Сценарии происхождения Вселенной
Научные представления о происхождении и эволюции Вселенной. Модель и теория расширяющейся Вселенной. Появление Вселенной из очень небольшого объёма, меньшего, чем любая точка в результате Большого Взрыва. Исследование космоса с помощью спутника СОВЕ.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | доклад |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2014 |
| Размер файла | 22,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Сценарии происхождения вселенной
Человек с давних пор интересовался устройством Вселенной. Звезды притягивали к себе наших предков, заставляли смотреть на них с удивлением и трепетом. Физика добилась больших успехов в изучении макроскопических и микроскопических свойств природы, однако понимание и объяснение свойств Вселенной в целом происходило не так уверенно. Извечные вопросы, которые всегда волновали человечество, во многом не разрешены и до сих пор. Как возникли звезды, планеты, вся Вселенная? Как развивалась эта Вселенная в прошлом, куда движется в настоящем и что ждет её в будущем? На некоторые вопросы мы можем ответить уже сейчас, другие ждут своего ответа. Но каждый шаг вперёд ставит также и новые вопросы, раздвигая области неведомого. Сколько вещества во Вселенной? Существуют ли во Вселенной другие виды материи? Неизвестна природа странных объектов, излучающих фантастическое количество энергии из дальнего Космоса. И так далее…
Тем не менее к настоящему времени сложились определенные научные представления о происхождении и эволюции Вселенной.
Вселенная возникла примерно 20 млрд. лет тому назад из некоего плотного и горячего протовещества. Сегодня можно только предполагать, каким было это прародительское вещество Вселенной, как оно образовалось, каким законам подчинялось, и что за процессы привели его к расширению. Существует точка зрения, что с самого начала протовещество с гигантской скоростью начало расширяться. На начальной стадии это плотное вещество разлеталось, разбегалось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновениях частиц. Остывая и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы.
До самого начала двадцатого, в то время возникла та знаменитая теория относительности, которая принадлежит Альберту Эйнштейну, в тогдашнем научном мире общепринятой являлась теория бескрайней в пространстве и во временном исчислении, статичной и однородной Вселенной. Про это положение делал выводы выдающейся ученых все времен Ньютон Исаак даты жизни и смерти соответственно 1642-1726, развил же данную теорию возникновения вселенной легендарный философ и мыслитель Эммануил Кант даты жизненного отрезка 1724-1804, который выдвигал предположения, что сама вселенная не имеет начала во времени. Все процессы происхождения Кант основывал на тогдашних законах механики, которые, не так задолго до его появления на свет, были изложены Исааком Ньютоном. Эммануил Кант утверждал о своих выводах, которые наложили сильных отпечаток на все области науки, такие как биология, где было сказанная что вселенная по сути бесконечна во всех отношениях и имеет невообразимое множество для появления нескончаемого количества случайностей и в результате их взаимодействия такое нескончаемое количество вероятностей исходов различных событий, результат которых состоит в возможности возникновение абсолютно всякого биологического продукта. На основе данное философское учение, хорошо проявила себя в качестве основы для теории дарвинизма, речь о которой пойдет чуть позже. Наблюдения ученых восемнадцатых и двадцатых веков за передвижением небесных тел отчасти подтверждали космологическую гипотезу появления Вселенной Эммануила Канта, и она, как логичное следствие, из гипотезы переросла в полноценную теорию, а уже ближе к окончания девятнадцатого являлась недосягаемым авторитетом. Теорию Эммануила Канта не мог опровергнуть даже так называемый парадокс тёмного ночного неба, ибо в теории Канта вселенная со своим множеством звезд, должна была представлять бескрайнюю яркость свечения, но все же небо ночью оставалось темным. Нельзя считать удовлетворительным объяснение поглощения части звёздного света облаками пыли, находящимися между звёздами, так как по законам термодинамики всякое небесное тело по прошествии некоторого временного отрезка начинало отдавать ровно столько энергии и света, сколько оно получало, но эиа информация стала известна лишь в далеком 1960 году.
Модель и теория расширяющейся Вселенной
В 1915 и 1916 годах Альберт Эйнштейн обнародовал уравнение общей теории относительности, отметим что в настоящее время, данная теория является наиболее хорошее изученной и рассмотренной со всех возможных сторон, следует заметить, что к настоящему времени это наиболее полно и тщательно проверенная и подтверждённая теория. По данные математические заключения Альберта Эйнштейна утверждалось, что наша Вселенная не статично, а находится в постоянной динамике, то расширяясь, то постепенно сужаясь. Единственно известное подобное физическое проявление, которое обладает схожими динамическими проявления есть взрыв. Именно поэтому мировое ученое сообщество дали имя теории Эйнштейна «горячий Большой взрыв» или «Большой взрыв».
