<<
>>

6.6. Элементы космологии

Космология – это учение о Вселенной. Предметом космологии является изучение ис­тории Вселенной, ее строения и эволюции. Космология тесно связана с общей теорией относительности, так как во Вселен­ной приходится иметь дело с большими рас­стояниями, высокими скоростями и огром­ными массами.

Основная трудность состоит в том, что в лаборатории нельзя провести детальный контролируемый космологический экспе­римент — приходится изучать объекты, которые лежат на фан­тастических расстояниях от нас, и на которые мы никак не можем влиять. Выводы космологии основываются на законах физики, данных астрономии, философских принципах. Важнейшим философским постулатом является положение, согласно которому законы физики (природы) установленные (чаще всего) на основе опытов на планете Земля, могут быть экстраполированы на всю Вселенную.

Эйнштейн показал, что общая теория относительности может объяснить существо­вание статической Вселенной, т. е. Вселен­ной, которая не изменяется со временем (идея Аристотеля о вечной не изменяющейся Вселенной). В то время казалось, что Вселенная стати­ческая, и этот результат получил всеобщее признание. Однако в 1923 г. советским ученым А. А. Фридманом была создана теория расширяющейся Вселенной, а в 1929 г Хаббл обнаружил, что в космосе «все разбегается», Вселенная расширяется. По современным представлениям галактики разбегаются со скоростями, пропорциональными расстояниям до них.

Предпо­ложение об образовании Вселенной в резуль­тате гигантского взрыва (теория большого взрыва) было впервые вы­сказано Г. Гамовым в 1948 году. Согласно этой теории, примерно 1010 лет на­зад (спустя всего одну сотую секунды после «начала»), все вещество и вся энергия современной Вселенной были сконцентрированы в одном сгустке с плотностью свыше 1025 г/см3 (в триллионы раз выше плотности воды) и температурой свыше 1016 К.

В этих условиях не могли существовать ни ядра, ни тем более атомы. Чудовищное ра­диационное давление внутри сгустка приве­ло к его необычайно быстрому расшире­нию — «большому взрыву». Через несколько минут расширение Вселенной и ее охлаждение достигли такой степени, что стало возможным образование ядер. Пространство было заполнено облаком из раскаленных газов и ослепляющим светом. Свет, излученный первоначальным газовым облаком, все еще «бродит» во Вселенной. Претерпев сильные изменения, он сейчас заметен в виде микроволнового фона – «реликтового излучения».

Все элемен­ты Вселенной образовались в результате ядерных реакций в первые моменты после большого взрыва. Через миллиард лет началось образование галактик, звезд и стабильного вещества в современном виде. Звезды не рассеяны во вселенной равномерно, а сгруппированы в отдельные «острова» - галактики. Каждая галактика включает в себя в среднем более 100 млрд. Звезд, а также межзвездный газ и межзвездную пыль. Галактики обычно имеют форму спирали или эллипса. Диаметр их может достигать 105 световых лет. Млечный путь представляет собой одну такую галактику, ту самую «Галактику», которая включает в себя (в качестве незначительной периферийной звезды) и наше Солнце.

В настоящее время Вселенная расширяется, но будет ли это расширение продолжаться бесконечно, так что в пределе плотность вещества во Все­ленной станет бесконечно малой? Общая теория относительности дает определенный ответ на этот вопрос. Согласно этой теории, существует некоторая критическая масса Вселенной. Если действительная масса Все­ленной меньше критической, гравитационного притяжения вещества во Вселенной бу­дет недостаточно, чтобы остановить расши­рение, и оно будет продолжаться бесконечно. С другой стороны, если действительная мас­са Вселенной превосходит критическую, гра­витационное притяжение, в конечном счете, замедлит расширение, приостановит его и затем приведет к сжатию. В этом случае Все­ленную ожидает коллапс, в результате кото­рого вновь образуется сгусток.

Все будет го­тово для нового большого взрыва и нового расширения. Таким образом, Вселенная должна пульсировать между состояниями максимального расширения и коллапса.

Содержит ли Вселенная достаточную мас­су (в форме вещества и энергии) для того, чтобы стала возможной ее пульсация? При­близительное количество вещества в звез­дах, галактических пыли и газе можно оце­нить различными способами. Можно оце­нить также энергию излучения звезд, маг­нитных полей в космическом пространстве, движения облаков газа, космических лучей и нейтрино. Все это, вместе взятое, оказыва­ется меньше критической массы. В вычисле­ниях существует, однако, большая неопреде­ленность, поскольку мы не знаем количества вещества в межгалактическом пространст­ве.

Мы не знаем сколько-нибудь точно массу, или размеры Вселен­ной. Мы не знаем, будет ли наблюдаемое расширение Вселенной продолжаться беско­нечно или, в конце концов, прекратится и сменится сжатием. Мы не знаем, существует ли во Вселенной в каких-либо значительных количествах антивещество. Существуют ли антигалактики? Мы не знаем природы квазаров, излучающих гигантскую энергию. Мы знаем слишком мало о деталях эволюции звезд. Мы очень мало знаем о происхождении Вселенной, хотя имеющиеся данные указывают на то, что ее расширение – это результат происшедшего около 10 миллиардов лет назад чудовищного взрыва, мощь которого невозможно себе представить. Но откуда взялось это гигантское количество изначальной энергии?

<< | >>
Источник: Вдовин Н.А., Харламова Н.А.. Физика: Учеб. пособие. Часть III. Оптика. Атомная физика. / Под общ. ред. А.И. Цаплина; Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь,2006. – 100 с.. 2006

Еще по теме 6.6. Элементы космологии:

  1. § 4.2. ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВА.
  2. § 4.4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОСЕВОЙ РЕШЁТКИ ЛОПАСТЕЙ И УГЛЫ ПОТОКА.
  3. 3.1. Анализ возможностей улучшения финансовых РЕЗУЛЬТАТОВ ЗА СЧЕТ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ УЧЕТА ПО элементам учетной политики
  4. Компоненты систем
  5. Обоснование необходимости применения принципов СИСТЕМЫ "директ-костинг" в военно­строительных организациях
  6. Теоретико-множественное описание компонент систем
  7. § 11.2. ГИДРОАППАРАТЫ
  8. Особенности представления свойств систем
  9. § 1.5. БАЛАНС РАБОТ В ПРОТОЧНОЙ МАШИНЕ
  10. 1.2. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ СТРОЕНИЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ МИНЕРАЛОВ
  11. 4.3. Классификация информационных правоотношений
  12. Основные виды моделей систем
  13. § 3.7. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОСТИ НА КОНСТРУКЦИЮ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
  14. Методы классификации при анализе свойств сложных систем
  15. 2. Система классификации товаров
  16. Лекция №17 Задачи, методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых
  17. Выводы по главе