бесплатно рефераты
 
Главная | Карта сайта
бесплатно рефераты
РАЗДЕЛЫ

бесплатно рефераты
ПАРТНЕРЫ

бесплатно рефераты
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

бесплатно рефераты
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Реферат: Космологические модели вселенной

Реферат: Космологические модели вселенной

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

ЧТО ТАКОЕ КОСМОЛОГИЯ?

Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики

изменения Метагалактики, включаю­щая в себя и определенное понимание свойств

всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях

Галактики и других звездных систем, общей теории относи­тельности, физике

микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамике и

ряде других новей­ших физических теорий.

Данное определение космологии берет в качестве предмета этой науки только

Метагалактику. Это связано с тем, что все данные, которыми располагает

современная наука, относятся только к конечной системе - Метагалактике, и

ученые не уве­рены, что при простой экстраполяции свойств этой Метага­лактики

на всю Вселенную будут получены истинные резуль­таты. При этом, безусловно,

суждения о свойствах всей Все­ленной являются необходимой составной частью

космологии. Космология сегодня является фундаментальной наукой. И она больше,

чем какая-либо другая фундаментальная наука, связа­на с различными

философскими концепциями, по-разному по­нимающими устройство мира.

Космология берет свое начало в представлениях древних, в частности в

древнегреческой мифологии, где очень подробно и достаточно систематизирование

рассказывается о сотворении мира и его устройстве. Впрочем, мифология любого

народа, достаточно развитого для того, чтобы создавать космологиче­ские мифы,

может похвастаться не менее интересными идеями. И это не случайно. Огромный

мир вокруг нас всегда волновал человека. Он с давних времен старался понять,

как устроен этот мир, что такое в этом мире Солнце, звезды, планеты, как они

возникли. Это - из разряда тех вопросов, которые принято называть «вечными»,

человек никогда не перестанет искать ответа на них.

После того как появилась философия, пришедшая вместе с наукой на смену

мифологии, ответ на эти вопросы стали ис-кать в основном в рамках философских

концепций, причем почти каждый философ считал своим долгом затронуть их.

Общепризнанным итогом античной космологии стала геоцен­трическая концепция

Птолемея, просуществовавшая в течение всего Средневековья.

С приходом Нового времени философия уступила свое пер­венство в создании

космологических моделей науке, которая добилась особенно больших успехов в XX

веке, перейдя от различных догадок в этой области к достаточно обоснован­ным

фактам, гипотезам и теориям. При этом далеко не все ученые согласны с

вышеприведенным определением космоло­гии, многие считают ее учением о

Вселенной в целом, то есть учением обо всем, что существует.

Отвечая на закономерный вопрос, откуда мы можем знать, что происходит в

масштабах Вселенной, они исходили из очень популярной методологической

установки, предпола­гающей, что на разных уровнях существования природы

по­вторяются одни и те же законы, одно и то же устройство мате­риальных

систем. Различия могут быть лишь в масштабах. Такова, например, космология

Фурнье Дальба, английского физика, появившаяся в 1911 году. Его Вселенная

чем-то похо­жа на матрешку:'Вселенные существуют одна в другой, мень­шие

внутри больших, и в их устройстве проявляются одни и те же правила. К этому

времени уже были открыты первые эле­ментарные частицы и создана планетарная

модель атома. Так почему было не предположить, что ядро атома - это солнце, а

электроны - планеты, на которых даже могут жить люди. И где гарантия, что наш

мир не является такой же элементарной частицей для Мегамира.

Тем не менее, несмотря на всю грандиозность этой идеи, Вселенная, устроенная

по этому принципу, достаточно скучна и однообразна. В таком случае она

представляет собой беско­нечную совокупность одинаковых предметов.

Реальная природа куда сложнее и многообразнее. Переход от одних масштабов к

другим, если этот переход достаточно велик, сопровождается и коренными

качественными измене­ниями. Микромир, о котором мы уже говорили, оказался

со­всем не похожим на то, что, изучают астрономы. Что же каса­ется Мегамира,

несмотря на естественную ограниченность на­ших размеров и знаний, есть все

основания утверждать, что с переходом к космическим масштабам нам нередко

приходится встречаться с чем-то принципиально новым, неведомым в зем­ной

человеческой практике.

