Реферат: Прошлое и будущее Вселенной - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Прошлое и будущее Вселенной

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 45 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

9 Содержание : Введение 2 Открытие взрывающейся Всел енной 3 Возраст Вселенной 6 Большой Взрыв 8 Будущее Вселенной 15 А был ли Большой Взрыв ? 19 Заключение 21 Список литературы 23 Введение С того вре мени , когда Галилей впервые с помощью теле скопа исследовал Млечный Путь , мы знаем , ч то он состоит из звезд , а Солнце предс тавляет собой лишь одну из сотен милл иардов звезд , образующих Галактику Млечно го Пути , а за пределами нашей Галактики лежит необъятная Вселенная . За последние го ды наука добилась захватывающих результатов . Космология , оперирующая на уровне сверхбольших величин , а физика элементарных частиц – на уровне невероятно малых величи н , мощнейшие оптические , инфракрасные , рентгеновски е и радиотелескопы – все это позволило создать потрясающую современную картину – Вселенную , невообразимо распростершуюся в прост ранстве и времени , содержащую множество пор а зительных объектов , движущихся с невероятными скоростями . Естественно встает вопро с : было ли у Вселенной начало , и что было т аким «началом» , каков возраст Вселенной , будет ли конец ее существованию ? На эти воп росы я постараюсь ответить в своей работе. Отк рытие взрывающейся Вселенной В начале 20-х гг . XX в . Вселенная казалась астроно мам постоянной и неизменной , но новы дости жения в теории и результаты наблюдений ра звеяли представление о статичности вселенной . В 1917 г . Альберт Эйнштейн создал общую теори ю относительности (ОТО ). Она описывала пр ироду гравитации , а поведение Вселенной опред елялось именно гравитацией . На языке уравнени й Эйнштейна гравитация представляет собой иск ривленное пространство (точнее , пространство - время ), степень искривленности кото р ого определяется количеством материи во Вселенной . Согласно эйнштейновской теории вселенной прост ранство - время – это нечто живущее собств енной динамичной жизнью , искривляющаяся , расширяющ аяся или сжимающаяся в соответствии со ст рого определенными законам и . Эйнштейн , который , как и все его современники исх одил из статичности и неизменности вселенной ужаснулся , когда из его уравнений стало видно , что пространство - время должно рас ширятся , – что Вселенная должна становиться все больше , - и исправил уравнение, д обавив новый член, «космологическую постоянную» , с целью лик видировать расширение и восстановить статичность . Позднее он назвал это своей самой се рьезной научной ошибкой. См .: Джон Гриббин Большой Взрыв // Курьер Юнеско . 1984. № 10. С .5 В начале 20-х гг . урав нения Эйнштейна , описывающие природу вселенной , были рассмотрены советским ученым А . Фридма ном , который в 1922 г . получил стандартный наб ор решений . Модели Фридмана , как их называ ют , дают основные предпосылки нашего представ ления о Вселенной : с течен ием времени Вселен ная должна эволюционировать . Была предсказана необходимость существования в прошлом «сингулярн ого состояния» – вещества огромной плотности , а значит , и необходимость какой-то причин ы побудившей сверхплотное вещество начать рас ширятся . Эт о было теоретическим откр ытием взрывающейся Вселенной , открытие было с делано без наличия каких-либо идей о самом взрыве , о причине начала расширения Вселе нной . Эйнштейн сначала не соглашался с выв одами советского математика , но потом полност ью их признал . П озднее он стал склоняться к мысли , что /\ - член (так обозначают космологическую постоянную ) не следует вводи ть в уравнения тяготения , если их решение для всего мира можно получить и без космологической постоянной. См. : Новиков И.Д . Как взорвалас ь Вселенн ая . – М. : Наука , 1988. С .21 Идеи требовали подтверждения . Именно в это время астрономы создали ряд больших телескопов для исследования Вселенной и об наружили , на сколько ограничены были их пр ежние взгляды. Американский астроном Эдвин Хаббл , работа вший в о бсерватории Маунт-Вильсон в Ка лифорнии , в 1929 г . обнаружил , что многие туман ные пятна в небе удается разделить на отдельные звезды , и они есть ни что иное , как самостоятельные галактики , лежащие д алеко за пределами Млечного Пути . Затем Ха ббл сделал еще бо л ее грандиозное открытие , он обнаружил , что у далеких галактик систематически наблюдается красное смещ ение в спектрах , пропорциональное расстоянию от каждой галактики до Земли . Это красное смещение представляет собой сдвиг линий видимого спектра в красную о бласть по сравнению с ожидаемой картиной . Это явление можно толковать как удлинение свет овых волн т.к . красный свет соответствует длинноволновому краю видимого спектра (голубой свет имеет более короткие длины волн , с окращение длин волн вызвало бы голубой с двиг ). Существует приемлемое единстве нное объяснение этого явления : длина волны света увеличивается , потому что галактика у даляется от нас . Однако это не означает , что наша галактика находится в центре Вселенной , а все остальные удаляются от не е. Представь те себе раздувающийся резиновый шарик с нанесенными на него точками . Каждая т очка «видит» , как любая другая удаляется с о скоростью пропорциональной расстоянию , разделяю щему их , но в действительности ни одна из точек не движется по поверхности ша ра . По зак о ну Хаббла Вселенная ведет себя аналогичным образом , пустое прос транство – Эйнштейновское пространство-время рас ширяется и раздвигает галактики все дальше друг от друга , хотя сами они не дви жутся в пространстве. Умы астрономов были готовы к этому уже в 30-х гг ., и в течение трех десятилетий они