Основні теорії виникнення всесвіту. Походження всесвіту концепція великого вибуху властивості мегамі - реферат

До сих пір Всесвіт є величезним і дуже загадковим місцем. Протягом багатьох століть люди дивилися в космос і намагалися пояснити, чому ми тут і звідки ми прийшли. Хоча, щоб отримати відповіді на будь-який з цих питань, може знадобитися ще не одне століття. А поки вчені пропонують нам свої теорії.

Слід також зазначити, що це всього лише теорії. Тому, природно, вони можуть не збігатися один з одним і навіть суперечити.

Чому так важко виявити темну матерію?

У цьому пункті ми поговоримо про щось, що називається темною матерією. Всесвіт на 22% складається з Темної матерії, на 74% з Темної енергії. На решту матерію, в яку входять зірки, планети, міжзоряний газ припадає лише близько 4% Всесвіту. Темна матерія невидима, тому що не взаємодіє зі світлом, але впливає на гравітацію, тобто вона впливає на рухи галактик і галактичних кластерів. Завдяки тому, що темна матерія володіє лише гравітаційним ефектом, вона може практично непомітно проходити через «звичайну» матерію. З усіх цих причин темна матерія ще не виявлена, але фізики впевнені, що вона існує ..

На фото: Детальна картина Всесвіту раннього віку, А саме космічне фонове випромінювання (Реліктове випромінювання). На знімку виявлено коливання температури, що відповідає місцям зародження галактик.

Питання в тому, чому так важко виявити темну матерію в експериментах, які проводяться на Землі? Один з можливих відповідей виходить від фізики елементарних частинок. В ході експерименту, було виявлено, що темна матерія може взаємодіяти зі звичайною матерією, якщо вони обидві знаходяться в умовах, близьких до початку створення Всесвіту, а саме, в надзвичайно високотемпературної плазмі. Якщо їх моделювання істинно, це означає, що темну матерію можна було спостерігати в перші дні Всесвіту.

Була надія на те, що створивши ці умови у Великому адронному колайдері, можна буде виявити темну матерію. Але цього не сталося. Деякі вчені вважають, що потрібен більш чутливий детектор, а деякі стверджують - не варто шукати те, чого немає.

Темна матерія вбила динозаврів

Найбільш імовірним винуватцем загибелі динозаврів вважається астероїд або вулканічна активність сибірських вулканів. Однак, не припиняються обговорення крейда-палеогенового вимирання 66 мільйонів років тому. Незважаючи на це, фізик Рендалл вважає, що виною тому була темна матерія.

Основа теорії повертає нас до 1980-х років, коли палеонтологи Девід Рауп і Джек Сепкоскі виявили докази того, що кожні 26 мільйонів років після Масового пермського вимирання (яке сталося близько 252 мільйонів років тому і 96 відсотків життя було знищено), все-таки відбувалось вимирання тварин . Після подальших досліджень, повертаючись на півтора мільярда років тому, схоже, що приблизно кожні 30 мільйонів років на Землю падали катаклізми, яким планета віддавала або приділяла кілька мільйонів років. Чого тільки варті, про які ми недавно писали.

Проте вчені ніколи не були впевнені, чому катаклізми відбувалися за таким розкладом. Теорія Рендалла полягає в тому, що мова йде про темну матерію. Вважається, що темна матерія розкидана по всьому Всесвіті і використовується в якості лісів, на яких побудовані галактики, в тому числі наш будинок - Чумацький Шлях. У міру того як наша Сонячна система обертається навколо Чумацького Шляху, вона «плаває», а часом вона гойдається як пробка в воді. І це відбувається приблизно кожні 30 мільйонів років.

У таких ситуаціях наша Сонячна система може зіткнутися з диском темної матерії. Диск повинен був бути на одну десяту товщини видимого диска зірок Чумацького Шляху і мати щільність щонайменше однієї сонячної маси за квадратний світловий рік.

Звичайна матерія і темна матерія можуть проходити один через одного, але темна матерія може впливати на звичайну матерію через гравітацію. В результаті, коли деяка матерія, що пливе в просторі, вступає в контакт з темною матерією, воно може направити деякі об'єкти у Всесвіті, які в кінцевому рахунку зіткнуться з Землею.

Якщо теорія Рендалла вірна, то темна матерія може бути відповідальною за основні частини формування Всесвіту.

Життя поширюється у Всесвіті як епідемія

Коли мова йде про Всесвіт, завжди виникає одне питання: чи є розумне життя, відмінна від нашої? Або ми просто одні тут у Всесвіті? Вчені теж задаються цими питаннями, і в даний час вони вивчають, як з'явилося життя, в тому числі і наша.

Згідно з дослідженням Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики, найбільш логічною відповіддю є те, що життя поширюється від зірки до зірки, як епідемія. Поняття про те, що життя поширюється від планети до планети і від зірки до зірки, називається панспермією. Звичайно, якщо ви бачили Прометея, ця концепція є основною сюжету.

Якщо життя перейшла від зірки до зірки, це означає, що Чумацький Шлях може бути наповнений життям. Якщо їх теорія вірна, то можливо, що на інших планетах в Чумацькому Шляху також може бути життя.

Ще одна цікава річ, яку вони знайшли в своїх розрахунках, полягає в тому, що життя може поширюватися мікроскопічними організмами, які прибули на астероїді. Або її могли поширити розумні істоти або істота.

Крім того, в останнім часом вчені сходяться на думці, що життя на інших планетах повинна розвиватися за тими ж принципами, що і на Землі. Це говорить про те, що інопланетяни можуть бути дуже схожими на жителів нашої планети.

Чому Всесвіт створений з матерії?

Матерія - це все, що займає простір, і має вагу. Протилежність матерії називається антиматерією. Коли матерія й антиматерія стикаються, вони знищують один одного (анігілюють) з виділенням величезної кількості енергії, що і сталося на початку створення Всесвіту і сприяло її розширення.

На початку повинно було бути рівна кількість матерії і антиматерії. Однак, якщо б була рівна кількість матерії і антиматерії, вони б знищили один одного, і Всесвіт перестала існувати. Це змусило фізиків повірити, що було трохи більше матерії, ніж антиматерії. Для поширення матерії по Всесвіту, було б досить невеликої частки матерії на кожні 10 мільярдів частинок антиматерії.

