Что такое нестационарная вселенная

Теория нестационарного состояния Вселенной (А. Эйнштейн, А. Фридман, Э. Хаббл, Г. Гамов, А. Гут, А.Д. Линде)

1. Нестационарность означает:

· Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

· либо Вселенная сжимается;

· либо во Вселенной чередуются циклы сжатия и расширения.

2. Вселенная конечна в пространстве и имеет начало и конец во времени.

3. Базируется на постулатах Специальной (1905) и Общей (1916) теории относительности А. Эйнштейна.

В рамках теории нестационарного состояния Вселенной существуют несколько концепций.

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная1. Теория Большого взрыва. В ее разработке приняли участиеДж. Леметр, А. Фридман, Э. Хаббл, Г. Гамов.

Согласно этой теории вся существовавшая и существующая сейчас во Вселенной материя появилась в одно и то же время – около 13,8 миллиарда лет назад. В тот момент времени вся материя существовала в виде очень компактного абстрактного шара (или точки) с бесконечной плотностью и температурой. Это состояние носило название сингулярности. Неожиданно сингулярность начала расширяться и породила ту Вселенную, которую мы знаем.

2. Теория инфляции. В ее разработке приняли участие А. Гут, А.Д. Линде.

Гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 10 28 К), предполагает период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения (А. Гут).

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная3. Теория хаотической инфляции (Мультивселенной) – развитие теории инфляции. Согласно ей, в результате Большого взрыва образовались и продолжают образовываться множество «карманных» Вселенных, каждая из которых проходит свой цикл инфляции. Каждая из этих вселенных имеет свой набор физических констант и свои физические законы (А. Линде).

Таблица 1

Краткая история развития Вселенной

Название эпохиФизические процессыВремя, прошедшее с момента Большого ВзрываТемпера-тура
Рождение классического пространства-времени. Состояние сингулярностиВселенная рождается из состояния сингулярности, из пространственно-временной «пены»5∙10 –44 c10 32 К
Стадия инфляцииВселенная начинает расширяться, появляются возмущения плотности, из которых потом образуются скопления галактик. Появляется барионная асимметрия. Температура и плотность резко падают5∙10 –44 –10 –36 cболее 10 28 К
Рождение веществаПоявляется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц. Появление античастицначиная с 10 –36 c10 28 К
Стадия рекомбинацииАннигиляция частиц и античастиц с образованием квантов излучения. Частиц оказалось на одну миллиардную долю больше, чем античастиц, из чего и рождается материя и веществовплоть до 1 с5∙10 12 –10 13 К
Первичный нуклеосинтезВозникновение ядер водорода и гелия, а также лития и бериллия1–200 с10 9 –10 10 К
Стадия рекомбинации водородаВещество становится прозрачным. Образование реликтового излучения (не генерируется никакими телами современной Вселенной, открыто в 1965 г.)1 с – 1000000 лет4500–3000 К
Возникновение галактикНачало возникновения звезд и галактик, скоплений галактик1 млрд. лет30 К
Современная эпохаЭра доминирования энергии вакуума – темной энергии. Существование галактик и звезд. Расширение Вселенной продолжается13,8–14 млрд. лет2,725 К

Солнечная система

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Солнечная система – это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел, которую образуют 8 больших планет с их спутниками (уже известно более 60), несколько тысяч малых планет (или астероидов), кометы и метеорные тела.

Солнечное тяготение управляет движением всех остальных тел. Только спутники обращаются вокруг своих планет, притяжение которых из-за близости оказывается сильнее солнечного.

Возраст Солнечной системы – 4,6 млрд лет. Она образовалась из вращавшегося газопылевого облака, сжатие которого породило центральное сгущение, которое потом превратилось в Солнце.

Наша солнечная система находится в рукаве Ориона галактики Млечный Путь. С большой вероятностью существуют миллиарды других солнечных систем в нашей Галактике Млечный Путь. И существуют миллиарды галактик во Вселенной.

Мы измеряем расстояние в нашей Солнечной системе в астрономических единицах (а.е.). Одна а.е. равна расстоянию между Солнцем и Землей, которая составляет 149 597 870 км (93 млн миль).

