Происхождение и эволюция Вселенной

     По  современным представлениям, наблюдаемая  нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад (Приложение: Хронология «Большого взрыва») и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

     Мы  можем с уверенностью утверждать это потому, что отдаленные галактики все еще отодвигаются от нас, а расстояния между ними постоянно увеличиваются. Значит, когда-то галактики располагались гораздо ближе друг к Другу, чем в наши дни.

     В зависимости от средней плотности  материи и энергии во Вселенной, она или будет продолжать вечное расширение, или будет гравитационно замедляться и, в конце концов, схлопнется обратно в себя в Большом сжатии.

     Данные, имеющиеся в настоящее время, позволяют утверждать, что не только материи и энергии недостаточно, чтобы вызвать сжатие, но и что расширение Вселенной происходит с ускорением. В последнее время ученым удалось определить, что и скорость расширения Вселенной, начиная с определённого момента в прошлом, постоянно увеличивается, что уточняет некоторые концепции теории Большого взрыва.

     Современная стандартная модель развития Вселенной  в физической космологии (так называемая Лямбда-CDM модель) учитывает эти модификации. Хотя, согласно альтернативным теориям, космос существовал всегда и всегда будет существовать, изменяясь лишь в своей форме и проявлениях.

     Другие  идеи о судьбе Вселенной включают теории Большого разрыва, Большого замерзания и тепловой смерти Вселенной.

 

     2.2 Научное подтверждение Большого взрыва 

     Концепция Большого взрыва появилась с открытием  в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

     Космический микроволновой фон. В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела, свойственное объектам с температурой около –270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.

     Простая аналогия поможет вам интерпретировать этот результат. Представьте, что вы сидите у камина и смотрите на угли. Пока огонь горит ярко, угли кажутся желтыми. По мере затухания пламени угли тускнеют до оранжевого цвета, затем до темно-красного. Когда огнь почти затух, угли перестают испускать видимое излучение, однако, поднеся к ним руку, вы почувствуете жар, что означает, что угли продолжают излучать энергию, но уже в инфракрасном диапазоне частот. Чем холоднее объект, тем ниже излучаемые им частоты и больше длина волн. По сути, Пензиас и Уилсон определили температуру «космических углей» Вселенной после того, как она остывала на протяжении 15 миллиардов лет: ее фоновое излучение оказалось в диапазоне микроволновых радиочастот.

     Исторически это открытие и предопределило выбор  в пользу космологической теории Большого взрыва. Другие модели Вселенной (например, теория стационарной Вселенной) позволяют объяснить факт расширения Вселенной, но не наличие космического микроволнового фона.

     Изобилие  легких элементов. Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования было ничтожным, потому что уже при следующем столкновении с еще одной тяжелой и быстрой частицей ядро снова распадалось на элементарные компоненты. Выходит, что с момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.

     Однако  это первичное образование ядер (так называемый нуклеосинтез) на ранней стадии расширения Вселенной продолжался очень недолго. Вскоре после первых трех минут частицы разлетелись так далеко друг от друга, что столкновения между ними стали крайне редкими, и это ознаменовало закрытие окна синтеза ядер. В этот краткий период первичного нуклеосинтеза в результате соударений протонов и нейтронов образовались дейтерий (тяжелый изотоп водорода с одним протоном и одним нейтроном в ядре), гелий-3 (два протона и нейтрон), гелий-4 (два протона и два нейтрона) и, в незначительном количестве, литий-7 (три протона и четыре нейтрона). Все более тяжелые элементы образуются позже — при формировании звезд.

     Теория  Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и  частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных  ядер легких элементов на первичной  стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями. По моему мнению, это лучшее подтверждение гипотезы Большого взрыва.

     Помимо  двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение  легких элементов) недавние работы показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной.

     Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить  саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали  ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

 

      2.3 Другие теории происхождения Вселенной

 

     Однако  и сегодня есть противники теории Большого взрыва.

     Теория  «бесконечно 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.

     Согласно  этой теории, мир никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по другому рождается и умирает  бесконечное количество раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета после которой мир строится заново (она же обозначает и конец мира).

     Теория  стационарного взрыва. Согласно ей Вселенная не эволюционирует, и 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.

     Сторонники  такой точки зрения отвергают  расширение Вселенной, а красное  смещение объясняют гипотезой о  «старении» света. Однако, как выяснилось, эта гипотеза противоречит наблюдениям, например, наблюдаемой зависимости продолжительности вспышек сверхновых от расстояния до них.

     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.

     Объяснение  ряда наблюдаемых или предполагаемых явлений, таких как сингулярности, возникающие при развитии массивных звёзд в «чёрные дыры» или существовавшие в «точке 0» в теории Большого взрыва, или асимметрия вещества и антивещества, могут быть найдены при допущении, что наша Вселенная - продукт процессов, имевших место в «Сверхвселенной», метрика которой больше наблюдаемой нами. Такими процессами могли быть соударение сверхмасс, или столкновение сверхмассы с нашей пространственно-временной метрикой, возникшее искривление которой вызывает эффект разбегания галактик, или прорыв в виде «сверхбелой дыры».

     Для всех этих гипотез существенны:

     а) представление о нашей Вселенной, как о вложенном пространстве, открытой системе;

     б) понимание, что с момента зарождения наша Вселенная наследует некоторые  фундаментальные свойства источника творения, например, значительное количественное преобладание вещества над антивеществом;

     в) временной фактор (материя Сверхвселенной поступает в наше пространство или  формирует его в течение конечного  интервала времени с переменной интенсивностью).

     Отметим и еще одну теорию (принцип). 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.

     Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал  в 1960 году Г.И. Иглис, затем развил ученый Картер.

 

      Заключение

 

     В заключении сделаем краткие выводы.

     Вселенная возникла около 13 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи.

     «Большой  Взрыв» - основная модель эволюционной истории происхождения Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется.

     Теория  Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

     Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении  все состояния, в которых находилась Вселенная, после Большого Взрыва. Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет.

     По  современным представлениям, наблюдаемая  нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

     Таким образом, Вселенная бесконечна во времени  и пространстве. Каждая частичка Вселенной  имеет свое начало и конец, как  во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей.

 

      Список использованной литературы 

1. Вайнберг  С. Первые три минуты: современный  взгляд на происхождение Вселенной / С. Вайнберг. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. - 272 с.
2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Галактики, туманности и взрывы во Вселенной / Б.А. Воронцов-Вельяминов. - М.: Знание, 2009. – 176 с.
3. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная / И.Д. Новиков. - М.: Наука, 1998. – 175 с.
4. Происхождение жизни: Вселенная, солнце, земля, жизнь / Пер. с итал. Э.И. Мотылевой. - М: АСТ, 2007. - 56 с.
5. Чернин А.Д. Космология: Большой Взрыв / А.Д. Чернин. - М.: Век, 2006. - 64 с.
6. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум / И.С. Шкловский. - М.: Мир, 2010. – 239 с.

 

      Приложение 

     Хронология  Большого взрыва