Современный естественнонаучный взгляд на возникновение Вселенной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

1. Представление о Вселенной и  история изучения вопроса о её происхождении………………………………………………..…………..5

1.1. Вселенная……………………………………………………..………….5

1.2.Элементы космологии……………………………………………………5

1.3. Космогония………………………………………………….…………...6

2. Эволюция Вселенной…………………………………………..………….8

  2.1.Стандартная модель эволюции Вселенной…………………….……….8

2.2.Начало Вселенной……………………………………………..…………8

2.3. Рождение галактик…………………………………………..…………13

2.4. Эры эволюции Вселенной…………………………………..…………14

3. Возможные сценарии  развития нашего мира………………………….16

Заключение………………………………………………………………….21

Список литературы…………………………………………….…………...22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

2010 год в естественнонаучном  мире ознаменовался двумя событиями  грандиозного масштаба. Первое –  успешный запуск Большого адронного  коллайдера. Второе – открытие  на Земле микроорганизмов, способных  жить во внеземных условиях. Оба  события относятся к сфере, запредельной для обывательского представления о мироустройстве, и ведут к дальнейшему постижению человечеством тайн космоса.

Мировое сообщество с  новым интересом обратилось к  темам возникновения жизни и  существования внеземных цивилизаций. Отчасти этим объясняется наше внимание к теме возникновения Вселенной.

Новосибирские учёные сделали  большой вклад в строительство  адронного коллайдера, и на сегодняшний  день внимание физиков приковано  к результатам этой работы. Именно они могут подтвердить или опровергнуть, углубить или направить в новое русло существующие теории развития космоса. Столкновение частиц, с которого, как предполагается, началось развитие жизни, повторено в лабораторных условиях, и общество ждёт от аналитиков результатов обработки полученных данных.

Заявка на продолжение  экспериментов с Большим адронным коллайдером предвещает появление  более точных представлений о  мироустройстве. Это требует от любого образованного человека овладения  знаниями о современных естественнонаучных наработках по этому вопросу.

В данной работе мы коснёмся истории изучения тайн возникновения Вселенной, рассмотрим теории большого взрыва, возникновения галактик, познакомимся с тем, как ученые на данный момент представляют себе дальнейшее развитие вселенной.

Изучение Вселенной, даже только известной  нам её части, является грандиозной задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают  современные ученые, понадобились труды  множества поколений.

На Земле наиболее распространены Инфляционная и Богословная теории возникновения Вселенной. Всегда будут сторонники той или иной из них.

Богословы считали, что  Вселенная создана Богом, Творцом. Причем у разных народов существовали разные версии. Например, библейская теория: создание мира происходило шесть дней.

В первый день "Вначале  бог сотворил небо и землю. Земля  же была бездонна и пуста, и тьма над бездною…", потом сказал Бог: "Да будет свет!"

Во второй день Бог  сказал: "Да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды!"

 В третий день Бог сказал: "Да соберётся вода, которая под небом в одно место, и да явится суша!"

Настал четвертый день, Бог сказал: "Да будут светила на тверди небесной, для отделения дня и ночи, и для знамений и времен, и дней и годов; и да будут они светильниками на тверди небесной, что бы светить на Землю!" Это означало появление Солнца, Луны и звезд.

В пятый день Бог создал пресмыкающихся, животных, рыб и "всякую птицу пернатую", а в шестой день создал первого человека. [8. C.56]

 Из другой священной книги – Корана – тоже можно узнать о шестидневном сотворении Мира, о том, как Бог (Аллах) создал "семь небес" и "семь земель", причем сначала небеса и земли были соединены, а потом разъединились.

Данное исследование оставляет эту область знаний богословам и обращается к научной – инфляционной теории.

Процесс познания эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес,  закрывающий от нас далекое прошлое.

Узнав о теории Большого взрыва, я задал себе вопрос, откуда же взялось то, что взорвалось?

Вопрос о происхождении  Вселенной со всеми ее известными и пока неведомыми свойствами испокон веков волнует человека. Но только  в ХХ  веке, после обнаружения космологического расширения, вопрос об эволюции Вселенной стал понемногу проясняться. Последние научные данные позволили сделать вывод, что наша Вселенная родилась 15 миллионов лет назад в результате Большого взрыва. Но что именно взорвалось в тот момент и что, собственно, существовало до Большого взрыва, по-прежнему оставалось загадкой. Созданная в ХХ веке инфляционная теория появления нашего мир позволила существенно продвинуться в разрешении этих вопросов, общая картина первых мгновений Вселенной сегодня уже неплохо прорисована, хотя многие проблемы еще ждут своего часа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Представление о Вселенной и  история изучения вопроса о её происхождении

1.1. Вселенная.