надеялись , что у вселенно й должно быть начало , с которого пошел процесс расширения . Но лишь в 60-х эта идея стала превращаться в нечто более конкретное . До этого Большой Взрыв казался абстракцией , его нельзя было ни у видеть , ни услышать , ни ощутить , у астрономов не было уверенности , что гипотеза верна. В 1964 г . Арно Пензиас Роберт и Вильсон , р аботая в американской лаборатории «Белл Телеф он Лабораториз» , нашли способ «ощутить» Больш ой Взрыв . При помощи чувствительной р а диоантенны и системы усиления ученые изучали слабые радиосигналы , отражавшиеся спутниками «Эхо» , а также легкий радиошум Млечного П ути , и к своему удивлению обнаружили слабы й , но равномерный сигнал , приходящий со вс ех направлений в пространстве . Проходил и месяцы , а он не менялся , хотя ан тенна направлялась на различные участки неба , вращаясь вместе с землей вкруг ее ос и и вокруг солнца . Шум не мог исходить от какого-либо источника на Земле , антенн у разбирали , монтировали заново , но шум в коротковолновом пр и емнике не исч езал . В это время Пензиас и Вильсон уз нали о расчетах П . Дж . Э . Пиблза , физика из Принстонского университета , из которых следовало , что если Вселенная возникла при Большом Взрыве , то для предотвращения сли яния всех компактных частиц в тяжелые элементы и для сохранения достаточного количества водорода и гелия для формиров ания звезд и галактик во Вселенной необхо димо наличие огромной плотности излучения . По мере расширения Вселенной излучение остывало , продолжая наполнять Вселенную , но в боле е «разбавленном» виде . Пиблз предсказал , что сегодня его можно обнаружить как излу чение , с температурой на несколько градусов выше абсолютного нуля по шкале Кельвина . Расчеты Пиблза объясняли происхождение радиошу ма , который слышали Пензиас и Вильсон . Про ст р анство – наша Вселенная – оказалось заполненным очень слабыми радиоволна ми с энергией , эквивалентной 3 о К (0 о по шкале Кельвина соответ ствует – 273 о С ). См .: Джон Гриббин Большой Взрыв // Курьер Юнеско . 1984. № 10. С .7 По обычным стандар там это очень слабы й сигнал , но , по скольку им заполнено все пространство , получа ется огромное кол-во энергии . Космическое излу чение было отдаленным эхом Большого Взрыва , последним следом огненного шара , в котором зародилась Вселенная , ученые назвали его реликтовым излучение м. Доводы в защиту этой теории просты . Вселенная при рождении была очень горячей , с высокой концентрацией энергии и матери и , расширялось пространство и излучение , но по мере расширения энергия рассредоточивалась , с уменьшением плотности энергии температура падала . Сейчас температура фонового изл учения в точности соответствует расширению , п роизошедшему с момента Большого Взрыва . Если подсчитать общую плотность энергии , которая сегодня содержится в реликтовом излучении , то она окажется в 30 раз больше , чем пл о тность энергии в излучении от звезд , радиогалактик и других источников вместе взятых . Можно подсчитать число фотонов реликтового излучения , находящихся в каждом кубическом сантиметра Вселенной . Оказывается , что концентрация этих фотонов : N ~500 штук в см 3 . См. : Новиков И.Д . Эволюция Вселенной . – М. : Наука , 1983. С .109 Большой Взрыв оказался нечем более реальным , чем результаты математически х построений . В 1978 г . Пензиас и Вильсон были удостоены Нобелевской премии за свое открытее. Возраст Вселенной Воп рос о возрасте Вс еленной является наиболее спорным . Еще в 1929 г . совершенствование методик измерения расстояни й до окружающих галактик позволило получить более точное значение отношения скорости разбегания к расстоянию – так называемой постоянной Хаббла. Ее величина оц енивается в интервале от 50 до 100 км / с из мегапа рсек (3 1 /4 миллиона световых лет ). Ины ми словами , на каждые 75 км измеренной скоро сти разбегания приходится около 3 1 /4 миллиона световых лет расстояния между ним и и данной галактикой . Постоянна я Хабб ла показывает , насколько быстро расширяется В селенная , а это в свою очередь позволяет вычислить , когда произошел Большой Взрыв . Подсчитанный на основе этих соображений возр аст Вселенной составляет от 15 до 20 млрд . лет. С вывод ами Хаббла были согласн ы далеко не все астрономы , в частности ученый Техасског о университета де Вокулер считал , что мы живем на в обычной области Вселенной , а в аномальной , и нужен какой-то более совершенный метод определения . В 1979 г . Марк Ааронсон и его коллеги из обсерватор и и Стюарда решили измерить не видимый свет Галактик , а их инфракрасное излучение , т.к . оно не задерживается пылью и не надо делать поправку на поворот Галактик . В итоге было подтверждено предпол ожение де Вакулера о том , что мы , в самом деле , живем в аномал ь ной области Вселенной . Мы находимся на рассто янии примерно 60 млн . световых лет от суперс копления в Деве и стремимся к нему по д действием притяжения с весьма большой с коростью . Значит , для того чтобы получить верное значение постоянной Хаббла , нужно из ск о рости разбегания галактик (с которой они удаляются от нас ) вычесть э ту скорость . Но некоторые ученые считают , что мы движемся к созвездию Льва , а не Девы , со скоростью примерно 600 км / с . Какие же измерения возраста Вселенной верны , пока не известно. Есть е ще методы определения возра ста Вселенной , но они позволяют найти лишь возраст нашей Галактики , но т.