Строение и эволюция Вселенной

3. Состояния Метагалактики

Возникли два мнения по поводу состояния  Метагалактики до начала расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из «холодной» смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения  даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликтового  излучения A. Пензиасом и Р. Вилсоном предпочтение было отдано второй теории. После была представлена попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1с после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/см³, а t=10¹³ Со. В течение следующих 100с плотность снизилась до 50 г/см² температура упала. Объединились протоны и нейтроны - ядра гелия. При t = 4000, это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых образовались галактики и звезды. Однако в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного до звездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не исключено, что действовали оба механизма. Понятие Метагалактика не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной). В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют магнитные и гравитационные поля, и возможно невидимые массы веществ.

От наиболее удаленных метагалактических  объектов свет идет до нас много  миллионов лет. Но все-таки нет оснований  утверждать, что метагалактика это  вся вселенная. Возможно, существуют другие, пока не известные нам метагалактики. В 1929 г. Хаббл открыл замечательную  закономерность, которая была названная  «законом Хаббла» или «закон красного смещения»: линии галактик смещенных  к красному концу, причем смещение тем  больше, чем дальше находится галактика.

Объяснив красные смещения эффектом Доплера. Ученые пришли к выводу о  том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя, безусловно, галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна.

Открытие расширения метагалактики  свидетельствует о том, что в  прошлом метагалактика была не такой  как сейчас и иной станет в будущем, т.е. метагалактика эволюционирует. По красному смещению определены скорости удаления галактик. У многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квазары, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики. Мы живем в расширяющейся Метагалактики; расширение метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения метагалактики.

Промежуток расширения равен 20-13 млрд. лет. Расширение метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящие время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между метагалактикой и вселенной, и пытались доказать, что расширение метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение метагалактики также началось с явления напоминающего. Колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью.

Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что после  начала расширения вещество метагалактики  имело высокую температуру и  состояло из элементарных частиц (нуклонов) и их античастиц. По мере расширения изменилась не только температура и  плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы манипулировали, порождая при этом электромагнитные кванты, излучения которые в современной метагалактики оказалось больше, чем атомов, из которых состоят звезды, планеты, диффузная материя.

Эта теория называется теорией «горячей Вселенной» чтобы сверхплотное вещество превратилось в вещество с близкой  плотностью к плотности воды. Через  несколько часов плотность почти  сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет оценка средней плотности  вещества в метагалактике приводит к значению порядка 10-28 кг/м³.

Но все эти данные удалось  получить только с помощью уникального  сложного оборудования позволяющего расширить  границы Вселенной. До сих пор  человечество совершенствует его, изобретали все более гениальные приборы, но еще на заре цивилизации, когда пытливый человеческий ум обратился к заоблачным высотам, великие философы мыслили  свое представление о Вселенной, как о чем-то бесконечном. Древнегреческий  философ Анаксимандр (VI в. до н.э.) ввел представление о некой единой беспредельности, не обладавшей ни какими привычными наблюдениями, качествами, первооснове всего - апейроне.

Стихии мыслились сначала как  полуматериальные, полубожественные, одухотворенные субстанции. Представление чистоматериальной основе всего сущего в древнегреческой основе достигли своей вершины в учении атомистов Левкиппа и Демокрита (V-IV в. в. до н.э.) о Вселенной, состоящей из бескачественных атомов и пустоты. Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксимандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля, как и Солнце, обращались вокруг некоего «гигантского огня». Шарообразность Земли утверждал другой пифагореец Парменид (VI-V в. в. до н.э.) Гераклит Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий).

4. Теория об эволюционной вихревой модели Вселенной

Р. Декарта

Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию об эволюционной вихревой модели Вселенной на основе гелиоцентрализма. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту, все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы, находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы.

Солнечная система согласно Декарту, представляет собой один из таких  вихрей мировой материи. Планеты  не имеют собственного движения - они  движутся, увлекаемые мировым вихрем. Декарт внес и новую идею для объяснения тяжести: он считал, что в вихрях, возникающих вокруг планет частицы давят друг на друга и тем вызывают явление тяжести (например, на Земле). Таким образом, Декарт, первым стал рассматривать тяжесть не как врожденное, а как производное качество тел.

5. Концепция эволюционирующей Вселенной

Великий немецкий ученый, философ  Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях - начиная с планетной системных и кончая миром туманности.

5.1 Теория относительности

Эйнштейн совершил радикальную  научную революцию, введя свою теорию относительности. Это было сравнительно просто, как и всё гениальное. Ему не пришлось предварительно открыть  новые явления, установить количественные закономерности. Он лишь дал принципиально  новое объяснение. Эйнштейн раскрыл  более глубокий смысл установленных  зависимостей, эффектов уже связанных  в некую физико-математическую систему (в виде постулатов Пуанкаре). Заменив  в данном случае теорию абсолютности пространства и времени идей их относительности  «Пуанкаре», которую теперь уже не связывали с идеей абсолютного  в пространстве, абсолютной системы  отсчета. Такой переворот снимал основное противоречие, создававшее  кризисную ситуацию, в теоретическом  осмыслении действия. Более того, открылся путь для дальнейшего проникновения  в свойства и законы окружающего  мира, настолько глубоко, что сам  Эйнштейн не сразу осознал степень  революционности своей идеи.

В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности  Эйнштейн, обобщая принципы относительности  Галилея, провозгласил равноправие  всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также электромагнитных явлений. Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космогологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик - теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-1924 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата. Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах. Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

5.2 Теории эволюции Вселенной

Существует несколько теории эволюции: Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в  результате гигантского взрыва. Но расширение вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется  в течении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

5.3 Теория стационарного взрыва

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время прибывает  в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил  взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и  совсем угаснет. Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств  хотя бы одной из них. Открытие многообразных  процессов эволюции в различных  системах и телах, составляющих Вселенную, позволило изучить закономерности космической эволюции на основе наблюдательных данных и теоретических расчетов.

6. Возраст космических объектов и их систем

В качестве одной из важнейших задач  рассматривается определение возраста космических объектов и их систем. Поскольку в большинстве случаев  трудно решить, что нужно считать  и понимать под «моментом рождения»  тела или системы, то устанавливая возраст  характеристики, имеют ввиду две оценки: 1) Время, в течении которого система уже находится в наблюдаемом состоянии. 2) Полное время жизни данной системы от момента её появления. Очевидно, что вторая характеристика может быть получена только на основе теоретических расчетов. Обычно первую из высказанных величин называют возрастом, а вторую - временем жизни. Факт взаимного удаления галактик, составляющих метагалактики свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной. Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объектов и расстояние до них составляющее 60 км/сек - мегапарсек), приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния 17 млрд. лет.

Заключение

Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас и будут происходить в  будущем. Проблема жизни в космосе - одна из наиболее увлекательных и популярных проблем в науке о Вселенной, которая с давних пор волнует не только ученых, но и всех людей. Еще Дж. Бруно и М. Ломоносов высказывали предположение о множественности обитаемых миров. Изучение жизни во Вселенной - одна из сложнейших задач, с которой когда-либо встречалось человечество. Речь идет о явлении, с которым сталкивалось человечество. Речь идет о явлении, с которым людям по существу еще не приходилось непосредственно сталкиваться. Все данные о жизни вне Земли, носят чисто гипотетический характер. Поэтому глубоким исследованиям биологических закономерностей и космических явлений занимается научная дисциплина - «экзобиология».