Научные теории происхождения Вселенной

1. Адронная эра. 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.

К моменту, когда возраст  Вселенной достиг одной десятитысячной секунды, температура её понизилась до 10¹² К, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв (мегаэлектронвольт). Её 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 одно десятитысячной секунды, в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми лёгкими 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.

 

2. Лептонная эра. 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 мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 10¹⁰ К, 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.

 

3. Фотонная эра или эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 10¹⁰ К, а энергия фотонов достигла 1 Мэв, произошло 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 временем 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.

 

4. 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 медленным. 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 бомбы или гигантский взрыв галактики  – ничтожные явления в сравнении  с большим взрывом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тёмная материя.

В 1932 г. немецкий астроном Фриц Цвикки заметил, что кроме светящегося вещества галактик во Вселенной должны иметься ещё и невидимые, «скрытые» массы, которые проявляют себя только своим тяготением. Он изучал скопление галактик в созвездии Волосы Вероники – крупное образование, содержащее тысячи звёздных систем, подобных Туманности Андромеды или нашей Галактике. Галактики движутся в этом скоплении со скоростями, достигающими тысячи километров в секунду. Чтобы удержать их в объёме скопления, требуется тяготение, которое не способны создать одни только видимые, светящиеся массы самих галактик. Для этого необходимо более сильное тяготение, и согласно подсчётам Цвикки тут нужны дополнительные массы, которые примерно раз в 10 больше суммарной видимой массы галактик скопления.

Позднее, в 1970-е гг., усилиями астрономов СССР и США было обнаружено, что скрытые массы должны присутствовать не только в скоплениях галактик, но и в изолированных крупных галактиках. Я. Эйнасто, В. Рубин, Дж. Острайкер, Дж. Пиблс и их коллеги выяснили, что скрытые массы образуют невидимые гало крупных галактик. Эти гало – почти сферические образования, радиусы которых раз в 5 – 10 превышают размеры самих звёздных систем. Невидимое вещество, наполняющее гало галактик и скоплений, принято сейчас называть тёмной материей. Открытие тёмной материи – второе  важнейшее событие в истории космологии.

 

 

Реликтовое излучение.

В 1965 г. американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон обнаружили, что вся Вселенная пронизана излучением, приходящим к нам изотропно, т. е. равномерно из всех направлений. Это излучение называют микроволновым фоном Вселенной, или ещё реликтовым излучением. Если говорить о нём на языке квантов, то можно сказать, что в мире имеется равновесный газ фотонов, равномерно заполняющих всё пространство. В каждом кубическом сантиметре Вселенной содержится примерно 500 реликтовых фотонов.

Это открытие было отмечено двумя Нобелевскими премиями. Первая присуждена в 1978 г. Пензиасу и Вилсону, а вторая – в 2006 г. Дж. Смуту и Дж. Мэтеру, которые дали точное доказательство (в 1992 г.) того, что спектр излучения действительно является «чернотельным». Это было сделано с помощью американского спутника COBE (COsmic Background Explorer). 

 

 

 

 

Тёмная энергия.

«Обычное» вещество не способно ускорять галактики, а лишь тормозит их разлёт: взаимное тяготение галактик стремится сблизить одну с другой. Поэтому открытый астрономами факт ускоренного расширения указывает  на то, что наряду с обычным веществом, создающим тяготение, во Вселенной  присутствует и неизвестная ранее  ни по астрономическим наблюдениям, ни по физическим экспериментам особая космическая энергия, которая создаёт  не тяготение, а антитяготение – всеобщее отталкивание тел природы. При этом в космологическом масштабе антитяготение сильнее тяготения. Новая энергия получила название «тёмной энергии». Тёмная энергия действительно невидима – она не излучает, не рассеивает и не поглощает света (и всех вообще электромагнитных волн); она проявляет себя только своим антитяготением.

По совокупности различных  наблюдений к настоящему времени  установлена доля каждого космического компонента в общем энергетическом балансе современной Вселенной. Эти компоненты сейчас называют видами космической энергии. На долю тёмной энергии приходится примерно 75 % всей энергии мира; на долю тёмной материи – 20 %, на долю обычного вещества (его принято называть барионами) – около 5 %; на долю излучения – меньше десятой доли процента. Таков рецепт «энергетической смеси», заполняющей современную Вселенную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

Вселенная развивается и  в наше время. В спиральных галактиках рождаются и умирают звезды. Вселенная  продолжает расширяться. Вселенная  бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной имеет  свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве. Но вся  вселенная бесконечна и вечна  так, как она является вечно самодвижущейся материей. Вселенная – это всё  существующее. От мельчайших пылинок  и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем.

На протяжении веков и  тысячелетий великие культуры и  цивилизации выработали своеобразные представления о Мироздании, связав в тугой узе народные, религиозные  и научные идеи. Но все же космос до сих пор остается тайной. Мы ещё  очень мало знаем о нашей Вселенной, а ведь неизвестно: может быть наша Вселенная является лишь малой точкой в бездне космоса. Возможно, что существует множество Вселенных, а возможно нет. В недалеком будущем с  развитием новых технологий будут  выдвинуты новые теории, доказаны или опровергнуты старые – это  и есть путь человечества к будущему, к прогрессу, к истине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

• Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия. - .: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1998.
• Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2007.
• Вайнберг С. «Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной» - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.
• Левитан Е.П. «Эволюционирующая Вселенная», - М., «Просвещение», 1993.