к . хорошо известно насколько Вселенная старше Галактики то эти методы весьма надежны . В одном из методов используются гигантские скопления звезд , так назыв а емые глобулярные скопления , которые окружают нашу Галактику . Ученые Герцшпрунг и Рессел создали график зависимости абсолютной яркости от температур ы поверхности звезд и на этом основании сделали вывод , что возраст глобулярных скоп лений от 8 до 18 млрд . ле т , значит Вселенной должно быть не больше 10 млрд . лет. Есть метод , заключающийся в наблюдении скоростей распада различных ради оактивных веществ . Мерой скорости этого проце сса служит так называемый период полураспада – время , течение которого распадается по ловина ядер данного вещества . Измеряя периоды полураспада атомов радиоактивных элемент ов в Солнечной системе , можно определить е е возраст , а на его основе – возраст нашей Галактики , и вновь результаты указы вают , что Галактике больше 10 млрд . лет . Сотрудник Чикагского универси тета Дэвид Шрамм и некоторые другие учены е применили ряд мето дов определения возраста Галактики , а затем обра ботали результаты для получения наиболее вероятного значения . Таким образом , они получили оценку 15-16 миллиа рдов лет . Но и э то убедило о тнюдь не всех . Гарри Шипмен из университет а Делавэра недав но провел исследование эволю ции белых карликов и определил их число в нашей Галактике ; теперь он утверждает , что Млечному Пути не более 11 миллиар дов лет . С его выводами согласны Кен Д жейнс из Бос тонского университета и Пьер де Марк из Йеля . Они внимательно изучили методику определения возраста глобулярны х скоплений на основе графиков зависи мости светимость — температура и пришли к в ыводу , что учет погрешностей в наблюдениях звезд , а также некоторых теоретическ их допущений позволяет сни зить оценку их возраста до 12 миллиардов лет. Парк ер Б . Мечта Эйнштейна , в поисках единой теории Вселенной . – Спб. : Амфора , 2001. С .211 Сегодня ученые с уверенность ю могут утверждать лишь то , что воз раст Вселенной составляет от 10 до 20 мил лиардов лет . Это значит , что около 10-20 миллиа рдов лет назад произошел колоссальный взрыв , в результате которого произошло рождение нашей Вселенной. Большой Взрыв Какой же была Вселенная в момент своего рождения ? Этот вопрос имеет смысл , только если он относится к мгновению , следующему непосредственно за нач алом , т.е . к моменту времени , когда применен ие физических законов становится уже разумным . Спустя всего одну сотую секунды после начала , космос занимал горазд о меньши й объем , тем теперь , и был заполнен сжа тым веществом при температуре в миллиарды градусов с плотностью в триллионы раз выше , чем плотность воды . В этих условиях не могли существовать ни ядра , ни тем более атомы , которые были бы разрушены бурным те п ловым движением. Итак , если отправной точкой мы будем считать десятитысяч ную долю секунды после самого начала , то из проделанных вычислений следует , что ра диус кривизны Вселенной в этот момент рав нялся примерно одной тридцатой части световог о года , т.е . 30 0 миллиардов километров , что в 1000 раз превышает размеры Солнечной систе мы. Т . Редже Этюды о Вселенной . – М .: Мир , 1985. С . 35 Хотя это и колос сальная величина , но она ничтожна по сравн ению с размерами современной Вселенной , таким образом вещество нахо дилось в крайне сжатом состоянии с плотностью в тысячи миллиардов раз больше , чем плотность воды и при чрезвычайно высокой температуре поря дка одного триллиона градусов. Чем же был заполнен космос в эти мгновения ? Напомним , что температура газа представляе т собой не что иное , как меру средней энергии сост авляющих его частиц . Если эти частицы попы таться нагреть до триллиона градусов , то о ни будут сталкиваться друг с другом с такой силой , что атомы разобьются на яд ра и электроны ; в свою очередь ядра разобьютс я на нейтроны и протоны , из которы х они состоят . Более того , энергия разлета ющихся частей будет столь высока , что смож ет материализоваться согласно формуле E = mc 2 и привести к появлению вещества – антивещества (пар мюонов и электрон-по зитных пар ). Космичес кие соударения сначала происх одят в неистовом ритме , который со времене м затихает ; в конце концов , столкновения становятся совсем редкими . Расширяясь , Вселенная охлажда ется со скоростью , обратно пропорциональной е е радиусу . В свою очередь радиус Вселенной увеличивается как корень квадратный из прошедшего времени ; так , например , при увеличении в ремени от одной до четырех секунд радиус Вселенной увеличится в два раза , в то время как температура уменьшится вдвое . П о прошествии одной секунды после начала п ропад ают мюоны , и начинается образование более стабильных ядер (главным образом яд ер гелия , или a - частиц , состоящих из двух протонов и двух нейтронов ). В течение последующих трех минут нуклеосинтез по существу заканчивается . Спустя четверть часа после начала ра диус вселенной до стигает 100 световых лет , а температура равна 300 млн . градусов , что сравнимо с температурой наблюдаемой при термоядерных взрывах . С э того момента наблюдается более медленное охла ждение Вселенной наряду с ее расширением , и пройдет еще мил л ион лет , пре жде чем произойдет новый качественный скачек в картине развития Вселенной . Температура при этом упадет до четырех тысяч граду сов , и свободные электроны начнут рекомбиниро вать с ядрами , образуя атомы , которые , нако нец , будут способны противосто я ть уменьшившемуся уровню тепла. Что бы мы увидели , если бы могли окинуть взглядом пространство в ту далекую первоначальную эпоху ? Яркость ра вномерного свечения неба всего в десять р аз меньше , чем у поверхности Солнца (что очень близко к яркости свечения со лнечных пятен , в сою очередь сравнимой с яркостью дуговой лампы ). Жара , как в а ду , поддерживает вещество в возбужденном сост оянии , не давая ему конденсироваться . После образования атомов вещество становиться прозра чным для света , и свет блуждает в тече ние миллиардов