Вселеннная, тайна зарождения.. Астрономия вселенная. Вселенная тайна зарождения
 Скачать 62.16 Kb.
|
Аттестационная работа по «Астрономии» за курс 11 класса выполнила Морозова Анастасия Игоревна тема: «Вселенная: тайна зарождения». Орёл-2021 Содержание: Введение 3 Основные теории возникновения Вселенной 4 Большой взрыв: самое начало 8 Эволюция вещества 11 3.1 Адронная эра 12 3.2 Лептонная эра 13 3.3 Фотонная эра или эра излучения 14 3.4 Звёздная эра 16 4. Итоги большого пути нашей Вселенной 17 Заключение 19 Приложение 1: Интересные факты 21 Приложение 2 23 Словарь специальных терминов 24 Список литературы и источников 26 Введение. Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения – оно было для него интересным. Недаром астрономия – самая древняя из наук о природе – и, по сути, почти самая древняя наука вообще. Не потерял интереса к изучению проблем космоса и Современный Человек. Но он смотрит уже немного глубже: ему не просто интересно что есть Вселенная сейчас – он жаждет знаний о том - что было, когда Вселенная рождалась? - рождалась ли она Вообще или она глобально стационарна? - как давно это было и как происходило? Для поиска ответа на все эти Непростые ответы была отведена специальная ниша в астрономии – космология. КОСМОЛОГИЯ (от космос и ...логия), физическое учение о Вселенной как целом, основанное на результатах исследования наиболее общих свойств (однородности, изотропности и расширения) той части Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений. Космология попыталась дать ответы на эти вопросы. Была создана теория Большого Взрыва, а так же теории, описывающие первые мгновения рождения Вселенной, ее появление и структуризацию.. Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной. Поэтому космология, как и любая другая наука живет и бурно развивается, принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет «альтернативных» теорий, но все-таки развивается. Меня, как современного Человека, с детских лет интересует вопрос о возникновении Вселенной. Поэтому я поставила перед собой цель: узнать, как возникла Вселенная. задачи: 1. изучить литературу по возникновению Вселенной; 2. рассмотреть все существующие теории возникновения Вселенной ; 3. более подробно изучить одну из теорий возникновения Вселенной. . Основные теории возникновения Вселенной. Первая из теорий, которая многие столетия занимала умы людей, заключалась в божественном происхождении Вселенной. Креационизм – теория создания мира Творцом. Как следует из названия, креационизм (творение) – это религиозная теория возникновения Вселенной. Это мировоззрение основано на концепции создания Вселенной, планеты и всего сущего (существующего) Богом или Творцом. Идея длительное время являлась доминирующей, вплоть до конца 19 века, когда ускорился процесс накопления знаний в самых разных сферах науки (физика, астрономия, биология), а также широко распространилась эволюционная теория. Чем же отличаются научные и религиозные теории? Главные отличия между теориями различных категорий заключается прежде всего в терминах, которые используют их приверженцы. Так, в научных гипотезах вместо творца – природа, а взамен сотворения – происхождение. Наряду с этим существуют вопросы, которые сходным образом освещены разными теориями или даже полностью продублированы. Теории возникновения Вселенной, относящиеся к противоположным категориям, по-разному датируют само её появление. Например, по данным самой распространённой гипотезы (теории большого взрыва), Вселенная образовалась около 13 млрд. лет назад. В противовес этому, религиозная теория возникновения Вселенной приводит совсем другие цифры: В соответствии с христианскими источниками возраст Вселенной, созданной Богом, на момент рождения Иисуса Христа составлял не более 7000 лет. Индуизм предполагает, что нашему миру ориентировочно 155 трлн.лет. Кстати, многие учёные физики, несмотря на то, что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога. Например, Альберт Энштейн говорил: «Каждый серьёзный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, не выдуманы им же». Вплоть до 20 века большинство учёных придерживались мнения о бесконечности Вселенной. Этим качеством они характеризовали время и пространство. Кроме того, по их мнению, Вселенная обладала статичностью и однородностью. В начале 20 века Альбертом Энштейном была опубликована собственная модель Вселенной. Согласно его теории относительности, во вселенной одновременно происходят два противоположных процесса: расширение и сжатие. Однако, он соглашался с мнением большинства учёных того времени о стационарности Вселенной, поэтому им было введено понятие космической силы отталкивания. Её воздействие призвано уравновешивать притяжение звёзд и прекращать процесс движения всех небесных тел для сохранения статичности Вселенной. Модель Вселенной