Возможные сценарии будущего вселенной

Сценарии будущего Вселенной

Ознакомление с различными научными теориями дальнейшей эволюции Вселенной и ее составных частей. Описание сценариев Большого разрыва и Большого сжатия. Рассмотрение космологических эпох: эпохи звёзд, эпохи распада, эпохи чёрных дыр, эпохи вечной тьмы.

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 будущего Вселенной

Бумдущее Вселемнной — вопрос, рассматриваемый в рамках физической космологии. Различными научными теориями предсказано множество возможных вариантов будущего, среди которых есть мнения как об уничтожении, так и о бесконечной жизни Вселенной.

После того как теория о создании Вселенной посредством Большого взрыва и её последующем быстром расширении была принята большинством учёных, будущее Вселенной стало вопросом космологии, рассматриваемым с разных точек зрения в зависимости от физических свойств Вселенной: её массы и энергии, средней плотности и скорости расширения.

Сценарии дальнейшей эволюции

вселенная разрыв сжатие эволюция

Вселенная и в наши дни продолжает свою эволюцию, так как эволюционируют её части. Время этой эволюции для каждого типа объектов разнится более, чем на порядок. И когда жизнь объектов одного типа заканчивается, то у других всё только начинается. Это позволяет разбить эволюцию Вселенной на эпохи[1]. Однако конечный вид эволюционной цепи зависит от скорости и ускорения расширения: при равномерной или почти равномерной скорости расширения будут пройдены все этапы эволюции и будут исчерпаны все запасы энергии. Этот вариант развития называется тепловой смертью.

Если скорость будет всё нарастать, то, начиная с определённого момента, сила, расширяющая Вселенную, сначала превысит гравитационные силы, удерживающие галактики в скоплениях. За ними распадутся галактики и звёздные скопления. И, наконец, последними распадутся наиболее тесно связанные звёздные системы. Спустя некоторое время, электромагнитные силы не смогут удерживать от распада планеты и более мелкие объекты. Мир вновь будет существовать в виде отдельных атомов. На следующем этапе распадутся и отдельные атомы. Что последует за этим, точно сказать невозможно: на этом этапе перестаёт работать современная физика.

Вышеописанный сценарий — это сценарий Большого разрыва.

Существует и противоположный сценарий — Большое сжатие. Если расширение Вселенной замедляется, то в будущем оно прекратится и начнётся сжатие. Эволюция и облик Вселенной будут определяться космологическими эпохами до того момента, пока её радиус не станет в пять раз меньше современного. Тогда все скопления во Вселенной образуют единое мегаскопление, однако галактики не потеряют свою индивидуальность: в них всё также будет происходить рождение звёзд, будут вспыхивать сверхновые и, возможно, будет развиваться биологическая жизнь. Всему этому придёт конец, когда Вселенная ужмётся ещё в 20 раз и станет в 100 раз меньше, чем сейчас; в тот момент Вселенная будет представлять собой одну огромную галактику.

Температура реликтового фона достигнет 274 К и на планетах земного типа начнёт таять лёд. Дальнейшее сжатие приведёт к тому, что излучение реликтового фона затмит даже центральное светило планетной системы, выжигая на планетах последние ростки жизни. А вскоре после этого испарятся или будут разорваны на куски сами звёзды и планеты. Состояние Вселенной будет похоже на то, что было в первые моменты её зарождения. Дальнейшие события будут напоминать те, что происходили в начале, но промотанные в обратном порядке: атомы распадаются на атомные ядра и электроны, начинает доминировать излучение, потом начинают распадаться атомные ядра на протоны и нейтроны, затем распадаются и сами протоны и нейтроны на отдельные кварки, происходит великое объединение. В этот момент, как и в момент Большого взрыва, перестают работать известные нам законы физики и дальнейшую судьбу Вселенной предсказать невозможно.

Эпоха звёзд (6 101)

Это время уже без каких-либо источников энергии. Сохранились только остаточные продукты всех процессов, происходящих в прошлых декадах: фотоны с огромной длиной волны, нейтрино, электроны, позитроны и кварки. Температура стремительно приближается к абсолютному нулю. Время от времени позитроны и электроны образуют неустойчивые атомы позитрония, долгосрочная судьба их — полная аннигиляция.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Происхождение Вселенной — гипотезы и модели; космологические теории Большого взрыва и горячей Вселенной. Образование Солнечной системы. Биологическая, экологическая, социально-экономическая и культурно-историческая эволюции; возникновение жизни на Земле.

контрольная работа [35,7 K], добавлен 24.09.2011

Сущность понятия «Вселенная». Изучение истории развития крупномасштабной структуры Вселенной. Модель расширяющейся Вселенной. Теория большого взрыва (модель горячей Вселенной). Причина расширения в рамках ОТО. Теория эволюции крупномасштабных структур.

контрольная работа [19,8 K], добавлен 20.03.2011

История эволюции вселенной и первые мгновения ее жизни. Теория «Большого взрыва», анализ попыток создания математической модели Вселенной. Что такое звезды, галактики и млечный путь. Строение солнечной системы, характеристика ее планет и их спутников.

реферат [1,3 M], добавлен 09.11.2010

История развития представлений о Вселенной. Космологические модели происхождения Вселенной. Гелиоцентрическая система Николая Коперника. Рождение современной космологии. Модели Большого взрыва и «горячей Вселенной». Принцип неопределенности Гейзенберга.

реферат [359,2 K], добавлен 23.12.2014

Главное звено в эволюции Вселенной — жизнь, разум. Самоорганизация пространства-времени в процессе эволюции Вселенной. Случайность в научной картине Вселенной. Философско-мирровоззренческие проблемы космологической эволюции.

реферат [61,9 K], добавлен 24.04.2007

Источник

Будущее вселенной

Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Марта 2012 в 13:37, контрольная работа

Описание работы

Представление о будущем всей Вселенной представляется вполне естественной и даже необходимой сегодня. Однако так было не всегда. Как и всякая великая научная идея, она прошла сложный путь борьбы и становления, пока не восторжествовала в науке. Сегодня эволюция Вселенной является научным фактом, всесторонне обоснованным многочисленными астрофизическими наблюдениями и имеющими под собой прочный теоретический базис всей физики.

Содержание

Введение. 3
Будущее Вселенной. 4
Концепция развития от низшего к высшему. 4
Сценарии будущего человечества: 4
«Открытая» Вселенная. 6
Вселенная с тёмной энергией 7
Энергия вакуума: 8
Новая гравитация: 9
Большой разрыв. 9
Большой хлопок. 10
Альтернативная модель Александра Софьина. 11
Заключение. 15
Список литературы: 16

Работа содержит 1 файл

Ко Р.doc

Концепция развития от низшего к высшему.

Сценарии будущего человечества:

Вселенная с тёмной энергией

Альтернативная модель Александра Софьина.

Введение.

Представление о будущем всей Вселенной представляется вполне естественной и даже необходимой сегодня. Однако так было не всегда. Как и всякая великая научная идея, она прошла сложный путь борьбы и становления, пока не восторжествовала в науке. Сегодня эволюция Вселенной является научным фактом, всесторонне обоснованным многочисленными астрофизическими наблюдениями и имеющими под собой прочный теоретический базис всей физики.

Несмотря на наличие познавательных инструментов, полезных для понимания и управления будущим, природа многих природных и социальных процессов делает задачу прогнозирования будущего сложной и желанной целью многих людей и культур на протяжении столетий. Люди всегда стремились увидеть образы будущего. Поэтому пророки и предсказатели всегда имели огромное общественное значение. С целью прогнозирования будущего возникли эзотерические учения, астрология, хиромантия, суеверия. Развитие большей части физики также легко объяснить как попытку сделать объективные прогнозы о будущих событиях. Фантастика возникла как средство сверхдальнего прогноза с помощью художественного воображения. Понятие будущего также формирует предпосылки для религии. Многие религии предлагают пророчества о жизни после смерти, а также о конце света. Последнее (Конец Света) приводит к конфликту в христианстве между знанием будущего и свободой воли человека — к доктрине предопределения.

Будущее Вселенной.

Вселенная – это космический живой организм. По сценарию предполагается эволюция в соответствии с заложенной программой организма и влиянием на него внешней среды.

Существуют так же другие сценарии.

Так как наша Вселенная расширяется, то в далеком будущем во Вселенной можно ожидать большие изменения. Четко устоявшейся единой теории будущего Вселенной нет. Есть лишь различные гипотезы.

• Большой разрыв. Этот сценарий предполагает разрыв Вселенной на части, из-за её ускорения, и тепловую смерть

• Большое сжатие. Этот сценарий предполагает сжатие Вселенной в сингулярность и гибель всего живого.

Концепция развития от низшего к высшему.

Концепция человеческого будущего тесно связана с развитием от низшего к высшему или понятием прогресса. Количественно измерить прогресс сложно. В индустриальную эру измерением прогресса было бы увеличение уровня энергопотребления. На этом основана шкала цивилизаций Кардашева.

В информационную эру мерилом может быть быстрота микропроцессоров (закон Мура) — подобную классификацию цивилизаций выдвигал Карл Саган.

В соответствии с концепцией Гуманизма — «в центре находится идея человека как высшей ценности по отношению к самому человеку и относительная в ряду других ценностей мира и общества». Однако, в XX веке в первой, второй мировых войнах и других конфликтах пострадало свыше 100 млн человек — больше, чем за всю предыдущую историю человечества. С точки зрения такого подхода, говорить о каком-то прогрессе не имеет смысла.

Несмотря на переход от индустриальной эпохи к информационной, количество потребляемых ресурсов с каждым годом растёт. В связи с этим высказывается мнение, что колонизация космоса неизбежна, но ее необходимость пока очевидна не для всех.

Важнейшим фактором прогресса является человеческий потенциал, когда развитие цивилизации есть развитие феномена сознания, без чего все остальное развитие теряет всякий смысл. Очевидно, за объективную меру прогресса можно выбрать раскрытие возможностей человека.

Сценарии будущего человечества:

Прогнозируемые варианты будущего включают как экологическую катастрофу, так и идеалистическое будущее, в котором беднейшие люди живут в условиях, которые сегодня можно считать богатыми и комфортными, и даже эволюцию человечества в постчеловеческую форму жизни, а также уничтожение всей жизни на Земле в технологической катастрофе.

По оптимистическому сценарию будущего (в научной фантастике) сложился образ будущего, в котором существует межзвездная человеческая цивилизация, иногда включенная в более сложную систему цивилизаций иных разумных рас. В нем создана межпланетная Федерация, исповедующая принципы терпимости и невмешательства. Земная цивилизация осознает свой исторический выбор и встанет на вечный и бесконечный путь развития в свете новой парадигмы мировоззрения.

По библейскому откровению о будущем устанавливается вечная жизнь, которая будет после воскресения мертвых и всеобщего суда Божия. Для верующих, любящих Бога и делающих добро, она будет столь блаженна, что теперь мы сего блаженства и вообразить не можем, а неверующие и беззаконные будут преданы вечной смерти или, иначе сказать, вечному огню, вечному мучению вместе с дьяволом.

«Открытая» Вселенная.

Космологические модели приводят к выводу, что судьба Вселенной зависит только от средней плотности заполняющего ее вещества.

Если она ниже некоторой критической плотности, расширение Вселенной будет продолжаться вечно. Этот вариант называется «открытая Вселенная». Похожий сценарий развития ждет и плоскую Вселенную, когда плотность равна критической. Через многие миллиарды лет прогорит все вещество в звездах, и галактики погрузятся во тьму. Останутся только планеты, белые и коричневые карлики, а столкновения между ними будут крайне редки. Если Земля все еще останется к этому времени, она будет замерзшей скалой в темной расширяющейся Вселенной.

Однако даже в этом случае Земля не вечна. Если верна теория великого объединения взаимодействий, через 1040 лет распадутся составляющие бывшие звезды протоны и нейтроны. Спустя приблизительно 10100 лет испарятся гигантские черные дыры. В нашем мире останутся лишь электроны, нейтрино и фотоны, удаленные друг от друга на огромные расстояния. В известном смысле это будет конец времени.

Если же плотность Вселенной окажется слишком велика, то наш мир замкнут, а расширение рано или поздно сменится катастрофическим сжатием. Вселенная закончит свою жизнь в гравитационном коллапсе.

Эта величина ничтожна: достаточно, чтобы в кубе со стороной около 50 метров содержался один атом водорода.

Определить постоянную Хаббла с высокой точностью очень непросто. Галактики часто имеют довольно высокие скорости (до тысяч км/с), не связанные с космологическим расширением. По современным данным значение H лежит в интервале 60–80 км/(с∙Мпк).

Определить из наблюдений истинную плотность материи еще сложнее. Плотность наблюдаемого вещества во Вселенной близка к 3∙10–34 кг/м3, то есть меньше критической, поэтому Вселенная должна неограниченно расширяться. Однако, произведенный в последнее время учет скрытой массы и массы физических полей (согласно общей теории относительности) приближает истинную среднюю плотность Вселенной к критическому значению. При этом видимое вещество дает вклад только 5%.

В конце ХХ века по наблюдениям сверхновых на больших расстояниях обнаружено ускорение расширения Вселенной.

Вселенная с тёмной энергией

И всё-таки в мире, по-видимому, всё конечно. Даже сама Вселенная. И учёные дают весьма пасмурные прогнозы насчёт её будущего. Пусть даже и чрезвычайно отдалённого. Всё может закончиться взрывом.

До сих пор существовало две теории «всеобщего конца». Первая сводилась к тому, что Вселенная через какое-то чрезвычайно продолжительное время начнёт сжиматься обратно в «точку», а за этим, вероятно, последует новый Большой Взрыв.

Вторая теория гласила, что расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно — причём под расширением подразумевался вечный разлёт галактик.

Обнаружилось, однако, что во Вселенной властвует некая неизвестная сила, которую учёные условно обозначили как «Тёмная энергия».

Никто толком не знает, и даже не представляет себе, что это такое. Пока это лишь гипотетическое «нечто», но это «нечто» проявляет себя чрезвычайно настойчиво: учёные полагают, что именно «тёмная энергия» является причиной того, что галактики разлетаются с всё увеличивающейся скоростью. А это означает, что силы отталкивания, какова бы ни была их природа, значительно сильнее гравитационного притяжения. Большинство физиков, однако, полагает, что это не навсегда, и что рано или поздно ускорение начнёт уменьшаться, а затем, возможно, и просто исчезнет.

В 90-х годах XX века из исследований группы С. Перлмуттера и группы А. Райса и Б. Шмидта удалённых сверхновых звёзд был сделан вывод, что Вселенная расширяется с ускорением. В современных космологических теориях это явление обычно объясняют тем, что значительную долю полной массы Вселенной составляет так называемая «тёмная энергия» — неизвестный вид энергии с отрицательным давлением.

Диаграмма показывает изменение темпа расширения Вселенной с момента её рождения около 13.7 млрд. лет назад. Чем более пологой выглядит кривая, тем выше скорость расширения. Наклон кривой заметно меняется где-то 5-7 млрд. лет назад — с этого времени разлёт объектов во Вселенной начал происходить нарастающими темпами.

Имеется несколько вариантов объяснения сущности тёмной энергии:

1. пространство равномерно заполнено энергией, плотность которой неизменна. Другими словами: постулируется ненулевая энергия вакуума;

2. тёмная энергия есть либо «квинтэссенция», либо «фантом» (последний также называют квинтэссенцией с возрастающей со временем плотностью энергии) — динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени;

3. нет никакой тёмной энергии. Устройство Вселенной хорошо описывается общей теорией относительности на небольших по космологическим меркам масштабах, для более же крупных требуется её обобщение.

Энергия вакуума:

«Свойства энергии вакуума близки тем свойствам тёмной энергии, которые нам известны. Во-первых, в видимом пространстве Вселенной вакуум одинаков, то есть распределён в пространстве равномерно. Его энергия, как и тёмная энергия, не обладает качеством концентрации, то есть не способна сгущаться и распределена везде одинаково. Вторым аргументом в пользу того, что тёмной энергией могла бы быть энергия вакуума, является то, что она неподвластна времени, то есть изменениям, которые происходили на протяжении эволюции Вселенной. Энергию вакуума изучает физика сверхмалых расстояний и времён, и расширение Вселенной никак на неё не влияет. Так же ведёт себя и тёмная энергия. Стоит заметить, что то, что плотность энергии вакуума не зависит от времени и пространственного расположения — неоспоримый факт. И это важный плюс в пользу этого кандидата на звание «тёмной энергии»».

«Во-первых, его энергетический масштаб должен быть равен 0.001 электронвольт. И в том, что мы вводим новый, удивительно малый масштаб, нет ничего предосудительного. Дело в том, что в природе возможно существование самых разных энергетических масштабов. Во-вторых, новое поле должно быть лёгким, то есть его частицы должны иметь очень маленькую массу. Это объясняется тем, что плотность его энергии не должна меняться слишком быстро вследствие расширения Вселенной. Поскольку, напомню, тёмная энергия не реагирует на процессы, сопровождающие эволюцию Вселенной. И третье, что должно быть свойственно новому полю — оно должно очень слабо взаимодействовать с обычным веществом. Лёгкость поля, его малая масса обеспечивает, при этом, большой радиус действия. — говорит В. Рубаков.

Эти три условия непривлекательны для науки в силу своей «притянутости», но они имеют право на существование. Тем более, эту гипотезу возможно проверить экспериментально: если при более точном измерении темпа расширения Вселенной (сейчас и в далёком прошлом) выяснится, что плотность тёмной энергии со временем всё-таки меняется, это поможет с уверенностью отказаться от гипотезы об энергии вакуума. К тому же, если обнаружится, что тёмная энергия распределена в пространстве неравномерно, это будет доказательством того, что она действительно является энергией нового поля. Трудностью является то, что подтверждение или опровержение этой гипотезы невозможно получить в ходе земных экспериментов, так как это поле слишком слабо взаимодействует с веществом. На роль подобного лёгкого поля подходят «квинтэссенция» и «фантом». «Квинтэссенцией» физики называют такое поле, плотность энергии которого убывает со временем. «Фантомом» принято называть такой тип полей, плотность энергии которых, напротив, со временем растёт».

Новая гравитация:

«Одним из вариантов, — говорит В. Рубаков, — является отказ от ньютоновской постоянной всемирного тяготения как от постоянной величины, для этого нужно принять факт её изменения во времени и пространстве. Наиболее красивые попытки построить подобную теорию, увы, не имели успеха, потому что были опровергнуты экспериментально. При построении альтернативной теории, объясняющей устройство Вселенной, важно учитывать и то, что пространство может иметь не только три измерения, но и больше. Второе, на что стоит обратить внимание, это то, что закон расширения Вселенной может измениться. Новая гравитация, таким образом, действительно является претендентом на роль тёмной энергии. Но не стоит забывать, что все построенные сегодня модели требуют экспериментального подтверждения».

Источник