лет по всей Вселенн ой вплоть до наших дней . Почему же мы его не видим ? Ответ состоит в том , что его все-таки удалось увидеть , хотя и не в виде света в обычном смысле , о чем мы уже говорили ранее , речь иде т о так называемом реликтовом излучении. Оно представляет собой самое древ нее из имеющихся свидетельств нашей эволюции ; оно б ыло испущено , когда прошло менее одной тыс ячной доли всей жизни Вселенной. Существуют ли причины , кроме простого любопытства , по которой следует определять ра зличные числен ные характеристики «сверхварев а» вещества , появившегося вслед за Большим Взрывом ? Вот одна из них. Из вычислений следует , что оставшийся «пепел» должен был состоять при мерно на три четверти из водорода ; остальная ча сть – это гелий и очень малые примес и бол ее тяжелых элементов . Не случайно , что такой же начальный состав галактичес кого вещества получается и из данных об эволюции звезд . Кроме того , в этом месив е должен был присутствовать тяжелый изотоп водорода – дейтерий , относительно легкий п о сравнению с д р угими ядрами . По всей видимости , дейтерий не может созда ваться в горниле звездных печей , где он бы сразу превращался в гелий или , так или иначе , разрушался . Поэтому встречающийся в настоящее время дейтерий (даже в стен ах домов ) должен был сохраниться со в р емени Большого Взрыва . Если Вселе нная действительно была тогда очень плотной (настолько , чтобы быть замкнутой ), то , как показывают расчеты , частные столкновения дей тронов (ядер дейтерия ) с другими ядрами чр езвычайно быстро привели бы к их разрушен ию. Таким образом , обнаружение значительного количества дейтерия в нынешней Вселенной указывало бы на малую плотность вещества в ней , т.е . на то , что Вселенная откры та . Наблюдения нашей Галактики , судя по вс ему , подтверждают существование межзвездных облак ов , сост о ящих из дейтерия , что говорит в пользу модели открытой Вселенной , по крайней мере , временно , поскольку не исключена возможность , что будет обнаружен сп особ образования дейтерия в звездах , противор ечащий нашим рассуждениям. Когда же появились Галактики ? По сле отрыва излучения от вещества Вселенная по-прежнему состояла из довольно однородной смеси частиц и излучения . В ней уже содержалось вещество , из ко торого впоследствии образовались галактики , но пока его распределение оставалось в основн ом рав номерным. Известно , однако , что позже наступил этап неоднородности , иначе с ейчас не было бы галактик . Но откуда ж е взялись флуктуации , приведшие к по явлению галактик ? Астрономы полагают , что о ни проявились очень рано , практически сразу же после Большого взрыва . Что их в ызвало ? Точно неизвестно и , может быть , ни к огда не будет известно наверняка , но они каким-то образом появились практически в самый первый мо мент . Возможно , поначалу они были довольно велики , а затем сгладились , а может быть , наоборот , увеличи валис ь с течением времени . Известно , однако , что по окончании эпохи излучения эти ф луктуации стали расти . С течением времени они разорвали облака час тиц на отдельные части . Эти гигантские клубы веще ства расширял ись вместе с Вселенной , но постепен но ста ли отс т авать . Затем под действием взаимного притяжения частиц начало происходи ть их уплотне ние . Большинство этих образовани й поначалу мед ленно вращалось , и по мере уплотнения скорость их вращения возрастала. Турбу лентность в каждом из фрагментов была вес ьма зна чительна , и облако дробилось ещ е больше , до тех пор , пока не остались области размером со звез ду . Они уплотнял ись и образовывали так называемые протозвезды (облако в целом называется протогалактикой ). Затем стали загораться звезды и галактики приобрели с в ой нынешний вид. Эта картина довольно правдоподобна , но все же остается ряд нерешенных проблем . Как , наприм ер , выглядели ранние формы галактик (их об ычно назы вают первичными галактиками )? Так как пока ни одна из них не наблюдалась , сравнивать теоретически е по строения не с чем. Есть и другие трудности . Задумаемся над тем , что мы видим , вглядываясь в глубины космос а . Ясно , что при этом мы заглядываем в прошлое . Почему ? Да пото му , что скорость света не бесконечна , а имеет предел ; д ля того чтобы дойти до нас от уд аленного объекта , све ту требуется некоторое в ремя . Например , галактику , на ходящуюся от нас на расстоянии 10 миллионов свето вых лет , м ы видим такой , какой она была 10 миллионов лет назад ; галактику на расстоянии 3 миллиар да свето вых лет мы наблюд а ем отстоящей от нас во времени на 3 миллиарда лет . Всматриваясь еще дальше , мы ви дим все более тусклые галактики , и , наконец , они ста новятся вовсе не видны - за определ енной границей можно наблюдать только так называемые радиогалак тики , которые , похоже, во многих случаях находятся в состоянии взрыва . За этой границей расположены особен но странные галактики - мощные источники радио излучения с чрезвычайно плотными ядрами. Наконец , на самой окраине Вселенной можно разгляд еть только квазары . Их обнаружили в начале 60-х годов , и с тех пор они остаются для нас загадкой . Они испускают больше эн ергии , чем целая галактика (а ведь в не е входят сотни миллиардов звезд ), при весь ма малом размерен - не больше Солнечной си сте мы . По сравнению с количеством излучаемой эн ергии такой размер просто смехотво рен . Как может столь малый объект давать столько энергии ? На эту тему в послед ние годы много рассуждали , в основном при менительно к черным дырам , но ответа пока нет . В со ответствии с наиболее приемлемо й моделью , квазар - это плотный сгусток газа и звезд , находящийся по близости от черной дыры . Энергия выделяется , когда га з и звездное