Однако если всеми видимая Вселенная есть следствие теории Большого взрыва, значит что у данного взрыва должно быть и начало. Поначалу Альберт Эйнштейн полностью опровергал такой вывод, а в 1917 году внес гипотезу о том что существует так называемая «сила отталкивания», что призвана прекращать динамику Вселенной и сохранять её в неподвижном состоянии бесконечно долгое время. американским астроном Эдвином Хабблом годы существования 1889 по1953, в 1929 году было доказано, что звёзды и их скопления, именуемые галактиками постоянно удаляются друг от друга. Данное разбегание звездных скоплений было предсказано в первоначальной формулировке общей теории относительности. В свете таких данных, Эйнштейн просто был вынужден отказался от своей силы отталкивания и признать то, что у Вселенной все же имеется своя точка отсчета, точка начала. Еще один интересный факт, об Эйнштейне, который полагал, что Вселенная, вполне обладает творческой силой и разумом, но никак не может является личностью. Вселенная имеет конец. В теории расширяющейся Вселенной учеными было подсчитано необходимое время, которое прошло с момента, когда она (Вселенная) начала свой существование. Данный временной отрезок составляет около нескольких миллиардов земных лет, о точном возрасте никто говорить не может, у разных экспертов разные цифры, максимум это двадцать два миллиарда земных лет. Данный отрезок времени существования Вселенной носит название — Время Хаббла.
Итак, астрономы, биологи, астрофизики полагают, что, в отличие от старой теории бесконечности Вселенной, в настоящей модели возраст Вселенной, который составляет двадцать два миллиарда земных лет — это совсем ничтожный срок, чтобы атомы имели возможность случайным образом трансформироваться в живую материю. Здесь необходимо вмешательство Инженера, его просто можно именовать как Космический Разум, Абсолютное Начало, Бог, все это не изменяет сущности утверждения — что для появления самой вселенной, а также для появления жизни разумной, необходимо вмешательство некой творческой силы. Данный вывод оказался настолько нежданным, что не весь учёный мир с полной готовностью принял его. Сразу как бы в ответ, было выдвинуто пара иных, отличающихся от теории Эйнштейна о Большом взрыве, моделей возникновения Вселенной, вот несколько основных из них — это: модель плазменной Вселенной Ганса, также теория и модель Альвена о пульсирующей Вселенной и Вселенная стационарного состояния Фреда Хойла и Томаса Голда. Но не будем углубляться в данные, скажу лишь, что по истечению времени была полностью доказана беспочвенность, в частности после того, как в девяностых годах были предоставлены результаты экспериментов и исследований.
Согласно данной теории, нынешней материи и энергии предшествовало состояние нескончаемых или близких к нескончаемым значениям давления, плотности и температуры. Другими словами, наша Вселенная появилась из очень небольшого объёма, гораздо меньшего, чем какая-нибудь точка, которую мы ставим по окончании написания предложения.
Ученые, в частности физики так глубоко и детально проработали теорию Большого взрыва, что сегодня могут дать пояснения процессам, которые происходили во Вселенной с временного отрезка, когда ей было 10 в минус сорок третьей степени секунды.
Так теория предсказывает, о том, что нашу современную Вселенную обязано пронизывать, именуемое реликтовым, излучение, которое обладает с температурой лишь около 5 градусов больше абсолютного нуля, это пять градусов по шкале Кельвина или точнее минус 268 градусов по шкале Цельсия. Данный факт предсказал наш советский учёный Гамов и его коллеги еще в 1948 году, а только к 1964 году американцам удалось создать устройство достаточной точности и предать измерению указанное реликтовое излучение, лишь только на длине радиоволн, но этобыло вызвано наличием атмосферных помех.
вселенная происхождение взрыв космос
В результате исследований космоса с помощью упомянутого выше спутника СОВЕ в 1990 г. на разных длинах волн была измерена температура фонового излучения в условиях открытого космоса, она оказалась равной 2,735 гр. К и постоянной во всех направлениях, что подтвердило выводы Гамова.
