Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Января 2013 в 21:22, реферат
Реальная природа куда сложнее и многообразнее. Переход от одних масштабов к другим, если этот переход достаточно велик, сопровождается и коренными качественными изменениями. Микромир оказался совсем не похожим на то, что изучают астрономы. Что же касается Мегамира, несмотря на естественную ограниченность наших размеров и знаний, есть все основания утверждать, что с переходом к космическим масштабам нам нередко приходится встречаться с чем-то принципиально новым, неведомым в земной человеческой практике.
Таким образом, первичное вещество Вселенной содержало избыток свободных протонов, из которых впоследствии образовались атомы водорода. Без водорода бы не светило солнце, не было бы воды, не могла бы возникнуть и жизнь.
При температуре 4000 К наступает период рекомбинации, когда свободные протоны присоединяют электроны и превращаются в нейтральные атомы водорода. Несколько раньше образовался нейтральный гелий. Из водорода и гелия образовались первые звезды.
Таким образом, атомы существовали не всегда: они являются реликтами физических процессов, происходивших в глубинах Вселенной до образования звезд и галактик.
Эра звезд. На начальных стадиях существования Вселенной космическое пространство практически не содержало элементов среднего и тяжелого веса. Такие элементы – это «зола» ядерных «костров», пылавших в недрах звезд. Ведь ядра звезд – это термоядерные реакторы, в которых горючим служит в основном ядра водорода (протоны). Огромная температура внутри ядра звезды заставляет протоны интенсивно двигаться, и, преодолевая электростатическое отталкивание. Соударяться друг с другом. Когда протоны при соударении сближаются до радиуса сильного ядерного взаимодействия, становится возможным их слияние (синтез). Ядро, состоящее из двух протонов, неустойчиво. Но если один из протонов (в результате слабого взаимодействия) превратится в нейтрон, то образуется устойчивое ядро дейтерия. При этом высвобождается энергия, которая поддерживает высокую температуру в недрах звезды. Последующие реакции синтеза приводят к превращению дейтерия в гелий.
В ходе следующих один за другим процессов синтеза сначала образуется углерод, а затем все более сложные и тяжелые ядра. По мере исчерпания запасов ядерного горючего звезды ее внутренняя структура будет представлена слоями различных химических элементов, каждый из которых отражает различные стадии ядерного синтеза. Так на протяжении своей жизни звезда постепенно превращается в хранилище тяжелых химических элементов.
На заключительном этапе эволюции такие звезды сбрасывают свои внешние слои в окружающее пространство, обогащая межзвездную среду тяжелыми элементами. А межзвездная среда является источником и строительным материалом новых звезд, планет и т.д.
Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Ранее упоминалось, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества.
Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегание галактик и расширения Вселенной носит необратимый характер. Это выражается условием r/rk p 1, (где r - плотность вещества во Вселенной, rk - критическая плотность вещества). Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселенной». Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие r/rk f 1, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно большой плотностью). Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещений линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на фиолетовое смещение. Такой вариант модели назван «закрытой Вселенной». В случае, когда силы гравитации точно равны кинетическим силам, то есть когда r/rk = 1, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.
Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантах реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остается за наблюдательной астрономией, которая должна оценить современную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока надежные оценки этих величин отсутствуют. На основании современных данных создается впечатление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к критическому значению, она либо немного больше, либо немного меньше. Но от этого «немного» зависит будущее Вселенной, правда, весьма отдаленное. Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что оно не меньше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющийся Вселенной считают 15 млрд. лет.