вещество поглощаются черной дырой . Важно помнить , что мы видим все эти объекты та кими , какими они были давны м-давно , когда Вселен ной было, скажем , все го несколько миллионов лет от роду . Поскол ьку на самой окраине видны только квазары , напрашивается вывод , что они есть самая ранняя форма галактик . Ближе к нам на ходятся ра диогалактики , так , может быть , они произошли от квазаров ? Еще ближе об ы чные галактики , которые , стало быть , п роизошли от радиогалактик ? Получает ся как бы цепь эволюции : квазары , радиогалактики и обычные галактики . Хотя такие рассуждения каж ут ся вполне разумными , большинство астрономов с ни ми не соглашается . Одно из возраж е ний - разница в размерах между квазарами и галактиками . Следует , однако , уп омянуть , что недавно вокруг некоторых квазаро в обнаружены туманности . Возможно , эти ту манно сти затем конденсируются в звезды , которые объединяются в галактики . Из-за упомянутой в ы ш е и других трудностей большая часть астрономов пред почитает считать , что и на самых дальних рубежах есть первичные галактики , но они слишком слабы и пот ому не видны . Более того , недавно обнаруже ны новые свидетельства , подтверждающие такое предпо ложение, зарегистрировано несколько галактик , на ходящихся на 2 миллиарда световых лет дальше , чем самая дальняя из изве стных галактик . Они настолько слабы , что д ля получения их изображения на фото пластинке понадобилась экспозиция 40 ч. Хотя в общих чертах нам я сно , что тогда происходило , но механизм образования Галактик все же понят не до конца и противоречит аккуратным подсчетам наблюдаемых масс Галактик и их скоплений . Проникая с помощью телескопов вс е дальше в глубь космоса , было обнаружено , что самые далек и е объекты пе ремещаются со скоростями , вплотную приближающимис я к скорости света , и поэтому они пере стают бать видимыми . Где-то вдалеке существует горизонт , и свет от объектов , находящихся за ним , до нас еще не дошел . Наход иться этот горизонт на расстоянии примерно 12 миллиардов световых лет. Т . Редже Этюды о Вселенной . – М .: Мир , 1985. С . 59 На сколько можно судить , космос заполнен множеством галактик (десятками миллиардов ), объединенных в гигантски е скопления , содержащие сотни и тысячи гал актик. Так вот диаметры галактик колеблютс я от 10 до 100 тыс . световых лет , тогда как расстояние от нас до ближайшей гигантско й Галактики – туманности Андромеда – пр евышает 2 миллиона световых лет . Размеры больши х скоплений галактик порядка 10 миллионов свето вых лет , а сверхскоплений 100-300 миллионов световых лет. См .:З ельдович Я.Б . Крупномасштабная структура Вселенной // Курьер Юнеско . 1984. № 10. С .25 В последнее время были пр оведены массовые измерения красных смещений д ля более чем 10 тысяч галактик , используя по лу ченное расстояние до галактик , с пом ощью компьютеров были построены трехмерные ка ртины распределения галактик во вселенной . Зд есь-то ученые и столкнулись с неожиданным результатом . Если наивно считать , что все структурные уровни материи качественно похожи друг на друга и отличаются то лько пространственными размерами , то вполне е стественно было предположить , что галактики о бъединяются в скопления галактик точно так же , как звезды объединяются в галактике , однако действительность оказалось совершенно и ной . П о давляющая часть галактик (80-90%) оказалась сконцентрированной в сильно вытянуты е нитевидные (филаментарные ) структуры толщиной менее 30 миллионов световых лет и длинной до 300 миллионов световых лет . Соседние нити пересекаются между собой , образуя связан н ую , трехмерную сетчато-ячеистую струк туру . Эту структуру и называют обычно сист емой сверхскоплений , условно проводя границу между отдельными сверхскоплениями там , где ни ти становятся тоньше и реже . Большие скопл ения галактик заключают в себе весьма мал ую д олю всех галактик (менее 10%) и располагаются , как правило , в близи точек пересечения нитевидных структур , остальное п ространство почти не содержит галактик . Были обнаружены гигантские пустоты с размерами в десятки мегапарсек . Первая пустота «войд» была о б наружена в направлении на созвездие Волопаса . Ячеистая структура н е собирается в более крупные образования , а в среднем равномерно заполняет вселенную . Масштабы ячеек около 300 мегапарсек , плотность светящегося вещества , усредненная по объему ячейки , равн а 3· 10 -31 г / см 3 . Э то и есть среднее значение плотности веще ства наблюдаемой Вселенной . Контраст плотности вещества убывает с ростом пространственного масштаба структур . Правда , астрономические оценки масс не очень надежны , т.к . помимо светящегося вещества с амих галактик в пространстве вокруг них существуют , по-видимому , значительн ые массы вещества , наблюдать которые не уд ается . Скрытые массы проявляют себя только тяготением , которое сказывается на движении галактик в группах и скоплениях , по эти м признакам о ценивают связанную с ними среднюю плотность , которая , как полагаю т , может быть в два-три или даже пять-д есять раз больше усредненной плотности галакт ик . То обстоятельство , что число галактик и плотность вещества оказываются одинаковыми в достаточно больши х объемах , где бы эти области ни находились , означает что Вселенная , рассматриваемая в большом масш табе , является в среднем однородной . Это о дно из фундаментальных свойств окружающего на с мира. Будущее Вселенной Современная наука , рассматривая дальнейшую судьбу Все ленной , останавливается на двух вариантах – открытой и замкнутой Вселенной . Если пред положить , что Вселенная замкнута , в этом с лучае в течение 40-50 миллиардов лет ничего с ущественного не произойдет . Галактики