Эволюция Вселенной

Содержание
		стр.
	Введение	3
1	Модель Фридмана	5
2	Строение Вселенной  –космологические модели Вселенной	7
3	Современные модели развития Вселенной	12
3.1	Теории эволюции Вселенной	12
3.2	Большой взрыв	12
4.	Этапы эволюции Вселенной	15
4.1	Расширение Вселенной	15
4.2	Формирование  космических тел	17
4.3	Рождение звезды	18
4.4	Острова Вселенной: галактики	23
	Заключение	28
	Список использованной литературы	30

 

Введение

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Теория происхождения Вселенной - теория (от научной до философско-религиозной), дающая описание и объяснение начальных процессов возникновения Вселенной, а также жизни, планеты Земля и человечества. Теории сотворения (возникновения) мира могут быть оформлены в виде научных гипотез, философских размышлений, религиозных убеждений, фольклора.

Все концепции возникновения  вселенной условно можно разделить  на две группы:

 Первая группа. Концепции возникновения вселенной без участия осознающего фактора (Творца, «Вселенского разума» и т. д.) — в основном, научные — не признающие одухотворённость творения и понятие Творца и опирающиеся на другие допущения.

Вторая группа. Концепции сотворения мира — в основном, религиозные — признающие Творца в качестве первопричины.

Это выражается, прежде всего, в достаточно серьезных противоречиях  в терминологии и языковых оппозициях таких как: сотворение — возникновение, творец — природа и т. д. Во всем остальном многие виды мировоззрения зачастую пересекаются и дублируют друг друга.

За истекшее столетие наука о Вселенной добралась до самых верхних этажей структурной организации материи - галактик, их скоплений и сверхскоплений. Современная космология активно взялась за проблему происхождения (формирования) этих космических образований.

Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый  древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще.

В нынешнее время  интерес к изучению проблем космоса и загадкам Вселенной не только не теряется, но даже возрастает. Человек смотрит уже немного глубже.

Для поиска ответа на многочисленные и непростые вопросы, связанных с происхождением и эволюцией Вселенной, была отведена специальная ниша в астрономии – космология.

Современная космология – это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественнонаучных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной. Теоретико-методологический фундамент космологии составляют современные физические теории, а также философские принципы и представления.

Итак, цель данной работы – рассмотреть, варианты развития Вселенной; какие модели Вселенной разработаны в современной космологии; отразить этапы космической эволюции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Модель Фридмана

Модель Фридмана — одна из космологических моделей, удовлетворяющих полевым уравнениям общей теории относительности, первая из нестационарных моделей Вселенной. Модель Фридмана описывает однородную изотропную Вселенную с веществом, обладающую положительной, нулевой или отрицательной постоянной кривизной.

В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: вещество, составляющее планеты, звезды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему мировому пространству, тем самым допуская, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех направлениях имеет одинаковые свойства. Мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замкнуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем такой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе возможно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном и том же направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна - такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Пять лет  спустя, в 1922 г., советский физик Александр  Фридман на основании строгих  расчетов показал, что Вселенная  Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизменной, как это  считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого пространства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вычислениях. Но, ознакомившись с ними, он публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной.

Из расчетов Фридмана вытекали три возможных  следствия. Во-первых, Вселенная и  ее пространство расширяются с течением времени. Во-вторых,Вселенная сжимается и наконец, в-третьих, во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

Доказательства  в пользу модели расширяющейся Вселенной  были получены и в 1926 г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как следствие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселенной получил подтверждение и в космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Строение Вселенной - космологические модели Вселенной

В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Классическая  ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты:

•Вселенная  – это всесуществующая, «мир в  целом». Космология познает мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.

•Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов.

•Пространство и время метрически бесконечны.

•Пространство и время однородны и изотропны.

•Вселенная  стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

Современные космологические  модели Вселенной основываются на общей  теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами.

Современная релятивистская космология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А. Эйнштейном в общей  теории относительности. Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной.

Первая модель была разработана самим А. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической моделью Вселенной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Модель Эйнштейна носит стационарный характер, поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени. Время существования Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.

Вселенная в  космологической модели А. Эйнштейна  стационарна, бесконечна во времени  и безгранична в пространстве.

 Эта модель  казалась в то время вполне  удовлетворительной, поскольку она согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А. Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблеме решительно изменился.

В том же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер предложил  другую модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае «пустой» Вселенной, свободной от материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставало быть стационарным: возникла некоторого рода космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга и растворить всю систему. Тенденция к расширению, по В. де Сеттеру, становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

В 1922 г. российский математик и геофизик А. А. Фридман  отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и дал принятое в настоящее время решение космологической проблемы.

Решение уравнений  А. А. Фридмана допускает три возможности. Если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна  некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния. Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и так же неограниченно расширяется. И, наконец, если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния. По современным данным, средняя плотность материи во Вселенной меньше критической, так что более вероятной считается модель Лобачевского, т.е. пространственно бесконечная расширяющаяся Вселенная. Не исключено, что некоторые виды материи, которые имею большое значение для величины средней плотности, пока остаются неучтенными. В связи с этим делать окончательные выводы о конечности или бесконечности Вселенной пока преждевременно.

Расширение  Вселенной считается научно установленным  фактом. Первым к поискам данных о движении спиральных галактик обратился  В. де Сеттер. Обнаружение эффекта Доплера, свидетельствовавшего об удалении галактик, дало толчок дальнейшим теоретическим исследованиям и новым улучшенным измерениям расстояний и скоростей спиральных туманностей.

В 1929 году американский астроном Э.Хаббл опубликовал статью "Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей", в которой пришел к выводу: "Далекие галактики уходят от нас со скоростью, пропорциональной удаленности от нас. Чем дальше галактика, тем больше ее скорость" (коэффициент пропорциональности получил название постоянной Хаббла).

Этот вывод  Хаббл получил на основе эмпирического  установления определенного физического  эффекта - красного смещения, т.е. увеличения длин волн линий в спектре источника (смещения линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров, обусловленного эффектом Допплера, в спектрах галактик.

Открытие Хабблом  эффекта красного смещения, разбегания галактик лежит в основе концепции  расширяющейся Вселенной.

В соответствии с современными космологическими концепциями, Вселенная расширяется, но центр расширения отсутствует: из любой точки Вселенной картина расширения будет представляться той же самой, а именно, все галактики будут иметь красное смещение, пропорциональные расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается.

Если на воздушном  шарике нарисовать галактики и начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причем тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что  нарисованные на шарике галактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звездные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем из-за сил гравитации.

Американский  физик Г. Гамов в 1946 году заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной".

В этой модели основное внимание переносится на состояние  вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда  состояние было необычным.

С построением  моделей "горячей Вселенной" в космологии наряду с законами тяготения активно применяются законы термодинамики, данные ядерной физики и физики элементарных частиц. Возникает релятивистская астрофизика.

Модель горячей  Вселенной получила эмпирическое подтверждение  в 1965 году в открытии реликтового излучения американскими учеными Пензиасом и Уилсоном.