Понятията „Вселена“ и „Метагалактика“ са много близки понятия: те характеризират един и същ обект, но в различни аспекти. Понятието "Вселена" се отнася за целия съществуващ материален свят; концепцията за "Метагалактика" е същият свят, но от гледна точка на неговата структура - като подредена система от галактики.

В класическата наука съществуваше така наречената теория за неподвижното състояние на Вселената, според която Вселената винаги е била почти същата, каквато е сега. Астрономията беше статична: изучаваха се движенията на планети и комети, описваха се звезди, създаваха се техните класификации, което, разбира се, беше много важно. Но въпросът за еволюцията на Вселената не беше повдигнат.

В това тестова работаосновното космологични моделиВселената.

1.1 Съвременни космологични модели на Вселената: моделът на А. Айнщайн, А.А. Фридман

Съвременните космологични модели на Вселената се основават на общата теория на относителността на А. Айнщайн, според която метриката за пространство и време се определя от разпределението на гравитационните маси във Вселената. Свойствата му като цяло се определят от средната плътност на материята и други специфични физични фактори.

Уравнението на гравитацията на Айнщайн има не едно, а много решения, което обяснява наличието на много космологични модели на Вселената. Първият модел е разработен от самия А. Айнщайн през 1917 г. Той отхвърля постулатите на Нютоновата космология за абсолютността и безкрайността на пространството и времето. В съответствие с космологичния модел на Вселената на А. Айнщайн, световното пространство е хомогенно и изотропно, материята е средно равномерно разпределена в нея, гравитационното привличане на маси се компенсира от универсалното космологично отблъскване.

Времето на съществуване на Вселената е безкрайно, тоест няма нито начало, нито край, а пространството е безкрайно, но разбира се.

Вселената в космологичния модел на А. Айнщайн е неподвижна, безкрайна във времето и безгранична в пространството.

През 1922 г. руският математик и геофизик А. Фридман отхвърля постулата на класическата космология за стационарността на Вселената и получава решение на уравнението на Айнщайн, описващо Вселената с "разширяващо се" пространство.

Означава се съотношението на средната плътност на Вселената към критичната

Има три космологични модела, в зависимост от създателя им на име Фридман. Тези модели не отчитат вакуумната енергия (космологична константа).

Аз модел на Фридман ,. Разширяването на Вселената ще бъде вечно, а скоростите на галактиките никога няма да се стремят към нула. Пространството в такъв модел е безкрайно, има отрицателна кривина и е описано от геометрията на Лобачевски. През всяка точка на такова пространство можете да начертаете безкраен набор от прави линии, успоредни на дадена, сумата от ъглите на триъгълника е по -малка от 180 °, съотношението на обиколката към радиуса е по -голямо от 2π.

II модел на Фридман ,. Разширяването на Вселената ще бъде вечно, но в безкрайността скоростта му ще се стреми към нула. Пространството в такъв модел е безкрайно, плоско, описано от геометрията на Евклид.

III модел на Фридман ,. Разширяването на Вселената ще бъде заменено от свиване, колапс и ще завърши с свиването на Вселената в единична точка (Big Crunch). Пространството в такъв модел е ограничено, има положителна кривина, има триизмерна хиперсфера по форма и е описано от сферичната геометрия на Риман. В такова пространство няма успоредни прави линии, сумата от ъглите на триъгълника е повече от 180 °, отношението на обиколката към радиуса е по -малко от 2π. Общата обща маса на такава вселена е нула.

Според съвременните данни .

1.2 Алтернативни космологични модели на Вселената

с изключение стандартен моделГолемият взрив по принцип има алтернативни космологични модели:

1. Моделът, симетричен по отношение на материята и антиматерията, приема равното присъствие на тези два вида материя във Вселената. Въпреки че е очевидно, че нашата Галактика практически не съдържа антиматерия, съседните звездни системи биха могли да се състоят изцяло от нея; в този случай тяхното излъчване би било точно същото като това на нормалните галактики. Въпреки това, в по -ранните епохи на разширяване, когато материята и антиматерията са били в по -близък контакт, тяхното унищожаване е трябвало да доведе до мощни гама лъчи. Наблюденията не го откриват, което прави симетричен модел малко вероятен.

2. Моделът на студения Голям взрив приема, че разширяването е започнало при абсолютна нула. Вярно е, че в този случай ядреният синтез също трябва да възникне и да загрее веществото, но микровълновото фоново излъчване вече не може да бъде пряко свързано с Големия взрив, а трябва да бъде обяснено по друг начин. Тази теория е привлекателна, защото материята в нея е подложена на фрагментация, което е необходимо, за да се обясни мащабната нехомогенност на Вселената.

3. Стационарният космологичен модел предполага непрекъснато създаване на материя. Основната предпоставка на тази теория, известна като Идеалния космологичен принцип, гласи, че Вселената винаги е била и ще остане такава, каквато е днес. Наблюденията опровергават това.

4. Разглеждат се модифицирани версии на теорията на гравитацията на Айнщайн. Например, теорията на К. Брънс и Р. Дике от Принстън като цяло е в съгласие с наблюденията вътре Слънчева система... Моделът на Бранс - Дике, както и по -радикалният модел на Хойл, при който някои фундаментални константи се променят с течение на времето, имат почти същите космологични параметри в нашата ера като модела на Големия взрив.

5. През 1927 г. белгийският абат и учен Ж. Лемайтър свързва "разширяването" на космоса с данните от астрономическите наблюдения. Lemaitre въвежда концепцията за началото на Вселената като особеност (т.е. свръх плътно състояние) и раждането на Вселената като Голям взрив. Въз основа на модифицираната теория на Айнщайн, J. Lemaitre през 1925 г. изгражда космологичен модел, който комбинира Голям взривс продължителна фаза на покой, през която могат да се образуват галактики. Айнщайн се заинтересува от тази възможност да обоснове любимия си космологичен модел на статична вселена, но когато е открито разширяването на Вселената, той я изостави публично.

MCDM (прочетете „Lambda-CDiM“)-съкращение от Lambda-Cold Dark Matter, съвременният стандартен космологичен модел, в който пространствено плоската Вселена е изпълнена, в допълнение към обикновената барионна материя, с тъмна енергия (описана от космологичната константа Λ в Уравненията на Айнщайн) и студена тъмна материя (английска Cold Dark Matter). Според този модел възрастта на Вселената е милиарди години.

Тъй като средната плътност на материята във Вселената е неизвестна, днес не знаем в кое от тези пространства на Вселената живеем.

През 1929 г. американският астроном Е. П. Хъбъл открива съществуването на странна връзка между разстоянието и скоростта на галактиките: всички галактики се отдалечават от нас и със скорост, която се увеличава пропорционално на разстоянието - системата от галактики се разширява.

Разширяването на Вселената се счита за научно установен факт. Според теоретичните изчисления на J. Lemaitre, радиусът на Вселената в първоначалното й състояние е 10-12 cm, което е близко по размер до радиуса на електрон, а плътността му е 1096 g / cm3. В единствено състояние Вселената представляваше микро обект с незначителен размер. От първоначалното единично състояние Вселената продължи да се разширява в резултат на Големия взрив.

Ретроспективните изчисления определят възрастта на Вселената на 13-20 милиарда години. Г. А. Гъмов предполага, че температурата на материята е висока и пада с разширяването на Вселената. Неговите изчисления показаха, че Вселената в еволюцията си преминава през определени етапи, през които се случва образуването на химични елементи и структури. В съвременната космология, за по -голяма яснота, началният етап от еволюцията на Вселената е разделен на "ери"

Когато се оценява необятността на мащаба на Вселената, винаги възниква класическият философски въпрос: Вселената крайна ли е или безкрайна? Концепцията за безкрайност се използва главно от математици и философи. Експерименталните физици, които владеят експериментални методи и техники за измерване, винаги получават крайните стойности на измерените величини. Огромното значение на науката и особено съвременна физикасе крие във факта, че досега вече са получени много количествени характеристики на обекти не само от макро- и микрокосмоса, но и от мегасвета.

Пространствените мащаби на нашата Вселена и размерите на основните материални образувания, включително микро обекти, могат да бъдат представени от следната таблица, където размерите са дадени в метри (за простота са дадени само порядъци от числа, т.е. приблизителни числа в един порядък):

Радиус на космологичния хоризонт

или Вселената виждаме 10 26

Диаметърът на нашата галактика е 10 21

Разстояние от Земята до Слънцето 10 11

Диаметър на слънцето 10 9

Размер на човек 10 0

Видима дължина на вълната на светлината 10 -6 -10 -8

Размер на вируса 10 -6 -10 -8

Водороден атом диаметър 10 -10

Диаметър на атомното ядро ​​10 -15

Минимално разстояние,

на разположение днес за нашите измервания 10 -18

От тези данни може да се види, че съотношението на най -големия към най -малкия размер, наличен за днешния експеримент, е 44 порядъка. С развитието на науката това отношение непрекъснато се увеличава и ще продължи да расте с натрупването на нови знания за света около нас. В крайна сметка „нашият свят е само училище, в което се учим да се учим“, казва френският философ хуманист Мишел Монтен (1533-1592).

Структурността е присъща на Вселената на различни нива, от конвенционално елементарни частици до гигантски суперклъстери от галактики. Съвременната структура на Вселената е резултат от космическата еволюция, по време на която се образуват галактики от протогалактики, звезди от протозвезди и планети от протопланетни облаци.

1.3 Модел на гореща експлозия

Според космологичния модел на Фридман -Лемайтър Вселената е възникнала по времето на Големия взрив - преди около 20 милиарда години, а нейното разширяване продължава и до днес, като постепенно се забавя. В първия миг на експлозията материята на Вселената имаше безкрайна плътност и температура; такова състояние се нарича сингулярност. Според общата теория на относителността гравитацията не е реална сила, а кривина на пространството-време: колкото по-голяма е плътността на материята, толкова по-силна е кривината. В момента на първоначалната особеност кривината също беше безкрайна. Можете да изразите безкрайната кривина на пространството-време с други думи, като кажете, че в началния момент материята и пространството избухнаха едновременно навсякъде във Вселената. С увеличаването на обема на пространството на разширяващата се Вселена плътността на материята в нея намалява.

С. Хокинг и Р. Пенроуз доказаха, че в миналото със сигурност е имало единично състояние, ако общата теория на относителността е приложима за описване на физическите процеси в много ранната Вселена. За да се избегне катастрофална особеност в миналото, е необходимо значително да се промени физиката, например, като се приеме възможността за спонтанно непрекъснато създаване на материя, както е в теорията за неподвижна Вселена. Но астрономическите наблюдения не дават никаква основа за това. Колкото по -ранни събития разглеждаме, толкова по -малък е бил техният пространствен мащаб; с приближаването на началото на разширяването хоризонтът на наблюдателя се свива (фиг. 1).

Ориз. 1. Илюстрация на модели на Големия взрив

В първите моменти мащабът е толкова малък, че вече нямаме право да прилагаме обща теория на относителността: квантовата механика е необходима за описване на явления в толкова малък мащаб. Но квантовата теория на гравитацията все още не съществува, така че никой не знае как се развиват събитията до 10-43 s, наречени Планково време (в чест на бащата на квантовата теория). В този момент плътността на материята достигна невероятна стойност от 1090 кг / см 3, което не може да се сравни не само с плътността на телата около нас (по -малко от 10 г / см 3), но дори и с плътността на атомно ядро ​​(около 1012 кг / см 3) - най -високата плътност, налична в лабораторията. Следователно за съвременната физика началото на разширяването на Вселената е времето на Планк.

Има три основни типа модели на Големия взрив: стандартният отворен модел, стандартният затворен модел и моделът Lemaitre. Времето се нанася хоризонтално, докато вертикалата е разстоянието между всякакви две галактики, които са достатъчно отдалечени една от друга (за да се изключи тяхното взаимодействие). Кръгът бележи нашата ера. Ако Вселената винаги се разширяваше с текущата скорост, изразена от константата на Хъбъл Н, тогава тя щеше да започне преди около 20 милиарда години и да продължи, както е показано от диагоналната пунктирана линия. Ако разширяването се забави, както в отворен модел на пространствено неограничен свят или в затворен модел на ограничен свят, тогава възрастта на Вселената е по -малка от 1 / H. Затвореният модел има най -малката възраст, чието разширяване бързо се забавя и се заменя с компресия. Моделът на Lemaitre описва Вселена, която е значително по -стара от 1 / H, тъй като има дълъг период в нейната история, когато почти няма разширяване. Моделът Lemaitre и отвореният модел описват вселена, която винаги ще се разширява.

Именно при такива условия на невъобразимо висока температура и плътност се случва раждането на Вселената. Нещо повече, това би могло да бъде раждане в буквалния смисъл: някои космолози (да речем, Я. Б. Зелдович в СССР и Л. Паркър в САЩ) вярват, че частиците и гама фотоните са родени в тази ера от гравитационното поле. От гледна точка на физиката този процес би могъл да се осъществи, ако особеността е анизотропна, т.е. гравитационното поле е нехомогенно. В този случай приливните гравитационни сили биха могли да „измъкнат“ реални частици от вакуума, като по този начин създадат субстанцията на Вселената. Изучавайки процесите, настъпили непосредствено след Големия взрив, ние разбираме, че нашите физически теории все още са много несъвършени. Топлинната еволюция на ранната Вселена зависи от производството на масивни елементарни частици - адрони, за които ядрената физика все още знае малко. Много от тези частици са нестабилни и краткотрайни.

Швейцарският физик Р. Хагедорн вярва, че може да има много адрони с нарастващи маси, които биха могли да се образуват в изобилие при температура от порядъка на 10 12 K, когато гигантската плътност на радиацията доведе до производството на адронни двойки, състоящи се от частица и античастица. Този процес би трябвало да ограничи повишаването на температурата в миналото. Според друга гледна точка, броят на типовете масивни елементарни частици е ограничен, така че температурата и плътността по време на адронната ера трябваше да достигнат безкрайни стойности. По принцип това би могло да бъде проверено: ако съставните адрони - кварките - са стабилни частици, тогава определен брой кварки и антикварки трябва да са оцелели от тази гореща епоха. Но търсенето на кварки беше напразно; най -вероятно те са нестабилни.

След първата милисекунда от разширяването на Вселената силното (ядрено) взаимодействие престана да играе решаваща роля в нея: температурата спадна толкова много, че атомните ядра престанаха да се разрушават. По -нататъшните физични процеси се определят от слабото взаимодействие, отговорно за производството на леки частици - лептони (т.е. електрони, позитрони, мезони и неутрино) под действието на топлинна радиация... Когато в процеса на разширяване температурата на радиация спадна до около 10 10 K, лептонните двойки престанаха да се произвеждат, почти всички позитрони и електрони се унищожават; имаше само неутрино и антинейтрино, фотони и няколко протона и неутрона, запазени от предишната епоха. Така приключи лептонната ера. Следващата фаза на разширяване - ерата на фотоните - се характеризира с абсолютно преобладаване на топлинното излъчване. За всеки останал протон или електрон има милиард фотони. Отначало това бяха гама кванти, но с разширяването на Вселената те загубиха енергия и станаха рентгенови, ултравиолетови, оптични, инфрачервени и накрая, сега те се превърнаха в радио кванти, които приемаме като фоново (реликтово) радиоизлъчване на черно тяло .