будут в се дальше разбегаться друг о т д руга , пока в какой-то мо мент самые дальние из них не остановятся и Вселенная не начнет сжиматься . На смену кра сному смещению спе ктральных линий придет синее . К моменту максималь ного расширения большинство звезд в галактиках погаснет , и останутся в основ ном небольшие звезды , бе лые карлики и нейтронные звезды , а также черные дыры , окруженные роем частиц - в больши нстве сво ем фотонов и нейтронов . Наконец , через примерно 100 миллиардов лет начнут сливатьс я воедино галак тические скопления ; отдельные объект ы сначала бу дут сталкиваться очень редко , но со временем Вселен ная превратится в однородное «море» с коплений . Затем начнут сли ваться отдельные галактики , и , в кон це концов , Вселенная будет пре дставлять собой одно родное распределение звезд и других подо бны х объ ектов. В течение всего коллапса в результате аккр еции и соударений станут образовываться , и расти черные дыры . Будет повышаться температур а фонового излу чения ; в конце концов , она почти достигнет темпера ту ры поверхности Солнца и начнется процесс испаре ния звезд . Перемещаясь на фоне ослепительно яркого неба , они подобно кометам будут оставлять за собой состоящий из па ров след . Но вскоре все заполнит рас сеянн ый туман и свет звезд померкнет . Вселенная по теряет прозрачность , как сразу же после Бол ьшого взрыва . (В гл . 6 мы видели , чт о /ранняя Вселенная была непрозрачной , пока ее температура не упала примерно до 3000 К ; тогда свет стал распространять ся без помех .) По мере сжатия Вселенная , естественно , будет про ходить те же стадии , ч то и при создании Вселенной , но в обратном порядке . Темп ература будет рас ти , и сокращающиеся интервалы времени начнут иг рать все большую роль . Наконец галактики тоже ис парятся и превратятс я в первичный «суп» из ядер, а затем распадутся и ядра. На этом этапе Вселенная ст анет крохотной и состоящей толь ко из излучения кварков и черных дыр . В последнюю долю с екунды коллапс дойдет почти до сингулярно сти . Что будет дальше - н еизвестно , поскольку нет теории , которая годил ась бы для описания сверхбольших плотностей , возникающ их до появления сингулярности , можно лишь строить предположения. В теории замкнутой Вселенной появилась так называемая идея «отскока» - внезапного п рекращения сжатия , нового Большого Взрыва и нового расширения. Одной из п ричин первоначального введения идеи отскока была возможность обойти неприятную с точки зрения многих астроно мов проблему возникновения Вселен ной . Если отскок произошел оди н раз , то он мог слу чаться неоднократно , может быть , бесчислен ное коли чество раз , поэт ому не нужно и беспокоиться о н ач але времен. К сожалению , при подробной проработке такой идеи оказалось , что , и отскок не решает проблемы . В интервалах между отскоками звезды и злучают зна чительное количе ство энергии , которая затем кон центрируется при достижении состо яния , близкого к с и нгулярности . Эта энергия должна постепенно на капливаться , из-за чего пр омежуток времени меж ду последовательными отскоками будет возрастать . Значит , в прошлом эти промежу тки были короче , а когд а-то , в пределе , промежутка не было вовсе , т . е . мы приходим к тому , чего старались избежать , - про блеме начала Вселенной . С огласно расчетам , от нача ла нас должно отделять не более 100 циклов расшире ний и сжа тий. Мн огие предпринимали попытки обойти эту про блему . Томми Голд , например , разработал теорию , со гл асно которой в момент наибольшего расши рения время начинает течь вспять . Излучение устремится обратно к звездам и Вселенная «омолод ится» . В та ком случае она будет равномерно осциллировать меж ду коллапсом и максимальным расширением. Ве сьма интересную , но очен ь спорную теор ию пред ложил Джон Уилер . Воспользовавшись идеей Хо- кинга , согласно которой фундаментальные к онстанты «теряют» свои чис ловые значения при достаточно вы соких плотностях , он показал , ч то цикл осцилляции не обязательно должен удлиняться . Из-за принцип а неопределенности значения констант утрачиваются , когда Вселенная сжимается до почти бесконечной плотности . После возможного отскока и нового рас ширения эти константы могут получить совершенно иные значения . П родолжительность циклов в таких обстоя тельствах также будет меняться , но случайным о бразом ; одни циклы станут очень длинными , а дру гие короткими. 1 10 Паркер Б . Мечта Эйнштейна , в пои сках единой теории Вселенной . – Спб. : Амфора , 2001. С . 203-204.0 Согласн о противоположной теории , открытая Всел ен ная будет расширяться вечно. Первые события буду т , конечно , аналогичны тем , которые происходят в замкнутой Вселенной . Звезды постепенно постареют , превратившись с течением времени в красных гигантов , либо взорвутся , либо медлен но сколлапсируют и умрут . Н екоторые из них , прежде чем погасн уть , столкнутся с другими звезда ми . Такие столкновения очень р едки , и с момента об разования нашей Галактики (по крайней мере , в ее внешних областях , где мы обитаем ) их было совсем немного . Однако за триллионы и триллионы триллио нов лет таких столкновений произойдет множество . Часть из них лишь сбросит в простран ство планеты , а в резул ьтате других звезды окажутся на совершенно иных орбитах , некоторые д аже вне пределов нашей Галактики . Если подождать достаточно долг о , то н ам покажется , что внешние области галактик испаряются. Не выброшенные из галактик звезды в результ ате столкновений , скорее вс его , будут притягиваться к центру , который , в конце концов , превра тится в черную гигантскую дыру . Примерно через 10(18) лет боль ши нство галактик будет состоять из массивных черных дыр , окруженных