ВСЕЛЕ́ННАЯ
В книжной версии
Том 6. Москва, 2006, стр. 41
Скопировать библиографическую ссылку:
ВСЕЛЕ́ННАЯ, весь наблюдаемый материальный мир, включающий в себя все космич. системы со всем их веществом и энергией, со всеми происходящими в них явлениями, а также его теоретически допускаемое продолжение. В., исследуемая астрономич. средствами, – это лишь часть материального мира, доступная изучению на данном этапе развития науки; иногда эту часть В. называют Метагалактикой. Знания, полученные при изучении Метагалактики, экстраполируются на ещё не охваченные наблюдениями и исследованиями области мира, вначале обычно лишь предполагаемые. В. содержит разнообразные типы объектов, различающихся размерами и массой, – от элементарных частиц, атомов и молекул до планет, звёзд, галактик, скоплений галактик и заполняющего пространство между ними дисперсного вещества (газа, пыли), а также физич. поля. Кроме известных видов материи во Вселенной, весьма вероятно, присутствуют вещества и поля неизв. физич. природы, проявляющие себя путём гравитационного взаимодействия с наблюдаемыми объектами. Раздел физики и астрономии, занимающийся изучением В. как целого, называется космологией . В. – наиболее широкое обобщающее понятие, систематизирующее астрономич. сведения об окружающем мире.
Источник
Естествознание.ру
Вселенная
Появление эффективных инструментов измерения и исследования космоса позволило постепенно приблизиться к ответам на самые глобальные вопросы. Как устроен весь мир? Когда появилась Вселенная? По каким законам она существует и развивается? Изучая законы Вселенной, чужие галактики, звезды и планетные системы, мы изучаем себя. Мы начинаем понимать, как родилась Солнечная система и каково ее будущее, как устроена наша планета и какова ее ближайшая судьба.
Каждая светящаяся точка галактики — звезда. Многие звезды имеют свою систему планет. Все объекты Вселенной взаимодействуют по законам Ньютона и Эйнштейна: спутники вращаются вокруг своих планет, планеты — вокруг звезд, а звезды галактик — вокруг галактических центров.
Кратко о Вселенной
- Описание: астрономическая модель мира, в котором существуют наша планета, звезда, галактика, а также все остальные планеты, звезды и галактики вместе взятые.
- Возраст: примерно 14 млрд лет.
- Размер: бесконечна (по одной из научных теорий).
Структура и объекты Вселенной
Если бы существовала возможность улететь на сверхмощном космическом корабле на достаточное расстояние от нашей Вселенной, что же мы увидели бы в иллюминаторах, оглядываясь назад? Масштабные сгустки космического газа, яркие точки на черном фоне, а также скопления этих точек, где-то редкие, где-то частые, сливающиеся в единое свечение. Разберемся, как ученые представляют себе нашу Вселенную.
Космический наблюдатель и его выводы
В 2009 г. на орбиту Земли был выведен астрономический спутник-обсерватория «Планк» с грандиозной миссией — изучить ни много ни мало строение Вселенной. В 2013 г. ученые озвучили выводы, сделанные на основе наблюдений «Планка». Эти данные очень необычны. В общей структуре массы и энергии Вселенной все звезды и планеты составляют лишь ничтожные 0,4%, еще 3,6% приходится на галактический газ и пыль. Почти полностью, на 95%, Вселенная состоит из того, что называют темной энергией и темной материей.
Такова структура всей Вселенной, как ее видят ученые-физики и астрономы из НАСА. Каждая точка — это отдельная галактика. Цветом показана яркость галактик — от голубого и синего (самые яркие) до алого и бордового (самые тусклые).
Темная энергия
Основой Вселенной является темная энергия, на нее приходится примерно 68,2% массы и энергии всего сущего. Темная энергия никак не связана с темной материей, просто ученые не очень удачно подобрали названия для этих двух субстанций. Темная энергия — это энергия, заполняющая все пространство Вселенной. Она возникла во время Большого взрыва.
Темная материя
Почему космос черного цвета? Ученые говорят, что это благодаря темной (или же черной) материи. Ею заполнено примерно 26,8% Вселенной. А черная она потому, что не испускает ни светового, ни электромагнитного излучения. Она не видна ни в одном из известных нам диапазонов. На фоне темной материи светятся космические туманности.
Созидатель и разрушитель
В чем отличие темной энергии от темной материи? Темная материя обволакивает галактики, скрепляя их своей массой. Темная энергия же постоянно и неуклонно провоцирует расширение Вселенной, то есть ее разрушение. Предполагается, что через многие триллионы лет темная энергия разорвет не только всю темную материю, но и галактики, звезды и даже планеты.
