Модели описывающие будущее вселенной

Модели будущего вселенной

Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом.

В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество, составляющее планеты, звез­ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все эти требования соблю­дены, 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, а поэтому к ней фотометрический и гравита­ционный парадоксы просто неприменимы. 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:

Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен­ной были получены 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. По по­следним измерениям, это увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен­ной получил подтверждение и в космологии утвердилась мо­дель расширяющейся Вселенной.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселен­ной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстоя­ния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.

Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десяти­летия благодаря исследованиям известных отечественных кос­мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, харак­теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми­нали, 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, которую мы уже упоминали.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается условием р/р_к 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), затем произойдет новый взрыв.

Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения 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 р/ р_к = 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 вариантов 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 расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет.

Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.

Источник

Модели будущего вселенной.

Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно

задавались этим вопросом.

В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной

Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество,

составляющее планеты, звез­ды и звездные системы, равномерно рассеяно по

всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду

однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на­правлениях имеет

одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во

Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все эти требования

соблю­дены, 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, а поэтому к ней фотометрический и гравита­ционный парадоксы

просто неприменимы. 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

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:

Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен­ной были получены 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. По по­следним измерениям, это

увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион

парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен­ной

получил подтверждение и в космологии утвердилась мо­дель расширяющейся

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего

пространства замкнутой конечной Вселен­ной. При таком расширении пространства

все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут

расстоя­ния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря.

Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом

считать центром расширения.

Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные

годы и особенно в последние десяти­летия благодаря исследованиям известных

отечественных кос­мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины,

харак­теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные

варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в

мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от

момента начала ее расширения.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми­нали, 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, которую мы

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной

энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания

галактик и расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается

(где р — плотность вещества во Вселен­ной, р_к —

критическая плотность вещества). Этот вариант динамичной модели Вселенной

называют «открытой Вселен­ной».

Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие

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), затем

произойдет новый взрыв.

Для наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного

смещения 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

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 вариантов 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 расширяющейся

Вселенной считают 15 млрд. лет.

Из всех вышеперечисленных и тех доказательств, которые не вошли в мой реферат

из-за своей громоздкости и математическо-физической сложности можно с

уверенностью сделать вывод: Вселенная эволюционирует, бурные процессы

происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в будущем.

Заключение.

Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и

умирают звезды. Вселенная продолжает расширятся.

Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения

которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится

проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира?

Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение — почему оно началось и

будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой»

массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной?

Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы

на эти вопросы пока отсутствуют.

Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать

всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.

Наши дни с полным основанием называют золотым веком астрофизики —

замечательные и чаще всего неожиданные открытия в мире звезд следуют сейчас

одно за другим. Мы живем в эпоху поразительных научных открытий и великих

свершений. Самые невероятные фантазии неожиданно быстро реализуются. С давних

пор люди мечтали разгадать тайны Галактик, разбросанных в беспредельных

просторах Вселенной. Приходится только поражаться, как быстро наука выдвигает

различные гипотезы и тут же их опровергает. Однако астрономия не стоит на

месте: появляются новые способы наблюдения, модернизируются старые. С

изобретением радиотелескопов, например, астрономы могут «заглянуть» на

расстояния, которые еще в 40-x. годах ХХ столетия казались недоступными.

Однако надо себе ясно представить огромную величину этого пути и те

колоссальные трудности, с которыми еще предстоит встретиться на пути к

Изучение Вселенной, даже только известной нам её части является грандиозной

задачей. Чтобы получить те сведения, которыми располагают современные ученые,

понадобились труды множества поколений.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной

имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся

Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся

Вселенная — это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных

скоплений вещества звездных миров и звездных систем.

Список использованной литературы:

Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1991.

Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1990.

В.В. Кесарев. Эволюция вещества во вселенной. М., 1986.

Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная. М., 1993.

Новиков И.Д. Эволюция Вселенной, 1990.

Энциклопедический словарь юного физика. М., 1994.

Источник