НАЧАЛО НАУЧНОЙ КОСМОЛОГИИ

Основателем научной космологии считается Николай Ко­перник, который поместил

Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой планеты

Солнечной системы. Конечно, он был весьма далек от правильного понимания

уст­ройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти из­вестных в то

время планет располагалась сфера неподвижных -звезд. Звезды на этой сфере

считались равноудаленными от Солнца, а природа их была неясной. Коперник не

видел в них тел, подобных'Солнцу, и, будучи служителем церкви, склонял­ся к

мнению, что за сферой неподвижных звезд находится «эмпирей», или «жилище

блаженных» - обитель сверхъестест­венных тел и существ.

В одном Коперник был твердо уверен - радиус сферы не­подвижных звезд должен

был быть очень велик. Иначе было бы трудно объяснять, почему с движущейся

вокруг Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.

Поставьте перед лицом указательный палец и посмотрите на него попеременно то

правым, то левым глазом - палец бу­дет смещаться па фоне более далеких

предметов, например, стены. Такое кажущееся смещение предмета при изменении

по­зиции наблюдателя называется параллактическим смещением. Расстояние между

крайними точками наблюдения называется базисом. Чем больше базис, тем больше

и параллактическое смещение. Чем дальше от нас наблюдаемый предмет, тем

меньше параллактическое смещение. Отодвиньте палец от ли­ца и вы легко в этом

убедитесь.

Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена Коперни­ка в точности не было

известно, многие факты говорили о том, что оно весьма велико. Казалось бы,

при этом звезды должны описывать на небе маленькие окружности - своеобразное

от­ражение действительного обращения Земли вокруг Солнца. Но такие

параллактические смещения звезд явно отсутствовали, из чего Коперник и сделал

вывод о колоссальных размерах сферы неподвижных звезд.

Вселенная по Копернику - мир в скорлупе. В этой модели легко найти немало

пережитков средневекового мировоззре­ния. Но прошло всего несколько

десятилетий, и Джордано Бруно разбил коперниковскую «скорлупу» неподвижных

звезд.

Д. Бруно считал звезды далекими солнцами, согревающими бесчисленные планеты

других планетных систем. Бруно считал

глупцом того, кто мог думать, что могучие и великолепные мировые системы,

заключающиеся в беспредельном простран­стве, лишены живых существ. Так

прозвучала беспредельно смелая по тем временам мысль о пространственной

бесконеч­ности Вселенной. Он считал, что Вселенная бесконечна, что существует

бесчисленное число миров, подобных миру Земли. Он полагал, что 3,емля есть

светило, и что ей подобны Луна и другие светила, число которых бесконечно, и

что все эти не­бесные тела образуют бесконечность миров. Он представлял себе

бесконечную Вселенную, заключающую в себе бесконеч­ное множество миров.

Идеи Бруно намного обогнали его век. Но он не мог привес­ти ни одного факта,

который бы подтверждал его космологию -космологию бесконечной, вечной и

населенной Вселенной.

Прошло всего десятилетие, и Галилео Галилей в изобре­тенный им телескоп

увидел в небе то, что до сих пор остава­лось скрытым для невооруженного

глаза. Горы на Луне на­глядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир,

похо­жий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся вокруг вели-чайшей из планет,

походили на наглядное подобие Солнечной системы. Смена фаз Венеры не

оставляла сомнений в том, что эта освещенная Солнцем планета действительно

обращается вокруг него. Наконец, множество невидимых глазом звезд и особенно

удивительная звездная россыпь, составляющая Млечный путь, - разве все это не

подтверждало учение Бруно о бесчисленных солнцах и землях? С другой стороны,

темные пятна, увиденные Галилеем на Солнце, опровергали учение Аристотеля и

других древних философов о неприкосновенной чистоте небес. Небесные тела

оказались похожими на Землю, и это сходство земного и небесного заставляло

постепенно отка­заться от ошибочного представления о Солнце как центре все­го

Мироздания.

Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер, уточнил за­коны движения планет, а

великий Исаак Ньютон доказал, что все тела во Вселенной независимо от

размеров, химического состава, строения и других свойств взаимно тяготеют

друг к другу. Космология Ньютона вместе с успехами астрономии XVIII и XIX

веков определила то мировоззрение, которое ино­гда называют классическим. Оно

стало итогом начального этапа развития научной космологии.

