معرفی. ساختار جهان در دوران باستان

3مدل هلیوسنتریک جهان. مدلهای کیهان شناسیجهان

1 کیهان شناسی

2مدل ثابت جهان

3مدل ناپایدار جهان

4تحقیقات معاصرمدلهای کیهان شناسی جهان جایزه نوبل برای کشف گسترش سریع جهان

5 ماده تاریک

6 انرژی تاریک

نتیجه

ادبیات

معرفی

جهان به طور کلی موضوع یک علم نجومی خاص است - کیهان شناسی ، که دارای سابقه ای قدیمی است. ریشه های آن به دوران باستان برمی گردد. برای مدتی طولانی کیهان شناسی تحت تأثیر چشمگیر جهان بینی دینی قرار داشت و نه چندان موضوع دانش ، بلکه ایمان بود.

از قرن 19 م. مشکلات کیهان شناسی یک مسئله ایمانی نیست ، بلکه یک موضوع دانش علمی است. آنها با کمک مفاهیم علمی ، ایده ها ، نظریه ها و همچنین ابزارها و ابزارهایی که به ما امکان می دهد ساختار جهان را بدانیم و چگونه شکل گرفته است ، حل می شوند. در قرن بیستم. پیشرفت قابل ملاحظه ای در درک علمی ماهیت و تکامل جهان به عنوان یک کل صورت گرفته است. البته ، درک این مشکلات هنوز هنوز کامل نیست و بدون شک ، آینده منجر به تحولات بزرگ جدیدی در دیدگاه های پذیرفته شده فعلی در مورد تصویر جهان می شود. با این حال ، توجه به این نکته ضروری است که در اینجا ما با علم سروکار داریم ، با دانش عقلانی ، و نه با اعتقادات و اعتقادات مذهبی.

ارتباط این اثر از یک سو به دلیل علاقه زیاد به ساختار جهان در آن است علم مدرن، از سوی دیگر ، توسعه ناکافی آن و همچنین توجه به جهان در جهان مدرن.

موضوع تحقیق: جهان

موضوع تحقیق: مدلهای ساختار جهان.

هدف کار: در نظر گرفتن مدلهای کیهان شناسی مدرن جهان.

برای دستیابی به این هدف ، باید کارهای زیر را حل کنید:

)تجزیه و تحلیل ادبیات درس فیزیک عمومی و نجوم ، در ارتباط با انتخاب موضوع تحقیق.

)تاریخچه تحقیقات کیهان شناسی را دنبال کنید.

)مدلهای کیهان شناسی مدرن را در نظر بگیرید.

)مطالب گویا را بردارید.

این دوره شامل یک مقدمه ، سه فصل ، یک نتیجه گیری و یک کتابشناسی است. فصل 1 به تاریخچه ساختار جهان اختصاص داده شده است ، فصل 2 مدل های کیهان شناسی جهان را بررسی می کند ، فصل 3 مطالعات مدرن مدلهای کیهان شناسی را باز می کند و در پایان کار انجام شده را خلاصه می کند.

فصل 1. ساختار جهان در دوران باستان

.1 مدل پیر مرکز محور جهان

مسیر درک موقعیت سیاره ما و بشریت که در آن در جهان زندگی می کند بسیار دشوار و گاهی بسیار چشمگیر بود. در زمان های قدیم ، طبیعی بود که باور کنیم زمین بی حرکت ، مسطح و در مرکز جهان واقع شده است. به نظر می رسید که کل جهان به خاطر انسان خلق شده است. چنین نمایشی را انسان شناسی (از یونانی. Antropos - یک شخص) می نامند. بسیاری از ایده ها و افکار که بعداً در مفاهیم علمی مدرن طبیعت ، به ویژه در نجوم منعکس شد ، از آنجا سرچشمه گرفت یونان باستان، حتی چند قرن قبل از دوران ما. فهرست کردن نام همه متفکران و حدس های مبتکرانه آنها دشوار است. فیثاغورس ریاضیدان برجسته (قرن ششم پیش از میلاد) متقاعد شده بود که "عدد بر جهان حاکم است". اعتقاد بر این است که فیثاغورس بود که برای اولین بار این ایده را بیان کرد که زمین ، مانند سایر اجرام آسمانی ، شکل کروی دارد و بدون هیچ پشتوانه ای در جهان است. فیثاغورثی ها مدلی پیر مرکز از جهان را پیشنهاد کردند که در آن ستارگان ، خورشید ، ماه و شش سیاره حول آتش مرکزی (حستیا) می چرخند. به منظور بدست آوردن عدد مقدس - ده - از کره ها ، ششمین سیاره ضد زمین (Antichthon) اعلام شد. بر اساس این نظریه ، خورشید و ماه هر دو با نور منعکس شده هستیا می درخشند. این اولین سیستم ریاضی در جهان بود - بقیه کیهان شناسان باستان تخیل داشتند تا منطق در کار. فاصله بین حوزه های نورانی در فیثاغورث با فواصل موسیقی در مقیاس مطابقت داشت. وقتی می چرخند ، "موسیقی حوزه ها" برای ما نامفهوم به نظر می رسد. فیثاغورثی ها زمین را کروی و چرخان می دانستند ، به همین دلیل است که روز و شب تغییر می کند. فیثاغورث همچنین مفهوم اتر را برای اولین بار توسعه دادند. این بالاترین ، خالص ترین و شفاف ترین لایه هوا ، محل استقرار خدایان است.

1.2 مدل ژئوسنتریک جهان

یکی دیگر از دانشمندان نه چندان معروف دوران باستان ، دموکریتوس ، بنیانگذار مفهوم اتم ، که 400 سال قبل از دوران ما زندگی می کرد ، معتقد بود که خورشید چندین برابر بزرگتر از زمین است ، خود ماه نمی درخشد ، بلکه فقط منعکس می شود نور خورشید، و راه شیری از تعداد زیادی ستاره تشکیل شده است. همه دانش جمع آوری شده در قرن چهارم را خلاصه کنید. قبل از میلاد مسیح ه. ، توانست فیلسوف برجسته جهان باستان ارسطو (384-322 قبل از میلاد. ه.).

برنج. 1. سیستم ژئوسنتریک جهان ارسطو-بطلمیوس.

فعالیت او شامل تمام علوم طبیعی - اطلاعات در مورد آسمان و زمین ، در مورد قوانین حرکت اجسام ، در مورد حیوانات و گیاهان و غیره بود. اصلی ترین ویژگی ارسطو به عنوان یک دانشمند دایره المعارف ایجاد یک سیستم واحد از دانش علمی بود. تقریباً دو هزاره است که نظر وی در مورد بسیاری از مسائل مورد تردید قرار نگرفته است. به گفته ارسطو ، همه چیز سنگین به مرکز جهان تمایل دارد ، جایی که تجمع می یابد و یک توده کروی شکل می گیرد - زمین. سیاره ها بر روی کره های خاصی قرار گرفته اند که به دور زمین می چرخند. چنین سیستمی از جهان زمین مرکز نامیده می شود (از نام یونانی زمین - گایا). به طور اتفاقی ارسطو پیشنهاد نکرد که زمین را مرکز غیرقابل حرکت جهان در نظر بگیرد. اگر زمین حرکت می کرد ، به نظر منصفانه ارسطو ، یک تغییر منظم محسوس ایجاد می شد ترتیب متقابلستارگان در کره آسمانی اما هیچ یک از ستاره شناسان چنین چیزی را مشاهده نکردند. تنها در اوایل XIXکه در. تغییر مکان ستارگان (اختلاف منظر) در اثر حرکت زمین به دور خورشید سرانجام کشف و اندازه گیری شد. بسیاری از کلیات ارسطو بر اساس استنباط هایی بود که در آن زمان با تجربه قابل اثبات نبود. بنابراین ، او استدلال کرد که حرکت بدن نمی تواند رخ دهد در صورتی که نیرویی به آن وارد نشود. همانطور که از درس فیزیک می دانید ، این ایده ها تنها در قرن 17 رد شد. در زمان گالیله و نیوتن.

1.3 مدل هلیوسنتریک جهان

در میان دانشمندان دوران باستان ، آریستارخوس ساموس ، که در قرن سوم زندگی می کرد ، به دلیل جسارت حدس های خود برجسته است. قبل از میلاد مسیح NS او اولین کسی بود که فاصله تا ماه را تعیین کرد و اندازه خورشید را محاسبه کرد ، که طبق داده های وی ، 300 برابر حجم زمین بزرگتر از زمین بود. احتمالاً این داده ها یکی از زمینه های این نتیجه گیری است که زمین به همراه دیگر سیارات در اطراف این بزرگترین جسم حرکت می کند. در روزهای ما ، آریستارخوس ساموس را "کوپرنیک جهان باستان" می نامیدند. این دانشمند چیز جدیدی را در نظریه ستارگان مطرح کرد. او معتقد بود که آنها بسیار بیشتر از زمین از خورشید فاصله دارند. در آن دوران ، این کشف بسیار مهم بود: از یک دنیای دنج ، جهان در حال تبدیل شدن به یک دنیای غول پیکر عظیم بود. در این جهان ، زمین ، با کوهها و دشتهایش ، با جنگلها و مزارع ، با دریاها و اقیانوسها ، به یک ذره کوچک گرد و غبار تبدیل شد که در یک فضای خالی عظیم گم شده بود. متأسفانه ، آثار این دانشمند برجسته عملاً به ما نرسیده است ، و بیش از یک و نیم هزار سال است که بشر متقاعد شده است که زمین مرکز بی حرکت جهان است. تا حد زیادی ، این امر با توصیف ریاضی حرکت قابل مشاهده نوران ، که توسط سیستم ریاضی زمین مرکز جهان توسط یکی از ریاضیدانان برجسته دوران قدیم - کلادیوس بطلمیوس در قرن دوم توسعه یافته بود ، تسهیل شد. آگهی سخت ترین کار توضیح حرکت حلقه مانند سیارات بود.

بطلمیوس در اثر معروف خود "رساله ریاضی در نجوم" (که بیشتر به عنوان "آلماگست" شناخته می شود) استدلال کرد که هر سیاره به طور یکنواخت در یک دایره اپیکیکلیک حرکت می کند ، مرکز آن به دور زمین - یک دایره بزرگ - در اطراف زمین حرکت می کند. بنابراین ، او توانست ماهیت ویژه حرکت سیارات را توضیح دهد ، که با آن با خورشید و ماه متفاوت است. سیستم بطلمیوس توصیفی کاملاً سینماتیکی از حرکت سیاره ها داشت - علم آن زمان چیز دیگری نمی تواند ارائه دهد. قبلاً مشاهده کرده اید که استفاده از مدل کره آسمانی در توصیف حرکت خورشید ، ماه و ستارگان به شما امکان می دهد محاسبات زیادی را برای اهداف عملی انجام دهید ، اگرچه در واقع چنین حوزه ای وجود ندارد. همین امر در مورد دوچرخه ها و دوگانگی ها نیز صادق است که بر اساس آنها می توان موقعیت سیاره ها را با درجه خاصی از دقت محاسبه کرد.

برنج. 2. حرکت زمین و مریخ.

با این حال ، با گذشت زمان ، الزامات صحت این محاسبات به طور مداوم افزایش می یابد ، لازم است تعداد بیشتری چرخه برای هر سیاره اضافه شود. همه اینها سیستم بطلمیوس را پیچیده می کند و برای محاسبات عملی بیهوده دست و پا گیر و ناخوشایند می شود. با این وجود ، سیستم زمین مرکز برای حدود 1000 سال تزلزل ناپذیر بود. به هر حال ، پس از دوران اوج فرهنگ باستانییک دوره طولانی در اروپا آغاز شد که طی آن هیچ کشف مهمی در نجوم و بسیاری از علوم دیگر انجام نشد. تنها در دوران رنسانس ، پیشرفت علوم شروع می شود ، که در آن نجوم یکی از رهبران می شود. در سال 1543 ، کتابی توسط دانشمند برجسته لهستانی نیکلاس کوپرنیک (1473-1543) منتشر شد ، که در آن کتاب جدیدی را اثبات کرد - heliocentric - سیستم جهان کوپرنیک نشان داد که حرکت روزانه همه درخشان را می توان با چرخش زمین به دور محور و حرکت حلقه مانند سیارات - با این واقعیت که همه آنها ، از جمله زمین ، به دور خورشید می چرخند ، توضیح داد.

شکل حرکت زمین و مریخ را در دوره ای نشان می دهد که به نظر ما این سیاره در حال توصیف حلقه ای در آسمان است. ایجاد سیستم heliocentric مرحله جدیدی را در توسعه نه تنها نجوم ، بلکه کل علم طبیعی رقم زد. نقش بسیار مهمی با ایده کوپرنیک ایفا شد که در پشت تصویر قابل مشاهده پدیده های در حال وقوع ، که به نظر ما درست است ، باید ذات این پدیده ها را برای مشاهده مستقیم غیرقابل دسترسی یافت و یافت. سیستم هلیوسنتریک جهان ، اثبات شده اما توسط کوپرنیک اثبات نشده است ، در آثار دانشمندان برجسته ای مانند گالیله گالیله و یوهانس کپلر تأیید و توسعه یافت.

گالیله (1664-1564) ، یکی از اولین کسانی که تلسکوپ را به آسمان نشانه رفت ، کشفیات انجام شده در این مورد را به عنوان استدلال هایی به نفع نظریه کوپرنیک تفسیر کرد. او با کشف تغییرات در مراحل زهره ، به این نتیجه رسید که چنین توالی از آنها فقط در صورت چرخش آن به دور خورشید قابل مشاهده است.

برنج. 3. سیستم هلیوسنتریک جهان.

چهار ماهواره سیاره مشتری کشف شده توسط وی این ایده را که زمین تنها مرکزی در جهان است که اجسام دیگر می توانند دور آن بچرخند ، رد کردند. گالیله نه تنها کوه های روی ماه را دید ، بلکه حتی ارتفاع آنها را اندازه گیری کرد. او به همراه چند دانشمند دیگر لکه های خورشیدی را نیز مشاهده کرد و متوجه حرکت آنها در امتداد آن شد دیسک خورشید... بر این اساس ، او به این نتیجه رسید که خورشید می چرخد ​​و بنابراین ، چنین حرکتی دارد که کوپرنیک آن را به سیاره ما نسبت داد. بنابراین به این نتیجه رسیدند که خورشید و ماه شباهت خاصی به زمین دارند. سرانجام ، گالیله با مشاهده در کهکشان راه شیری و فراتر از بسیاری از ستارگان ضعیف که با چشم غیرمسلح قابل دسترسی نیستند ، به این نتیجه رسید که فاصله تا ستارگان متفاوت است و هیچ "حوزه ای از ستارگان ثابت" وجود ندارد. همه این اکتشافات به مرحله جدیدی در درک موقعیت زمین در جهان تبدیل شده است.

فصل 2. مدلهای کیهان شناسی جهان

.1 کیهان شناسی

کیهان شناسی از یونانی ترجمه شده است و به معنی "توصیف نظم جهانی" است. این هست رشته علمی، برای یافتن عمومی ترین قوانین حرکت ماده و ایجاد درک از جهان به عنوان یک کل هماهنگ طراحی شده است. در حالت ایده آل ، نباید جایی برای تصادفی بودن در آن (در نظریه کیهان شناسی) وجود داشته باشد ، اما همه پدیده های مشاهده شده در کیهان باید به عنوان تجلی قوانین کلی حرکت ماده ظاهر شوند. بنابراین ، کیهان شناسی کلید درک همه چیز است که هم در کلان و هم در کیهان کوچک اتفاق می افتد.

کیهان شناسی شاخه ای از نجوم و اخترفیزیک است که به مطالعه منشا ، ساختار مقیاس بزرگ و تکامل جهان می پردازد. داده های کیهان شناسی عمدتا از مشاهدات نجومی به دست می آید. نظریه نسبیت عمومی اینشتین (1915) در حال حاضر برای تفسیر آنها استفاده می شود. ایجاد این نظریه و پیاده سازی مشاهدات مربوطه باعث شد که در اوایل دهه 1920 کیهان شناسی در تعدادی از علوم دقیق قرار گیرد ، در حالی که قبل از آن این یک حوزه فلسفه بود. اکنون دو مکتب کیهان شناسی پدید آمده است: تجربه گرایان خود را محدود به تفسیر داده های مشاهده ای می کنند ، نه مدلهای خود را در مناطق ناشناخته تعمیم می دهند. نظریه پردازان سعی می کنند جهان قابل مشاهده را با استفاده از برخی فرضیه های انتخاب شده برای سادگی و ظرافت توضیح دهند. مدل کیهان شناسی بیگ بنگ در حال حاضر به طور گسترده ای شناخته شده است ، که بر اساس آن انبساط جهان مدتی پیش از حالت بسیار متراکم و گرم آغاز شد. مدل ثابت جهان ، که در آن جاودانه وجود دارد و هیچ آغاز و پایانی ندارد ، نیز مورد بحث قرار گرفته است.

2.2 مدل ثابت جهان

شروع کنید نظریه جدیدمنشاء جهان با انتشار اثر آلبرت اینشتین در سال 1916 "مبانی نظریه نسبیت عمومی" پایه گذاری شد.

این اثر اساس نظریه نسبی گرایی را تشکیل می دهد ، که به نوبه خود ، کیهان شناسی مدرن مبتنی بر آن است. نظریه نسبیت عام در حال حاضر برای همه چارچوبهای مرجع (و نه فقط برای کسانی که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند) اعمال می شود و از نظر ریاضی بسیار پیچیده تر از نظریه خاص است (که فاصله یازده ساله بین انتشار آنها را توضیح می دهد. ) این شامل یک مورد خاص نظریه نسبیت خاص (و بنابراین قوانین نیوتن) می شود. علاوه بر این ، نظریه نسبیت عمومی بسیار فراتر از همه پیشینیان خود است. به طور خاص ، تفسیر جدیدی از گرانش ارائه می دهد. نسبیت عام جهان را چهار بعدی می کند: زمان به سه بعد فضایی اضافه می شود. هر چهار بعد جدایی ناپذیر هستند ، بنابراین ما دیگر در مورد فاصله فضایی بین دو جسم صحبت نمی کنیم ، همانطور که در جهان سه بعدی اتفاق می افتد ، بلکه در مورد فواصل زمانی-زمانی بین رویدادهایی که فاصله آنها را از یکدیگر متصل می کند-هر دو در در زمان و فضا. ... یعنی فضا و زمان به عنوان یک پیوستار چهار بعدی فضا-زمان یا به سادگی فضا-زمان در نظر گرفته می شوند. در حال حاضر در سال 1917 ، خود اینشتین مدلی از فضا را که از معادلات میدانی خود استخراج شده بود ، پیشنهاد کرد ، که اکنون به عنوان مدل اینشتین از جهان شناخته می شود. در هسته اصلی آن ، یک مدل ثابت بود. اینشتین برای اینکه با حالت ایستادگی در تضاد نباشد ، نظریه خود را با وارد کردن ثابت به اصطلاح کیهان شناسی در معادلات تغییر داد. وی نیروی جدید "ضد جاذبه" را معرفی کرد ، که برخلاف سایر نیروها ، توسط هیچ منبعی ایجاد نشده بود ، بلکه در ساختار فضا-زمان تعبیه شده بود. انیشتین استدلال می کرد که فضا - زمان خود همیشه در حال گسترش است و این انبساط دقیقاً تعادل جاذبه همه مواد دیگر در جهان را متعادل می کند ، به طوری که در نتیجه جهان ثابت است.

با در نظر گرفتن ثابت کیهانی ، معادلات اینشتین به صورت زیر است:

جایی که ? - ثابت کیهانی ، g آب - تانسور متریک ، R آب تنسور Ricci است ، R انحنای مقیاس ، T است آب تنسور انرژی-حرکت ، c سرعت نور ، G ثابت گرانشی نیوتن است.

"جهان ، که توسط نظریه نسبیت اینشتین به تصویر کشیده شده است ، مانند یک حباب صابون باد کننده است. او درون او نیست ، بلکه یک فیلم است. سطح حباب دو بعدی است و حباب جهان دارای چهار بعد است: سه فضایی و یک زمانی. " این دانشمند مدرن (او در سال 1946 درگذشت) ، انگار ، ایده قدیمی پیروان افلاطون و فیثاغورث را احیا کرد که همه چیز پیرامون ریاضیات محض است و خدایی که این جهان ریاضی را ایجاد کرده است ، خود یک ریاضیدان بزرگ بوده است.

اما اینشتین همچنین ریاضیدان بزرگی بود. فرمول های آن به ما اجازه می دهد تا شعاع این جهان را محاسبه کنیم. از آنجا که انحنای آن به جرم اجسام تشکیل دهنده آن بستگی دارد ، لازم است چگالی متوسط ​​ماده را بدانیم. ستاره شناسان سالها مناطق کوچک آسمان را مورد مطالعه قرار داده و مقدار ماده موجود در آنها را به طور دقیق محاسبه کرده اند. معلوم شد که چگالی تقریبا 10-30 گرم در سانتی متر مربع است. اگر این رقم را در فرمول های اینشتین جایگزین کنیم ، در مرحله اول ، یک مقدار انحنای مثبت دریافت می کنیم ، یعنی جهان ما بسته است! - و ثانیاً ، شعاع آن برابر با 35 میلیارد سال نوری است. این بدان معناست که اگرچه جهان محدود است ، اما عظیم است - یک پرتو نور ، که در امتداد دایره بزرگ کیهانی می شتابد ، در 200 میلیارد سال زمینی به همان نقطه باز می گردد!