Планеты подразделяются на 2 группы: планеты земной группы и планеты юпитерианской, или планеты-гиганты.

Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс – формировались ближе к Солнцу и имеют большую плотность, состоят преимущественно из соединений кремния, железа.

Планеты юпитерианской группы: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – газовые гиганты, которые формировались в критически холодных температурах. Состоят преимущественно из водорода и гелия. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, плавно переходят в жидкую мантию.

Плутон не подпадает под научное определение термина «планета», так как по размерам и свойствам он близок к ледяным спутникам планет-гигантов.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (прямом). Орбиты планет по форме близки к круговым, а плоскости орбит – к основной плоскости Солнечной системы, называемой «неизменной плоскостью Лапласа».

Геологическая картина мира

Геологическая картина мира – образ мира, сложившийся как результат научного знания о земной коре и более глубоких сферах Земли; о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых.

В геологических исследованиях можно выделить три основных направления:

1. Описательная геология – описание минералов, горных пород и их типов; изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и других вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.).

2. Динамическая геология – изучение геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления).

3. Историческая геология – восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция). Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и др. геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковий и т.д.

Все три направления геологии неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.

Разработка теоретических вопросов геологии тесно связана с одной из её крупнейших практических задач – прогнозом поиска и разведки полезных ископаемых и созданием минерально-сырьевой базы мирового хозяйства.

Общая характеристика Земли

Земля – третья от Солнца планета. Пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы. Она является также крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Характеристики Земли:

1. По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 километров, полярный – 6356,777 км, экваториальный – 6378,160 км.

3. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167).

4. Среднее расстояние от Солнца 149,6 миллионов километров.

5. Период одного обращения по орбите составляет 365,24 солнечных суток.

6. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10-5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 часа 56 минут 4,1 секунды.

7. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе – около 465 м/с.

8. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33′ 22». Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение – смену дня и ночи.

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Рис. 1.Внутреннее строение Земли

Химическая картина мира

Химическая картина мира формируется на основе четырех концептуальных систем химического знания: учения о составе вещества, структурной химии, учения о химических процессах, эволюционной химии.

Ее содержанием является

· Концептуальные знания о строении материального мира со стороны его химического содержания – учение о химической организации объектов живой и неживой природы.

· Концептуальные знания о развитии материального мира в плане его химической эволюции.

· Концептуальные знания о происхождении основных видов и форм вещества, о его химической структуре.

· Концептуальные знания о закономерностях природных процессов как процессов химического движения.

· Концептуальные знания теоретических основ химии: строение атома, учение о химической связи, катализе, реакционной способности веществ и другие направления в химии.

Развитие химии – это процесс становления концептуальных систем, причем каждая новая возникала на основе предыдущей и включала ее в себя в преобразованном виде.

Таблица 2. Концептуальные системы химических знаний

1. Учение о составе (1660-е гг.)2. Структурная химия (1800-е гг.)3. Учение о химических процессах (1950-е гг.)4. Эволюционная химия (1970-е гг.)
Данный уровень связан с исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их химическими элементами. В период с середины XVII в. до второй половины XIX в. учение о составе вещества представляло собой всю химию, представляя собой сегодня часть химииПредполагает исследование структуры, т.е. способа взаимодействия элементов вещества. К этому периоду стало очевидно, что свойства веществ, их качественное разнообразие обуславливаются не только составом, но и структурой молекул. Этот уровень как более высокий включает в себя первыйСвязан с исследованием внутренних механизмов и условий протекания химических процессов (скорость протекания процессов, температура, давление и т.п.). Химия становится наукой не только о веществах, сколько о процессах и механизмах изменения веществаПредставляет собой развитие предыдущего уровня. Он предполагает более глубокое изучение природы и условий протекания химических процессов (применение катализаторов и т.п.). На этом уровне складывается учение о самоорганизации химических процессов

Развитие химии как науки

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Как устроена Вселенная. Часть I.

Невозможно представить, насколько ниже в
своем развитии оказалось бы человечество,
если бы оно никогда не видело звездного неба.
Анри Пуанкаре.

Нестационарная Вселенная Фридмана.

