Эволюция вселенной

 
 

 

 

 

 

 

 

3.Рождение галактик

 Колоссальные водородные  сгущения -  зародыши  сверхгалактик  и  скоплений галактик - медленно  вращались. Внутри их образовывались  вихри,  похожие  на водовороты.  Их  диаметр  достигал  примерно  ста  тысяч  световых  лет.  Мы  называем эти системы протогалактиками, т.е.  зародышами  галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего  лишь  ничтожной частью   сверхгалактик   и   по   размеру   не   превышали   одну   тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей  системы  звезд, которые  мы  называем  галактиками.  Некоторые  из  галактик  до   сих   пор напоминают нам гигантское завихрение.

           Астрономические   исследования   показывают,   что   скорость   вращения завихрения  предопределила  форму  галактики,  родившейся  из  этого  вихря. Выражаясь научным  языком, скорость осевого вращения  определяет  тип  будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей  возникли эллиптические  галактики, в  то  время  как  из  быстро  вращающихся  родились  сплющенные  спиральные галактики.

         В результате силы тяготения  очень медленно вращающийся вихрь  сжимался  в  шар  или  несколько  сплюнутый   эллипсоид.   Размеры   такого   правильного гигантского  водородного облака были от  нескольких  десятков  до  нескольких  сотен тысяч световых лет. Нетрудно  определить, какие  из  водородных  атомов вошли в состав  рождающейся  эллиптической,  точнее  говоря  эллипсоидальной галактики, а  какие  остались  в  космическом  пространстве  вне  нее.  Если энергия связи  сил гравитации атома на периферии  превышала  его  кинетическую  энергию, атом становился составной  частью галактики.

         Протогалактика, которая вообще  не вращалась, становилась  родоначальницей  шаровой галактики. Сплющенные эллиптические  галактики рождались из  медленно вращающихся   протогалактик.   Из-за   недостаточной    центробежной    силы преобладала  сила  гравитационная.  Протогалактика  сжималась  и   плотность водорода в ней возрастала.  Как  только  плотность  достигала  определенного уровня,  начали  выделяться   и   сжиматься   сгустки   водорода.   Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение всех звезд  в шаровой или слегка приплюснутой галактике  происходило  почти  одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто  миллионов  лет.

         Это  значит,  что  в  эллиптических  галактиках  все  звезды  приблизительно  одинакового возраста, т.е. очень  старые.  В  эллиптических  галактиках  весь водород был исчерпан  сразу же  в  самом  начале,  примерно  в  первую  сотую существования  галактики. На протяжении последующих 99  сотых  этого  периода звезды  уже не могли возникать. Таким  образом,  в  эллиптических  галактиках  количество межзвездного вещества  ничтожно.

         Спиральные галактики, в  том  числе  и  наша,  состоят  из  очень  старой сферической составляющей (в этом они похожи на эллиптические  галактики)  и из более молодой  плоской составляющей,  находящейся  в  спиральных  рукавах. Между  этими  составляющими  существует  несколько  переходных   компонентов  разного уровня сплюснутости, разного  возраста и скорости вращения.  Строение спиральных галактик, таким  образом, сложнее и  разнообразнее,  чем  строение эллиптических.  Спиральные  галактики  кроме  этого  вращаются   значительно  быстрее,  чем  галактики  эллиптические.  Не  следует  забывать,   что   они образовались  из  быстро  вращающихся  вихрей  сверхгалактики.   Поэтому   в создании спиральных  галактик участвовали  и  гравитационная  и  центробежная силы.

         Если  бы  из  нашей  галактики  через  сто  миллионов   лет   после   ее возникновения (это время формирования сферической  составляющей)  улетучился весь межзвездный водород, новые  звезды  не  смогли  бы  рождаться,  и  наша галактика стала бы эллиптической.

         Но межзвездный газ в те  далекие времена не улетучился, и,  таким  образом гравитация  и  вращение  могли  продолжать  строительство  нашей  и   других  спиральных галактик. На каждый  атом межзвездного газа действовали  две  силы - гравитация, притягивающая  его к  центру  галактики  и  центробежная  сила, выталкивающая  его по направлению от  оси  вращения.  В  конечном  итоге  газ сжимался  по  направлению  к  галактической  плоскости.  В  настоящее  время межзвездный  газ сконцентрирован  к галактической  плоскости в  весьма  тонкий  слой. Он сосредоточен, прежде  всего,  в  спиральных  рукавах  и  представляет  собой плоскую или промежуточную  составляющую, названную звездным  населением второго типа.

         На каждом этапе сплющивания  межзвездного газа во все  более  утончающийся диск рождались  звезды. Поэтому в нашей галактике  можно  найти,  как  старые, возникшие  примерно десять миллиардов лет  назад,  так  и  звезды  родившиеся  недавно в спиральных рукавах, в  так  называемых  ассоциациях  и  рассеянных скоплениях. Можно  сказать,  что  чем  более  сплющена  система,  в  которой родились звезды, тем они моложе.