Изучение Вселенной Альбертом Эйнштейном
Величайший физик-теоретик современной науки Альберт Эйнштейн (1879-1955) известен как автор общей теории относительности, которая описывает законы существования Вселенной. Альберт Эйнштейн доказал, что гравитация возникает при деформации пространства и времени массой тела. Если представить себе пространство и время в виде плоской поверхности, то массивные тела типа Земли или Солнца образуют в них «лунки».
Изучение Вселенной Исааком Ньютоном
Исаак Ньютон (1642—1727) — великий английский физик, математик, механик и астроном. Автор закона всемирного тяготения, в котором математическими формулами описал принцип взаимодействия тел. Согласно общеизвестной легенде, закон тяготения Ньютон открыл, наблюдая падение яблока.
Галактики
Одна из точек Вселенной — галактика. Изображенная ниже галактика принадлежит к спиралевидному типу, имеются также эллиптические, неправильные и линзовидные галактики. Такова структура всей Вселенной. Каждая точка — это отдельная галактика. Цветом показана яркость галактик: от голубого и синего (самые яркие) до алого и бордового (самые тусклые).
Галактики объединяются в группы галактик, такие группы образуют скопления и сверхскопления. Последние выстраиваются в нити и цепочки.
Развитие Вселенной
- Космическое событие, согласно общепринятой теории, положившее начало всей материи и времени,— Большой взрыв. С момента этого события прошло примерно 14 млрд лет.
- Через 300 млн лет после Большого взрыва начали формироваться первые звезды, а после миллиарда лет сформировались галактики.
- Через 100 млрд млрд лет соседние галактики разойдутся на такие расстояния, что перестанут быть видимы.
- Через 100 триллионов млрд лет погаснет большая часть звезд, и во Вселенной будут преобладать черные дыры.
- Процесс образования звезд окончательно прекратится через триллион триллионов лет. Вся энергия Большого взрыва исчерпается, и во Вселенной наступит полная темнота.
Скорости и расстояния во Вселенной
Земная система измерения космических расстояний для масштабов Вселенной подходит плохо. Чтобы описать расстояния в космосе в километрах, придется оперировать числами со многими нулями: миллионами, миллиардами, триллионами (соответственно 1 000 000, 1 000 000 000 и 1 000 000 000 000). Это очень неудобно. Поэтому ученые разработали систему астрономических величин. Познакомимся с ними.
Сколько километров проходит свет за год?
Световой год (св. г.) — расстояние, проходимое светом за один земной год. Скорость света составляет немыслимую цифру 299 792 458 м/с, или 1 079 252 849 км/ч. За год свет проходит гигантское расстояние — 9 460 730 472 580 км (примерно 63 200 а. е.). Можно подсчитать, что максимальный радиус области гравитационного влияния Солнца (1) составляет примерно 2 св. г., или 125 000 а. е.
Максимальная единица измерения длины
Самая большая единица космического расстояния — парсек (пк). 1 пк = 206 265 а. е. — 3,26 св. г. К примеру, расстояние от Солнца (2) до ближайшей звезды нашей галактики, Проксима Центавра (3), составляет 1.3 пк, или 4,2 св. г., или 265 000 а. е. Звезда Солнце располагается от центра своей галактики на расстоянии приблизительно 26 000 св. лет, или около 7200 пк (4).
Несколько примеров космических расстояний
Ближайшая к нам галактика — Андромеда — находится на расстоянии 2,5 млн св. лет, или около 770 000 пк (5). Диаметр диска нашей галактики составляет 100 000 св. лет, или около 30 000 пк (6). Диаметр диска галактики Андромеда составляет 260 000 св. лет, или примерно 80 000 пк (7).
Астрономическая единица (а. е.) — это базовая единица измерения расстояний в астрономии, приблизительно равная средней дистанции от Земли до Солнца. 1 а. е. равна в точности 149 597 870 700 м, но чаще всего ее величину округляют до 149,6 млн км (8).
Быстрее пули
Живя своей обычной жизнью, мы даже не представляем, с какими поистине космическими скоростями мы передвигаемся через пространство Вселенной. Планета Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 29,78 км/с. Много это или мало? Один километр в секунду — это 3600 км/ч, то есть скорость Земли составляет 107 208 км/ч. Для сравнения: начальная скорость пули автомата Калашникова составляет 715 м/с, что равно 2574 км/ч. То есть Земля и все, что на ней расположено, включая читателя этих строк, несется вокруг звезды примерно в 40 раз быстрее пули!