این تنها تناقض در جهان اینشتین نیست. این نه تنها محدود نیست ، بلکه نامحدود است ، بلکه دائمی است. آلبرت اینشتین نظریه خود را در قالب ده معادله دیفرانسیل بسیار پیچیده و اصطلاحاً غیر خطی تدوین کرد. با این حال ، همه دانشمندان با آنها به عنوان ده فرمان رفتار نکردند و تنها یک تفسیر واحد را مجاز کردند. و این تعجب آور نیست - از این گذشته ، ریاضیات مدرن نمی داند که چگونه چنین معادلاتی را به طور دقیق حل کند ، و می توان راه حل های تقریبی زیادی را ارائه داد.

2.3 مدل غیر ثابت جهان

اولین پیامدهای اساساً جدید کیهان شناسی انقلابی نظریه عمومی نسبیت توسط ریاضیدان برجسته و فیزیکدان نظری شوروی الکساندر الکساندرویچ فریدمن (1885-1918) آشکار شد.

معادلات اصلی نظریه نسبیت عمومی عبارتند از "معادلات جهانی" اینشتین ، که ویژگی های هندسی یا معیارهای یک فضای منحنی چهار بعدی - زمان را توصیف می کند.

راه حل آنها در اصل به ساخت اجازه می دهد مدل ریاضیجهان. اولین تلاش از این دست توسط خود اینشتین انجام شد. با توجه به ثابت بودن شعاع انحنای فضا (یعنی بر اساس فرض ایستایی جهان به عنوان یک کل ، که منطقی ترین به نظر می رسید) ، او به این نتیجه رسید که جهان باید از نظر فضایی محدود و دارای شکل باشد از یک استوانه چهار بعدی در 1922-1924. فریدمن از یافته های اینشتین انتقاد کرد. او بی اساس بودن اصل اصلی خود را نشان داد - در مورد ایستایی ، تغییر ناپذیری در زمان جهان. پس از تجزیه و تحلیل معادلات جهان ، فریدمن به این نتیجه رسید که راه حل آنها تحت هیچ شرایطی نمی تواند مبهم باشد و نمی تواند پاسخی به س theال شکل جهان ، محدود بودن یا بی نهایت بودن آن بدهد.

فریدمن بر اساس فرضیه مخالف - در مورد تغییر احتمالی شعاع انحنای فضای جهان در زمان ، راه حل های غیر ثابت "معادلات جهان" را یافت. به عنوان نمونه ای از چنین راه حل هایی ، او سه مدل ممکن از جهان را ساخت. در دو مورد از آنها ، شعاع انحنای فضا به صورت یکنواخت افزایش می یابد و جهان گسترش می یابد (در یک مدل - از نقطه ای ، در نقطه دیگر - از حجم محدود معینی شروع می شود). مدل سوم تصویری از جهان تپنده با شعاع انحنای متناوب تغییر می دهد.

مدل فریدمن بر اساس مفهوم ایزوتروپیک ، همگن و غیر ساکن جهان استوار است:

Ø ایزوتروپی نشان می دهد که هیچ نقطه متمایزی از جهات در جهان وجود ندارد ، یعنی خواص آن به جهت بستگی ندارد.

Ø یکنواختی جهان مشخص کننده توزیع ماده در آن است. این یکنواختی توزیع ماده را می توان با شمارش تعداد کهکشان ها تا اندازه ظاهری معین توجیه کرد. طبق مشاهدات ، چگالی ماده در قسمتی از فضا که برای ما قابل مشاهده است به طور متوسط ​​یکسان است.

Ø غیراصولی بودن بدین معناست که جهان نمی تواند در وضعیت ثابت و بدون تغییر باشد ، بلکه باید یا منبسط شود یا منقبض شود

در کیهان شناسی مدرن ، این سه گزاره را مفروضات کیهانی می نامند. کلیت این مفروضات اصل اساسی کیهان شناسی است. اصل کیهان شناسی مستقیماً از فرضیه های نظریه عمومی نسبیت نشأت می گیرد. A. فریدمن ، بر اساس مفروضات مطرح شده توسط وی ، مدلی از ساختار جهان ایجاد کرد که در آن همه کهکشانها از یکدیگر دور می شوند. این مدل شبیه یک توپ لاستیکی باد کننده یکنواخت است که تمام نقاط فضا از یکدیگر دور می شوند. فاصله بین هر دو نقطه افزایش می یابد ، اما هیچ یک از آنها را نمی توان مرکز انبساط نامید. علاوه بر این ، هرچه فاصله بین نقاط بیشتر باشد ، سریعتر از یکدیگر دور می شوند. خود فریدمن تنها یک مدل از ساختار جهان را در نظر گرفت ، که در آن فضا طبق قانون سهموی تغییر می کند. یعنی در ابتدا به آرامی منبسط می شود و سپس تحت تأثیر نیروهای گرانشی ، انبساط با فشرده سازی به اندازه اصلی خود جایگزین می شود. پیروان او نشان دادند که حداقل سه مدل وجود دارد که هر سه اصل کیهانی برای آنها مطابقت دارد. مدل سهموی A. A. Friedman یکی از گزینه های احتمالی است. ستاره شناس هلندی W. de Sitter راه حلی متفاوت برای این مشکل پیدا کرد. فضای جهان در مدل او هذلولی است ، یعنی انبساط جهان با افزایش شتاب اتفاق می افتد. نرخ انبساط آنقدر زیاد است که تأثیر گرانشی نمی تواند مانع این روند شود. او در واقع انبساط جهان را پیش بینی کرد. سومین نوع رفتار جهان توسط کشیش بلژیکی J. Lemaitre محاسبه شد. در مدل او ، جهان تا بی نهایت گسترش می یابد ، اما سرعت انبساط دائماً کاهش می یابد - این وابستگی ماهیت لگاریتمی دارد. در این حالت ، نرخ انبساط فقط برای جلوگیری از صفر شدن کافی است. در مدل اول ، فضا منحنی است و به خودی خود بسته می شود. این یک کره است ، بنابراین ابعاد آن محدود است. در مدل دوم ، فضا منحنی متفاوتی دارد ، به شکل یک پارابلوئید هذلولی (یا زین) ، فضا بی نهایت است. در مدل سوم با نرخ انبساط بحرانی ، فضا مسطح و بنابراین بی نهایت است.

در ابتدا ، این فرضیه ها به عنوان یک حادثه تلقی می شد ، از جمله توسط A. Einstein. با این حال ، در سال 1926 ، یک رویداد دوران ساز در کیهان شناسی رخ داد ، که صحت محاسبات توسط فریدمن - دی سیتر - لیمتر را تأیید کرد. چنین رویدادی که بر ساخت همه مدلهای موجود جهان تأثیر گذاشت ، کار ستاره شناس آمریکایی ادوین پی هابل بود. در سال 1929 ، هنگام انجام مشاهدات با بزرگترین تلسکوپ در آن زمان ، متوجه شد که نوری که از کهکشان های دور به زمین می آید به سمت طول موج بلند طیف منتقل شده است. این پدیده که "اثر جابجایی قرمز" نامیده می شود ، بر اساس اصل کشف شده توسط فیزیکدان مشهور کی داپلر است. اثر داپلر نشان می دهد که در طیف منبع تابش که به ناظر نزدیک می شود ، خطوط طیف به طرف موج کوتاه (بنفش) منتقل می شوند ، در طیف منبع که از ناظر دور می شود ، خطوط طیفی به سمت سمت قرمز (موج بلند)

اثر انتقال سرخ نشان دهنده فاصله کهکشان ها از ناظر است. به استثنای سحابی معروف آندرومدا و چندین منظومه ستاره ای نزدیک به ما ، همه کهکشان های دیگر از ما دور می شوند. علاوه بر این ، مشخص شد که سرعت انبساط کهکشان ها در نقاط مختلف جهان یکسان نیست. آنها هر چه سریعتر از ما دور می شوند ، هرچه بیشتر دورتر می شوند. به عبارت دیگر ، مقدار انتقال به سرخ مشخص شد متناسب با فاصلهبه منبع تابش - این فرمول دقیق قانون باز هابل است. رابطه طبیعی بین فاصله بین کهکشان ها و فاصله تا آنها با استفاده از ثابت هابل (H ، کیلومتر بر ثانیه در هر 1 مگاپارسک فاصله) شرح داده شده است.

V = ساعت ,

جایی که V فاصله بین کهکشان ها است ، H ثابت هابل و r فاصله بین آنها است.

مقدار این ثابت هنوز به طور نهایی مشخص نشده است. دانشمندان مختلف آن را در محدوده 80 ± 17 کیلومتر بر ثانیه برای هر مگاپارسک فاصله تعریف می کنند. پدیده انتقال به سرخ در پدیده "رکود کهکشان ها" توضیح داده شده است. در این راستا ، مشکلات مطالعه انبساط جهان و تعیین سن آن با مدت زمان این گسترش برجسته می شود.

اکثر کیهان شناسان مدرن این انبساط را گسترش جهان واقعاً قابل تصور و موجود می دانند ... متأسفانه مرگ زودهنگام به نظریه پرداز نابغه A.A. اجازه نداد که تصویر کیهان شناسی جهان را به روز کند. با این حال ، تجربه تاریخچه توسعه دانش در مورد جهان نشان می دهد که تصویر نسبی گرایانه کیهان شناختی مدرن از جهان ، که نتیجه برون یابی به تمام "کل" دانش قابل تصور در مورد بخش محدودی از جهان است ، ناگزیر است. نادرست بنابراین ، ما می توانیم تصور کنیم که بیشتر ویژگی های بخش محدودی از جهان (که می توان آن را فرا کهکشان نامید) و شاید تنها یکی از مراحل توسعه آن را منعکس می کند (که توسط کیهان شناسی نسبیتی مجاز است و می تواند تبدیل به با مشخص کردن چگالی متوسط ​​ماده در فرا کهکشان) واضح تر است. در حال حاضر ، اما ، در این مرحله ، تصویر جهان نامشخص است.

فصل 3. مطالعات مدرن مدلهای کیهان شناسی جهان

.1 جایزه نوبل برای کشف انبساط سریع جهان

کیهان شناسی مدرن یک سیستم پیچیده ، پیچیده و به سرعت در حال توسعه طبیعی - علمی (نجوم ، فیزیک ، شیمی و غیره) و دانش فلسفی درباره جهان به طور کلی است که هم بر اساس داده های مشاهده ای و هم بر اساس نتایج نظری مربوط به بخشی از جهان است. جهان توسط مشاهدات نجومی پوشیده شده است. ...

به تازگی ، کشفی در زمینه کیهان شناسی مدرن انجام شده است ، که در آینده می تواند ایده های ما را در مورد منشا و تکامل جهان تغییر دهد. به دانشمندانی که سهم بسزایی در توسعه این اکتشاف داشتند ، جایزه نوبل را برای کار خود اهدا کردند.

جایزه نوبل به ساول پرلماتر آمریکایی ، برایان اشمیت استرالیایی و آدام ریس آمریکایی به دلیل کشف انبساط سریع جهان اهدا شد.

در سال 1998 ، دانشمندان دریافتند که جهان با سرعتی در حال انبساط است. این کشف به لطف مطالعه ابرنواخترهای نوع Ia انجام شد. ابرنواخترها ستارگانی هستند که گهگاه در آسمان به خوبی می درخشند و سپس به سرعت محو می شوند. این ستارگان به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود به عنوان نشانگر برای تعیین چگونگی تغییر فواصل کیهانی در طول زمان استفاده می شوند. یک ابرنواختر لحظه ای در زندگی یک ستاره عظیم است که یک انفجار فاجعه بار را تجربه می کند. بسته به شرایط خاص قبل از وقوع فاجعه ، ابرنواخترها انواع مختلفی دارند. در طول مشاهدات ، نوع شعله ور شدن توسط طیف و شکل منحنی نور تعیین می شود. ابرنواخترها که Ia نامیده می شوند از انفجار حرارتی هسته ای یک کوتوله سفید بوجود می آیند که جرم آن از حد آستانه 1.4 جرم خورشیدی فراتر رفته است که حد چاندراسخار نامیده می شود. تا زمانی که جرم کوتوله سفید کمتر از مقدار آستانه باشد ، نیروی گرانش ستاره با فشار گاز الکترون منحط متعادل می شود. اما اگر در یک سیستم دوتایی نزدیک ، ماده از ستاره همسایه به سمت آن جریان یابد ، در یک لحظه مشخص فشار الکترون ناکافی می شود و ستاره منفجر می شود و ستاره شناسان یک نوع دیگر انفجار ابرنواختر Ia را ثبت می کنند. از آنجا که جرم آستانه و دلیل انفجار کوتوله سفید همیشه یکسان است ، چنین ابرنواخترهایی با حداکثر روشنایی باید درخشندگی یکسانی داشته باشند و می توانند به عنوان "شمع استاندارد" برای تعیین فاصله بین کهکشانی عمل کنند. اگر داده های بسیاری از این ابرنواخترها را جمع آوری کرده و فاصله آنها را با تغییر رنگ قرمز کهکشان هایی که در آنها انفجارها رخ داده است مقایسه کنیم ، می توانیم نحوه تغییر سرعت انبساط جهان در گذشته را تعیین کرده و یک مدل کیهان شناسی مناسب انتخاب کنیم.

دانشمندان با مطالعه ابرنواخترهای دور از زمین دریافتند که آنها حداقل یک چهارم ضعیف تر از آن چیزی هستند که تئوری پیش بینی می کند - این بدان معناست که فاصله ستارگان بسیار زیاد است. بنابراین ، با محاسبه پارامترهای انبساط جهان ، دانشمندان ثابت کردند که این روند در حال تسریع است.

3.2 ماده تاریک

ماده تاریک شبیه ماده معمولی است به این معنا که قادر به تجمع در توده ها (مثلاً به اندازه یک کهکشان یا خوشه ای از کهکشان ها) است و در فعل و انفعالات گرانشی همانند ماده معمولی شرکت می کند. به احتمال زیاد ، از ذرات جدیدی تشکیل شده است که هنوز در شرایط زمینی کشف نشده اند.

علاوه بر داده های کیهان شناسی ، اندازه گیری میدان گرانشی در خوشه های کهکشانی و در کهکشان ها به نفع وجود ماده تاریک است. چندین روش برای اندازه گیری میدان گرانشی در خوشه های کهکشانی وجود دارد که یکی از آنها عدسی گرانشی است که در شکل نشان داده شده است. 4

برنج. 4. عدسی گرانشی.

میدان گرانشی خوشه پرتوهای نوری که از کهکشان در پشت خوشه ساطع می شود را خم می کند ، یعنی میدان گرانشی به عنوان یک عدسی عمل می کند. همزمان ، گاهی چندین تصویر از این کهکشان دوردست ظاهر می شود. در نیمه چپ انجیر 7 آنها آبی هستند انحنای نور به توزیع جرم در خوشه بستگی دارد ، صرف نظر از اینکه کدام ذرات این جرم را ایجاد می کنند. توزیع جرم به این روش در نیمه سمت راست شکل نشان داده شده است. 7 به رنگ آبی ؛ مشاهده می شود که با توزیع ماده درخشان بسیار متفاوت است. جرم خوشه های کهکشانی که با این روش اندازه گیری می شوند با این واقعیت مطابقت دارد که ماده تاریک حدود 25 درصد از کل چگالی انرژی جهان را تشکیل می دهد. به یاد بیاورید که با مقایسه نظریه شکل گیری ساختارها (کهکشان ها ، خوشه ها) با مشاهدات ، همین تعداد به دست می آید.

ماده تاریک در کهکشان ها نیز یافت می شود. این امر دوباره از اندازه گیری میدان گرانشی ناشی می شود ، اکنون در کهکشان ها و اطراف آنها. هرچه میدان گرانشی قوی تر باشد ، ستارگان و ابرهای گاز سریعتر به دور کهکشان می چرخند ، به طوری که اندازه گیری سرعت چرخش بسته به فاصله تا مرکز کهکشان امکان بازسازی توزیع جرم در آن را ممکن می سازد.

ذرات ماده تاریک چیست؟ واضح است که این ذرات نباید به سایر ذرات سبک تر تجزیه شوند ، در غیر این صورت در طول وجود جهان پوسیده می شوند. این واقعیت خود گواه این واقعیت است که در طبیعت یک قانون حفاظتی جدید وجود دارد که هنوز کشف نشده است و این ذرات را از پوسیدگی منع می کند. قیاس در اینجا با قانون حفظ بار الکتریکی است: الکترون سبک ترین ذره با بار الکتریکی است و به همین دلیل است که به ذرات سبک تر تجزیه نمی شود (به عنوان مثال ، نوترینوها و فوتون ها). علاوه بر این ، ذرات ماده تاریک بسیار ضعیف با ماده ما تعامل دارند ، در غیر این صورت آنها قبلاً در آزمایشات زمینی شناسایی شده بودند. سپس حوزه فرضیه ها آغاز می شود. به نظر می رسد محتمل ترین (اما به دور از تنها!) فرضیه این است که ذرات ماده تاریک 100-1000 برابر سنگین تر از یک پروتون هستند و اینکه برهم کنش آنها با ماده معمولی از نظر شدت با برهمکنش نوترینوها قابل مقایسه است. در چارچوب این فرضیه است که چگالی مدرن ماده تاریک توضیح ساده ای پیدا می کند: ذرات ماده تاریک در دمای بسیار بالا (حدود 1015 درجه) در جهان بسیار اولیه به شدت متولد شده و نابود شده اند ، و برخی از آنها زنده مانده اند. تا امروز. با پارامترهای مشخص شده این ذرات ، تعداد فعلی آنها در جهان دقیقاً همان چیزی است که مورد نیاز است.

آیا می توان انتظار کشف ذرات ماده تاریک در آینده نزدیک تحت شرایط زمینی را داشت؟ از آنجا که امروزه ما ماهیت این ذرات را نمی دانیم ، نمی توان به طور کامل به این سوال پاسخ داد. با این وجود ، به نظر می رسد که چشم انداز بسیار خوش بینانه است.

روشهای مختلفی برای جستجوی ذرات ماده تاریک وجود دارد. یکی از آنها با آزمایش هایی در مورد شتاب دهنده های پرانرژی آینده - برخورد کننده ها - مرتبط است. اگر ذرات ماده تاریک در واقع 100-1000 بار سنگین تر از یک پروتون باشند ، در برخورد ذرات معمولی که در برخورد کننده ها به انرژی زیاد شتاب می گیرند ، تولید می شوند (انرژی های به دست آمده در برخورد کننده های موجود برای این کار کافی نیست). نزدیکترین چشم انداز در اینجا به برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) در حال ساخت در مرکز بین المللی CERN در نزدیکی ژنو مربوط می شود ، که پرتوهای برخوردی پروتون ها را با انرژی 7 7 7 ترالکترونولت دریافت می کند. باید گفت که طبق فرضیه های رایج امروزه ، ذرات ماده تاریک تنها یک نماینده از خانواده جدید ذرات اولیه هستند ، به طوری که در کنار کشف ذرات ماده تاریک ، می توان به کشف یک گروه کامل از ذرات جدید و فعل و انفعالات جدید در شتاب دهنده ها. کیهان شناسی نشان می دهد که جهان ذرات اولیه با خشت های شناخته شده امروزه فاصله زیادی ندارد!

راه دیگر ثبت ذرات ماده تاریک است که در اطراف ما پرواز می کنند. به هیچ وجه تعداد کمی از آنها وجود ندارد: با جرمی برابر با 1000 جرم پروتون ، در اینجا و اکنون باید 1000 مورد از این ذرات در یک متر مکعب وجود داشته باشد. مشکل این است که آنها بسیار ضعیف با ذرات معمولی تعامل می کنند ، این ماده برای آنها شفاف است. با این وجود ، ذرات ماده تاریک گهگاه با هسته های اتمی برخورد می کنند و امیدواریم این برخوردها ثبت شوند. جستجو در این جهت با کمک تعدادی از آشکارسازهای بسیار حساس که در اعماق زیر زمین قرار گرفته اند ، انجام می شود ، جایی که پس زمینه اشعه های کیهانی به شدت کاهش می یابد.

در نهایت ، یک راه دیگر با ثبت محصولات نابودی ذرات ماده تاریک در بین خود مرتبط است. این ذرات باید در مرکز زمین و در مرکز خورشید جمع شوند (این ماده برای آنها عملاً شفاف است و می توانند به زمین یا خورشید بیفتند). در آنجا آنها با یکدیگر از بین می روند و ذرات دیگری از جمله نوترینوها تشکیل می شوند. این نوترینوها آزادانه از ضخامت زمین یا خورشید عبور می کنند و می توانند توسط تأسیسات خاص - تلسکوپ های نوترینو - ثبت شوند. یکی از این تلسکوپ های نوترینو در اعماق دریاچه بایکال ، دیگری (AMANDA) - در اعماق یخ در قطب جنوب واقع شده است. روشهای دیگری برای جستجوی ذرات ماده تاریک وجود دارد ، به عنوان مثال ، جستجوی محصولات نابودی آنها در منطقه مرکزی کهکشان ما. زمان نشان می دهد که کدام یک از همه این مسیرها ابتدا به موفقیت می انجامد ، اما در هر صورت ، کشف این ذرات جدید و مطالعه خواص آنها یک دستاورد بزرگ علمی خواهد بود. این ذرات در مورد خواص 10 تا 9 ثانیه جهان (یک میلیاردم ثانیه!) پس از انفجار بزرگ ، هنگامی که دمای جهان 1015 درجه بود ، و ذرات ماده تاریک به شدت با پلاسمای کیهانی در تعامل هستند ، به ما خواهند گفت.