1.4 Нерешени проблеми на космологията на Големия взрив

Има 4 проблема, които сега са изправени пред космологичния модел на Големия взрив.

1. Проблемът за сингулярността: много хора се съмняват в приложимостта на общата теория на относителността, която дава особеност в миналото. Предлагат се алтернативни космологични теории, свободни от особености.

2. Тясно свързан със сингулярността е проблемът за изотропията на Вселената. Изглежда странно, че експанзията, която започна с единично състояние, се оказа толкова изотропна. Не е изключено обаче, че първоначално анизотропното разширение постепенно става изотропно под действието на дисипативни сили.

3. Хомогенна в най -големите мащаби, в по -малки мащаби, Вселената е много хетерогенна (галактики, купове галактики). Трудно е да се разбере как само гравитацията би могла да създаде такава структура. Затова космолозите изучават възможностите за нехомогенни модели на Големия взрив.

4. И накрая, човек може да попита, какво е бъдещето на Вселената? За да отговорите, трябва да знаете средната плътност на материята във Вселената. Ако тя надвишава определена критична стойност, тогава геометрията на пространството-време е затворена и в бъдеще Вселената със сигурност ще се свие. Затворената Вселена няма граници, но обемът й е ограничен. Ако плътността е под критичната, тогава Вселената е отворена и ще се разширява завинаги. Отворената вселена е безкрайна и има само една особеност в началото. Досега наблюденията са в по -добро съгласие с модела на отворената вселена. Произходът на мащабната структура. Космолозите имат две противоположни гледни точки по този проблем. Най -радикалното е, че в началото имаше хаос. Разширяването на ранната Вселена е изключително анизотропно и нехомогенно, но след това дисипативните процеси изглаждат анизотропията и приближават разширяването до модела на Фридман-Лемайтър. Съдбата на неоднородностите е много любопитна: ако амплитудата им беше голяма, тогава те неизбежно трябваше да се срутят в черни дупки с маса, определена от хоризонта на настоящия момент. Образуването им може да започне точно от времето на Планк, така че Вселената да може да има много малки черни дупки с маси до 10-5 г. Въпреки това С. Хокинг показва, че "мини-дупките" трябва, като излъчват, да загубят масата си, и преди епоха, само черни дупки с маси над 10 16 g биха могли да оцелеят, което съответства на масата на малка планина.

Първичният хаос може да съдържа смущения от всякакъв мащаб и амплитуда; най -големите от тях под формата на звукови вълни биха могли да оцелеят от ерата на ранната Вселена до ерата на радиацията, когато материята е все още достатъчно гореща, за да излъчва, поглъща и разсейва радиация. Но с края на тази ера охладената плазма се рекомбинира и престава да взаимодейства с радиацията. Налягането и скоростта на звука в газа спаднаха, в резултат на което звуковите вълни се превърнаха в ударни вълни, компресираха газа и го накараха да се срути в галактики и купове. В зависимост от вида на началните вълни изчисленията предвиждат много различна картина, която не винаги съответства на наблюдаваната. За да избирате между възможни вариантикосмологични модели, важна е една философска идея, известна като антропния принцип: от самото начало Вселената е трябвало да притежава такива свойства, които позволяват на галактики, звезди, планети и интелигентен живот върху тях да се образуват в нея. В противен случай нямаше да има кой да се занимава с космология. Алтернативна гледна точка е, че за оригиналната структура на Вселената не може да се научи нищо повече от това, което дават наблюденията. Според този консервативен подход младата вселена не може да се счита за хаотична, тъй като сега е много изотропна и хомогенна. Тези отклонения от еднородността, които наблюдаваме под формата на галактики, биха могли да нараснат под въздействието на гравитацията от малки неравности на първоначалната плътност. Изследванията на мащабното разпределение на галактиките (главно от Дж. Пийбълс от Принстън) обаче не подкрепят тази идея. Друга интересна възможност е, че групи от черни дупки, родени в адронната ера, биха могли да бъдат първоначалните колебания за образуването на галактики. Отворена или затворена е Вселената? Най -близките галактики се отдалечават от нас със скорост, пропорционално на разстоянието; но по -отдалечените не се подчиняват на тази зависимост: движението им показва, че разширяването на Вселената се забавя с времето. В затворен модел на Вселената под действието на гравитацията разширяването в определен момент спира и се заменя със свиване (фиг. 2), но наблюденията показват, че забавянето на галактиките все още не е толкова бързо, че да настъпи пълно спиране.

Хоризонталните линии маркират характерните моменти на еволюцията, а триъгълниците, отсечени от тях, показват района на Вселената, достъпен за наблюдателя в този момент. Колкото повече време е минало от началото на разширяването, толкова по -голяма площ става достъпна за наблюдение. В момента светлината идва при нас от звезди, квазари и галактически струпвания, намиращи се на милиарди светлинни години, но в ранните епохи наблюдателят може да види много по-малък регион на Вселената. В различни епохи доминираха различни форми на материята: въпреки че доминира материята на атомни ядра (нуклони), преди това, когато Вселената беше гореща, радиацията (фотони) доминираше, а още по -рано - леки елементарни частици (лептони) и тежки (адрони) ).

Фигура 2 - Стандартният модел на големия взрив: времето се нанася вертикално, а разстоянията - хоризонтално.

За да бъде затворена Вселената, средната плътност на материята в нея трябва да надвишава определена критична стойност. Оценките за плътността на видимата и невидимата материя са много близки до тази стойност. Разпределението на галактиките в космоса е много разнородно. Нашата местна група галактики, която включва Млечния път, мъглявината Андромеда и няколко по -малки галактики, се намира в периферията на огромна галактическа система, известна като Свръхклъстер Дева, чийто център съвпада с куп галактики Дева. Ако средната плътност на света е висока и Вселената е затворена, тогава трябва да се наблюдава силно отклонение от изотропното разширение, причинено от привличането на нашата и съседните галактики към центъра на Свръхкластъра. В отворена вселена това отклонение е незначително. Наблюденията са по -скоро в съответствие с отворения модел. Голям интерес за космолозите представлява съдържанието в космическата материя на тежкия изотоп на водород - деутерий, който се образува по време на ядрени реакциив първите моменти след Големия взрив. Съдържанието на деутерий се оказа изключително чувствително към плътността на материята в онази епоха, а следователно и в нашата. "Деутериевият тест" обаче не е лесен за провеждане, защото е необходимо да се изследва първичната материя, която не е била във вътрешността на звездите от момента на космологичния синтез, където деутерият лесно изгаря. Изследването на изключително далечни галактики показа, че съдържанието на деутерий съответства на ниската плътност на материята и следователно на отворения модел на Вселената.

Заключение

Космологичните модели водят до заключението, че съдбата на разширяващата се Вселена зависи само от средната плътност на веществото, което я запълва, и от стойността на константата на Хъбъл. Ако средната плътност е равна или под някаква критична плътност, разширяването на Вселената ще продължи завинаги. Ако плътността се окаже по -висока от критичната, тогава рано или късно разширяването ще спре и ще бъде заменено с компресия.

В този случай Вселената ще се свие до размера, който е трябвало да има в началото, отстъпвайки място на явление, наречено Голямо компресиране.

Нека изброим основните модели на Вселената: Моделът на Де Ситър: моделът на разширяващата се Вселена, предложен през 1917 г., в който няма материя или излъчване. Тази нереалистична хипотеза беше исторически значима, тъй като тя беше първата, която представи идеята за разширяваща се, а не за статична вселена; Модел на Lemaitre: Модел на Вселената, който започва с Голям взрив, последван от статична фаза, последвана от безкрайно разширяване. Моделът е кръстен на J. Lemaitre (1894-1966),

Модел на разширяваща се вселена без обща теория на относителността, предложен през 1948 г. от Едуард Милн. Това е разширяваща се, изотропна и хомогенна вселена. не съдържа вещество. Той има отрицателна кривина и не е затворен.

Модел на Фридман: Модел на Вселената, който може да се срути навътре. През 1922 г. съветският математик А. А. Фридман (Александър Фридман, 1888-1925), анализирайки уравненията на общата теория на относителността

Вселената на Фридман може да бъде затворена, ако плътността на материята в нея е достатъчно голяма, за да спре разширяването. Този факт доведе до търсенето на т. Нар. Липсваща маса. Впоследствие заключенията на Фридман бяха потвърдени в астрономически наблюдения, които откриха в спектрите на галактиките така нареченото червено изместване на спектралните линии, което съответства на взаимното разстояние на тези звездни системи.

Модел на Айнщайн-де Ситтер: Най-простият от съвременните космологични модели, при които Вселената има нулево налягане, нулева кривина (т.е. плоска геометрия) и безкрайна степен и нейното разширяване не е ограничено в пространството и времето. Предложен през 1932 г., този модел е специален случай (при нулева кривина) на по -общата вселена на Фридман.

2. Каква е същността на процесите на самоорганизация в живата и неживата природа?

Всички обекти от жива и нежива природа могат да бъдат представени под формата на определени системи със специфични характеристики и свойства, които характеризират тяхното ниво на организация. Като се вземе предвид нивото на организация, може да се разгледа йерархията на организационните структури на материални обекти от жива и нежива природа. Такава йерархия на структурите започва с елементарни частици, които представляват първоначалното ниво на организация на материята, и завършва с живи организации и общности - най -високите нива на организация.

В момента в областта на фундаменталната теоретична физика се разработват концепции, според които обективно съществуващият свят не се ограничава до материалния свят, възприеман от нашите сетива или физически устройства. Авторите на тези концепции стигнаха до следното заключение: наред с материалния свят съществува реалност от по -висок ред, която има коренно различен характер в сравнение с реалността материалния свят.

Изучаването на материята и нейните структурни нива е необходимо условие за формирането на мироглед, независимо дали в крайна сметка той се оказва материалистичен или идеалистичен.

Съвсем очевидно е, че ролята на дефинирането на понятието материя, разбирането на последната като неизчерпаема за конструиране научна картинана света, решавайки проблема за реалността и разпознаваемостта на обекти и явления от микро, макро и мега светове.

Под организацията на системата имаме предвид промяната в структурата на системата, която осигурява последователно поведение, или функционирането на системата, което се определя от външните условия.

Ако под промяна в организацията имаме предвид промяна в метода на свързване (или свързване) на подсистеми, които образуват система, тогава явлението самоорганизация може да бъде определено като такава неизбежна промяна в системата и нейните функции, която настъпва извън всякакви допълнителни влияния, поради взаимодействието на системата с условията на съществуване и се доближава до някакво относително стабилно състояние.

Под самоорганизация имаме предвид промяна в структурата, която осигурява последователност на поведението поради наличието на вътрешни връзки и връзки с външна среда.

Самоорганизацията е естествено-научен израз на процеса на самостоятелно движение на материята. Способността за самоорганизация се притежава от системи от жива и нежива природа, както и от изкуствени системи. Специфична конфигурация на структура съществува само при строго определени условия и в определен момент от „движението“ на сложна система. Динамиката на развитието на системите води до последователна промяна в техните структури.

Естествената промяна в структурата на системата в съответствие с историческите промени във взаимоотношенията с външната среда се нарича еволюция.
Промяна на структурата на сложна система в процеса на нейното взаимодействие с заобикаляща среда- това е проява на свойството на откритост като увеличаване на възможностите за излизане към новото. От друга страна, промяната в структурата на сложна система осигурява разширяване на условията на живот, свързани с по -сложна организация и увеличаване на жизнената активност, т.е. придобиването на устройства с по -общ смисъл, позволяващи установяване на връзки с нови аспекти на външната среда.

Самоорганизацията се характеризира с появата на вътрешно координирано функциониране поради вътрешни връзки и връзки с външната среда. Освен това понятията за функция и структура на системата са тясно взаимосвързани; системата е организирана, т.е. променя структурата с цел изпълнение на функцията.

Структурността и системната организация на материята са сред най -важните й атрибути, изразяват подредеността на съществуването на материята и онези специфични форми, в които тя се проявява.

Структурата на материята обикновено се разбира като нейната структура в макрокосмоса, т.е. съществуване под формата на молекули, атоми, елементарни частици и т.н. Това се дължи на факта, че човек е макроскопично същество и макроскопичните скали са му познати, поради което понятието структура обикновено се свързва с различни микро обекти.

Но ако разглеждаме материята като цяло, тогава концепцията за структурата на материята ще обхваща и макроскопични тела, всички космически системи на мегасвета и във всякакви произволно големи пространствено-времеви скали. От тази гледна точка понятието „структура” се проявява във факта, че тя съществува под формата на безкрайно разнообразие от интегрални системи, тясно свързани помежду си, както и в подредеността на структурата на всяка система. Такава структура е безкрайна в количествено и качествено отношение.

Проявите на структурната безкрайност на материята са:

- неизчерпаемост на обекти и процеси на микросвета;

- безкрайност на пространството и времето;

- безкрайност от промени и развитие на процесите.

От цялото разнообразие от форми на обективна реалност, само крайната област на материалния свят остава емпирично достъпна, която сега се простира в мащаб от 10 -15 до 10 28 cm, а във времето - до 2 × 10 9 години .

Структурността и системната организация на материята са сред най -важните й атрибути. Те изразяват подредеността на съществуването на материята и тези на нейните специфични форми, в които тя се проявява.

Материалният свят е един: имаме предвид, че всички негови части - от неодушевени предмети до живи същества, от небесни телакъм човек като член на обществото - по някакъв начин са свързани.

Системата е нещо, което е свързано по определен начин помежду си и подлежи на съответните закони.

Системите са обективно съществуващи и теоретични, или концептуални, т.е. съществува само в съзнанието на човек.

Системата е вътрешен или външен подреден набор от взаимосвързани и взаимодействащи елементи.

Подредеността на множеството предполага наличието на закономерни взаимоотношения между елементите на системата, което се проявява под формата на закони на структурната организация. Всички естествени системи, които възникват в резултат на взаимодействието на телата и естественото саморазвитие на материята, имат вътрешен ред. Външното е характерно за изкуствените системи, създадени от човека: технически, производствени, концептуални и др.

Структурните нива на материята се образуват от определен набор от обекти от всякакъв клас и се характеризират със специален тип взаимодействие между съставните им елементи.

Критериите за разграничаване между различните структурни нива са следните характеристики:

- пространствено-времеви скали;

- набор от най -важните свойства;

- специфични закони на движение;

- степента на относителна сложност, която възниква в процеса историческо развитиематерия в дадена област на света;

- някои други знаци.

Понастоящем известните структурни нива на материята могат да бъдат разграничени въз основа на горните критерии в следните области.

1. Микрокосмос. Те включват:

- елементарни частици и атомни ядра - площ от порядъка на 10 - 15 cm;

- атоми и молекули 10 –8 –10 –7 cm.

