Концепция большого взрыва в космологии XX века

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И СОЦИАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 
 
КАФЕДРА ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ БИЗНЕСОМ 
 
 
 
 
 
 
 
РЕФЕРАТ 
КОНЦЕПЦИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА В КОСМОЛОГИИ XX ВЕКА

 

 
 
 

Выполнила 
студентка 2-го курса группы 211 
специальности «Менеджмент»                 ___________________А.Н. Кучук  
 
Преподаватель, кандидат филос. наук     ___________________И.А. Барсук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Около двадцати или десяти миллиардов лет назад (где-то в этом интервале времен) вещество, из которого сегодня состоят галактики, было сконцентрировано до очень больших плотностей в некоторой, так называемой, покоящейся сингулярной точке. Начальное состояние Вселенной (так называемая сингулярная точка): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц ( включая фотоны и нейтрино). Горячесть начального состояния подтверждена открытием в 1965 г. Реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной. Создается впечатление, что когда-то, в те давние времена произошел гигантский по мощи взрыв этой сингулярной области (говорят об этом совершенно в условном смысле, а не в прямом толковании взрыва), который и явился началом развития  Вселенной к ее современному состоянию. Такой взгляд на начало мира оказался приемлемым многим ученым, гипотеза эта получила всеобщее признание и была названа гипотезой Большого взрыва (по англ. — Big Bang). В варианте холодной сингулярности теория принадлежит французскому космологу аббату Жоржу Лемэтру (1894-1966) а в варианте горячей сингулярности — великому русскому ученому Георгию Гамову (1904-1968).

Вопрос о том, в каком  состоянии была сингулярность тогда, далеко не праздный. От физического  состояния вещества существенно  зависит возраст Вселенной. Кроме  того, при высоких температурах (миллионах  и миллиардах градусов) могут протекать термоядерные реакции. Поэтому химический состав «горячей» Вселенной может быть существенно другим, чем «холодной». А от химического состава зависят размеры и светимость звезд, темпы их эволюции. На протяжении нескольких десятилетий обе модели (холодная и горячая) существовали в космологии равноправно. Каждая из них имела свои привлекательные стороны и свои недостатки, своих сторонников и своих критиков. Не хватало лишь подтверждения наблюдениями.

Итак, по современным  воззрениям, Вселенная возникла в  результате стремительного расширения, взрыва, сверхплотного горячего вещества, обладавшего сверхвысокой температурой. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнил с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы». [1, с. 201-202]

Другого пространства, кроме  того, которое было первоначально занято исходным веществом, не существовало, т. е. тогда это была вся, именно вся Вселенная. И начальный Большой взрыв был не расширением материи в окружающее пространство, а расширением самого пространства. Большой взрыв произошел 13-17 млрд лет назад (по оценкам из закона Хаббла).[2, с. 123-122]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАРАГРАФ 1

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

 

 

1.1 Труды в области расширения Вселенной

 

Первые труды в области  расширения Вселенной принадлежат  талантливому советскому математику Александру Александровичу Фридману (1888— 1925). Много времени Фридман отдал математическому анализу решений космологических уравнений Эйнштейна. Незадолго до смерти Фридман получил серию решений уравнений Эйнштейна. Выходило, что расширение может явиться одним из основных общих свойств Вселенной — важнейшим атрибутом ее эволюции. Работы русского ученого поначалу не привлекли к себе должного внимания. Они были оценены по достоинству лишь в связи с открытием Э. Хабблом красного смещения и развитием современных представлений о первоначально горячей Вселенной и Большом Взрыве.

В 1927 году Ж. Леметр, студент из Эддингтона, независимо от Фридмана выдвинул свою идею возникновения Вселенной и  ее дальнейшего расширения из точки. Ей дали на некоторое время название «атома-отца». Сам Леметр категорически был против подобного образа и вообще теологической трактовки своей теории. Процесс возникновения Вселенной Леметр представил в форме Большого Взрыва. Молодой ученый первым попытался найти и вероятные следы начального Взрыва. Леметр допускал, что таким отголоском могли быть космические лучи. Его гипотезу астрономы заметили лишь после выступления в 1933 году, когда Леметр выдвинул новый вариант концепции расширения Вселенной — из плотного сгустка материи конечных, но очень малых размеров.

Задача формирования более конкретной, физически разработанной эволюционной космолого-космогонической модели расширяющейся Вселенной была решена в основном американским физиком Гамовым, русским по происхождению. Джордж (Георгий Антонович) Гамов (1904— 1968) впервые предложил в 1946 году теорию, получившую затем наименование «теории Большого Взрыва» (а точнее — «Большого Удара»). Согласно ей, вся современная наблюдаемая Вселенная представляет собой результат катастрофически быстрого разлета материи, находившейся до того в сверхплотном состоянии, недоступном для описания в рамках современной физики.[2, с. 124-125]

 

 

 

1.2 Большой взрыв: первые мгновения

 

Представления о событиях, происходивших в молодой Вселенной, разработаны довольно подробно. Общепринятый космологический сценарий получил название «стандартной модели» или «модели Большого взрыва». Ранняя Вселенная была весьма просто устроена, как отмечалось, в ней еще не было никаких сложных структур.