Больше всего  на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звёзды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки.

Её главное свойство - однородность.

У Вселенной есть и  ещё одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находиться в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.

Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же.

Настоящий переворот  в науке о Вселенной произвели  в 1922 - 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда  А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.

Фридман открыл подвижность  звёздной Вселенной. Это было теоретическое  предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.

Он обнаружил, что далёкие  галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.

Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. Иначе мы вернулись бы к  старым воззрениям, к докоперниковой картине мира с Землёй в центре. В действительности общее расширение Вселенной происходит так, что все они удаляются друг от друга, и из любого места картина этого разбегания выглядит так, как мы видим её с нашей планеты.

Если Вселенная расширяется, то, значит, в далёком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звёзд, ни галактик ещё не было и всё вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем её сейчас.

Общие представления  о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.

 

1.2.Элементы космологии.

Вселенная - это всё  существующее. От мельчайших пылинок  и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, тем или иные её стороны. Существует научная дисциплина, объектом исследования которой служит сама Вселенная. Это особая отрасль астрономии, так называемая космология. Космология - учение о Вселенной в целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части Вселенной.

С развитием науки, все  полнее раскрывающей физические процессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство ученых постепенно перешло к материалистическим представлениям о бесконечности Вселенной. Здесь огромное значение имело открытие И. Ньютоном (1643 - 1727) закона всемирного тяготения, опубликованного в 1687 г. Одним из важных следствий этого закона явилось утверждение, что в конечной Вселенной все ее вещество за ограниченный промежуток времени должно стянуться в единую тесную систему, тогда как в бесконечной Вселенной вещество под действием тяготения собирается  в некоторых ограниченных объемах (по тогдашним представлениям - в звездах), равномерно заполняющих Вселенную.

Большое значение для  развития современных представлений  о строении и развитии Вселенной  имеет общая теория относительности, созданная А.Эйнштейном (1879 - 1955). Она  обобщает теорию тяготения Ньютона на большие массы и скорости движения, сравнимые со скоростью света. Действительно, в галактиках сосредоточена колоссальная масса вещества, а скорости далеких галактик и квазаров сравнимы со скоростью света.

Одним из значительных следствий общей теории относительности является вывод о непрерывном движении вещества во Вселенной - нестационарности Вселенной. Этот вывод был получен в 20-х годах нашего столетия советским математиком А.А.Фридманом (1888 - 1925). Он показал, что в зависимости от средней плотности вещество Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. При расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорциональна расстоянию до них - вывод, подтвержденный Хабблом открытием красного смещения в спектрах галактик.

Критическое значение средней  плотности вещества, от которой зависит  характер его движения,

,

где G - гравитационная постоянная, а H=75 км/с*Мпк - постоянная Хаббла.

Подставляя нужные значения, получаем, что критическое значение средней плотности вещества г/см³. [4]

Если средняя плотность  вещества во Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной  сменится сжатием, а при средней  плотности равной или меньшей  критической расширение не прекратится. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительному уменьшению плотности вещества, и на определенном этапе расширения стали формироваться галактики и звезды.

                                   

1.3.Космогония

Космогония - наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел, например планет и их спутников, Солнца, звёзд, галактик.

Астрономы наблюдают  космические тела на различной стадии развития, образовавшиеся недавно и  в далёком прошлом, быстро "стареющие" или почти "застывшие" в своём  развитии. Сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве, учёные пытаются объяснить, как возникают небесные тела. Единой, завершённой теории образования звёзд, планет или галактик пока не существует. Проблемы, с которыми столкнулись учёные, подчас трудно разрешимы. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены, и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.

В настоящее время  при проверке той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы  в значительной мере основывается  на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы. Наиболее точный метод определения возраста пород состоит в подсчёте отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящегося в данной породе. Скорость этого процесса известна точно, и её нельзя изменить никакими способами. Самые древние горные породы имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом, очевидно, возникла несколько раньше, чем земная кора.