Микрокосмосът е молекули, атоми, елементарни частици -светът на изключително малки, неподлежащи на пряко наблюдение микрообекти, чието пространствено разнообразие се изчислява от 10 -8 до 10 -16 cm, а времето на живот -от безкрайността до 10 - 24 с.

2. Макрокосмос: макроскопични тела 10 -6 -10 7 cm.

Макрокосмосът е светът на стабилни форми и размери, съизмерими с човека, както и кристални комплекси от молекули, организми, общности от организми; светът на макрообектите, чието измерение е сравнимо с мащаба на човешкия опит: пространствените количества се изразяват в милиметри, сантиметри и километри, а времето - в секунди, минути, часове, години.

Megaworld е планета, звездни комплекси, галактики, метагалактики - свят с огромни космически мащаби и скорости, разстоянието на което се измерва в светлинни години, а животът на космическите обекти - в милиони и милиарди години.

И въпреки че тези нива имат свои собствени специфични закони, микро-, макро- и мегасветовете са тясно свързани помежду си.

3. Megaworld: космически системи и неограничени мащаби до 1028 cm.

Различните нива на материята се характеризират с различни видовевръзки.

В скала 10-13 см - силни взаимодействия, целостта на ядрото се осигурява от ядрени сили.


Целостта на атомите, молекулите, макротелата се осигурява от електромагнитни сили.


1. В космически мащаб - гравитационни сили.
   

   С увеличаване на размера на обектите, енергията на взаимодействие намалява. Ако вземем енергията на гравитационното взаимодействие като единица, тогава електромагнитното взаимодействие в атома ще бъде 1039 пъти по -голямо, а взаимодействието между нуклоните - частиците, които изграждат ядрото - ще бъде 1041 пъти по -голямо. Колкото по -малък е размерът на материалните системи, толкова по -здраво техните елементи са свързани помежду си.
   

   Разделянето на материята на структурни нива е относително. На наличните пространствено-времеви скали структурата на материята се проявява в нейната системна организация, съществуване под формата на множество йерархично взаимодействащи системи, вариращи от елементарни частици до метагалактиката.
   

   Говорейки за структурността - вътрешното разчленяване на материалното съществуване, може да се отбележи, че колкото и широк да е обхватът на мирогледа на науката, той е тясно свързан с откриването на все повече и повече нови структурни образувания. Например, ако по -рано изгледът на Вселената беше затворен от Галактиката, след това разширен до система от галактики, сега Метагалактиката се изучава като специална система със специфични закони, вътрешни и външни взаимодействия.
   

   В съвременната наука методът е широко използван структурен анализ, който отчита консистенцията на изследваните обекти. В крайна сметка структурността е вътрешното разчленяване на материалното съществуване, начинът на съществуване на материята. Структурните нива на материята се образуват от определен набор от обекти от всякакъв вид и се характеризират със специален начин на взаимодействие между съставните им елементи, по отношение на трите основни сфери на обективната реалност, тези нива изглеждат по следния начин (таблица).
   

   Таблица - Структурни нива на материята
   

   Неорганична природа	Жива природа	Общество
   Субмикроелементи	Биологичен макромолекулен	Индивидуален
   Микроелемент	Клетъчен	Семейство
   Ядрена	Микроорганични	Колективи
   Атомна	Органи и тъкани	Големи социални групи (класи, нации)
   Молекулярно	Целият организъм	Държава (гражданско общество)
   Макро ниво	Населения	Държавни системи
   Мега ниво (планети, звездно-планетарни системи, галактики)	Биоценоза	Човечеството като цяло
   Мега ниво (метагалактика)	Биосфера	Ноосфера

   Всяка от сферите на обективната реалност включва редица взаимосвързани структурни нива. В рамките на тези нива координационните отношения са доминиращи, а между нивата - подчинени.
   

   Систематичното изследване на материални обекти включва не само установяването на методи за описание на взаимоотношения, връзки и структурата на набор от елементи, но и подбор на тези от тях, които са системообразуващи, т.е. осигуряват отделно функциониране и развитие на системата. Системният подход към материалните формации предполага възможността за по -добро разбиране на разглежданата система високо ниво... Системата обикновено се характеризира с йерархична структура, т.е. последователно включване на система от по -ниско ниво в система от по -високо ниво.
   

   По този начин структурата на материята на ниво неодушевена природа (неорганична) включва елементарни частици, атоми, молекули (обекти от микросвета, макрообекти и обекти от мегасвета: планети, галактики, системи от метагалактики и др.). Метагалактиката често се идентифицира с цялата Вселена, но Вселената се разбира в най -широкия смисъл на думата, тя е идентична с целия материален свят и движещата се материя, която може да включва много метагалактики и други космически системи.
   

   Дивата природа също е структурирана. Той подчертава биологичното и социалното ниво. Биологичното ниво включва поднива:
   

   - макромолекули ( нуклеинова киселина, ДНК, РНК, протеини);
   

   – клетъчно ниво;
   

   - микроорганични ( едноклетъчни организми);
   

   - органи и тъкани на тялото като цяло;
   

   - население;
   

   - биоценотичен;
   

   - биосфера.
   

   Основните концепции на това ниво на последните три поднива са концепциите за биотоп, биоценоза, биосфера, които изискват обяснение.
   

   Биотопът е колекция (общност) от индивиди от един и същи вид (например глутница вълци), които могат да се кръстосват и да възпроизвеждат себе си (популации).
   

   Биоценозата е съвкупност от популации от организми, в които отпадъчните продукти на някои са условията за съществуването на други организми, обитаващи земя или водна площ.
   

   Биосферата е глобална система от живот, тази част от географската среда (долната част на атмосферата, горната част на литосферата и хидросферата), която е местообитание на живите организми, осигуряващи необходимите условия за тяхното оцеляване ( температура, почва и др.), образувани в резултат на взаимодействие биоценози.
   

   Общата основа на живота на биологично ниво - органичният метаболизъм (обмен на материя, енергия и информация с околната среда) - се проявява на всяко от подчертаните поднива:
   

   - на ниво организми метаболизмът означава асимилация и дисимилация чрез вътреклетъчни трансформации;
   

   - на ниво екосистеми (биоценоза), тя се състои от верига от трансформации на вещество, първоначално асимилирано чрез продуциране на организми чрез посредничеството на потребителски организми и разрушителни организми, принадлежащи към различни видове;
   

   - на нивото на биосферата има глобална циркулация на материя и енергия с прякото участие на фактори от космически мащаб.
   

   На определен етап от развитието на биосферата възникват специални популации от живи същества, които поради своята работоспособност са формирали своеобразно ниво - социално. В структурен аспект социалната реалност е разделена на поднива: индивиди, семейства, различни колективи (производство), социални групи и т.н.
   

   Структурното ниво на социална активност е в двусмислена линейна връзка помежду си (например нивото на нациите и нивото на държавите). Преплитането на различни нива в обществото поражда идеята за господството на случайността и хаоса в социалната дейност. Но внимателният анализ разкрива наличието на фундаментални структури в него - основните сфери на социалния живот, които са материално -производствена, социална, политическа, духовна сфери, които имат свои собствени закони и структури. Всички те в определен смисъл са подчинени като част от социално-икономическата формация, дълбоко структурирани и определят генетичното единство на социалното развитие като цяло.
   

   Така всяка от трите области на материалната реалност се формира от редица специфични структурни нива, които са в строг ред в рамките на определена област на реалността.
   

   Преходът от една област в друга е свързан с усложняването и увеличаването на набора от формирани фактори, които гарантират целостта на системите. Във всяко от структурните нива съществуват отношения на подчинение ( молекулярно нивовключва атомни, а не обратното). Закономерностите на новите нива не се свеждат до закономерностите на нивата, на базата на които са възникнали, и са водещи за дадено ниво на организация на материята. Структурна организация, т.е. последователност, е начин на съществуване на материята.
   

   Хипотезата за многовалентен модел на Вселената

   Предговор от автора на сайта:на читателите на сайта „Знанието е сила“ се предлагат фрагменти от 29 -та глава на книгата „Спомени“ на Андрей Дмитриевич Сахаров. Академик Сахаров говори за работата в областта на космологията, която е извършил, след като започна активно да се занимава с правозащитни дейности - по -специално в изгнание в Горки. Този материал представлява безспорен интерес по темата "Вселена", обсъдена в тази глава на нашия сайт. Ще се запознаем с хипотезата за многовалентен модел на Вселената и други проблеми на космологията и физиката. ... И, разбира се, нека си припомним нашето скорошно трагично минало.

   Академик Андрей Дмитриевич САХАРОВ (1921-1989).

   В Москва през 70 -те години и в Горки продължих опитите си да изучавам физика и космология. През тези години не успях да предложа съществено нови идеи и продължих да развивам тези насоки, които вече бяха представени в моите творби от 60 -те години (и описани в първата част на тази книга). Това вероятно е мнозинството от повечето учени, след като достигнат определена възрастова граница за тях. Не губя обаче надежда, че може би нещо друго ще ми „мигне“. В същото време трябва да кажа, че простото наблюдение на научния процес, в който вие самите не участвате, но знаете какво е какво, доставя дълбока вътрешна радост. В този смисъл не съм „алчен“.

   През 1974 г. го направих, а през 1975 г. публикувах доклад, в който развих идеята за нулевия лагранжиан на гравитационното поле, както и методите за изчисление, които използвах в предишни работи. В същото време се оказа, че стигнах до метода, предложен преди много години от Владимир Александрович Фок, а след това и от Джулиан Швингер. Моето заключение и самият начин на изграждане, методите бяха напълно различни. За съжаление не можах да изпратя работата си на Фок - той почина точно тогава.

   Впоследствие открих някои грешки в статията си. В него въпросът остава неясен до края дали „индуцираната гравитация“ (съвременният термин, използван вместо термина „нулев лагранжиан“) дава правилния знак на гравитационната константа във всеки от вариантите, които разгледах.<...>

   Три доклада - един публикуван преди експулсирането ми и два след изгонването ми - са посветени на космологичните проблеми. В първата работа обсъждам механизмите на появата на барионна асиметрия. Може би интерес представляват общите съображения относно кинетиката на реакциите, водещи до барионната асиметрия на Вселената. Но конкретно в тази работа аз разсъждавам в рамките на старото си предположение за наличието на „комбиниран“ закон за запазване (сумата от броя на кварците и лептоните се запазва). Вече написах в първата част на мемоарите си как стигнах до тази идея и защо сега я считам за грешна. Като цяло тази част от работата ми се струва неуспешна. Много повече харесвам частта от работата, за която пиша многолистов модел на Вселената ... Говорим за предположението, че космологичното разширяване на Вселената се заменя със свиване, след това ново разширение по такъв начин, че циклите на свиване - разширение се повтарят безкраен брой пъти... Подобни космологични модели отдавна привличат вниманието. Различни автори са ги наричали "Пулсиращо"или "Осцилиращ"модели на Вселената. Терминът ми харесва повече "Многолистов модел" ... Изглежда по -изразително, повече в съответствие с емоционалния и философски смисъл на грандиозната картина на многократното повтаряне на циклите на живота.

   Докато се предполагаше запазване, многовалентният модел се срещаше с непреодолима трудност, произтичаща от един от основните закони на природата - вторият закон на термодинамиката.

   Отстъпление. В термодинамиката се въвежда определена характеристика на състоянието на телата, т.нар. Баща ми веднъж си спомни една стара научно -популярна книга, наречена „Кралицата на света и нейната сянка“. (За съжаление забравих кой е авторът на тази книга.) Кралицата, разбира се, е енергия, а сянката е ентропия. За разлика от енергията, за която има закон за запазване, за ентропията вторият закон на термодинамиката установява закона за увеличаване (по-точно за неспадане). Процесите, при които общата ентропия на телата не се променя, се наричат ​​(считат) за обратими. Пример за обратим процес - механично движениебез триене. Обратимите процеси са абстракция, ограничаващ случай на необратими процеси, придружени от увеличаване на общата ентропия на телата (по време на триене, топлообмен и т.н.). Математически ентропията се определя като стойност, чието увеличение е равно на топлинния приток, разделен на абсолютната температура (допълнително се взема - по -точно следва от основни принципи, - че ентропията при абсолютна нулева температура и ентропията на вакуума са равни на нула).

   Числов пример за яснота. Тяло с температура 200 градуса отделя 400 калории по време на топлообмена към второ тяло, което има температура от 100 градуса. Ентропията на първото тяло е намаляла с 400/200, т.е. с 2 единици, а ентропията на второто тяло се увеличава с 4 единици; Общата ентропия се е увеличила с 2 единици, в съответствие с изискването на втория принцип. Обърнете внимание, че този резултат е следствие от факта, че топлината се прехвърля от по -горещо тяло към по -студено.

   Увеличаването на общата ентропия по време на неравновесни процеси в крайна сметка води до нагряване на веществото. Нека се обърнем към космологията, към многолистовите модели. Ако в този случай приемем, че броят на барионите ще бъде фиксиран, тогава ентропията за барион ще се увеличава за неопределено време. Веществото ще се нагрява неограничено с всеки цикъл, т.е. условията във Вселената няма да се повторят!

   Трудността се елиминира, ако се откажем от предположението за запазване на барионния заряд и приемем, в съответствие с моята идея от 1966 г. и последващото му развитие от много други автори, че барионният заряд произтича от „ентропия“ (т.е. неутрален гореща материя) в ранните етапи на космологичното разширяване на Вселената. В този случай броят на произведените бариони е пропорционален на ентропията при всеки цикъл на разширяване - свиване, т.е. условията за еволюция на материята, образуването на структурни форми могат да бъдат приблизително еднакви във всеки цикъл.

   За първи път въведох термина „многолистов модел“ през 1969 г.. В последните си статии използвам същия термин в малко по -различен смисъл; Споменавам това тук, за да избегна недоразумения.

   В първата от последните три статии (1979 г.) се разглежда модел, при който пространството се приема средно равно. Предполага се също, че космологичната константа на Айнщайн не е нула и отрицателна (въпреки че е много малка по абсолютна стойност). В този случай, както показват уравненията на теорията на гравитацията на Айнщайн, космологичното разширение е неизбежно заменено от свиване. Нещо повече, всеки цикъл напълно повтаря предишния по отношение на неговите средни характеристики. От съществено значение е моделът да е пространствено плосък. Наред с плоската геометрия (евклидова геометрия), следните две творби са посветени на разглеждането на геометрията на Лобачевски и геометрията на хиперсферата (триизмерен аналог на двуизмерна сфера). В тези случаи обаче възниква друг проблем. Увеличаването на ентропията води до увеличаване на радиуса на Вселената в съответните моменти на всеки цикъл. Екстраполирайки към миналото, откриваме, че всеки даден цикъл може да бъде предшестван само от ограничен брой цикли.

   В "стандартната" (едновалентна) космология има проблем: какво се е случило преди момента на максимална плътност? В многолистните космологии (с изключение на случая на пространствено плосък модел) този проблем не може да бъде избегнат - въпросът се отлага за момента на началото на разширяването на първия цикъл. Може да се приеме гледната точка, че началото на разширяването на първия цикъл или, в случай на стандартния модел, единствения цикъл, е Моментът на Създаването на света и следователно въпросът за това, което се е случило преди това е извън обхвата на научните изследвания. Въпреки това, може би точно както - или според мен, повече - е легитимен и ползотворен е подходът, който позволява неограничен брой Научно изследванематериалния свят и пространството - времето. В същото време очевидно няма място за Акта на сътворението, но основната религиозна концепция за божествения смисъл на Битието не е засегната от науката, лежи извън нея.

   Запознат съм с две алтернативни хипотези, свързани с обсъждания проблем. Един от тях, струва ми се, беше изразен за първи път от мен през 1966 г. и беше подложен на редица усъвършенствания в следващите творби. Това е хипотезата "завой на стрелата на времето". Тя е тясно свързана с така наречения проблем на обратимостта.

   Както вече писах, в природата няма напълно обратими процеси. Триене, пренос на топлина, излъчване на светлина, химична реакция, жизнените процеси се характеризират с необратимост, поразителна разлика между миналото и бъдещето. Ако стреляш по някакъв вид необратим процеси след това стартирайте филма в обратна посока, тогава ще видим на екрана нещо, което всъщност не може да се случи (например, маховик, въртящ се по инерция, увеличава скоростта на въртене, а лагерите се охлаждат). Количествено необратимостта се изразява в монотонно увеличаване на ентропията. В същото време атомите, електроните, атомните ядра и т.н., които са част от всички тела. се движат според законите на механиката (квантови, но тук това е незначително), които имат пълна обратимост във времето (в квантовата теория на полето - с едновременно CP отражение, виж първата част). Асиметрията на двете посоки на времето (наличието на „стрелата на времето“, както се казва) със симетрията на уравненията на движение отдавна привлича вниманието на създателите на статистическата механика. Обсъждането на този въпрос започна през последните десетилетия на миналия век и понякога беше доста бурно. Решението, което повече или по -малко удовлетворяваше всички, се състоеше в хипотезата, че асиметрията се дължи на първоначалните условия на движение и позицията на всички атоми и полета „в безкрайно далечното минало“. Тези първоначални условия трябва да бъдат „случайни“ в определен добре определен смисъл.

   Както предложих (през 1966 г. и по -ясно през 1980 г.), в космологичните теории, които имат различен момент във времето, тези случайни начални условияне към безкрайно далечното минало (t -> - ∞), а към тази отличителна точка (t = 0).

   След това автоматично в този момент ентропията има минимална стойност и когато се отдалечава от нея във времето напред или назад, ентропията се увеличава. Това съм нарекъл „завой на стрелата на времето“. Тъй като когато стрелката на времето се обърне, всички процеси, включително информацията (включително жизнените процеси), са обърнати, не възникват парадокси. Горните идеи за обръщането на стрелата на времето, доколкото знам, не са получили признание в научния свят. Но ми изглеждат интересни.

   Завъртането на стрелата на времето възстановява симетрията на двете посоки на времето в космологичната картина на света, присъща на уравненията на движение!

   През 1966-1967г. Предположих, че отражението на CPT се случва в точката на завъртане на стрелката на времето. Това предположение беше една от изходните точки на моята работа по асиметрията на барионите. Тук ще представя друга хипотеза (Киржниц, Линде, Гут, Търнър и други имаха ръка; тук притежавам само забележка, че стрелата на времето се върти).

   В съвременните теории се приема, че вакуумът може да съществува в различни състояния: стабилен, с висока точност на нулева енергийна плътност; и нестабилни, с огромна положителна енергийна плътност (ефективна космологична константа). Последното състояние понякога се нарича "фалшив вакуум".

   Едно от решенията на уравненията на общата теория на относителността за такива теории е следното. Вселената е затворена, т.е. във всеки момент представлява "хиперсфера" с краен обем (хиперсфера е триизмерен аналог на двуизмерна повърхност на сфера; триизмерно пространство). Радиусът на хиперсферата има минимална крайна стойност в определен момент от времето (ние я обозначаваме t = 0) и се увеличава с разстоянието от тази точка напред и назад във времето. Ентропията е равна на нула за фалшив вакуум (както за всеки вакуум като цяло) и с разстоянието от точката t = 0 напред или назад във времето се увеличава поради разпадането на фалшивия вакуум, преминавайки в стабилно състояние на истински вакуум. По този начин в точката t = 0 стрелката на времето се върти (но няма космологична CPT симетрия, която изисква безкрайно компресиране в точката на отражение). Точно както в случая на CPT симетрия, всички запазени заряди тук също са равни на нула (по тривиална причина - при t = 0, вакуумното състояние). Следователно в този случай също е необходимо да се приеме динамичният вид на наблюдаваната барионна асиметрия поради нарушение на CP инвариантността.

   Алтернативна хипотеза за праисторията на Вселената е, че всъщност няма една Вселена и не две (както - в смисъл на думата - в хипотезата за въртенето на стрелата на времето), а набор от коренно различни един от друг и произтичащи от някакво „първично“ пространство (или съставляващите го частици; това е може би просто друг начин за изразяването му). Други Вселени и първично пространство, ако има смисъл да се говори за това, могат по -специално, в сравнение с „нашата“ Вселена, да имат различен брой „макроскопични“ пространствени и времеви измерения - координати (в нашата Вселена има три пространствени и едновременни измерения; в други Вселени може да са различни!) Моля ви да не обръщате специално внимание на прилагателното „макроскопично“, затворено в кавички. Той е свързан с хипотезата за "уплътняване", според която повечето измервания са компактифицирани; затворен за себе си в много малък мащаб.

   
   Структурата на "Мега Вселената"

   Предполага се, че няма причинно -следствена връзка между различните вселени. Това оправдава тяхното тълкуване като отделни вселени. Наричам тази грандиозна структура "Мега-Вселена". Няколко автори са обсъждали варианти на такива хипотези. По -специално, хипотезата за многократно раждане на затворени (приблизително хиперсферични) Вселени се защитава от Я.Б. Зелдович.

   Идеите на Мега Вселената са изключително интересни. Може би истината се крие точно в тази посока. За мен в някои от тези конструкции обаче има една неяснота донякъде технически. Напълно приемливо е да се приеме, че условията в различните области на космоса са напълно различни. Но природните закони трябва непременно да са еднакви навсякъде и винаги. Природата не може да бъде като кралицата в „Алиса в страната на чудесата“ на Карол, която произволно промени правилата на играта на крокет. Битието не е игра. Съмненията ми са свързани с онези хипотези, които допускат прекъсване в непрекъснатостта на пространството-време. Допустими ли са такива процеси? Не са ли нарушение на природните закони в точките на разкъсване, а не на „условията на съществуване“? Повтарям, не съм сигурен дали това са основателни притеснения; може би отново, както и по въпроса за запазването на броя на фермионите, продължавам от твърде тясна гледна точка. В допълнение, хипотези са напълно възможни, когато раждането на Вселените става без нарушаване на приемствеността.

   Предположението, че раждането на много, а може би и на безкраен брой различни Вселени се случва спонтанно и че Вселената, която ни заобикаля, е отделена сред много светове именно чрез условието за възникване на живота и ума, се нарича "антропният принцип" (AP). Зелдович пише, че първото изследване на АП в контекста на известна за него разширяваща се Вселена принадлежи на Идлис (1958). В концепцията за многолистова Вселена антропният принцип също може да играе роля, но за избора между последователни цикли или техните региони. Тази възможност е обсъдена в моята работа "Многовалентни модели на Вселената". Една от трудностите на многолистовите модели е, че образуването на "черни дупки" и тяхното сливане толкова нарушава симетрията на етапа на компресия, че е напълно неясно дали условията на следващия цикъл са подходящи за образуването на силно организирани структури . От друга страна, при достатъчно дълги цикли протичат процесите на разпадане на барионите и изпаряване на черни дупки, което води до изглаждане на всички неоднородности по плътност. Предполагам, че комбинираното действие на тези два механизма - образуването на черни дупки и изравняването на неоднородностите - води до факта, че има последователна промяна на по -плавни и по -нарушени цикли. Предполага се, че нашият цикъл е предшестван от „гладък“ цикъл, по време на който не са се образували черни дупки. За определеност можем да разгледаме затворена Вселена с "фалшив" вакуум в точката на завъртане на стрелката на времето. Космологичната константа в този модел може да се счита за равна на нула, промяната на разширяването чрез компресия се случва просто поради взаимното привличане на обикновената материя. Продължителността на циклите се увеличава поради нарастването на ентропията при всеки цикъл и надвишава всеки даден брой (клони към безкрайност), така че условията за разпадане на протоните и изпаряване на "черни дупки" са изпълнени.

   Многовариантните модели дават отговор на т. Нар. Парадокс на големи числа (друго възможно обяснение е в хипотезата на Guth et al., Което предполага дълъг етап на „инфлация“, виж глава 18).

   
   Планета в покрайнините на далечен кълбовиден звезден куп. Изпълнител © Don Dixon

   Защо общ бройна протони и фотони във вселената с краен обем е толкова изключително голяма, въпреки че разбира се? И друга форма на този въпрос, отнасяща се до „отворената“ версия, - защо броят на частиците е толкова голям в този регион на безкрайния свят на Лобачевски, чийто обем е от порядъка на А3 (А е радиусът на кривината) ?

   Отговорът, даден от многолистовия модел, е много прост. Предполага се, че много цикли са преминали от момента t = 0, по време на всеки цикъл ентропията (т.е. броят на фотоните) се увеличава и съответно във всеки цикъл се генерира нарастващ барион. Съотношението на броя на барионите към броя на фотоните във всеки цикъл е постоянно, тъй като се определя от динамиката на началните етапи на разширяване на Вселената в даден цикъл. Общият брой цикли от момента t = 0 е точно такъв, че се получава наблюдаваният брой фотони и бариони. Тъй като увеличаването на техния брой се случва през геометрична прогресия, тогава за необходимия брой цикли получаваме дори не толкова голяма стойност.

   Страничен продукт от моята работа през 1982 г. е формула за вероятността от гравитационно сливане на черни дупки (използвайки оценката в книгата на Зелдович и Новиков).

   Още една възможност, или по-скоро сън, който е интригуващ за въображението, е свързан с многолистни модели. Може би високо организиран ум, развиващ се милиарди милиарди години по време на цикъл, намира начин да предаде в кодирана форма част от най -ценната информация, която има на своите наследници в следващите цикли, отделени от този цикъл във времето от период на свръх плътно състояние? .. Аналогия - предаване от живи същества от поколение на поколение генетична информация, "Компресиран" и кодиран в хромозомите на ядрото на оплодена клетка. Тази възможност, разбира се, е абсолютно фантастична и не посмях да пиша за нея в научни статии, но на страниците на тази книга си даде воля. Но дори и независимо от тази мечта, хипотезата за многовалентен модел на Вселената ми се струва важна в светогледа и философския план.

   Уважаеми посетители!

   Работата ви е деактивирана JavaScript... Моля, включете скриптовете в браузъра и ще видите пълната функционалност на сайта!

   Знаете ли, че наблюдаваната от нас вселена има доста определени граници? Свикнали сме да свързваме Вселената с нещо безкрайно и непонятно. но съвременната наукана въпроса за "безкрайността" на Вселената предлага напълно различен отговор на такъв "очевиден" въпрос.

   Според съвременните концепции размерът на наблюдаваната Вселена е приблизително 45,7 милиарда светлинни години (или 14,6 гигапарсека). Но какво означават тези числа?

   Първият въпрос, който идва на ум на обикновен човек- как Вселената изобщо не може да бъде безкрайна? Изглежда безспорно, че контейнерът на всичко, което съществува около нас, не трябва да има граници. Ако тези граници съществуват, какви са те?

   Да кажем, че някой астронавт е отлетял до границите на Вселената. Какво ще види пред себе си? Плътна стена? Пожарна бариера? И какво се крие зад него - празнотата? Друга Вселена? Но може ли празнотата или друга Вселена да означава, че сме на границата на Вселената? В крайна сметка това не означава, че няма „нищо“. Пустотата и другата Вселена също са „нещо“. Но Вселената е нещо, което съдържа абсолютно всичко „нещо“.

   Стигаме до абсолютно противоречие. Оказва се, че границата на Вселената трябва да крие от нас нещо, което не би трябвало да бъде. Или границата на Вселената трябва да огражда „всичко“ от „нещо“, но това „нещо“ също трябва да бъде част от „всичко“. Като цяло пълен абсурд. Тогава как учените могат да претендират за ограничаващия размер, маса и дори възраст на нашата Вселена? Тези стойности, макар и невъобразимо големи, все още са крайни. Спори ли науката с очевидното? За да се справим с това, нека първо проследим как хората са стигнали до съвременното разбиране за Вселената.

   Разширяване на границите

   

   От незапомнени времена човек се интересува какъв е светът около тях. Не е нужно да се дават примери за трите кита и други опити на древните да обяснят Вселената. Като правило, в крайна сметка всичко се свежда до факта, че основата на всичко съществуващо е земната твърд. Дори в древността и Средновековието, когато астрономите са имали обширни познания за законите, управляващи движението на планетите по "неподвижната" небесна сфера, Земята остава център на Вселената.

   Естествено, дори в Древна Гърция имаше такива, които вярваха, че Земята се върти около Слънцето. Имаше такива, които говореха за многото светове и безкрайността на Вселената. Но конструктивното оправдание на тези теории се появи едва в началото на научната революция.

   През 16 век полският астроном Николай Коперник прави първия голям пробив в познанието за Вселената. Той твърдо доказа, че Земята е само една от планетите, обикалящи около Слънцето. Такава система значително опрости обяснението на такова сложно и сложно движение на планетите в небесната сфера. В случай на неподвижна Земя, астрономите трябваше да измислят всякакви гениални теории, за да обяснят това поведение на планетите. От друга страна, ако се приеме, че Земята е подвижна, обяснението за такива сложни движения идва естествено. Така в астрономията се утвърждава нова парадигма, наречена "хелиоцентризъм".

   Много слънца

   

   Въпреки това, дори след това астрономите продължават да ограничават Вселената до „сферата на неподвижните звезди“. До 19 век те не можеха да преценят разстоянието до звездите. В продължение на няколко века астрономите безуспешно се опитват да открият отклонения в положението на звездите спрямо орбиталното движение на Земята ( годишни паралакси). Инструментите от онова време не позволяват такива точни измервания.

   Накрая, през 1837 г. руско-германският астроном Василий Струве измерва паралакса. Това бележи нова стъпка в разбирането на мащаба на пространството. Сега учените спокойно биха могли да кажат, че звездите са далечни прилики със Слънцето. И оттук нататък нашето светило не е центърът на всичко, а равностоен „обитател“ на безкрайния звезден куп.

   Астрономите са още по -близо до разбирането на мащаба на Вселената, защото разстоянията до звездите се оказаха наистина чудовищни. Дори размерът на орбитите на планетите изглеждаше незначителен в сравнение с това. След това беше необходимо да се разбере как са концентрирани звездите.

   Много Млечен път

   

   Известният философ Имануел Кант предвижда основите на съвременното разбиране за мащабната структура на Вселената още през 1755 г. Той предположи, че Млечният път е огромен въртящ се куп звезди. На свой ред много от наблюдаваните мъглявини са и по -далечни „млечни пътища“ - галактики. Въпреки това до 20 век астрономите се придържаха към факта, че всички мъглявини са източници на звездообразуване и са част от Млечния път.

   Ситуацията се промени, когато астрономите се научиха да измерват разстоянията между галактиките с помощта. Абсолютната яркост на звездите от този тип е строго зависима от периода на тяхната променливост. Сравнявайки абсолютната им яркост с видимата, е възможно да се определи разстоянието до тях с висока точност. Този метод е разработен в началото на 20 -ти век от Einar Herzsrung и Harlow Shelpy. Благодарение на него съветският астроном Ернст Епик през 1922 г. определя разстоянието до Андромеда, което се оказва с порядък по -голямо от размера на Млечния път.

   Едуин Хъбъл продължи усилията на Epic. Измервайки яркостта на цефеидите в други галактики, той измерва разстоянието до тях и го сравнява с червеното изместване в техните спектри. Така през 1929 г. той разработва своя известен закон. Неговата работа окончателно опроверга вкорененото схващане, че Млечният път е ръбът на Вселената. Сега тя беше една от многото галактики, които някога се смятаха за неразделна част от нея. Хипотезата на Кант е потвърдена почти два века след нейното развитие.

   По-късно връзката между разстоянието на галактиката от наблюдателя и скоростта на отстраняването й от наблюдателя, открита от Хъбъл, направи възможно съставянето на пълна картина на мащабната структура на Вселената. Оказа се, че галактиките са само незначителна част от него. Те се свързват в клъстери, клъстери в суперклъстери. На свой ред суперклъстерите се сгъват в най -големите известни структури във Вселената - нишки и стени. Тези структури, в непосредствена близост до огромни супервоиди (), съставляват мащабна структура, известна в този момент, Вселената.

   Явна безкрайност

   От гореизложеното следва, че само за няколко века науката постепенно е скочила от геоцентризма към съвременното разбиране за Вселената. Това обаче не дава отговор защо ограничаваме Вселената в наши дни. Всъщност досега ставаше дума само за мащаба на космоса, а не за самата му природа.

   

   Първият, който реши да обоснове безкрайността на Вселената, беше Исак Нютон. След като е открил закона за всеобщата гравитация, той вярва, че ако пространството е ограничено, рано или късно всичките й тела ще се слеят в едно цяло. Преди него, ако някой е изразявал идеята за безкрайността на Вселената, това е било изключително във философски дух. Без научна обосновка. Пример за това е Джордано Бруно. Между другото, подобно на Кант, той изпреварва науката с много векове. Той беше първият, който заяви, че звездите са далечни слънца, а планетите също се въртят около тях.

   Изглежда, че самият факт на безкрайността е съвсем оправдан и очевиден, но повратните моменти на науката през 20 -ти век разтърсиха тази „истина“.

   Стационарна вселена

   Първата значителна стъпка към развитието на модерен модел на Вселената е направена от Алберт Айнщайн. Известният физик представи своя модел на неподвижна вселена през 1917 г. Този модел се основава на общата теория на относителността, която той разработва същата година по -рано. Според неговия модел Вселената е безкрайна във времето и крайна в пространството. Но в края на краищата, както бе отбелязано по -рано, според Нютон вселената с ограничен размер трябва да се срути. За да направи това, Айнщайн въведе космологична константа, която компенсира гравитационното привличане на далечни обекти.

   Колкото и парадоксално да звучи, Айнщайн не ограничава самата крайност на Вселената. Според него Вселената е затворена обвивка на хиперсфера. Аналогия е повърхността на обикновена триизмерна сфера, например глобус или Земя. Без значение колко пътешественик обикаля Земята, той никога няма да достигне ръба й. Това обаче изобщо не означава, че Земята е безкрайна. Пътуващият просто ще се върне на мястото, откъдето е започнал пътуването си.

   На повърхността на хиперсферата

   По същия начин космически скитник, преодолявайки Вселената на Айнщайн на звезден кораб, може да се върне обратно на Земята. Само този път скитникът ще се движи не по двуизмерната повърхност на сферата, а по триизмерната повърхност на хиперсферата. Това означава, че Вселената има краен обем, а оттам и краен брой звезди и маса. Вселената обаче няма граници или някакъв център.

   

   Айнщайн стига до такива заключения, като свързва пространството, времето и гравитацията в известната си теория. Преди него тези понятия се считаха за отделни, поради което пространството на Вселената беше чисто евклидово. Айнщайн доказа, че самата гравитация е кривина на пространството -време. Това коренно промени ранните представи за природата на Вселената, основани на класическата нютонова механика и евклидовата геометрия.

   Разширяване на Вселената

   Дори самият откривател на "новата Вселена" не беше чужд на заблудата. Въпреки че Айнщайн ограничава Вселената в космоса, той продължава да я смята за статична. Според неговия модел Вселената е била и остава вечна, а размерът й винаги остава същият. През 1922 г. съветският физик Александър Фридман значително разширява този модел. Според неговите изчисления Вселената изобщо не е статична. Той може да се разширява или свива с течение на времето. Прави впечатление, че Фридман стигна до такъв модел, базиран на същата теория на относителността. Той успя да приложи по -правилно тази теория, заобикаляйки космологичната константа.

   Алберт Айнщайн не прие веднага това „изменение“. Споменатото по -рано откритие на Хъбъл дойде на помощ на този нов модел. Разсейването на галактики безспорно доказа факта на разширяването на Вселената. Така че Айнщайн трябваше да признае грешката си. Сега Вселената имаше определена възраст, която строго зависи от константата на Хъбъл, която характеризира скоростта на нейното разширяване.

   По -нататъшно развитие на космологията

   Докато учените се опитваха да разрешат този въпрос, бяха открити много други важни компоненти на Вселената и бяха разработени различни нейни модели. Така през 1948 г. Георги Гамов въвежда хипотезата „за гореща Вселена“, която по -късно ще се превърне в теорията за големия взрив. Откритието през 1965 г. потвърждава предположенията му. Сега астрономите можеха да наблюдават светлината, слязла от момента, в който Вселената стана прозрачна.

   Тъмната материя, предсказана през 1932 г. от Фриц Цвики, е потвърдена през 1975 г. Тъмната материя всъщност обяснява самото съществуване на галактики, галактически купове и самата Вселена като цяло. Така учените научиха, че по -голямата част от масата на Вселената е напълно невидима.

   

   Накрая, през 1998 г., по време на изследване на разстоянието до, беше открито, че Вселената се разширява с ускорение. Следващият поврат в науката даде началото на съвременното разбиране за природата на Вселената. Космологичният коефициент, въведен от Айнщайн и опроверган от Фридман, отново намери своето място в модела на Вселената. Наличието на космологичен коефициент (космологична константа) обяснява ускореното му разширяване. За да се обясни наличието на космологичната константа, беше въведено понятието - хипотетично поле, съдържащо по -голямата част от масата на Вселената.

   Настоящо разбиране за размера на наблюдаваната Вселена

   Настоящият модел на Вселената се нарича още ΛCDM модел. Буквата "Λ" означава наличието на космологична константа, която обяснява ускореното разширяване на Вселената. "CDM" означава, че Вселената е изпълнена със студена тъмна материя. Последните проучвания показват, че константата на Хъбъл е около 71 (km / s) / Mpc, което съответства на възрастта на Вселената 13,75 милиарда години. Познавайки възрастта на Вселената, човек може да прецени размера на нейната наблюдавана площ.

   

   Според теорията на относителността информацията за всеки обект не може да достигне до наблюдателя със скорост, по -голяма от скоростта на светлината (299792458 m / s). Оказва се, че наблюдателят вижда не просто обект, а неговото минало. Колкото по -далеч е обектът от него, толкова по -далечно минало изглежда. Например, гледайки Луната, виждаме какво е било преди малко повече от секунда, Слънцето преди повече от осем минути, най -близките звезди - години, галактики - преди милиони години и т.н. В стационарния модел на Айнщайн Вселената няма възрастова граница, което означава, че наблюдаваният й регион също е неограничен. Наблюдателят, въоръжен с все по -модерни астрономически инструменти, ще наблюдава все по -далечни и древни обекти.

   Имаме различна картина със съвременния модел на Вселената. Според нея Вселената има възраст, а следователно и граница на наблюдение. Тоест, от раждането на Вселената нито един фотон не би имал време да измине разстояние, по -голямо от 13,75 милиарда светлинни години. Оказва се, че можем да заявим, че наблюдаваната Вселена е ограничена от наблюдателя от сферична област с радиус 13,75 милиарда светлинни години. Това обаче не е съвсем вярно. Не забравяйте за разширяването на пространството на Вселената. Докато фотонът не достигне наблюдателя, обектът, който го излъчва, ще бъде на 45,7 милиарда св. От нас. години. Този размер е хоризонтът на частиците и е границата на наблюдаваната Вселена.

   Над хоризонта

   И така, размерът на наблюдаваната Вселена е разделен на два типа. Видим размер, наричан още радиус на Хъбъл (13,75 милиарда светлинни години). И реалният размер, наречен хоризонт на частиците (45,7 милиарда светлинни години). По принцип и двата хоризонта изобщо не характеризират реалния размер на Вселената. Първо, те зависят от положението на наблюдателя в космоса. Второ, те се променят с течение на времето. В случая на ΛCDM модела, хоризонтът на частиците се разширява със скорост по -голяма от хоризонта на Хъбъл. На въпроса дали тази тенденция ще се промени в бъдеще, съвременната наука не дава отговор. Но ако приемем, че Вселената ще продължи да се разширява с ускорение, тогава всички тези обекти, които виждаме сега, рано или късно, ще изчезнат от нашето „зрително поле“.

   В момента най -отдалечената светлина, наблюдавана от астрономите, е микровълновото фоново излъчване. Вглеждайки се в нея, учените виждат Вселената такава, каквато е била 380 хиляди години след Големия взрив. В този момент Вселената се е охладила толкова много, че е успяла да излъчва безплатни фотони, които днес се улавят с помощта на радиотелескопи. В онези дни във Вселената нямаше звезди или галактики, а само непрекъснат облак от водород, хелий и незначително количество други елементи. От нехомогенностите, наблюдавани в този облак, впоследствие ще се образуват галактически купове. Оказва се, че точно тези обекти, които се образуват от неоднородностите на реликтовото излъчване, се намират най -близо до хоризонта на частиците.

   Истински граници

   Дали Вселената има истински, незабележими граници, все още е обект на псевдонаучни предположения. По един или друг начин всички се сближават в безкрайността на Вселената, но те интерпретират тази безкрайност по напълно различни начини. Някои смятат Вселената за многоизмерна, където нашата „локална“ триизмерна Вселена е само един от нейните слоеве. Други казват, че Вселената е фрактална - което означава, че нашата локална вселена може да се окаже частица от друга. Не забравяйте за различните модели на Мултивселената с нейните затворени, отворени, паралелни Вселени, червееви дупки. И има много, много различни версии, чийто брой е ограничен само от човешкото въображение.

   Но ако включим студен реализъм или просто се отдалечим от всички тези хипотези, тогава можем да приемем, че нашата Вселена е безкрайно хомогенно хранилище на всички звезди и галактики. Нещо повече, във всяка много отдалечена точка, било то милиарди гигапарсеци от нас, всички условия ще бъдат абсолютно еднакви. В този момент ще има абсолютно същия хоризонт от частици и сферата на Хъбъл със същата реликтова радиация на ръба. Наоколо ще има същите звезди и галактики. Интересното е, че това не противоречи на разширяването на Вселената. В края на краищата не само Вселената се разширява, но и самото й пространство. Фактът, че в момента на големия взрив Вселената възникна от една точка, само казва, че безкрайно малките (практически нулеви) измерения, които тогава бяха, сега се превърнаха в невъобразимо големи. В бъдеще ще използваме тази конкретна хипотеза, за да разберем ясно мащаба на наблюдаваната Вселена.

   Визуално представяне

   Различни източници предоставят всякакви визуални модели, които позволяват на хората да разберат мащаба на Вселената. Не е достатъчно обаче да осъзнаем колко голям е Космосът. Важно е да се разбере как всъщност се проявяват понятия като хоризонта на Хъбъл и хоризонта на частиците. За да направите това, нека си представим нашия модел стъпка по стъпка.

   Нека забравим, че съвременната наука не знае за „чуждия“ регион на Вселената. Като отхвърлим версиите за мултивселена, фрактална Вселена и другите й "разновидности", представете си, че тя е просто безкрайна. Както бе отбелязано по -рано, това не противоречи на разширяването на нейното пространство. Разбира се, нека вземем предвид факта, че неговата сфера на Хъбъл и сферата на частиците са съответно равни на 13,75 и 45,7 милиарда светлинни години.

   Мащабът на Вселената

   Натиснете бутона СТАРТ и открийте нов, непознат свят!
   Като начало, нека се опитаме да осъзнаем колко голям е универсалният мащаб. Ако сте обиколили нашата планета, тогава можете да си представите колко голяма е Земята за нас. Нека сега си представим нашата планета като зърно от елда, която обикаля около диня-Слънце, половината от размера на футболно игрище. В този случай орбитата на Нептун ще съответства на размера на малък град, площта до Луната, зоната на границата на влияние на Слънцето спрямо Марс. Оказва се, че нашата Слънчева система е толкова по -голяма от Земята, колкото Марс е по -голям от елдата! Но това е само началото.

   Сега нека си представим, че тази елда ще бъде нашата система, чийто размер е приблизително равен на един парсек. Тогава Млечният път ще бъде с размерите на два футболни стадиона. Дори това обаче няма да ни бъде достатъчно. Ще трябва да намалим Млечния път до сантиметър. Това ще прилича донякъде на пяна за кафе, увита във водовъртеж в средата на черно-кафеното междугалактическо пространство. На двадесет сантиметра от него има същата спирална „троха“ - мъглявината Андромеда. Около тях ще има рояк от малки галактики от нашия Местен клъстер. Очевидният размер на нашата Вселена ще бъде 9,2 километра. Стигнахме до разбиране за универсалните измерения.

   Вътре в универсалния балон

   Не е достатъчно обаче да разберем самия мащаб. Важно е да се разбере динамиката на Вселената. Нека си представим себе си като гиганти, за които Млечният път има сантиметров диаметър. Както бе отбелязано току -що, ние ще се озовем в топка с радиус 4,57 и диаметър 9,24 километра. Нека си представим, че можем да се движим в тази сфера, да пътуваме, преодолявайки цели мегапарсеци за секунда. Какво ще видим, ако нашата Вселена е безкрайна?

   Разбира се, пред нас ще има безкраен брой всякакви галактики. Елипсовидна, спирална, неправилна. Някои области ще гъмжат от тях, други ще бъдат празни. Основната характеристика ще бъде, че визуално всички те ще бъдат неподвижни, докато ние сме неподвижни. Но щом направим крачка, самите галактики ще започнат да се движат. Например, ако успеем да различим микроскопичната Слънчева система в сантиметровия Млечен път, ще можем да наблюдаваме нейното развитие. Като се отдалечим на 600 метра от нашата галактика, ще видим протозвездата Слънце и протопланетния диск по време на формирането. Приближавайки се към него, ще видим как се появява Земята, възниква живот и се появява човек. По същия начин ще видим как галактиките се променят и движат, докато се отдалечаваме или приближаваме към тях.

   Следователно, колкото по -далечни галактики изглеждаме, толкова по -древни ще бъдат те за нас. Така че най -отдалечените галактики ще бъдат разположени на повече от 1300 метра от нас, а на завоя на 1380 метра ще видим реликтовата радиация. Вярно е, че това разстояние ще бъде въображаемо за нас. С приближаването на реликтовата радиация обаче ще видим интересна картина. Естествено, ще наблюдаваме как галактиките ще се образуват и развиват от първоначалния облак водород. Когато достигнем една от тези образувани галактики, ще разберем, че изобщо сме преодолели не 1,375 километра, а всичките 4,57.

   Намаляване на мащаба

   В резултат на това ще увеличим още повече размера си. Сега можем да поставим цели кухини и стени в юмрука. Така се оказваме в един доста малък балон, от който е невъзможно да излезем. Не само, че разстоянието до обекти на ръба на балона се увеличава с приближаването им, но самият ръб ще се движи безкрайно. Това е цялата точка на размера на наблюдаваната Вселена.

   Без значение колко голяма е Вселената, за наблюдателя тя винаги ще остане ограничен балон. Наблюдателят винаги ще бъде в центъра на този балон, всъщност той е неговият център. Опитвайки се да стигне до всеки обект на ръба на балона, наблюдателят ще измести центъра му. С приближаването до обекта този обект ще се движи все по -далеч от ръба на балона и в същото време ще се променя. Например, от безформен водороден облак той ще се превърне в пълноценна галактика или по-нататък в галактически клъстер. В допълнение, пътят към този обект ще се увеличава с приближаването му, тъй като самото околно пространство ще се промени. След като стигнем до този обект, ще го преместим само от ръба на балона до центъра му. На ръба на Вселената реликтовата радиация също ще трепти.

   Ако приемем, че Вселената ще продължи да се разширява с ускорени темпове, а след това ще бъде в центъра на балона и ще навърта времето за милиарди, трилиони и дори по -високи порядъци години напред, ще забележим още по -интересна картина. Въпреки че нашият балон също ще нарасне, неговите мутиращи компоненти ще се отдалечат от нас още по -бързо, оставяйки ръба на този балон, докато всяка частица от Вселената се скита разпръснати в самотния си балон, без да може да взаимодейства с други частици.

   Така че съвременната наука няма информация за това какви са реалните измерения на Вселената и има ли граници. Но със сигурност знаем, че наблюдаваната Вселена има видима и истинска граница, наречена съответно радиус на Хъбъл (13,75 милиарда светлинни години) и радиус на частици (45,7 милиарда светлинни години). Тези граници са напълно зависими от положението на наблюдателя в пространството и се разширяват с течение на времето. Ако радиусът на Хъбъл се разширява стриктно със скоростта на светлината, тогава разширяването на хоризонта на частиците се ускорява. Въпросът дали ускорението му на хоризонта на частиците ще продължи по -нататък и няма да се промени до компресия остава отворен.
   

   КОСМОЛОГИЯ- раздел астрономия и астрофизика, който изучава произхода, мащабната структура и еволюцията на Вселената. Данните за космологията се получават главно от астрономически наблюдения. За тяхното тълкуване в момента се използва общата теория на относителността на Айнщайн (1915). Създаването на тази теория и прилагането на съответните наблюдения направиха възможно в началото на 20 -те години космологията да бъде поставена в редица точни науки, докато преди това тя беше по -скоро философско поле. Понастоящем се появяват две космологични школи: емпириците се ограничават до тълкуване на данни от наблюденията, а не екстраполират моделите си към неизследвани области; теоретиците се опитват да обяснят наблюдаваната вселена, използвайки някои хипотези, избрани за простота и елегантност. Космологичният модел на Големия взрив сега е широко известен, според който разширяването на Вселената започва преди време от много плътно и горещо състояние; стационаренмодел на Вселената, в който тя съществува вечно и няма начало или край. КОСМОЛОГИЧНИ ДАННИ

   Космологичните данни се разбират като резултати от експериментии наблюдения, свързани с Вселената като цяло в широк диапазон от пространство и време. Всеки възможен космологичен модел трябва да отговаря на тези данни. Има 6 основни наблюдателни факта, които космологията трябва да обясни:

   1. В голям мащаб Вселената е хомогенна и изотропна; галактиките и техните купове са разпределени в пространството равномерно (равномерно), а движението им е хаотично и няма ясно определена посока (изотропно). Принципът на Коперник, „преместващ Земята от центъра на света“, беше обобщен от астрономите към Слънчевата система и нашата Галактика, което също се оказа съвсем обикновено. Следователно, изключвайки малки нередности в разпределението на галактиките и техните клъстери, астрономите смятат Вселената за хомогенна навсякъде, колкото и близо до нас.

   2. Вселената се разширява. Галактиките се отдалечават една от друга.

   Това е открито от американския астроном Е. Хъбъл през 1929 г. Законът на Хъбъл казва: колкото по -далечна е галактиката, толкова по -бързо се отдалечава от нас.Но това не означава, че сме в центъра на Вселената: във всяка друга галактика наблюдателите виждат същото. С помощта на нови телескопи астрономите са се задълбочили във Вселената много по -далеч от Хъбъл, но законът му е останал верен.

   3. Пространството около Земята е запълнено с фонова микровълнова печка

   радиоизлъчване. Открит през 1965 г., той става заедно с галактиките основен обект на космологията. Важното му свойство е високата му изотропия (независимо от посоката), което показва връзката му с отдалечени региони на Вселената и потвърждава тяхната висока хомогенност. Ако това беше радиация от нашата Галактика, тогава тя би отразила нейната структура. Но експериментите върху балони и спътници доказаха, че тази радиация в най -високата степене хомогенен и има спектър на излъчване на абсолютно черно тяло с температура около 3 К. Очевидно това е реликтовото излъчване на млада и гореща Вселена, която силно се е охладила в резултат на разширяването си.

   4. Възрастта на Земята, метеоритите и най -старите звезди са малко

   по -малко от възрастта на Вселената, изчислена от скоростта на нейното разширяване.В съответствие със закона на Хъбъл вселената се разширява навсякъде със същата скорост, която се нарича константата на Хъбъл H... Може да се използва за оценка на възрастта на Вселената като 1 / З... Съвременни измервания Зводят до възрастта на Вселената прибл. 20 милиарда години. Изследванията на продуктите на радиоактивно разпадане в метеорити дават възраст приблизително. На 10 милиарда години, а най -старите звезди са ок. 15 милиарда години. До 1950 г. разстоянията до галактиките се подценяват, което води до надценяване Зи малката възраст на Вселената, по -малка от възрастта на Земята. За да разрешат това противоречие, Г. Бонди, Т. Голд и Ф. Хойл през 1948 г. предлагат стационарен космологичен модел, в който ерата на Вселената е безкрайна и с нейното разширяване се ражда нова материя.

   5. В цялата наблюдаема Вселена, от близките звезди до най -отдалечените галактики, на всеки 10 водородни атома има по 1 атом на хелий. Изглежда невероятно, че местните условия биха били толкова сходни навсякъде. Силата на модела на Големия взрив е именно в това, че той предвижда едно и също съотношение между хелий и водород навсякъде.

   6. В регионите на Вселената, отдалечени от нас в пространството и времето, има повече активни галактики и квазари, отколкото близо до нас. Това показва еволюцията на Вселената и противоречи на теорията за неподвижна Вселена.

   КОСМОЛОГИЧНИ МОДЕЛИ

   Всеки космологичен модел на Вселената се основава на специфична теория на гравитацията. Има много такива теории, но само няколко от тях задоволяват наблюдаваните явления. Теорията на гравитацията на Нютон не ги задоволява дори в Слънчевата система. Общата теория на относителността на Айнщайн, въз основа на която руският метеоролог А. Фридман през 1922 г. и белгийският абат и математик Ж. Лемайтър през 1927 г. математически описват разширяването на Вселената, най -добре се съгласява с наблюденията. От космологичния принцип, който постулира пространствената хомогенност и изотропия на света, те са получили модела на Големия взрив. Заключението им се потвърди, когато Хъбъл откри връзката между разстоянието и скоростта на отстъплението на галактиките. Втората важна прогноза на този модел, направена от Г. Гъмов, се отнася до реликтовата радиация, която сега се наблюдава като остатък от епохата на Големия взрив. Други космологични модели не могат естествено да обяснят това изотропно фоново излъчване.Горещ Голям взрив. Според космологичния модел на Фридман -Лемайтър Вселената е възникнала по времето на Големия взрив - прибл. Преди 20 милиарда години и неговото разширяване продължава и до днес, като постепенно се забавя. В първия миг на експлозията материята на Вселената имаше безкрайна плътност и температура; такова състояние се нарича сингулярност.

   Според общата теория на относителността гравитацията не е реална сила, а кривина на пространството-време: колкото по-голяма е плътността на материята, толкова по-силна е кривината. В момента на първоначалната особеност кривината също беше безкрайна. Можете да изразите безкрайната кривина на пространството-време с други думи, като кажете, че в началния момент материята и пространството избухнаха едновременно навсякъде във Вселената. С увеличаването на обема на пространството на разширяващата се Вселена плътността на материята в нея намалява. С. Хокинг и Р. Пенроуз доказаха, че в миналото със сигурност е имало единично състояние, ако общата теория на относителността е приложима за описване на физическите процеси в много ранната Вселена.

   За да се избегне катастрофална особеност в миналото, е необходимо значително да се промени физиката, например, като се приеме възможността за спонтанно непрекъснато създаване на материя, както е в теорията за неподвижна Вселена. Но астрономическите наблюдения не дават никаква основа за това.

   Колкото по -ранни събития разглеждаме, толкова по -малък е бил техният пространствен мащаб; с приближаването на началото на разширяването хоризонтът на наблюдателя се свива (фиг. 1). В първите моменти мащабът е толкова малък, че вече нямаме право да прилагаме обща теория на относителността: квантовата механика е необходима за описване на явления в такива малки мащаби. (см... КВАНТОВА МЕХАНИКА)... Но квантовата теория на гравитацията все още не съществува, така че никой не знае как са се развивали събитията до момента 10

   –43 с извикани Планк време(в чест на бащата на квантовата теория). В този момент плътността на материята достигна невероятна стойност от 10 90 кг / см 3 , което не може да се сравни не само с плътността на телата около нас (по -малко от 10 g / cm) 3 ), но дори и с плътността на атомното ядро ​​(около 10 12 кг / см 3 ) - най -високата плътност, налична в лабораторията. Следователно за съвременната физика началото на разширяването на Вселената е времето на Планк.

   Именно при такива условия на невъобразимо висока температура и плътност се случва раждането на Вселената. Нещо повече, това би могло да бъде раждане в буквалния смисъл: някои космолози (да речем, Я. Б. Зелдович в СССР и Л. Паркър в САЩ) вярват, че частиците и гама фотоните са родени в тази ера от гравитационното поле. От гледна точка на физиката този процес би могъл да се осъществи, ако особеността е анизотропна, т.е. гравитационното поле е нехомогенно. В този случай приливните гравитационни сили биха могли да „измъкнат“ реални частици от вакуума, като по този начин създадат субстанцията на Вселената.

   Изучавайки процесите, настъпили непосредствено след Големия взрив, ние разбираме, че нашите физически теории все още са много несъвършени. Топлинната еволюция на ранната Вселена зависи от производството на масивни елементарни частици - адрони, за които ядрената физика все още знае малко. Много от тези частици са нестабилни и краткотрайни. Швейцарският физик Р. Хагедорн вярва, че може да има много адрони с нарастващи маси, които биха могли да се образуват в изобилие при температури от порядъка на 10

   12 K, когато гигантската плътност на радиация доведе до производството на адронни двойки, състоящи се от частица и античастица. Този процес би трябвало да ограничи повишаването на температурата в миналото.

   Според друга гледна точка, броят на типовете масивни елементарни частици е ограничен, така че температурата и плътността по време на адронната ера трябваше да достигнат безкрайни стойности. По принцип това би могло да бъде проверено: ако съставните адрони - кварките - са стабилни частици, тогава определен брой кварки и антикварки трябва да са оцелели от тази гореща епоха. Но търсенето на кварки беше напразно; най -вероятно те са нестабилни. См . Вижте също ЕЛЕМЕНТРНИ ЧАСТИЦИ.

   След първата милисекунда от разширяването на Вселената силното (ядрено) взаимодействие престана да играе решаваща роля в нея: температурата спадна толкова много, че атомните ядра престанаха да се разрушават. По -нататъшните физични процеси бяха определени от слабото взаимодействие, отговорно за производството на леки частици - лептони (т.е. електрони, позитрони, мезони и неутрино) под въздействието на топлинна радиация. Когато по време на разширяването температурата на радиация падна до около 10

   10 K, лептонните двойки са престанали да се произвеждат, почти всички позитрони и електрони са унищожени; имаше само неутрино и антинейтрино, фотони и няколко протона и неутрона, запазени от предишната епоха. Така приключи лептонната ера.

   Следващата фаза на разширяване - ерата на фотоните - се характеризира с абсолютно преобладаване на топлинното излъчване. За всеки останал протон или електрон има милиард фотони. Отначало това бяха гама кванти, но с разширяването на Вселената те загубиха енергия и станаха рентгенови, ултравиолетови, оптични, инфрачервени и накрая, сега те се превърнаха в радио кванти, които приемаме като фоново (реликтово) радиоизлъчване на черно тяло .

   Нерешени проблеми на космологията на Големия взрив. Има 4 проблема, които сега са изправени пред космологичния модел на Големия взрив.

   1. Проблемът за сингулярността: много хора се съмняват в приложимостта на общата теория на относителността, която дава особеност в миналото. Предлагат се алтернативни космологични теории, свободни от особености.

   2. Тясно свързан със сингулярността е проблемът за изотропията на Вселената. Изглежда странно, че експанзията, която започна с единично състояние, се оказа толкова изотропна. Не е изключено обаче, че първоначално анизотропното разширение постепенно става изотропно под действието на дисипативни сили.

   3. Хомогенна в най -големите мащаби, в по -малки мащаби, Вселената е много хетерогенна (галактики, купове галактики). Трудно е да се разбере как само гравитацията би могла да създаде такава структура. Затова космолозите изучават възможностите за нехомогенни модели на Големия взрив.

   4. И накрая, човек може да попита, какво е бъдещето на Вселената? За да отговорите, трябва да знаете средната плътност на материята във Вселената. Ако тя надвишава определена критична стойност, тогава геометрията на пространството-време е затворена и в бъдеще Вселената със сигурност ще се свие. Затворената Вселена няма граници, но обемът й е ограничен. Ако плътността е под критичната, тогава Вселената е отворена и ще се разширява завинаги. Отворената вселена е безкрайна и има само една особеност в началото. Досега наблюденията са в по -добро съгласие с модела на отворената вселена.

   Произходът на мащабната структура. Космолозите имат две противоположни гледни точки по този проблем.

   Най -радикалното е, че в началото имаше хаос. Разширяването на ранната Вселена е изключително анизотропно и нехомогенно, но след това дисипативните процеси изглаждат анизотропията и приближават разширяването до модела на Фридман-Лемайтър. Съдбата на неоднородностите е много любопитна: ако амплитудата им беше голяма, тогава те неизбежно трябваше да се срутят в черни дупки с маса, определена от хоризонта на настоящия момент. Образуването им можеше да започне още от времето на Планк, така че във Вселената може да има много малки черни дупки с маси до 10

   –5 Въпреки това С. Хокинг показва, че „мини-дупките“ трябва, като излъчват, да загубят масата си и до нашата епоха само черни дупки с маси над 10 16 g, което съответства на масата на малка планина. См . Вижте също ЧЕРНА ДУПКА.

   Първичният хаос може да съдържа смущения от всякакъв мащаб и амплитуда; най -големите от тях под формата на звукови вълни биха могли да оцелеят от ерата на ранната Вселена до ерата на радиацията, когато материята е все още достатъчно гореща, за да излъчва, поглъща и разсейва радиация. Но с края на тази ера охладената плазма се рекомбинира и престава да взаимодейства с радиацията. Налягането и скоростта на звука в газа спаднаха, в резултат на което звуковите вълни се превърнаха в ударни вълни, компресираха газа и го накараха да се срути в галактики и купове. В зависимост от вида на началните вълни изчисленията предвиждат много различна картина, която не винаги съответства на наблюдаваната. Една философска идея, известна като антропния принцип, е важна за избора между възможни варианти на космологични модели: от самото начало Вселената е трябвало да притежава такива свойства, които да позволяват на галактики, звезди, планети и интелигентен живот да се образуват в нея. В противен случай нямаше да има кой да се занимава с космология.

   Алтернативна гледна точка е, че за оригиналната структура на Вселената не може да се научи нищо повече от това, което дават наблюденията. Според този консервативен подход младата вселена не може да се счита за хаотична, тъй като сега е много изотропна и хомогенна. Тези отклонения от еднородността, които наблюдаваме под формата на галактики, биха могли да нараснат под въздействието на гравитацията от малки неравности на първоначалната плътност. Изследванията на мащабното разпределение на галактиките (главно от Дж. Пийбълс от Принстън) обаче не подкрепят тази идея. Друга интересна възможност е, че групи от черни дупки, родени в адронната ера, биха могли да бъдат първоначалните колебания за образуването на галактики.

   Отворена или затворена е Вселената? Най -близките галактики се отдалечават от нас със скорост, пропорционална на разстоянието; но по -отдалечените не се подчиняват на тази зависимост: движението им показва, че разширяването на Вселената се забавя с времето. В затворен модел на Вселената под действието на гравитацията разширяването в определен момент спира и се заменя със свиване (фиг. 2), но наблюденията показват, че забавянето на галактиките все още не е толкова бързо, че да настъпи пълно спиране.

   За да бъде затворена Вселената, средната плътност на материята в нея трябва да надвишава определена критична стойност. Оценките за плътността на видимата и невидимата материя са много близки до тази стойност.

   Разпределението на галактиките в космоса е много разнородно. Нашата местна група галактики, която включва Млечния път, мъглявината Андромеда и няколко по -малки галактики, се намира в периферията на огромна галактическа система, известна като Свръхклъстер Дева, чийто център съвпада с куп галактики Дева. Ако средната плътност на света е висока и Вселената е затворена, тогава трябва да се наблюдава силно отклонение от изотропното разширение, причинено от привличането на нашата и съседните галактики към центъра на Свръхкластъра. В отворена вселена това отклонение е незначително. Наблюденията са по -скоро в съответствие с отворения модел.

   Космолозите представляват голям интерес към съдържанието на тежкия изотоп на водород, деутерий, в космическата материя, което се е образувало в хода на ядрените реакции в първите моменти след Големия взрив. Съдържанието на деутерий се оказа изключително чувствително към плътността на материята в онази епоха, а следователно и в нашата. "Деутериевият тест" обаче не е лесен за провеждане, защото е необходимо да се изследва първичната материя, която не е била във вътрешността на звездите от момента на космологичния синтез, където деутерият лесно изгаря. Изследването на изключително далечни галактики показа, че съдържанието на деутерий съответства на ниската плътност на материята и следователно на отворения модел на Вселената.

   Алтернативни космологични модели. Най -общо казано, в самото начало на съществуването си Вселената може да бъде много хаотична и разнородна; следи от това можем да наблюдаваме днес в мащабното разпределение на материята. Периодът на хаос обаче не може да продължи дълго. Високата хомогенност на космическото фоново излъчване показва, че Вселената е била много хомогенна на възраст 1 милион години. И изчисленията на космологичния ядрен синтез показват, че ако след 1 s след началото на разширяването има големи отклонения от стандартния модел, тогава съставът на Вселената ще бъде напълно различен, отколкото в действителност. Това, което се случи през първата секунда обаче, все още е спорно. В допълнение към стандартния модел на Големия взрив по принцип има алтернативни космологични модели:

   1. Моделът, симетричен по отношение на материята и антиматерията, приема равното присъствие на тези два вида материя във Вселената. Въпреки че е очевидно, че нашата Галактика практически не съдържа антиматерия, съседните звездни системи биха могли да се състоят изцяло от нея; в този случай тяхното излъчване би било точно същото като това на нормалните галактики. Въпреки това, в по -ранните епохи на разширяване, когато материята и антиматерията са били в по -близък контакт, тяхното унищожаване е трябвало да доведе до мощни гама лъчи. Наблюденията не го откриват, което прави симетричен модел малко вероятен.

   2. Моделът на студения Голям взрив приема, че разширяването е започнало при абсолютна нула. Вярно е, че в този случай ядреният синтез също трябва да възникне и да загрее веществото, но микровълновото фоново излъчване вече не може да бъде пряко свързано с Големия взрив, а трябва да бъде обяснено по друг начин. Тази теория е привлекателна, защото материята в нея е подложена на фрагментация, което е необходимо, за да се обясни мащабната нехомогенност на Вселената.

   3. Стационарният космологичен модел предполага непрекъснато създаване на материя. Основната предпоставка на тази теория, известна като Идеалния космологичен принцип, гласи, че Вселената винаги е била и ще остане такава, каквато е днес. Наблюденията опровергават това.

   4. Разглеждат се модифицирани версии на теорията на гравитацията на Айнщайн. Например, теорията на К. Брунс и Р. Дике от Принстън обикновено е в съгласие с наблюденията в Слънчевата система. Моделът на Бранс - Дике, както и по -радикалният модел на Хойл, при който някои фундаментални константи се променят с течение на времето, имат почти същите космологични параметри в нашата ера като модела на Големия взрив.

   5. Въз основа на модифицираната теория на Айнщайн, J. Lemaitre през 1925 г. изгражда космологичен модел, който съчетава Големия взрив с дълга фаза на тихо състояние, по време на която могат да се образуват галактики. Айнщайн се заинтересува от тази възможност да обоснове любимия си космологичен модел на статична вселена, но когато е открито разширяването на Вселената, той я изостави публично.

   През 1917 г. А. Айнщайн изгражда модел на Вселената. В този модел е използвана космологична отблъскваща сила, наречена ламбда параметър, за да се преодолее гравитационната нестабилност на Вселената. В бъдеще Айнщайн ще каже, че това е била неговата груба грешка, противно на духа на теорията на относителността, която той е създал: гравитационната сила в тази теория се идентифицира с кривината на пространството-време. Вселената на Айнщайн имаше формата на хиперцилиндър, чиято дължина се определяше от общия брой и състава на формите на проявление на енергия (материя, поле, радиация, вакуум) в този цилиндър. Времето в този модел е насочено от безкрайното минало към безкрайното бъдеще. Така тук стойността на енергията, масата на Вселената (материя, поле, радиация, вакуум) е пропорционално свързана с нейната пространствена структура: ограничена по своята форма, но безкраен радиус и безкрайна във времето.

   Изследователи, които започнаха да анализират този модел, обърнаха внимание

   до неговата изключителна нестабилност, подобна на монета, стояща на ръб, едната страна на която съответства на разширяващата се Вселена, другата на затворена: когато се вземат предвид някои физически параметри на Вселената, според модела на Айнщайн, тя се обръща за да се разширява вечно, когато се вземат предвид други, той е затворен. Например холандският астроном У. де Ситтер, приемайки, че времето е извито по същия начин като пространството в модела на Айнщайн, получи модел на Вселената, при който времето напълно спира в много отдалечени обекти.

   А. Безплатнодчовече,еисukи математик на Петроградския университет, издv1922 G. статия« Окривинапространство ".VТя представи резултатите от изследванията на общата теория на относителността, които не изключиха математическата възможност за съществуването на три модела на Вселената: модела на Вселената в евклидовото пространство ( ДА СЕ = 0); модел с коефициент, равен на ( K> 0) и модел в пространството Лобачевски - Боляй ( ДА СЕ< 0).

   В своите изчисления А. Фридман изхожда от предположението, че стойността и

   радиусът на Вселената е пропорционален на количеството енергия, материя и други

   форми на неговото проявление във Вселената като цяло. Математическите изводи на Фридман отричат ​​необходимостта от въвеждане на космологичната отблъскваща сила, тъй като възможността за съществуване на модел на Вселената, в която процесът на нейното разширяване съответства на процеса на компресия, свързан с увеличаване на плътността, налягането на енергийната материя, съставляваща Вселената (материя, поле, радиация, вакуум). Изводите на А. Фридман предизвикаха съмнения сред много учени и самия А. Айнщайн. Въпреки че още през 1908 г. математикът Г. Минковски, след като даде геометрична интерпретация на специалната теория на относителността, получи модел на Вселената, в който коефициентът на кривина е равен на нула ( ДА СЕ = 0), т.е.моделът на Вселената в евклидовото пространство.

   Н. Лобачевски, основателят на неевклидовата геометрия, измерва ъглите на триъгълник между звезди, отдалечени от Земята и установява, че сумата от ъглите на триъгълник е 180 °, тоест пространството в пространството е евклидово. Наблюдаваното евклидово пространство на Вселената е една от загадките на съвременната космология. Понастоящем се смята, че плътността на материята

   във Вселената е 0,1-0,2 части от критичната плътност. Критичната плътност е приблизително равна на 2 · 10 -29 g / cm3. Достигайки критична плътност, Вселената ще започне да се свива.

   Моделът на А. Фридман с "ДА СЕ > 0 "е разширяваща се Вселена от оригинала

   нейното състояние, към което трябва да се върне отново. В този модел се появи концепцията за възрастта на Вселената: наличието на предишно състояние спрямо това, наблюдавано в определен момент.

   Ако приемем, че масата на цялата Вселена е 5 10 2 1 слънчеви маси, А.

   Фридман изчисли, че наблюдаваната вселена е в компресирано състояние

   според модела " К > 0 "преди приблизително 10-12 милиарда години. След това тя започна да се разширява, но това разширение няма да бъде безкрайно и след известно време Вселената отново ще се свие. А. Фридман отказа да обсъжда физиката на първоначалното, компресирано състояние на Вселената, тъй като по това време законите на микросвета не бяха ясни. Математическите изводи на А. Фридман многократно се проверяват и проверяват не само от А. Айнщайн, но и от други учени. След известно време А. Айнщайн в отговор на писмото на А. Фридман призна правилността на тези решения и нарече А. Фридман „първият учен, поел по пътя на изграждането на релативистични модели на Вселената“. За съжаление, А. Фридман почина рано. В негова личност науката е загубила талантлив учен.

   Както бе отбелязано по-горе, нито А. Фридман, нито А. Айнщайн не са били запознати с данните за факта на "рецесия" на галактиките, получени от американския астроном У. Слифър (1875-1969) през 1912 г. До 1925 г. той измерва скоростта от няколко десетки галактики. Следователно космологичните идеи на А. Фридман бяха обсъждани преди всичко в теоретичен план. ЗОвече v 1929

   Г.американскиастрономД. Хъбъл (1889-1953) с помогнетелескоп инструментиран спектъраанализоткрило tада се обадидмояNSефект

   "Червенизместване ".Светлината, която идва от галактиките, които е наблюдавал

   изместен към червената част на цветовия спектър на видимата светлина. Казваше това

   че наблюдаваните галактики се отдалечават, "разпръскват се" от наблюдателя.

   Ефектът "червено отместване" е специален случай на ефекта на Доплер. Австрийският учен К. Доплер (1803-1853) го открива през 1824 г. Когато източникът на вълни се отстрани от устройството, което записва вълните, дължината на вълната се увеличава и намалява, когато се приближава към неподвижен приемник на вълни. В случай на светлинни вълни, дългите дължини на светлинните вълни съответстват на червения сегмент от светлинния спектър (червен до виолетов), късият към виолетовия сегмент. Ефектът на "червено отместване" е използван от Е. Хъбъл за измерване на разстоянията до галактиките и скоростта на тяхното отстраняване: ако "червеното изместване" от галактиката А, например, болкаNSд v две пъти, как от галактики V, след това разстоянието до галактиката Адва пъти повече, отколкото преди галактиката В.

   Д. Хъбъл установява, че всички наблюдавани галактики се отдалечават във всички посоки на небесната сфера със скорост, пропорционална на разстоянието до тях: Vr = Нr, където r - разстоянието до наблюдаваната галактика, измерено в парсеци (1 ps е приблизително равно на 3,1 10 1 6 m), Vr - скоростта на наблюдаваната галактика, Η - константата на Хъбъл или коефициента на пропорционалност между скоростта на галактиката и разстоянието до нея

   от наблюдателя. Небесната сфера е понятие, което се използва за описване на обекти в звездното небе с просто око. Древните считали небесната сфера за реалност, от чиято вътрешна страна са фиксирани звездите. Изчислявайки стойността на тази величина, която по -късно стана известна като константата на Хъбъл, Е. Хъбъл стигна до заключението, че тя е приблизително 500 km / (s Mpc). С други думи, сегмент от пространство от един милион парсека се увеличава с 500 км за една секунда.

   Формула Vr= Нр ни позволява да разгледаме както премахването на галактиките, така и обратната ситуация, придвижването до определена начална позиция, началото на „разсейването“ на галактиките във времето. Обратното на константата на Хъбъл има измерението на времето: T(време) = r / Vr = 1/ Х. Когато стойността H, което беше споменато по -горе, Е. Хъбъл получи времето на началото на "рецесията" на галактиките, равно на 3 милиарда години, което го накара да се усъмни в относителността на правилността на изчислената от него стойност. Използвайки ефекта на "червено отместване", Е. Хъбъл достига до най -отдалечените галактики, познати по това време: колкото по -далече е галактиката, толкова по -малко яркостта й се възприема от нас. Това позволи на Е. Хъбъл да каже, че формулата Vr = Хр изразява наблюдавания факт от разширяването на Вселената, който беше споменат в модела на А. Фридман. Астрономическите изследвания на Е. Хъбъл започнаха да се разглеждат от редица учени като експериментално потвърждение на правилността на модела на А. Фридман за нестационарна, разширяваща се Вселена.

   Още през 30 -те години някои учени изразиха съмнение относно данните

   Д. Хъбъл. Например, П. Дирак изложи хипотеза за естественото зачервяване на квантите на светлината поради тяхната квантова природа, взаимодействие с електромагнитните полета на космоса. Други посочиха теоретичното несъответствие на константата на Хъбъл: защо величината на константата на Хъбъл трябва да бъде еднаква във всеки момент от еволюцията на Вселената? Това стабилно постоянство на константата на Хъбъл предполага, че познатите ни закони на Вселената, действащи в Мегалактиката, са задължителни за цялата Вселена като цяло. Може би, както казват критиците на константата на Хъбъл, има някои други закони, на които константата на Хъбъл няма да се съобрази.

   Например, казват те, светлината може да „стане червена“ поради влиянието на междузвездната (ISS) и междугалактическата (IGZ) среда върху нея, което може да удължи дължината на вълната на нейното движение към наблюдателя. Друг въпрос, който предизвика дискусии във връзка с изследванията на Е. Хъбъл, беше въпросът за допускането на възможността галактиките да се движат със скорост, превишаваща скоростта на светлината. Ако това е възможно, тогава тези галактики могат да изчезнат от нашето наблюдение, тъй като от общата теория на относителността никакви сигнали не могат да се предават по -бързо от светлината. Въпреки това повечето учени смятат, че наблюденията на Е. Хъбъл са установили факта на разширяването на Вселената.

   Фактът на разширяване на галактиките не означава разширяване в самите галактики, тъй като тяхната структурна сигурност се осигурява от действието на вътрешните сили на гравитацията.

   Наблюденията на Е. Хъбъл допринесоха за по -нататъшното обсъждане на моделите на А. Фридман. БелгийскимонахиастрономДж.Leмetr(vнеRвойполовината от миналото)векнарисуванвниманиеанеНаslддуханеобстоятелство:разсейване на галактикиозначаваразширениепространство,следователно,vминало

   Бешенамалениесила на звукаиNSлотношенияvдобществото. Lemaitre нарича първоначалната плътност на материята протоатом с плътност 10 9 3 g / cm 3, от който светът е създаден от Бог. От този модел следва, че концепцията за плътност на материята може да се използва за определяне на границите на приложимост на концепциите за пространство и време. При плътност 10 9 3 g / cm 3 понятията за време и пространство губят обичайния си физически смисъл. Този модел привлече вниманието към физическото състояние със свръхплътни и свръхгорещи физически параметри. Освен това са предложени модели пулсиращВселена:Вселената се разширява и свива, но никога не стига до крайни граници. Пулсиращите модели на Вселената придават голямо значение на измерването на плътността на енергийната материя във Вселената. Когато се достигне границата на критичната плътност, Вселената се разширява или свива. Резултатът беше терминът „СингулАз съмrnoe "(лат. singularus - отделно, единично) състояние, в което плътността и температурата придобиват безкрайна стойност. Тази линия на изследване е изправена пред проблема за "скритата маса" на Вселената. Въпросът е, че наблюдаваната маса на Вселената не съвпада с нейната маса, изчислена въз основа на теоретични модели.

   Модел„Голямексплозия ".Нашият сънародник Г. Гамов (1904-1968)

   е работил в Петроградския университет и е бил запознат с космологичните идеи

   А. Фридман. През 1934 г. е изпратен в командировка в САЩ, където остава до края на живота си. Под влиянието на космологичните идеи на А. Фридман, Г. Гамов се интересува от два проблема:

   1) относителното разпространение на химичните елементи във Вселената и 2) техния произход. До края на първата половина на ХХ век. имаше оживена дискусия по тези въпроси: къде може сериозно химични елементиако водород (1 1 H) и хелий (4 H) са най -разпространените химични елементи във Вселената. Г. Гамов предполага, че химическите елементи проследяват своята история от самото начало на разширяването на Вселената.

   МоделГ.ГамовнаНареченмодел„Голямексплозия ",нОтяТо има

   идругизаглавие:"A-B-D-теория"... Това заглавие показва началните букви на авторите на статията (Алфер, Бете, Гамов), която е публикувана през 1948 г. и съдържаща модел на „горещата Вселена“, но основната идея на тази статия принадлежи на Г. Гамов .

   Накратко за същността на този модел:

   1. "Първоначалното начало" на Вселената, според модела на Фридман, беше представено от свръхплътно и свръхгорещо състояние.

   2. Това състояние възникна в резултат на предишното компресиране на целия материален, енергиен компонент на Вселената.

   3. Това състояние съответства на изключително малък обем.

   4. Енергийна материя, достигнала определена граница на плътност и температура в това състояние, избухна, настъпи Големия взрив, който Гамов нарича

   "Космологичен Голям взрив".

   5. то еза необичайна експлозия.

   6. Големият взрив даде определена скорост на движение на всички фрагменти от първоначалното физическо състояние преди Големия взрив.

   7. Тъй като първоначалното състояние беше супер горещо, разширяването трябва да запази остатъците от тази температура във всички посоки на разширяващата се Вселена.

   8. Величината на тази остатъчна температура трябва да бъде приблизително еднаква във всички точки на Вселената.

   Това явление е наречено реликтово (древно), фоново излъчване от m.

   1953 г. Г. Гамов изчислява температурата на вълната на реликтовата радиация. Него

   се оказа 10 К. Реликтовата радиация е микровълнова електромагнитна радиация.

   През 1964 г. американски експерти А. Пензиас и Р. Уилсън случайно откриват реликтова радиация. След като са инсталирали антените на новия радиотелескоп, те не могат да се отърват от смущенията в диапазона 7,8 см. Тази намеса, шумът идва от космоса, еднакъв по големина и във всички посоки. Измерванията на тази фонова радиация дадоха температура под 10 K.

   По този начин се потвърждава хипотезата на Г. Гамов за реликтова, фонова радиация. В своите трудове за температурата на фоновата радиация, Г. Гамов използва формулата на А. Фридман, която изразява зависимостта от промяната на плътността на радиацията във времето. В параболичен ( K> 0) модел на Вселената. Фридман обмисля състояние, при което радиацията надделява над материята за неограничено разширяваща се Вселена.

   Според модела на Гамов в развитието на Вселената е имало две епохи: а) преобладаването на радиацията (физическото поле) над материята;

   б) преобладаването на материята над радиацията. В началния период радиацията надделя над материята, след това имаше време, когато съотношението им беше равно, и период, в който материята започна да преобладава над радиацията. Гамов определи границата между тези епохи - 78 милиона години.

   В края на ХХ век. измерване на микроскопични промени във фоновото излъчване, което се нарича вълничкибНС,позволи на редица изследователи да твърдят, че тази вълна представлява промяна в плътността веществаиенерGпотребителски интерфейсvв резултат на действието на силите на тежестта върху ранните етапи на развитиеВселената.

   Модел „ИнеляйцаОnnoyВселена ".

   Терминът "инфлация" (лат. Инфлация) се тълкува като подуване на корема. Двама изследователи A. Guth и P. Seinhardt предложиха този модел. В този модел еволюцията на Вселената е придружена от гигантско подуване на квантовия вакуум: за 10-30 секунди размерът на Вселената се увеличава с 10 50 пъти. Инфлацията е адиабатен процес. Той е свързан с охлаждане и появата на разлика между слаби, електромагнитни и силни взаимодействия. Аналогията на инфлацията на Вселената може грубо да се представи като внезапна кристализация на преохладена течност. Първоначално инфлационната фаза се разглежда като „възраждане“ на Вселената след Големия взрив. В момента инфлационните модели използват концепцията инелатонОthполета... Това е хипотетично поле (от думата „инфлация“), в което поради случайни колебания се е образувала хомогенна конфигурация на това поле с размер над 10 -33 см. От него се разширява и загрява Вселената, в която живеем, се е появила.

   Описанието на събитията във Вселената, базирано на модела „Инфлационна Вселена“, напълно съвпада с описанието, базирано на модела на Големия взрив, започвайки от 10 -30 s разширяване. Фазата на инфлация означава, че наблюдаваната Вселена е само част от Вселената. В учебника на Т. Я. Дубнищева „Концепцията на съвременната естествена наука“ се предлага следният ход на събитията по модела на „Инфлационната вселена“:

   1) T - 10 - 4 5 стр. По това време, след началото на разширяването на Вселената, радиусът му е приблизително 10 -50 см. Това събитие е необичайно от гледна точка на съвременната физика. Предполага се, че е предшествано от събития, генерирани от квантовите ефекти на инфлатонното поле. Това време е по -малко от времето на "ерата на Планк" - 10 - 4 3 s. Но това не притеснява привържениците на този модел, които извършват изчисления с време от 10 -50 s;

   2) T - приблизително от 10 -43 до 10 -35 s - ерата на "великото обединение" или обединението на всички сили на физическото взаимодействие;

   3) T - от около 10 - 3 5 до 10 -5 - бързата част от инфлационната фаза,

   когато диаметърът на Вселената се е увеличил с коефициент 10 5 0. Говорим за появата и образуването на електронно-кваркова среда;

   4) T- приблизително от 10 -5 до 10 5 s, кварките първо се ограничават в адрони, а след това се образуват ядра на бъдещи атоми, от които впоследствие се образува материя.

   От този модел следва, че една секунда след началото на разширяването на Вселената, протича процесът на възникване на материята, отделянето й от фотоните на електромагнитно взаимодействие и образуването на прото-суперкластери и протогалактики. Нагряването възниква в резултат на появата на частици и античастици, взаимодействащи помежду си. Този процес се нарича унищожаване (лат. nihil - нищо или превръщането в нищо). Авторите на модела смятат, че унищожаването е асиметрично спрямо образуването на обикновени частици, които съставляват нашата Вселена. По този начин основната идея на модела на инфлационната вселена е да се изключи от космологията концепцията

   "Големия взрив" като специално, необичайно, изключително състояние в еволюцията на Вселената. В този модел обаче се появява също толкова необичайно състояние. Това състояние NSнеигра инелатон поле.Възрастта на Вселената в тези модели се оценява на 10-15 милиарда години.

   „Инфлационният модел“ и моделът „Големия взрив“ дават обяснение за наблюдаваната нехомогенност на Вселената (плътност на кондензация на материята). По-специално се смята, че когато Вселената е надута, космическите неоднородности-текстури възникват като ембриони от агрегати от материя, които по-късно се разширяват до галактики и техните клъстери. Това се доказва от записаното през 1992 г. отклонението на температурата на реликтовата радиация от средната й стойност от 2,7 К с около 0,00003 К. И двата модела говорят за гореща разширяваща се Вселена, средно хомогенна и изотропна спрямо реликтовата радиация. Във втория случай имаме предвид практически еднаква стойност на реликтовата радиация във всички части на наблюдаваната Вселена във всички посоки от наблюдателя.

   Има алтернативи на Големия взрив и Инфлационния

   Вселена ": модели на" Стационарна вселена "," Студена вселена "и

   „Самосъгласуваща се космология“.

   Модел"СтационаренНа Вселената ".Този модел е разработен през 1948 г. Той се основава на принципа на "космологичното постоянство" на Вселената: не само във Вселената не трябва да има едно отделно място, но и във времето не трябва да се разпределя нито един момент. Авторите на този модел са Г. Бонди, Т. Голд и Ф. Хойл, последният е известен автор на популярни книги по проблемите на космологията. В едно от своите произведения той пише:

   "Всеки облак, галактика, всяка звезда, всеки атом имаха начало, но не и цялата вселена, вселената е повече от нейните части, въпреки че това заключение може да изглежда неочаквано." Този модел предполага наличието във Вселената на вътрешен източник, резервоар на енергия, който поддържа плътността на своята енергийна материя на "постоянно ниво, което предотвратява компресирането на Вселената". Например Ф. Хойл твърди, че ако един атом се появява в една кофа с пространство на всеки 10 милиона години, тогава плътността на енергия, материя и радиация във Вселената като цяло ще бъде постоянна. Този модел не обяснява как са възникнали атомите на химичните елементи, материята и т.н.

   д. Откриването на реликта, фоновото излъчване значително подкопа теоретичните основи на този модел.

   Модел« СтудВселенатаth». Моделът е предложен през шейсетте години

   години на миналия век от съветския астрофизик Й. Зелдович. Сравнение

   теоретични стойности на плътност и температура на радиация според модела

   "Големият взрив" с данните на радиоастрономията позволи на Я. Зелдович да изложи хипотеза, според която първоначалното физическо състояние на Вселената е студен газ с протон-електрон с примес от неутрино: за всеки протон има един електрон и едно неутрино. Откриването на реликтовата радиация, което потвърждава хипотезата за първоначалното горещо състояние в еволюцията на Вселената, накара Зелдович да се откаже от собствения си модел на „Студената вселена“. Идеята за изчисляване на връзката между броя на различните видове частици и изобилието от химични елементи във Вселената се оказа плодотворна. По-специално, беше установено, че плътността на енергийната материя във Вселената съвпада с плътността на реликтовата радиация.

   Модел"Вселенаvатом ".Този модел твърди, че всъщност няма една, а много вселени. Моделът "Вселена в атом" се основава на концепцията за затворен свят според А. Фридман. Затвореният свят е област от Вселената, в която силите на привличане между нейните компоненти са равни на енергията на общата им маса. В този случай външните размери на такава вселена могат да бъдат микроскопични. От гледна точка на външен наблюдател, той ще бъде микроскопичен обект, но от гледна точка на наблюдател вътре в тази Вселена всичко изглежда различно: техните галактики, звезди и пр. Тези обекти се наричат еreadmons.Академик А. А. Марков предположи, че може да има неограничен брой фридмони и те могат да бъдат напълно отворени, тоест те имат вход в своя свят и изход (връзка) с други светове. Оказва се набор от Вселени или, както нарича член -кореспондент на Академията на науките на СССР И. С. Шкловски в едно от своите произведения, - Метавселената.

   Идеята за множеството Вселени е изразена от А. Гут, един от авторите на инфлационния модел на Вселената. В една набъбваща Вселена е възможно образуването на "аневризми" (термин от медицината, означава изпъкване на стените на кръвоносните съдове) от Вселената -майка. Според този автор създаването на Вселената е напълно възможно. За да направите това, трябва да компресирате 10 кг вещество

   до размер по -малък от един квадрилион част от елементарна частица.

   ВЪПРОСИ ЗА САМОТЕСТ

   1. Моделът на Големия взрив.

   2. Астрономически изследвания на Е. Хъбъл и тяхната роля в развитието

   съвременна космология.

   3. Реликт, фонова радиация.

   4. Модел „Инфлационна вселена“.