по Энштейну имеет определённый размер, но границы при этом отсутствуют. Такое сочетание осуществимо только при искривлении пространства, таким образом, как это происходит в сфере. Характеристиками пространства такой модели становятся: трёхмерность замыкание самого себя однородность (отсутствие центра и края), в котором равномерно располагаются галактики. Создатель революционной расширяющейся модели вселенной Александр Александрович Фридман (СССР) построил свою теорию на основании уравнений, характеризующих общую теорию относительности. Правда, общепринятым мнением в научном мире того времени была статичность нашего мира, поэтому на его работы не было обращено должного внимания. Через несколько лет астрономом Эдвином Хабблом было сделано открытие, давшее подтверждение идеям Фридмана. Было обнаружено удаление галактик от находящегося рядом Млечного пути. Вместе с тем, неопровержимым стал факт сохранения пропорциональности скорости их движения расстоянию между ними и нашей галактикой.  Если скорость измерять в км/с, а расстояние до галактики в мегапарсеках (1Мпк=106пк=3*1019км), то коэффициент пропорциональности-постоянная Хаббла – Н=72км/(с*Мпк). Это открытие объясняет постоянное «разбегание» звёзд и галактик по отношению друг к другу, что приводит к выводу о расширении мироздания. В конечном счёте выводы Фридмана были признаны Энштейном, впоследствии он упоминал о заслугах советского учёного как основателя гипотезы о расширении Вселенной. Нельзя сказать, что существуют противоречия между этой теорией и общей теорией относительности, однако, при расширении Вселенной должен был быть изначальный импульс, спровоцировавший разбегание звёзд. По аналогии со взрывом, идея получила название «Большой взрыв».  После открытия закона Хаббла большинство астрономов приняли теорию Большого взрыва — концепцию, согласно которой Вселенная образовалась в прошлом из некоей точки. Однако в 1940-е годы группа астрофизиков под руководством Фреда Хойла предложила альтернативную теорию- «Теорию стационарной Вселенной».Главная идея этой теории заключается в следующем: по мере того как галактики удаляются друг от друга при хаббловском расширении, в увеличивающемся пространстве между ними образуется новая материя. Вновь образованная материя со временем самоорганизуется в галактики, которые, в свою очередь, будут удаляться друг от друга, высвобождая пространство для образования новой материи. Таким образом, наблюдаемое расширение было согласовано с понятием «стационарной» Вселенной, сохраняющей свою общую плотность и не имеющей единственной точки образования (наличие которой предполагает теория Большого взрыва). Вскоре начали появляться доводы против теории. Во-первых, в точных лабораторных экспериментах не удалось воспроизвести образование вещества. Во-вторых, что важнее, новые открытия в космологии — такие как космический микроволновый фон (см. Большой взрыв) — показали, что многие явления во Вселенной можно объяснить исходя из сценария Большого взрыва, но не из теории стационарной Вселенной. Например, когда мощные телескопы смогли заглянуть во Вселенную поглубже и таким образом проникнуть в ее прошлое, стало ясно, что все наиболее удаленные галактики представляют собой молодые, еще не сформировавшиеся системы. Это — как раз то, что и ожидалось от Вселенной, возникшей в результате Большого взрыва, но никак не согласовывалось с картиной стационарности. В конце концов, большинство защитников теории стационарной Вселенной, сраженные этим контраргументом, просто сдались. Существует ещё несколько экзотических теорий возникновения Вселенной. Одна из них – «Теория струн». Эта гипотеза в некоторой степени опровергает «Большой взрыв» в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса. Согласно «теории струн», Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определённый набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным. Отличительной чертой этой теории образования Вселенной, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создаёт все физические элементы космоса. Примером в данной ситуации служит огонь: по виду он кажется материей, однако, он неосязаем. Большой взрыв: самое начало. Началом работы Вселенского ускорителя был Большой Взрыв. Этот термин очень часто применяют сегодня космологи. Наблюдаемый разлет галактик и скопления галактик – следствие Большого взрыва. Однако, Большой Взрыв, который академик Я.