Судьба Вселенной

Содержание

   Введение…………………………………………………………………..................3

   Глава 1. Исследование состава Вселенной………..………………….....................5

   Глава 2.Эволюция ………………………………………………………..................6

   Глава 3. Судьба Вселенной……………………………………………...................12

   Заключение…………………………………………………………….....................14

   Список литературы……………………………………………………....................15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

«Почему дым не возвращается в сигарету? Почему молекулы разлетаются  друг от друга? Почему клякса не приобретает четкую форму? Потому что Вселенная стремится к распаду. Это и есть принцип энтропии, стремление Вселенной к состоянию растущего беспорядка. Принцип энтропии связан с понятием стрелы времени, результатом расширения Вселенной. Но что если сила гравитации перевесит расширяющую силу или энергия квантового вакуума окажется слишком слабой? В этот момент во Вселенной может начаться стадия сжатия, „Большой Хлопок“. Так что же произойдет со временем? Пойдет ли оно вспять? Никто не знает ответа.»

Немо  «Господин никто»

Введение

   Вселенная - фундаментальное понятие астрономии, строго не определяемое, включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной часто понимают часть материального мира, доступную изучению естественнонаучными методами.

   Такое определение включает в себя две ипостаси: умозрительная, философская, и нечто материальное, доступное наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем. Если автор различает эти ипостаси, то следуя традиции, первую называют Вселенной, а вторую - астрономической Вселенной или Метагалактикой (в последнее время этот термин практически вышел из употребления).

   В историческом плане для обозначения  «всего пространства» использовались различные слова, включая эквиваленты  и варианты из различных языков, такие как «небесная сфера», «космос», «мир». Использовался также термин «макрокосмос», хотя он предназначен для определения систем большого масштаба, включая их подсистемы и части. Аналогично, слово «микрокосмос» используется для обозначения систем малого масштаба в составе гораздо большей системы, частью которой является исходная система.

   Любое исследование, любое наблюдение, будь то наблюдение ребёнка за кошкой, физика - за тем, как раскалывается ядро атома, или астронома, ведущего наблюдения за далёкой-далёкой галактикой - всё это наблюдение за Вселенной, а если быть точным - за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных естественных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология. Именно эти аспекты знаний о Вселенной составляют предмет данной статьи.

   С ранних времен человек задумывался  об устройстве окружающего его мира как единого целого. И в каждой культуре оно понималось и представлялось по-разному. Так в Вавилоне жизнь на Земле тесно связывали с движением звезд, а в Китае идеи гармонии переносились на всю Вселенную.

   Развитие  этих представлений в разных частях света шло по-разному. Но если в  Старом Свете накопленные знания и представления вообще никуда не девались, лишь передаваясь от одной цивилизации другой, то о Новом Свете такого сказать нельзя. Виной тому - колонизация Америки европейцами, уничтожавшая многие памятники древних культур.

   В период Средневековья представление  о мире как о едином целом не претерпевает существенных изменений. И тому две причины. Первая - сильное давление ортодоксальных богословов, характерное как для католической Европы, так и для исламского мира. Вторая - наследие прошлого, когда представления о мире строились из неких философских концепций. Необходимо было осознать, что астрономия часть физики.

   Первый  значительный толчок в сторону современных  представлений о Вселенной совершил Коперник. Второй по величине вклад  внесли Кеплер и Ньютон. Но по истине революционные изменения в наших  представлении о Вселенной происходят лишь в XX веке. 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Исследование состава Вселенной

   Согласно  последним научным данным о составе  Вселенной, такие объекты как  звезды, планеты, пыль и газ, составляют крошечную часть вселенной (5%). Остальное - неуловимая темная материя (~25 %) и темная энергия.

   Темная  энергия - это таинственная, мало изученная и пока еще гипотетическая форма энергии. 

Типичные  объекты исследований в космологии 

   Галактики -  это гигантские гравитационно-связанные системы, состоящие из звёзд и тёмной материи. Типичные представители в наблюдательной космологии. Методы наблюдений, применимые к галактикам, применимы почти ко всем космологическим объектам. Это и сравнения модельного спектра с наблюдаемым, и учёт металличности, и учёт пыли, и отождествление характерных особенностей частей спектра с наличием различных процессов внутри объекта.

   Квазары - класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» - звёзд. Болометрическая светимость квазаров может достигать 1046 - 1047 эрг/с. Считается, что причиной такой высокой светимости является аккреция межзвёздного газа на сверхмассивную чёрную дыру в центре галактики.

   Гамма-всплески - внезапные кратковременные локализуемые повышения интенсивности космического гамма-излучения с энергией в десятки и сотни кэВ. Из оценок расстояний до гамма-всплесков можно сделать вывод, что излучаемая ими энергия в гамма-диапазоне достигает 1050 эрг. Для сравнения, светимость всей галактики в этом же диапазоне составляет «всего» 1038 эрг/c.

   После обнаружения у гамма-всплесков  оптического послесвечения и  получения их спектров стало ясно, что гамма-всплески - далёкие объекты. На данный момент самым далёким зафиксированным объектом Вселенной является гамма-всплеск GRB 090423.

   Звёздное  скопление представляют собой гравитационно-связанные  группы звёзд, имеющих общее происхождение, и, соответственно, примерно одинаковый возраст и химический состав. Более массивные звёзды скопления раньше проходят все этапы своей эволюции, превращаясь либо в компактные релятивистские объекты (нейтронные звёзды и чёрные дыры), либо в белые карлики, а менее массивные продолжают находиться на главной последовательности.

   Не  проэволюционировавшие или слабо проэволюционировавшие объекты. В данную группу включены как галактики, так и звёзды. Характерной чертой данных объектов является их низкая металличность. Они в основном состоят из того вещества, из которого состояли самые первые звёзды и галактики.

   Реликтовый  фон - чернотельное однородное излучение со средней температурой 2,72 К, заполняющее Вселенную. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Эволюция

   Существует  несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

   Теория  Стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

   Но  пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

   Однако  стоит отметить и еще одну теорию (принцип).

   Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Иглис Г.И., но он является как бы неофициальным его автором. А официальным автором был ученый по фамилии  Картер.

   Антропный принцип утверждает, что Вселенная  такая, какая она есть потому, что  есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается, что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь.

Начало  Вселенной.             

   Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция  жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое. Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

   Момент  с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Тогда  началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют  Большим взрывом или английским термином Big Bang.

   Под расширением Вселенной подразумевается  такой процесс, когда то же самое  количество элементарных частиц и фотонов  занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом Плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения Большого взрыва вся материя была сильно раскаленной  и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы.

   Подробный анализ показывает, что температура  вещества Т понижалась во времени  в соответствии с простым соотношением:

     Зависимость температуры Т от  времени t дает нам возможность  определить, что например, в момент, когда возраст вселенной исчислялся всего одной десятитысячной секунды,  её температура представляла  один  биллион Кельвинов. Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT . Согласно соотношению hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота  n.

   Понижение энергии фотонов во времени имело для возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc²,  ему необходимо обладать энергией 2moc2 или

   большей. Эта  зависимость выражается  так: со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы (2moc²), фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mo. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2.938 Мэв = 938 Мэв, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 мэв.