Большой Взрыв и эволюция Вселенной
Министерство общего и профессионального образования РФ
Южно-Уральский Государственный Университет
Кафедра физической химии
Концепции современного естествознания
Модель Большого Взрыва и хронология Вселенной
Выполнил:
Ахмедзянов С.М.
Ст. гр. ЭиУ-285
Проверил:
Доцент, кандидат технических наук
Тепляков Ю.Н.
________________
Вл___В»______1999 г.
Челябинск
1999
АннотацияЭта работа посвящена проблеме изучения происхождения нашей Вселенной. В данной работе рассматриваются теория Большого Взрыва, а так же первые мгновения жизни Вселенной.
Автор не рассматривает альтернативных теорий, не поддерживаемых большинством ученых.
Использованы труды российских и иностранных учёных, а так же новейшие астрономические безавторские материалы, полученные по сети Internet.
Содержание:Аннотация___________________________________________________________ 2
Содержание:_________________________________________________________ 3
Введение_____________________________________________________________ 4
А бал ли Большой Взрыв?_______________________________________________ 6
Реликтовое излучение________________________________________________ 7
Сценарий далекого прошлого.___________________________________________ 8
ВлГорячая ВселеннаяВ»_________________________________________________ 8
Большой Взрыв: самое начало___________________________________________ 8
Большой Взрыв: продолжение__________________________________________ 9
Эволюция вещества__________________________________________________ 11
а) Адронная эра.___________________________________________________ 12
б) Лептонная эра.___________________________________________________ 13
в) Фотонная эра или эра излучения.___________________________________ 14
г) Звездная эра._____________________________________________________ 15
ВлИтоги первых шагов Маленькой ВселеннойВ»____________________________ 17
Заключение__________________________________________________________ 18
Список литературы__________________________________________________ 21
ВведениеИсследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения тАУ оно было для него интересным. Недаром астрономия тАУ самая древняя из наук о природе тАУ и, по сути, почти самая древняя наука вообще.
Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас тАУ он жаждет знаний о том
- что было когда Вселенная рождалась?
- рождалась ли она Вообще или она глобально стационарна?
- как давно это было и как происходило?
Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша в астрономии тАУ космология.
Космология[1]
- это физическое учение[2]
о Вселенной как в целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.
Космология попыталась дать ответы[3]
на эти вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризаци.
Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной.
Поэтому космология, как и любая другая наука живет и бурно развивается, принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет ВлальтернативныхВ» теорий, но все-таки развивается.
Данная работа посвящена проблеме изучения происхождения нашей Вселенной: в ней рассматриваются теория Большого Взрыва, а так же первый мгновения жизни Вселенной.
А бал ли Большой Взрыв?На этот вопрос современная наука дает совершенно определенный ответ: Большой Взрыв был! Вот что, например, написал по этому поводу академик Я.Б. Зельдович в 1983 г.: ВлТеория ВлБольшого ВзрываВ» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что 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 имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные выступления не в состоянии препятствовать успеху новых теорийВ»[4]
.
На чем основана уверенность в справедливости теории Влгорячей ВселеннойВ»[5]
? Неужели существуют совершенно неопровержимые свидетельства в её пользу?
Отвечая на все эти вопросы, заметим, что имеется ряд данных, которые не противоречат теории Влгорячей ВселеннойВ». К их числу относятся, например, данные о возрасте небесных тел. Мы знаем, что возраст Солнечной системы близок к 4,6 млрд. лет. Менее точно известен возраст самых старых звезд. Скорее всего, он близок к возрасту нашей и других галактик. (10-15 млрд. лет). Следовательно, данные о возрасте небесных тел не противоречат данным о возрасте Метагалактики. Если бы, например, получилось, что время, прошедшее от Большого Взрыва меньше, чем возраст Земли, Солнца или Галактики, то это следовало бы рассматривать как факты, противоречащие космологическим моделям Фридмана и Влгорячей ВселеннойВ».
Данные радиоастрономии свидетельствуют о том, что в прошлом далекие внегалактические радиоисточники излучали больше, чем сейчас. Следовательно, эти радиоисточники эволюционируют. Когда мы сейчас наблюдаем мощный радиоисточник, мы не должны забывать о том, что перед нами его далёкое прошлое (ведь сегодня радиотелескопы принимают волны, которые были излучены миллиарды лет назад). Тот факт, что радиогалактики и квазары эволюционируют, причем время их эволюции соизмеримо со временем существования Метагалактики, принято так же рассматривать в пользу теории Большого Взрыва.
Важное подтверждение Влгорячей ВселеннойВ» следует из сравнения наблюдаемой распространенности химических элементов с тем соотношением между количеством гелия и водородв (около ¼ гелия и примерно ¾ водорода), которое возникло во время первичного термоядерного синтеза.
И все-таки главным подтверждением теории Влгорячей ВселеннойВ» считается открытие реликтового излучения. Для космологии это открытие имело фундаментальное значение. В истории наблюдательной космологии открытие реликтового излучения, пожалуй, сопоставимо по значению с открытием расширения Метагалактики.
Что же это за излучение и как оно было открыто? При ВлотрывеВ»[6]
излучения от вещества, когда температура в расширяющейся Вселенной была порядка 3000-4000 К, в холде последующего расширения Вселенной температура излучения падала, но его характер (спектр) сохранился до наших дней, напоминая о далекой молодости Метагалактики. Вот поэтому советский астрофизик И.С. Шкловский предложил называть это излучение реликтовым.
Таким образом, теория Влгорячей ВселеннойВ» предсказывает существование реликтового излучения.