Эта классическая модель достаточно проста и понятна. Вселенная считается

бесконечной в пространстве и во времени,

иными словами, вечной. Основным законом, управляющим движением и развитием

небесных тел, является закон всемир­ного тяготения. Пространство никак не

связано с находящи­мися в нем телами и играет пассивную роль вместилища для

этих тел. Исчезни вдруг все эти тела, пространство и время со­хранились бы

неизменными. Количество звезд, планет и звезд­ных систем во Вселенной

бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. И

на смену по­гибшим, точнее, погасшим звездам вспыхивают новые, моло­дые

светила. Хотя детали возникновения и гибели небесных тел оставались неясными,

в основном эта модель казалась стройной и логически непротиворечивой. В таком

виде эта классическая модель господствовала в науке вплоть до начала

XX века.

Бесконечности Вселенной в пространстве гармонично со­ответствовала ее

вечность во времени. Ныне, миллиард лет на­зад, миллиарды лет в будущем она

останется, в сущности, од­ной и той же. Неизменность космоса как бы

подчеркивала бренность, непостоянство всего земного.

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ

Первая брешь в этой спокойной классической космологии была пробита еще в

XVIII в. В 1744 г. астроном Р. Шезо, извест­ный открытием необычной

«пятихвостой» кометы, высказал со­мнение в пространственной бесконечности

Вселенной. В ту пору о существовании звездных систем и не подозревали,

поэтому рас­суждения Шезо касались только звезд.

Если предположить, утверждал Шезо, что в бесконечной Вселенной существует

бесчисленное множество звезд и они распределены в пространстве равномерно, то

тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя непременно наты­кался бы

на какую-нибудь звезду. Легко подсчитать, что небо­свод, сплошь усеянный

звездами, имел бы такую поверхност­ную яркость, что даже Солнце на его Фоне

казалось бы черным пятном. Независимо от Шезо в 1823 г. к таким же выводам

пришел известный немецкий астроном Ф.Ольберс. Это пара­доксальное утверждение

получило в астрономии наименова­ние фотометрического парадокса

Шезо-Ольберса. Таков был первый космологический парадокс, поставивший под

сомне­ние бесконечность Вселенной.

Устранить этот парадокс ученые пытались различными пу­тями. Можно было

допустить, например, что звезды распреде­лены в пространстве неравномерно. Но

тогда в некоторых на­правлениях на звездном небе было бы видно мало звезд, а

в других, если звезд бесчисленное множество, их совокупная яр­кость создавала

бы бесконечно яркие пятна, чего, как извест­но,.нет.

Когда открыли, что межзвездное пространство не пусто, а заполнено

разреженными газово-пылевыми облаками, неко­торые ученые стали считать, что

такие облака, поглощая свет звезд, делают из невидимыми для нас. Однако в

1938 г. ака­демик В. Г. Фесенков доказал, что, поглотив свет звезд, газо-во-

пылевые туманности вновь переизлучают поглощенную ими энергию, а это не

избавляет нас от. фотометрического парадокса.

В конце XIX в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание и на другой

парадокс, неизбежно вытекающий из представлений о бесконечности Вселенной. Он

получил назва­ние гравитационного парадокса. Нетрудно подсчитать, что в

бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней телами сила тяготения

со стороны всех тел Вселенной па дан­ное чело оказывается бесконечно большой

или неопределен­ной. Результат зависит от способа вычисления, причем

отно­сительные скорости небесных тел могли быть бесконечно большими. Так как

ничего похожего в космосе не наблюдает­ся, Зеелигер сделал вывод, что

количество небесных тел огра­ничено, а значит, Вселенная не бесконечна.

Эти космологические парадоксы оставались неразрешен­ными до двадцатых годов

нашего столетия, когда на смену классической космологии пришла теория

конечной и расши­ряющейся Вселенной.

Мы уже говорили о началах термодинамики и некоторых выводах из них. Мир полон

энергии, которая подчиняется важнейшему закону природы - закону сохранения

энергии. При всех своих превращениях из одного вида в другой энергия не

исчезает и не возникает из ничего. Общее количество энер­гии остается

постоянным. Казалось бы, из этого закона неиз­бежно вытекает вечный круговорот

материи во Вселенной. В самом деле, если в Природе при всех изменениях материи

она не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной

формы существования в другую, то Вселенная вечна,и материя, ее составляющая,

пребывает в вечном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова

превращаются в ис­точник света и тепла. Никто, конечно, не знал. как это

проис­ходит, но убеждение в том, что Вселенная в целом всегда одна и та же,

было в прошлом веке почти всеобщим.