Проблема полягала в тому, що, хоча фізики знали, що було більше матерії, вони не знали чому. Це було до 2008 року, тоді дослідники з університету Чикаго спостерігали субатомні частинки, у яких була дуже коротке життя, Званими B-мезонами. Дослідники, які отримали Нобелівську премію з фізики за це відкриття, виявили, що B-мезони і анти-B-мезони розпадаються інакше один від одного. Це означає, що можливо, що після знищення на початку Всесвіту B-мезони і анти-B-мезони розкладаються по-різному, залишаючи достатню кількість матерії для створення всіх зірок, планет і навіть вас і всього, що ви торкаєтеся, включаючи повітря яким ви дихайте.

Безлад зробив життя можливої

ентропія грає величезну роль у Всесвіті. Висока ентропія означає безлад і хаос в системі. Низька ентропія говорить нам про більшу організації, впорядкованості.

Приклад для візуалізації цього - Лего. Будинок Лего мав би низьку ентропію, а коробка випадкових, незв'язаних предметів мала б високу ентропію.

Цікаво, що ентропія може бути причиною того, що життя існує. І навіть говорячи про таких високо організованих речах, як головний мозок, це твердження, хоч і здається неправильним, має місце бути.

Проте відповідно до теорії помічника професора Массачусетського технологічного інституту Джеремі Інгленд, вища ентропія буде нести відповідальність за життя у Всесвіті.

Інгленд каже, що в ідеальних умовах випадкова група молекул може самоорганізуватися, щоб ефективно розсіювати більше енергії в неоднорідному середовищі, якої є наш Всесвіт.

Однак теорія Інгленд повинна пройти багато випробувань. Якщо він має рацію, тоді як припускають експерти, що його ім'я будуть пам'ятати так само, як ми пам'ятаємо Чарльза Дарвіна.

Всесвіт не має початку

Переважна теорія початку нашого Всесвіту полягає в тому, що більш 13,8 мільярда років тому, з точки зору сингулярності, Великий вибух породив Всесвіт і з тих пір вона розширюється.

«Великий вибух» вперше був теоретизувати в 1927 році, і модель заснована на теорії загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. Проблема в тому, що в теорії Ейнштейна є деякі прогалини. В основному, що закони фізики ламаються до досягнення сингулярності. Інша велика проблема полягає в тому, що інша домінуюча теорія у фізиці, квантова механіка, не узгоджується із загальною теорією відносності. Крім того, ні теорія відносності, ні квантова механіка не враховують темну матерію. Це означає, що, хоча Великий вибух є однією з кращих теорій про те, як виник Всесвіт, але теорія може бути невірною.!

Альтернативна теорія полягає в тому, що Всесвіт ніколи не була в точці сингулярності, і не було великого вибуху. Замість цього, Всесвіт нескінченний і не має початку або кінця. Дослідники прийшли до цієї теорії, застосувавши квантові поправки до теорії загальної теорії відносності Ейнштейна, використовуючи старішу модель інтерпретації квантової механіки, званої Бохманской механікою.

Їх метод перевірки теорії також допоможе пояснити темну матерію. Якщо їх теорія правильна, що Всесвіт нескінченний, це буде означати, що Всесвіт має кишені надплинності, заповнені теоретичними частинками, такими як Гравітон і аксіоми. Якщо надтекучість відповідає розподілу темної матерії, то можливо, що Всесвіт нескінченний.

І це ще не кінець ...

Ця тема наскільки безмежна, що її можна продовжувати ще дуже довго. Інші, ще більш дивні теорії про Всесвіт ви можете почитати в

Великий вибух відноситься до розряду теорій, які намагаються в повному обсязі простежити історію народження Всесвіту, визначити початкові, поточні і кінцеві процеси в її житті.

Чи було щось до того, як з'явився Всесвіт? Цей наріжний, практично метафізичне питання задається вченими і по сьогоднішній день. Виникнення і еволюція всесвіту завжди були і залишаються предметом палких суперечок, неймовірних гіпотез і взаємовиключних теорій. Основними версіями походження всього, що нас оточує, з церковної трактуванні передбачалося божественне втручання, а науковий світ підтримував гіпотезу Арістотеля про статичності світобудови. Останньою моделі дотримувався Ньютон, який захищав безмежність і сталість Всесвіту, і Кант, який розвинув цю теорію в своїх працях. У 1929 році американський астроном і космолог Едвін Хаббл кардинально змінив погляди вчених на світ.

Він не тільки виявив наявність численних галактик, але і розширення Всесвіту - безперервне изотропное збільшення розмірів космічного простору, що почалося в мить Великого вибуху.

Кому ми зобов'язані відкриттям Великого вибуху?

Роботи Альберта Ейнштейна над теорією відносності і його гравітаційні рівняння дозволили де Сіттер створити космологічних моделях Всесвіту. Подальші дослідження були прив'язані до цієї моделі. У 1923 р Вейль припустив, що поміщене в космічному просторі речовина має розширюватися. Величезне значення в розробці цієї теорії має робота видатного математика і фізика А. А. Фрідмана. Ще в 1922 році він допустив розширення Всесвіту і зробив обґрунтовані висновки про те, що початок всієї матерії знаходилося в одній безмежно щільною точці, а розвиток всьому дав Великий вибух. У 1929 р Хаббл опублікував свої статті, що пояснюють підпорядкування променевої швидкості віддалі, згодом ця робота стала називатися «законом Хаббла».

Г. А. Гамов, спираючись на теорію Фрідмана про Великий вибух, розробив ідею про високу температуру вихідної речовини. Також він припустив наявність космічного випромінювання, що не зниклого з розширенням і охолодженням світу. Вчений виконав попередні розрахунки можливої \u200b\u200bтемператури залишкового випромінювання. Передбачуване їм значення знаходилося в діапазоні 1-10 К. До 1950 р Гамов зробив більш точні підрахунки і оголосив результат в 3 К. В 1964 радіоастрономи з Америки, займаючись удосконаленням антени, шляхом виключення всіх можливих сигналів, визначили параметри космічного випромінювання. Його температура виявилася рівною 3 К. Ці відомості стали найважливішим підтвердженням роботи Гамова і існування реліктового випромінювання. Наступні виміри космічного фону, проведені у відкритому космосі, остаточно довели вірність розрахунків вченого. Ознайомитися з картою реліктового випромінювання можна по.