Идея о том, что рождение Вселенной началось с взрыва, была высказана российским ученым Александром Фридманом. В 1922 году журнал «Zeitschrift fur Physik» опубликовал статью «О кривизне пространства», автором которой оказался петербургский математик Фридман- имя это мало что говорило физикам-теоретикам Запада.

Хотя Александр Александрович Фридман к началу 20-х годов вовсе не был безвестным начинающим ученым. Просто он ранее никогда не занимался теоретической физикой, поскольку являлся крупным специалистом по теоретической метеорологии, динамике атмосферы и весьма известным математиком.

Он отличался невероятной дотошностью, умением глубоко проникать в суть изучаемого предмета, влезать в его тонкости. Не случайно, когда Фридман заинтересовался теорией относительности, его друзья заявили: «Теперь мы будем, наконец, знать теорию относительности».

Несмотря на неизвестность автора в кругу физиков-теоретиков, статья сразу же обратила на себя внимание. И не удивительно. В скромном по объему сообщении утверждалось, что кривизна нашего пространства должна изменяться, и стационарная Вселенная, которую отстаивал Эйнштейн, невозможна

Давайте вспомним. Вселенная Ньютона была бесконечной и населенной бесконечным количеством звезд. Такой подход Ньютона понятен; если бы число звезд было конечным, то, по расчетам, сила взаимного притяжения стянула бы их воедино в гигантский звездный клубок.

В модели Вселенной Ньютона есть два парадокса, необъяснимых с точки зрения его теории. Судите сами: если число звезд бесконечно, то они должны создавать яркую и равномерную освещенность неба. А этого на самом деле нет.

Кроме того, в бесконечной Вселенной само тяготение должно возрастать бесконечно, и это должно вызвать огромные скорости движения звезд. А на опыте ничего подобного не наблюдалось.

Ньютон обнаружил эти несоответствия в своей модели, но решил эту проблему достаточно просто, придя к выводу, что Бог всегда присутствует во Вселенной и исправляет эти несообразности [1].

Пытаясь понять, что представляет собой Вселенная, Эйнштейн столкнулся с теми же трудностями, которые рождает бесконечность. В своей работе «Вопросы космологии и общая теория относительности» он пишет: «Мне не удалось установить граничные условия для пространственной бесконечности… Если бы можно было рассматривать мир в его пространственной протяженности как замкнутый, то подобного рода граничные условия были бы вообще не нужны» [2].

Чтобы избавиться от пороков бесконечности, Эйнштейн заменил бесконечную «плоскую» ньютонову Вселенную конечной. Конечное пространство по необходимости должно быть замкнутым и искривленным, подобно тому, как обязательно искривлена любая замкнутая поверхность.

Далее Эйнштейн предположил, что средняя плотность материи во Вселенной постоянна и настолько велика, что обеспечивает положительную кривизну. Надо сказать, что только при положительной кривизне пространство замкнуто и конечно.

Исходя из факта малых звездных скоростей, Эйнштейн предположил, что Вселенная должна быть стационарной, что ее структура и кривизна не должны меняться со временем.

Однако из его теории вытекала новая проблема: под действием гравитационных сил замкнутая Вселенная должна сжиматься. Получалось, что, избавляясь от неприятностей, связанных с бесконечностью Вселенной, Эйнштейн наткнулся на неприятности, вызванные именно конечностью, замкнутостью нашего мира.

Чтобы выйти из трудного положения, и сохранить стационарность Вселенной, Эйнштейн был вынужден ввести в свои уравнения поля тяготения так называемый космологический член. Иными словами, он ввел новую «антигравитационную силу», которая удерживает звезды на расстоянии друг от друга и препятствует стягиванию Вселенной. Поддерживает стационарность Вселенной.

«Не от хорошей жизни» ввел он эту постоянную. «Для того, чтобы придти к этому свободному от противоречий представлению, мы должны были все же ввести новое расширение уравнений поля тяготения, не оправдываемое нашими действительными знаниями о тяготении» [2].

Ему была необходимо стационарность Вселенной. Поэтому он утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и этим расширением уравновешивается притяжение всей остальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказывается статической.

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная
Вселенная.

С большим трудом, преодолевая огромные препятствия, Эйнштейн, наконец, построил модель мира, которая достаточно хорошо отражала мир реальный. Во всяком случае, в известных тогда науке границах.