Тем неожиданнее прозвучал вывод из второго закона тер­модинамики, открытого в

прошлом веке англичанином У. Кельвином и немецким физиком Р. Клаузиусом. При

всех превращениях различные виды энергии в конечном счете пере­ходят в тепло,

которое, будучи предоставлено себе, стремится к состоянию термодинамического

равновесия, то есть рассеи­вается в пространстве. Так как такой процесс

рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, псе

актив­ные процессы в Природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное

замерзшее кладбище. Наступит «тепловая смерть

Вселенной».

Ошеломляющее впечатление, произведенное на естествоис­пытателей прошлого века

вторым началом термодинамики, было особенно сильно еще и потому, что вокруг

себя, в окру­жающей нас Природе они не видели фактов, его опровергаю­щих.

Наоборот, все, казалось, подтверждало мрачные прогно­зы Клаузиуса.

Конечно, есть в Природе и антиэнтропийные процессы,

при которых беспорядок, а значит, и энтропия уменьшаются. Таковы процессы,

происходящие в органическом мире, в чело­веческой деятельности. Но при более

глубоком рассмотрении ситуации всегда оказывается, что уменьшение беспорядка

в одном месте неизбежно сопровождается его увеличением в другом. Более того,

возникший по вине человека беспорядок значительно превышает тот порядок,

который он внес в При­роду, так что в конечном счете энтропия и тут

продолжает расти.Встать на позицию Клаузнуса - это

значитпризнать,чтоВселенная имела когда-то начало и неизбежно будет иметь

ко­нец. Действительно, если бы в прошлом Вселенная существо­вала вечно, то в

ней давно наступило бы состояние тепловой смерти, а так как этого нет, то, по

убеждению Клаузиуса и многих других его современников, Вселенная была

сотворена сравнительно недавно. А в будущем, если не случится какое-нибудь

чудо. Вселенную ждет тепловая смерть.

На опровержение второго начала термодинамики были брошены силы всех

материалистически мыслящих ученых. Так, в 1895 г. Людвиг Больцман предложил

свою вероятност­ную трактовку второго начала. По его гипотезе, возрастание

энтропии происходит потому, что состояние беспорядка всегда более вероятно, чем

состояние порядка. Но это не означает, что процессы противоположного характера,

то есть самопро­извольные с уменьшением энтропии, абсолютно невозможны. Они в

принципе возможны, хотя и крайне маловероятны.

Всюду мы наблюдаем, как тепло от более горячего тела пе­реходит к более

холодному. Однако в принципе возможно и другое: кусок льда, брошенный в печь,

увеличит ее жар. Не ис­ключено и такое событие, что все молекулы воздуха в

нашей комнате соберутся вдруг в одном ее углу, а вы погибнете от удушья в

другом. Наконец, возможно, что обезьяна, посажен­ная за пишущую машинку,

случайно выстучит пальцем сонет Шекспира. Все эти события возможны, но

вероятность их близка к нулю. Такова же, по Больцману, вероятность

сущест­вования нас с вами.

Больцман не сомневался, что Вселенная бесконечна в про­странстве и времени. В

основном и почти всегда она пребывает в состоянии тепловой смерти. Однако

иногда в некоторых ее районах возникают крайне маловероятные отклонения

(флуктуации) от обычного состояния Вселенной. К одной из них

принадлежит Земля и весь видимый нами космос. В целом же Вселенная -

безжизненный мертвый океан с некоторым ко­личеством островков жизни.

Гипотеза Больцмана хотя и подвергла сомнению всеобщ­ность и строгую

обязательность второго начала, не смогла удовлетворить оптимистически

мыслящих ученых. К тому же и расчеты показали, что вероятность возникновения

такой ги­гантской флуктуации в пространстве практически равна нулю.

Были и другие попытки объяснить этот термодинамический парадокс, но они

так же не увенчались успехом.

Три космологических парадокса: фотометрический, грави­тационный и

термодинамический - заставили ученых серьезно усомниться в бесконечности и

вечности Вселенной. Именно -они заставили А. Эйнштейна в 1917г. выступить с

гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной.