Итак, несколько миллионов  лет тому назад вся материя  Вселенной была сосредоточена в  объеме поперечником примерно 10^-35 м и нагрета до чрезвычайно высокой температуры. Как известно, температура есть мера средней кинетической энергии беспорядочного движения частиц. В первые мгновения она была настолько высока, что при такой энергии исчезает различие между разными типами физических взаимодействий. Более того, по всей видимости, сам физический вакуум находился в другом состоянии, гораздо с большей энергией, чем в современную эпоху. Но ненулевая энергия вакуума соответствует ненулевому Λ-члену в уравнениях Эйнштейна, который описывает антигравитационную силу отталкивания. Идея Эйнштейна возродилась на новом уровне научных знаний, получив обоснование в квантовых представлениях, столь упорно им отвергавшихся.

Под действием мощнейших  сил отталкивания, обусловленных  энергией вакуума (которая могла  составлять до 10¹⁴⁴ Дж/м³), Вселенная начала раздуваться с нарастающим ускорением. По оценкам ученых на этой стадии пространственные масштабы Вселенной могли увеличиться в сотни раз каждые 10^-42 секунды. В результате спустя ничтожное время, не превышающее 10^-33 с, расстояние между любыми двумя частицами вещества, которые существовали в начальный момент, должно было стать больше поперечника доступной сегодня наблюдения части Вселенной. В такой же степени должна упасть температура. Из сверхплотной и сверхгорячей Вселенная стала почти абсолютно пустой и холодной.

Понижение температуры  привело к нарушению симметрии  – единое взаимодействие существовавшее в первые мгновения, разделилось на четыре взаимодействия. Одновременно высокоэнергетическое состояние физического вакуума стало неустойчивым, и он перешел в современное, привычное для нас низкоэнергетическое состояние. Избыток энергии выделился в виде энергии покоя и кинетической энергии возникших элементарных частиц. Вселенная стала вновь горячей (~ 10²⁷ К)  и заполненной частицами. Таким образом, можно говорить, что все в мире возникло из ничего.

Кинетическая энергия  частиц при такой температуре была достаточной, чтобы при их столкновениях рождались самые разнообразные новые частицы. В результате весьма быстро установился равновесный состав только что родившейся Вселенной: количество частиц  каждого сорта определялось исключительно их массой (т.е. энергией покоя).[3, с. 208-209]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПАРАГРАФ 2

 ДИНАМИКА  РАЗВИТИЯ ВСЕЛЕННОЙ ПОСЛЕ ВЗРЫВА

 

 

Этапы эволюции Вселенной:

• Первый этап эволюции был назван эрой Великого объединения. Через 10^-12 с после Большого Взрыва температура Вселенной составляла около 10¹⁵ К. В это время начинается образование известных нам частиц и античастиц. Однако в силу того что температура очень высока, свойства этих частиц сильно отличались от тех, которые наблюдаются сейчас. При падении температуры ниже 10¹⁵ К возникают современные частицы, которые теперь становятся вполне различимыми.
• При температуре 10¹³ К кварки начинают объединяться в группы и образуются адроны, протоны и нейтроны. На этом этапе единая суперсила распадается на гравитационное, сильное и электрослабое взаимодействия. В конце первой секунды после Большого взрыва температура Вселенной составляет 10¹⁰ К.
• В начале следующего этапа, длительность которого от 1 с до 1 млн. лет, происходит разделение электрослабого взаимодействия на электромагнитное и слабое. Через минуту температура Вселенной падает, а еще через несколько минут складываюсь условия, при которых стали возможны ядерные реакции синтеза сложных элементов. В это время материя представляет собой плазму, на 10 % состоящую из ядер гелия и на 90 % - из ядер водорода. В момент, когда возникли атомы водорода и гелия, космическое вещество стало «прозрачным», проницаемым для фотонов, которые начинают излучаться в пространство. Сейчас мы можем наблюдать остаточные явления этого процесса в виде реликтового излучения. Из атомов водорода и гелия образовался газ, и сложились условия для формирования других химических элементов – бериллия и лития.
• Через 1 млн. лет после начала расширения Вселенной наступил этап образования звезд и галактик. В недрах звезд в результате термоядерных реакций стали синтезироваться тяжелые элементы, которые в результате взрывов звезд разбрасывались по Вселенной и становились строительным материалом для других космических объектов. Дальнейшая эволюция Вселенной пошла в направлении создания все более сложных структур, что в свое время привело к возникновению жизни и разума. Таким образом, микроэволюция выступила предпосылкой макроэволюции, а космогенез получил продолжение в гео- и химогенезе.[4, с. 105-106]

 

 

Заключение

 

В последние годы явление  космологического расширения часто  называют Большим Взрывом. В ходу также и менее общее понимание  этого термина: под ним иногда подразумевают самые первые, начальные  стадии космологического расширения. А иной раз - и сам физический механизм (до сих пор не разгаданный), благодаря которому это расширение началось.

Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой  она возникла в бесконечно плотном  состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13 до 17 миллиардов лет назад и известно как "Большой Взрыв". Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

     1.Савченко, В.Н. Начала современного естествознания: концепции и принципы: учебное пособие / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. - 608 с.

 

2.Дмитрий Самин «Сто великих научных открытий»/ Тайны вселенной/ Концепция Большого Взрыва. / Самин Дмитрий – Москва: Вече 2000, 2002

 

3.Стрельник О.Н. Концепции. современного естествознания / О.Н. Стрельник – Москва: Высшее образование, 2008, С 208-214

 

4.Свиридов В.В. Концепции современного естествознания / В.В. Свиридов – 2 изд. –Питер, 2005, С 104