Сучасні уявлення про теорію Великого вибуху: як це сталося?

Однією з моделей, комплексно що пояснюють появу і процеси розвитку відомому нам Всесвіті, стала теорія Великого вибуху. Згідно широко прийнятої сьогодні версії, спочатку була присутня космологічна сингулярність - стан, що володіє нескінченною щільністю і температурою. Фізиками було розроблено теоретичне обґрунтування народження Всесвіту з точки, що мала надзвичайну ступінь щільності і температури. Після виникнення Великого вибуху простір і матерія Космосу почали безперервний процес розширення і стабільного охолодження. Згідно з останніми дослідженнями початок світобудови було покладено не менше 13,7 млрд. Років тому.

Відправні періоди у формуванні Всесвіту

Перший момент, відтворення якого допускається фізичними теоріями, - це Планковська епоха, формування якої стало можливим через 10-43 секунд після Великого вибуху. Температура матерії доходила до 10 * 32 К, а її щільність дорівнювала 10 * 93 г / см3. У цей період гравітація здобула самостійність, відокремившись від основоположних взаємодій. Безперервне розширення і зниження температури викликали фазовий перехід елементарних частинок.

Наступний період, який характеризується показовим розширенням Всесвіту, настав ще через 10-35 секунд. Його назвали «Космічної інфляцією». Сталося стрибкоподібне розширення, у багато разів перевищує звичайне. Цей період дав відповідь на питання, чому температура в різних точках Всесвіту однакова? Після Великого вибуху речовина не відразу розлетілося по Всесвіту, ще 10-35 секунд воно було досить компактним і в ньому встановилося теплове рівновагу, не порушене при інфляційному розширенні. Період дав базовий матеріал - кварк-глюонну плазму, що використовувалася для формування протонів і нейтронів. Цей процес здійснився після подальшого зменшення температури, він іменується «баріогенезис». Зародження матерії супроводжувалося одночасним виникненням антиматерії. Два антагоністичних речовини аннигилировали, стаючи випромінюванням, але кількість звичайних частинок превалювало, що і дозволило виникнути Всесвіту.

Черговий фазовий перехід, який стався після спадання температури, привів до виникнення відомих нам елементарних частинок. Що прийшла слідом за цим епоха «нуклеосинтеза» ознаменувалася об'єднанням протонів в легені ізотопи. Перші освічені ядра мали короткий строк існування, вони розпадалися при неминучих зіткненнях з іншими частками. Більш стійкі елементи виникли вже після трьох хвилин, що минули після створення світу.

Наступною знаменною віхою стало домінування гравітації над іншими наявними силами. Через 380 тис. Років з часу Великого вибуху з'явився атом водню. Збільшення впливу гравітації послужило закінченням початкового періоду формування Всесвіту і дало старт процесу виникнення перших зоряних систем.

Навіть через майже 14 млрд. Років в космосі все ще збереглося реліктове випромінювання. Його існування в комплексі з червоним зміщенням наводиться як аргумент на підтвердження спроможності теорії Великого вибуху.

космологічна сингулярність

Якщо, використовуючи загальну теорію відносності і факт безперервного розширення Всесвіту, повернуться до початку часу, то розміри світобудови дорівнюватимуть нулю. Початковий момент або наука не може досить точно описати, використовуючи фізичні знання. Застосовувані рівняння, не підходять для такої малої об'єкта. Необхідний симбіоз, здатний з'єднати квантову механіку і загальну теорію відносності, але він, на жаль, поки що не створено.

Еволюція Всесвіту: що її чекає в майбутньому?

Вчені розглядають два можливих варіанти розвитку подій: розширення Всесвіту ніколи не закінчиться, або ж вона досягне критичної точки і почнеться зворотний процес - стиснення. Цей основоположний вибір залежить від величини середньої щільності речовини, що знаходиться в її складі. Якщо обчислене значення менше критичного, прогноз сприятливий, якщо більше, то світ повернеться до сингулярного стану. Вчені в даний час не знають точної величини описуваного параметра, тому питання про майбутнє Всесвіту завис в повітрі.

Ставлення релігії до теорії Великого вибуху

Основні віросповідання людства: католицизм, православ'я, мусульманство, по-своєму підтримують цю модель створення світу. Ліберальні представники цих релігійних конфесій погоджуються з теорією виникнення світобудови в результаті якогось незрозумілого втручання, що визначається як Великий вибух.

Знайоме всьому світу ім'я теорії - «Великий вибух» - було мимоволі подаровано противником версії про розширення Всесвіту Хойлом. Він вважав таку ідею «абсолютно незадовільною». Після публікації його тематичної лекцій цікавий термін тут же підхопила громадськість.

Причини, що викликали Великий вибух, достовірно невідомі. За однією з численних версій, що належить А. Ю. Глушко, стислий в точку вихідна речовина було чорної гіпер-дірою, а причиною вибуху став контакт двох таких об'єктів, що складаються з частинок і античастинок. При анігіляції матерія частково вціліла і дала початок нашому Всесвіту.

Інженери Пензиас і Вілсон, що відкрили реліктове випромінювання Всесвіту, отримали Нобелівські премії з фізики.

Показники температури реліктового випромінювання спочатку було дуже високим. Через кілька мільйонів років цей параметр виявився в межах, що забезпечують зародження життя. Але до цього періоду встигло сформуватися лише невелика кількість планет.

Астрономічні спостереження і дослідження допомагають знайти відповіді на найважливіші для людства питання: «Як все з'явилося, і що чекає нас у майбутньому?». Попри те, що не всі проблеми вирішені, і першопричина появи Всесвіту немає строгого і стрункого роз'яснення, теорія Великого вибуху знайшла достатню кількість підтверджень, що роблять її основною і прийнятною моделлю виникнення світобудови.

1. Основні космологічні гіпотези

2. Концепція Великого вибуху

3. Проблема існування і пошуку позаземних цивілізацій

Список використаної літератури

1. Основні космологічні гіпотези

Результати пізнання, одержувані в космології, оформляються у вигляді моделей походження і розвитку Всесвіту. Це пов'язано з тим, що в космології неможливо поставити відтворювані експерименти і вивести з них якісь закони, як це робиться в інших природничих науках. Крім того, кожне космічне явище унікальне.

