Введение, Основные концепции космологии - Эволюция Вселенной

Человек с давних пор интересовался устройством Вселенной. Звезды притягивали к себе наших предков, заставляли смотреть на них с 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 и до сих пор.

Как возникли звезды, планеты, вся Вселенная? Как развивалась эта Вселенная в прошлом, куда движется в настоящем и что ждет ее в будущем? На некоторые вопросы мы можем ответить уже сейчас, другие ждут своего ответа. Но каждый шаг вперед ставит также и новые вопросы, раздвигая области неведомого. Сколько вещества во Вселенной? Существуют ли во Вселенной другие виды материи? Неизвестна природа странных объектов, излучающих фантастическое количество энергии из дальнего Космоса. И так далее...

Тем не менее к настоящему времени сложились определенные научные представления о происхождении и эволюции Вселенной.

Основные концепции космологии

Вселенная -- самая крупная материальная система. Ее происхождение интересует людей еще с древних времен. Вначале Вселенная была "безвидна и пуста" (Быт., 1,2), -- так сказано в Библии. Вначале был вакуум -- уточняют современные физики. Каковы же истоки происхождения Вселенной? Как она развивается? Какова ее структура? На эти и другие вопросы пытались ответить ученые разных времен. Однако даже крупнейшие достижения естествознания XX века не дают полностью исчерпывающх ответов. В этой связи нельзя не вспомнить слова известного поэта М. Волошина: "Мы, возводя соборы космогоний, Не внешний в них отображаем мир, А только грани нашего незнания".

Тем не менее, принято считать, что основные положения современной космологии -- науки о строении и эволюции Вселенной -- начали формироваться после создания в 1917 году А. Эйнштейном первой релятивистской модели, основанной на теории гравитации и претендовавшей на описание всей Вселенной. Эта модель характеризовала стационарное состояние Вселенной и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной.

Важный шаг в решении космологических проблем сделал в 1922 году профессор Петроградского университета А. А. Фридман (1888--1925 гг.). В результате решения космологических уравнений он пришел к выводу: Вселенная не может находиться в стационарном состоянии -- она должна расширяться или сужаться.

Следующий шаг был сделан в 1924 году, когда в обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии американский астроном Э. Хаббл (1889--1953 гг.) измерил расстояние до ближайших галактик (в то время называемых туманностями) и открыл тем самым мир галактик.

В 1929 году в той же обсерватории Э. Хаббл по красному смещению линий в спектре излучения галактик экспериментально подтвердил теоретический вывод А. А. Фридмана о расширении Вселенной и установил эмпирический закон -- закон Хаббла: скорость удаления галактики V прямо пропорциональна расстоянию r до нее, т. е. V=Hr, Где H -- постоянная Хаббла.

С течением времени постоянная Хаббла постепенно уменьшается -- разбегание галактик замедляется. Но такое уменьшение за наблюдаемый промежуток времени ничтожно мало. Обратной величиной постоянной Хаббла определяется время жизни (возраст) Вселенной.

Из результатов наблюдения следует, что скорость разбегания галактик увеличивается примерно на 75км/с на каждый миллион парсек. При данной скорости экстраполяция к прошлому приводит к выводу: возраст Вселенной составляет примерно 15 миллиардов лет, а это означает, что вся Вселенная 15 миллиардов лет назад была сосредоточена в очень маленькой области.

Предполагается, что в то время плотность вещества Вселенной была сравнима с плотностью атомного ядра, и вся Вселенная представляла собой огромную ядерную каплю. По какой-то причине ядерная капля оказалась в неустойчивом состоянии и взорвалась. Это предположение лежит в основе концепции большого взрыва.

В концепции большого взрыва предполагается, что расширение Вселенной происходило с одинаковой скоростью, начиная с момента взрыва ядерной капли. В настоящее время обсуждается и другая гипотеза - гипотеза пульсирующей Вселенной: Вселенная не всегда расширялась, а пульсирует между конечными пределами плотности. Из нее следует, что в некотором прошлом скорость удаления галактик была меньше, чем сейчас, и были периоды, когда Вселенная сжималась, т. е. галактики приближались друг к другу и с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло.

По мере развития естествознания и особенно ядерной физики выдвигаются различные гипотезы о физических процессах на разных этапах космологического расширения. Одна из них предложена в конце 40-х годов XX века Г. А. Гамовым (1904-1968), физиком-теоретиком, эмигрировавшим из Советского Союза в США, и называется моделью горячей Вселенной. В ней рассмотрены ядерные процессы, протекавшие в начальный момент расширения Вселенной в очень плотном веществе с чрезвычайно высокой температурой. По мере расширения Вселенной плотное вещество охлаждалось.

Из этой модели следует два вывода:

Вещество, из которого зарождались первые звезды, состояло в основном из водорода (75%) и гелия (25%);

В сегодняшней Вселенной должно наблюдаться слабое электромагнитное излучение, сохранившее память о начальном этапе развития Вселенной, и поэтому называется реликтовым.

Похожие статьи




Введение, Основные концепции космологии - Эволюция Вселенной

Предыдущая | Следующая