И вот теперь какой-то Фридман заявляет, что Вселенная нестационарна.

А что, собственно, сделал Фридман?

Оказывается, он нашел общее решение системы уравнений тяготения, и пришел к выводу: Вселенная нестационарна, ее кривизна меняется. Решение Эйнштейна является лишь частным случаем.
Решение Фридмана открывало две возможности: монотонное в одном направлении, например, непрерывное расширения, или периодическое возрастание и уменьшение кривизны. Во втором случае Вселенная, словно сердце, должна была то расширяться, то сжиматься.

Фридман устоял перед силой авторитета. Он заново произвел все вычисления, причем решил систему уравнений без всяких упрощений и дополнительных космологических членов, и попросил своего товарища, физика Краткова, ехавшего в Берлин, передать их Эйнштейну.

Эйнштейн не был бы Эйнштейном, не появись этого публичного признания своей неправоты.

Но вернемся к нестационарной Вселенной Фридмана. В своих исследованиях Фридман сделал исходное предположение: Вселенная одинакова во всех направлениях и остается таковой, откуда бы мы ее ни рассматривали. Долгое время считалось, что предположение об одинаковости Вселенной является грубым приближением к реальной Вселенной. В модели Фридмана все галактики удаляются друг от друга. Это вроде бы как надутый шарик, на который нанесены точки, и если его все больше надувать, расстояние между точками увеличивается. При этом ни одну из точек нельзя назвать центром расширения.

Словом, Фридман в 1922 году доказал, что Вселенная не должна быть статической. Это произошло за несколько лет до открытия Хаббла.

В 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не является единственной. Существует много галактик, разделенных огромными областями пустого пространства. Если бы наблюдатель увидел нашу Галактику извне, то он обнаружил бы, что она имеет вид спирали и медленно вращается. Звезды в ее спиральных рукавах делают примерно один оборот вокруг ее центра каждые несколько сотен миллионов лет. Наше Солнце представляет собой обычную желтую звезду средней величины, расположенную на внутренней стороне одного из спиральных рукавов.

Продолжив свои исследования, в 1929 году Хаббл, фотографируя спектры далеких галактик, получил неопровержимые доказательства того, что Вселенная расширяется. Это открытие Хаббла явилось триумфом Фридмана, до которого Фридман не дожил, скончавшись от холеры в 1925 году в возрасте 36 лет.

Сегодня известно, что Вселенная расширяется за каждую тысячу миллионов лет на 5-10%. Все галактики удаляются от нас, причем, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется.

Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальные переворотов двадцатого века.

В соответствии с теорией Фридмана, которая дает удивительно точное описание нашей Вселенной, пространство-время, наполненное чрезвычайно плотной материей, появилось в результате чудовищного взрыва из точки и начало неудержимо расширяться.

1. Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. «Научно-эзотерические основы Мироздания». лекция № 11
2.Эйнштейн А. Сборник научных трудов. Т.I-IV.: Наука, 1966.
3. Ливанова А.Три судьбы постижения мира М.: Знание, 1969.
4.Хокинг С. Краткая история времени. СПб.: Амфора, 2005.

Источник

Что такое нестационарная вселенная

История астрономии. Нестационарная Вселенная. Теория горячей Вселенной

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселенная

Астрономия
древнейшая из наук
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАнтичная астрономия
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяХронология астрономии
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяСовременная астрономия
Основы астрономии
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяНачала астрономии
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяВремя и небесная сфера
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяСозвездия
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяДвижение небесных тел
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАстроприборы
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАстрофизика
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяОбзоры астрооборудования
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАстрономические наблюдения

Общая астрономия
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяСолнечная система
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяЗвезды
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяНаша Галактика
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяВнегалактическая астрономия
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяВнеземные цивилизации
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАстрономы мира и знаменательные даты
Дополнительно
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяФорумы Astrogalaxy.ru
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяАстрономия для детей
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяПланетарии России
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяЭто интересно
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяНовости астрономии
Что такое нестационарная вселенная. Смотреть фото Что такое нестационарная вселенная. Смотреть картинку Что такое нестационарная вселенная. Картинка про Что такое нестационарная вселенная. Фото Что такое нестационарная вселеннаяО проекте

История астрономии. Нестационарная Вселенная. Теория горячей Вселенной

Первые принципиально новые революционные космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик-теоретик Александр Александрович Фридман (1888—1925). Основными уравнениями общей теории относительности являются «мировые уравнения» Эйнштейна, которые описывают геометрические свойства, или метрику, четырехмерного искривленного пространства — времени.