1. Класична космологічна модель . Успіхи космології і космогонії 18-19 ст. завершилися створенням класичної поліцентричної картини світу, що стала початковим етапом розвитку наукової космології. Всесвіт в цьому уявленні про світ вважається нескінченною в просторі і в часі, тобто вічної. Основний закон, що керує рухом і розвитком небесних тіл, - закон всесвітнього тяжіння. Простір ніяк не пов'язане з розташованими в ньому тілами, граючи пасивну роль вмістилища для цих тіл. Час також не залежить від матерії, будучи універсальною тривалістю всіх природних явищ і тіл. Кількість зірок, зоряних систем і планет у Всесвіті нескінченно велике. Кожне небесне тіло проходить тривалий життєвий шлях. На зміну загиблим, точніше згаслим, зірок приходять нові, молоді світила. У такому вигляді класична космологічна модель Всесвіту панувала в науці аж до кінця 19 ст.

До кінця 19 століття з'явилися серйозні сумніви в класичній моделі, які взяли форму космологічних парадоксів - фотометричного, гравітаційного і термодинамічної.

У 18 столітті швейцарський астроном Р. Шезо висловив сумніви з приводу просторової нескінченності Всесвіту. Якщо припустити, що в нескінченній Всесвіту існує безліч зірок і вони розподілені в просторі рівномірно, то тоді з будь-якого напрямку погляд земного спостерігача неодмінно натикався б на якусь зірку. Тоді небосхил, суцільно усіяний зірками, мав би нескінченну світність, тобто таку поверхневу яскравість, що навіть Сонце на його тлі здавалося б чорною плямою. Однак цього не відбувається, тому дане парадоксальне твердження отримало в астрономії назву фотометричного парадоксу Шезо-Ольберса.

В кінці 19в. німецький астроном К. Зеелігер звернув увагу на інший парадокс, також випливає з уявлень про нескінченність Всесвіту. У нескінченній Всесвіту з рівномірно розподіленими в ній тілами сила тяжіння з боку всіх тіл Всесвіту на дане тіло виявляється нескінченно великий або невизначеною (результат залежить від способу обчислення). Оскільки цього не відбувається, Зеелігер зробив висновок, що кількість небесних тіл у Всесвіті обмежена, а значить і сам Всесвіт небесконечни. Це твердження отримало назву гравітаційного парадоксу.

Термодинамічний парадокс був сформульований також в 19в. Він випливає з другого початку термодінамікі- принципу зростання ентропії. Світ повний енергії, яка підпорядковується закону збереження енергії. Здається, що з цього закону неминуче випливає вічний кругообіг матерії у Всесвіті. Якщо в природі матерія зникає і не виникає з нічого, а лише переходить з однієї форми існування в іншу, то Всесвіт вічний, а матерія перебуває в постійному круговорте. Таким чином, згаслі зірки знову перетворюються в джерело світла і тепла.

Тому несподівано пролунав висновок з другого закону термодинаміки, відкритого в середині 19в. Кельвіном і Р.Ю.Е. Клаузісом. При всіх перетвореннях різні види енергії в кінцевому рахунку переходять в тепло, яке прагне до стану термодинамічної рівноваги, тобто розсіюється в просторі. Так як такий процес розсіювання тепла незворотній, то рано чи пізно всі зірки згаснуть, всі активні процеси в природі припиняться, настане «теплова смерть Всесвіту».

Таким чином, три космологічних парадоксу змусили вчених засумніватися в класичній космологічної моделі Всесвіту, спонукали їх до пошуків нових несуперечливих моделей.

4. Релятивістська модель Всесвіту. Нова модель Всесвіту була створена в 1917 році А. Ейнштейном. Її основу становила релятивістська теорія тяжіння. Ейнштейн відмовився від постулатів абсолютності і нескінченності простору і часу, однак зберіг принцип стаціонарності, незмінності Всесвіту в часі і її кінцівки в просторі. Властивості Всесвіту, на думку Ейнштейна, визначаються розподілом в ній гравітаційних мас, Всесвіт безмежний, але при цьому замкнута в просторі. Відповідно до цієї моделі простір однорідний і изотропно, тобто у всіх напрямках має однакові властивості; матерія розподілена в ньому рівномірно; час нескінченно, а його протягом не впливає на властивості Всесвіту. На підставі своїх розрахунків Ейнштейн зробив висновок, що світовий простір являє собою чотиривимірну сферу.

Обсяг такої Всесвіту може бути виражений, хоча і дуже великим, але кінцевим числом кубометрів. Але кінцева за обсягом Всесвіт в той же час безмежна, як поверхня кожної сфери. Всесвіт Ейнштейна містить обмежене число зірок і зоряних систем, і тому до неї незастосовні фотометричний і гравітаційний парадокси. У той же час привид теплової смерті тяжіє і над Всесвіту Ейнштейна. Вічність їй не притаманна.

Таким чином, незважаючи на новизну і навіть революційність ідей, Ейнштейн у своїй космологічної теорії орієнтувався на звичну класичну світоглядну установку на статичність світу.

5. Модель Всесвіту. У 1922 р, радянський геофізик і математик А.А. Фрідман на підставі строгих розрахунків встановив, що Всесвіт ніяк не може бути стаціонарної. Фрідман зробив це відкриття, спираючись на сформульований ним космологічний принцип, що будується на двох припущеннях: про ізотропності і однорідність Всесвіту. Ізотропності Всесвіту розуміється як відсутність виділених напрямків, однаковість Всесвіту в усіх напрямках. Однорідність Всесвіту розуміється як однаковість всіх точок Всесвіту.

Фрідман довів, що рівняння Ейнштейна мають рішення, згідно з яким Всесвіт може розширюватися або стискатися. При цьому мова йшла про розширення самого простору, тобто про збільшення всіх відстаней світу. Всесвіт Фрідмана нагадувала роздувається мильна бульбашка, у якого і радіус, і площа поверхні безперервно збільшуються.

Спочатку модель Всесвіту, що носила гіпотетичний характер і не мала емпіричного підтвердження. Однак в 1929 р американський астроном Е. П. Хаббл виявив ефект «червоного зсуву» спектральних ліній. Це було витлумачено як наслідок ефекту Доплера - зміна частоти коливань або довжини хвиль через руху джерела хвиль і спостерігача по відношенню один до одного. Червоне зміщення було пояснено як наслідок видалення галактик одна від одної зі швидкістю, зростаючої з відстанню (приблизно 55 км / с на кожен мільйон парсек).

В результаті своїх спостережень Хаббл обгрунтував уявлення, згідно з яким Всесвіт - це безліч галактик, розділених між собою величезними відстанями.

Фрідман запропонував три моделі Всесвіту.

1. Всесвіт розширюється повільно для того, щоб в силу гравітаційного тяжіння між різними галактиками розширення Всесвіту сповільнювався і врешті-решт припинялося. Після цього Всесвіт починала стискуватися. У цій моделі простір викривляється, утворюючи сферу.

2. Всесвіт розширюється нескінченно, простір викривлений і нескінченно.

3. простір плоске і нескінченне.

За яким з цих варіантів йде еволюція Всесвіту, залежить від ставлення гравітаційної енергії до кінетичної енергії розльоту речовини.

якщо кінетична енергія розльоту речовини переважає над гравітаційної енергією, що перешкоджає розльоту, то сили тяжіння не зупинять розбігання галактик, і розширення Всесвіту буде носити незворотній характер. Цей варіант динамічної моделі Всесвіту називають «відкритою Всесвіту».

Якщо ж переважає гравітаційна взаємодія, то темп розширення з часом сповільниться до повної зупинки, після чого почнеться стиснення речовини аж до повернення Всесвіту в початковий стан сингулярності. Такий варіант моделі названий осциллирующей, або «закритої Всесвіту».

У разі, коли сили гравітації рівні енергії розльоту речовини, розширення не припиниться, але його швидкість з часом буде прагнути до нуля.

2. Концепція Великого вибуху

Подання про розвиток Всесвіту привело до постановки питання про початок еволюції (народженні) Всесвіту і її кінці (смерті). В даний час існує декілька космологічних моделей, Пояснюють окремі аспекти виникнення матерії у Всесвіті, але вони не пояснюють причини і процес народження самого Всесвіту. Тільки теорія Великого вибуху Г.А. Гамова змогла до теперішнього часу пояснити майже всі факти, пов'язані з цією проблемою. Основні риси цієї моделі збереглися до цих пір, хоча вона була пізніше доповнена теорією інфляції, або теорією роздувається Всесвіту, розробленої американськими вченими А. Гутом і П. Стейнхардт, і доповненої радянським фізиком А.Д. Лінде.

У 1948 році Гамов висунув припущення, що Всесвіт утворився в результаті гігантського вибуху, що стався приблизно 15 млрд років тому. Тоді все речовина і вся енергія Всесвіту були сконцентровані в одному сверхплотном згустку. Якщо вірити математичним розрахункам, то на початку розширення радіус Всесвіту дорівнював нулю, а її щільність - нескінченності. Це початковий стан називається сингулярностью.

Але за принципом невизначеності В. Гейзенберга речовину неможливо стягти в одну точку, тому вважається, що Всесвіт в початковому стані мала певну щільність і розміри.

Навколишній нас світ великий і різноманітний. Все, що оточує нас, будь то інші люди, тварини, рослини, видимі тільки під мікроскопом найдрібніші частинки і гігантські скупчення зірок, мікроскопічні атоми і величезні туманності, становить те, що прийнято називати Всесвіту.
З незапам'ятних часів людський розум цікавить питання про виникнення світу. Ще не існувало таких понять як релігія і наука, а людина вже замислювався про світоустрій і своє становище в оточував його просторі.
Виникнення Всесвіту і на наразі залишається однією з найцікавіших і не вивчених загадок сучасної космології. Як виник Всесвіт, які процеси сприяли виникненню зірок, сонячних систем, галактик, планет, що було до появи Всесвіту, чи має вона початок і кінець? Ось лише деякі питання, відповіді на які намагаються отримати сучасні вчені.
Питання про походження Всесвіту є свого роду основним. Загадка виникнення життя на Землі, а також можливості зародження життя на інших планетах, так чи інакше розкривається, виходячи з теорій про народження Всесвіту.
Отже, гіпотез про виникнення Всесвіту існує безліч, це і наукові концепції, і окремі теорії, і релігійні вчення, і філософські уявлення, і міфи про створення світу древніх іюлей. Однак всі їх можна умовно розділити на дві групи:
1. Теорії виникнення Всесвіту (в першу чергу релігійні), в яких в якості творить фактора виступає Творець. Іншими словами, згідно з ними, Всесвіт являє собою одухотворене і усвідомлене творіння, що з'явилося в результаті волі Вищого розуму;
2. Теорії виникнення Всесвіту, що грунтуються на наукових факторів та інтересів відкидають як саме поняття Творця, так і його участь у створенні світу. Вони часто ґрунтуються на принципі пересічності, який розглядає можливість існування життя не тільки на нашій, а й на інших планетах, які перебувають в інших сонячних системах або навіть галактиках.
Різниця цих концепцій криється, в першу чергу, в різних термінологіях, наприклад, природа - творець, створення - походження. Зате в деяких інших питаннях окремі наукові і релігійні теорії перетинаються або навіть повтори ють один одного.
Крім різних концепцій про походження Всесвіту існують також релігійні та наукові датування цієї грандіозної події. Так, найпоширеніша наукова теорія про виникнення Всесвіту - теорія Великого вибуху - стверджує, що Всесвіт виник приблизно 13 млрд років тому.
За різними християнськими джерелами, від створення світу Богом до народження Ісуса Христа пройшло від 3483 до 6984 років. В індуїзмі з моменту початку світобудови пройшло приблизно 155 трлн років.
Однак розглянемо деякі концепції виникнення Всесвіту докладніше.

Космологічна модель Канта

До початку XX в. серед вчених панувала теорія про те, що Всесвіт нескінченний в просторі і часі, статична і однорідна. Ще Ісаак Ньютон зробив припущення про те, що вона безмежна в просторі, а німецький філософ Еммануїл Кант, грунтуючись на роботах Ньютона і розвиваючи його ідеї, висунув теорію про те, що у Всесвіті також немає початку і в часі. Він посилався на закони механіки і ними пояснював все що відбуваються у Всесвіті процеси.
У своїй теорії Кант просунувся ще далі, поширивши її також і на біологію. Він стверджував, що в не має початку і кінця древньої і величезному Всесвіті існує нескінченна кількість можливостей, завдяки яким на світло може з'явитися будь-який біологічний продукт. Ця теорія про можливість виникнення життя у Всесвіті пізніше лягла в основу теорії Дарвіна.
Космологічна модель Канта знайшла підтвердження завдяки спостереженням астрономів XVIII- XIX ст. за рухами світил і планет. Незабаром його гіпотеза стала теорією, яка до початку XX в. вже вважалася єдино вірною. Вона не викликала сумнівів, навіть незважаючи на светометріческій парадокс, або парадокс темного нічного неба, що полягає в тому, що в нескінченній Всесвіту існує нескінченна кількість зірок, сума яркостей яких повинна утворювати нескінченну яскравість. Іншими словами, нічне небо було б повністю покрито яскравими зірками, а в реальності воно темне, так як кількість зірок і галактик ісчісліми.

Модель Всесвіту Ейнштейна (статична Всесвіт)

У 1916 р побачив світ праця Альберта Ейнштейна Основи загальної теорії відносності », а вже і 1917 на основі рівнянь цієї теорії він розвинув свою модель Всесвіту.
більшість вчених того часу сходилося але думці, що Всесвіт стаціонарне, і Ейнштейн також дотримувався цієї думки, тому намагався створити таку модель, в якій Всесвіт не повинна була розширюватися або стискатися. Це місцями йшло врозріз з його власною теорією відносності, з рівнянь якої випливає, що Всесвіт розширюється і одночасно станься се гальмування. Тому Ейнштейн ввів таке поняття, як космічна сила відштовхування, яка врівноважує тяжіння зірок і припиняє рух небесних тіл, завдяки чому Всесвіт залишається статичною.
Всесвіт Ейнштейна мала кінцеві розміри, але в той же час у неї не було меж, що можливо тільки в тому випадку, коли простір викривлений, як, наприклад, в сфері.
Отже, простір в моделі Ейнштейна було тривимірним, воно замикала саме себе і було однорідним, тобто у нього не було центру і країв, і в ньому рівномірно рас покладалися галактики.

Модель Всесвіту (Всесвіт Фрідмана, нестаціонарна Всесвіт)

У 1922 р радянський вчений А. А. Фрідман розробив першу нестаціонарну модель Всесвіту, яка також була заснована на рівняннях загальної теорії відносності. Роботи Фрідмана залишилися в той час непоміченими, а А. Ейнштейн відкидав можливість розширення Всесвіту.
Проте, вже в 1929 р астроном Едвін Хаббл відкрив, що галактики, що перебувають поруч з Чумацьким шляхом, віддаляються від нього, а швидкість їх руху при цьому весь час залишається пропорційною відстані до нашої галактики. Згідно з цим відкриття, зірки і галактики постійно «розбігаються» один від одного, а отже, відбувається розширення Всесвіту. У підсумку Ейнштейн погодився з висновками Фрідмана, а пізніше говорив, що саме радянський вчений став засновником теорії розширення Всесвіту.
Ця теорія не знаходиться в протиріччі із загальною теорією відносності, але якщо Всесвіт розширюється, то повинно було статися якась подія, що призвело до разбеганию зірок і галактик. Це явище дуже нагадувало вибух, тому вчені і назвали його «Великим вибухом». Однак якщо Всесвіт з'явилася в результаті Великого вибуху, то повинна існувати Вища першопричина (або Конструктор), що дозволяє цього вибуху статися.

Теорія великого вибуху

Теорія Великого вибуху будується на тому, що матерія і енергія, з яких складається все суще але Всесвіту, раніше перебували в сингулярному стані, тобто в стані, що характеризується нескінченною температурою, щільністю і тиском. У стані сингулярності не діє жоден закон фізики, а все, з чого на даний момент складається Всесвіт, полягало в мікроскопічно малою частинці, яка в якийсь момент часу прийшла в нестабільний стан, в результаті чого і стався Великий вибух.
Спочатку теорія Великого вибуху носила назву «динамічна еволюціонує модель». Термін «Великий вибух» набув широкого поширення в 1949 р після публікації робіт вченого Ф. Хойл.
На даний момент теорія Великого вибуху розроблена настільки добре, що вчені беруться описати процеси, які почали відбуватися у Всесвіті через 10-43 с після Великого вибуху.
Існує кілька доказів теорії Великого вибуху, одним з яких є реліктове випромінювання, що пронизує весь Всесвіт і виникло в результаті Великого вибуху завдяки взаємодії частинок. Реліктове випромінювання може розповісти про перші мікросекундах після народження Всесвіту, про ті часи, коли вона перебувала і гарячому стані, а галактики, зірки і планети ще не утворилися.
Спочатку реліктове випромінювання також було тільки теорією, і ймовірність його існування розглядав Г. А. Гамов в 1948 р Виміряти реліктове випромінювання і довести дійсність його існування змогли тільки в 1964 р американські вчені завдяки новому приладу, який володів необхідною точністю. Після цього реліктове випромінювання сумно досліджували за допомогою наземних і космічних обсерваторій, що дозволило побачити, яким був Всесвіт в момент свого народження.
Ще одним підтвердженням Великого вибуху є космологічне червоне зміщення, яке полягає в зменшенні частот випромінювання, що доводить видалення зірок і галактик одна від одної взагалі, і від Чумацького шляху зокрема.
Теорія Великого вибуху відповіла на безліч запитань про виникнення нашого Всесвіту, але і в той же час стала причиною появи нових загадок, які залишаються без відповідей і зараз. Наприклад, що ж стало причиною Великого вибуху, чому точка сингулярності стала нестабільною, що було до Великого вибуху, як з'явився час і простір?
Багато дослідників, наприклад Р. Пенроуз і С. Хокінг, вивчаючи загальну теорію відносності, додали в її рівняння такі показники, як простір і час. На їхню думку, ці параметри також з'явилися в результаті Великого вибуху разом з матерією і енергією. Отже, у часі теж є певний початок. Однак з цього також випливає, що повинна існувати якась Сутність або Вищий розум, який не залежить від часу і простору, і був присутній завжди. Саме цей Вищий розум і став причиною виникнення Всесвіту.
Вивчення того, що було до Великого вибуху - новий розділ в сучасній космології. На питання про те, що ж було до народження нашого Всесвіту і що їй передувало, намагаються відповісти багато вчених.

великий відскік

Ця цікава альтернативна Великому вибуху теорія говорить про те, що до нашого Всесвіту існувала інша. Таким чином, якщо народження Всесвіту, а саме Великий вибух, розглядали як унікальне явище, то в даній теорії це лише одна ланка з ланцюга реакцій, в результаті яких Всесвіт постійно відтворює саму себе.
З теорії випливає, що Великий вибух не є точкою початку часу і простору, а з'явився і внаслідок граничного стиснення інший Всесвіту, маса якої, за цією теорією, не дорівнює нулю, а лише близька цьому значенню, при цьому енергія Всесвіту мс нескінченна. У момент граничного стиснення Всесвіт мав максимальну енергію, укладену в мінімальний обсяг, в результаті чого стався великий відскік, і народилася нова Всесвіт, яка також почала розширюватися. Таким чином, квантові стану, що існували в старого Всесвіту, просто змінилися в результаті Великого відскоку і перейшли в новий Всесвіт.
В основі нової моделі народження Всесвіту лежить теорія петлевий квантової гравітації, яка допомагає зазирнути за Великий вибух. До цього вважалося, що все у Всесвіті з'явилося в результаті вибуху, тому питання про те, що ж було до нього, практично не ставилося.
Дана теорія належить до числа теорій квантової гравітації і об'єднує в собі загальну теорію відносності і рівняння квантової механіки. Запропонували її в 1980-х рр. такі вчені, як Е. Аштекар і Л. Смолін.
Теорія петлевий квантової гравітації говорить про те, що час і простір дискретні, тобто складаються з окремих частин, або маленьких квантових осередків. На малих масштабах простору і часу ні осередки створюють розділену переривчасту структуру, а на великих - з'являється гладке і безперервне простір-час.
Народження нового Всесвіту відбувалося в екстремальних умовах, які змушували квантові осередки відділятися один від одного, цей процес і був названий Великим відскоком, тобто Всесвіт не з'явилася з нічого, як при Великому вибуху, а почала швидко розширюватися з стисненого стану.
М. Божовальд прагнув отримати відомості про Всесвіт, що передує нашої, для чого дещо спростив деякі квантово-гравітаційні моделі і рівняння теорії петлевий квантової гравітації. В дані рівняння входять кілька параметрів стану нашого Всесвіту, які необхідні для того, щоб дізнатися, якою була попередня Всесвіт.
Рівняння містять взаємодоповнюючі параметри, що дозволяють описати квантову невизначеність щодо обсягу Всесвіту до і після Великого вибуху, і відображають той факт, що жоден з параметрів попередньої Всесвіту не зберігся після Великого відскоку, тому в нашому Всесвіті він відсутній. Іншими словами, в результаті нескінченного ланцюга розширення, стиснення і вибуху, а потім нового розширення утворюються не однакові, а різні Всесвіти.

Теорія струн і М-теорія

Ідея того, що Всесвіт може постійно відтворювати себе, багатьом вченим здається розумною. Деякі вважають, що наш Всесвіт виникла в результаті квантових флуктації (коливань) в попередньої Всесвіту, тому цілком ймовірно, що в якийсь момент часу і в нашому Всесвіті може виникнути така флуктації, і з'явиться нова Всесвіт, дещо відмінна від справжньої.
Вчені йдуть в своїх міркуваннях далі і припускають, що квантові коливання можуть відбутися в будь-якій кількості і в будь-якому місці Всесвіту, в результаті чого з'являється не одна нова Всесвіт, а відразу декілька. На цьому будується інфляційна теорія виникнення Всесвіту.
Утворилися Всесвіти відмінні один від одного, в них діють різні фізичні закони, при цьому всі вони знаходяться в одній величезній мегавселенной, але ізольовані один від одного. Прихильники даної теорії стверджують, що час і простір не з'явилися в результаті Великого вибуху, а існували завжди в нескінченній низці стиснення і розширення Всесвітів.
Свого роду розвитком інфляційної теорії є теорія струн і її вдосконалений варіант - М-теорія, або теорія мембран, які будуються на циклічності світобудови. Згідно М-теорії, фізичний світ складається з десяти просторових і одного часового виміру. У цьому світі знаходяться простору, так звані Брани, однією з яких і є наш Всесвіт, що складається з тpёx просторових вимірів.
Великий вибух - результат зіткнення бран, які під впливом величезної кількості енергії розлетілися, потім почалося розширення, поступово сповільнився. Виділені в результаті зіткнення випромінювання і речовина холоднішими, з'явилися галактики. Між лайкою знаходиться позитивна по щільності енергія, знову прискорює розширення, яке через деякий час знову сповільнюється. Геометрія простору стає плоскою. Коли Брани знову притягуються один до одного, квантові коливання стають сильнішими, геометрія простору деформується, а місця таких деформацій в майбутньому стають зародками галактик. Коли Брани стикаються один з одним, цикл повторюється.
У перерахованих вище наукових концепціях виникнення Всесвіту відсутня Творець як творча натхненна сила. Однак крім них існують інші теорії появи світобудови, в яких в якості творить фактора виступає Вищий розум, названий в кожної з теорій по-різному.

креаціонізм

Дана світоглядна теорія походить від латинського слова «creations» - «творіння». Відповідно до цієї концепції, наш Всесвіт, планета і саме людство є результатом творчої діяльності Бога або Творця. Термін «креаціонізм» виник в наприкінці XIX в., а прихильники цієї теорії стверджують істинність історії про створення світу, викладеної в Старому Завіті.
В кінці XIX ст. відбувалося швидке накопичення знань в різних областях науки (біології, астрономії, фізики), широко поширеною стала теорія еволюції. Все це призвело до протиріччя між науковими знаннями і біблійної картиною світу. Можна сказати, що креаціонізм з'явився як реакція консервативних християн на наукові відкриття, зокрема, на еволюційний розвиток живої і неживої природи, які в цей час стали домінуючими і відкидали поява всього сущого з нічого.

християнський креаціонізм

Креаціонізм в християнстві представлений декількома течіями, які відрізняються ступенем розбіжності з науковими поглядами на походження Всесвіту і Землі.
Згідно молодоземельний, або буквалістськи, креаціонізму світ був створений Богом за 6 днів, як про те і йдеться в Біблії. При цьому деякі послідовники (перш за все протестанти) цієї теорії стверджують, що світ був створений приблизно 6 тис. Років тому. Це твердження засноване на масоретського тексті Старого Завіту. Інші (в основному православні дослідники) виходять з тексту Септуагінти (найстарішого перекладу Біблії) і вірять, що світ з'явився 7,5 тис. Років тому.
Послідовники староземельний, або метафоричного, креаціонізму вважають, що 6 днів творіння - це метафора, зрозуміліша людям того часу. У Біблії слово «день» має на увазі скоріше не добу, а невизначений відрізок часу, отже, в один день творіння можуть входити мільйони земних років.
При це метафоричний креаціонізм ділиться на наступні підвиди:
- креаціонізм поступового творіння. Послідовники цієї концепції погоджуються з деякими науковими відкриттями, зокрема, беруть астрофізичні датування народження Всесвіту, зірок і планет, але не сприймають теорію еволюції освіти видів в процесі природного відбору. Вони стверджують, що саме Бог впливає на появу нових і зміна існуючих біологічних видів;

Всі чули про теорію Великого вибуху, яка пояснює (по крайней мере, на даний момент) зародження нашого Всесвіту. Однак у вчених колах завжди знайдуться бажаючі оскаржити ідеї - з цього, до речі, нерідко і виростають великі відкриття.

Однак, зрозумів Дікке, якби ця модель була реальною, то не було б двох видів зірок - Населення I і Населення II, молодих і старих зірок. А вони були. Значить, Всесвіт навколо нас все-таки розвинулася з гарячого і щільного стану. Навіть якщо це був не єдиний в історії Великий вибух.

Дивно, правда? Раптом цих вибухів було кілька? Десятки, сотні? Науці ще належить це з'ясувати. Дікке запропонував своєму колезі Піблс прорахувати необхідну для описаних процесів температуру і ймовірну температуру залишкового випромінювання в наші дні. Приблизні розрахунки Піблс показали, що сьогодні Всесвіт повинна бути наповнена мікрохвильовим випромінюванням з температурою менше 10 К, і Ролл з Уїлкинсоном вже готувалися шукати це випромінювання, коли пролунав дзвінок ...

Труднощі перекладу

Однак тут варто перенестися в інший куточок земної кулі - в СРСР. Ближче всіх до відкриття реліктового випромінювання підійшли (і теж не довели справу до кінця!) В СРСР. Проробивши протягом декількох місяців величезну роботу, звіт про яку вийшов в 1964 році, радянські вчені склали, здавалося, всі частини головоломки, не вистачило лише однієї. Яків Борисович Зельдович, один з колосів радянської науки, здійснив розрахунки, аналогічні тим, що провів колектив Гамова (радянського фізика, жівушій в США), і теж прийшов до висновку, що Всесвіт мала розпочатися з гарячого Великого вибуху, який залишив фонове випромінювання з температурою в кілька кельвінів.

Яків Борисович Зельдович, -

Він навіть знав про статтю Еда Ома в «Технічному журналі Bell System», який приблизно вирахував температуру реліктового випромінювання, але невірно інтерпретував висновки автора. Чому ж радянські дослідники не зрозуміли, що Ом вже відкрив це випромінювання? Через помилку в перекладі. У статті Ома стверджувалося, що виміряна їм температура неба склала близько 3 К. Це означало, що він вирахував всі можливі джерела радіоперешкод і що 3 К - це температура залишився фону.

Однак за випадковим збігом такий же (3 К) була і температура випромінювання атмосфери, поправку на яку Ом теж зробив. Радянські фахівці помилково вирішили, що саме ці 3 К і залишилися у Ома після всіх попередніх коригувань, відняли і їх і залишилися ні з чим.

У наші дні подібні помилки розуміння легко усунулися б в процесі електронного листування, але на початку 1960-х років комунікація між вченими Радянського Союзу і Сполучених Штатів була дуже ускладнена. Це і стало причиною настільки образливою помилки.

Нобелівська премія, яка спливла з рук

Повернемося в день, коли в лабораторії Дікке пролунав телефонний дзвінок. Виявляється, в цей же час астрономи Арно Пензіас і Роберт Вільсон повідомили, що їм випадково вдалося вловити слабкий радіошум, що надходить з усього. Тоді вони ще не знали, що інший колектив вчених самостійно прийшов до ідеї існування такого випромінювання і навіть почав будувати детектор для його пошуку. Це був колектив Дікке і Піблс.

Ще дивніше і те, що космічне мікрохвильове фонове, або, як його ще називають, реліктове, випромінювання було більш ніж за десять років до цього описано в рамках моделі виникнення Всесвіту в результаті Великого вибуху Георгієм Гамовим і його колегами. Ні одна, ні друга група вчених про це не знала.

Пензиас і Вільсон випадково дізналися про роботу вчених під керівництвом Дікке і вирішили їм зателефонувати, щоб обговорити це. Дікке уважно вислухав Пензиасом і зробив кілька зауважень. Поклавши трубку, він повернувся до колег і сказав: «Хлопці, нас обскакали».

Майже через 15 років, після того як безліч вимірів, зроблених на самих різних довжинах хвиль багатьма групами астрономів, підтвердили, що відкрите ними випромінювання дійсно реліктове відлуння Великого вибуху, що має температуру 2,712 К, Пензиас і Вільсон розділили Нобелівську премію за свій винахід. Хоча спочатку вони навіть не хотіли писати статтю про своє відкриття, тому що вважали його неспроможним і не вкладається в модель стаціонарного Всесвіту, якою вони дотримувалися!

Кажуть, Пензиас і Вільсон вважали б для себе достатнім згадка в якості п'ятого і шостого імені в списку після Дікке, Піблс, Ролла і Уїлкінсона. В такому випадку Нобелівська премія, Мабуть, пішла б Дікке. Але все сталося так, як сталося.

P.S .: Підписуйтесь на нашу розсилку. Раз на два тижні будемо надсилати 10 найбільш цікавих і корисних матеріалів з блогу МІФ.