3.3 انرژی تاریک

انرژی تاریک یک ماده بسیار عجیب تر از ماده تاریک است. برای شروع ، آن را به صورت توده ای جمع نمی کند ، بلکه به طور مساوی در جهان "ریخته" می شود. مقدار زیادی از آن در کهکشان ها و خوشه های کهکشانی موجود است. غیرمعمول ترین چیز این است که انرژی تاریک ، به یک معنا ، ضد گرانش را تجربه می کند. ما قبلاً گفتیم که روشهای نجومی مدرن نه تنها می توانند میزان انبساط جهان را اندازه گیری کنند ، بلکه نحوه تغییر آن را در طول زمان نیز تعیین می کنند. بنابراین ، مشاهدات نجومی نشان می دهد که امروز (و در گذشته اخیر) جهان با شتاب در حال گسترش است: سرعت انبساط با گذشت زمان افزایش می یابد. از این نظر ، ما می توانیم در مورد ضد گرانش صحبت کنیم: جاذبه گرانشی معمول باعث پراکندگی کهکشان ها می شود ، اما معلوم می شود که در جهان ما عکس آن صادق است.

گرانش کیهانی جهان هلیوسنتریک

برنج. 5. تصویر انرژی تاریک.

چنین تصویری ، به طور کلی ، با نظریه نسبیت عمومی در تضاد نیست ، اما برای این انرژی تاریک باید دارای ویژگی خاصی باشد - فشار منفی. این به شدت آن را از اشکال معمولی ماده متمایز می کند. اگر بگوییم طبیعت انرژی تاریک راز اصلی فیزیک بنیادی در قرن 21 است ، اغراق آمیز نخواهد بود.

یکی از نامزدهای نقش انرژی تاریک خلاء است. چگالی انرژی خلاء با انبساط جهان تغییر نمی کند و این به معنی فشار منفی خلاء است. یکی دیگر از نامزدها یک حوزه فوق العاده ضعیف است که در کل جهان نفوذ کرده است. اصطلاح "quintessence" برای آن استفاده می شود. نامزدهای دیگری نیز وجود دارند ، اما در هر صورت ، انرژی تاریک چیزی کاملاً غیر عادی است.

یکی دیگر از روشهای توضیح تسریع انبساط جهان این است که فرض کنیم قوانین گرانش خود در فواصل کیهانی و زمانهای کیهانی تغییر می کنند. این فرضیه بسیار بی ضرر نیست: تلاش برای تعمیم نظریه عمومی نسبیت در این جهت با مشکلات جدی روبرو است. ظاهراً اگر چنین تعمیم به کلی امکان پذیر باشد ، در این صورت با ایده وجود ابعاد اضافی فضا ، علاوه بر سه بعد که در تجربه روزمره درک می کنیم ، همراه خواهد بود.

متأسفانه در حال حاضر هیچ راه مستقیمی در چشم نیست تحقیقات تجربیانرژی تاریک در شرایط زمینی البته ، این بدان معنا نیست که ایده های درخشان جدید در این جهت در آینده ظاهر نمی شوند ، اما امروز امیدها برای روشن شدن ماهیت انرژی تاریک (یا به طور گسترده تر ، دلایل گسترش سریع جهان) منحصراً مرتبط هستند با مشاهدات نجومی و با به دست آوردن داده های جدید و دقیق تر کیهان شناسی. ما باید دقیقاً دریابیم که جهان چگونه در مرحله نسبتاً دیر تکامل خود گسترش یافته است ، و امیدوارم این امر به ما این امکان را بدهد که بین فرضیه های مختلف یکی را انتخاب کنیم.

نتیجه

در این دوره آموزشی ، من مدل های کیهان شناسی جهان را بررسی کردم. پس از تجزیه و تحلیل ادبیات درس فیزیک عمومی و نجوم ، تاریخ تحقیقات کیهان شناسی را بررسی کردم ، مدلهای کیهان شناسی مدرن جهان را مرور کردم و مطالب گویا را برای موضوع تحقیق انتخاب کردم. با اثبات ارتباط موضوع انتخابی ، کارهای انجام شده را خلاصه کردم.

ادبیات

1.بری ا. داستان کوتاهستاره شناسی. ترجمه S. Zaimovsky. - M. ، L.: GITL ، 1946.

.وسلوفسکی I.N. آریستارخوس ساموس - کوپرنیک جهان باستان. تحقیقات تاریخی و نجومی. - م .: ناوکا ، 1961. شماره 7 ، ص 44.

.Efremov Yu.N. ، Pavlovskaya E.D. تعیین دوران مشاهده فهرست ستاره "Almagest" از حرکت مناسب ستارگان. - تحقیقات تاریخی و نجومی. مسکو: ناوکا ، 1989 ، شماره 18.

.I. G. Kolchinsky ، A. A. Korsun ، M. G. Rodriguez. ستاره شناسان چاپ دوم ، کیف ، 1986.

.کارپنکوف S.K. مفهوم علوم طبیعی مدرن: کتاب درسی برای دانشگاهها / م .: چشم انداز Akademicheskiy ، 2001.

.کلیمیشین I.A. کشف کیهان. - م .: ناوکا ، 1987.

.ماتویوسکایا G.P. صوفی. - تحقیقات تاریخی و نجومی. مسکو: ناوکا ، 1983 ، شماره 16 ، صص 93-138.

.Pannekoek A. تاریخ نجوم. - م .: ناوکا ، 1966

.S. Shapiro ، S. Tyukalski. سیاهچاله ها ، کوتوله های سفید و ستاره های نوترونی. مسکو ، میر ، 1985

.Samygina S.I. "مفاهیم علوم طبیعی مدرن" / روستوف ن / آ: "ققنوس" ، 1997.

.فیزیک فضا: یک دایره المعارف کوچک. م.: Sov دائرclالمعارف ، 1986.

.هاوکینگ اس. تاریخ مختصر زمان: از انفجار بزرگ تا سیاهچاله ها. م.: میر ، 1990.

.E.V. Kononovich ، V.I. Moroz. دوره عمومی نجوم. مسکو ، 2002.

.انیشتین A. تکامل فیزیک / م.: جهان پایدار ، 2001.

تدریس خصوصی

برای کشف موضوعی به کمک نیاز دارید؟

کارشناسان ما در مورد موضوعات مورد علاقه شما مشاوره یا ارائه خدمات آموزشی خواهند داد.
درخواست ارسال کنیدبا ذکر موضوع در حال حاضر برای اطلاع از امکان اخذ مشاوره.

مفاهیم "جهان" و "متا کهکشانی" مفاهیم بسیار نزدیکی هستند: آنها یک شیء را مشخص می کنند ، اما در جنبه های مختلف. مفهوم "جهان" به کل جهان مادی موجود اشاره دارد. مفهوم "فرا کهکشان" همان جهان است ، اما از نظر ساختار آن - به عنوان یک سیستم منظم کهکشان ها.

در علم کلاسیک ، به اصطلاح نظریه وضعیت ساکن جهان وجود داشت ، که بر اساس آن جهان همیشه تقریباً مانند حال حاضر بوده است. نجوم ثابت بود: حرکت سیارات و دنباله دارها مورد مطالعه قرار گرفت ، ستارگان توصیف شدند ، طبقه بندی آنها ایجاد شد ، که البته بسیار مهم بود. اما س theال تکامل جهان مطرح نشد.

در این کار آزمایشیمدلهای اصلی کیهان شناسی جهان در نظر گرفته خواهد شد.

1.1 مدلهای کیهان شناسی مدرن جهان: مدل A. Einstein ، A.A. فریدمن

مدلهای کیهان شناسی مدرن جهان بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین استوار است که بر اساس آن ، معیار فضا و زمان با توزیع توده های گرانشی در جهان تعیین می شود. خواص آن به طور کلی با چگالی متوسط ​​ماده و سایر عوامل فیزیکی خاص تعیین می شود.

معادله گرانش اینشتین یک راه حل ندارد ، بلکه راه حل های زیادی دارد که وجود بسیاری از مدل های کیهان شناسی جهان را توضیح می دهد. اولین مدل توسط خود اینشتین در سال 1917 توسعه یافت. او فرضیه های کیهان شناسی نیوتنی را در مورد مطلق و بی نهایت بودن فضا و زمان رد کرد. مطابق با مدل کیهان شناسی عالم از اینشتین ، فضای جهان یکدست و همسانگرد است ، ماده به طور متوسط ​​در آن به طور مساوی توزیع شده است ، جاذبه گرانشی توده ها با دافعه جهانی کیهانی جبران می شود.

زمان وجود جهان نامتناهی است ، یعنی نه آغاز دارد و نه پایان ، و فضا نامتناهی است ، اما البته.

جهان در مدل کیهان شناسی A. انیشتین ساکن ، در زمان بی نهایت و در فضا بی حد و حصر است.

در سال 1922 ریاضیدان و ژئوفیزیکدان روسی A. A Fridman فرضیه کیهان شناسی کلاسیک در مورد ثابت بودن جهان را رد کرد و راه حلی برای معادله اینشتین توصیف کرد که جهان را با "در حال گسترش" فضا توصیف می کند.

نسبت چگالی متوسط ​​جهان به بحرانی نشان داده شده است

سه مدل کیهان شناسی وجود دارد که بستگی به نام خالق آنها ، فریدمن دارد. این مدل ها انرژی خلا (ثابت کیهان شناسی) را در نظر نمی گیرند.

مدل I Friedman ،. انبساط جهان ابدی خواهد بود و سرعت کهکشانها هرگز به صفر نخواهد رسید. فضا در چنین مدلی بی نهایت است ، دارای انحنای منفی است و با هندسه لوباچفسکی توصیف می شود. از طریق هر نقطه از چنین فضایی ، می توانید مجموعه ای بی نهایت از خطوط مستقیم را موازی با یک خط داده شده بکشید ، مجموع زوایای مثلث کمتر از 180 درجه است ، نسبت محیط به شعاع بیشتر از 2π.

مدل دوم فریدمن ،. انبساط جهان ابدی خواهد بود ، اما در بی نهایت سرعت آن به صفر می رسد. فضا در چنین مدلی بی نهایت ، مسطح است ، که توسط هندسه اقلیدس توصیف شده است.

III مدل فریدمن ، انبساط جهان با انقباض ، فروپاشی جایگزین می شود و با کوچک شدن جهان به نقطه ای منحصر به فرد (بحران بزرگ) پایان می یابد. فضا در چنین مدلی محدود است ، دارای انحنای مثبت است ، به شکل یک ابر ابر کره سه بعدی است و با هندسه کروی ریمان توصیف می شود. در چنین فضایی هیچ خط مستقیم موازی وجود ندارد ، مجموع زوایای مثلث بیش از 180 درجه است ، نسبت محیط به شعاع کمتر از 2π است. مجموع جرم کل چنین جهانی صفر است.

طبق داده های مدرن .

1.2 مدلهای جایگزین کیهان شناسی جهان

علاوه بر مدل استاندارد بیگ بنگ ، در اصل ، مدلهای جایگزین کیهان شناسی نیز وجود دارد:

1. مدل ، متقارن نسبت به ماده و ضد ماده ، حضور برابر این دو نوع ماده را در جهان فرض می کند. اگرچه واضح است که کهکشان ما عملاً هیچ پاد ماده ای ندارد ، اما سیستم های ستاره ای مجاور می توانند کاملاً از آن تشکیل شده باشند. در این مورد ، تابش آنها دقیقاً مشابه تابش کهکشان های معمولی خواهد بود. با این حال ، در دوره های اولیه انبساط ، هنگامی که ماده و پادماده در تماس نزدیکتری بودند ، نابودی آنها باید پرتوهای گامای قوی تولید می کرد. مشاهدات آن را تشخیص نمی دهند ، که یک مدل متقارن را بعید می کند.

2- مدل سرد بیگ بنگ فرض می کند که انبساط از صفر مطلق شروع شده است. درست است که در این مورد ، همجوشی هسته ای نیز باید اتفاق بیفتد و ماده را گرم کند ، اما تابش زمینه مایکروویو دیگر نمی تواند مستقیماً با انفجار بزرگ مرتبط باشد ، بلکه باید به روش دیگری توضیح داده شود. این نظریه جذاب است زیرا ماده موجود در آن در معرض تکه تکه شدن است ، که برای توضیح ناهمگونی در مقیاس بزرگ جهان ضروری است.

3- مدل کیهان شناسی ثابت ، ایجاد مستمر ماده را فرض می کند. فرض اساسی این نظریه ، که به عنوان اصل کیهان شناسی ایده آل شناخته می شود ، بیان می کند که جهان همیشه به این شکل بوده است و خواهد ماند. مشاهدات این را رد می کند.

4. نسخه های اصلاح شده نظریه گرانش اینشتین در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال ، نظریه K. Bruns و R. Dicke از پرینستون به طور کلی با مشاهدات درون منظومه شمسی موافق است. مدل برنس -دیک ، و همچنین مدل رادیکال ترین هویل ، که در آن برخی از ثابت های اساسی با گذشت زمان تغییر می کنند ، تقریباً در عصر ما دارای پارامترهای کیهان شناسی مشابه مدل بیگ بنگ هستند.

5. در سال 1927 ابومه و دانشمند بلژیکی J. Lemaitre "گسترش" فضا را با داده های مشاهدات نجومی مرتبط کرد. لمیتر مفهوم آغاز جهان را به عنوان تکینگی (یعنی حالت فوق متراکم) و تولد جهان را به عنوان یک انفجار بزرگ معرفی کرد. بر اساس نظریه اصلاح شده اینشتین ، J. Lemaitre در سال 1925 یک مدل کیهان شناسی ساخت که ترکیبی از انفجار بزرگبا یک مرحله سکون طولانی که طی آن کهکشان ها می توانند شکل بگیرند. انیشتین به این فرصت علاقه مند شد تا مدل کیهان شناسی مورد علاقه خود از جهان ایستا را اثبات کند ، اما هنگامی که انبساط جهان کشف شد ، وی آن را علنا ​​رها کرد.

ΛCDM (بخوانید "Lambda-CDiM")-مخفف Lambda-Cold Dark Matter ، مدل استاندارد کیهان شناسی استاندارد است که در آن جهان مسطح فضایی ، علاوه بر ماده معمولی باریونیک ، با انرژی تاریک (توصیف شده توسط ثابت کیهانی Λ در معادلات اینشتین) و ماده تاریک سرد (انگلیسی Cold Dark Matter). طبق این مدل ، سن جهان است میلیاردها سال

از آنجا که چگالی متوسط ​​ماده در جهان ناشناخته است ، امروزه ما نمی دانیم در کدام یک از این فضاهای جهان زندگی می کنیم.

در سال 1929 ، ستاره شناس آمریکایی E.P. Hubble وجود رابطه ای عجیب بین فاصله و سرعت کهکشان ها را کشف کرد: همه کهکشان ها از ما دور می شوند و با سرعتی که متناسب با فاصله افزایش می یابد - سیستم کهکشان ها گسترش می یابد.

انبساط جهان یک حقیقت اثبات شده علمی تلقی می شود. طبق محاسبات نظری J. Lemaitre ، شعاع جهان در حالت اولیه 10-12 سانتی متر بود که از نظر اندازه نزدیک به شعاع الکترون است و چگالی آن 1096 گرم بر سانتی متر مکعب است. در حالت واحد ، جهان یک جسم کوچک با اندازه ناچیز بود. از حالت اصلی منحصر به فرد ، جهان در نتیجه انفجار بزرگ گسترش یافت.

محاسبات گذشته نگر سن جهان را 13 تا 20 میلیارد سال تعیین می کند. GA Gamov پیشنهاد کرد که دمای ماده زیاد است و با انبساط جهان کاهش یافت. محاسبات او نشان داد که جهان در تکامل خود مراحل خاصی را طی می کند که طی آن شکل گیری عناصر شیمیاییو ساختارها در کیهان شناسی مدرن ، برای وضوح ، مرحله اولیه تکامل جهان به "دوران" تقسیم می شود

هنگام ارزیابی عظمت مقیاس جهان ، این س philosال فلسفی کلاسیک همیشه مطرح می شود: آیا جهان محدود یا نامتناهی است؟ مفهوم بی نهایت را بیشتر ریاضیدانان و فیلسوفان استفاده می کنند. فیزیکدانان تجربی که در روش های تجربی و تکنیک های اندازه گیری مهارت دارند ، همیشه مقادیر نهایی مقادیر اندازه گیری شده را به دست می آورند. اهمیت عظیم علم و به ویژه فیزیک مدرندر این واقعیت نهفته است که در حال حاضر بسیاری از ویژگیهای کمی اجسام نه تنها از کلان و خرد ، بلکه از جهان بزرگ نیز بدست آمده است.

مقیاس های فضایی جهان ما و ابعاد اصلی تشکیلات مادی ، از جمله اجسام ریز ، را می توان از جدول زیر نشان داد ، که در آن ابعاد بر حسب متر آمده است (برای سادگی ، فقط ترتیب اعداد داده شده است ، یعنی تقریبی اعداد در یک مرتبه قدر):

شعاع افق کیهانی

یا جهان ما 10 10 را می بینیم

قطر کهکشان ما 10 21 است

فاصله زمین تا خورشید 10 11

قطر خورشید 10 9

اندازه فرد 10 0

طول موج نور قابل مشاهده 10 -6 -10 -8

اندازه ویروس 10 -6 -10 -8

قطر اتم هیدروژن 10 -10

قطر هسته اتمی 10 -15

حداقل فاصله ،

در دسترس امروز برای اندازه گیری های ما 10 -18

از این داده ها می توان دریافت که نسبت بزرگترین به کوچکترین اندازه موجود در آزمایش امروز 44 مرتبه قدر است. با توسعه علم ، این نگرش دائماً افزایش یافته و همچنان ادامه خواهد داشت زیرا دانش جدیدی در مورد جهان پیرامون ما جمع می شود. میشل مونتن ، فیلسوف اومانیست فرانسوی (1533-1592) می گوید: "از این گذشته ،" جهان ما فقط مدرسه ای است که ما باید یاد بگیریم ".

ساختار در سطوح مختلف ذاتی جهان است ، از ذرات معمولی ابتدایی گرفته تا ابر خوشه های بزرگ کهکشان ها. ساختار مدرن جهان نتیجه تکامل کیهانی است که طی آن کهکشانها از کهکشانی های پیشین ، ستارگان از ستاره های اولیه و سیارات از ابرهای فراسیاره ای شکل گرفتند.

1.3 مدل انفجار داغ

طبق مدل کیهان شناسی فریدمن -لمیتر ، جهان در زمان انفجار بزرگ - حدود 20 میلیارد سال پیش بوجود آمده است و گسترش آن تا به امروز ادامه دارد و به تدریج کند می شود. در اولین لحظه انفجار ، ماده جهان دارای چگالی و دمای نامتناهی بود. به چنین حالتی تکینگی می گویند. بر اساس نسبیت عام ، گرانش یک نیروی واقعی نیست ، بلکه یک انحنای فضا-زمان است: هرچه چگالی ماده بیشتر باشد ، انحنای آن قوی تر است. در لحظه تکینگی اولیه ، خمیدگی نیز بی نهایت بود. شما می توانید انحنای نامحدود فضا-زمان را به عبارت دیگر بیان کنید و بگویید که در لحظه اولیه ، ماده و فضا به طور همزمان در همه جای جهان منفجر شدند. با افزایش حجم فضا در حال انبساط جهان ، چگالی ماده در آن کاهش می یابد.

S. Hawking و R. Penrose ثابت کردند که در گذشته مطمئناً حالت واحدی وجود داشته است ، اگر نظریه نسبیت عمومی برای توصیف فرایندهای فیزیکی در جهان اولیه بسیار کاربرد داشته باشد. برای اجتناب از تکینگی فاجعه بار در گذشته ، لازم است فیزیک را به طور قابل توجهی تغییر دهیم ، به عنوان مثال ، با فرض امکان ایجاد خود به خود مستمر ماده ، مانند نظریه جهان ثابت. اما مشاهدات نجومی هیچ مبنایی برای این امر ارائه نمی دهد. رویدادهای قبلی را که در نظر می گیریم ، مقیاس فضایی آنها کوچکتر بود. با نزدیک شدن به آغاز گسترش ، افق ناظر منقبض می شود (شکل 1).