Куда мы летим?
Солнечная система находится в движении относительно центра нашей галактики. Скорость составляет около 40 а. е. в год, или 200 км/с. Наша галактика также не стоит на месте, а сближается с галактикой Андромеды со скоростью 100-150 км/с. Местная группа галактик, включая Млечный Путь, движется к скоплению Девы (ближайшая к нам группа галактик) со скоростью 400 км/с.
Источник
§ 30. Расширяющаяся Вселенная
1. Опишите пространственное распределение галактик во Вселенной.
Галактики образуют группы, скопления и большие системы галактик. Из 40 ближайших галактик наиболее массивная — Местная группа галактик. В эту группу входят наша Галактика и туманность Андромеды. Они образуют систему галактик, размер которых достигает нескольких сотен килопарсек.
Системы галактик могут объединять до тысячи галактик, а их размеры достигают нескольких мегапарсек. Ближайшее такое крупное объединение находится в направлении созвездия Девы на расстоянии около 20 Мпк., имеет размер примерно в 5 Мпк.
Комплексы скоплений галактик содержат десятки скоплений и имеют размеры 30-60 Мпк. Такие комплексы называют сверхскоплениями галактик. Наша Местная группа галактик входит в скопление в созвездии Девы разером 60 Мпк, которое объединяет около 2000 галактик. Всего известно около 50 сверхскоплений.
2. Как объясняется красное смещение и о чём оно свидетельствует?
Красное смещение в спектрах галактик свидетельствует о постоянном расширении Вселенной, «разлёту» скоплений галактик.
3. В чём состоит сущность теории расширяющейся Вселенной?
Сущность теории состоит в том, что Вселенная не может быть стационарна — она должна либо расширяться, либо сжиматься. Расширение Вселенной обнаружил Э. Хаббл, когда зафиксировал разбегание галактик.
4. К каким выводам о стационарности Вселенной пришёл А. А. Фридман?
Из расчётов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и её пространство расширяются с течением времени; Вселенная через определённое время начнёт сжиматься; во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.
5. Что такое критическая плотность Вселенной? В какой взаимосвязи критическая плотность находится с расширением или сжатием Вселенной?
Существует значение критической плотности $ρ_<кр>$ Вселенной, определяемое по формуле:
где $G$ — гравитационная постоянная, $Н$ — постоянная Хаббла. Расчёты по данной формуле дают, что $ρ_ <кр>= 10-26\, кг/м^3.$
Критическая плотность — это максимальная плотность вещества Вселенной, которой она якобы может достичь. При достижении максимальной плотности (критической) Вселенная должна перестать расширяться и начать сжиматься. Если плотность меньше критической, то Вселенная продолжит расширяться. По последним оценкам, плотность Вселенной близка к критической (либо немного меньше, либо больше).
6. Опишите модель горячей Вселенной.
Согласно модели, которую выдвинули Ж. Леметр и Г. А. Гамов, на ранних стадиях развития Вселенная имела очень высокую плотность вещества и высокую температуру. Эта гипотеза получила название Большого взрыва.
Суть теории заключается в том, что вселенная возникла в результате взрыва: материя с очень высокой плотностью и огромной энергией начала своё расширение. Такое состояние материи получило название сингулярность — точечный объём с бесконечной плотностью. По мере расширение температура будущей Вселенной постепенно снижалась, что способствовало образованию звёзд и галактик. Хотя процесс образования Вселенной нельзя рассматривать как расширение в окружающее пространство, т.к. его вовсе не было. Вселенная — это всё существующее.
7. Что понимается под закрытой и открытой моделями Вселенной?
Существуют две теоретические модели будущего Вселенной — закрытая и открытая.
Закрытая. Вселенная может быть закрытой системой, которая испытывает множество эволюционных циклов. После цикла расширения Вселенная начнёт процесс сжатия, пока не вернётся в первоначальное состояние — сингулярное — затем снова будет взрыв. Длительность полного цикла составляет 100 млрд лет. Начиная каждый новый цикл, Вселенная теряет «память» и может «родиться» с совершенно новым набором физических констант.
Открытая. Эта модель рассматривает варианты «тепловой смерти» Вселенной. Звёзды в системе постепенно будут остывать и через $10^14$ лет многие их них пропадут, что приведёт к отрыву планет от своих звёзд. Планеты покинут галактики. Сами галактики прекратят своё существование, превратившись в чёрные дыры.
Источник