роем белых кар ликов , нейтронных звезд , че рных дыр , планет и различных частиц. Да льнейшие события вытекают из современной еди ной теории поля , называем ой теорией великого объе динения . Из это й теории сле дует , что протон распадается примерно за 10(31) лет. Сейчас ведется несколько эксперим ентов по обнару жению та кого распада , а значит , и по проверке т еории , Согласно ей , протоны должны распадаться на элек троны , позитроны , нейтрино и фотоны . От сюда следу ет , что , в конце концов , все , что состоит во Вселенной из протонов и нейтронов (а их не содержат только черные дыры ), распадется на эти частицы . Вселенная пре вратится в смесь из них и черных дыр , и будет на ходиться в таком состоянии очень , очен ь долг о . Когда- нибудь испарятся маленькие черные дыры , а вот с большими возникнут трудности . Фоно вое излучение к тому времени будет очень холодным , но все же его температура останется чуть выше , чем у черных дыр . Однако по мере ра сширения Вселенной ситуаци я из менится — температура излучения станет ниже , чем на поверхности черных дыр , и те начнут испаряться , медленно уменьшаясь в размерах ; на это потребуется прим ерно 10(100) лет . Затем Вселенную заполнят электроны и позитроны , которые , вращаясь , друг во кру г друга , образуют огромные «атомы» . Но посте пенно позитроны и электроны , двигаясь по спирали , столкнутся и аннигилируют , в результате чего оста нутся только фотоны . Во Вселенной не будет ничего , кроме излучения. Мы рассмотрели судьбу как открытой , так и з а крытой Вселенной . Что ее ждет , пока неизвестно . Если даже Вселенная когда-нибудь ск оллапсирует , неизве стно , про изойдет ли потом «отскок». Одна из трудностей , на которую наталкивается традиционная теория Большого взрыва , - необходи мость объяснить , откуд а берется колоссальное ко ли чество энергии , требующеес я для рождения частиц . Не так давно внимание ученых привлекла ви доизме ненная теория Большог о взрыва , которая предлагает I ответ на этот вопрос . Она носит название теор ии раз дувания , и была предложена в 1980 году сотрудником Массачусетского технологического инс титута Аланом Гутом . Основн ое отличие теории раздувания от тра диционной теории Большого взрыва з аключается в описании пери ода с 10(-35) до 10(-32) с . По теории Гута примерно через 10(-35) с Вселе н ная переходит в с остояние «псевдовакуума» , при котором ее энер гия исключительно велика . И з-за этого происходит чрез вычайно быстрое расширение , гораздо более быстрое , чем по теории Большого взрыва (оно называется раз дуванием ). Через 10(-35) с после обра зо вания Все ленная н е содержала ничего кроме черных мини-дыр и «обрывков» пространства , поэтому при резком раз дувании образовалась не одна вселенная , а множест во , причем н екоторые , возможно , были вложены друг в друга . Каждый из участков пены превратился в от дельную вселенную , и мы живем в од ной из них . От сюда с ледует , что может существовать много других вселенных , недоступных для нашего наблюдения. Хо тя в этой теории удается обойти ряд т рудностей традиционной теории Большого взрыва , она и сама не свобо дна от недостатков . Например , трудно объя с нить , почему , начавшись , раздувание , в конце концов , прекращается . От этого недостатка удалось освобо диться в новом варианте теории раздувания , появив шемся в 1981 году , но в нем тоже есть свои трудности. А был ли Большой Взрыв ? Уче ных давно волновал вопрос о существовании модели Вселенной без начала , модели , в к оторой Вселенная бесконечна стара . Модель так ого рода , известную как модель «стабильного состояния» выдвинули в 1948 г . Германн Бонди , Томас Гоулд и Фред Х оил . Она оп исывает постоянно расширяющуюся Вселенную , не имеющую ни начала , ни конца , плотность вещ ества в ней имеет постоянную величину . Как им же образом система может расширяться и в то же время сохранять свою плотнос ть неизменной ? В модели «стабильного состояния» это достигается за счет не прерывного поступления нового вещества . Сформулир овать процесс образования вещества , не наруша я закона сохранения массы энергии можно м атематически . Но эта модель обнаружила серьез ные недочеты после открытия в 1964 г . А . Пензиасом и Р . Вильсоном микроволнового фонового излучения , однако , сегодня сторонник и модели «стабильного состояния» считают , что это открытие не представляется столь про тиворечащим данной модели. Открытие излучения расценивалось , как сам ое убедительное доказательство того , что Вселенная возникла в результате горячего б ольшого взрыва , это основывалось на следующих соображениях : наблюдаемое излучение распределяет ся чрезвычайно равномерно без каких-либо «пят ен» , которые должны были возникнуть , если бы излу чение поступало из большого чи сла отдельных источников ; спектр этого излу чения весьма схож со спектром идеального черного тела , черное тело – это замкнутое пространство с объектами , постоянно испускаю щими и поглощающими излучение , причем , излучен ие не поки дает это пространство и не поступает в него извне . Согласно тео рии , в такой системе устанавливается четкое соотношение между соответствующей интенсивностью излучения и длинной его волны. Оба эти свойства должны быть присуще моделям Вселенной , возникшей в р езуль тате Большого Взрыва , поэтому излучение стали рассматривать как остаточное явление ранней горячей Вселенной . Однако такое истолкование сталкивается с некоторыми трудностями. Во-первых , наблюдаемый спектр не совпадает в точности со спектром чернотельно го излучения . Такие небольшие отклонения от спектра черного тела нельзя игнорировать . Они были отмечены Д.П . Вудди и П.