Решение их позволяет в принципе построить математическую модель Вселенной. Первую такую попытку предпринял сам Эйнштейн. Считая радиус кривизны пространства постоянным (т. е. исходя из предположения о стационарности Вселенной в целом, что представлялось наиболее разумным), он пришел к выводу, что Вселенная должна быть пространственно конечной и иметь форму четырехмерного цилиндра. В 1922—1924 гг. Фридман выступил с критикой выводов Эйнштейна. Он показал необоснованность его исходного постулата — о стационарности, неизменности во времени Вселенной. Проанализировав мировые уравнения, Фридман пришел к заключению, что их решение ни при каких условиях не может быть однозначным и не может дать ответа на вопрос о форме Вселенной, ее конечности или бесконечности.

Исходя из противоположного постулата — о возможном изменении радиуса кривизны мирового пространства во времени, Фридман нашел нестационарные решения «мировых уравнений». В качестве примера таких решений он построил три возможные модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет, и Вселенная расширяется (в одной модели — из точки, в другой — начиная с некоторого конечного объема). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически меняющимся радиусом кривизны. Встретив сначала решения Фридмана с большим недоверием, Эйнштейн затем убедился в его правоте и согласился с критикой молодого физика. Две первые модели Вселенной Фридмана уже вскоре нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далеких галактик — в так называемом эффекте «красного смещения» в их спектрах. Он свидетельствует о взаимном удалении всех достаточно далеких друг от друга галактик и их скоплений. Если обратить картину во времени, то это приводит к заключению о существовании «начала» обнаруженного общего расширения пространства Вселенной! Такие выводы и были сделаны уже в конце 20-х годов бельгийским астрономом аббатом Ж. Леметром (о расширении Вселенной из точки, из «атома-отца») и А. Эддингтоном (предположившим, что расширение началось от состояния плотного сгустка конечных размеров). Все это ломало привычные, тысячелетиями складывавшиеся представления, прежде всего о «вечности» Вселенной, поскольку она отождествлялась со «всей существующей материей».

Между тем эта новая релятивистская космологическая картина мира распространялась (как и всякая картина мира по определению) на «всю мыслимую Вселенную». Поэтому она вызвала резко критическое отношение со стороны философов-материалистов, поскольку в новой концепции сначала все увидели лишь подтверждение акта творения материи и Вселенной. В ходе этих споров, с одной стороны, постепенно уточнялись и усложнялись сами фундаментальные понятия, фигурирующие в космологии: конечность и ограниченность, бесконечность и безграничность, наконец, неоднозначность таких понятий, как «вся Вселенная», «Вселенная в целом», неправомерность отождествления таких понятий, как «Вселенная» и «Метагалактика». С другой стороны, наблюдения подтвердили факт расширения всей наблюдаемой области Вселенной.

История астрономии. Теория горячей Вселенной

На основании первых наблюдений преобладания красных смещений в спектрах далеких галактик (В. Слайфер, Э. Хаббл, X. Шепли), еще до установления линейного закона «красного смещения» (закон Хаббла, 1929 г.) бельгийский астроном Ж. Леметр (1894—1966), независимо от А. А. Фридмана, выдвинул в 1927 г. свою знаменитую идею возникновения Вселенной из одного «атома-отца» и ее расширения. В такой форме гипотеза была весьма удобной для религиозного истолкования природы и встретила поэтому резко критическое отношение со стороны философов-материалистов.