К наши дни сделано уже восемь крупных открытий, которые подтверждают теорию Большого взрыва как начала возникновения Вселенной. И это еще не все, знаменитые британские астрофизики Стивен Хокинг, Эллис и Пенроуз дали расширение уравнениям общей теории относительности Альберта Эйнштейна, включив в них время и пространство. Решение вышеуказанных уравнений наглядно показывает нам, что время и пространство должны были возникнуть все в том же Большом взрыве, что дал старт существованию всей материи и энергии. Иными словами, само понятие время должно иметь свое начало, да но тогда первопричиной появления Вселенной должна быть какая-то сущность, которая не имеет никакой зависимости от пространства и времени и которая существовала до их возникновения.
Этот вывод имеет огромное значение для понимания того, Кто есть Бог. Бог трансцендентен: Он вне измерений Вселенной и не является самой Вселенной (согласно монизму), а также, что Он не обитает во Вселенной (согласно пантеизму). Бог есть Творец, ибо дал Вселенной существование, сотворил её, она следствие Его действий. Но обо всех вышеуказанных выводах науки ещё более 3 тысяч лет назад говорила Библия.
Вселенная развивается и в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная продолжает расширяться. 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 безгранична и неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них. В наше время 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 воплощаются в реальность. С древних времен люди мечтали разгадать тайны Галактик, раскиданных по беспредельным просторам Вселенной. Приходится только удивляться, как быстро современная наука выдвигает различные гипотезы и тут же их опровергает. Но все же астрономия не топчется на месте: постоянно рождаются на свет все новые способы наблюдения, преобразовываются 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 звездам.
Список использованных интернет-ресурсов
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%81%D0%B5%D0%BB%D0% B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F.
2. http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/.
3. http://www.ateismy.net/content/spravochnik/science/genesis_space.html.
Источник
Происхождение Вселенной: 7 различных теорий
Как появилась Вселенная, которую мы знаем? И как мы объясним ее происхождение? Несомненно, все остальные свидетельства и данные, собранные за эти годы космологами, указывают на то, что все это могло начаться с «большого взрыва». Но что, если есть еще?
В 1927 году бельгийский астроном Жорж Леметр стал первым, кто предложил теорию расширяющейся Вселенной (позже подтвержденную Эдвином Хабблом). Он предположил, что расширяющаяся Вселенная может быть прослежена до особой точки, которую он назвал «первичным атомом», назад во времени. Это заложило основу современной теории Большого Взрыва.
Что такое теория большого взрыва?
Теория Большого взрыва — это объяснение, основанное в основном на математических моделях, того, как и когда возникла Вселенная.
Космологическая модель Вселенной, описанная в теории Большого взрыва, объясняет, как она первоначально расширилась из состояния бесконечной плотности и температуры, известного как изначальная (или гравитационная) сингулярность. За этим расширением последовала космическая инфляция и резкое падение температуры. Во время этой фазы Вселенная раздувалась с гораздо большей скоростью, чем скорость света (в 10 26 раз).
Впоследствии Вселенная была разогрета до такой степени, что элементарные частицы (кварки, лептоны и так далее) до постепенного понижения температуры (и плотности) привели к образованию первых протонов и нейтронов.
Через несколько минут после расширения протоны и нейтроны объединяются, образуя первичные ядра водорода и гелия-4. Предполагаемый радиус наблюдаемой Вселенной в течение этой фазы составлял 300 световых лет. Первые звезды и галактики появились примерно через 400 миллионов лет после этого события.
Важнейшим элементом модели Большого Взрыва является космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение (Реликтовое излучение), представляющий собой электромагнитное излучение, оставшееся со времен зарождения Вселенной. Реликтовое излучение остается самым убедительным доказательством большого взрыва.
Хотя теория остается широко признанной во всем научном спектре, несколько альтернативных объяснений — таких, как стационарная Вселенная и вечная инфляция, приобрели привлекательность с годами.
7. Теория вечной инфляции
Понятие инфляции было введено космологом Аланом Гутом в 1979 году, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская, чего не хватало в первоначальной теории Большого взрыва.
Хотя идея Гута об инфляции объясняет плоскую Вселенную, она создала сценарий, который не позволяет Вселенной избежать этой инфляции. Если бы это было так, не произошло бы повторного нагрева Вселенной, равно как и образования звезд и галактик.
Эта конкретная проблема была решена Андреасом Альбрехтом и Полем Штайнхардтом в их «новой инфляции». Они утверждали, что быстрое расширение Вселенной произошло всего за несколько секунд, прежде чем прекратиться. Он продемонстрировал, как Вселенная может быстро раздуваться и при этом нагреваться.