Предположим, что вещество, составляющее планеты, звез­ды и звездные системы,

равномерно рассеяно по всему миро­вому пространству. Тем самым мы допускаем,

что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех

на­правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность

вещества во Вселенной выше так называе­мой критической плотности. Если все

эти требования соблю­дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн,

замк­нуто и представляет собой четырехмерную сферу, для которой верна не

привычная школьная геометрия Евклида, а геометрия Римана.

НЕЕВКЛИДОВЫ ГЕОМЕТРИИ

Мы привыкли, что в двухмерном пространстве, то есть на плоскости, есть своя,

присущая только плоскости геометрия. Так, сумма углов в любом треугольнике

равна 180°. Через точ­ку, лежащую вне прямой, можно провести только одну

пря­мую, параллельную данной. Это - постулаты Евклидовой гео­метрии. По

аналогии предполагается, что и реальное трехмер­ное пространство, в котором

мы с вами существуем, есть евк­лидово пространство. И все аксиомы плоскостной

геометрии остаются верными и для пространства трех измерений. Такой вывод на

протяжении многих веков не подвергался сомнению. Лишь в прошлом веке

независимо друг от друга русский мате­матик Николай Лобачевский и немецкий

математик Георг Ри-ман усомнились в общепризнанном мнении. Они доказали, что

могут существовать и иные геометрии, отличные от евклидо­вой, но столь же

внутренне непротиворечивые.

Итак, пятый постулат Евклида утверждает, что через точку вне прямой можно

провести лишь одну прямую, параллельную данной. Логически рассуждая, легко

увидеть еще две возмож­ности:

- через точку вне прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной

(постулат Римана);

- через точку вне прямой можно провести бесчисленное множество прямых,

параллельных данной (постулат Лоба­чевского).

На первый взгляда эти утверждения звучат абсурдно. На плоскости они и в самом

деле неверны. Но ведь могут

существовать и иные поверхности, где имеют место постулаты Римана и

Лобачевского.

Представьте себе, например, поверхность сферы. На ней кратчайшее расстояние

между двумя точками отсчитывается не по прямой (на поверхности сферы прямых

пет), а по дуге большого круга (так называют окружности, радиусы кото­рых

равны радиусу сферы). На земном шаре подобными кратчайшими, или, как их

называют, геодезическими, линия­ми служат меридианы. Все меридианы, как

известно, пересе­каются в полюсах, и каждый из них можно считать прямой,

параллельной данному меридиану. На сфере выполняется своя, сферическая

геометрия, в которой верно утверждение:

сумма углов треугольника всегда больше 180°. Представьте себе на сфере

треугольник, образованный двумя меридиана­ми и дугой экватора. Углы между

меридианами и экватором равны 90°, а к их сумме прибавляется угол между

меридиана­ми с вершиной в полюсе. На сфере, таким образом, нет

непе­ресекающихся прямых.

Существуют и такие поверхности, для которых оказывается верным постулат

Лобачевского. К ним относится, например, седловидная поверхность, которая

называется псевдосферой. На ней сумма углов треугольника меньше 180°, и

невозможно провести ни одной прямой, параллельной данной.

После того, как Риман и Лобачевский доказали внутрен­нюю непротиворечивость

своих геометрий, возникли законные сомнения в евклидовом характере реального

трехмерного про­странства. Не является ли оно искривленном наподобие сферы

или псевдосферы? Конечно, наглядно представить себе ис­кривленность

трехмерного пространства невозможно. Можно лишь рассуждать по аналогии.

Поэтому, если реальное про­странство не евклидово, а сферическое, не следует

воображать его себе в виде некоторой обычной сферы. Сферическое про­странство

есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающая­ся наглядному представлению.

По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства конечен, как

конечна поверхность любого шара - ее можно выразить конечным чис­лом

квадратных сантиметров. Поверхность всякой четырех­мерной сферы также

выражается в конечном количестве кубо­метров. Такое сферическое пространство

не имеет границ и в этом смысле - безгранично. Летя в таком пространстве по

од­ному направлению, мы в конце концов вернемся в исходную

точку. Так же и муха, ползущая по поверхности шара, нигде не найдет границ. В

этом смысле и поверхность любого шара без­гранична, хотя и конечна. То есть

безграничность и бесконеч­ность - разные понятия.

