Основные космологические гипотезы от древности до наших дней

  E= T – G 4/3πmp v²/H² = T(1-G 8πp/3H²).

  Из  этого выражения видно, что в  зависимости от значения плотности р энергия Е может быть либо положительной (Е>0), либо отрицательной (Е<0). В первом случае рассматриваемая галактика может удалиться на бесконечность, и это соответствует неограниченному монотонному расширению Вселенной (модель «открытой» Вселенной). Во втором случае расширение Вселенной в какой-то момент прекратится и сменится сжатием (модель «замкнутой» Вселенной). Критическое значение плотности соответствует условию Е=0, так что получаем  р_к = 3Н²/ 8πG.

  Подставив в это выражение известные значения Н и G=6,67·10¯¹¹м ³/кг с², получаем значение критической плотности р ~10¯²⁹г/см³. Таким образом, если бы Вселенная состояла только из обычного «светящегося» вещества с плотностью р_в ~3^. 10^-31 г/см³, то ее будущее было бы связано с неограниченным расширением. Однако, наличие «темного» вещества с плотностью р_т >р_в может привести к пульсирующей эволюции Вселенной, когда период расширения сменяется периодом сжатия (коллапсом) в «точку» и обратно. 

  Расширение  и сжатие Вселенной: 
 

   «Радиус мира» (млрд. световых лет)

        0          20                   45               90     Время (млрд. лет)    

  Считается, что р_т ~ 3· 10^-29г/см³. Этому значению плотности соответствует период цикла Т, составляющей около 90 млрд. лет. Сегодняшняя эпоха – 20 млрд. лет от начала расширения. При этом радиус Вселенной оценивается значением 15-18 млрд. световых лет.

       Уменьшение средней плотности  вещества Вселенной в процессе ее расширения: 

   Плотность

                                                                          Время 

  В соответствии с современными представлениями, которые, однако, нельзя считать «застывшими», так как они постоянно углубляются, уточняются, примерно 20 млрд. лет назад произошел так называемый Большой Взрыв, когда вещество всей Вселенной (~10⁵¹тонн) из спрессованного в объеме 10^-36см³ состояния (что соответствует «радиусу» мира 10^-13 см равного размеру ядра атома) начало расширяться. К концу первой секунды Вселенная занимала уже объем поперечником в триллион километров (примерно в сто раз больше нынешних размеров Солнечной системы).

  Средняя плотность вещества измерялась в  этот момент тонной на кубический сантиметр, а температура – десятком миллиардов градусов. Это уже гораздо холоднее, чем секунду назад, но еще достаточно горячо, чтобы создать иной мир по сравнению с нынешним. Здесь нет привычных атомов и атомных ядер, так как они не могут выдержать столь высокого нагрева. Нет вообще стабильных, раз и навсегда «отлившихся» элементарных частиц. Вспыхивая и снова исчезая словно пузырьки пены, беспрестанно рождаются пары частиц – нейтрино и антинейтрино, электроны и позитроны, протоны и антипротоны…

  Проходит  три с половиной минуты, и опять  все меняется феерически. Радиус Вселенной теперь уже сорок световых лет. Средняя плотность – в сто раз меньше плотности воды, а температура падает до миллиарда градусов. Первозданная материя постепенно приобретает стабильные формы. Протоны рождают нейтроны, из протонов, нейтронов и электронов кристаллизуются первые атомные ядра простейших химических элементов – водорода  и гелия. К концу четвертой минуты Вселенная представляет собой нечто вроде горячей «каши» из 70 процентов (по весу) водорода и 30 процентов гелия.  «Каша» эта «сдобрена» квантами электромагнитного излучения и нейтрино. Кстати, в самый первый миг после взрыва при температурах выше триллиона градусов огненный шар космоса кишел нейтрино. Вместе с квантами электромагнитного поля они были той праматерией, которая предшествовала исторически всем остальным. Не исключено, что и сегодня вклад нейтрино в общий материальный баланс Вселенной является очень существенным.

  Через двадцать – тридцать миллионов лет  от огненного шара останется мало следов. Пространство холодно. Отдельные блуждающие в нем частицы, сталкиваясь и обмениваясь энергиями, дают общий температурный фон около нуля градусов. Однако эта Вселенная отнюдь не безжизненна. В ее холодном царстве то тут, то там вспыхивают и разгораются гигантские сгустки плотных масс материи – звезды.   
 
 

                            ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 
 

       В любом возможном сценарии  эволюции Вселенной ее будущее  представляется захватывающе интересным  и многообразным. Правда, во всех  вариантах в отдаленном будущем  Вселенная будет совсем не похожа на окружающую нас сегодня либо это состояние очень разреженное и холодное, либо очень плотное и горячее. Ну что же Мы это должны четко понимать Вселенная эволюционирует непрерывно.  Прошлое ее было весьма своеобразным и не похожим на настоящее.  Будущее также будет весьма отличным от всего, что мы видим сегодня. Надо также четко понимать, что при этом в будущем нет ничего фатально неизбежного для разумной жизни в широком смысле этого слова. За ничтожный (по сравнению с эволюцией Вселенной) период цивилизации человеческая мысль овладела многими тайнами природы, заставила ее законы служить человеку.  Если мы будем достаточно благоразумны, чтобы сберечь жизнь на Земле в нашу эпоху бурных социальных потрясений,  то трудно вообразить, какого научного могущества мы достигнем через сто, тысячу, миллион, а тем более миллиарды лет. Человек (опять же в широком смысле слова) научится использовать для своего блага все законы эволюции Вселенной, научится управлять ими. Было бы наивно полагать, что Вселенная приготовила на все времена для человечества благодатные “тепличные” условия для существования. “Мы не должны ждать милости от природы. Взять их у нее — наша задача”. Эти слова известного естествоиспытателя, — гордые слова, достойные человечества. Конечно, при осуществлении подобных задач в масштабах Вселенной совершенно по-новому обернутся проблемы охраны природы и другие.  Но мы надеемся, что будущее общество найдет способы их решить.

       Подходя к концу  повествования,  следует отметить, что, конечно  же, серьезные изменения во Вселенной (по сравнению с нынешним ее состоянием) во всех случаях могут начаться очень не скоро не только в житейских, но и астрономических масштабах, как минимум через десятки, а может быть, тысячи миллиардов лет. Это во много раз больше нынешнего возраста видимой нами Вселенной, которой никак не больше 10— 20 миллиардов лет от начала расширения.

        Рассказ о вечно эволюционирующей, вечно молодой Вселенной не  терпит итогов. Но что все же  хочется специально подчеркнуть,  так это особенно бурное развитие науки о Вселенной — космологии, приносящей новые удивительные открытия и новые фундаментальные знания. В эту науку сейчас приходит новое молодое поколение ученых, берущихся за решение еще недавно “неразрешимых проблем”.