Еще в конце 40-х тАУ начале 50-х гг. в работах Г.А. Гамова, а затем его учениеков Р. Альфера и Р. Германа содержались предполагаемые оценки температуры реликтового излучения (от 25 до 5 К). В 1964 г. советские астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич впервые выполнили более конкретные расчеты. Они сравнили интенсивность других источников (звезды, межзвездная пыль, галактики и т.д.) в сантиметровом диапазоне длин волн. Примерно в это же время группа американских ученых во главе с Р. Дикке уже приступила к попыткам обнаружить реликтовое излучение, но их опередили А. Пензиас и Р. Вильсон, получившие в 1978 г. Нобелевскую Премию за открытие космического микроволнового фона (такового официальное название реликтового излучения) на волне 7,35 см.
В отличие от группы Р. Дикке, будущие лауреаты Нобелевской премии не искали реликтовое излучение, а в основном занимались отладкой радиоантенны для работ по программе спутниковой связи: во время наблюдений с июля 1964 г. по апрель 1965 г. они, а так же их коллеги, при различных положениях антенны, регистрировали космическое излучение,. Природа которого им была неясна тАУ этим излучением как раз и оказалось реликтовое излучение.
Сценарий далекого прошлого.Итак, нас будет интересовать эпоха, которая отделена от нынешней на 13 тАУ 20 млрд. лет (20 млрд. лет вычислено в соответствии с теорией Влоткрытого мираВ», 13 млрд. лет тАУ в соответствии с теорией Влоткрытого мираВ»). Поскольку всё это время наша Вселенная расширялась и плотность ее непрерывно уменьшалась, в прошлом плотность должна была быть очень большой.
Из теории Фридамана следует, что в прошлом плотность могла быть бесконечно большой (на самом деле существует некий предел значения плотности (В»1097 кг/м3). А с начала рассматриваемой нами андронной эры Большого Взрыва Вселенной она не превышает плотности атомного ядра (В»1017 кг/м3).
Нам необходимо так же определиться и с другими параметрами, из которых, пожалуй, самым важным, является температура. Вопрос о том, холодной или горячей была материя в ту отдаленную от нас эпоху, долгое время оставался спорным. Приводились доводы в пользу обоих состояний. Решающее доказательство того, что Вселенная была горячей, удалось получить лишь в середине 1960-х.
В настоящее время большинство космологов считает, что в начале расширения Вселенной материя была не только очень плотной, но и очень горячей. А теория, рассматривающая физические процессы, происходившие на ранних стадиях расширения Вселенной, начиная с первой секунды после ВлначалаВ», получила название теории Влгорячей ВселеннойВ».
Согласно этой теории, ранняя Вселенная напоминала гигантский ускоритель ВлэлементарныхВ» частиц. Слово ВлэлементарныхВ» взято в кавычки, так каакнаши представления о составных частях материи быстро изменяются. Если раньше к числу элементарных частиц уверенно от носили нейтроны и протоны, то сейчас эти частицы относят к числу составных, построенных из кварков.
Большой Взрыв: самое начало
Началом работы Вселенского ускорителя был Большой Взрыв. Этот термин очень часто применяют сегодня космологи. Наблюдаемый разлет галактик[7]
и скопления галактик тАУ следствие Большого взрыва. Однако, Большой Взрыв, который академик Я.Б. Зельдович назвал астрономическим, качественно отличается от каких-либо химических взрывов.
У обоих взрывов есть черты сходства: например, в обоих случаях вещество после взрыва охлаждается при расширении, падает и его плотность. Но есть и существенные отличия. Главное из них заключается в том, что химический взрыв обусловлен разностью давлений во взрывающемся веществе и давлением в окружающей среде (воздухе). Эта разность давлений создает силу, которая сообщает ускорение частицам заряда взрывчатого вещества.
В астрономическом взрыве подобной разности давлений не существует. В отличие от химического астрономический взрыв не начался из определенного центра (и потом стал распространяться на все большие области пространства), а произошел сразу во всем существовавшем тогда пространстве. Представить себе это очень трудно, тем более, что Влвсе пространствоВ» могло быть в начале взрыва конечным (в случае замкнутого мира) и бесконечным (в случае открытого мира)тАж
Пока мало что известно, что происходило в первую секунду после начала расширения, и еще меньше о том, что было до начала расширения. Но, к счастью, это незнание не явилось помехой для очень детальной разработки теории Влгорячей ВселеннойВ» и сценарий, к рассмотрению которого мы сейчас переходим, основан не на умозрительных рассуждениях, а на строгих расчетах.
Итак, в результате Большого взрыва 13-20 млрд. лет назад начал действовать уникальный ускоритель частиц, в ходе работы которого непрерывно и стремительно сменяли друг друга процессы рождения и гибели (аннигиляции) разнообразных частиц. Как мы увидим в следующих главах, эти процессы во многом определили всю последующую эволюцию Вселенной, нынешний облик нашей Вселенной и создал необходимые предпосылки для возникновения и развития жизни.
Большой Взрыв: продолжениеИтак, мы выяснили, что Вселенная постоянно расширяется; тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом; тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют тАЬБольшим ВзрывомтАЭ или английским термином Big Bang.
Что же такое тАУ расширение Вселенной на более низком, конкретном уровне ?
Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём.
Вместе с этим смотрят:
Астрология-этап развития астрономии
Бесконечные воды вселенной
Биографии астрономов
Биографии астрономов_2
В чем уникальность планеты Земля? (У чому унiкальнiсть планети Земля?)