Эволюция Вселенной, понятие космологии

Хаотическая инфляция. Идея, лежащая  в основе теории хаотической инфляции Линде, очень проста. Существуют направленные поля - электромагнитное, электрическое, магнитное, гравитационное, но может  быть по крайней мере еще одно - скалярное, которое никуда не направлено, а  представляет собой просто функцию  координат.

Начиная с 1970-х гг. в теории элементарных часто использовалась концепция  скалярного поля, самым близким аналогом которого можно считать электростатический потенциал. Напряжение в электрических  сетях США - 110 В, а в России - 220 В. Если бы человек одной рукой  держался за американский провод, а  другой - за российский, его бы убила  разница потенциалов. Если бы напряжение везде было одинаковым, не было бы разницы потенциалов и ток бы не тек. Так вот в постоянном скалярном поле разницы потенциалов нет. Поэтому мы не можем увидеть постоянное скалярное поле: оно выглядит как вакуум, который в некоторых случаях может обладать большой плотностью энергии.

Считается, что без полей такого типа очень трудно создать реалистичную теорию элементарных частиц. В последние  годы были обнаружены практически все  частицы, предсказанные теорией  электрослабых взаимодействий, кроме  скалярной. В рамках земной экспериментальной  физики наблюдательное подтверждение  инфляционной теории пока остается трудноразрешимой задачей.

4.Раздувающаяся Вселенная Алана Гуса

Модель Гуса использует представление  о "ложном" вакууме, из которого началась инфляция Вселенной. Он отличается от "истинного" (т.е. от состояния  с самой плотностью энергии) тем, что может обладать огромной энергией. Нарушение принципа энергодоминантности, характерное для вакуума, наделяет его отрицательным давлением, которое  приводит к гравитационному отталкиванию, обеспечивающему раздувание Вселенной. При расширении ложного вакуума  его полная энергия не уменьшается, а растет.

Если вероятность образования  пузырьков очень мала, то до их возникновения  Вселенная быстро расширяется и  становится большой и однородной.

В целом "ложный" вакуум - симметричное, но энергетически невыгодное, нестабильное состояние, т.е. он стремится к распаду. Квантовый распад вакуума и знаменует  собой конец фазового перехода и  прекращение инфляции. Новая фаза представляет собой "истинный" вакуум, для которого выполняется условие  энергодоминантности.

Внутри каждого пузырька новой  фазы Вселенная переходит во власть гравитационного притяжения, и экспоненциальное расширение заканчивается. Благодаря  первоначальному импульсу, приобретенному в период инфляции, она продолжает расширяться, но скорость с течением времени уменьшается, как в теории горячей Вселенной.

Переход из стадии инфляции на стадию, описываемую теорией горячей  Вселенной, представляет основную трудность  для модели Гуса. Дело в том, что  для того, чтобы энергия, выделяемая при фазовом переходе, перешла  в тепловую энергию Вселенной, необходимо столкновение стенок огромных пузырей  при достаточно большой плотности. Это противоречит малой скорости их образования, необходимой для  замедления фазового перехода, и, следовательно, для значительного раздувания Вселенной. Кроме того, столкновения пузырьков  должны приводить к нарушению  однородности и изотропности Вселенной  после раздувания, что противоречит поставленной задаче.

5.Принцип маятника

Представим, что изначально во Вселенной  существовало однородное скалярное  поле. Если скалярное поле равно  нулю, то энергии нет, и оно будет  находиться в статичном состоянии. Если поле не равно нулю, оно начнет катиться вниз, стремясь к минимуму и постепенно меняя амплитуду. Если в общем объеме пространства оно  характеризовалось цифрой 100, то потом  стало 50, затем 30 и так до нуля.

Скалярное поле подобно маятнику, который хочет упасть в минимум, но промахивается и начинает колебаться. (В простейшем случае энергия пропорциональна  квадрату отклонения.) В обычной  жидкости колебания маятника станут затухающими, а в очень вязкой жидкости он будет медленно-медленно двигаться вниз. Оказалось, что эта  простая идея имеет непосредственное отношение к расширению Вселенной.