 Таким образом мы решили  еще одну из поставленных нами  задач.Мы рассмотрели как зарождались  галактики, а зарождались они таким образом  Колоссальные водородные сгущения -  зародыши  сверхгалактик  и  скоплений галактик , медленно вращались. Внутри них образовывались  вихри,  похожие  на водовороты, так появились галактики  исследования   показывают,   что   скорость   вращения завихрения  влияет на   форму  галактики . Например из медленно вращающихся вихрей возникают -эллиптические  галактики, а из  быстро  вращающихся  - сплющенные  спиральные галактики и т.д

4.Модели будущего Вселенной.

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

         В 1917 г. А. Эйнштейн выступил с  гипотезой о конечной, но безграничной  Вселенной. Суть данной гипотезы  была в следующем: предположим, что  вещество, составляющее планеты, звезды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему мировому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называемой критической плотности. Если все эти требования соблю­дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк­нуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем та­кой 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 од­ном 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 гравитационный парадоксы просто неприменимы. В то же время призрак 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 Вселенная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизменной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого пространства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Все­ленная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

         Идея Фридмана поначалу показалась  Эйнштейну слишком смелой и  необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вычислениях. 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 Вселенной 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 следст­вие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или дли­ны 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 последним измерениям, это увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселенной получил подтверждение и в космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной.

         Наблюдаемое нами разбегание  галактик есть следствие расширения  всего пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.

         Дальнейшее развитие модель расширяющейся  Вселенной получила в послевоенные  годы и особенно в последние десятилетия благодаря исследованиям известных отечественных космологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, характеризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения

         Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоминали, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии 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 расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселен­ной».

         Если же преобладает гравитационное  взаимодействие, то темп расширения  со временем замедлится до  полной остановки, после чего  начнет­ся сжатие вещества вплоть  до возврата Вселенной в исходное  состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно боль­шой 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 фиолетовое смещение. Такой вариант модели назван «закрытой Вселенной».

         В случае, когда силы гравитации точно равны кинетическим силам, то есть когда расширение не пре­кратится, но его скорость со временем будет стремиться к ну­лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.

   Итак  мы выяснили  что существует три пути развития вселенной:   

·       Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

·       Вселенная сжимается;

·       Во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

  Возникает естественный  вопрос: какой из трех вариантов  реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за  наблюдательной астрономией, которая  должна оценить со­временную  среднюю плотность вещества во  Вселенной и уточнить значение  постоянной Хаббла (скорость расширения  галактик). Пока надежные оценки  этих величин отсутствуют. Из выше изложенного мы видим что решили нашу последнюю задачу ,рассмотрение моделей будущего вселенной.

 

 

Заключение

Для подробного изучения темы были поставлены конкретные задачи ,которые на мой взгляд были выполнины. Исходя из всего вышеперечисленного  подведем итог нашей работы. Что нового или уже давно  нам известного мы узнали.

Существует множество теорий возникновения вселенной мы рассмотрели наиболее известные ,это теория большого взрыва(научная теория) Согласно этой теории, в начальный момент времени Вселенная находилась в состоянии сингулярности, имея бесконечные плотность и температуру в результате этого случился Большой взрыв после которого и началась эволюция Вселенной.И так же существует Антропный принцип (религиозная теория)который говорит что вселенная создана высшими  силами .Каждая  теория имеет место быть. Но ученые склоняются к теории большого взрыва.

Мы подробно рассмотрели  этапы эволюции вселенной и что происходило на том или ином этапе развития. Выявив что выделяют 4 эры эволюции вселенной :это Адронная, Лептонная, Фотоннавая и Звездная- которая продолжается по сей день

Рассмотрели как зарождались галактики, а зарождались они таким образом  Колоссальные водородные сгущения -  зародыши  сверхгалактик  и  скоплений галактик , медленно вращались. Внутри них образовывались  вихри,  похожие  на водовороты, так появились галактики  исследования   показывают,   что   скорость   вращения завихрения  влияет на форму  галактики . Например из медленно вращающихся вихрей возникают -эллиптические  галактики, а из  быстро  вращающихся  - сплющенные  спиральные галактики и т.д

 

Выяснили  что существует три пути развития вселенной:   

·       Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

·       Вселенная сжимается;

·       Во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

  Возникает естественный  вопрос: какой из трех вариантов  реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за  наблюдательной астрономией, которая  должна оценить со­временную  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 критическому значению, она либо немного больше, либо немно­го меньше. Но от этого «немного» зависит будущее Вселенной, правда, весьма отдаленное.