МОДЕЛЬ РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ВСЕЛЕННОЙ

Итак, вернемся к Эйнштейну, из расчетов которого следо­вало, что наш мир

является четырехмерной сферой. Объем та­кой Вселенной может быть выражен хотя

и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе возможно

облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в од­ном и том же

направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным

путешествиям. Но конечная но объему Вселенная в то же время безгранична, как

не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит

хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем, а поэтому

к ней фотометрический и гравита­ционный парадоксы просто неприменимы. В то же

время при­зрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна -такая

Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени.

Вечность ей не присуща.

Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик Александр Фридман на основании

строгих расчетов показал, что Вселен­ная Эйнштейна никак не может быть

стационарной, неизмен­ной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно

должна расширяться, причем речь идет о расширении самого про­странства, то

есть об увеличении всех расстояний мира. Все­ленная Фридмана напоминала

раздувающийся мыльный пу­зырь, у которого и радиус, и площадь поверхности

непрерыв­но увеличиваются.

Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной.

Он даже заподозрил ошибку в вы­числениях. Но, ознакомившись с ними, он

публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной.

Из расчетов Фридмана вытекали три возможных следствия:

Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

Вселенная сжимается; во Вселенной чередуются через большие

промежутки времени циклы сжатия и расширения.

Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен­ной были получены в 1926

г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров

далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабб-

лом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу

спектра), что было истолковано как следст­вие эффекта Допплера (изменение

частоты колебаний или дли­ны волн из-за движения источника излучения и

наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга

со скоростью, которая возрастает с расстоянием. По по­следним измерениям, это

увеличение скорости расширения со­ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион

парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен­ной

получил подтверждение и в космологии утвердилась мо­дель расширяющейся

Вселенной.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего

пространства замкнутой конечной Вселен­ной. При таком расширении пространства

все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут

расстоя­ния между пылинками на поверхности раздувающего­ся мыльного пузыря.

Каждую из таких пылинок, как и каж­дую из галактик, можно с полным правом

считать центром расширения.

Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные

годы и особенно в последние десяти­летия благодаря исследованиям известных

отечественных кос­мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины,

харак­теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные

варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в

мировом пространстве, доста­точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от

момента начала ее расширения.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми­нали, что расчеты Фридмана

допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция

Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической

энер­гии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению

плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества, которую мы

уже упоминали.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной

энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания

галактик и расшире­ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается

условием р1 р^ -< 1, (где р - плотность вещества во

Вселен­ной, р ^ - критическая плотность вещества). Этот вариант

динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселен­ной». Если же преобладает

гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие р/ р^ > \ ,

то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего

начнет­ся сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние

сингулярности (точечный объем с бесконечно боль­шой плотностью). Для

наблюдателя сигналом перехода от расширения к сжатию станет смена красного

смещения линий химических элементов в спектрах удаленных галактик на

фио­летовое смещение. Такой вариант модели назван «закрытой Вселенной». В

случае, когда силы гравитации точно равны ки­нетическим силам, то есть когда

р/ р,, = 1 , расширение не пре­кратится, но его скорость со временем будет

стремиться к ну­лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала

расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать

квазистационарным. Теоретически возможна и пуль­сация Вселенной.

Возникает естественный вопрос: какой из трех вариантов реализуется в нашей

Вселенной? Ответ на него остается за наблюдательной астрономией, которая

должна оценить со­временную среднюю плотность вещества во Вселенной и

уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Пока

надежные оценки этих величин отсутствуют. На основании современных данных

создается впечатление, что средняя плотность вещества во Вселенной близка к

кри­тическому значению, она либо немного больше, либо немно­го меньше. Но от

этого «немного» зависит будущее Вселен­ной, правда, весьма отдаленное.

Постоянная Хаббла поз­воляет оценить время, в течение которого продолжается

про­цесс расширения Вселенной. Получается, что оно не мень­ше 10 млрд. и не

более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным вре­менем существования расширяющейся

Вселенной считают

15 млрд. лет.

НЕКОТОРЫЕ ТРУДНОСТИ ГИПОТЕЗЫ РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ ВСЕЛЕННОЙ

Все, что здесь до сих пор было сказано, - это только гипо­тезы, основанные на

некоторых реальных фактах. Однако те же самые факты можно трактовать и иначе.