برنج. 1. تصویر مدلهای بیگ بنگ

در اولین لحظات ، مقیاس آنقدر کوچک است که ما دیگر حق اعمال نسبیت عام را نداریم: مکانیک کوانتومی ملزم به توصیف پدیده ها در چنین مقیاس کوچکی است. اما نظریه کوانتومی گرانش هنوز وجود ندارد ، بنابراین هیچ کس نمی داند چگونه رویدادها تا زمان 10 تا 43 ثانیه به نام زمان پلانک (به افتخار پدر نظریه کوانتوم) توسعه یافتند. در آن لحظه ، چگالی ماده به مقدار باورنکردنی 1090 کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب رسید ، که نه تنها با چگالی اجسام اطراف ما (کمتر از 10 گرم در سانتیمتر 3) ، بلکه حتی با چگالی هسته اتمی (حدود 1012 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) - بالاترین چگالی موجود در آزمایشگاه. بنابراین ، برای فیزیک مدرن ، آغاز انبساط جهان زمان پلانک است.

سه نوع عمده از مدل های بیگ بنگ وجود دارد: مدل باز استاندارد ، مدل بسته استاندارد و مدل Lemaitre. زمان به صورت افقی ترسیم می شود ، در حالی که عمودی فاصله بین هر دو کهکشان است که به اندازه کافی از یکدیگر فاصله دارند (برای حذف تعامل آنها). دایره دوران ما را مشخص می کند. اگر جهان همواره با سرعت کنونی در حال انبساط بود ، که توسط ثابت هابل H بیان می شد ، این امر حدود 20 میلیارد سال پیش آغاز می شد و طبق خط مورب نقطه چین نشان داده می شد. اگر انبساط کند شود ، مانند مدل باز جهان نامحدود فضایی یا مدل بسته جهان محدود ، سن جهان کمتر از 1 / H است. مدل بسته دارای کوچکترین سن است ، که گسترش آن به سرعت کند شده و جای خود را به فشرده سازی می دهد. مدل لمیتر جهان را توصیف می کند که به طور قابل توجهی قدیمی تر از 1 / H است ، زیرا یک دوره طولانی در تاریخ آن وجود دارد که تقریباً هیچ انبساطی وجود نداشت. مدل Lemaitre و مدل باز ، جهانی را توصیف می کنند که همیشه گسترش خواهد یافت.

در چنین شرایطی با درجه حرارت و چگالی غیر قابل تصور ، تولد جهان اتفاق افتاد. علاوه بر این ، این می تواند یک تولد به معنای واقعی کلمه باشد: برخی از کیهان شناسان (مثلاً Ya B Zeldovich در اتحاد جماهیر شوروی و L. Parker در ایالات متحده) معتقد بودند که ذرات و فوتون های گاما در آن دوران توسط میدان گرانشی متولد شده اند. از دیدگاه فیزیک ، این فرایند می تواند اتفاق بیفتد اگر تکینگی ناهمسانگرد باشد ، یعنی میدان گرانشی ناهمگن بود. در این حالت ، نیروهای گرانشی جزر و مدی می توانند ذرات واقعی را از خلا بیرون کشیده و در نتیجه ماده جهان را ایجاد کنند. با مطالعه فرآیندهایی که بلافاصله پس از انفجار بزرگ رخ داد ، می فهمیم که نظریه های فیزیکی ما هنوز بسیار ناقص هستند. تکامل حرارتی جهان اولیه به تولید ذرات عظیم اولیه - هادرون ها بستگی دارد ، که فیزیک هسته ای هنوز اطلاعات کمی در مورد آنها دارد. بسیاری از این ذرات ناپایدار و کوتاه مدت هستند.

فیزیکدان سوئیسی R. Hagedorn معتقد است که ممکن است تعداد زیادی هادرون با افزایش جرم وجود داشته باشد ، که می توانند به وفور در دمای 10 12 K ایجاد شوند ، هنگامی که چگالی تابشی غول پیکر منجر به تولید جفت هادرونی متشکل از یک ذره و یک ضد ذره این فرآیند باید افزایش دما را در گذشته محدود کند. بر اساس دیدگاه دیگر ، تعداد انواع ذرات بنیادی عظیم محدود است ، بنابراین دما و چگالی در دوران هادرون باید به مقادیر بی نهایت می رسید. در اصل ، این را می توان تأیید کرد: اگر هادرون های تشکیل دهنده - کوارک ها - ذرات پایدار بودند ، پس تعداد معینی از کوارک ها و آنتی کوارک ها باید از آن دوران داغ باقی می ماندند. اما جستجوی کوارک ها بی نتیجه ماند. آنها به احتمال زیاد ناپایدار هستند

پس از اولین میلی ثانیه از انبساط جهان ، فعل و انفعال قوی (هسته ای) دیگر نقش تعیین کننده ای در آن متوقف کرد: دما آنقدر کاهش یافت که هسته های اتمی از بین رفتن متوقف شد. فرایندهای فیزیکی بیشتر با تعامل ضعیف مسئول تولید ذرات نور - لپتون ها (یعنی الکترونها ، پوزیترونها ، مزونها و نوترینوها) تحت تأثیر تابش گرما... هنگامی که در طول انبساط ، دمای تابش به حدود 10 10 K کاهش یافت ، تولید جفت های لپتون متوقف شد ، تقریباً همه پوزیترون ها و الکترون ها از بین رفتند. تنها نوترینوها و آنتی نوترینوها ، فوتونها و چند پروتون و نوترون که از دوران قبل زنده مانده اند باقی مانده است. به این ترتیب دوران لپتون به پایان رسید. مرحله بعدی انبساط - عصر فوتون - با غلبه مطلق تابش حرارتی مشخص می شود. برای هر پروتون یا الکترون باقیمانده ، یک میلیارد فوتون وجود دارد. در ابتدا ، اینها کوانتومهای گاما بودند ، اما با گسترش جهان ، انرژی خود را از دست دادند و تبدیل به اشعه ایکس ، ماوراء بنفش ، نوری ، مادون قرمز و سرانجام ، اکنون به کوانتوم رادیویی تبدیل شدند ، که ما آنها را به عنوان انتشار رادیویی پس زمینه بدن سیاه (یادگار) در نظر می گیریم. به

1.4 مشکلات حل نشده کیهان شناسی بیگ بنگ

4 مشکل وجود دارد که اکنون با مدل کیهان شناسی انفجار بزرگ مواجه است.

1. مشکل تکینگی: بسیاری از مردم در مورد کاربرد نسبیت عام ، که در گذشته به تکینگی می بخشد شک دارند. نظریه های کیهان شناسی جایگزین عاری از تکینگی ارائه شده است.

2. مسأله ایزوتروپی کیهان ارتباط تنگاتنگی با تکینگی دارد. عجیب به نظر می رسد که انبساط ، که با یک حالت منحصر به فرد آغاز شد ، بسیار همسانگرد باشد. با این حال ، این امر مستثنی نیست که گسترش ناهمسانگرد اولیه تحت تأثیر نیروهای پراکنده به تدریج ایزوتروپیک شود.

3. همگن در بزرگترین مقیاسها ، در مقیاسهای کوچکتر ، جهان بسیار ناهمگن است (کهکشانها ، خوشههای کهکشانها). درک اینکه چگونه گرانش به تنهایی می تواند چنین ساختاری را ایجاد کند دشوار است. بنابراین ، کیهان شناسان در حال بررسی امکانات مدل های ناهمگن بیگ بنگ هستند.

4. در نهایت ، ممکن است یکی بپرسد که آینده جهان چگونه است؟ برای پاسخ دادن ، باید چگالی متوسط ​​ماده را در جهان بدانید. اگر از مقدار بحرانی خاصی فراتر رود ، هندسه فضا-زمان بسته می شود و در آینده جهان قطعاً کوچک خواهد شد. جهان بسته هیچ مرزی ندارد ، اما حجم آن محدود است. اگر چگالی زیر بحرانی باشد ، جهان باز است و برای همیشه منبسط می شود. جهان باز نامتناهی است و تنها یک تکینگی در آغاز دارد. تا کنون ، مشاهدات با مدل جهان باز مطابقت بهتری دارد. منشاء ساختار در مقیاس بزرگ. کیهان شناسان دو دیدگاه متضاد در مورد این مشکل دارند. رادیکال ترین این است که در ابتدا هرج و مرج وجود داشت. انبساط جهان اولیه بسیار ناهمسانگرد و ناهمگن بود ، اما سپس فرآیندهای اتلاف کننده ناهمسانگردی را هموار کرد و گسترش را به مدل فریدمن-لمیتر نزدیک کرد. سرنوشت ناهمگنی ها بسیار کنجکاو است: اگر دامنه آنها زیاد بود ، ناچار باید با سیاهچاله هایی با جرم تعیین شده توسط افق کنونی به سیاه چاله ها فرو می ریختند. شکل گیری آنها می تواند درست از زمان پلانک شروع شود ، به طوری که جهان می تواند سیاهچاله های کوچک زیادی با جرمهای 10 تا 5 گرم داشته باشد. با این حال ، S. Hawking نشان داد که "مینی سوراخ ها" باید با تابش ، جرم خود را از دست بدهند ، و قبل از عصر ما ، تنها سیاهچاله هایی با جرم بیش از 1016 گرم می توانستند زنده بمانند که با جرم یک کوه کوچک مطابقت دارد.

هرج و مرج اولیه می تواند شامل اختلالات در هر مقیاس و دامنه باشد. بزرگترین آنها به شکل امواج صوتی می تواند از دوران جهان اولیه تا عصر تابش ، زمانی که ماده هنوز به اندازه کافی داغ بود برای تابش ، جذب و پراکندگی تابش ، زنده بماند. اما با پایان این دوران ، پلاسما خنک شده دوباره ترکیب شد و فعل و انفعال با تابش را متوقف کرد. فشار و سرعت صوت در گاز کاهش یافته و باعث تبدیل امواج صوتی به موج ضربه ای شده ، گاز را فشرده کرده و باعث فروپاشی آن به کهکشان ها و خوشه ها می شود. بسته به نوع امواج اولیه ، محاسبات تصویری بسیار متفاوت را پیش بینی می کند ، که همیشه با تصویر مشاهده شده مطابقت ندارد. یک ایده فلسفی ، که به عنوان اصل انسان شناسی شناخته می شود ، برای انتخاب بین انواع احتمالی مدلهای کیهانی مهم است: از همان ابتدا ، جهان باید دارای چنین ویژگی هایی بود که به کهکشان ها ، ستارگان ، سیارات و حیات هوشمند در آن شکل می داد. در غیر این صورت ، هیچ کس نمی تواند با کیهان شناسی سروکار داشته باشد. یک دیدگاه جایگزین این است که در مورد ساختار اولیه جهان چیزی بیشتر از آنچه مشاهدات ارائه می دهند ، نمی توان آموخت. طبق این رویکرد محافظه کارانه ، جهان جوان را نمی توان آشفته در نظر گرفت ، زیرا اکنون بسیار همسانگرد و همگن است. انحراف از یکنواختی که در شکل کهکشان مشاهده می کنیم می تواند تحت تأثیر گرانش ناشی از بی نظمی های چگالی اولیه کوچک رشد کند. با این حال ، به نظر نمی رسد که مطالعات توزیع وسیع کهکشان ها (عمدتا توسط J. Peebles در پرینستون) این ایده را تأیید کند. احتمال جالب دیگر این است که خوشه هایی از سیاهچاله ها که در عصر هادرونیک متولد شده اند می توانند نوسانات اولیه تشکیل کهکشان ها باشند. آیا جهان باز است یا بسته؟ نزدیکترین کهکشانها با سرعتی متناسب با فاصله از ما دور می شوند. اما دورترها از این وابستگی اطاعت نمی کنند: حرکت آنها نشان می دهد که انبساط جهان با گذشت زمان کند می شود. در یک مدل بسته از جهان تحت تأثیر گرانش ، انبساط در یک لحظه معین متوقف می شود و با انقباض جایگزین می شود (شکل 2) ، اما مشاهدات نشان می دهد که کاهش سرعت کهکشانها هنوز آنقدر سریع نیست که حتی یک توقف کامل رخ دهد.

خطوط افقی لحظات مشخصه تکامل را مشخص می کنند و مثلث های قطع شده توسط آنها منطقه جهان را برای ناظر در آن لحظه نشان می دهد. هرچه زمان بیشتری از آغاز گسترش می گذرد ، منطقه وسیع تری برای مشاهده در دسترس قرار می گیرد. در حال حاضر ، نور از ستارگان ، اختروش ها و خوشه های کهکشانی به ما میلیاردها سال نوری می رسد ، اما در دوران اولیه ، یک ناظر می تواند منطقه بسیار کوچکتری از جهان را ببیند. در دوره های مختلف ، اشکال مختلف ماده تحت سلطه بود: اگرچه ماده هسته های اتمی (نوکلئون ها) غالب بود ، اما قبل از آن ، هنگامی که جهان داغ بود ، تابش (فوتون ها) و حتی قبل از آن - ذرات اولیه سبک (لپتون) و سنگین (هادرون) )

شکل 2 - مدل استاندارد انفجار بزرگ: زمان به صورت عمودی و فاصله ها به صورت افقی ترسیم می شود.

برای بسته شدن جهان ، چگالی متوسط ​​ماده در آن باید از مقدار بحرانی خاصی فراتر رود. برآورد چگالی مواد مرئی و نامرئی بسیار نزدیک به این مقدار است. توزیع کهکشان ها در فضا بسیار ناهمگن است. گروه محلی کهکشان های ما ، که شامل راه شیری ، سحابی آندرومدا و چند کهکشان کوچکتر است ، در حاشیه یک سیستم کهکشان وسیع موسوم به ابرخوشه باکره قرار دارد که مرکز آن با خوشه کهکشانهای باکره منطبق است. اگر چگالی متوسط ​​جهان زیاد باشد و جهان بسته باشد ، باید انحراف شدیدی از انبساط همسانگرد مشاهده شود که ناشی از جذب کهکشان های ما و همسایه به مرکز ابرخوشه است. در جهان باز ، این انحراف ناچیز است. مشاهدات نسبتاً با مدل باز مطابقت دارد. محتوای موجود در ماده کیهانی ایزوتوپ سنگین هیدروژن - دوتریوم ، که مورد توجه کیهان شناسان است ، در طی شکل گیری واکنش های هسته ایدر اولین لحظات پس از بیگ بنگ محتویات دوتریوم نسبت به چگالی ماده در آن عصر و بنابراین در دوران ما بسیار حساس بود. با این حال ، انجام "آزمایش دوتریوم" آسان نیست ، زیرا لازم است ماده اولیه را بررسی کنیم ، که از زمان سنتز کیهانی در داخل ستارگان ، جایی که دوتریوم به راحتی می سوزد ، وجود نداشته است. مطالعه کهکشانهای بسیار دور نشان داده است که محتوای دوتریوم با چگالی کم ماده و بنابراین ، با مدل باز جهان مطابقت دارد.

نتیجه

مدلهای کیهانی به این نتیجه می رسند که سرنوشت جهان در حال انبساط فقط به چگالی متوسط ​​ماده پر کننده آن و مقدار ثابت هابل بستگی دارد. اگر چگالی متوسط ​​برابر یا کمتر از چگالی بحرانی باشد ، انبساط جهان برای همیشه ادامه می یابد. اگر چگالی بیشتر از چگالی بحرانی باشد ، دیر یا زود انبساط متوقف می شود و با فشرده سازی جایگزین می شود.

در این صورت ، جهان به اندازه ای که ظاهراً در زمان پیدایش آن کوچک شده ، کوچک می شود و جای خود را به پدیده ای به نام فشرده سازی بزرگ می دهد.

بیایید مدلهای اساسی جهان را فهرست کنیم: مدل De Sitter: مدل جهان در حال گسترش ، ارائه شده در سال 1917 ، که در آن هیچ ماده و تشعشعی وجود ندارد. این فرضیه غیرواقعی از لحاظ تاریخی قابل توجه بود ، زیرا اولین فردی بود که ایده جهان منبسط کننده را مطرح کرد تا جهان ایستا. مدل لایمتر: مدلی از جهان که با انفجار بزرگ آغاز می شود و پس از آن مرحله ایستا و به دنبال آن انبساط نامحدود. این مدل به نام J. Lemaitre (1894-1966) نامگذاری شده است ،

مدلی از جهان در حال گسترش بدون نسبیت عام ، در سال 1948 توسط ادوارد میلن ارائه شد. این جهان در حال گسترش ، همسانگرد و همگن است. حاوی هیچ ماده ای انحنای منفی دارد و بسته نیست.

مدل فریدمن: مدلی از جهان که می تواند به درون فرو ریزد. در سال 1922 ، ریاضیدان شوروی A.A. Friedman (Alexander Friedmann ، 1888-1925) ، معادلات نظریه نسبیت عمومی را تجزیه و تحلیل کرد

اگر چگالی ماده موجود در آن به اندازه ای باشد که بتواند انبساط را متوقف کند ، جهان فریدمن می تواند بسته شود. این واقعیت منجر به جستجوی توده به اصطلاح گمشده شد. متعاقباً ، نتیجه گیری های فریدمن در مشاهدات نجومی تأیید شد ، که در طیف کهکشان ها به اصطلاح انتقال قرمز خطوط طیفی را کشف کرد ، که با فاصله متقابل این منظومه های ستاره ای مطابقت دارد.

مدل انیشتین-د سیتر: ساده ترین مدل کیهان شناسی مدرن ، که در آن جهان دارای فشار صفر ، خمیدگی صفر (یعنی هندسه تخت) و وسعت بی نهایت است و انبساط آن در مکان و زمان محدود نمی شود. این مدل که در سال 1932 پیشنهاد شد ، مورد خاصی (در حالت خمیدگی صفر) از جهان عمومی فریدمن است.

2. ماهیت فرآیندهای خود سازماندهی در طبیعت بی جان و بی جان چیست؟

همه اجسام طبیعت بی جان و بی جان را می توان در قالب سیستم های خاصی با ویژگی ها و ویژگی های خاص که سطح سازمان آنها را مشخص می کند ، نشان داد. با در نظر گرفتن سطح سازماندهی ، سلسله مراتب ساختارهای سازمانی اشیاء مادی با ماهیت بی جان و بی جان را می توان در نظر گرفت. چنین سلسله مراتبی از ساختارها با ذرات ابتدایی شروع می شود که نشان دهنده سطح اولیه سازماندهی ماده است و با سازمانها و جوامع زنده - بالاترین سطوح سازمان به پایان می رسد.

در حال حاضر ، در زمینه فیزیک نظری بنیادی ، مفاهیمی در حال توسعه است که بر اساس آنها جهان عینی موجود محدود به جهان مادی نیست که توسط حواس یا وسایل فیزیکی ما درک می شود. نویسندگان این مفاهیم به این نتیجه رسیدند: همراه با جهان مادی ، واقعیتی مرتبه بالاتر وجود دارد که ماهیتی اساساً متفاوت در مقایسه با واقعیت جهان مادی دارد.

مطالعه ماده و سطوح ساختاری آن شرط لازم برای شکل گیری جهان بینی است ، صرف نظر از اینکه در نهایت مادی گرایانه یا ایده آلیستی به نظر برسد.

کاملاً آشکار است که نقش تعریف مفهوم ماده ، درک دومی برای ساختن پایان ناپذیر است تصویر علمیجهان ، حل مشکل واقعیت و قابلیت تشخیص اشیاء و پدیده های جهان های خرد ، کلان و بزرگ.

منظور ما از سازماندهی سیستم تغییر در ساختار سیستم است که رفتار منسجم را تضمین می کند یا عملکرد سیستم که توسط شرایط خارجی تعیین می شود.

اگر منظور ما از تغییر در سازمان ، تغییر روش اتصال (یا اتصال) زیر سیستم هایی است که یک سیستم را تشکیل می دهند ، پدیده خود سازماندهی را می توان به عنوان یک تغییر اجتناب ناپذیر در سیستم و عملکردهای آن تعریف کرد. به دلیل تعامل سیستم با شرایط موجود و نزدیک شدن به وضعیت نسبتاً پایدار ، خارج از هرگونه تأثیر اضافی است.

منظور ما از خود سازماندهی تغییر در ساختار است که به دلیل وجود ارتباطات داخلی و ارتباطات با آنها ، ثبات رفتار را تضمین می کند محیط خارجی.

خود سازماندهی بیان طبیعی-علمی فرایند حرکت خود ماده است. توانایی خود سازماندهی توسط سیستمهای طبیعت زنده و بی جان و همچنین سیستمهای مصنوعی در اختیار است. پیکربندی خاص ساختار فقط در شرایط دقیق و در یک لحظه معین از "حرکت" یک سیستم پیچیده وجود دارد. پویایی توسعه سیستم ها منجر به تغییر مداوم در ساختار آنها می شود.

تغییر طبیعی در ساختار سیستم مطابق با تغییرات تاریخی در ارتباط با محیط خارجی را تکامل می نامند.
تغییر ساختار یک سیستم پیچیده در فرآیند تعامل با آن محیط- این مظهر ویژگی باز بودن به عنوان افزایش امکانات برای ظهور به جدید است. از سوی دیگر ، تغییر در ساختار یک سیستم پیچیده ، گسترش شرایط زندگی مرتبط با یک سازمان پیچیده تر و افزایش فعالیتهای حیاتی را فراهم می کند. دستیابی به وسایلی با معنای کلی تر ، که امکان ایجاد ارتباط با جنبه های جدید محیط خارجی را فراهم می آورد.

خود سازماندهی با ظهور عملکرد هماهنگ داخلی به دلیل ارتباطات داخلی و ارتباطات با محیط خارجی مشخص می شود. علاوه بر این ، مفاهیم عملکرد و ساختار سیستم ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. سیستم سازمان یافته است ، به عنوان مثال به منظور انجام عملکرد ، ساختار را تغییر می دهد.

ساختار و سازماندهی سیستمیک ماده از مهمترین ویژگیهای آن است که نظم موجودیت ماده و آن اشکال خاصی را که در آن خود را نشان می دهد بیان می کند.

ساختار ماده معمولاً به عنوان ساختار آن در کلان عالم درک می شود ، یعنی وجود به شکل مولکول ، اتم ، ذرات اولیه و غیره این به این دلیل است که یک فرد موجودی ماکروسکوپی است و مقیاس های ماکروسکوپی برای او آشنا هستند ، بنابراین مفهوم ساختار معمولاً با اجسام ریز مختلف مرتبط است.

اما اگر ماده را به عنوان یک کل در نظر بگیریم ، مفهوم ساختار ماده همچنین اجرام ماکروسکوپی ، همه سیستم های کیهانی جهان بزرگ و در هر مقیاس فضا-زمان دلخواه بزرگ را در بر می گیرد. از این منظر ، مفهوم "ساختار" در این واقعیت آشکار می شود که در قالب تنوع بی نهایت سیستمهای انتگرال ، که به هم پیوسته هستند ، و همچنین در نظم ساختار هر سیستم وجود دارد. چنین ساختاری از نظر کمیت و کیفیت بی نهایت است.

تجلیات بی نهایت ساختاری ماده عبارتند از:

- پایان ناپذیری اشیاء و فرایندهای دنیای کوچک ؛

- بی نهایت فضا و زمان ؛

- بی نهایت تغییرات و توسعه فرایندها.

از میان انواع اشکال واقعیت عینی ، تنها محدوده محدود جهان مادی از نظر تجربی قابل دسترسی است ، که اکنون در مقیاسی از 10 -15 تا 10 28 سانتی متر و در زمان - تا 2 × 10 9 سال گسترش می یابد. به

ساختار و سازماندهی سیستمیک ماده از مهمترین ویژگیهای آن است. آنها نظم موجودیت ماده و اشکال خاص آن را که در آن خود را نشان می دهد بیان می کنند.

جهان مادی یکی است: منظور ما این است که تمام قسمتهای آن - از اجسام بی جان گرفته تا موجودات زنده ، از اجرام آسمانیبه فردی به عنوان عضوی از جامعه - به نحوی مرتبط هستند.

سیستم آن است که به طریقی با یکدیگر مرتبط بوده و تابع قوانین مربوطه باشد.

سیستمها به طور عینی موجود و نظری یا مفهومی هستند ، یعنی فقط در ذهن یک فرد وجود دارد

سیستم مجموعه ای منظم داخلی یا خارجی از عناصر به هم پیوسته و متقابل است.

نظم و ترتیب مجموعه حاکی از وجود روابط منظم بین عناصر سیستم است که خود را در قالب قوانین سازمان ساختاری نشان می دهد. همه سیستمهای طبیعی که در نتیجه فعل و انفعال اجسام و خود طبیعی شدن ماده بوجود می آیند دارای نظم درونی هستند. ویژگی خارجی سیستم های مصنوعی ساخت بشر است: فنی ، تولیدی ، مفهومی و غیره.

سطوح ساختاری ماده از مجموعه خاصی از اشیاء هر طبقه تشکیل شده و با نوع خاصی از تعامل بین عناصر تشکیل دهنده آنها مشخص می شود.

معیارهای تمایز بین سطوح مختلف ساختاری ویژگی های زیر است:

- مقیاس های فضا-زمان ؛

- مجموعه ای از مهمترین خواص ؛

- قوانین خاص حرکت ؛

- درجه پیچیدگی نسبی که در این فرایند بوجود می آید توسعه تاریخیماده در یک منطقه معین از جهان ؛

- برخی علائم دیگر

سطوح ساختاری فعلی ماده را می توان بر اساس معیارهای فوق در زمینه های زیر متمایز کرد.

1. میکروکیهسم. این شامل:

- ذرات اولیه و هسته های اتمی - مساحتی از حدود 10 - 15 سانتی متر ؛

- اتم ها و مولکول ها 10 - 8 - 10 - 7 سانتی متر.

میکرو کیهان مولکولها ، اتمها ، ذرات بنیادی -جهان اجسام کوچک بسیار کوچک و غیرقابل مشاهده مستقیم است که تنوع مکانی آنها از 10 تا 8 تا 10 تا 16 سانتی متر محاسبه می شود و زمان زندگی -از بینهایت تا 10 - 24 ثانیه

2. ماکروکاسم: اجسام ماکروسکوپی 10 -6 -10 7 سانتی متر.

ماکروکاسم جهان اشکال و اندازه های پایدار متناسب با انسان و مجموعه های بلوری مولکولها ، موجودات زنده ، اجتماعات موجودات است. جهان اشیاء کلان ، ابعاد آنها با مقیاس تجربه بشر قابل مقایسه است: مقادیر فضایی بر حسب میلی متر ، سانتی متر و کیلومتر و زمان - در ثانیه ، دقیقه ، ساعت ، سال بیان می شود.

Megaworld شامل سیارات ، مجتمع های ستاره ای ، کهکشان ها ، فرازکشانی ها - دنیایی از مقیاس ها و سرعتهای عظیم کیهانی است ، فاصله ای که در سال نوری اندازه گیری می شود و عمر اجرام کیهانی - در میلیون ها و میلیاردها سال.

و اگرچه این سطوح قوانین خاص خود را دارند ، اما جهان خرد ، کلان و بزرگ ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند.

3. Megaworld: سیستم های فضایی و مقیاس های نامحدود تا 1028 سانتی متر.

سطوح مختلف ماده مشخص می شود مدل های متفاوت، انواع مختلف، انواع متفاوت، مدل های مختلفاتصالات

در مقیاس 10-13 سانتی متر - برهم کنش های قوی ، یکپارچگی هسته توسط نیروهای هسته ای تضمین می شود.


یکپارچگی اتم ها ، مولکول ها ، اجسام کلان توسط نیروهای الکترومغناطیسی تأمین می شود.


1. در مقیاس کیهانی - نیروهای گرانشی.
   

   با افزایش اندازه اجسام ، انرژی برهم کنش کاهش می یابد. اگر انرژی فعل و انفعالات گرانشی را به عنوان واحد در نظر بگیریم ، در این صورت فعل و انفعال الکترومغناطیسی در اتم 1039 برابر بیشتر می شود و برهم کنش بین نوکلئونها - ذرات تشکیل دهنده هسته - 1041 برابر بیشتر می شود. هرچه اندازه سیستم های مادی کوچکتر باشد ، عناصر آنها محکم تر به هم متصل می شوند.
   

   تقسیم ماده به سطوح ساختاری نسبی است. در مقیاس های فضا-زمان موجود ، ساختار ماده خود را در سازماندهی سیستمیک خود نشان می دهد ، وجود در قالب بسیاری از سیستم های متقابل سلسله مراتبی ، اعم از ذرات اولیه تا متاگالاکسی.
   

   با صحبت درباره ساختارمندی - تجزیه داخلی وجود مادی ، می توان توجه داشت که صرف نظر از گستردگی جهان بینی علم ، این امر با کشف بیشتر و بیشتر سازه های جدید ساختاری مرتبط است. به عنوان مثال ، اگر قبلاً نمای جهان توسط کهکشان بسته شده بود ، سپس به یک سیستم کهکشان گسترش یافته بود ، اکنون متا کهکشان به عنوان یک سیستم خاص با قوانین خاص ، فعل و انفعالات داخلی و خارجی مورد مطالعه قرار می گیرد.
   

   در علم مدرن ، روش تجزیه و تحلیل ساختاری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد ، که قوام اجسام مورد مطالعه را در نظر می گیرد. به هر حال ، ساختارگرایی عبارت است از تجزیه داخلی وجود مادی ، نحوه وجود ماده. سطوح ساختاری ماده از مجموعه خاصی از اشیاء از هر نوع شکل می گیرد و با روش خاصی از تعامل بین عناصر تشکیل دهنده آنها مشخص می شود ، در رابطه با سه حوزه اصلی واقعیت عینی ، این سطوح به شرح زیر است (جدول).
   

   جدول - سطوح ساختاری ماده
   

   طبیعت معدنی	طبیعت	جامعه
   زیر ریز عنصری	درشت مولکولی بیولوژیکی	شخصی
   ریز عنصر	سلولی	خانواده
   هسته ای	میکروارگانیک	جمعی
   اتمی	اندام ها و بافت ها	گروه های اجتماعی بزرگ (طبقات ، ملل)
   مولکولی	کل ارگانیسم	دولت (جامعه مدنی)
   سطح کلان	جمعیت ها	سیستم های حالت ها
   سطح مگا (سیارات ، منظومه های ستاره ای ، کهکشان ها)	بیوسنوز	بشریت به عنوان یک کل
   مگا سطح (فرا کهکشان)	زیست کره	نوسفر

   هر یک از حوزه های واقعیت عینی شامل تعدادی از سطوح ساختاری مرتبط است. روابط هماهنگی در این سطوح غالب و روابط تابع بین سطوح است.
   

   مطالعه سیستماتیک اشیاء مادی نه تنها شامل ایجاد روشهایی برای توصیف روابط ، ارتباطات و ساختار مجموعه ای از عناصر است ، بلکه همچنین انتخاب مواردی از آنها که تشکیل دهنده سیستم هستند ، به عنوان مثال. عملکرد و توسعه جداگانه سیستم را فراهم می کند. رویکرد سیستم هابه تشکیلات مادی امکان درک بیشتر سیستم مورد بررسی را نشان می دهد سطح بالا... سیستم معمولاً با ساختار سلسله مراتبی مشخص می شود ، یعنی گنجاندن پی در پی یک سیستم سطح پایین تر به یک سیستم سطح بالاتر.
   

   بنابراین ، ساختار ماده در سطح طبیعت بی جان (معدنی) شامل ذرات ابتدایی ، اتم ها ، مولکول ها (اجسام جهان کوچک ، اجسام کلان و اجسام جهان بزرگ: سیارات ، کهکشان ها ، سیستم های فراآلودگی و غیره) است. فرا کهکشان اغلب با کل جهان مشخص می شود ، اما جهان به معنای وسیع کلمه قابل درک است ، با کل جهان مادی و ماده متحرک یکسان است ، که ممکن است شامل بسیاری از فراااقعکاسی ها و دیگر سیستم های کیهانی باشد.
   

   حیات وحش نیز ساختار یافته است. سطوح بیولوژیکی و اجتماعی را برجسته می کند. سطح بیولوژیکی شامل سطوح زیر است:
   

   - درشت مولکول ها ( اسیدهای نوکلئیک، DNA ، RNA ، پروتئین) ؛
   

   - سطح سلولی ؛
   

   - میکروارگانیک ( موجودات تک سلولی);
   

   - اندامها و بافتهای بدن به طور کلی ؛
   

   - جمعیت ؛
   

   - بیوسنوتیک ؛
   

   - زیست کره
   

   مفاهیم اصلی این سطح در سه زیر سطح آخر مفاهیم بیوتوپ ، بیوسنوز ، بیوسفر است که نیاز به توضیح دارد.
   

   بیوتوپ مجموعه ای (اجتماع) از افراد یک گونه (به عنوان مثال ، یک دسته گرگ) است که می توانند نوع خود (جمعیت ها) را با هم مخلوط کرده و تولید مثل کنند.
   

   بیوسنوز مجموعه ای از جمعیت ارگانیسم ها است که مواد زائد برخی از آنها شرایط وجود سایر موجودات ساکن در یک منطقه خشکی یا آبی است.
   

   زیست کره یک سیستم جهانی زندگی است ، آن بخشی از محیط جغرافیایی (قسمت زیرین جو ، قسمت بالای لیتوسفر و هیدروسفر) ، که زیستگاه موجودات زنده است ، شرایط لازم برای بقای آنها را فراهم می کند ( درجه حرارت ، خاک ، و غیره) ، که در نتیجه بیوسنوزهای متقابل شکل گرفته است.
   

   اساس کلی زندگی در سطح بیولوژیکی - متابولیسم آلی (تبادل ماده ، انرژی و اطلاعات با محیط زیست) - در هر یک از سطوح زیر برجسته خود را نشان می دهد:
   

   - در سطح ارگانیسم ها ، متابولیسم به معنی جذب و تجزیه از طریق دگرگونی های درون سلولی است.
   

   - در سطح اکوسیستم (بیوسنوز) ، شامل زنجیره ای از تغییر ماده ای است که ابتدا با تولید ارگانیسم ها با واسطه موجودات مصرف کننده و موجودات مخرب متعلق به گونه های مختلف جذب شده است.
   

   - در سطح زیست کره ، گردش جهانی ماده و انرژی با مشارکت مستقیم عوامل مقیاس کیهانی وجود دارد.
   

   بر روی مرحله خاصیدر توسعه زیست کره ، جمعیتهای خاصی از موجودات زنده به وجود می آیند ، که به دلیل توانایی کار ، نوعی سطح - اجتماعی را تشکیل داده اند. در بعد ساختاری ، واقعیت اجتماعی به زیر سطوح تقسیم می شود: افراد ، خانواده ها ، مجموعه های مختلف (تولید) ، گروه های اجتماعی و غیره.
   

   سطح ساختاری فعالیت اجتماعی در یک رابطه خطی مبهم با یکدیگر قرار دارد (برای مثال ، سطح ملتها و سطح دولتها). درهم آمیختگی سطوح مختلف در چارچوب جامعه ، ایده غلبه شانس و هرج و مرج در فعالیت های اجتماعی را ایجاد می کند. اما یک تجزیه و تحلیل دقیق وجود ساختارهای اساسی را در آن نشان می دهد - حوزه های اصلی زندگی اجتماعی ، که حوزه های تولید مادی ، حوزه های اجتماعی ، سیاسی ، معنوی هستند که قوانین و ساختارهای خاص خود را دارند. همه آنها ، به یک معنا ، به عنوان بخشی از تشکیلات اجتماعی و اقتصادی تابع هستند ، عمیقاً ساختار یافته اند و وحدت ژنتیکی توسعه اجتماعی را به طور کلی تعیین می کنند.
   

   بنابراین ، هر یک از سه حوزه واقعیت مادی از تعدادی از سطوح ساختاری خاص تشکیل شده است که به عنوان بخشی از یک منطقه از واقعیت در نظم دقیق قرار دارند.
   

   انتقال از یک منطقه به منطقه دیگر با عارضه و افزایش مجموعه عوامل تشکیل شده که یکپارچگی سیستم ها را تضمین می کند ، همراه است. در هر یک از سطوح ساختاری ، روابط تابع وجود دارد (سطح مولکولی شامل اتمی است و نه برعکس). نظم های سطوح جدید به نظم سطوح که بر اساس آن بوجود آمده اند قابل تقلیل نیست و در سطح مشخصی از سازماندهی ماده پیشرو است. سازماندهی ساختاری ، یعنی قوام ، راهی برای وجود ماده است.
   

   فرضیه مدل چند ظرفیتی جهان

   پیشگفتار نویسنده سایت:قطعاتی از فصل بیست و نهم کتاب آندری دیمیتریویچ ساخاروف "خاطرات" به خوانندگان سایت "دانش قدرت است" ارائه می شود. آکادمیس ساخاروف در مورد کار در زمینه کیهان شناسی صحبت می کند ، که او پس از شروع فعالانه در کار حقوق بشر - به ویژه در تبعید در گورکی ، انجام داد. این مطالب بدون شک در مورد موضوع "جهان" مورد بحث در این فصل از سایت ما مورد توجه است. ما با فرضیه مدل چند ظرفیتی جهان و سایر مشکلات کیهان شناسی و فیزیک آشنا می شویم. ... و البته ، بیایید گذشته غم انگیز اخیر خود را به یاد آوریم.

   آکادمی آندره دیمیتریویچ ساخاروف (1921-1989).

   در مسکو در دهه 1970 و در گورکی ، من تلاش خود را برای مطالعه فیزیک و کیهان شناسی ادامه دادم. در طی این سالها من نتوانستم ایده های اساسی جدیدی را مطرح کنم ، و به توسعه آن جهاتی که قبلاً در آثار من در دهه 60 ارائه شده بود (و در قسمت اول این کتاب شرح داده شد) ادامه دادم. این احتمالاً بیشتر دانشمندان پس از رسیدن به محدوده سنی مشخص برای آنها است. با این حال ، من امیدم را از دست نمی دهم که شاید چیز دیگری برای من "چشمک بزند". در عین حال ، باید بگویم که صرفاً مشاهده فرایند علمی ، که خود شما در آن شرکت نمی کنید ، اما می دانید چه چیزی چیست ، شادی درونی عمیقی را ایجاد می کند. از این نظر ، من "حریص" نیستم.

   در سال 1974 ، این کار را انجام دادم و در سال 1975 مقاله ای را منتشر کردم که در آن ایده صفر لاگرانژی صفر میدان گرانشی و همچنین روشهای محاسبه ای را که در کارهای قبلی استفاده کرده بودم ، توسعه دادم. در همان زمان ، معلوم شد که من به روشی که سالها پیش توسط ولادیمیر الکساندرویچ فوک و سپس توسط جولیان شوینگر پیشنهاد شده بود ، رسیدم. با این حال ، نتیجه گیری من و نحوه ساخت ، روشها کاملاً متفاوت بود. متأسفانه ، من نتوانستم کار خود را برای فاک ارسال کنم - او در همان زمان درگذشت.

   بعداً ، برخی از اشتباهات را در مقاله خود کشف کردم. در آن ، این س untilال تا انتها مبهم بود که آیا "گرانش ناشی" (اصطلاح امروزی به جای عبارت "صفر لاگرانژی") نشانه صحیح ثابت گرانشی را در هر یک از گزینه هایی که من در نظر گرفتم نشان می دهد.<...>

   سه مقاله - یکی قبل از اخراج من و دو مقاله پس از اخراج من - به مسائل کیهان شناسی اختصاص یافته است. در مقاله اول ، من مکانیسم های عدم تقارن باریون را مورد بحث قرار دادم. شاید ملاحظات کلی در مورد سینتیک واکنشها که منجر به عدم تقارن باریون در جهان می شود ، مورد توجه قرار گیرد. با این حال ، به طور خاص در این کار ، من در چارچوب فرضیه قدیمی خود در مورد وجود قانون حفاظت "ترکیبی" (مجموع تعداد کوارک ها و لپتون ها حفظ می شود) استدلال می کنم. قبلاً در قسمت اول خاطرات نوشتم که چگونه به این ایده رسیدم و چرا اکنون آن را اشتباه می دانم. در کل ، این قسمت از کار به نظر من ناموفق است. من بیشتر قسمتی از کار را که درباره آن می نویسم دوست دارم مدل چند صفحه ای جهان ... ما در مورد این فرض صحبت می کنیم که انبساط کیهانی جهان با انقباض جایگزین می شود ، سپس انبساط جدیدی به گونه ای که چرخه های انقباض - انبساط بی نهایت بار تکرار می شود... چنین مدلهای کیهانی مدتهاست که توجهات را به خود جلب کرده اند. نویسندگان مختلف آنها را صدا زده اند "ضربان دار"یا "نوسان"مدلهای جهان من این اصطلاح را بیشتر دوست دارم "مدل چند ورقه" ... به نظر می رسد بیشتر بیانگر است ، بیشتر منطبق با معنای احساسی و فلسفی تصویر فاخر تکرار مکرر چرخه های زندگی است.

   تا زمانی که فرض بر حفاظت بود ، مدل چند ظرفیتی با دشواری غیرقابل حل برآمده از یکی از قوانین اساسی طبیعت - قانون دوم ترمودینامیک ، ملاقات کرد.

   عقب نشینی کنید. در ترمودینامیک ، مشخصه خاصی از وضعیت اجسام معرفی می شود ، به نام. یکبار پدرم یاد یک کتاب علمی قدیمی قدیمی به نام "ملکه جهان و سایه اش" افتاد. (متأسفانه فراموش کردم نویسنده این کتاب کیست.) ملکه البته انرژی است و سایه آنتروپی است. بر خلاف انرژی ، که برای آن قانون حفاظت وجود دارد ، برای آنتروپی قانون دوم ترمودینامیک قانون افزایش (دقیق تر ، عدم کاهش) را ایجاد می کند. فرآیندهایی که در آن کل آنتروپی اجسام تغییر نمی کند ، برگشت پذیر نامیده می شوند. نمونه ای از یک روند برگشت پذیر - حرکت مکانیکیبدون اصطکاک فرآیندهای برگشت پذیر یک انتزاع است ، یک مورد محدود کننده فرآیندهای برگشت ناپذیر که با افزایش کل آنتروپی اجسام (در طول اصطکاک ، تبادل حرارت و غیره) همراه است. از نظر ریاضی ، آنتروپی به عنوان مقداری تعریف می شود که افزایش آن برابر است با ورودی گرما تقسیم بر دمای مطلق (علاوه بر این - به طور دقیق تر ، از اصول کلی نیز نتیجه گرفته می شود - آنتروپی در دمای صفر مطلق و آنتروپی خلاء پذیرفته شده است. برابر با صفر)

   مثال عددی برای وضوح. جسمی با دمای 200 درجه 400 کالری در هنگام تبادل حرارت به جسم دوم که دمای آن 100 درجه است می دهد. آنتروپی جسم اول 400/200 کاهش یافته است ، یعنی 2 واحد ، و آنتروپی بدن دوم 4 واحد افزایش یافت. مطابق الزامات اصل دوم ، کل آنتروپی 2 واحد افزایش یافته است. توجه داشته باشید که این نتیجه نتیجه این واقعیت است که گرما از جسم گرمتر به بدن سردتر منتقل می شود.

   افزایش کل آنتروپی در طی فرایندهای عدم تعادل در نهایت منجر به گرم شدن ماده می شود. بیایید به کیهان شناسی ، به مدل های چند صفحه ای بپردازیم. اگر در این حالت تعداد باریون ها را ثابت فرض کنیم ، آنتروپی در هر باریون به طور نامحدود افزایش می یابد. این ماده با هر چرخه به طور نامحدود داغ می شود ، یعنی شرایط در جهان تکرار نخواهد شد!

   اگر ما فرض حفاظت از بارین را کنار بگذاریم و مطابق ایده من در سال 1966 و توسعه آن توسط بسیاری از نویسندگان دیگر فرض کنیم که بارین از "آنتروپی" (یعنی خنثی) ناشی می شود. ماده گرم) در مراحل اولیه انبساط کیهانی جهان. در این مورد ، تعداد باریون های تولیدی متناسب با آنتروپی در هر چرخه انبساط - انقباض است ، به عنوان مثال. شرایط تکامل ماده ، تشکیل اشکال ساختاری می تواند تقریباً در هر چرخه یکسان باشد.

   من اولین بار اصطلاح "مدل چند صفحه ای" را در کار 1969 مطرح کردم. در مقالات اخیرم ، من از همان اصطلاح به معنای کمی متفاوت استفاده می کنم. این را برای جلوگیری از سردرگمی در اینجا ذکر می کنم.

   در اولین مقاله از سه مقاله اخیر (1979) مدلی در نظر گرفته شده است که در آن فضا به طور متوسط ​​مسطح فرض می شود. همچنین فرض بر این است که ثابت کیهانی اینشتین صفر و منفی نیست (اگرچه از نظر مقدار مطلق بسیار کوچک است). در این مورد ، همانطور که معادلات نظریه گرانش اینشتین نشان می دهد ، انبساط کیهانی ناگزیر با انقباض جایگزین می شود. علاوه بر این ، هر چرخه از نظر ویژگی های متوسط ​​، دوره قبلی را کاملاً تکرار می کند. ضروری است که مدل از نظر فضایی مسطح باشد. همراه با هندسه مسطح (هندسه اقلیدسی) ، دو اثر زیر به ملاحظه هندسه لوباچفسکی و هندسه ابرسفر (یک آنالوگ سه بعدی از یک کره دو بعدی) اختصاص داده شده است. در این موارد اما مشکل دیگری پیش می آید. افزایش آنتروپی منجر به افزایش شعاع جهان در لحظه های مربوط به هر چرخه می شود. با تفسیر گذشته ، متوجه می شویم که برای هر چرخه معین تنها می توان تعداد محدودی چرخه را پیش گرفت.

   در کیهان شناسی "استاندارد" (یک ظرفیت) ، مشکلی وجود دارد: قبل از لحظه حداکثر چگالی چه اتفاقی افتاده است؟ در کیهان شناسی های متعدد (به جز مورد یک مدل مسطح فضایی) ، نمی توان از این مشکل اجتناب کرد - این سوال به لحظه شروع گسترش چرخه اول موکول می شود. می توان این دیدگاه را داشت که آغاز گسترش چرخه اول ، یا در مورد مدل استاندارد ، تنها چرخه ، لحظه خلقت جهان است ، و بنابراین پرسش از آنچه پیش از این اتفاق افتاده است این خارج از محدوده تحقیقات علمی است. با این حال ، شاید درست - یا ، به نظر من ، بیشتر - رویکردی که اجازه نامحدود می دهد تحقیق علمیجهان مادی و فضا - زمان. در عین حال ، ظاهراً جایی برای عمل خلقت وجود ندارد ، اما مفهوم اصلی مذهبی معنای الهی هستی تحت تأثیر علم نیست ، خارج از آن نهفته است.

   من از دو فرضیه جایگزین مربوط به مشکل مورد بحث مطلع هستم. به نظر من یکی از آنها برای اولین بار در سال 1966 توسط من بیان شد و در کارهای بعدی تعدادی اصلاح شد. این فرضیه "چرخش پیکان زمان" است. این ارتباط نزدیکی با مشکل برگشت پذیری دارد.

   همانطور که قبلاً نوشتم ، هیچ فرایند کاملاً برگشت پذیر در طبیعت وجود ندارد. اصطکاک ، انتقال حرارت ، انتشار نور ، واکنش های شیمیایی ، فرایندهای زندگی با برگشت ناپذیری مشخص می شود ، تفاوت چشمگیر بین گذشته و آینده. اگر نوعی شلیک می کنید فرآیند برگشت ناپذیرو سپس فیلم را در جهت مخالف شروع کنید ، سپس چیزی را روی صفحه نمایش می بینیم که واقعاً نمی تواند اتفاق بیفتد (به عنوان مثال ، چرخ دنده ای که با اینرسی می چرخد ​​سرعت چرخش خود را افزایش می دهد و بلبرینگ ها سرد می شوند). از نظر کمی ، برگشت ناپذیری در افزایش یکنواخت آنتروپی بیان می شود. در عین حال ، اتم ها ، الکترون ها ، هسته های اتمی و ... که بخشی از همه اجسام هستند. طبق قوانین مکانیک (کوانتومی ، اما این در اینجا ناچیز است) حرکت کنید ، که برگشت پذیری کامل در زمان دارند (در نظریه میدان کوانتومی - با بازتاب همزمان CP ، قسمت اول را ببینید). عدم تقارن دو جهت زمان (همانطور که می گویند وجود "پیکان زمان") با تقارن معادلات حرکت ، مدتهاست توجه سازندگان مکانیک آماری را به خود جلب کرده است. بحث در مورد این موضوع در دهه های آخر قرن گذشته آغاز شد و گاهی اوقات کاملاً طوفانی بود. راه حلی که کمابیش همه را راضی می کرد ، شامل این فرضیه بود که عدم تقارن ناشی از شرایط اولیه حرکت و موقعیت همه اتمها و میدانها "در گذشته بی نهایت دور" است. این شرایط اولیه باید به یک معنا "تصادفی" باشد.

   همانطور که پیشنهاد کردم (در سال 1966 و به صراحت در سال 1980) ، در نظریه های کیهان شناسی که نقطه زمانی مشخصی دارند ، این تصادفی شرایط اولیهنه به گذشته بی نهایت دور (t -> - ∞) ، بلکه به این نقطه متمایز (t = 0).

   سپس ، به طور خودکار در این مرحله ، آنتروپی دارای حداقل مقدار است و هنگام دور شدن از آن در زمان جلو یا عقب ، آنتروپی افزایش می یابد. این همان چیزی است که من آن را "چرخش پیکان زمان" نامیده ام. از آنجا که پیکان زمان برعکس می شود ، همه فرایندها ، از جمله اطلاعات (از جمله فرایندهای زندگی) ، معکوس می شوند ، هیچ تناقضی بوجود نمی آید. تا آنجا که من می دانم ایده های فوق در مورد معکوس شدن پیکان زمان در جهان علمی شناخته نشده است. اما برای من جالب به نظر می رسند.

   چرخش پیکان زمان ، تقارن دو جهت زمان را در تصویر کیهان شناسی جهان ، ذاتی معادلات حرکت ، بازیابی می کند!

   در 1966-1967. من فرض کردم که بازتاب CPT در نقطه محوری پیکان زمان رخ می دهد. این فرض یکی از نقاط شروع کار من در مورد عدم تقارن باریون بود. در اینجا من یک فرضیه دیگر ارائه می دهم (Kirzhnits ، Linde ، Gut ، Turner و دیگران دستی داشتند ؛ در اینجا من فقط یک اظهار نظر دارم که پیکان زمان در حال چرخش است).

   در نظریه های مدرن ، فرض بر این است که خلا می تواند در حالات مختلف وجود داشته باشد: پایدار ، با دقت بالا از چگالی انرژی صفر. و ناپایدار ، با چگالی انرژی مثبت بزرگ (ثابت کیهان شناسی موثر). حالت اخیر گاهی "خلا کاذب" نامیده می شود.

   یکی از راه حل های معادلات نسبیت عام برای چنین نظریه هایی به شرح زیر است. جهان بسته است ، یعنی در هر لحظه یک "ابر کره" از یک حجم محدود را نشان می دهد (یک ابر کره یک آنالوگ سه بعدی از یک سطح دو بعدی از یک کره است. فضای سه بعدی) شعاع ابر کره در لحظه معینی از زمان حداقل مقدار محدودی دارد (آن را t = 0) نشان می دهد و با فاصله از این نقطه در جلو و عقب در زمان افزایش می یابد. آنتروپی برابر یک صفر برای خلاء کاذب (مانند هر خلاء به طور کلی) است و با فاصله از نقطه t = 0 به جلو یا عقب در زمان به دلیل پوسیدگی خلا کاذب افزایش می یابد و به حالت پایدار می رسد. خلاء واقعی بنابراین ، در نقطه t = 0 ، پیکان زمان می چرخد ​​(اما هیچ تقارن کیهانی CPT وجود ندارد ، که نیاز به فشرده سازی بی نهایت در نقطه بازتاب دارد). درست مانند تقارن CPT ، همه بارهای محافظت شده در اینجا نیز برابر صفر هستند (به دلایلی پیش پا افتاده - در t = 0 ، حالت خلاء). بنابراین ، در این مورد ، همچنین لازم است ظاهر پویا عدم تقارن باریون مشاهده شده را به دلیل نقض تغییر ناپذیری CP فرض کنیم.

   یک فرضیه جایگزین در مورد ماقبل تاریخ جهان این است که در واقع نه یک جهان وجود دارد و نه دو (مانند - به تعبیر کلمه - در فرضیه چرخش پیکان زمان) ، بلکه مجموعه ای کاملاً متفاوت است از یکدیگر و ناشی از برخی از فضای "اولیه" (یا ذرات تشکیل دهنده آن ؛ شاید این فقط روش دیگری برای بیان آن باشد). سایر جهان ها و فضای اولیه ، اگر منطقی باشد در مورد آن صحبت کنیم ، به ویژه ، ممکن است ، در مقایسه با جهان "ما" ، دارای تعداد متفاوتی از ابعاد فضایی و زمانی "ماکروسکوپی" - مختصات (در جهان ما سه مورد وجود دارد ابعاد مکانی و همزمان ؛ در سایر جهانها ممکن است متفاوت باشد!) از شما می خواهم به صفت "کلان" که در علامت نقل قول محصور شده است توجه خاصی نکنید. این مربوط به فرضیه "فشرده سازی" است که بر اساس آن اکثر اندازه گیری ها فشرده می شوند. در مقیاس بسیار کوچک بر روی خود بسته شد

   
   ساختار "جهان مگا"

   فرض بر این است که هیچ رابطه علیتی بین جهان های مختلف وجود ندارد. این همان چیزی است که تفسیر آنها را به عنوان جهان های مجزا توجیه می کند. من این ساختار عظیم را "جهان مگا" می نامم. چندین نویسنده در مورد انواع چنین فرضیه هایی بحث کرده اند. به طور خاص ، فرضیه تولد چندگانه جهان بسته (تقریباً بیش از حد) توسط Ya.B. زلدوویچ

   ایده های جهان مگا بسیار جالب است. شاید حقیقت دقیقاً در این جهت نهفته باشد. برای من ، در برخی از این سازه ها ، ابهامی وجود دارد که تا حدودی ماهیت فنی دارد. کاملاً قابل قبول است که فرض کنیم شرایط در مناطق مختلف فضا کاملاً متفاوت است. اما قوانین طبیعت لزوماً باید در همه جا و همیشه یکسان باشد. طبیعت نمی تواند مانند ملکه در کارول در آلیس در سرزمین عجایب باشد ، که به طور خودسرانه قوانین بازی کروکت را تغییر داد. بودن یک بازی نیست. تردیدهای من مربوط به آن فرضیه هایی است که وقفه ای را در تداوم فضا-زمان می پذیرند. آیا چنین فرآیندهایی مجاز است؟ آیا آنها نقض قوانین طبیعت در مواقع وقفه نیستند و "شرایط وجود" نیست؟ تکرار می کنم ، من مطمئن نیستم که آیا این نگرانی ها مشروع هستند یا خیر. شاید دوباره ، همانطور که در مورد حفظ تعداد فرمیون ها ، از دیدگاه بسیار باریکی پیش می روم. علاوه بر این ، فرضیه ها در جایی که تولد جهان بدون اختلال در تداوم اتفاق می افتد کاملاً قابل تصور است.

   این فرض که تولد بسیاری از جهانها ، و شاید بی نهایت جهانهای مختلف ، خود به خود اتفاق می افتد ، و اینکه جهان پیرامون ما دقیقاً به شرط ظهور حیات و ذهن در بین بسیاری از جهانها متمایز شده است ، "اصل انسان شناسی" نامیده شد. (AP) زلدوویچ می نویسد که اولین مطالعه AP در زمینه جهان در حال گسترش که برای او شناخته شده متعلق به Idlis است (1958). در مفهوم جهان چند صفحه ای ، اصل انسان شناسی نیز می تواند نقش داشته باشد ، اما برای انتخاب بین چرخه های متوالی یا مناطق آنها. این احتمال در کار من "مدلهای چند ظرفیتی جهان" مورد بحث قرار گرفته است. یکی از مشکلات مدلهای ورقه ای این است که تشکیل "سیاهچاله ها" و ادغام آنها در مرحله فشرده سازی تقارن را به هم می ریزد به طوری که کاملاً مشخص نیست که شرایط چرخه بعدی برای تشکیل ساختارهای بسیار منظم مناسب است یا خیر. به از سوی دیگر ، در چرخه های به اندازه کافی طولانی ، فرایندهای پوسیدگی باریون ها و تبخیر سیاهچاله ها رخ می دهد که منجر به هموارسازی همه ناهمگونی های چگالی می شود. من تصور می کنم که عملکرد ترکیبی این دو مکانیسم - تشکیل سیاهچاله ها و تراز کردن بی نظمی ها - منجر به این واقعیت می شود که یک دوره متوالی چرخه های نرم تر و "آشفته" ایجاد می شود. تصور می شود که چرخه ما قبل از یک چرخه "صاف" بوده که طی آن هیچ سیاهچاله ای شکل نگرفته است. برای قطعیت ، می توان یک جهان بسته را با خلاء "کاذب" در نقطه عطف پیکان زمان در نظر گرفت. ثابت کیهان شناسی در این مدل را می توان برابر با صفر در نظر گرفت ، تغییر انبساط با فشرده سازی فقط به دلیل جذب متقابل ماده معمولی رخ می دهد. مدت زمان چرخه ها به دلیل رشد آنتروپی در هر چرخه افزایش می یابد و از هر عدد تجاوز می کند (تمایل به بی نهایت دارد) ، به طوری که شرایط فروپاشی پروتون ها و تبخیر "سیاه چاله ها" برآورده می شود.

   مدلهای چند متغیره پاسخی به اصطلاح پارادوکس اعداد بزرگ ارائه می دهند (توضیح احتمالی دیگر در فرضیه Guth و همکاران است که نشان دهنده مرحله طولانی "نفخ" است ، به فصل 18 مراجعه کنید).

   
   سیاره ای در حومه خوشه ستاره ای کروی دور. هنرمند © دان دیکسون

   چرا تعداد کلپروتون ها و فوتون ها در جهان با حجم محدود بسیار بزرگ هستند ، البته؟ و شکل دیگری از این س ،ال ، با اشاره به نسخه "باز" ​​، - چرا تعداد ذرات در آن منطقه از جهان بیکران لوباچفسکی بسیار زیاد است ، که حجم آن به ترتیب A3 است (A شعاع انحنا است) ؟

   پاسخ مدل چند صفحه ای بسیار ساده است. فرض بر این است که چرخه های زیادی از لحظه t = 0 گذشته است ، در طول هر چرخه آنتروپی (یعنی تعداد فوتون ها) افزایش یافته و بر این اساس ، در هر چرخه مقدار اضافی باریون تولید می شود. نسبت تعداد باریونها به تعداد فوتونها در هر چرخه ثابت است ، زیرا با پویایی مراحل اولیه انبساط جهان در یک چرخه معین تعیین می شود. تعداد کل چرخه ها از لحظه t = 0 دقیقاً به اندازه ای است که تعداد مشاهده شده فوتون ها و باریون ها بدست می آید. از آنجا که افزایش تعداد آنها در رخ می دهد پیشرفت هندسی، سپس برای تعداد چرخه های مورد نیاز ما حتی آن مقدار عالی را بدست نمی آوریم.

   محصول جانبی کار من در سال 1982 فرمول احتمال ادغام گرانشی سیاهچاله ها است (با استفاده از برآورد کتاب زلدوویچ و نوویکوف).

   یک احتمال دیگر ، یا بهتر بگویم یک رویا ، که برای تخیل جذاب است ، با مدلهای چند برگ مرتبط است. شاید یک ذهن بسیار سازمان یافته که میلیاردها سال در طول یک چرخه رشد می کند ، راهی پیدا کند تا برخی از ارزشمندترین اطلاعاتی را که در چرخه های بعدی به وراث خود منتقل می کند ، به صورت رمزگذاری شده ، به موقع از این چرخه جدا کند. دوره یک حالت فوق متراکم؟ .. آنالوگ - انتقال توسط موجودات زنده از نسلی به نسل دیگر اطلاعات ژنتیکی "فشرده" و کدگذاری شده در کروموزومهای هسته یک سلول بارور شده. البته این فرصت کاملاً فوق العاده است و من جرات نکردم در مورد آن چیزی بنویسم مقالات علمی، اما در صفحات این کتاب به او اختیار اختیار داد. اما حتی بدون توجه به این رویا ، فرضیه مدل چند ظرفیتی جهان به نظر من در چشم انداز جهان و برنامه فلسفی مهم است.

   بازدیدکنندگان عزیز!

   کار شما غیر فعال است جاوا اسکریپت... لطفاً اسکریپت ها را در مرورگر خود روشن کنید ، و عملکرد کامل سایت را مشاهده خواهید کرد!

   8.2 توسعه ایده در مورد جهان. مدلهای جهان

   از نظر تاریخی ، مفهوم جهان همیشه در چارچوب مدلهای ذهنی جهان تکامل یافته است ، که از اسطوره های باستانی شروع می شود. در اساطیر تقریباً هر قوم ، اسطوره های جهان - منشا ، ماهیت ، ساختار ، روابط و دلایل ممکنپایان.

   در اکثر اسطوره های باستانی ، جهان (جهان) ابدی نیست ، بلکه توسط نیروهای برتر از یک اصل اساسی (ماده) معمولاً از آب یا هرج و مرج ایجاد شده است. زمان در مفاهیم کیهانی باستانی اغلب چرخه ای است ، یعنی رویدادهای تولد ، وجود و مرگ جهان مانند دیگر اجسام طبیعت در یک دایره دنبال می شوند. جهان یک کل واحد است ، همه عناصر آن به هم پیوسته هستند ، عمق این ارتباطات تا تبدیل های احتمالی متفاوت است ، رویدادها دنبال یکدیگر می روند و جایگزین یکدیگر می شوند (زمستان و تابستان ، روز و شب). این نظم جهانی با هرج و مرج مخالف است. فضای جهان محدود است. نیروهای برتر (گاهی خدایان) یا خالق جهان هستند یا حافظ نظم جهانی. ساختار جهان در اسطوره ها چند لایه بودن را فرض می کند: همراه با جهان آشکار (وسط) ، جهانهای بالا و پایین ، محور جهان (اغلب به شکل درخت یا کوه جهان) ، مرکز جهان وجود دارد. مکانی است دارای ویژگیهای مقدس ویژه ، بین لایه های جداگانه جهان ارتباط وجود دارد. وجود جهان را واپس گرا تصور می کنند - از "عصر طلایی" تا زوال و نابودی. مردی در اسطوره های باستانی می تواند شبیه تمام کیهان باشد (کل جهان از یک موجود غول پیکر ، شبیه به یک مرد غول پیکر ایجاد شده است) ، که ارتباط بین انسان و جهان را تقویت می کند. در مدلهای باستانی ، انسان هرگز در مرکز توجه قرار نمی گیرد.

