Книга: Возникновение и эволюция Вселенной 2

Полушкина Анна

1301

Возникновение и эволюция вселенной

Свой доклад о возникновении и эволюции вселенной мне хотелось бы начать с цитаты: «Есть пока что ничто и должно возникнуть нечто. Начало есть не чистое ничто, а такое ничто, из которого должно произойти нечто, бытие» Гегель. Размышления о возникновении вселенной велись и до нашей эры, этим занимались величайшие умы нашей планеты - астрологи , философы и даже церковные служители. Из-за такого разнообразия ученых существует несколько теорий возникновения вселенной, в своем докладе я расскажу о самых известных.

СОТВОРЕНИЕ И ПРОЦЕССЫ ВО ВСЕЛЕННОЙ (ПО КОРАНУ).

Из Корана можно узнать об этапах формирования вселенной и земли: «Скажи: - Разве вы не веруете в того, кто сотворил землю в два дня... И устроил Он на ней прочно стоящие горы сверху её и благословил её и распределил на ней её пропитание в четыре дня... Потом утвердился Он к небесам, а они были дымом - и сказал им и земле: «Приходите добровольно или невольно!» И сказали они: «Мы приходим добровольно».

Теория большого взрыва

Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 10¹² К, а плотность была немыслимо велика, должны были неимоверно быстро сменять друг друга экзотические взаимодействия, недоступ­ные пониманию в рамках современной физики. Мы можем лишь размышлять над тем, каковы были те первые мгнове­ния; например, возможно, что четыре фундаментальные силы природы были вначале слиты воедино. Однако есть основания полагать, что к концу первой миллионной доли секунды уже существовал первичный «бульон» частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Эта само взаимодействующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия. Любая материальная частица имеет некоторую массу, и поэтому для ее образования требуется наличие определенной «пороговой энергии»; пока плотность энергии фотонов оставалась достаточно высокой, могли возникать любые частицы. Когда частицы рождаются из гамма-излучения, они рождаются парами, состо­ящими из частицы и античастицы. В условии сверхплотного состояния материи, характерного для раннего этапа жизни Вселенной, частицы и античастицы должны были тотчас же после своего рождения снова сталкиваться, превращаясь в гамма-излучение. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продол­жалось до тех пор, пока плотность энергии фотонов превыша­ла значение пороговой энергии образования частиц. Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секун­ды, ее температура упала примерно до 10¹¹ К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны.

Примерно через 10с уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение, оставив после себя лишь незначительное количество электронов, достаточное, однако, для того, чтобы дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной. считают, что с самого начала возник небольшой, но заметный дисбаланс частиц и античастиц. В настоящее время разрабатывается ряд теорий, в которых такой дисбаланс находит вполне естественное объяснение, ведь в окружающей нас части Вселенной вещества несравнимо больше, чем антивещества.

Через 3 мин после Большого взрыва температура Вселен­ной понизилась до 10⁹ К и возникли подходящие условия для образования атомов гелия: на это были затрачены практиче­ски все имевшиеся в наличии нейтроны. Спустя примерно еще минуту почти все вещество Вселенной состояло из ядер водорода и гелия, находившихся примерно в той же количе­ственной пропорции, какую мы наблюдаем сегодня. Начиная с этого момента, расширение первичного огненного шара происходило без существенных изменений до тех пор, пока через 700000 лет электроны и протоны не соединились в нейтральные атомы водорода, тогда Вселенная стала прозрач­ной для электромагнитного излучения.

После того как вещество стало прозрачным для электро­магнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, состав­лявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение соз­дало галактики, скопления, звезды и планеты – все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, выделилось из быстро остывавшего и терявше­го плотность первичного огненного шара.

Основная идея концепции Большого взрыва состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии, возникшей из квантового излучения. В вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но пока вакуум находится в равновесном состоянии, в нем существуют виртуальные частицы, которые берут у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы родиться, быстро вернуть занятую энергию и исчезнуть. Когда же вакуум по какой-то причине в некоторой исходной точке вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали схватывать энергию без отдачи и превращаться в реальные. Поэтому в определенной точке пространства образовалось огромное количество последних. Когда же возбужденный вакуум разрушился, высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство.

Когда большинство людей верило в статическую и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало или нет, относился, в сущности, к области метафизики и теологии. Все наблюдаемые явления можно было объяснить как с помощью теории, в которой Вселенная существует вечно, так и с помощью теории, согласно которой Вселенную сотворили в какой‑то определенный момент времени таким образом, чтобы все выглядело, как если бы она существовала вечно. Но в 1929 г. Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба ни вести наблюдения, все далекие галактики быстро удаляются от нас. Иными словами, Вселенная расширяется. Это означает, что в более ранние времена все объекты были ближе друг к другу, чем сейчас. Значит, было, по‑видимому, время, около десяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда они все находились в одном месте, так что плотность Вселенной была бесконечно большой. Сделанное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенции науки

Многие ранние традиции, Еврейская, Христианская и Исламская религии, считали что вселенная создалась довольно недавно. Например, Епископ Ушер вычислил дату в четыре тысячи четыреста лет, для создания вселенной, прибавляя возраст людей в Ветхом Завете.
С другой стороны, некоторые люди, как например, Греческий философ Аристотель, Декарт, Ньютон , Галилей не признавали идею о том, что вселенная имела начало. Они предпочли верить в то, что вселенная, существовала, и должна была существовать всегда то есть вечно и бесконечно.

Ранний этап эволюции Вселенной

Эволюция Вселенной происходило поэтапно, и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой – усложнением ее структур. Этапы различаются характеристиками взаимодействия элементарных частиц и называются эрами.
Адронная эра продолжалась с. На этом этапе температура понизилась до К, появились все четыре фундаментальных взаимодействия, прекратилось свободное существование кварков. (гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия)
Лептонная эра , продолжалась 1 с. Температура Вселенной понизилась до К. Главными ее элементами были лептоны. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино.
Эра излучения продолжалась 1 млн лет. За это время температура Вселенной снизилась с 10 млрд К до 3000 К. На протяжении данного этапа происходило соединение протонов и нейтронов. К концу этого этапа Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало реликтовое излучение.
Затем почти 500 тыс. лет не происходило никаких качественных изменений – шло медленное остывание и расширение Вселенной. Когда она остыла до 3000 к, образовалась однородная Вселенная.
После Большого взрыва образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли собой газовопылевое облако и электромагнитный фон. Спустя 1 млрд лет после образования Вселенной из случайных уплотнений вещества стали появляться галактики и звезды.
Галактики существуют в виде групп ,скоплений и облаков скоплений .Одиночные галактики во Вселенной встречаются очень редко. Средние расстояние между галактиками в группах и скоплениях в 10-20 раз больше, чем размеры самых крупных галактик. Гигантские галактики имеют размеры до 18 млн световых лет. Пространство между галактиками заполнено газом, пылью и разного рода излучениями.
Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил.
Рождение звезд в галактике происходит непрерывно. Этот процесс компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Источник собственного свечения звезд – термоядерная реакция, превращающая водород в гелий.
С момента начала этой реакции звезда переходит на главную последовательность, в соответствии с которой будут изменяться с течением времени ее характеристики: светимость, температура, радиус, химический состав и масса.