Так, неоднократно предпринимались попытки истолковать красное смещение не как

следствие эффекта Доннлера и рас­ширения Вселенной, а как следствие

уменьшения энергии и собственной частоты фотонов при движении их в течение

мно­гих миллионов лет в межгалактическом пространстве, в ре­зультате

взаимодействия с гравитационными полями, фоном нейтрино, не наблюдаемой пока

материей. Подобные попытки отвергались на том основании, что они были

основаны на до­пущении некоторого неизвестного еще закона природы и фе­номена

взаимодействия излучения с другими видами материи.

Но дело в том, что принятие красного смещения как след­ствия эффекта Допплера

ведет к следствиям, которые, если их принять, основываются на совокупности еще

более неясных и неизвестных законов природы, причем их число намного больше,

чем в указанной гипотезе. Сегодня есть данные на­блюдений квазаров.

Спектральные линии квазаров имеют аномальное высокое красное смещение - 2,5 -

2,8. Это значит, что если бы такое красное смещение было обусловлено эффек­том

Допплера, то скорость удаления квазаров в 2,5 - 2,8 раза превышала бы скорость

света, что невозможно. Отсюда следу­ет, что большая часть красного смещения

квазаров обусловле­на чрезвычайно мощным полем тяготения, то есть является

гравитационным. Если в других галактиках имеются подобные объекты, то их

гравитационное красное смещение будет суще­ственно влиять на общее красное

смещение, вследствие чего картина динамики галактик и расстояний до них

окажется иной по сравнению с чисто кинематической трактовкой крас­ного

смещения. Ведь сейчас обнаружены чрезвычайно отда­ленные галактики, красному

смещению которых соответству­ет, по эффекту Допплера, скорость взаимного

удаления в 150 тыс. км/с, и, видимо, эта скорость далее возрастает еще больше,

приближаясь к скорости света, пока галактики не ис­чезают за горизонтом

принципиальной наблюдаемости. Такая чудовищная кинетическая энергия,

сопоставимая с энергией массы покоя галактик, не может быть выведена ни из

каких физических законов.

Также необоснованно утверждение о возможности перехо­да всей материи в

точечную сингулярность. Ведь в релятивист­ской астрофизике допускается

существование не одной, а очень многих относительных сингулярностей в центрах

черных дыр, которые, однако, имеют конечную протяженность и мас­су,

взаимодействуют с окружением и даже постепенно «испа­ряются» в результате

просачивания частиц во внешнее про­странство через потенциальный барьер.

Возникают противоречия и в объяснении самого феномена расширения. Если

расширение является действительным физи­ческим процессом, то оно происходит

за счет «вторжения» расширяющейся Вселенной либо в вакуум типа

псевдоевкли­дова пространства, либо в пространство других космических систем

Вселенной. Существование абсолютного вакуума нель­зя допустить, ибо

пространство является атрибутом материи и вне ее не существует. Остается

признать расширение во внут­реннее пространство других материальных систем,

которые сами могут как сжиматься, так и расширяться, развиваясь по

собственным законам. Но тогда современная космологическая теория будет

охватывать лишь Метагалактику.

Можно, правда, встать на другую точку зрения и допус­тить, что расширение

Вселенной действительно происходит, но никакого внешнего объемлющего

пространства и других космических систем не существует; просто само

пространство как бы создается в процессе расширения Вселенной, в том смысле,

что с течением времени увеличивается расстояние ме­жду любыми точками и

изменяется геометрия пространства.

Но такая точка зрения заключает в себе внутренние проти­воречия. Если бы было

расширение пространства самого по себе, то происходило бы увеличение размеров

всех материаль­ных систем: элементарных частиц, атомов, молекул, планет,

звезд, галактик, причем в той же пропорции, что и увеличение расстояний между

галактиками. Между тем ничего подобного в мире не происходит, имеется

расширение только в масшта­бах Метагалактики.

В литературе по космологии высказывается мнение, что различные

космологические модели Вселенной, выдвинутые на основе решения уравнений

общей теории относительности, могут характеризовать не просто одну нашу

Вселенную, но раз­ные состояния Вселенной в разные периоды ее существования в

прошлом и будущем, аналогично потенциально возможным мирам в концепции

Лейбница. Все, что не запрещено законами природы, где-нибудь и

когда-нибудь может быть реализовано.


бесплатно рефераты
НОВОСТИ бесплатно рефераты
бесплатно рефераты
ВХОД бесплатно рефераты
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

бесплатно рефераты    
бесплатно рефераты
ТЕГИ бесплатно рефераты

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.