Научные теории происхождения Вселенной

Содержание.

1. Введение…………………………………………………………….2
2. Научные теории происхождения Вселенной……………………..3
3. Эволюция вселенной……………………………………………….7
4. Тёмная материя……………………………………………………..9
5. Реликтовое излучение………………………………………………9
6. Тёмная энергия…………………………………………………….10
7. Заключение…………………………………………………………11
8. Список литературы…………………………………………………12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

История окружающего нас  мира, история Вселенной – это  вопрос, который волновал человечество, начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои «космологические системы», свои теории эволюции Вселенной.

Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые  принимает материя в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая  астрономией, - часть материального  мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки (иногда эту часть Вселенной называют Мегагалактикой). Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Хотя сейчас космосом называют всё находящееся за пределами атмосферы Земли, но не так было в Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность «хаосу» - «беспорядку». Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научные теории происхождения  Вселенной.

С появление науки, в её современном понимании на смену  мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении  Вселенной. В науке, так же как  и в религии существуют несколько  теорий возникновения вселенной, по мере того как развивался человек, он выдвигал новые теории. Одними из первых гипотез древних греческих ученых о происхождении мира были учения Фалеса, что первоэлементом является вода, Гераклит отдавал предпочтение огню. Анаксимен считал первопричиной всему воздух («пневму»), а Пифагор даже предполагал, что мир основан на числах; теорию «разбиения сосудов», в чём-то подобную теории Большого Взрыва в современной физике, сформулировал средневековой кабалист Ицхак Луриа.

В последние столетия человечество стоит на пороге больших научных  открытий, на основании которых были выдвинуты новые теории происхождения  вселенной, например:

• Теория «сотворения мира из ничего»
• Теория «случайности возникновения Вселенной»
• Теория «Стабильного Состояния»
• Теория «Большого взрыва»
• Теория «бесконечно пульсирующей Вселенной»
• Теория «пульсирующей Вселенной с обращением хода времени»

Как это ни удивительно, современная  наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что всё могло  создаться из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физик 19 века считал пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определённых условиях «рождать» вещественные частицы. Современная квантовая механика допускает (это не противоречит теории), что вакуум может приходить в «возбуждённое состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) – вещество. Рождение Вселенной «из ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда частица в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация.

Некоторые ученые, не сумев  объяснить появление Вселенной  физическими законами, утверждают, что причиной её возникновения был случай. Первые научные представления о случайности основывались на её соотнесении с представлениями о независимости и хаосе. Случайность стала выражать определенный тип связей и зависимостей, который противопоставлялся и дополнялся представлениями о необходимости и порядке. Развитие новых представлений о случайности связано далее с интенсивным вхождением уже в наши дни идеи нелинейности в структуру методов исследования природных процессов, с разработкой физических основ явлений самоорганизации. Случайность стала соотносится с представлениями о крайне неустойчивых и критических состояниях эволюционирующих систем. Неустойчивость стала выступать как своеобразная причины случайности, как основание перестройки материальных структур. Случайность является одним из важнейших начал мира.

Согласно одной из альтернативных теорий (так называемой «бесконечно пульсирующей Вселенной»), мир никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по-другому рождается и умирает бесконечное количество раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета, после которой мир строится заново (она же обозначает и конец мира). У нее нет ни начала, ни конца. Это снимает вопрос о происхождении Вселенной – она ниоткуда не возникает, а существует вечно.

Теория о происхождении  Вселенной – модель «пульсирующей Вселенной с обращением хода времени», была предложена английским астрофизиком П. Дэвисом. Согласно этой теории, Вселенная сначала расширяется, а затем сжимается до сингулярности, причём в начале каждого следующего цикла расширения-сжатия время поворачивает вспять, приводя, в конце концов, к сингулярности, с которой начинался предыдущий цикл. Согласно этой модели, прошлое становится будущим, а будущее – прошлым, так что понятие «начало Вселенной» лишается смысла.

Основная и наиболее распространенная – это теория Большого взрыва.

«Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам  на Земле и который начинается из определенного центра и затем  распространяется, захватывая все больше и больше пространства. А взрыв, который  произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась  прочь от любой другой частицы».

Мы живём в расширяющейся  Вселенной, которая, согласно теории Большого взрыва, возникла примерно 12-18 миллиардов лет назад в результате взрыва невообразимой силы. В первые мгновения  после взрыва не было ни звезд, на планет, ни галактик – ничего кроме частиц, излучения и черных дыр. Короче говоря, Вселенная находилась в состоянии  полнейшего хаоса со столь высокой  энергией, что частицы, обладавшие гигантскими  скоростями, сталкивались практически  непрерывно. Это был, по сути, колоссальный ускоритель частиц, намного мощнее тех, которые построены в наши дни. Джордж Лемер был первым, кто выдвинул концепцию «Большого взрыва» из так называемого «первобытного атома» и последующего превращения его осколков в звёзды и галактики. Большинство современных ученых на вопрос «как возникли все эти бесчисленные звезды и планеты?» скорее всего, ответят, сославшись на одну из версий теории «Большого взрыва». В соответствии с этой теорией, вначале вся материя Вселенной была сосредоточена в одной точке и разогрета до очень высокой температуры. В некий момент времени произошёл ужасающей силы взрыв. В расширяющемся облаке перегретых субатомных частиц постепенно стали формироваться атомы, звезды, галактики, планеты, и, наконец, зародилась жизнь. В настоящее время этот сценарий обрел статус непреложной истины. Как гласит теория большого взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокой плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. Пытаясь объяснить происхождение Вселенной, сторонники теории большого взрыва сталкиваются с серьезной проблемой, поскольку исходное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. Согласно всем существующим теориям большого взрыва, вначале Вселенная представляла собой точку пространства бесконечно малого объема, имевшую бесконечно большую плотность и температуру. Такое начальное состояние в принципе не может быть описано математически. Об этом состоянии ровным счетом ничего нельзя сказать. Все расчеты заходят в тупик.

Принципиально новый этап в развитии современной эволюционно  космологии связан с именем американского  физика Г.А. Гамова (1904-1968), благодаря которому в науку вошло понятие горячей Вселенной. Согласно предложенной им модели «начала» эволюционирующей Вселенной «первоатом» Леметра состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины – один кубический сантиметр первично вещества весил миллиард тонн. В результате взрыва этого «первоатома» по мнению Г.А. Гамова образовался своеобразный космологический котел с температурой порядка трёх миллиардов градусов, где и произошел естественный синтез химических элементов. Осколки первичного яйца – отдельные нейтроны затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов. Все это произошло в первые 30 минут после «Большого взрыва». Горячая модель представляла собой конкретную астрофизическую Гипотезу, указывающую пути опытной проверки своих следствий. Гамов предсказал существование в настоящее время остатков теплового излучения первичной горячей плазмы. А его сотрудники Дльфер и Герман ещё в 1948 г. довольно точно рассчитали величину температуры этого остаточного излучения уже современной Вселенной. Однако Гамову и его сотрудникам не удалось дать удовлетворительное объяснение естественному образованию и распространённости тяжелых химических элементов во вселенной, что явилось причиной скептического отношения к его теории со стороны специалистов. Как оказалось, предложенный механизм ядерного синтеза не мог обеспечить возникновение наблюдаемого ныне количества этих элементов.

Ученые начали искать иные физические модели «начала». В 1961 году академик Я.Б. Зельдович выдвинул альтернативную холодную модель, согласно которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных (с температурой ниже абсолютного нуля) вырожденных частиц – протонов, электронов и нейтрино. Три года спустя астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич произвели сравнительный анализ двух противоположных моделей космологических начальных условий – горячей и холодной и указали путь опытной проверки и выбора одной из них. Было предложено с помощью изучения спектра излучений звезд и космических радиоисточников попытаться обнаружить остатки первичного излучения. Открытие остатков первичного излучения подтверждало бы правильность горячей модели, а если таковые не существуют, то это будет свидетельствовать в пользу холодной модели.

В результате астрономических наблюдений последнего времени удалось однозначно решить вопрос о характере физических условий, господствовавших на ранних стадиях космической эволюции: наиболее адекватной оказалась горячая модель «начала».

Согласно новой модели формирования вселенной, предложенной астрофизиком Государственного университета Нью-Йорка Кеннетом Ланцеттой, на протяжении почти полумиллиарда лет после Большого Взрыва, формально считающегося моментом её начала приобретать тот вид, который мы наблюдаем в наши дни. Эта теория полностью опровергает уже устоявшееся мнение о том, что формирование звезд шло постепенно после Большого Взрыва и достигло своего пика примерно 5 миллиардов лет назад. На основании анализа данных, полученного в результате наблюдений за зонами «глубокого космоса», Ланцетта сделал вывод о том, что процесс формирования звезд начался гораздо раньше Большого взрыва и проходил очень стремительно. «Таким образом, - подводит итоги своего исследования Ланцетта, - начальной фазой формирования вселенной  стал чрезвычайно интенсивный процесс формирования звезд. И то, что для нас было следствием, теперь можно назвать первопричиной возникновения той вселенной, в рамках которой мы существуем».

И всё же ни одну из этих теорий нельзя назвать единственно верной с полной уверенностью. Это всего  лишь теории, которые не могут быть подтверждены практикой или опытом. Ведь мы не можем многократно наблюдать  её появление, потому что возникновение  Вселенной – это уникальное событие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эволюция Вселенной.

Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная  начала расширяться, принято называть её началом. Тогда началась первая и  полная драматизма, эра в истории  вселенной, её называют «Большим Взрывом». Под расширением Вселенной подразумевается  такой процесс, когда то же самое  количество элементарных частиц и фотонов  занимают постоянно возрастающий объём. 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 начальном этапе  расширения Вселенной из фотонов  рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.