   در قرون VI-V. قبل از میلاد مسیح. اولین مدلهای طبیعی- فلسفی جهان ایجاد شده است ، که در یونان باستان پیشرفته ترین است. مفهوم نهایی در این مدلها کیهان به عنوان یک کل واحد ، زیبا و قانونی است. این س howال که جهان چگونه شکل گرفته است با این س ofال که جهان از چه چیزی ساخته شده است ، چگونه تغییر می کند ، تکمیل می شود. پاسخ ها دیگر نه به صورت مجازی ، بلکه به زبانی انتزاعی و فلسفی تدوین شده است. زمان در مدلها اغلب چرخه ای است ، اما فضا البته. به عنوان یک ماده ، هر دو عنصر جداگانه (آب ، هوا ، آتش - در مکتب میلتوس و هراکلیتوس) ، مخلوطی از عناصر ، و یک کیهان بی حرکت و غیرقابل تجزیه (در میان قایق ها) ، یک عدد هستی شناسی (در میان فیثاغورسیان) ، واحدهای ساختاری تجزیه ناپذیر - اتم هایی که وحدت جهان را تضمین می کنند - در دموکریتوس. این مدل جهان دموکریتوس است که در فضا بی نهایت است. فیلسوفان طبیعی وضعیت اجرام کیهانی - ستارگان و سیارات ، تفاوت بین آنها ، نقش و ترتیب متقابل آنها در جهان را تعیین کردند. در اکثر مدلها ، حرکت نقش اساسی را ایفا می کند. کیهان بر اساس یک قانون واحد ساخته شده است - لوگوس ، و انسان نیز تابع این قانون است - یک کیهان کوچک ، یک کپی کاهش یافته از کیهان.

   توسعه دیدگاههای فیثاغورس ، هندسی سازی کیهان و برای اولین بار به وضوح ارائه آن در قالب یک کره در حال چرخش در اطراف و احاطه شده توسط یک آتش مرکزی ، در گفتگوهای بعدی افلاطون تجسم یافت. مدل ارسطو که توسط ریاضیات توسط بطلمیوس پردازش می شد ، قرن ها قله منطقی دیدگاه های دوران باستان در فضا محسوب می شد. این مدل به شکل تا حدودی ساده شده ، با حمایت کلیسا ، حدود 2 هزار سال وجود داشت. از نظر ارسطو ، جهان: o یک کل فراگیر است که از کلیت تمام اجسام درک شده تشکیل شده است. o بی نظیر است

   o از نظر فضایی محدود ، محدود به کره آسمانی شدید ،

   پشت آن "نه خالی وجود دارد و نه جایی" ؛ o ابدی ، بی آغاز و بی پایان در زمان. در عین حال ، زمین بی حرکت است و در مرکز جهان واقع شده است ، زمینی و آسمانی (فوق قمر) از نظر ترکیب فیزیکوشیمیایی و ماهیت حرکت کاملاً متضاد هستند.

   در قرن XIU-X> / 1 ، در دوران رنسانس ، مدلهای فلسفی طبیعی جهان دوباره ظاهر می شوند. آنها از یک سو با بازگشت به وسعت و دیدگاه های فلسفی دوران باستان و از سوی دیگر با منطق و ریاضیات سختگیرانه ای که از قرون وسطی به ارث رسیده است مشخص می شوند. در نتیجه تحقیقات نظری ، نیکولای کوزانسکی ، ن. کوپرنیک ، جی برونو مدل هایی از جهان را با فضای بیکران ، زمان خطی برگشت ناپذیر ، منظومه شمسی هلیوسنتریک و بسیاری از جهان مانند آن پیشنهاد کردند. G. Galileo ، در ادامه این سنت ، قوانین حرکت را بررسی کرد - ویژگی اینرسی و اولین کسی بود که آگاهانه از مدل های ذهنی (سازه هایی که بعداً پایه و اساس فیزیک نظری شد) استفاده کرد ، یک زبان ریاضی ، که او آن را زبان جهانی می دانست. جهان ، ترکیبی از روشهای تجربی و یک فرضیه نظری است که باید برای تأیید یا تکذیب آنها انجام شود ، و در نهایت ، مشاهدات نجومی با یک تلسکوپ ، که به طور قابل توجهی امکانات علم را گسترش داد.

   G. Galilei، R. Descartes، I. Kepler اساس ایده های فیزیکی و کیهان شناسی مدرن در مورد جهان را پایه گذاری کردند و بر اساس آنها و بر اساس قوانین مکانیک توسط نیوتن در پایان قرن 17 کشف شد. اولین مدل کیهان شناسی علمی جهان را تشکیل داد ، که نام نیوتونی کلاسیک را دریافت کرد. بر اساس این مدل ، جهان: O ثابت (ساکن) است ، یعنی به طور متوسط ​​در طول زمان تغییر نکرده است ؛ در مورد همگن - همه نقاط آن برابر است ؛ O isotropic - همه جهات برابر هستند. o ابدی و فضایی بی نهایت ، و فضا و زمان مطلق هستند - آنها به یکدیگر و توده های متحرک وابسته نیستند. O دارای چگالی غیر صفر ماده است. O دارای ساختاری کاملاً قابل درک از زبان سیستم موجود دانش فیزیکی است ، که به معنی برون یابی بی پایان قوانین مکانیک ، قانون گرانش جهانی است ، که قوانین اساسی برای حرکت همه اجرام کیهانی هستند.

   علاوه بر این ، اصل عمل از راه دور در جهان قابل اجرا است ، یعنی انتشار سیگنال فوری ؛ وحدت جهان توسط یک ساختار واحد - ساختار اتمی ماده تأمین می شود.

   همه داده های به دست آمده در مشاهدات نجومی به عنوان مبنای تجربی این مدل عمل کردند ؛ از دستگاه های ریاضی مدرن برای پردازش آنها استفاده شد. این ساختار بر اساس جبرگرایی و ماتریالیسم فلسفه خردگرایانه دوران جدید بود. علیرغم تناقضات آشکار شده (پارادوکس های نورسنجی و گرانشی پیامدهای برون یابی مدل به بی نهایت هستند) ، جذابیت جهان بینی و سازگاری منطقی و همچنین پتانسیل ابتکاری ، مدل نیوتنی را به عنوان تنها مدل قابل قبول برای کیهان شناسان تا قرن بیستم تبدیل کرد. به

   نیاز به تجدید نظر در جهان با اکتشافات متعدد در قرن 19 و 20 ایجاد شد: وجود فشار نور ، تقسیم پذیری یک اتم ، نقص جرم ، مدل ساختار اتمی ، هندسه های غیر مسطح ریمان و لوباچفسکی ، اما تنها با ظهور نظریه نسبیت ، یک مدل نسبیتی کوانتومی جدید از جهان.

   از معادلات نظریه نسبیت ویژه (SRT، 1905) و عمومی (GRT، 1916) توسط A. Einstein ، نتیجه می گیرد که فضا و زمان در یک متریک واحد به هم متصل هستند و به ماده متحرک بستگی دارد: در سرعتی نزدیک به سرعت از نظر نور ، فضا فشرده می شود ، زمان کشیده می شود و در نزدیکی توده های قدرتمند فشرده فضا زمان منحنی می شود ، در نتیجه مدل جهان هندسی می شود. حتی تلاش هایی برای نشان دادن کل جهان به عنوان یک فضا-زمان منحنی صورت گرفت ، گره ها و نقص های آن به عنوان توده تفسیر شد.

   اینشتین با حل معادلات جهان ، مدلی را بدست آورد که از نظر فضا محدود و ثابت بود. اما برای حفظ ایستایی ، او باید یک عبارت لامبدا اضافی را به محلول وارد کند ، که از نظر تجربی با هیچ چیزی پشتیبانی نمی شود و در عمل خود معادل میدان مخالف گرانش در فواصل کیهانی است. با این حال ، در 1922-1924. A.A. فریدمن راه حل متفاوتی را برای این معادلات پیشنهاد کرد ، که به معنی دستیابی به سه مدل مختلف جهان بسته به چگالی ماده بود ، اما هر سه مدل غیر ثابت (در حال تکامل) بودند - مدلی با انبساط و به دنبال آن انقباض ، یک مدل نوسانی ، و مدلی با انبساط بی نهایت در آن زمان ، رد ایستایی جهان یک گام واقعاً انقلابی بود و توسط دانشمندان با دشواری زیادی درک شد ، زیرا به نظر می رسید که با تمام دیدگاه های علمی و فلسفی ثابت شده در مورد طبیعت ، که به ناچار منجر به خلقت گرایی می شود ، در تناقض است.

   اولین تأیید تجربی عدم ثبات جهان در سال 1929 به دست آمد - هابل تغییر طیف قرمز در طیف کهکشان های دور را کشف کرد ، که طبق اثر داپلر ، نشان دهنده گسترش جهان است (همه کیهان شناسان این تفسیر را در آن زمان نداشتند). در 1932-1933. نظریه پرداز بلژیکی J. Lemegre یک مدل از جهان را با یک "شروع داغ" ، به اصطلاح "بیگ بنگ" ، پیشنهاد کرد. اما در دهه 1940 و 1950. مدلهای جایگزین (با ایجاد ذرات از میدان c ، از خلاء) ، با حفظ ایستایی جهان ارائه شد.

   در سال 1964 ، دانشمندان آمریکایی - اخترفیزیک A. Penzias و ستاره شناس رادیویی K. Wilson تشعشعات یکنواخت ناهنجاری ایزوتروپیک را کشف کردند ، که به وضوح نشان دهنده "شروع داغ" جهان است. این مدل غالب شد و توسط اکثر کیهان شناسان شناخته شد. با این حال ، همین نقطه آغاز ، نقطه تکینگی مشکلات و اختلافات زیادی را در مورد مکانیسم "انفجار بزرگ" ایجاد کرد و همچنین رفتار سیستم (جهان) در نزدیکی آن را نمی توان در داخل توصیف کرد. چارچوب نظریه های علمی مشهور (دما و چگالی بی نهایت بالا باید با ابعاد بی نهایت کوچک ترکیب شود). در قرن بیستم. مدلهای زیادی از جهان ارائه شده است - از آنهایی که نظریه نسبیت را به عنوان اساس رد کردند ، تا آنهایی که برخی عوامل را در مدل اصلی تغییر دادند ، به عنوان مثال ، "ساختار لانه زنبوری جهان" یا نظریه ریسمان. بنابراین ، برای از بین بردن تناقضات مربوط به تکینگی ، در 1980-1982. ستاره شناس آمریکایی P. Steinhart و اخترفیزیکدان شوروی A. Linde پیشنهاد اصلاح مدل جهان در حال گسترش - مدل با مرحله تورم (مدل "جهان متورم") ، که در آن اولین لحظات پس از "انفجار بزرگ" تفسیر جدیدی دریافت کرد این مدل به اصلاح خود ادامه داد و بعداً تعدادی از مشکلات و تناقضات مهم کیهان شناسی را برطرف کرد. امروزه تحقیقات متوقف نمی شود: فرضیه ای که توسط گروهی از دانشمندان ژاپنی در مورد منشا میدانهای مغناطیسی اولیه مطرح شده است با مدل شرح داده شده در بالا تطابق خوبی دارد و به ما این امکان را می دهد که بتوانیم به کسب اطلاعات جدید در مورد مراحل اولیه وجود کائنات.

   به عنوان یک موضوع تحقیق ، جهان برای مطالعه قیاسی آن بسیار پیچیده است ؛ این روشهای برون یابی و مدل سازی است که فرصت پیشروی در شناخت خود را می دهد. با این حال ، این روش ها مستلزم رعایت دقیق همه روش ها (از فرمول بندی مسئله ، انتخاب پارامترها ، میزان شباهت بین مدل و اصل ، تا تفسیر نتایج بدست آمده) و حتی با تحقق ایده آل با توجه به همه الزامات ، نتایج تحقیق اساساً احتمالی خواهد بود.

   ریاضی سازی دانش ، که به طور قابل توجهی قابلیت های ابتکاری بسیاری از روش ها را افزایش می دهد ، یک روند کلی در علم قرن بیستم است. کیهان شناسی نیز از این قاعده مستثنی نبود: نوعی مدل سازی ذهنی ظاهر شد - مدل سازی ریاضی ، روش فرضیه ریاضی. ماهیت آن این است که ابتدا معادلات حل شده و سپس تفسیر فیزیکی از راه حل های بدست آمده جستجو می شود. این روش ، که معمولی از علوم گذشته نیست ، دارای پتانسیل اکتشافی عظیم است. این روش بود که فریدمن را به ایجاد مدلی از جهان در حال گسترش سوق داد ، به این ترتیب پوزیترون کشف شد و بسیاری از اکتشافات مهم دیگر در علم در پایان قرن بیستم انجام شد.

   مدل های رایانه ای ، از جمله مدل سازی جهان ، متولد توسعه فناوری رایانه هستند. بر اساس آنها ، مدلهای جهان با فاز تورمی اصلاح شده اند. در آغاز قرن XXI. حجم زیادی از اطلاعات دریافت شده از کاوشگر فضایی را پردازش کرد و با در نظر گرفتن "ماده تاریک" و "انرژی تاریک" ، مدلی از توسعه جهان ایجاد کرد.

   با گذشت زمان ، تفسیر بسیاری از مفاهیم اساسی تغییر کرده است.

   خلا فیزیکی دیگر به عنوان یک خلا ، نه به عنوان یک اتر ، بلکه به عنوان یک حالت پیچیده با محتوای بالقوه (مجازی) از ماده و انرژی درک نمی شود. در همان زمان مشخص شد که اجسام فضایی و زمینه های شناخته شده برای علم مدرن درصد ناچیزی از جرم جهان را تشکیل می دهند و بیشتر جرم در "ماده تاریک" و "انرژی تاریک" قرار دارد که به طور غیر مستقیم آشکار می کند. خودشان پژوهش سالهای اخیرنشان داد که بخش قابل توجهی از این انرژی بر انبساط ، کشش و پاره شدن جهان تأثیر می گذارد ، که می تواند منجر به شتاب ثابت انبساط شود. در این رابطه ، سناریوی آینده احتمالی جهان نیاز به تجدید نظر دارد. مقوله زمان یکی از مقوله هایی است که در کیهان شناسی بیشتر مورد بحث قرار گرفته است. اکثر محققان شخصیتی عینی به زمان می بخشند ، اما طبق روایتی که از آگوستین و I. کانت نقل شده است ، زمان و مکان اشکال تفکر ما هستند. آنها به صورت ذهنی تفسیر می شوند. زمان یا به عنوان پارامتری در نظر گرفته می شود که به هیچ عواملی وابسته نیست (مفهومی اساسی که از دموکریتوس سرچشمه می گیرد و در اصل مدل کلاسیک نیوتونی جهان وجود دارد) ، یا به عنوان یک پارامتر مرتبط با جابجایی ماده (مفهومی رابطه ای که از ارسطو آمده است) در نظر گرفته می شود. و مبنای مدل نسبی کوانتومی جهان قرار گرفت). رایج ترین مفهوم پویا است که زمان را در حال حرکت نشان می دهد (آنها از جریان زمان صحبت می کنند) ، اما مفهوم مخالف نیز ارائه شد - مفهوم ایستا. زمان در مدلهای مختلف به صورت چرخه ای ، یا محدود ، یا بی نهایت و خطی به نظر می رسد. ماهیت زمان اغلب با علیت همراه است. مسائلی مانند اثبات انتخاب لحظه کنونی زمان ، جهت آن ، ناهمسانگردی ، برگشت ناپذیری ، جهانی بودن زمان مورد بحث قرار می گیرد ، به عنوان مثال. آیا زمان برای همه حالات جهان وجود دارد و آیا همیشه یک بعدی است یا می تواند بعد متفاوتی داشته باشد و حتی در شرایط خاصی (به عنوان مثال ، در نقطه تکینگی) وجود نداشته باشد؟ کمترین توسعه مسأله ویژگی های زمان در سیستم های پیچیده است: بیولوژیکی ، ذهنی ، اجتماعی.

   هنگام ایجاد مدلهای جهان ، برخی از ثابتها نقش اساسی دارند - ثابت گرانشی ، ثابت پلانک ، سرعت نور ، چگالی متوسط ​​ماده ، تعداد ابعاد فضا -زمان. با بررسی این ثابتها ، برخی از کیهان شناسان به این نتیجه رسیدند که برای سایر مقادیر این ثابتها ، جهان وجود نخواهد داشت اشکال پیچیدهمهم است ، نه به ذکر زندگی و حتی بیشتر به ذهن.

   فهرست کتابشناسی

   V.V. Evsyukov افسانه ها در مورد جهان نووسیبیرسک ، 1988.

   Latypov N.N. ، Beilin V.A. ، Vereshkov G.M. خلاء ، ذرات اولیه و جهان. م. ، 2001.

   لیند A.D. فیزیک ذرات و کیهان شناسی تورمی م. ، 1990

   Nadtochaev A.C. فلسفه و علم در دوران باستان. م. ، 1990

   نوویکوف I.D. تکامل جهان. م. ، 1990

   پاولنکو A.N. کیهان شناسی اروپا: مبانی چرخش معرفت شناسی. م. ، 1997.

   هاوکینگ اس. از انفجار بزرگ تا سیاه چاله ها. م. ، 1990

   کیهان شناسی- بخش نجوم و اخترفیزیک ، که مبدا ، ساختار مقیاس بزرگ و تکامل جهان را مطالعه می کند. داده های کیهان شناسی عمدتا از مشاهدات نجومی به دست می آید. نظریه نسبیت عمومی اینشتین (1915) در حال حاضر برای تفسیر آنها استفاده می شود. ایجاد این نظریه و پیاده سازی مشاهدات مربوطه باعث شد که در اوایل دهه 1920 کیهان شناسی در تعدادی از علوم دقیق قرار گیرد ، در حالی که قبل از آن این یک حوزه فلسفه بود. اکنون دو مکتب کیهان شناسی پدید آمده است: تجربه گرایان خود را محدود به تفسیر داده های مشاهده ای می کنند ، نه مدلهای خود را در مناطق ناشناخته تعمیم می دهند. نظریه پردازان سعی می کنند جهان قابل مشاهده را با استفاده از برخی فرضیه های انتخاب شده برای سادگی و ظرافت توضیح دهند. مدل کیهان شناسی بیگ بنگ در حال حاضر به طور گسترده ای شناخته شده است ، که بر اساس آن انبساط جهان مدتی پیش از حالت بسیار متراکم و گرم آغاز شد. ثابتمدلی از جهان که در آن جاودانه وجود دارد و هیچ آغاز و پایانی ندارد. داده های کیهان شناسی

   داده های کیهان شناسی به عنوان نتایج آزمایش ها درک می شودو مشاهدات مربوط به جهان به عنوان یک کل در طیف وسیعی از فضا و زمان. هر مدل کیهان شناسی قابل تصور باید این داده ها را برآورده کند. 6 واقعیت رصدی اصلی وجود دارد که کیهان شناسی باید توضیح دهد:

   1. در مقیاس بزرگ ، جهان همگن و همسانگرد است. کهکشانها و خوشه های آنها در فضا به طور مساوی (یکنواخت) توزیع شده اند و حرکت آنها آشفته است و جهت مشخصی (ایزوتروپیک) ندارد. اصل کوپرنیکی ، "انتقال زمین از مرکز جهان" ، توسط ستاره شناسان به منظومه شمسی و کهکشان ما تعمیم داده شد ، که این نیز کاملاً معمولی بود. بنابراین ، منجمان بدون در نظر گرفتن بی نظمی های کوچک در توزیع کهکشان ها و خوشه های آنها ، جهان را در همه جا به همان اندازه که در مجاورت ما قرار دارد یکدست می دانند.

   2. جهان در حال انبساط است. کهکشان ها از یکدیگر دور می شوند.

   این توسط ستاره شناس آمریکایی E. Hubble در سال 1929 کشف شد. قانون هابل می گوید: کهکشان هرچه دورتر باشد ، سریعتر از ما دور می شود.اما این بدان معنا نیست که ما در مرکز جهان قرار داریم: در هر کهکشان دیگر ، ناظران یک چیز را می بینند. با کمک تلسکوپ های جدید ، ستاره شناسان بسیار دورتر از هابل وارد جهان شده اند ، اما قانون او همچنان صادق است.

   3. فضای اطراف زمین با مایکروویو پس زمینه پر شده است

   انتشار رادیویی در سال 1965 کشف شد و به همراه کهکشانها به اصلی ترین کیهان شناسی تبدیل شد. ویژگی مهم آن ایزوتروپی زیاد آن (استقلال از جهت) است که نشان دهنده ارتباط آن با مناطق دور کائنات است و همگنی بالای آنها را تأیید می کند. اگر تابش کهکشان ما بود ، ساختار آن را منعکس می کرد. اما آزمایش بر روی بالن ها و ماهواره ها ثابت کرد که این تابش در بالاترین درجههمگن است و دارای طیفی از تابش یک جسم کاملاً سیاه با دمای حدود 3 درجه سانتیگراد است. بدیهی است ، این تابش یادگار یک جهان جوان و گرم است که در نتیجه انبساط آن بسیار سرد شده است.

   4. سن زمین ، شهاب سنگ ها و قدیمی ترین ستارگان اندک است

   کمتر از سن جهان ، از سرعت انبساط آن محاسبه می شود.مطابق قانون هابل ، جهان در همه جا با همان سرعت منبسط می شود که به آن می گویند ثابت هابل H... می توان از آن برای تخمین سن جهان 1 / استفاده کرد. ح... اندازه گیری های مدرن حمنجر به عصر جهان تقریبا 20 میلیارد سال مطالعات بر روی محصولات پوسیدگی رادیواکتیو در شهاب سنگ ها سن تقریباً می دهد. 10 میلیارد سال سن دارند و قدیمی ترین ستاره ها حدوداً هستند. 15 میلیارد سال تا سال 1950 ، فاصله تا کهکشان ها دست کم گرفته می شد و منجر به برآورد بیش از حد می شد حو عصر کوچک جهان ، کمتر از سن زمین. برای رفع این تناقض ، G. Bondy ، T. Gold و F. Hoyle در سال 1948 یک مدل کیهان شناسی ثابت را پیشنهاد کردند که در آن سن جهان بی نهایت است و با گسترش آن ، ماده جدیدی متولد می شود.

   5- در کل جهان قابل مشاهده ، از ستارگان نزدیک تا کهکشان های دورتر ، به ازای هر 10 اتم هیدروژن 1 اتم هلیوم وجود دارد. باورنکردنی به نظر می رسد که شرایط محلی در همه جا بسیار شبیه باشد. قدرت مدل بیگ بنگ دقیقاً در این است که نسبت یکسان بین هلیوم و هیدروژن را در همه جا پیش بینی می کند.

   6. در نواحی کیهان ، دور از ما در فضا و زمان ، کهکشانها و اختروشهای فعال تری نسبت به ما وجود دارند. این نشان دهنده تکامل جهان است و با نظریه جهان ثابت در تضاد است.

   مدلهای کیهان شناسی

   هر مدل کیهان شناسی جهان بر اساس نظریه گرانش خاص است. نظریه های زیادی وجود دارد ، اما تنها تعداد کمی از آنها پدیده های مشاهده شده را برآورده می کنند. نظریه گرانش نیوتن آنها را حتی در منظومه شمسی راضی نمی کند. نظریه نسبیت عام اینشتین ، که بر اساس آن هواشناس فرانسوی A. Friedman در سال 1922 و ابوت و ریاضیدان بلژیکی J. Lemaitre در سال 1927 ، از نظر ریاضی گسترش جهان را توصیف کردند ، با مشاهدات موافق است. از اصل کیهان شناسی که همگنی فضایی و ایزوتروپی جهان را فرض می کند ، آنها مدل بیگ بنگ را بدست آوردند. نتیجه گیری آنها زمانی تأیید شد که هابل رابطه بین فاصله و سرعت عقب نشینی کهکشان ها را کشف کرد. دومین پیش بینی مهم این مدل ، که توسط G. Gamov انجام شد ، مربوط به تشعشعات باقیمانده بود ، که اکنون به عنوان بازمانده ای از دوران بیگ بنگ مشاهده شده است. سایر مدل های کیهان شناسی نمی توانند به طور طبیعی این تابش زمینه ایزوتروپیک را توضیح دهند.بیگ بنگ داغ. طبق مدل کیهان شناسی فریدمن -لمیتر ، جهان در زمان انفجار بزرگ بوجود آمده است - تقریبا. 20 میلیارد سال پیش ، و گسترش آن تا به امروز ادامه دارد و به تدریج کند می شود. در اولین لحظه انفجار ، ماده جهان دارای چگالی و دمای نامتناهی بود. به چنین حالتی تکینگی می گویند.

   بر اساس نسبیت عام ، گرانش یک نیروی واقعی نیست ، بلکه یک انحنای فضا-زمان است: هرچه چگالی ماده بیشتر باشد ، انحنای آن قوی تر است. در لحظه تکینگی اولیه ، خمیدگی نیز بی نهایت بود. شما می توانید انحنای نامحدود فضا-زمان را به عبارت دیگر بیان کنید و بگویید که در لحظه اولیه ، ماده و فضا به طور همزمان در همه جای جهان منفجر شدند. با افزایش حجم فضا در حال انبساط جهان ، چگالی ماده در آن کاهش می یابد. S. Hawking و R. Penrose ثابت کردند که در گذشته مطمئناً حالت واحدی وجود داشته است ، اگر نظریه نسبیت عمومی برای توصیف فرایندهای فیزیکی در جهان اولیه بسیار کاربرد داشته باشد.

   برای اجتناب از تکینگی فاجعه بار در گذشته ، لازم است فیزیک را به طور قابل توجهی تغییر دهیم ، به عنوان مثال ، با فرض امکان ایجاد خود به خود مستمر ماده ، مانند نظریه جهان ثابت. اما مشاهدات نجومی هیچ مبنایی برای این امر ارائه نمی دهد.

   رویدادهای قبلی را که در نظر می گیریم ، مقیاس فضایی آنها کوچکتر بود. با نزدیک شدن به آغاز گسترش ، افق ناظر منقبض می شود (شکل 1). در اولین لحظات ، مقیاس آنقدر کوچک است که ما دیگر حق اعمال نسبیت عام را نداریم: مکانیک کوانتومی برای توصیف پدیده ها در چنین مقیاس های کوچک مورد نیاز است. (سانتی متر... مکانیک کوانتومی)... اما نظریه کوانتومی گرانش هنوز وجود ندارد ، بنابراین هیچ کس نمی داند که رویدادها تا لحظه 10 چگونه توسعه یافته اند

   –43 با نامیده می شود زمان پلانک(به افتخار پدر نظریه کوانتوم). در آن لحظه ، چگالی ماده به مقدار باورنکردنی 10 رسید 90 کیلوگرم در سانتی متر 3 ، که نه تنها با چگالی اجسام اطراف ما (کمتر از 10 گرم در سانتی متر) قابل مقایسه نیست 3 ) ، اما حتی با چگالی هسته اتمی (حدود 10 12 کیلوگرم در سانتی متر 3 ) - بالاترین تراکم موجود در آزمایشگاه. بنابراین ، برای فیزیک مدرن ، آغاز انبساط جهان زمان پلانک است.

   در چنین شرایطی با درجه حرارت و چگالی غیر قابل تصور ، تولد جهان اتفاق افتاد. علاوه بر این ، این می تواند یک تولد به معنای واقعی کلمه باشد: برخی از کیهان شناسان (مثلاً Ya B Zeldovich در اتحاد جماهیر شوروی و L. Parker در ایالات متحده) معتقد بودند که ذرات و فوتون های گاما در آن دوران توسط میدان گرانشی متولد شده اند. از دیدگاه فیزیک ، این فرایند می تواند اتفاق بیفتد اگر تکینگی ناهمسانگرد باشد ، یعنی میدان گرانشی ناهمگن بود. در این حالت ، نیروهای گرانشی جزر و مدی می توانند ذرات واقعی را از خلا بیرون کشیده و در نتیجه ماده جهان را ایجاد کنند.

   با مطالعه فرآیندهایی که بلافاصله پس از انفجار بزرگ رخ داد ، می فهمیم که نظریه های فیزیکی ما هنوز بسیار ناقص هستند. تکامل حرارتی جهان اولیه به تولید ذرات عظیم اولیه - هادرون ها بستگی دارد ، که فیزیک هسته ای هنوز اطلاعات کمی در مورد آنها دارد. بسیاری از این ذرات ناپایدار و کوتاه مدت هستند. فیزیکدان سوئیسی R. Hagedorn معتقد است که ممکن است تعداد زیادی هادرون با افزایش توده وجود داشته باشد که در دمای 10 درجه به وفور تشکیل می شوند.

   12 K ، هنگامی که چگالی تابش غول پیکر منجر به تولید جفت هادرونی متشکل از یک ذره و یک ضد ذره شد. این فرآیند باید افزایش دما را در گذشته محدود کند.

   بر اساس دیدگاه دیگر ، تعداد انواع ذرات بنیادی عظیم محدود است ، بنابراین دما و چگالی در دوران هادرون باید به مقادیر بی نهایت می رسید. در اصل ، این را می توان تأیید کرد: اگر هادرون های تشکیل دهنده - کوارک ها - ذرات پایدار بودند ، پس تعداد معینی از کوارک ها و آنتی کوارک ها باید از آن دوران داغ باقی می ماندند. اما جستجوی کوارک ها بی نتیجه ماند. آنها به احتمال زیاد ناپایدار هستند سانتی متر . همچنین به PARTICLES ELEMENTARY مراجعه کنید.

   پس از اولین میلی ثانیه از انبساط جهان ، فعل و انفعال قوی (هسته ای) دیگر نقش تعیین کننده ای در آن متوقف کرد: دما آنقدر کاهش یافت که هسته های اتمی از بین رفتن متوقف شد. فرایندهای فیزیکی بیشتر با اثر متقابل ضعیف مسئول تولید ذرات نور - لپتونها (یعنی الکترونها ، پوزیترونها ، مزونها و نوترینوها) تحت تأثیر تابش حرارتی تعیین شد. هنگامی که در طول انبساط ، دمای تابش به حدود 10 کاهش می یابد

   10 K ، تولید جفت های لپتون متوقف شده است ، تقریباً همه پوزیترون ها و الکترون ها از بین رفته اند. تنها نوترینوها و آنتی نوترینوها ، فوتونها و چند پروتون و نوترون که از دوران قبل زنده مانده اند باقی مانده است. به این ترتیب دوران لپتون به پایان رسید.

   مرحله بعدی انبساط - عصر فوتون - با غلبه مطلق تابش حرارتی مشخص می شود. برای هر پروتون یا الکترون باقیمانده ، یک میلیارد فوتون وجود دارد. در ابتدا ، اینها کوانتومهای گاما بودند ، اما با گسترش جهان ، انرژی خود را از دست دادند و تبدیل به اشعه ایکس ، ماوراء بنفش ، نوری ، مادون قرمز و سرانجام ، اکنون به کوانتوم رادیویی تبدیل شدند ، که ما آنها را به عنوان انتشار رادیویی پس زمینه بدن سیاه (یادگار) در نظر می گیریم. به

   مشکلات حل نشده کیهان شناسی بیگ بنگ 4 مشکل وجود دارد که اکنون با مدل کیهان شناسی انفجار بزرگ مواجه است.

   1. مشکل تکینگی: بسیاری از مردم در مورد کاربرد نسبیت عام ، که در گذشته به تکینگی می بخشد شک دارند. نظریه های کیهان شناسی جایگزین عاری از تکینگی ارائه شده است.

   2. مسأله ایزوتروپی کیهان ارتباط تنگاتنگی با تکینگی دارد. عجیب به نظر می رسد که انبساط ، که با یک حالت منحصر به فرد آغاز شد ، بسیار همسانگرد باشد. با این حال ، این امر مستثنی نیست که گسترش ناهمسانگرد اولیه تحت تأثیر نیروهای پراکنده به تدریج ایزوتروپیک شود.

   3. همگن در بزرگترین مقیاسها ، در مقیاسهای کوچکتر ، جهان بسیار ناهمگن است (کهکشانها ، خوشههای کهکشانها). درک اینکه چگونه گرانش به تنهایی می تواند چنین ساختاری را ایجاد کند دشوار است. بنابراین ، کیهان شناسان در حال بررسی امکانات مدل های ناهمگن بیگ بنگ هستند.

   4. در نهایت ، ممکن است یکی بپرسد که آینده جهان چگونه است؟ برای پاسخ دادن ، باید چگالی متوسط ​​ماده را در جهان بدانید. اگر از مقدار بحرانی خاصی فراتر رود ، هندسه فضا-زمان بسته می شود و در آینده جهان قطعاً کوچک خواهد شد. جهان بسته هیچ مرزی ندارد ، اما حجم آن محدود است. اگر چگالی زیر بحرانی باشد ، جهان باز است و برای همیشه منبسط می شود. جهان باز نامتناهی است و تنها یک تکینگی در آغاز دارد. تا کنون ، مشاهدات با مدل جهان باز مطابقت بهتری دارد.

   منشاء ساختار در مقیاس بزرگ. کیهان شناسان دو دیدگاه متضاد در مورد این مشکل دارند.

   رادیکال ترین این است که در ابتدا هرج و مرج وجود داشت. انبساط جهان اولیه بسیار ناهمسانگرد و ناهمگن بود ، اما سپس فرآیندهای اتلاف کننده ناهمسانگردی را هموار کرد و گسترش را به مدل فریدمن-لمیتر نزدیک کرد. سرنوشت ناهمگنی ها بسیار کنجکاو است: اگر دامنه آنها زیاد بود ، ناچار باید با سیاهچاله هایی با جرم تعیین شده توسط افق کنونی به سیاه چاله ها فرو می ریختند. شکل گیری آنها می تواند درست از زمان پلانک آغاز شده باشد ، بنابراین بسیاری از سیاهچاله های کوچک در جهان با جرم حداکثر 10 وجود دارد.

   –5 با این حال ، اس. هاوکینگ نشان داد که "حفره های کوچک" باید با انتشار ، جرم خود را از دست بدهند و تا عصر ما فقط سیاهچاله هایی با جرم بیش از 10 16 g ، که مربوط به جرم یک کوه کوچک است. سانتی متر . همچنین به سیاه چاله مراجعه کنید.

   هرج و مرج اولیه می تواند شامل اختلالات در هر مقیاس و دامنه باشد. بزرگترین آنها به شکل امواج صوتی می تواند از دوران جهان اولیه تا عصر تابش ، زمانی که ماده هنوز به اندازه کافی داغ بود برای تابش ، جذب و پراکندگی تابش ، زنده بماند. اما با پایان این دوران ، پلاسما خنک شده دوباره ترکیب شد و فعل و انفعال با تابش را متوقف کرد. فشار و سرعت صوت در گاز کاهش یافته و باعث تبدیل امواج صوتی به موج ضربه ای شده ، گاز را فشرده کرده و باعث فروپاشی آن به کهکشان ها و خوشه ها می شود. بسته به نوع امواج اولیه ، محاسبات تصویری بسیار متفاوت را پیش بینی می کند ، که همیشه با تصویر مشاهده شده مطابقت ندارد. یک ایده فلسفی ، که به عنوان اصل انسان شناسی شناخته می شود ، برای انتخاب بین انواع احتمالی مدلهای کیهانی مهم است: از همان ابتدا ، جهان باید دارای چنین ویژگی هایی بود که به کهکشان ها ، ستارگان ، سیارات و حیات هوشمند در آن شکل می داد. در غیر این صورت ، هیچ کس نمی تواند با کیهان شناسی سروکار داشته باشد.

   یک دیدگاه جایگزین این است که در مورد ساختار اولیه جهان چیزی بیشتر از آنچه مشاهدات ارائه می دهند ، نمی توان آموخت. طبق این رویکرد محافظه کارانه ، جهان جوان را نمی توان آشفته در نظر گرفت ، زیرا اکنون بسیار همسانگرد و همگن است. انحراف از یکنواختی که در شکل کهکشان مشاهده می کنیم می تواند تحت تأثیر گرانش ناشی از بی نظمی های چگالی اولیه کوچک رشد کند. با این حال ، به نظر نمی رسد که مطالعات توزیع وسیع کهکشان ها (عمدتا توسط J. Peebles در پرینستون) این ایده را تأیید کند. احتمال جالب دیگر این است که خوشه هایی از سیاهچاله ها که در عصر هادرونیک متولد شده اند می توانند نوسانات اولیه تشکیل کهکشان ها باشند.

   آیا جهان باز است یا بسته؟ نزدیکترین کهکشانها با سرعتی متناسب با فاصله از ما دور می شوند. اما دورترها از این وابستگی اطاعت نمی کنند: حرکت آنها نشان می دهد که انبساط جهان با گذشت زمان کند می شود. در یک مدل بسته از جهان تحت تأثیر گرانش ، انبساط در یک لحظه معین متوقف می شود و با انقباض جایگزین می شود (شکل 2) ، اما مشاهدات نشان می دهد که کاهش سرعت کهکشانها هنوز آنقدر سریع نیست که حتی یک توقف کامل رخ دهد.

   برای بسته شدن جهان ، چگالی متوسط ​​ماده در آن باید از مقدار بحرانی خاصی فراتر رود. برآورد چگالی مواد مرئی و نامرئی بسیار نزدیک به این مقدار است.

   توزیع کهکشان ها در فضا بسیار ناهمگن است. گروه محلی کهکشان های ما ، که شامل راه شیری ، سحابی آندرومدا و چند کهکشان کوچکتر است ، در حاشیه یک سیستم کهکشان وسیع موسوم به ابرخوشه باکره قرار دارد که مرکز آن با خوشه کهکشانهای باکره منطبق است. اگر چگالی متوسط ​​جهان زیاد باشد و جهان بسته باشد ، باید انحراف شدیدی از انبساط همسانگرد مشاهده شود که ناشی از جذب کهکشان های ما و همسایه به مرکز ابرخوشه است. در جهان باز ، این انحراف ناچیز است. مشاهدات نسبتاً با مدل باز مطابقت دارد.

   محتوای ایزوتوپ سنگین هیدروژن ، دوتریوم ، در ماده کیهانی بسیار مورد توجه کیهان شناسان است که در جریان واکنش های هسته ای در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ شکل گرفت. محتویات دوتریوم نسبت به چگالی ماده در آن عصر و بنابراین در دوران ما بسیار حساس بود. با این حال ، انجام "آزمایش دوتریوم" آسان نیست ، زیرا لازم است ماده اولیه را بررسی کنیم ، که از زمان سنتز کیهانی در داخل ستارگان ، جایی که دوتریوم به راحتی می سوزد ، وجود نداشته است. مطالعه کهکشانهای بسیار دور نشان داده است که محتوای دوتریوم با چگالی کم ماده و بنابراین ، با مدل باز جهان مطابقت دارد.

   مدلهای کیهان شناسی جایگزین به طور کلی ، در آغاز وجود جهان ، جهان می تواند بسیار آشفته و ناهمگن باشد. ردپای این امر را شاید امروز در توزیع وسیع ماده مشاهده کنیم. با این حال ، دوره هرج و مرج نمی تواند طولانی طول بکشد. همگونی بالای تابش زمینه کیهانی نشان می دهد که جهان در سن 1 میلیون سال بسیار همگن بوده است. و محاسبات همجوشی هسته ای کیهان شناسی نشان می دهد که اگر پس از 1 ثانیه پس از شروع انحراف انحرافات زیادی از مدل استاندارد وجود داشته باشد ، ترکیب جهان کاملاً متفاوت از واقعیت خواهد بود. با این حال ، آنچه در ثانیه اول اتفاق افتاد هنوز قابل بحث است. علاوه بر مدل استاندارد بیگ بنگ ، در اصل ، مدلهای جایگزین کیهان شناسی نیز وجود دارد:

   1. مدل ، متقارن نسبت به ماده و ضد ماده ، حضور برابر این دو نوع ماده را در جهان فرض می کند. اگرچه واضح است که کهکشان ما عملاً هیچ پاد ماده ای ندارد ، اما سیستم های ستاره ای مجاور می توانند کاملاً از آن تشکیل شده باشند. در این مورد ، تابش آنها دقیقاً مشابه تابش کهکشان های معمولی خواهد بود. با این حال ، در دوره های اولیه انبساط ، هنگامی که ماده و پادماده در تماس نزدیکتری بودند ، نابودی آنها باید پرتوهای گامای قوی تولید می کرد. مشاهدات آن را تشخیص نمی دهند ، که یک مدل متقارن را بعید می کند.

   2- مدل سرد بیگ بنگ فرض می کند که انبساط از صفر مطلق شروع شده است. درست است که در این مورد ، همجوشی هسته ای نیز باید اتفاق بیفتد و ماده را گرم کند ، اما تابش زمینه مایکروویو دیگر نمی تواند مستقیماً با انفجار بزرگ مرتبط باشد ، بلکه باید به روش دیگری توضیح داده شود. این نظریه جذاب است زیرا ماده موجود در آن در معرض تکه تکه شدن است ، که برای توضیح ناهمگونی در مقیاس بزرگ جهان ضروری است.

   3- مدل کیهان شناسی ثابت ، ایجاد مستمر ماده را فرض می کند. فرض اساسی این نظریه ، که به عنوان اصل کیهان شناسی ایده آل شناخته می شود ، بیان می کند که جهان همیشه به این شکل بوده است و خواهد ماند. مشاهدات این را رد می کند.

   4. نسخه های اصلاح شده نظریه گرانش اینشتین در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال ، نظریه K. Bruns و R. Dicke از پرینستون به طور کلی با مشاهدات درون منظومه شمسی موافق است. مدل برنس -دیک ، و همچنین مدل رادیکال ترین هویل ، که در آن برخی از ثابت های اساسی با گذشت زمان تغییر می کنند ، تقریباً در عصر ما دارای پارامترهای کیهان شناسی مشابه مدل بیگ بنگ هستند.

   5- بر اساس نظریه اصلاح شده اینشتین ، J. Lemaitre در سال 1925 یک مدل کیهان شناسی ساخت که بیگ بنگ را با یک فاز طولانی حالت آرام ترکیب می کند ، که در طی آن کهکشان ها می توانند شکل بگیرند. انیشتین به این فرصت علاقه مند شد تا مدل کیهان شناسی مورد علاقه خود از جهان ایستا را اثبات کند ، اما هنگامی که انبساط جهان کشف شد ، وی آن را علنا ​​رها کرد.