Концепция «вечной инфляции», или теория хаотической инфляции, была введена Андреем Линде, профессором Стэнфордского университета. Он был основан на предыдущих работах Штейнхардта и Александра Виленкина.
Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом. Другими словами, космическая инфляция продолжается в одних частях Вселенной и прекращается в других. Это приводит к сценарию мультивселенной, в котором пространство разбивается на пузыри. Это как вселенная внутри вселенной.
В мультивселенной в разных вселенных могут действовать разные законы природы, физики. Итак, вместо единого расширяющегося космоса наша Вселенная могла бы быть инфляционной мультивселенной с множеством маленьких вселенных с различными свойствами.
Однако Пол Стейнхардт считает, что его теория «новой инфляции» ни к чему не приводит и не предсказывает, и утверждает, что понятие мультивселенной является «фатальным недостатком» и неестественным.
6. Конформная циклическая модель
Роджер Пенроуз, 6 ноября 2005 года
Модель конформной циклической космологии (англ. conformal cyclic cosmology или CCC) предполагает, что Вселенная проходит через повторяющиеся циклы большого взрыва и последующих расширений. Общая идея состоит в том, что «большой взрыв» был не началом Вселенной, а скорее переходной фазой. Его разработал физик-теоретик и математик Роджер Пенроуз.
В качестве основы для своей модели Пенроуз использовал множественные метрические последовательности FLRW (Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера). Он утверждал, что конформная граница одной последовательности FLRW может быть присоединена к границе другой.
Метрика FLRW — это наиболее близкое приближение к природе Вселенной и часть модели Лямбда-CDM. Каждая последовательность начинается с большого взрыва, за которым следует инфляция и последующее расширение.
Циклическая или осциллирующая модель, в которой Вселенная повторяется снова и снова в неопределенном цикле, впервые оказалась в центре внимания в 1930-х годах, когда Альберт Эйнштейн исследовал идею «вечной» Вселенной. Он считал, что по достижении определенной точки Вселенная начинает коллапсировать и заканчивается Большим хрустом перед тем, как пройти через Большой отскок.
Прямо сейчас существует четыре различных варианта циклической модели Вселенной, одна из которых — конформная циклическая космология.
5. Мираж четырехмерной черной дыры
Исследование, проведенное группой исследователей в 2013 году, предположило, что наша Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.
По мнению космологов, участвовавших в исследовании, одно из ограничений теории Большого взрыва — объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.
Хотя большинство ученых согласны с тем, что инфляционная теория дает адекватное объяснение того, как маленький участок с однородной температурой быстро расширится и превратится во Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня, группа сочла это неправдоподобным в силу хаотичной природы Большого взрыва.
Для решения этой проблемы команда предложила модель космоса, в которой наша трехмерная Вселенная является мембраной и плавает внутри четырехмерной «объемной вселенной». Они утверждали, что если в четырехмерной «объемной вселенной» есть четырехмерные звезды, то, скорее всего, они обрушатся в четырехмерные черные дыры. Эти четырехмерные черные дыры будут иметь трехмерный горизонт событий (точно так же, как трехмерные имеют двухмерный горизонт событий), который они назвали «гиперсферой».
Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют 3-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий. Наша Вселенная могла бы быть одной из таких мембран.
Модель «четырехмерной черной дыры» космоса действительно объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна. Она также может дать ценную информацию о том, что именно спровоцировало космическую инфляцию через несколько секунд после ее возникновения. Однако недавнее наблюдение, проведенное спутником Planck ЕКА, выявило небольшие вариации температуры космического микроволнового фона (CMB). Эти спутниковые показания отличаются от предложенной модели примерно на четыре процента.
4. Теория плазменной Вселенной
На наше нынешнее понимание Вселенной в основном влияет гравитация, в частности Общая теория относительности Эйнштейна, с помощью которой космологи объясняют природу Вселенной. По совпадению, как и большинство других вещей, ученые на протяжении многих лет рассматривали альтернативу гравитации.
Космология плазмы (или теория плазменной Вселенной) предполагает, что электромагнитные силы и плазма играют очень важную роль во Вселенной вместо гравитации. Хотя у этого подхода много разных вариантов, основная идея остается той же; каждое астрономическое тело, включая Солнце, звезды и галактики, является результатом какого-либо электрического процесса.
Первая выдающаяся теория плазменной Вселенной была предложена лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альвеном в конце 1960-х годов. Позже к нему присоединился шведский физик-теоретик Оскар Клейн для разработки модели Альфвена – Клейна.
Модель построена на предположении, что Вселенная поддерживает равные количества материи и антивещества (это не так, согласно современной физике элементарных частиц). Границы этих двух областей отмечены космическими электромагнитными полями. Таким образом, взаимодействие между ними приведет к образованию плазмы, которую Альфвен назвал «амбиплазмой».
Согласно теории, такая плазма должна образовывать большие участки вещества и антивещества по всей Вселенной. Кроме того, было высказано предположение, что наше текущее местоположение в космосе должно быть в той части, где материи гораздо больше, чем антивещества, — таким образом решается проблема асимметрии материи и антивещества.
3. Теория медленного замораживания
Десятилетия математического моделирования и исследований привели космологов к обоснованному выводу, что наша Вселенная возникла из одной точки с бесконечной плотностью и температурой, называемой сингулярностью. Последующее расширение Космоса позволило ему остыть, что привело к образованию галактик, звезд и других астрономических объектов.
Однако, как мы знаем, стандартная модель Большого взрыва не осталась незамеченной, и одна из таких сложных теорий была предложена Кристофом Веттерихом, профессором Гейдельбергского университета в Германии.
Веттерих утверждал, что Вселенная, которую мы знаем сегодня, на самом деле могла начаться как холодная и разреженная, пробудившаяся от долгого замораживания. Со временем фундаментальные частицы в ранней Вселенной стали тяжелее, а гравитационная постоянная уменьшилась.
Кроме того, он объяснил, что если массы частиц увеличиваются, излучение из ранней Вселенной может заставить пространство казаться более горячим и удаляться друг от друга, даже если это не так.
Основная идея космической модели Медленного Замораживания Веттериха состоит в том, что у Вселенной нет ни начала, ни будущего. Вместо горячего Большого взрыва теория защищает холодную и медленно эволюционирующую Вселенную. Согласно Веттериху, теория объясняет флуктуации плотности в ранней Вселенной (первичные флуктуации) и то, почему в нашем нынешнем космосе преобладает темная энергия.
2. Индуистская космология
Религия и наука были лучшими врагами, по крайней мере со времен Коперника и Галилея. Возможно, нет места науке, когда мы говорим о религии и наоборот. Однако есть одна религия, космологические верования которой хорошо согласуются с современной моделью Вселенной.
Теории творения в индуистской мифологии широко рассматриваются как одна из самых древних и значимых из всех других религиозных аналогий. На протяжении многих лет выдающиеся физики и космологи, включая Карла Сагана и Нильса Бора, восхищались индуистскими космологическими верованиями за их близкое сходство с временными линиями в стандартной космологической модели Вселенной.
Согласно индуистской мифологии, Вселенная следует бесконечной циклической модели. Это означает, что на смену нашей нынешней Вселенной придет бесконечное количество вселенных. Каждая повторение Вселенной делится на две фазы — «калпа» (или день Брахмы) и «пралая» (ночь Брахмы), и каждая из них длится 4,32 миллиарда лет. Согласно индуистской мифологии, возраст Вселенной (8,64 миллиарда лет) превышает расчетный возраст Солнечной системы.
1. Стационарная Вселенная
Стационарная модель утверждает, что наблюдаемая Вселенная остается неизменной в любом месте и в любое время. Во Вселенной, которая вечно расширяется, материя непрерывно создается, чтобы заполнить пространство.
Согласно модели, галактики и другие крупные астрономические тела рядом с нами должны казаться похожими на те, что находятся далеко. Однако Большой взрыв говорит нам, что далекие галактики должны выглядеть моложе, чем находящиеся в непосредственной близости (при наблюдении с Земли), поскольку свету требуется гораздо больше времени, чтобы добраться до нас.
Идея стационарного состояния была впервые предложена в 1948 году космологами Германом Бонди, Фредом Хойлом и Томасом Голдом. Она исходила из совершенного космологического принципа, который сам по себе утверждает, что Вселенная, где бы ты ни смотрел, одинакова, и она всегда будет одинаковой.
Теория стационарных состояний получила широкую популярность в начале и середине XX века. Однако к 1960-м годам она была в основном отвергнута научным сообществом в пользу Большого взрыва после открытия космического микроволнового фона.
Источник