Свойства пространства-времени  и законы взаимодействия элементарных частиц друг с другом в разных областях Вселенной могут быть различны, равно  как и размерности пространства, и типы вакуума.

Этот факт заслуживает более  детального объяснения. Согласно простейшей теории, с одним минимумом потенциальной  энергии скалярное поле катится вниз к этому минимуму. Однако более реалистические версии допускают множество минимумов с разной физикой, что напоминает воду, которая может находиться в разных состояниях: жидком, газообразном и твердом. Разные части Вселенной также могут пребывать в разных фазовых состояниях; это возможно в инфляционной теории даже без учета квантовых флуктуаций.

Следующим шагом, основанным на изучении квантовых флуктуаций, является сценарий самовосстанавливающейся Вселенной³. В этой модели учитывается процесс постоянного воссоздания раздувающихся областей, перебирающих разные возможности и размерности. Так Вселенная становится вечной и бесконечной. Вся Вселенная никогда не сколлапсирует. Однако это не означает, что отсутствуют сингулярности. Напротив, значительная часть физического объема Вселенной все время находится в состоянии, близком к сингулярному. Но так как различные объемы проходят его в разное время, единого конца пространства-времени, после которого все области исчезают, не существует. И тогда вопрос о множественности миров во времени и в пространстве приобретает совершенно другое звучание: Вселенная может самовоспроизводиться бесконечно во всех своих возможных состояниях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Вселенная в широком смысле – это среда нашего обитания. Поэтому важное значение для практической деятельности человека имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствуют необратимые физические процессы, что она изменяется с течением времени, находится в постоянном развитии. Человек приступил к освоению космоса, вышел в открытое космическое пространство. Наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны изучать не только земные явления и процессы, но и закономерности космического масштаба.

Великое счастье для  нас, что в первичном веществе был избыток протонов над нейтронами. Благодаря ему остались во Вселенной  несвязанные протоны, и впоследствии образовался водород, без которого не светило бы солнце, не было бы воды, не могла возникнуть жизнь. Не было бы жизни, не было бы и человечества.

Картина эволюции Вселенной, открывшаяся перед нами, поражает воображение и удивляет. Не переставая удивляться, не следует забывать, что  все это открыл человек – обитатель маленькой пылинки, затерянной в безграничных просторах Вселенной, – планеты Земля.

 

Список литературы

 

1. Лавриненко В.Н., Ратников В.П. Концепции современного естествознания. М. 2010 г.
2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М. 2005 г.
3. Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И. Естествознание и основы экологии. М. 2008 г.
4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М. 2011 г.
5. Материалы с сайта http://www.allbest.ru/ Новости астрономии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глоссарий

• Вселе́нная - фундаментальное понятие в астрономии и философии, строго не определяемо
• Метагалактика - охваченная астрономическими наблюдениями часть Вселенной, совокупность звездных систем – галактик.
• Галактика - гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.
• Элемента́рная части́ца - собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.
• Скалярность - отсутствие у какой-либо величины направления.
• Изотропность - одинаковость физических свойств во всех направлениях, инвариантность, симметрия по отношению к выбору направления.
• Однор́одность - пространства означает, что нет такой точки в пространстве, относительно которой существует некоторая «выделенная» симметрия, все точки равноправны, поэтому рассматриваемый эксперимент не зависит от нашего выбора точки отсчета.
• Стационарным состоянием - называется состояние квантовой системы, при котором её энергия и другие динамические величины, характеризующие квантовое состояние, не изменяются.
• Космологическая сингулярность — состояние Вселенной в начальный момент Большого взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества.
• Ха́ос - категория космогонии, первичное состояние Вселенной, бесформенная совокупность материи и пространства (в противоположность порядку).

¹ Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М. 2011 г

² Лавриненко В.Н., Ратников В.П. Концепции современного естествознания. М. 2010 г.

³ Материалы с сайта http://www.allbest.ru/ Новости астрономии