

6. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М,, 1985.

7. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной, 1990.

8. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1996,

9. Грушевицкая Т. Г. Концепции современного естествознания. Высш. Школа, 1998,

10. Гнатюк В. И. Концепции современного естествознания. Самостоятельное изучение курса. КВИ ФПС РФ, 1999,

11. Энциклопедический словарь юного физика.М “Педагогика”, 1984,

12. Альфа и омега. Краткий справочник. Таллин “Принтест ”, 1991.

Страницы: 1, 2