Вместе с тем она соответствовала непосредственным наблюдениям и гармонировала с новой релятивистской физической картиной мира и поэтому привлекла внимание крупных физиков и астрономов, развивавших астрономические следствия релятивизма — А. С. Эддингтона и Э. А. Милна, хотя и по-разному понимавших сам релятивизм. В 30-е годы концепция Леметра была развита Эддингтоном (стоявшим на позициях Эйнштейна) как модель расширения Вселенной из первоначального плотного сгустка обычного вещества. Тогда же Милн, опираясь на собственную «кинематическую теорию относительности», дал свою интерпретацию разбегания галактик как результата взрыва сверхплотного сгустка некой особой «первичной» материи, из которой «на ходу» формировались затем звезды, галактики, планеты.

Но формирование более конкретной физически разработанной эволюционной космолого-космогонической модели расширяющейся Вселенной, получившей название теории «Big Bang» (Большого Взрыва), связано в первую очередь с именем одного из крупнейших ученых современности, американского физика русского происхождения Джорджа (Георгия Антоновича) Гамова (1904 — 1968). Он был специалистом по атомной и ядерной физике, но внес фундаментальный вклад и в астрофизику и, кроме того, в генетику. Одним из первых он использовал успехи ядерной физики, включая свои собственные результаты, для решения проблемы источников внутризвездной энергии и для развития теории эволюции звезд. В значительной степени под его влиянием немецкий физик Г. Бете создал теорию азотно-углеродного цикла ядерных превращений (водорода в гелий) в недрах звезд как источника их энергии.

В свою очередь, Дж. Гамов построил на этой основе первую ядерную теорию эволюции звезд (1937—1940). В 1939 г. он предложил нейтринную теорию сверхновых звезд. Совместно с М. Шенбергом в 1940—1941 гг. он раскрыл существенные стороны ядерного механизма взрывов сверхновых, указав на большую роль в этом процессе нейтрино. В 1942 г. Гамов построил детальную теорию эволюции наиболее крупных звезд — красных гигантов. Но для формирования современной астрономической картины мира наиболее значительным его вкладом стала выдвинутая им в 1946 г. и развитая впоследствии вместе со своими учениками теория Большого Взрыва.

Согласно этой теории, конкретизировавшей на материале ядерной физики идеи расширяющейся Вселенной Фридмана — Леметра, вся современная наблюдаемая нами Вселенная представляет собою результат катастрофического взрыва материи, находившейся до того в чудовищно сжатом сверх-сверхплотном состоянии, недоступном пока для понимания и описания в рамках современной физики. Начавшееся при этом «взрыве» расширение материн, вернее, чудовищно быстрый вначале разлет ее в форме неразделимой смеси — высокотемпературного излучения и вещества — элементарных частиц, обладавших релятивистскими скоростями, наблюдается и в наши дни в виде эффекта хаббловского линейно-изотропного «расширения Вселенной» или «красного смещения».

Совместно со своими учениками и сотрудниками — физиками Р. Альфером и Р. Германом Дж. Гамов в 1948 г. развил теорию образования в ранней Вселенной химических элементов тяжелее водорода в результате ядерного синтеза (теория нейтронного захвата), происходившего, якобы, уже в начальный период расширения и остывания горячего «начального» вещества, за которое они принимали сначала нейтроны. Предполагалось, что их распад (на протоны и электроны) и дальнейшие комбинации получавшихся частиц обеспечили формирование современного химического состава Вселенной, в котором главное место занимает водород (70—80%). Позднее, с 50-х годов стало формироваться иное представление, согласно которому все элементы тяжелее водорода создаются при ядерных реакциях в плотных недрах звезд.

Но дальнейшие наблюдения заставили астрофизиков допустить, что часть гелия образовалась уже на ранней, дозвездной стадии расширения Вселенной (только так можно объяснить большое обилие его в современной Вселенной: 20—30%), а доступное пониманию начальное вещество Вселенной состояло из равного числа нейтронов и протонов. (В этом направлении совершенствовали свою теорию Большого Взрыва в 50-е годы и сотрудники Гамова.)

Огромное обилие водорода в наблюдаемой Вселенной заставляет предположить, что в начальной фазе ее расширения она была заполнена главным образом высокотемпературным излучением (фотонами), хотя уже содержала и некоторое число частиц и античастиц. После их взаимной аннигиляции остался некий избыток (имевшийся изначально) частиц — тяжелых (барионов: нейтронов и протонов) и легких (лептонов: электронов и нейтрино).