Л . Ричардс ом в 1980 г . и до сих пор остаются нер ешенной проблемой в модели Большого Взрыва . Вторая трудность заключается в чрезвычайной р авномерности самого фона . В связи с этим возникают две проблемы . Во-первых , равномерность фонового излучения в небольши х масштабах . Если , как утверждают , излучение представляет собой явление ранней горячей фазы , то оно должно нести на себе отпе чаток измен е ний , которым подверглась Вселенной после этой фазы. Одним из важных изменений было образование галак тик , т.е . появились сгустки вещества , и это должно было повлиять на фоновое излучени е . Отсутствие таких сгустков , несмотря на неоднократные поиски их , вызыв ает недоуме ние у сторонников теории Большого Взрыва. Вторая проблема , возникающая в связи с равномерным распределением излучения , известна как эффект горизонта . Когда мы проникаем взглядом в глубины Вселенной , мы наблюдаем ее прошлое , т.к . свет идущий от у даленных объектов , движется с конечной скоростью . Итак , если возраст Вселенной раве н 15 миллиардов лет , то мы можем видеть объекты , удаленные от нас на 15 миллиардов с ветовых лет . Однако фоновое излучение образов алось , когда возраст Вселенной едва насчиты в ал 300 тысяч лет . В то время объекты , удаленные друг от друга более чем на 300 тысяч световых лет , не сообщались друг с другом , поскольку самое быстрое средство общения (световой луч ) не могло покрыть это расстояние . С другой стороны , существующая в насто я щее время равномерность фонового излучения предполагает , что такие удаленные объекты характеризовались весьма сходной структурой и поведением . Чем же объяснить это сходство при отсутствии физического контакта ? Космологи , придерживаются теории Большого Взры ва , выдвигают теоретические предположения относительно ранней истории Вселенной , пытая сь понять эти таинственные свойства микроволн ового фонового излучения . Но сторонники данно й теории полагают , что поиск следует вести , а другом направлении и что микровол н овый фон , в конечном счете , не имеет реликтового характера . Фоновое излучен ие заполняет вселенную на всех длинах вол н . Как известно , все виды излучения за исключение микроволнового возникли недавно и не связаны с горячей стадией Большого Взр ыва . В 60-70 г. г . группа ученых Фред Хой л , Чандра Викрамасингхе , В . С . Реддиш и др . утверждали , что микроволновое фоновое излу чение может представлять собой переработанное излучение , поступающее главным образом от з везд . Такая переработка может осуществляться частицами п ыли , если они в небол ьшом количестве присутствуют в межгалактическом пространстве . Эти ученые считают , что есл и будет найдено правдоподобное объяснение мик роволнового фона , то позиции космологии Больш ого Взрыва будут существенно ослаблены. 1 11 См .: Джай анат В . Нарликар А был ли Большой Взрыв ? // Курьер Юнеско . 1984. № 10. С .15 1 Таким образом , это еще один подход к сценарию Большого Взрыва. Заключение В данной работе я постарался рассмотреть вопросы , связанные с возникно вением , дальнейшим существованием и концом Вселенной . Мною были рассмотрены теоретическ ие доказательства и практические открытия аст рономов , которые привели к формированию теори и Большого Взрыва . Эта теория является сам ой распространенной в наши дни и предпола гает , что Вселенная начала сво е существование примерно 15-20 миллиардов лет назад . Хотя вопрос о возрасте Вселенной является проблематичным , несмотря на немалое количест во методик определения этого возраста . Пример но 15-20 миллиардов лет назад Вселенная была малым , горячим и плотным об ъ ектом , затем произошел Большой Взрыв сопровождающи йся огромным количеством энергии , и постепенн о стали образовываться звезды , планеты и д ругие объекты . Сейчас Вселенная включает в себя 10 миллиардов галактик , объединенных в с копления и сверхскопления. Н о так как в теории Большо го Взрыва есть ряд спорных моментов , то это вызывает интерес к альтернативным теор иям , а именно - к теории «стабильного состо яния» , согласно которой у Вселенной не был о начала и не будет конца . Теория утве рждает , что плотность ее о стается неизменной благодаря постоянному созданию ново го вещества . Значит , Вселенная будет расширять ся бесконечно . Но есть еще две теории . Согласно одной из них Вселенная прекратит расширение и стабилизируется , когда достигнет определенных размеров . По др у гой теории Вселенная перестанет расширяться , а затем под воздействием сил гравитации начн ет сжиматься в одну точку . Но , как мне представляется , теория Большого Взрыва на сегодняшний день наиболее аргументирована и вызывает больше доверия . Но альтернат ивные теории показывают , чт о главная космологическая проблема еще не решена . Список литературы : 1) Дж . Нарликар Гравитация без формул . – М. : Мир , 1985. – 148 с. 2) Белостоцкий Ю.Г . Единая основа Мироздания . – Спб. , 2001. – 304 с. 3) Гуревич Л.Э . Чернин А.Д . Происхождение Галактик и звезд . – М. : Наука , 1987. – 191 с. 4) Новиков И .Д . Как Взорвалась Вселенная . – М. : Наука , 1988. – 175 с. 5) Новиков И.Д . Эволюция Вселенной . – М. : Наука , 1983. – 189 с. 6) Паркер Б . Мечта Эйнштейна , в п оисках единой теории Вселенной . – Спб. : Амфора , 2001. – 333 с. 7) Т . Редже Этюды о Вселенной . – М .: Мир , 1985. – 189 с. 8) Хокинг С . Краткая исто рия времени , от большого взрыва до черных дыр . – СПб. : Амфора , 2001. – 268 с. 9) Э . Глисса н Курьер Юнеско . 1984. № 10
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Что общего между девушкой и прокуратурой?
- Сначала привлекает, затем возбуждает, а потом может и свободы лишить.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Прошлое и будущее Вселенной", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru