Происхождение Вселенной - Реферат

Под Вселенной подразумевается весь существующий материальный мир, который является безграничным во времени и пространстве, a также бесконечно разнообразный по формам, которые способна принимать материя в процессе своего развития. Вселенную в целом изучает наука космология, т. е. наука о космосе. Модели, построенные на основе космологических теорий, должны допускать проверку для наблюдаемой области Вселенной, выводы теории - подтверждаться наблюдениями (во всяком случае, не противоречить им), теория - предсказывать новые явления. Цель данной работы - рассмотреть различные концепций происхождения Вселенной и ее эволюцию, a также выявить развитие представлений о Вселенной. Исходя из этой теории и ненаблюдаемости годичных параллаксов звезд, он сделал вывод, что расстояние от Земли до Солнца пренебрежимо мало по сравнению c расстоянием от Солнца до звезд.Сегодня ученые в состоянии объяснить большинство свойств нашей Вселенной, начиная с момента в 10-42 секунды и до настоящего времени и даже далее. Этот процесс тоже не бесконечен - примерно через 1014 лет, изза действия постоянно растущей энтропии Вселенной, которая приведет k естественному истощению ee энергетических запасов, во Вселенной останутся только слабосветящиеся объекты - нейтронные звезды и черные дыры. K этому моменту останутся лишь черные дыры, поглотившие всю остальную материю. Оказывается, черные дыры медленно, но все-таки частицы излучают. Поглощая частицу, черная дыра отдает фотон в свободное пространство.

Вопрос происхождения Вселенной всегда волновал и до сих пор волнует людей. Под Вселенной подразумевается весь существующий материальный мир, который является безграничным во времени и пространстве, a также бесконечно разнообразный по формам, которые способна принимать материя в процессе своего развития. Межгалактикой (нашей Вселенной) называется Часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями. Что касается ее размеров, то они очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15-20 млрд. световых лет.

Вселенная - место вселения человека, которое доступно эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина Вселенная вполне логично, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только c тем, что эмпирически может быть проверено современными научными методами.

Вселенную в целом изучает наука космология, т. е. наука о космосе. Космология раскрывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и является целью изучения Вселенной как единого и упорядоченного целого.

Космология использует достижения и методы математики, философии, физики. Предмет космологии - весь окружающий нас мегамир, вся «большая Вселенная». Основная же задача состоит в описании наиболее общих свойств, строения и эволюции Вселенной.

Основы для выводов космологии зарождают законы физики, данные наблюдательной астрономии. Существует различные космологические теории. Они различаются в зависимости от того, какие законы и физические принципы положены в их основу. Модели, построенные на основе космологических теорий, должны допускать проверку для наблюдаемой области Вселенной, выводы теории - подтверждаться наблюдениями (во всяком случае, не противоречить им), теория - предсказывать новые явления.

Вселенная - это самая крупная материальная система. Ее происхождение интересует людей еще с самых древних времен. Вначале Вселенная была «безвидна и пуста» - именно так сказано в Библии. Сначала был вакуум - уточняют современные физики.

Цель данной работы - рассмотреть различные концепций происхождения Вселенной и ее эволюцию, a также выявить развитие представлений о Вселенной.

Для осуществления поставленных целей используется исторический метод, так как исторический аспект является очень важным фактором, когда речь заходит об изучении развития, эволюции, происхождения того или иного явления.

История развития представлений о Вселенной

Цивилизации Азии и Средиземноморья

Месопотамия .

На небольшой территории между Тигром и Евфратом , последовательно сменяя друг друга, существовали несколько культур. Их космологические воззрения похожи друг на друга. Меняются имена богов, некоторые детали, но суть остается.

Согласно описанию Диодора Сицилийского , у народов Месопотамии Вселенная делится на три мира: небесный мир бога Ану, надземный мир Бела, и подземный мир, где владычествует Эа. Второй мир, надземный, подобен горе и имеет вид опрокинутой круглой барки, выдолбленной снизу. Небесный мир повторяет форму наземного мира, отделяясь небесным океаном. Солнце, как и звезды, ходят c востока на запад, следуя установленному пути.

Древняя Греция

Ранние философские школы выделяли те или иные вещества или фигуры как основополагающие. Через эти основы и строились ранние представления o Вселенной. Так, то земной диск плавает в воде, как это было у Фалеса из Милета, то просто цилиндр плавает в бесконечном пространстве, как это было у Анаксимандра .

Пифагорейцы предложили пироцентрическую модель Вселенной, в которой звезды, Солнце, Луна и шесть планет вращаются вокруг Центрального Огня (Гестии). Чтобы в сумме получилось священное число - десять - сфер, шестой планетой объявили Противоземлю (Антихтон). Как Солнце, так и Луна светили отраженным светом Гестии. Эта система мира была описана Филолаем Кротонским .

Большинство древнегреческих ученых были сторонниками геоцентрической системы мира , основанной пифагорейцами.

Платон анализировал весь мир через призму своих представлений o духовной сущности. Это сказывалось и на устройстве мира. Звезды у него были «божественными сущностями» c телом и душой. Их видимая форма - это огонь, и он светит для того, чтобы они выглядели самыми яркими и прекрасными. Космос в представлении Платона не вечен, так как все, что ощущается, есть вещь, a вещи старятся и умирают. Как считал Платон, Время родилось вместе c Космосом. Он первым предложил разложить неравномерные движения светил на «совершенные» движения по окружностям.

Космологическую систему, имевшую большое значение в Средневековье, создал Аристотель . Он считал, что небесные тела переносятся в своем движении твердыми небесными сферами, к которым они прикреплены: все, что движется, приводится в движение чем-нибудь внешним, которое, в свою очередь, также чем-то движется, и так далее, пока мы не дойдем до двигателя, который сам по себе неподвижен - до Перводвигателя. Он полагал, что Земля неподвижна.

В первой половине III в до н. э. Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему мира . Исходя из этой теории и ненаблюдаемости годичных параллаксов звезд, он сделал вывод, что расстояние от Земли до Солнца пренебрежимо мало по сравнению c расстоянием от Солнца до звезд. Так же он предложил метод измерения расстояния до Солнца и Луны и их размеров. По его оценке, Земля по объему в 250 раз меньше Солнца. Хотя численно он ошибся, его метод позволил установить, что Земля намного меньше Солнца.

В I веке до н. э. Гемин заявил, что звезды на самом деле, только кажутся лежащими на одной сфере, a так они располагаются на разных расстояниях от Земли.

Развивались и взгляды, которые выходили за рамки геоцентризма. Так, некоторые ученые предполагали суточное вращение Земли. Латинский автор Марциан Капелла в своем сочинении «Брак Меркурия и филологии» описывает систему, в которой Солнце обращается по окружности вокруг Земли, а Меркурий и Венера - вокруг Солнца.

Древний Китай

Одним из древнейших памятников, охраняющих космографические взгляды древнего Китая является Чжоу би суань цзин. Здесь рассказывается o модели «куполообразного неба», согласно которой, небо - это некий купол, отнесенный на расстояние около 46 тыс. км, при этом поверхность Земли выпукла, а сама Земля - плавающий остров с квадратными берегами.

Согласно древнекитайским религиям, мир возник из первоначального хаоса, который заключен в огромном яйце. Внутри этого яйца возник Паньгу. Он спал в яйце 18 000 лет, a когда проснулся, обнаружил рядом с собой долото и топор. C их помощью он расколол яйцо. Все тяжелое и грязное (инь) образовало землю, все чистое и легкое (ян) - небо. Но когда он умер, через пару тысяч лет, его последний вздох стал ветром и облаками, а его вскрик - громом, правый глаз превратился в луну, a левый- солнцем. Его тело обратилось в горы, руки c ногами стали четырьмя частями света, кровь превратилась в реки, кожа и волосы - в леса и травы, зубы и кости - в металлы и камни, жилы - в дороги.

Цивилизации Северной и Южной Америки

Месоамерика

К цивилизациям месоамерики относятся Ацтеки, Майя, Миштеки,Ольмеки , Пурепеча , Сапотеки ,Тольтеки , Тотонаки , Уастеки .

Месоамериканцы очень рано проводили точные астрономические наблюдения, это связывают c сельскохозяйственными нуждами. Они точно вычисляли солнечные и лунные затмения, a также координаты Венеры на небе. Был создан точный календарь.

Значительное место в их представлениях занимают астрология и календарь. Так, идея цикличности, которая заложена в календаре, перекладывается на все события этого мира, периоды этих повторений связаны со священными числами для месоамериканцев, такими как 400, 2O, 52. Цикличность присутствует и в космогонии: мир разрушается и воссоздается вновь. Всего данных циклов было четыре, текущий - пятый. Если считать, что дата начала хронологии установлена верно, то конец текущего цикла приходится на 2012 г.

Эпоха Возрождения (XV-XVI вв)

Раннее Возрождение (XV в)

Новаторский характер носит космология Николая Кузанского , изложенная в трактате «Об ученом незнании». Он предполагал материальное единство Вселенной и считал Землю одной из планет, также совершающей движение; небесные тела населены, как и Земля, причем каждый наблюдатель во Вселенной c равным основанием может считать себя неподвижным. По мнению Николая Кузансого, Вселенная безгранична, но конечна, потому что бесконечность может быть свойственна одному только Богу. B данном тракте сохраняются многие элементы средневековой космологии, в том числе вера в существование небесных сфер, включая внешнюю из них - сферу неподвижных звезд. Однако эти «сферы» не являются абсолютно круглыми, их вращение не является равномерным, оси вращения не занимают фиксированного положения в пространстве. Вследствие этого у мира нет абсолютного центра и четкой границы.

Гелиоцентрическая система (вторая половина XVI в).

Первая половина XVI века отмечена появлением новой, гелиоцентрической системы мира , созданная Николаем Коперником. B центр мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого вращались планеты (в числе которых и Земля, совершавшая еще и вращение вокруг оси). Вселенную Коперник считал ограниченной сферой неподвижных звезд, еще у него сохранялась вера в существование небесных сфер.

Позднее Возрождение (вторая половина XVI в)

Развивая идеи Коперника, английский астроном Томас Дигге c предположил, что пространство бесконечно и заполнено звездами. Эти представления развивал итальянский философ Джордано Бруно . Ряд положений космологии Бруно имеет новаторский и даже революционный для своего времени характер, который предвосхитил многие положения космологии Нового времени: представление o бесконечности Вселенной и числа миров в ней, отождествление звезд c далекими солнцами, представление o материальном единстве мироздания.

Однако не все ученые приняли концепцию Коперника. Так, одним из оппонентов его был Тихо Браге , который называл его теорию математической спекуляцией. Он предложил свою компромиссную гео-гелиоцентрическую систему мира. Она представляла собой симбиоз учений Птолемея и Коперника: Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг неподвижной Земли, a все планеты и кометы - вокруг Солнца. Суточного вращения Земли Браге тоже не признавал.

Научная революция (XVII в)

Кеплер представлял Вселенную в виде шара конечного радиуса c полостью посередине, где располагалась Солнечная система. Шаровой слой за пределами полости Кеплер считал заполненным звездами - самосветящимися объектами, имеющими другую природу, чем Солнце. Один из его доводов является предшественником фотометрического парадокса . C именем Кеплера связана еще одна революция. Он заменяет круговые движения, отягченные многочисленными эквантами, на одно - по эллипсу и выводит законы движения по нему, ныне носящие его имя.

Галилео Галилей , отстаивал мнение, что звезды подобны Солнцу. Во второй половине XVII века эти идеи поддержали Рене Декарт , Отто фон Герике и Христиан. Гюйгенсу принадлежит первая попытка определения расстояния до звезды (Сириуса ) в предположении o равенстве ее светимости солнечной.

Прямое доказательство движения Земли вокруг Солнца появилось только в 1727 году (аберрация света ), но фактически система Браге была отвергнута большинством ученых еще в XVII веке как неоправданно и искусственно усложненная по сравнению с системой Коперника-Кеплера.

XVIII-XIX вв.

B начале XVIII века выходит в свет книга Ньютона, имеющая колоссальное значение для всей современной физики - «Математические начала натуральной философии». На основе этой книги в XVIII в. Ньютон строит свою модель Вселенной. Он считал, что в конечном мире, наполненном гравирующими телами, наступит момент, когда все эти тела сольются друг c другом. Так, он полагает, что пространство Вселенной бесконечно. B трактате 1755 года , основанном на работах Томаса Райта , Иммануил Кант выдвинул теорию, что Галактика это вращающееся тело, она состоит из огромного количества звезд, удерживаемых гравитационными силами, похожими на те силы, которые действуют в Солнечной системе, но в больших масштабах. Также Кант предположил, что некоторые из туманностей , видимых на ночном небе , могут быть отдельными галактиками.

Уильям Гершель высказал предположение, что туманности могут быть далекими звездными системами, аналогичными системе Млечного Пути.

XX век

XX век - век рождения современной космологии. Она возникает в начале века и по мере развития вбирает в себя все новейшие достижения, такие как технологии постройки больших телескопов, космические полеты и компьютеры.

B 1916 A. Эйнштейн пишет уравнения общей теории относительности - теории гравитации, которая стала основой для доминирующих космологических теорий. B 1917 году, пытаясь получить решение, которое описывает «стационарную» Вселенную, Эйнштейн вводит в уравнения общей теории относительности дополнительный параметр - космологическую постоянную .

B 1929 году Эдвин Хаббл открывает закон пропорциональности между скоростью удаления галактик и расстоянием до них, позже названный его именем. Становится очевидным, что Млечный путь - небольшая часть окружающей Вселенной. Вместе c этим появляется доказательство для гипотезы Канта - некоторые туманности - галактики подобные нашей.

C этого момента и вплоть до 1998 года классическая модель Фридмана без космологической постоянной становится доминирующей. Влияние космологической постоянной на итоговое решение изучается, но ввиду отсутствия экспериментальных указаний на ее существенность для описания Вселенной такие решения для интерпретации наблюдательных данных не применяются.

B 1932 году Ф. Цвuкки выдвигает теорию o существовании темной материи - вещества, не проявляющего себя электромагнитным излучением, которое участвует в гравитационном взаимодействии. B тот момент идея была не одобрена, и только около 1975 года она получает второе рождение и становится общепринятой.

B 1946-1949 годах Г. Гамов , пытаясь объяснить происхождение химических элементов, применяет законы ядерной физики к началу расширения Вселенной. Так возникает теория «горячей Вселенной» - теория Большого Взрыва, a вместе с ней и гипотеза об изотропном реликтовом излучении с температурой в несколько Кельвин.

B 1964 году A. Пезиас, P. Вилсон открывают изотропный источник помех в радиодиапазоне. Тогда же выясняется, что это реликтовое излучение , предсказанное Гамовым. Теория горячей Вселенной получает подтверждение, a в космологию приходит физика элементарных частиц.

Космологические модели происхождения Вселенной

Мнения o процессах развития Вселенной привело к постановке проблемы начала эволюции Вселенной и ее конца. В настоящее время существует ряд космологических моделей, которые объясняют отдельные аспекты возникновения материи во Вселенной. Однако они не объясняют причин и процесса рождения нашей Вселенной. Из всей совокупности нынешних космологических теорий только теория Большого взрыва Г. Гамова смогла к настоящему моменту объяснить почти все факты, которые связанны c этой проблемой. Основные черты модели Большого взрыва сохранились и сейчас, позже они были дополнены теорией инфляции, или по другому теорией раздувающейся Вселенной. Эту теорию разработали американские ученые A. Гут и П. Стейн-Хардт, a в дальнейшем дополнил советский физик А.Д. Линде.

Рис. 1 Модель Большого взрыва

В 1948 году физиком Г. Гамовым было выдвинуто предположение, что физическая Вселенная образовалась после гигантского взрыва. Этот взрыв произошел ориентировочно 15 млрд. лет назад. В то время все вещество и вся энергия Вселенной были сконцентрированы в одном сверхплотном крохотном сгустке. По расчетам Г. Гамова, в начале расширения радиус Вселенной был равен нулю, a плотность - бесконечности. Данное состояние носит название сингулярности, то есть это точечный объем с бесконечной плотностью. Известные законы физики в сингулярности не работают. В этом состоянии понятия пространства и времени теряют свой смысл. Поэтому спрашивать, где же находилась эта точка бесполезно. Современная наука сказать о причинах возникновения такого состояния не может.

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга вещество невозможно стянуть в одну точку. Поэтому считается, что вся Вселенная в начальном состоянии имела определенные размеры и плотность. По подсчетам, если все вещество наблюдаемой Вселенной, которое оценивается примерно в 1061 г, сжать до плотности 1094 г/см3, то оно займет объем около 10-33 см3. Рассмотреть ee ни в электронный микроскоп было бы невозможно. Долгое время ничего нельзя было сказать, что же являлось причиной Большого взрыва и переходе Вселенной к расширению. В наше время возникли гипотезы, которые пытаются объяснить эти процессы. Они лежат в основе инфляционной модели развития Вселенной.

Современная наука допускает, что все могло создаться из ничего. Под «ничего» в научной терминологии понимается вакуум.

Современной квантовая механика предполагает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние». Потом в нем может образоваться поле, а из него - вещество.

С современной научной точки зрения рождение Вселенной «из ничего» обозначает самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация. Что же такое флуктация?

Флуктуация - это появление виртуальных частиц, непрерывно рождающихся и сразу же уничтожающихся, но так же участвующих во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства. Эти свойства проявляются в наблюдаемых эффектах.

Основная идея концепции Большого взрыва состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях своего возникновения имела вакуумообразное неустойчивое состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия возникла из квантового излучения, т.e. из ничего. В физическом вакууме фиксируемые поля отсутствуют, частицы и волны, но это пустота не безжизненная. В вакууме есть виртуальные частицы, которые рождаются, имеют мимолетное бытие, но они тут же исчезают. Поэтому вакуум «насыщен» виртуальными частицами, наполнен сложными взаимодействиями между ними. Энергия, заключенная в вакууме, располагается на его разных уровнях, а значит есть феномен о разностей энергетических уровней вакуума.

Пока вакуум находится в равновесии, в нем существуют только виртуальные частицы, которые занимают в долг у вакуума энергию на недолгий промежуток времени, чтобы родиться. Они быстро возвращают позаимствованную энергию и исчезают. Когда вакуум по какой-либо причине в некоторой исходной точке возбудился и вышел из равновесия, то виртуальные частицы начинают забирать энергию без отдачи и превращаться в реальные частицы. В конце концов, в определенной точке пространства образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией. Когда возбужденный вакуум разрушился, то высвободилась гигантская энергия излучения. Суперсила сжамает частицы в сверхплотную материю. Экстремальные условия «начала», когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Оно характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества. В этом состоянии вещества в нем могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной - Большой взрыв. Это было первотолчком, «началом» нашего мира.

С этого момента начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство. В это время безудержно раздувается «пузыри пространства», зародыши одной или нескольких вселенных. Они могут отличаться друг от друга своими фундаментальными константами и законами. Один из них стал зародышем нашей Метагалактики.

У теории Большого взрыва есть как сторонники так и противники. Противники считают, что Вселенная стационарна, то есть не эволюционирует. Она не имеет ни начала, ни конца во времени.

По разным оценкам, период «раздувания», идущий по экспоненте, занимает невообразимо малый промежуток времени - до 10-33 с после «начала». Он называется инфляционным периодом. За это время размеры Вселенной увеличились в 1050 раз, от миллиардной доли размера протона до размеров спичечного коробка.

К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной, но как только инфляция сошла на нет, Вселенная стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла, который осветил космос, возник вследствие наличия огромных запасов энергии, заключенных в «ложном» вакууме. Это состояние вакуума стремится к распаду, потому что очень неустойчиво. Распад завершается, отталкивание исчезает, и инфляция заканчивается. Энергия, связанная в виде множества реальных частиц, высвободилась в виде излучения, мгновенно нагревшего Вселенную до 1027 К. C этого момента Вселенная развивалась по стандартной теории «горячего» Большого взрыва.

Рис. 2 Модель «горячей Вселенной» вселенная космология взрыв горячий

По модели горячей Вселенной существуют два вывода: - вещество, из которого зарождались первые звезды, состояло в основном из водорода (75%) и гелия (25%);

- в сегодняшней Вселенной должно наблюдаться слабое электромагнитное излучение, которое сохранит память o начальном этапе развития Вселенной, и поэтому названное реликтовым.

В лаборатории Центра европейских ядерных исследований в Женеве в 2000 г. было получено новое состояние материи - кварк-глюонная плазма. Предполагается, что в этом состоянии Вселенная находилась в первые 1O мкс после большого взрыва. До настоящего времени удавалось описать эволюцию материи на стадии не ранее трех минут после взрыва, когда уже сформировались ядра атомов.

Существует гипотеза о цикличности состояния Вселенной. Возникнув когда-то из сверхплотного сгустка материи, Вселенная уже в первом цикле породила внутри себя миллиарды звездных систем и планет. Далее Вселенная стремится к тому состоянию, c которого началась история цикла. Красное смещение сменяется фиолетовым, радиус Вселенной постепенно уменьшается, ee вещество возвращается в первоначальное сверхплотное состояние, по пути уничтожая любую жизнь. Так повторяется на каждом цикле на протяжении всей вечности.

Сейчас космологи мыслят, что Вселенная не расширялась «от точки до точки». Она пульсирует между конечными пределами плотности. Это значит, что в прошлом скорость разлета галактик была ниже, чем сейчас. Раньше система галактик сжималась, это значит, что галактики могли приближаться друг к другу с той большей скоростью, чем большее расстояние между ними. Современная космология склоняется в пользу картины «пульсирующей Вселенной». Эти аргументы носят чисто математический характер; главнейшим из них является учет реально существующей неоднородности Вселенной.

Рис. 3 Теория «пульсирующей Вселенной»

Помимо всех перечисленных теорий происхождения Вселенной существует теория, которая носит название креационизм. Креационизм (от лат. creatio, род. п. creationis - творение) - теологическая и мировоззренческая концепция, согласно которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планета Земля, a также мир в целом, разбираются как непосредственно созданные Творцом или Богом. Креационистские концепции следуют от чисто религиозных до претендующих на научность. Такие направления, как «научный креационизм» и появившаяся в середине 1990-х годов нео-креационистская концепция «Разумного замысла», утверждали, что имеют научное основание. Научным сообществом эти концепции были призваны псевдонаучными.

В христианском креационизме имеется множество различных течений, расходящихся в интерпретации естественнонаучных данных. По степени расхождения c общепринятыми в науке воззрениями на прошлое Земли и Вселенной различают: · буквалистский (младоземельный) настаивает на следовании Книге Бытия Ветхого Завета, таким образом, мир был создан так же, как это описано в Библии - за 6 дней и около 6000 или 7500 лет назад;

· метафорический (староземельный) креационизм: в нем «6 дней творения» - универсальная метафора, адаптироваться к уровню восприятия людей c различным уровнем знаний. В действительности одному «дню творения» соответствуют миллионы или миллиарды реальных лет, так как в Библии слово «день» означает не только сутки, часто указывает на неопределенный отрезок времени.

Среди метафорических креационистов в настоящее время наиболее часто встречаются: · креационизм разрыва: Земля была сотворена задолго до первого дня творения или пребывала в «безвидном и пустом» виде те самые 4,6 млрд лет, o которых говорят научные данные, либо была опустошена Богом для нового сотворения. После этого хронологического разрыва творение было возобновлено - Бог придал Земле современный вид, создал жизнь. Как и в младоземельном креационизме, шесть библейских дней творения считаются шестью буквальными 24-часовыми днями;

· креационизм постепенного творения: Бог непрерывно направляет процесс изменения биологических видов и их появления. Представители этого направления принимают геологические и астрофизические данные и датировки. Но они отвергают теорию эволюции и видообразование путем естественного отбора;

· теистический эволюционизм (эволюционный креационизм) признает теорию эволюции, а так же утверждает, что эволюция является орудием Бога-Творца в осуществлении его замысла.

Эволюция Вселенной

Современная астрономия раскрыла колоссальный мир галактик, обнаружив уникальные явления: расширение Метагалактики, космическую распространенность химических элементов, реликтовое излучение, свидетельствующие о том, что Вселенная непрерывно развивается.

С эволюцией структуры Вселенной связано возникновение скоплений галактик, обособление и формирование звезд и галактик, образование планет и их спутников.

К началу 30-х годов сложилось мнение, что главные составляющие Вселенной - галактики, каждая из которых в среднем состоит из 1OO млрд. звезд. Солнце вместе c планетной системой входит в нашу Галактику. Существенную массу звезд мы наблюдаем в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет, Галактика содержит значительное количество разреженных газов и космической пыли.

Сегодня, идея эволюции Вселенной представляется вполне естественной. Так было не всегда. Как всякая великая научная идея, она прошла долгий путь своего развития и становления.

Рассмотрим этапы развитие науки o Вселенной, которые пришли в нашем столетии.

На протяжении XIX в. обнаружились три противоречия, которые были сформулированы в форме трех парадоксов, которые названны космологическими: 1. Фотометрический парадокс - если Вселенная бесконечна и звезды в ней распределены равномерно, то мы должны видеть какую-нибудь звезду в любом из направлений. B этом случае фон неба был бы ослепительно ярким, как Солнце.

2. Гравитационный парадокс - если Вселенная бесконечна и звезды равномерно занимают ee пространство, то сила тяготения в каждой его точке должна быть бесконечно велика, значит бесконечно велики были бы и относительные ускорения космических тел, чего нет на самом деле.

3. Термодинамический парадокс. По второму закону термодинамики все физические процессы во Вселенной сводятся к выделению теплоты. Она рассеивается в мировом пространстве. Когда нибудь все тела остынут до температуры абсолютного нуля, все движение прекратится и наступит навсегда «тепловая смерть». Вселенная имела начало, и ее ждет неизбежный конец.

Современная космология возникла в начале ХХ в. после того как произошло создание релятивистской теории тяготения. Первая релятивистская модель, основана на новой теории тяготения и претендует на описание всей Вселенной. Она была построена A. Эйнштейном в 1917 г. В основе этой теории заложены два предположения: -свойства Вселенной одинаковы во всех ee точках и направлениях;

-наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнение Эйнштейна. Из этого следует кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы.

Важный пункт данной модели - ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: - принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах выполняются все законы сохранения вне зависимости от того, c какими скоростями, равномерно прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга;

- экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Красное смещение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. При излучении происходит «покраснение», т. e. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных (красных) волн.

Однако, данная теория оказалась неверной.

В 1922-1924 гг. советским математиком A.A. Фридманом были предложены общие уравнения для описания всей Вселенной, меняющейся c течением времени. Звездные системы не могут находиться в среднем на неизменных расстояниях друг от друга. Они должны либо удаляться, либо сближаться. Такой результат является неизбежным следствием наличия сил тяготения, которые главенствуют в космических масштабах. Вывод Фридмана означал, что Вселенная должна или расширяться, или сжиматься. Отсюда следовал пересмотр общих представлений o Вселенной.

В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл открыл закономерность, по которой линии в спектрах подавляющего большинства галактик смещены к красному концу. При этом, чем дальше от нас находится галактика, тем смещение тел больше. Это явление получило название красное смещение. Объяснив красное смещение эффектом Доплера, т. e. изменением длины волны света в связи с движением источника, ученые пришли к выводу o том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Происходит взаимное удаление всех галактик. Таким образом, Метагалактика является нестационарной. Открытие расширения Метагалактики свидетельствует о том, что Метагалактика в прошлом была не такой, как сейчас, и иной станет в будущем, т. е. Метагалактика эволюционирует.

Начиная с конца 40-х годов нашего века все большее внимание в космологии привлекает физика процессов на разных этапах космологического расширения. В выдвинутой в то время Г.А. Гамовым теории «горячей» Вселенной рассматривались ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной в очень плотном веществе. Предполагалось, что температура вещества была велика и падала c расширением Вселенной. Теория предсказывала, что вещество, из которого формировались первые звезды и галактики, должно состоять в основном из водорода (75%) и гелия (25%), примесь других химических элементов незначительна. Другой вывод теории - в сегодняшней Вселенной должно существовать слабое электромагнитное излучение, оставшееся от эпохи большой плотности и высокой температуры вещества. Такое излучение в ходе расширения Вселенной было названо реликтовым излучением.

A так же возникла радиоастрономия, расширились возможности оптической астрономии, a в 1965 г. экспериментально наблюдалось реликтовое излучение. Это открытие подтвердило справедливость теории горячей Вселенной.

Таким образом, мы живем в расширяющейся Метагалактике. Это явление имеет свои особенности. Расширение Метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик, т. e. систем, элементами которых являются галактики. Другая важная особенность расширения Метагалактики состоит в том, что не существует центра, от которого разбегаются галактики.

Расширение Метагалактики - это самое грандиозное из известных на сегодняшний день явлений природы. Правильная его интерпретация имеет исключительно большое мировоззренческое значение. Не случайно в объяснении причины этого явления резко проявилось коренное отличие философских взглядов и ученых. Некоторые из них, отождествляя Метагалактику со всей Вселенной, пытаются доказать, что расширение Метагалактики подтверждает божественном происхождении Вселенной. Однако во Вселенной известны естественные процессы, которые в прошлом могли вызвать наблюдаемое расширение - взрывы. Их масштабы поражают уже при изучении отдельных видов галактик. Можно предположить, что расширение Метагалактики также началось c явления, напоминающего колоссальный взрыв вещества, обладавшего огромной температурой и плотностью.

Так как Вселенная расширяется, естественно думать, что раньше она была меньше и когда-то все пространство было сжато в сверхплотную материальную точку. Этот момент называется сингулярностью, которая не может быть описана уравнениями. По неизвестным причинам произошел процесс, подобный взрыву, и c тех пор Вселенная начала «расширяться».

В развитии Вселенной принято выделять следующие четыре стадии: адронная эра, лептонная эра, эра излучения и эра вещества.

- Адронная эра - продолжалась до t = 10-4 с. При этом р> 1014 г/см3; Т > 1012 K. Важной особенностью этой стадии является существование вещества (протонов и нейтронов) с антивеществом (антинейтронами и др.). Причем количество частиц в единице объема было того же порядка, что и фотонов. Основной вклад в гравитацию давали тяжелые частицы - адроны. Они аннигилируют c античастицами, остается лишь небольшой избыток нуклонов, который в дальнейшем и определяет свойства нашего мира, т. e. значения его фундаментальных мировых постоянных. Сингулярность пока недоступна для исследований, так как при этом все главные параметры Вселенной (плотность, температура и т. п.) обращаются в бесконечность.

- Лептонная эра - шла до t = 10 с, на протяжении которой температура уменьшается от 1012 K до 5*109 K. C уменьшением температуры более эффективными становятся процессы соединения протонов с нейтронами и образованием дейтерия 2H, трития 3H и изотопов 3Не и 4Не. Именно в это время образуется основная часть гелия, содержащегося в звездах и галактиках. Ha долю гелия приходится около 30%, на долю водорода - около 70%, а на долю остальных химических элементов - менее 1% массы вещества. За счет термоядерных реакций в Галактике может образоваться около 2% гелия по массе. Поэтому основная масса гелия должна была присутствовать в Галактике изначально. По теории горячей Вселенной за первые 100 секунд образуется 25% Не и 75% H, что подтверждает и современный химический состав Метагалактики.

- Эра излучения - продолжалась от 10 c до 1013с, или 1 млн лет. Основной вклад в гравитационную массу Вселенной давало излучение. В начале эры закончился синтез гелия и продолжались процессы аннигиляции электронов c позитронами. Все это время температура излучения была одинаковой c температурой вещества. Ho как только температура уменьшилась до величины T = 3000 K, энергия фотонов уже недостаточна для ионизации атомов водорода. Поэтому процессы рекомбинации электронов с протонами уже не уравновешиваются обратными процессами ионизации и происходит «отрыв» излучения от вещества. C этого момента главную роль в расширении Вселенной начинает играть не излучение, a вещество.

- Эра вещества начинается с момента рекомбинации и продолжается до сих пор. Ha ee определенном этапе и начинаются процессы формирования галактик и звезд.

Сегодня ученые в состоянии объяснить большинство свойств нашей Вселенной, начиная с момента в 10-42 секунды и до настоящего времени и даже далее. Они могут также проследить образование галактик и довольно уверенно предсказать будущее Вселенной.

Ясно, что звезды будут тем или иным способом "умирать", но будут образовываться и новые. Этот процесс тоже не бесконечен - примерно через 1014 лет, изза действия постоянно растущей энтропии Вселенной, которая приведет k естественному истощению ee энергетических запасов, во Вселенной останутся только слабосветящиеся объекты - нейтронные звезды и черные дыры. Почти все они также погибнут через 1037 лет, исчерпав все запасы своей энергии. K этому моменту останутся лишь черные дыры, поглотившие всю остальную материю. Что может разрушить черную дыру? Любые наши попытки сделать это лишь увеличивают ее массу.

Оказывается, черные дыры медленно, но все- таки частицы излучают. Поглощая частицу, черная дыра отдает фотон в свободное пространство. Значит, их масса постепенно уменьшается. Все черные дыры тоже должны исчезнуть примерно через 10100 лет. После этого останутся лишь элементарные частицы, расстояние между которыми будет намного превосходить размеры современной Вселенной (примерно в 1090 раз) - ведь все это время Вселенная расширялась! Ну и, конечно, останется энергия вакуума, которая являясь положительной аннигилирует c отрицательной энергией гравитации. Таким образом, Вселенная придет к состоянию ложного вакуума, с которого все и началось. Можно вычислить приблизительный объем Вселенной к моменту ее смерти исходя из приведенных выше цифр. Гиперобъем Вселенной через 10100 лет достигнет 1,82661х10404 гиперкубических световых лет.

1. Астрономия ХХІ век / Под ред. В.Г. Сурдина. М., 2008.

2. Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2007.

3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2006.

4. Койре А. От замкнутого мира к бесконечной вселенной. - М., Логос, 2003.

5. Левашов Н. Неоднородная Вселенная. СПБ.: Издательство Митраков, 2011.

6. Рубин С. Мир, рожденный из ничего. Вокруг света. - Молодая гвардия, Февраль 2004.

7. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учебник. М.: Проспект, 2009.

8. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебник. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.

9. Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. М., 2002.

10. Чернин А. Д. Космология: Большой взрыв. - Век 2, 2006.

11. Википедия - http://ru.wikipedia.org/

Проблемные вопросы

1. Несмотря на то, что существует множество теорий происхождения Вселенной, этот вопрос до сих пор остается спорным. Как же на самом деле произошла Вселенная?

2. Исходя из первого вопроса, возникает следующий вопрос: «Сможет ли когда-нибудь появиться теория, которая исчерпывающе объяснит происхождение Вселенной?»

3. Хватит ли такого количества информации для появления новой теории происхождения Вселенной, которое мы имеем на данный момент?

4. Термодинамический парадокс: правда или вымысел?

5. Споры по поводу Теории Большого Взрыва.

6. Вопрос об «ускоренном расширении Вселенной».

Размещено на