Б. Зельдович назвал астрономическим, качественно отличается от каких-либо химических взрывов. У обоих взрывов есть черты сходства: например, в обоих случаях вещество после взрыва охлаждается при расширении, падает и его плотность. Но есть и существенные отличия. Главное из них заключается в том, что химический взрыв обусловлен разностью давлений во взрывающемся веществе и давлением в окружающей среде (воздухе). Эта разность давлений создает силу, которая сообщает ускорение частицам заряда взрывчатого вещества. В астрономическом взрыве подобной разности давлений не существует. В отличие от химического астрономический взрыв не начался из определенного центра (и потом стал распространяться на все большие области пространства), а произошел сразу во всем существовавшем тогда пространстве. Представить себе это очень трудно, тем более, что «все пространство» могло быть в начале взрыва конечным (в случае замкнутого мира) и бесконечным (в случае открытого мира). Пока мало что известно, что происходило в первую секунду после начала расширения, и еще меньше о том, что было до начала расширения. Но, к счастью, это незнание не явилось помехой для очень детальной разработки теории «горячей Вселенной» и сценарий, к рассмотрению которого мы сейчас переходим, основан не на умозрительных рассуждениях, а на строгих расчетах. Итак, в результате Большого взрыва примерно 13 млрд. лет назад начал действовать уникальный ускоритель частиц, в ходе работы которого непрерывно и стремительно сменяли друг друга процессы рождения и гибели (аннигиляции) разнообразных частиц. Как мы увидим в следующих главах, эти процессы во многом определили всю последующую эволюцию Вселенной, нынешний облик нашей Вселенной и создал необходимые предпосылки для возникновения и развития жизни. Итак, мы выяснили, что Вселенная постоянно расширяется; тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом; тогда началась первая и полная драматизма эра в истории вселенной, ее называют “Большим Взрывом” или английским термином Big Bang. Что же такое – расширение Вселенной на более низком, конкретном уровне? Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Итак, кратко изложим все те умозаключения о возможных параметрах Вселенной на стадии Большого Взрыва, к которым мы пришли. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря , энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “Большого Взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. Подробный анализ показывает, что температура вещества Т понижалась во времени в соответствии с простым соотношением : Зависимость температуры Т от времени t дает нам возможность определить, что например, в момент, когда возраст Вселенной исчислялся всего одной десятитысячной секунды, её температура представляла один биллион Кельвинов. Таблица схематически изображает этапы формирования мироздания после «Большого взрыва»
Эволюция вещества. Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц . Согласно соотношению hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота n. Понижение энергии фотонов во времени имело для возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой mo и энергией покоя moc , ему необходимо обладать энергией moc2 или большей. Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы , фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mo. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2*938 МэВ, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 МэВ Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор, пока температура вещества T не упала ниже , указанного значения. На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс частица + античастица Þ 2 гамма-фотона при условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации гамма-фотон Þ частица + античастица мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась, эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную,фотонную и звездную. Адронная эра. Длилась примерно от t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012-1013. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны. Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hn составляла около миллиарда эв (103 МэВ), что соответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени, материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10 -6 до 10-4 секунды. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 МэВ. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды. Лептонная эра. Длилась примерно от t=10-4 до t=101. К концу эры плотность порядка 107 кг/м3 при T=109. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 МэВ до 1 МэВ в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010 K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 МэВ и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море. Фотонная эра или эра излучения. Длилась примерно от t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012-1013. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010 K , а энергия гамма фотонов достигла 1 МэВ, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии. Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию всех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии излучения . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней энергией вещества во Вселенной. Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов падает быстрее, чем плотность энергии частиц Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие. Кончается эра излучения и вместе с этим период “Большого Взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время. “Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны(электроны). Звёздная эра. После “Большого Взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “Большого Взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом. Итоги большого пути нашей Вселенной. Согласно гипотезе «горячей Вселенной» расширение Метагалактики началось от состояния материи, характеризующегося чрезвычайно высокой плотностью и температурой, с «Большого Взрыва». В пользу этой гипотезы свидетельствует · реликтовое излучение; · закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера; · характер распространения химических элементов во Вселенной. На ранних стадиях расширения Метагалактики в ходе реакций, происходивших между «элементарными» частицами, образовались ядра атомов водорода и гелия. Более тяжелые химические элементы появились позже, как продукты ядерных реакций, происходивших в недрах звезд. Эти элементы рассеивались в пространстве (например, в результате взрыва сверхновых), и из них постепенно возникали новые тела: звезды и планеты. Успешное объяснение ряда явлений с помощью модели Большого взрыва привело к тому что, не вызывает сомнения реальность происхождения микроволнового фонового излучения из расширяющегося первичного огненного шара в тот момент, когда вещество Вселенной стало прозрачным. Возможно, однако, что это слишком простое объяснение. В 1978 г., пытаясь найти обоснование для наблюдаемого соотношения фотонов и барионов 108:1, - Мартин Джон Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результатом «эпидемии» образования массивных звезд, начавшейся сразу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достиг 1 млрд. лет. Продолжительность жизни этих звезд не могла превышать 10 млн. лет; многим из них было суждено пройти стадию сверхновых и выбросить в пространство тяжелые химические элементы, которые частично собрались в крупицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, нагретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красного смещения, вызванного расширением Вселенной, наблюдается сейчас как микроволновое фоновое излучение. После того как вещество стало прозрачным для электромагнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение создало галактики, скопления, звезды и планеты - все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявшего плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом. Тем не менее, многие вопросы, касающиеся эпохи, последовавшей за эпохой отделения излучения от вещества, остаются пока без ответа; в частности, остается нерешенным вопрос формирования галактик и звезд. Образовались ли галактики раньше первого поколения звезд или наоборот? Почему вещество сосредоточилось в дискретных образованиях - звездах, галактиках, скоплениях и сверхскоплениях, - когда Вселенная как целое разлеталась в разные стороны? Будущее нашей Вселенной зависит от ее критической плотности. То есть от ее фактического определения. А здесь главная проблема состоит в том, есть ли на самом деле огромные массы какого-либо скрытого вещества. Замедление расширения пропорционально плотности Вселенной. Возможна ситуация, когда при сегодняшней скорости расширения плотность вещества Вселенной достаточно мала и замедление мало. Тогда расширение будет протекать неограниченно. Но возможно, что плотность достаточно велика, а значит велико замедление расширения. В результате расширение прекратится и заменится сжатием. Заключение. Хотя большинство современных учёных не сомневаются в правильности теории «Большого взрыва», и в её пользу говорят, как это было уже упомянуто выше, реликтовое излучение; закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера; характер распространения химических элементов во Вселенной , существует несколько вопросов, на которые данная теория не в состоянии дать ответ. Сингулярность. Этим словом обозначено состояние Вселенной, сжатой до одной точки. Проблемой теории большого взрыва становится невозможность описания процессов, происходящих в материи и пространстве в таком состоянии. Общий закон относительности здесь неприменим, поэтому составить математическое описание и уравнения для моделирования нельзя. Принципиальная невозможность получения ответа на вопрос об изначальном состоянии Вселенной дискредитирует теорию с самого начала. Её научно-популярные изложения предпочитают замалчивать или упоминать лишь вскользь эту сложность. Однако для учёных, работающих над тем, чтобы подвести математическую базу под теорию большого взрыва, такое затруднение признано главным препятствием. Астрономия. В этой сфере теория большого взрыва сталкивается с тем, что не может описать процесс происхождения галактик. Исходя из современных версий теории, возможно предсказать то, как появляется однородное облако газа. При этом его плотность к нынешнему времени должна составлять около одного атома на кубический метр. Для получения чего-то большего не обойтись без корректировки исходного состояния Вселенной. Недостаток информации и практического опыта в этой сфере становятся серьёзными препятствиями на пути дальнейшего моделирования. Наконец, не находят веского фактического подтверждения (хотя по теоретическим выкладкам все получается хорошо и главное – «удобно» ), существование таких частиц как гипероны, мезоны. То есть все методы анализа полученных данных, исследования, выдвижения гипотез осуществляются при довольно высокой степени допущений. Такая степень не позволительна для гипотезы, хотя может быть и подходит для столь глобальной теории. Остается только верить или надеяться, что космология когда-либо заполнит эти «белые дыры», сделает свои выводы обоснованными и по возможности фактически подтвержденными. Кстати, о «белых дырах». Вероятнее всего, именно их изучение позволит нам узнать ответы на многие вопросы, потому что существует гипотеза: именно белые дыры являются кусками первозданной сингулярности, первозданного ядра расширения. В этом направлении, по-видимому, и стоит ждать новых открытий в данной области, т.к. данный вопрос в целом является еще не полностью изученным и требует серьёзных исследований. Изучив все теории создания Вселенной, я пришла к выводу, что теория Большого Взрыва является наиболее правдоподобной из всех остальных. Каждая теория имеет свои недостатки: Теория стационарности была отвергнута самими учеными т.к они не смогли доказать, как образовывается вещество при расширении пространства. А также потому, что в дальних уголках нашей Вселенной только начинают образовываться галактики, а если рассматривать это с точки зрения теории стационарности, то там должны быть уже сформировавшейся галактики. Теория струн пока не имеет практически никакой доказательной базы. Теория креационизма является слишком фантастичной, и она мало что объясняет. Теория Большого Взрыва тоже имеет свои недостатки. И самый большой недостаток это то, что не было объяснено, что спровоцировало Большой Взрыв и, что было до него. Хотя, на вопрос о том, что было до возникновения Вселенной, ответа не дает ни одна из вышеперечисленных теорий. Но всё же теория Большого Взрыва стала иметь больше последователей после случайного открытия, которое произошло в 1964 году. Во время работы в лаборатории Арно Пензиас и Роберт Уилсон уловили звук Большого Взрыва (реликтовое излучение). Это и стало основным подтверждением теории Большого Взрыва. Исходя из всего вышесказанного, я пришла к выводу, что создание Вселенной это большой и спорный вопрос, который будет будоражить умы людей ещё долгие годы. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ 1. Теория Большого взрыва создана священником Несмотря на то, что христианская вероисповедание до сих пор держится таких канонов, как создание всего сущего за 7 дней, теория Большого взрыва была разработана католическим священником, который одновременно был физиком-астрономом. Священника звали Жорж Леметра . Он назвал свою теорию «гипотезисом первобытного атома», и он же предложил теорию расширяющейся вселенной. Интересно, что Эйнштейн, узнавший об это теории, сказал следующее «Ваши вычисления правильны, но ваше знание физики — ужасно». Несмотря на это, священник продолжил защищать свою теорию, и уже в 1933 году Эйнштейн сдался, публично указав, что объяснение теории «Большого взрыва» — одно из наиболее убедительных из всех, которые ему довелось услышать. 2. Эдгар Аллан По предложил нечто подобное в 1848 году Конечно, он не был физиком, поэтому не мог создать теорию, подкрепленную вычислениями. Да в то время и не было еще математического аппарата, достаточного для создания системы расчетов такой модели. Вместо этого он создал художественное произведение «Эврика», где предвосхищается открытие «черных дыр» и объясняется парадокс Олберса. Кроме того, в «Эврике» По говорил о «первобытной частице», «абсолютно уникальной, индивидуальной». Сама поэма была раскритикована в пух и прах и была признана неудачной с художественной точки зрения. Однако ученые до сих пор не понимают, как По смог настолько опередить науку. 3. Название теории создано случайно Причем автор названия являлся противником этой теории. Английский астроном сэр Фред Хойл, который верил в стабильность существования Вселенной, был первым, кто использовал имя теории «Big Bamg». Критикуя теорию, у которой не было краткого и емкого названия, в 1949 году он выступил по радио. Он придумал этот термин для того, чтобы «унизить» теорию Большого Взрыва. Однако же Big Bang теперь — официальное и общепризнанное название теории происхождения Вселенной. 4. До Большого Взрыва ничего не было… Или было? Дело в том, что до последнего времени считалось, что действительно, до Большого Взрыва ничего не было, поскольку не было времени. Раз не было времени, значит не было и пространства. В общем, ничего не было. Но вот теория струн, ставшая чрезвычайно популярной в последнее время, утверждает, что все же что-то было и до взрыва. Теория квантовой гравитации тоже пытается доказать это. 5. Все время после Большого Взрыва поделено на Эпохи Ученые разделили все время существования Вселенной на эпохи, примерно так же, как это сделано с историей нашей планеты. Сейчас Эпоха Созвездий, через некоторое время наступит Эра Дегенерации, Эра Черных Дыр, Темная Эра. Но нам бояться нечего — до всего этого, до темных эр существования Вселенной еще много-много миллиардов лет, так что можно продолжать жить и не переживать по этому поводу. Словарь специальных терминов. Адроны – общее название элементарных частиц (барионов, включая все резонансы и мезоны), подверженных сильному заимодействию (это взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер). Античастицы – электрические частицы, масса и спин которых точно равен массе и спину данной частицы, а электрический заряд, магнитный момент и другие подобные характеристики равны по величине и противоположны по знаку тем же характеристикам частицы. Характерным свойством таких пар (частица-античастица) является их аннигиляция при столкновении и рождение их в процессах взаимодействия частиц высоких энергий. Аннигиляция – превращение частиц и античестицц при их столкновении в другие частицы (например, протон + антипротон = np–мезонов; электрон + позитрон = nФотонов). Барионы – «тяжёлые» элементарные частицы с массой меньше протона и спином, равным ½. К ним относят, например нуклоны (протоны и нейтроны), а так же много других частиц /см.кварки/. Бозоны – большой класс элементарных частиц с целочисленным спином (например, фотоны со спином 1). К этому классу принадлежат мезоны, промежуточные векторные бозоны и др. частицы. Векторные нуклоны – см. барионы. Гамма-излучение – излучение, возникающее при торможении заряженных частиц большой энергии в веществе, аннигиляции пар и т.д. Глюоны – гипотетические элементарные частицы (спин равен 1, масса покоя 0), обеспечивающие взаимодействие между кварками. Лептоны – физически наиболее легкие элементарные частицы со спином ½, не имеющие барионного заряда, но обладающие лептонным зарядом; к лептонам относятся электрон, тяжелый лептон, позитрон, нейтрино, мюон, несущий электрический заряд и их античастицы. Мезоны – нестабильные элементарные частицы с массами, промежуточными между массами протона и электрона (спин равен 0) /см. кварки/. Мюон - нестабильные положительно и отрицательно заряженные элементарные частицы со спином ½ и массой ок. 207 электронных масс и временем жизни 10-6 с; относятся к лептонам. Нейтрино – физически нестабильная нейтральная элементарная частица с массой, равной, по-видимому 0, и спином ½. Относится к лептонам. Возникает при бета-распаде атомных ядер и при распаде элементарных частиц; чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом. Нейтроны – физически - электрически нейтральный элемент частицы с массой, почти равной массе протона и спином ½; входит в состав атомных ядер; в свободном состоянии нестабилен; время жизни 16 минут /см. барионы/. Пионы - p–мезоны – группа трех нестабильных элементарных частиц ( адронов) с нулевым спином и массой около 270 электронных масс; 2 пиона (p+ и p-)несут элементарный заряд, третий (p0) электрически нейтрален; являются переносчиками ядерных сил. Протон - стабильная элементарная частица со спином ½ и массой в 1836 электронных масс (10-24 г), относящаяся к барионам; ядро легкого изотопа атома водорода (протия). Вместе с нейтронами протоны образуют все атомные ядра. Спин – внутренняя квантовая характеристика частицы. Электрон - стабильная отрицательно заряженная элементарная частица со спином ½ , массой ок. 9·10-28 г и магнитным моментом, равным магнетону Бора; относится к лептонам и участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях. Электрон один из основных структурных элементов вещества; электронные оболочки атомов определяют оптические, электрические, магнитные и химические свойства атомов и молекул, а также большинство свойств твердых тел. Список литературы 1. Грищук Л.П., Зельдович Я.Б Энциклопедия Физика космоса, 1986. 2. Ефремов Ю.Н. Звёздные острова: Галактики звёзд и Вселенная галактик. – Фрязино: Век 2, 2007. 3. Кесарев В.В. Эволюция вещества во вселенной. - М.: Атомиздат, 1989. 4. Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. – М.:Едиториал УРСС, 2002 5. Энциклопедия для детей. Т.8 Астрономия. – М.:Аванта+, 2013 6. Википедия |