Это исходное соотношение между числом фотонов, нейтрино, барпонов и электронов сохраняется и в современной Вселенной. По наблюдаемому обилию легких элементов (Н и Не) оно было оценено Альфером и Германом как 109 : 10″ : 1 : 1. Из наблюдаемой плотности в Космосе ядерных, тяжелых частиц Гамов, Альфер и Герман предсказали в 1948 г., что в современной Вселенной это остывшее первичное излучение должно наблюдаться как тепловое, соответствующее температуре около 5 К (5 градусов в абсолютной шкале температур Кельвина), т. е. с максимумом в сантиметровом диапазоне радиоволн. В 50-е годы ряд обстоятельств помешал группе Гамова продолжить эти исследования, а главное — осуществить проверку теории наблюдением — поисками остаточного излучения.

Развитию теории препятствовали и недостаток наблюдательных сведений о распространенности различных химических элементов во Вселенной, и — главное — общее скептическое отношение «серьезных» астрофизиков и многих физиков тех лет к возможности самой постановки, а тем более решения столь фантастической проблемы, как начало истории всей Вселенной в целом! Проверить же предсказание о сохранившемся первичном тепловом радиоизлучении с современной температурой около 5 К специалистам радиофизикам представлялось невозможным: все были уверены, что такой слабый сигнал нельзя выделить, по крайней мере с имевшейся аппаратурой, из общего радиошума — радиоизлучения звезд, галактик, межзвездной среды. Полтора десятка лет концепция Большого Взрыва оставалась курьезом, игрой ума немногих физиков и космологов.

В 1956 г. молодой пулковский радиоастроном Т. А. Шмаонов, видимо, знавший о предсказании 5-градусного радиоизлучения, впервые зарегистрировал подобное излучение космического фона с помощью рупорной антенны, хотя и с небольшой еще точностью: 3,7 ± 3,7 К (в зените) и 3,9 ± 4,2 К (в полярной области) и установил его изотропность, указав, что температура его не менялась существенно со временем. Но это открытие, важность которого тогда отметил руководитель пулковских радиоастрономов известный советский физик С. Э. Хайкин, прошло мимо внимания астрофизиков и космологов. Аналогично, опубликованный в 1964 г. молодыми советскими астрофизиками А. Г. Дорошкевичем и И. Д. Новиковым исключительно важный расчет, впервые показавший, что на сантиметровых волнах предсказанное первичное радиоизлучение должно забивать все известные источники и потому вполне обнаружимо, в свою очередь, остался неизвестным наблюдателям — радиоастрономам. Между тем общий интерес к проблеме в 60-е годы начал вновь расти в связи с попытками рассмотреть вопрос о формировании химических элементов (нуклеосинтезе) во Вселенной на ранних стадиях ее расширения. (Этим занялись Ф. Хойл и Р. Тайлер в Англии, П. Пиблс в США, Я. Б. Зельдович в СССР.)

Проблема холодного или горячего начального состояния современной Вселенной вызывала уже острые дискуссии и сама становилась «горячим», дискуссионным элементом в астрономической картине мира. В результате американский радиофизик Дикке даже начал подготовку к наблюдательной проверке концепции Большого Взрыва. Поэтому, когда в 1964 г. американские радиоинженеры, не слыхавшие G теории Гамова, А. Пензиас и Р. Уилсон при испытании рупорной антенны для наблюдения американского спутника «Эхо» открыли случайно существование микроволнового (на волне 7,35 см) космического радиошума, не зависящего от направления антенны, это открытие сразу же попало в центр внимания американских астрофизиков — космологов Дикке, Пиблса и др.

Последние сразу поняли, что речь идет о предсказанном группой Гамова первичном остаточном радиоизлучении (реликтовом, как назвал его И. С. Шкловский) и что теория горячей Вселенной получила важнейшее наблюдательное подтверждение. Это величайшее в астрономии XX в. открытие, по существу, коллективное и в значительной степени ставшее результатом созревшей для его восприятия научной атмосферы, или картины мира, сделало достоверным фактом, по меньшей мере, то, что у нашей Вселенной (Метагалактики) имелась ее ранняя история, т. е. что она действительно эволюционирует.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *