Голям взривпринадлежи към категорията теории, които се опитват да проследят напълно историята на раждането на Вселената, да определят първоначалните, текущите и крайните процеси в нейния живот.

Имало ли е нещо преди да се появи Вселената? Този фундаментален, почти метафизичен въпрос си задават учените и до днес. Възникването и еволюцията на Вселената винаги е била и остава обект на разгорещени дебати, невероятни хипотези и взаимно изключващи се теории. Основните версии за произхода на всичко, което ни заобикаля, според църковната интерпретация предполагат божествена намеса и научен святподкрепя хипотезата на Аристотел за статичната природа на Вселената. Към последния модел се придържат Нютон, който защитава безграничността и постоянството на Вселената, и Кант, който развива тази теория в своите трудове. През 1929 г. американският астроном и космолог Едуин Хъбъл радикално променя възгледите на учените за света.

Той не само откри наличието на многобройни галактики, но и разширяването на Вселената - непрекъснато изотропно увеличаване на размера на космическото пространство, което започна в момента на Големия взрив.

На кого дължим откриването на Големия взрив?

Работата на Алберт Айнщайн върху теорията на относителността и неговите гравитационни уравнения позволяват на де Ситер да създаде космологичен модел на Вселената. Допълнителни изследвания бяха свързани с този модел. През 1923 г. Weil предлага да се постави в космическо пространствовеществото трябва да се разширява. Работата на изключителния математик и физик А. А. Фридман е от голямо значение за развитието на тази теория. Още през 1922 г. той допуска разширяването на Вселената и прави разумни заключения, че началото на цялата материя е в една безкрайно плътна точка, а развитието на всичко е дадено от Големия взрив. През 1929 г. Хъбъл публикува своите статии, обясняващи зависимостта на радиалната скорост от разстоянието; тази работа по-късно става известна като „закон на Хъбъл“.

Г. А. Гамов, разчитайки на теорията на Фридман за Големия взрив, развива идеята за висока температураоригинално вещество. Той също така предполага наличието на космическа радиация, която не е изчезнала с разширяването и охлаждането на света. Ученият извършил предварителни изчисления на възможната температура на остатъчната радиация. Стойността, която приема, е в диапазона 1-10 K. До 1950 г. Гамов прави по-точни изчисления и обявява резултат от 3 K. През 1964 г. радиоастрономи от Америка, докато подобряват антената, като елиминират всички възможни сигнали, определят параметрите на космическото излъчване. Температурата му се оказа 3 К. Тази информация стана най-важното потвърждение за работата на Гамов и за съществуването на космическо микровълново фоново лъчение. Последвалите измервания на космическия фон, извършени в открития космос, окончателно доказаха точността на изчисленията на учения. Можете да се запознаете с картата на космическото микровълново фоново излъчване на.

Съвременни идеи за теорията за Големия взрив: как се случи?

Един от моделите, който изчерпателно обяснява процесите на възникване и развитие на познатата ни Вселена, е теорията за Големия взрив. Според широко приетата днес версия, първоначално е имало космологична сингулярност - състояние на безкрайна плътност и температура. Физиците са разработили теоретична обосновка за раждането на Вселената от точка, която е имала изключителна степен на плътност и температура. След Големия взрив пространството и материята на Космоса започват непрекъснат процес на разширяване и стабилно охлаждане. Според последните проучвания Вселената е възникнала преди най-малко 13,7 милиарда години.

Начални периоди в образуването на Вселената

Първият момент, чиято реконструкция е разрешена физични теории, е епохата на Планк, чието образуване става възможно 10-43 секунди след Големия взрив. Температурата на материята достига 10*32 К, а плътността й е 10*93 g/cm3. През този период гравитацията придобива независимост, отделяйки се от фундаменталните взаимодействия. Непрекъснатото разширяване и намаляване на температурата предизвика фазов преход елементарни частици.

Следващият период, характеризиращ се с експоненциалното разширяване на Вселената, настъпва след още 10-35 секунди. Наричаха го „Космическа инфлация“. Възникна рязко разширяване, многократно по-голямо от обикновено. Този период дава отговор на въпроса защо температурата в различните точки на Вселената е еднаква? След Големия взрив материята не се е разпръснала веднага из Вселената, а за още 10-35 секунди тя е била доста компактна и в нея е установено топлинно равновесие, което не е нарушено от инфлационното разширение. Периодът осигури основния материал - кварк-глуонна плазма, използвана за образуване на протони и неутрони. Този процес се извършва след по-нататъшно понижаване на температурата и се нарича "бариогенеза". Произходът на материята е придружен от едновременното възникване на антиматерията. Двете антагонистични субстанции се унищожават, превръщайки се в радиация, но броят на обикновените частици преобладава, което позволява създаването на Вселената.

Следващият фазов преход, настъпил след понижаване на температурата, довел до появата на познатите ни елементарни частици. Ерата на „нуклеосинтезата“, която дойде след това, беше белязана от комбинацията от протони в леки изотопи. Първите образувани ядра имаха краткосроченсъществуване, те се разпадат при неизбежни сблъсъци с други частици. По-стабилни елементи възникнаха в рамките на три минути след създаването на света.

Следващият важен крайъгълен камък беше доминирането на гравитацията над другите налични сили. 380 хиляди години след Големия взрив се появява водородният атом. Увеличаването на влиянието на гравитацията бележи края на началния период от формирането на Вселената и започва процеса на възникване на първите звездни системи.

Дори след почти 14 милиарда години, космосът все още се запазва космическо микровълново фоново лъчение. Неговото съществуване в комбинация с червеното отместване се цитира като аргумент за потвърждаване на валидността на теорията за Големия взрив.

Космологична сингулярност

Ако, използвайки общата теория на относителността и факта за непрекъснатото разширяване на Вселената, се върнем към началото на времето, тогава размерите на Вселената ще бъдат равни на нула. Първоначалният момент или науката не може да го опише достатъчно точно с помощта на физическо познание. Използваните уравнения не са подходящи за такъв малък обект. Необходима е симбиоза, която да свързва квантова механикаи общата теория на относителността, но, за съжаление, тя все още не е създадена.

Еволюцията на Вселената: какво я очаква в бъдеще?

Учените разглеждат два възможни сценария: разширяването на Вселената никога няма да свърши или ще достигне критична точка и ще започне обратният процес - компресия. Този основен избор зависи от величината средна плътноствещества, съдържащи се в състава му. Ако изчислената стойност е по-малка от критичната, прогнозата е благоприятна, ако е повече, тогава светът ще се върне към уникално състояние. Учените в момента не знаят точната стойност на описания параметър, така че въпросът за бъдещето на Вселената витае във въздуха.

Връзката на религията с теорията за Големия взрив

Основните религии на човечеството: католицизъм, православие, ислям по свой начин подкрепят този модел на сътворението на света. Либералните представители на тези религиозни деноминации са съгласни с теорията за произхода на Вселената в резултат на някаква необяснима намеса, определяна като Големия взрив.

Името на теорията, познато на целия свят - „Големият взрив“ - беше неволно дадено от противника на версията за разширяването на Вселената от Хойл. Той смята подобна идея за "напълно незадоволителна". След публикуването на неговите тематични лекции, интересният термин веднага беше подхванат от обществеността.

Причините, довели до Големия взрив, не са известни със сигурност. Според една от многото версии, принадлежаща на А. Ю. Глушко, първоначалното свито в точка вещество е черна хипердупка, а причината за експлозията е контактът на два такива обекта, състоящи се от частици и античастици. По време на унищожението материята частично оцеля и даде началото на нашата Вселена.

Инженерите Пензиас и Уилсън, които откриха космическото микровълново фоново излъчване на Вселената, получиха Нобелови наградипо физика.

Температурата на космическото микровълново фоново лъчение първоначално е била много висока. След няколко милиона години този параметър се оказа в границите, които осигуряват произхода на живота. Но до този период са се образували само малък брой планети.

Астрономическите наблюдения и изследвания помагат да се намерят отговори на най-важните въпроси за човечеството: „Как се появи всичко и какво ни очаква в бъдеще?“ Въпреки факта, че не всички проблеми са решени и първопричината за възникването на Вселената няма строго и хармонично обяснение, теорията за Големия взрив е получила достатъчно потвърждение, което я прави основен и приемлив модел на появата на Вселената.

Казват, че времето е най-загадъчната материя. Колкото и да се опитва човек да разбере неговите закони и да се научи да ги контролира, винаги си навлича неприятности. Правейки последната крачка към разгадаването на голямата мистерия и имайки предвид, че тя на практика вече е в джоба ни, винаги сме убедени, че тя все още е също толкова неуловима. Човекът обаче е любознателно същество и търсенето на отговори на вечни въпроси за мнозина се превръща в смисъл на живота.

Една от тези тайни беше сътворението на света. Последователите на „теорията за Големия взрив“, която логично обяснява произхода на живота на Земята, започнаха да се чудят какво се е случило преди Големия взрив и дали изобщо е имало нещо. Темата за изследване е плодородна и резултатите могат да представляват интерес за широката публика.

Всичко в света има минало – Слънцето, Земята, Вселената, но откъде идва цялото това разнообразие и какво е било преди него?

Едва ли е възможно да се даде категоричен отговор, но е напълно възможно да се излагат хипотези и да се търсят доказателства за тях. В търсене на истината изследователите са получили не един, а няколко отговора на въпроса "какво се е случило преди Големия взрив?" Най-популярният от тях звучи някак обезсърчително и доста смело – Нищо. Възможно ли е всичко, което съществува, да е произлязло от нищото? Че Нищото е родило всичко съществуващо?

Всъщност това не може да се нарече абсолютна празнота и има ли все още някакви процеси там? Нима всичко се е родило от нищото? Нищото е пълно отсъствие не само на материя, молекули и атоми, но дори на време и пространство. Богата почва за дейността на писателите-фантасти!

Мненията на учените за ерата преди Големия взрив

Но Нищо не може да бъде докоснато, обикновените закони не се прилагат за него, което означава, че или спекулирате и градите теории, или се опитвате да създадете условия, близки до тези, довели до Големия взрив, и се уверете, че вашите предположения са верни. В специални камери, от които се отстраняват частици материя, температурата се понижава, доближавайки я до космическите условия. Резултатите от наблюдението дадоха косвено потвърждение научни теории: Учените изследваха средата, в която теоретично може да се случи Големият взрив, но наричането на тази среда „Нищо“ се оказа не съвсем правилно. Мини-експлозиите, които се случват, могат да доведат до по-голяма експлозия, която да роди Вселената.

Теории за вселените преди Големия взрив

Привържениците на друга теория твърдят, че преди Големия взрив е имало две други Вселени, които са се развивали според собствените си закони. Какви точно са били те е трудно да се отговори, но според изложената теория Големият взрив е настъпил в резултат на техния сблъсък и е довел до пълното унищожаване на предишните Вселени и същевременно до раждането на нашата, която съществува днес.

Теорията за „компресията“ казва, че Вселената съществува и винаги е съществувала; променят се само условията на нейното развитие, което води до изчезването на живота в един регион и появата му в друг. Животът изчезва в резултат на „колапса“ и се появява след експлозията. Колкото и парадоксално да звучи. Тази хипотеза има голям брой привърженици.

Има и друго предположение: в резултат на Големия взрив от нищото е възникнала нова Вселена и се е надула като сапунен мехур до гигантски размери. По това време от него изникват „мехурчета“, които по-късно стават други галактики и вселени.

теория" естествен подбор“ предполага това ние говорим заза „естествения космически подбор“, като този, за който говори Дарвин, само че в по-голям мащаб. Нашата Вселена имаше свой собствен предшественик и тя от своя страна също имаше свой собствен предшественик. Според тази теория нашата Вселена е създадена от черна дупка. и представляват голям интерес за учените. Според тази теория, за да се появи нова Вселена, са необходими механизми за „възпроизвеждане“. Черната дупка става такъв механизъм.

Или може би онези, които вярват, че докато нашата Вселена расте и се развива, се разширява, насочвайки се към Големия взрив, който ще бъде началото на нова Вселена, са прави. Това означава, че някога една непозната и, уви, изчезнала Вселена е станала прародител на нашата нова Вселена. Цикличният характер на тази система изглежда логичен и тази теория има много привърженици.

Трудно е да се каже до каква степен последователите на тази или онази хипотеза се доближиха до истината. Всеки избира това, което е по-близко по дух и разбиране. Религиозният свят дава свои отговори на всички въпроси и поставя картината на сътворението на света в божествена рамка. Атеистите търсят отговори, опитват се да стигнат до дъното на нещата и да се докоснат до тази същност със собствените си ръце. Човек може да се чуди какво е причинило такава упоритост в търсенето на отговор на въпроса какво се е случило преди Големия взрив, защото е доста проблематично да се извлече практическа полза от това знание: човек няма да стане владетел на Вселената, според неговия дума и желание, нови звезди няма да светнат и съществуващите няма да угаснат. Но това, което е толкова интересно, е това, което не е изследвано! Човечеството се бори да разреши мистерии и кой знае, може би рано или късно те ще попаднат в ръцете на човека. Но как ще използва това тайно знание?

Илюстрации: КЛАУС БАХМАН, списание GEO

(25 гласове, средно: 4,84 от 5)

„Първо имаше експлозия. Не експлозията, която е позната на нас на Земята и която започва от определен център и след това се разпространява, улавяйки все повече и повече пространство, а експлозия, която се е случила едновременно навсякъде, изпълвайки цялото пространство от самото начало, с всяка частица материя бягствайки от всяка друга частица." С. Вайнберг. Първите три минути.

Съвременен възглед за произхода на Вселената

от модерни идеи, Вселената, която сега наблюдаваме, е възникнала преди 13,77 ± 0,059 милиарда години от някакво първоначално сингулярно състояние и оттогава непрекъснато се разширява и охлажда. Този момент се смята за момента на раждането на Вселената и затова често се приема за начало на времето.

Откриването на разширяваща се вселена беше една от значимите интелектуални революции на 20-ти век. Сега можем само да се изненадаме, че подобна идея не дойде по-рано. Исак Нютон и други учени трябваше да осъзнаят, че статистическата Вселена скоро ще започне да се свива под въздействието на гравитацията. Освен това вярата в статичната Вселена е била толкова голяма, че е съществувала в умовете на учените дори в началото на 20 век. Дори Айнщайн, когато разработва общата теория на относителността, е бил уверен в статичността на света.

Големият взрив и рецесията на галактиките бяха доказани поради такова явление като ефекта на Доплер. След получаване на съветския математик Александър Фридман общо решениеУравненията на Айнщайн, приложени към описанието на цялата Вселена, установиха, че Вселената се променя с времето. Звездните системи не могат да останат на постоянно разстояние една от друга и трябва или да се приближат, или да се отдалечат.

От това следва, че Вселената трябва да се разшири или, обратно, да се свие до първоначалното си състояние. По-специално, Фридман прогнозира необходимостта от съществуването на „единствено състояние“ и следователно необходимостта от причина, която подтиква свръхплътната материя да се разширява. Тоест в далечното минало Вселената не е била като тази, която наблюдаваме днес. Преди това нямаше отделни небесни тела, няма системи. Светът беше почти хомогенен, много плътен и бързо разширяващ се. Едва много по-късно от тази материя се появяват звезди. Това стана теоретичното откритие за експлодираща вселена.

По-късно астрономът Едминус Хъбъл потвърди тази теория чрез изследване на спектрите на галактиките. Звездните системи и галактиките са структурните единици на Вселената. Те се наблюдават от големи разстояния и затова изучаването на техните движения е станало основа за изучаване на кинематиката на Вселената. Скоростта на отдалечаващи се и приближаващи се обекти може да бъде измерена с помощта на така наречения ефект на Доплер, според който дължината на вълната на приближаващия светлинен източник е по-къса от тази на отдалечаващия се. Тоест цветът на първия източник ще бъде изместен към края на виолетовия спектър, а вторият - към червения.

Изучавайки светлината на много отдалечени тела, астрономите откриха, че линиите на техните спектри са изместени към червения ръб. Дълго изследване на спектрите на галактиките показа, че почти всички звездни системи се отдалечават от нас и колкото по-далеч, толкова по-бързо. Това откритие беше шок за много учени, които вярваха, че всички галактики се движат хаотично и броят на отдалечаващите се и приближаващите се галактически купове е приблизително еднакъв. По-късно астрофизиците установиха, че не звездите и галактиките се разпръскват, а самите купове от галактики.

Освен това премахването на галактиките в Доплеровата интерпретация на червеното отместване не е единственото доказателство за Големия взрив. Независимо потвърждение се предоставя от фоновата космическа радиация на черното тяло - постоянен слаб фон от радиовълни, идващи към нас от космоса от всички посоки. През 1940 г. физикът Джордж Гамов представи теория за горещата Вселена, според която в самото начало на разширяването на Вселената температурата на материята е била много висока и е падала с разширяването. Друго заключение на теорията беше, че в днешната Вселена трябва да има слаб електромагнитно излъчване, останали от ерата на висока плътност и температура на материята. С развитието на Вселената тя се охлади, докато радиацията се превърна в слаб остатък. И днес интензитетът на това реликтно излъчване е същият, какъвто може да се очаква в наше време от забележимо отслабен Голям взрив.

Брайън Грийн в своята книга The Fabric of the Cosmos отбелязва, че е погрешно да се мисли за Големия взрив като теория за произхода на космоса. Големият взрив е теория, която описва космическата еволюция от част от секундата след нещо, което се е случило, за да създаде Вселената. Тази теория не казва какво е избухнало, какво е причинило сингулярността или материята и енергията.

В резултат на развитието на теорията за Големия взрив учените идентифицираха точката, в която започва разширяването на наблюдаваната Вселена - космологична сингулярност. В този момент се нарушава математически правилното описание на геометрията на пространството и времето. Самият термин "сингулярност" може да се нарече характеристика, тъй като първоначалното състояние на материята се характеризира с напълно изключителни плътности на материя и енергия, клонящи към безкрайност. Понякога сингулярността се нарича „първична огнена топка“, в която нито една от структурите, наблюдавани днес, нито галактики, нито звезди, не може да съществува. Дори атомите трябваше да бъдат разделени на части от действието високо наляганеи температура.

Какво се случва в областта на сингулярността не е известно, но е логически ясно, че много закони на относителността и квантовата физика са нарушени там.

Знаейки, че историята на нашата Вселена започва от определено единично състояние, струва си да зададем въпроса какво е причинило нейното разширяване. Огромното налягане в началото не може да доведе до висока скорост на разширяване на веществото, тъй като поради хомогенността на началния етап, спадовете на налягането изчезват, което може да създаде сила, водеща до разширение. Освен това високото налягане увеличава гравитационните сили, забавяйки разширяването на пространството. Има обаче свойства на вакуума, които в някои случаи имат положителна енергийна плътност, плътност на материята, отрицателно налягане или напрежение. Това води до факта, че космологичната константа, стойност, характеризираща свойствата на вакуума, може да се окаже толкова голяма, че нейният гравитационен ефект ще засенчи гравитацията на обикновената физическа материя и ще доведе до „тласък“, от който разширяването на Вселената започна. Въз основа на горното, заслужава да се отбележи, че процесът на Големия взрив не може да се сравни с експлозията на граната, когато частици и атоми се раждат и разпръскват в пространството, като фрагменти и газове. Тази аналогия е напълно неправилна и не обяснява как са възникнали пространството и времето. В случай на бомба, силата, която насърчава разсейването на частиците, се причинява от градиента на налягането вътре в материята, но във Вселената материята е хомогенна и няма градиенти на налягането. Защото голям размеротрицателно налягане, знакът на източника се променя и възниква антигравитация, което води до разширяване на света. Именно това е причината за Големия взрив.

Важно е да се разбере, че разширяването на пространството не влияе на размера на обектите - звезди, галактики и мъглявини (фиг. 1).

Свързано е с гравитационни сили, които държат галактики. Ако всичко се разширяваше свободно, тогава ние самите, Фиг. 1

нашите къщи и планети ще се разширяват пропорционално на разширяването на пространството и ние няма да забележим никаква разлика.

Обикновено учените комбинират теорията за Големия взрив и модела на горещата Вселена, но тези концепции са независими и исторически е имало и концепция за студена първоначална Вселена близо до Големия взрив. Днес теорията за гореща ранна Вселена е доказана чрез наличието на космическо микровълново фоново лъчение.

Астрономите са открили други доказателства, свързващи Големия взрив с горещата ранна Вселена. В рамките на приблизително една минута след експлозията температурата млад святбеше по-висока, отколкото в ядрото на всяка звезда. Вселената работеше като термоядрен реактор, но реакциите спряха, когато Вселената се охлади и разшири. Освен това се състои от водород и хелий с малки литиеви примеси. Изчисленията са в добро съответствие с масите на хелий и водород, които наблюдаваме в наше време.

Тайната за произхода на Вселената обаче дълго време беше скрита зад мистерията на космическата сингулярност през 60-те години на миналия век. Започват да се появяват други сценарии за произхода на света.

по дисциплината Концепции на съвременното естествознание

„Произход на Вселената. Концепцията за Големия взрив. Свойства на мегасвета"

1. Въведение

2. Произходът на Вселената - теорията за “Големия взрив”.

3. основни характеристикимегасвят

4. Свойства на мегасвета

Заключение

Библиография

Въведение

Човечеството винаги се е интересувало от всичко, което е обвито в мистерия, а най-големият контейнер на неизвестното е Вселената. Вселената е целият съществуващ материален свят, неограничен във времето и пространството и безкрайно разнообразен във формите, които материята приема в процеса на своето развитие. И, естествено, винаги е било интересно да се знае откъде започва всичко? Търсенето на отговор на този въпрос остава актуално и в наше време, а проблемът за еволюцията на Вселената заема централно място в естествознанието. Съответно се появиха много различни концепции, които се опитват да обяснят този феномен.

Използвайки постиженията на различни науки, като физика, математика, философия, възникнаха нова наука– космология. Това е набор от натрупани теоретични принципи за структурата на материята и структурата на Вселената, както като цялостен обект, така и като отделен научно познаниеобхванати от астрономически наблюдения на света като част от Вселената. Предмет на космологията е целият мегасвят около нас, а задачата е да се опишат най-общите свойства, структура и еволюция на Вселената. В съвремието, между другото, се заражда космогонията - науката за произхода и развитието на космическите тела и техните системи.

Съвременната астрономия не само е открила грандиозния свят на галактиките, но също така е открила уникални явления: разширяването на Метагалактиката, космическото разпространение химически елементи, космическа микровълнова фонова радиация, което показва, че Вселената непрекъснато се развива.

Еволюцията на структурата на Вселената е свързана с появата на купове от галактики, отделянето и образуването на звезди и галактики и образуването на планети и техните спътници. Самата Вселена е възникнала преди приблизително 20 милиарда години от някаква плътна и гореща протоматерия. Има гледна точка, че от самото начало праматерията е започнала да се разширява с гигантска скорост. В началния етап това плътно вещество се разпръсква във всички посоки и представлява хомогенна кипяща смес от нестабилни частици, които постоянно се разпадат при сблъсък. Охлаждайки се и взаимодействайки в продължение на милиони години, цялата тази маса материя, разпръсната в пространството, се концентрира в големи и малки газови образувания, които в течение на стотици милиони години, приближавайки се и сливайки се, се превръщат в огромни комплекси. В тези комплекси от своя страна възникват по-плътни области - там впоследствие се образуват звезди и дори цели галактики.

В резултат на гравитационната нестабилност в различни зони на формираните галактики могат да се образуват плътни „протозвездни образувания“ с маси, близки до масата на Слънцето. Процесът на компресия, който е започнал, ще се ускори под въздействието на собственото си гравитационно поле. Този процес съпровожда свободното падане на частиците на облака към неговия център – възниква гравитационно компресиране. В центъра на облака се образува уплътнение, състоящо се от молекулен водород и хелий. Увеличаването на плътността и температурата в центъра води до разпадане на молекулите на атоми, йонизация на атомите и образуване на плътно протозвездно ядро.

Има хипотеза за цикличността на Вселената. Веднъж излязла от свръхплътна буца материя, Вселената може още в първия си цикъл да е родила милиарди звездни системи и планети в себе си. И тогава Вселената започва да се стреми към състоянието, от което започва историята на цикъла. В крайна сметка материята на Вселената се връща в първоначалното си свръхплътно състояние, унищожавайки целия живот, който се изпречи на пътя й. И това се повтаря всеки път, във всеки цикъл за вечността.

Произходът на Вселената - теорията за Големия взрив

Самата Вселена е възникнала преди приблизително 20 милиарда години от някаква плътна и гореща протоматерия. Днес можем само да гадаем каква е била тази субстанция, родила Вселената, как се е образувала, на какви закони се е подчинявала и какви процеси са я довели до разширение. Има гледна точка, че от самото начало праматерията е започнала да се разширява с гигантска скорост.

В началния етап това плътно вещество се разпръсква във всички посоки и представлява хомогенна кипяща смес от нестабилни частици, които постоянно се разпадат по време на сблъсъци. Охлаждайки се и взаимодействайки в продължение на милиони години, цялата тази маса материя, разпръсната в пространството, се концентрира в големи и малки газови образувания, които в течение на стотици милиони години, приближавайки се и сливайки се, се превръщат в огромни комплекси. В тях на свой ред възникват по-плътни области - там впоследствие се образуват звезди и дори цели галактики.

Крайна или безкрайна е Вселената, каква е нейната геометрия – тези и много други въпроси са свързани с еволюцията на Вселената, в частност с наблюдаваното разширение. Ако, както се смята в момента, скоростта на "разширяването" на галактиките ще се увеличи със 75 km/s за всеки милион парсека, тогава екстраполацията към миналото води до удивителен резултат: преди приблизително 10-20 милиарда години цялата Вселена е била концентрирани в много малка площ. Много учени смятат, че по това време плътността на Вселената е била същата като тази на атомно ядро: Вселената беше една гигантска „ядрена капка“. По някаква причина тази „капка“ стана нестабилна и избухна. Сега наблюдаваме последствията от тази експлозия като системи от галактики. Моделът на гореща експлодираща Вселена е разработен от ученика на Фридман Й. Гамов в края на 40-те години, пораждайки така наречената теория за Големия взрив, но тази теория става широко разпространена едва в средата на 60-те години.

Безсмислено е да се пита какво се е случило преди Големия взрив и какво има отвъд този разширяващ се свят. Вселената, според теорията за Големия взрив, е ограничена в пространството и времето, поне от миналото. Тази трудна за разбиране картина следва от формулите на Фридман. Скоро обаче американският астроном Е. Хъбъл потвърди факта за разширяване на пространството около нас, като измери скоростта на това явление. Благодарение на това стана възможно да се измери продължителността на живота на Вселената - приблизително 15-20 милиарда години.

Преди експлозията не е имало нито материя, нито време, нито пространство. Събитията в първата секунда се развиха бързо. Първо се образува радиация (фотони), след това частици и вещества (кварки и антикварки). През същата секунда от тях се образуват протони, антипротони и неутрони. Когато протон и антипротон, за които е известно, че имат противоположни заряди, се сблъскат, възниква реакция на анихилация, по време на която и двете частици изчезват, оставяйки след себе си радиация (фотони). Тези реакции станаха доста чести, тъй като материята на „новородената“ Вселена беше много плътна - частиците постоянно се сблъскват една с друга. Вселената беше доминирана от радиация.

До края на първата секунда, когато температурата падна до 10 милиарда градуса, се образуваха нови частици, включително електронът и неговата античастица, позитронът. По това време повечето от частиците вече са анихилирали. Така се случи, че броят на частиците беше с незначителна част от процента по-голям от броя на античастиците (този факт все още не е обяснен), в резултат на което нашата Вселена се състои от материя, а не от антиматерия.

До третата минута една четвърт от всички протони и неутрони образуваха хелиеви ядра. След няколкостотин години непрекъснато разширяващата се Вселена се охлади достатъчно, за да могат протоните и хелиевите ядра да задържат електрони близо до тях. Така са се образували атомите на хелия и водорода. Радиацията, която не се съдържаше в по-свободните електрони, сега можеше да се разпространява на огромни разстояния. В една значително „охладена“ (над 15 милиарда години) Вселена, в наше време можем да чуем „ехо“ на това лъчение - то е микровълново и, равномерно идващо от всички страни, съответства на лъчението на тяло, нагрято само до 3 К. Прието е да се нарича реликтово излъчване. Откриването и съществуването му потвърждават теорията за Големия взрив.

С разширяването на Вселената започнаха да се образуват области на натрупване на материя, както и области, в които почти нямаше материя. под въздействието на гравитацията тези плътности нарастват и на тяхно място започват да се образуват галактики, клъстери и свръхкупове от галактики.

Допълнен от теория ядрени реакциив вещество, което се охлажда, докато се разширява, теорията за Големия взрив направи възможно изчисляването на относителните концентрации на водород, деутерий и по-тежки химични елементи в природата.

В края на 20в. Тази теория е станала почти общоприета в космологията.

Обща характеристика на мегасвета

Съвременна наукаразглежда мегасвета като взаимодействаща и развиваща се система от небесни тела.

Няма ясна граница между мегасвета и макросвета. Обикновено се смята, че започва с разстояния от около m и маси kg.

Тъй като мегасветът се занимава с големи разстояния, са въведени специални единици за измерването им: астрономическа единица, светлинна година и парсек.

Астрономическа единица е средното разстояние от Земята до Слънцето, равно на 1,5 m.

Светлинна година е разстоянието, което светлината изминава за една година, а именно 9,46 m.

Парсек (паралакс секунда) е разстоянието, на което годишният паралакс на земната орбита (т.е. ъгълът, под който се вижда голямата полуос на земната орбита, разположена перпендикулярно на зрителната линия) е равен на една секунда. Това разстояние е равно на 206265 AU. = 3,08 = 3,26 s.g.

Небесните тела в цялата Вселена образуват системи с различна сложност. Всички съществуващи галактики са включени в системата на висок ред- Метагалактика. Размерите на Метагалактиката са много големи: радиусът на космологичния хоризонт е 15-20 милиарда светлинни години. г. Понятията „Вселена“ и „Метагалактика“ са много близки понятия: те характеризират един и същи обект, но в различни аспекти. Понятието „Вселена“ означава целия съществуващ материален свят; понятието „Метагалактика“ е същият свят, но от гледна точка на неговата структура - като подредена система от галактики. Метагалактика е съвкупност от звездни системи - галактики, като нейната структура се определя от тяхното разпределение в пространството, изпълнено с изключително разреден междугалактически газ и проникнато от междугалактически лъчи. Според съвременните концепции метагалактика се характеризира с клетъчна (мрежеста, пореста) структура. Възрастта на Метагалактиката е близка до възрастта на Вселената, тъй като формирането на структурата се случва в периода след разделянето на материята и радиацията. Според съвременните данни възрастта на Метагалактиката се оценява на 15 милиарда години.

Галактиката е гигантска система, състояща се от клъстери от звезди и мъглявини, образуващи доста сложна конфигурация в космоса.

Въз основа на формата си галактиките условно се разделят на три вида: елиптични, спирални и неправилни.

На сегашния етап от еволюцията на Вселената материята в нея е предимно в звездно състояние. 97% от материята в нашата Галактика е концентрирана в звезди, които са гигантски плазмени образувания с различни размери, температури и с различни характеристики на движение. Много, ако не и повечето, други галактики имат „звездна материя“, която съставлява повече от 99,9% от тяхната маса. Възрастта на звездите варира в доста широк диапазон от стойности: от 15 милиарда години, съответстващи на възрастта на Вселената, до стотици хиляди - най-младите. Има звезди, които в момента се формират и са в протозвезден стадий, т.е. още не са станали истински звезди. В последния етап от еволюцията звездите се превръщат в инертни („мъртви“) звезди. Звездите не съществуват изолирано, а образуват системи.

Слънчевата система е група от небесни тела, много различни по размер и физическа структура. Тази група включва: Слънцето, девет големи планети, десетки планетарни спътници, хиляди малки планети (астероиди), стотици комети и безброй метеоритни тела, движещи се както на рояци, така и под формата на отделни частици. Всички тези тела са обединени в една система благодарение на гравитационната сила на централното тяло - Слънцето. Слънчевата система е подредена система, която има свои собствени структурни закони. Единната природа на слънчевата система се проявява във факта, че всички планети се въртят около слънцето в една и съща посока и в почти една и съща равнина. Слънцето, планетите, спътниците на планетите се въртят около осите си в същата посока, в която се движат по своите траектории. Структурата на Слънчевата система също е естествена: всяка следваща планета е приблизително два пъти по-далеч от Слънцето от предишната.

Първите теории за произхода на Слънчевата система са представени от немския философ И. Кант и френския математик П. С. Лаплас. Според тази хипотеза системата от планети около Слънцето се е образувала в резултат на силите на привличане и отблъскване между частици от разпръсната материя (мъглявини), които се въртят около Слънцето.

Свойства на мегасвета

Първите астрономически знания са получени от мислителите на Древния Изток - Египет, Вавилония, Индия, Китай. Астрономи древен святнаучили се да предсказват началото на затъмненията, наблюдавали движенията на планетите. Тези астрономически знания, натрупани през 7-6 век. пр.н.е., заимствано от древните гърци.

През 6 век пр.н.е. Ученият и философ на Древна Гърция, Аристотел, всъщност изложи идеята за геоцентричната структура на Вселената. Аристотел смята, че Земята и всички небесни тела са сферични, че Земята е неподвижният център на Вселената, около който се въртят всички небесни тела. Вселената, според Аристотел, има ограничен размер; тя е, така да се каже, затворена от сфера от звезди. След Аристотел през 3 век пр.н.е. Гръцкият астроном Аристарх от Самос изложи идеята, че Земята се върти около Слънцето, че разстоянието от Земята до Слънцето е равно на 600 земни диаметъра. За съжаление съвременниците му не го разбират и не приемат идеята му. През 2 век пр.н.е. Най-накрая се формира геоцентричната система на света. Александрийският астроном Птолемей обобщава идеите, съществували преди него, и предлага свой собствен модел на Вселената. Според Птолемей Луната, Меркурий, Венера, Слънцето, Марс, Юпитер, Сатурн и небето от неподвижни звезди се движат около сферичната и неподвижна Земя. Всяка от планетите, според Птолемей, има център на своето движение не Земята, а определена точка. Тази точка от своя страна се движи в кръг със Земята в центъра.

Хелиоцентричната система на света се свързва с името на полския учен Николай Коперник (XV век). Той възроди хипотезата на Аристарх от Самос за устройството на света: Земята отстъпи мястото си на центъра на Слънцето и се оказа третата сред планетите, въртящи се по кръгови орбити. В същото време ученият смята, че звездите са неподвижни, Вселената е ограничена от сферата на неподвижните звезди.

Идеята за безкрайността на Вселената е развита от Джордано Бруно (16 век). Според Бруно Слънцето е звезда, има безкрайно много такива звезди, планетите се въртят около звезди, като Земята, която се върти около Слънцето. Бруно предположи, че както Слънцето, така и звездите се въртят около осите си, а в Слънчевата система, освен известните планети, има и други, които все още не са открити.

С изобретяването на телескопа Галилео Галилей прави изключителни открития през първата половина на 17 век, които потвърждават ученията на Коперник и предположенията на Бруно. Галилей стигна до извода, че въртенето е присъщо не само на Земята, но и на други небесни тела. Едновременно с Галилей изключителни открития в астрономията прави Йоханес Кеплер, който формулира законите за движение на телата в Слънчевата система.

Задачата на съвременната астрономия е не само да обясни данните от астрономическите наблюдения, но и да изследва еволюцията на Вселената. Тези въпроси се разглеждат от космологията. При изучаването на Вселената е невъзможно да се извърши емпирична проверка на резултатите от изследването, поради което заключенията на космологията се наричат ​​не закони, а модели на произхода и развитието на Вселената. Моделът е диаграма на определен фрагмент от природна или социална реалност, възможно обяснение за това. В процеса на научно развитие старият модел се заменя с нов модел. Съвременната космология се основава на еволюционен подход към произхода и развитието на Вселената, в съответствие с който е разработен модел на разширяващата се Вселена.

Основната предпоставка за създаване на модел на развиваща се разширяваща се Вселена беше общата теория на относителността на А. Айнщайн. Обект на теорията на относителността са физическите събития. Физическите събития се характеризират с понятията пространство, време, материя, движение, които се разглеждат в единство в теорията на относителността. Въз основа на единството на пространството, материята и времето следва, че с изчезването на геометрията ще изчезнат и пространството и времето. Следователно преди създаването на Вселената не е имало нито пространство, нито време. Айнщайн извежда основните уравнения, които свързват разпределението на материята с геометрични свойствапространство, с течение на времето и на тяхна основа разработен статистически модел на Вселената. Според този модел Вселената има следните свойства:

1. хомогенност, тоест има еднакви свойства във всички точки;

2. изотропен, тоест има еднакви свойства във всички посоки;

3. третото свойство следва от закона на Хъбъл: „колкото повече галактиките са отделени една от друга, толкова по-бързо се отдалечават една от друга“, т.е. Вселената е нестационарна - тя е в състояние на постоянно разширяване; агент за ускоряване на разширяването е тъмна енергия;

4. През 20 век се добавя още едно свойство на Вселената – тя е гореща.

Понастоящем има предположение, че Вселената е възникнала от „особена точка“ - първоначалното състояние на Вселената - чрез Големия взрив на дадена първоначална космическа материя. В допълнение към и развитието на концепцията за Големия взрив възниква теорията за инфлацията, която казва, че Вселената е възникнала от вакуум.

Убедителни аргументи, потвърждаващи валидността на космологичния модел на разширяващата се Вселена, са установени факти. Тези факти включват следното:

1. разширяване на Вселената в съответствие със закона на Хъбъл;

2. хомогенност на светещата материя на разстояния от порядъка на 100 Mp;

3. наличието на космическо микровълново фоново лъчение с топлинен спектър, съответстващ на температура 2,7 K.

Заключение

От дълго време хората се опитват да намерят обяснения за неразбираемостта и странността на света около нас, но най-трудно е да се направи това в свят, който е практически невъзможен за изучаване. Въпреки това учените са свършили огромна работа в изучаването на Вселената и са направили огромен брой открития. Въпреки че много все още не е доказано, достатъчно е, че сме значително по-близо до разрешаването на неизвестното.

Библиография

1. Маров М.Я. Планети слънчева система– М.: Наука, 1986.

2. Дягилев Ф.М. Концепции на съвременната естествена наука - М.: IEMPE, 1998.

3. Дубнищева Т.Я. Концепции на съвременната естествена наука - Новосибирск: UKEA, 1998.

4. Рузавин Г.И. Концепции на съвременната естествена наука - М.: ЮНИТИ, 1997.

5. Новиков И.Д. Как Вселената експлодира. – М.: Наука, 1988.

6. Горелов А.А. Концепции на съвременната естествена наука - М.: Висше образование, 2006

7. Садохин А.П. Концепции на съвременната естествена наука - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006

8. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции на съвременното естествознание - М.: Дашков и К°, 2007.

9. Сивинцев Ю.В. Радиация и човек - М.: Знание, 1987.

10. Карпенков С.Х. Концепции на съвременната естествена наука - М.: ЮНИТИ, 1997.

Дори съвременните учени не могат да кажат със сигурност какво е имало във Вселената преди Големия взрив. Има няколко хипотези, които повдигат завесата на тайната над един от най-сложните проблеми на Вселената.

Произход на материалния свят

До 20 век имаше само двама привърженици на религиозната гледна точка, които вярваха, че светът е създаден от Бог. Учените, напротив, отказаха да признаят изкуствената природа на Вселената. Физиците и астрономите бяха привърженици на идеята, че космосът винаги е съществувал, светът е бил статичен и всичко ще остане същото, както преди милиарди години.

Ускореният научен прогрес в началото на века обаче доведе до факта, че изследователите имаха възможност да изучават извънземни пространства. Някои от тях бяха първите, които се опитаха да отговорят на въпроса какво е имало във Вселената преди Големия взрив.

Изследване на Хъбъл

20-ти век унищожи много теории от минали епохи. В освободеното пространство се появиха нови хипотези, които обясняваха неразбираеми досега мистерии. Всичко започна с факта, че учените установиха факта на разширяването на Вселената. Това е направено от Едуин Хъбъл. Той откри, че далечните галактики се различават по своята светлина от онези космически купове, които са по-близо до Земята. Откриването на този модел формира основата на закона за разширението на Едуин Хъбъл.

Големият взрив и произходът на Вселената бяха изследвани, когато стана ясно, че всички галактики „избягат“ от наблюдателя, независимо къде се намира той. Как би могло да се обясни това? Тъй като галактиките се движат, това означава, че те се тласкат напред от някакъв вид енергия. Освен това физиците са изчислили, че някога всички светове са били разположени в една точка. Поради някакъв тласък те започнаха да се движат във всички посоки с невъобразима скорост.

Това явление е наречено „Големият взрив“. И произходът на Вселената беше обяснен именно с помощта на теорията за това древно събитие. Кога се случи това? Физиците определиха скоростта на движение на галактиките и изведоха формула, която използваха за изчисляване кога е настъпил първоначалният „тласък“. Никой не може да даде точни числа, но приблизително това явление се е случило преди около 15 милиарда години.

Появата на теорията за Големия взрив

Фактът, че всички галактики са източници на светлина, означава, че Големият взрив е освободил огромно количество енергия. Тя беше тази, която роди самата яркост, която световете губят, когато се отдалечават от епицентъра на случилото се. Теорията за Големия взрив е доказана за първи път от американските астрономи Робърт Уилсън и Арно Пензиас. Те откриха електромагнитно космическо микровълново фоново лъчение, чиято температура беше три градуса по скалата на Келвин (т.е. -270 по Целзий). Това откритие подкрепя идеята, че Вселената първоначално е била изключително гореща.

Теорията за Големия взрив отговори на много въпроси, формулирани през 19 век. Сега обаче се появиха нови. Например, какво е имало във Вселената преди Големия взрив? Защо е толкова хомогенно, докато при такова огромно освобождаване на енергия веществото трябва да се разпръсне неравномерно във всички посоки? Откритията на Уилсън и Арно поставят под съмнение класическата евклидова геометрия, тъй като е доказано, че пространството има нулева кривина.

Инфлационна теория

Новите поставени въпроси показаха това съвременна теорияпроизходът на света е фрагментарен и непълен. Дълго време обаче изглеждаше, че ще бъде невъзможно да се премине отвъд това, което беше открито през 60-те години. И едва съвсем скорошни изследвания на учени направиха възможно формулирането на нов важен принципза теоретична физика. Това беше феноменът на свръхбързото инфлационно разширяване на Вселената. Той е изследван и описан с помощта на квантовата теория на полето и обща теорияОтносителността на Айнщайн.

И така, какво е имало във Вселената преди Големия взрив? Съвременната наука нарича този период „инфлация“. В началото имаше само поле, което изпълваше цялото въображаемо пространство. Може да се сравни със снежна топка, хвърлена по склона на снежна планина. Бучката ще се търкаля надолу и ще се увеличава по размер. По същия начин полето, поради случайни колебания, промени структурата си за невъобразимо време.

Когато се образува хомогенна конфигурация, възниква реакция. Той съдържа най-големите мистерии на Вселената. Какво се случи преди Големия взрив? Инфлационно поле, което изобщо не приличаше на сегашната материя. След реакцията започва растежът на Вселената. Ако продължим аналогията с снежна топка, а след първата от тях се търкаляха други снежни топки, също увеличаващи се по размер. Моментът на Големия взрив в тази система може да се сравни с втория, когато огромен блок падна в бездната и накрая се сблъска със земята. В този момент се освободи колосално количество енергия. Все още не може да се изчерпи. Именно поради продължаването на реакцията от експлозията нашата Вселена расте днес.

Материя и поле

Сега Вселената се състои от невъобразим брой звезди и други космически тела. Тази съвкупност от материя излъчва огромна енергия, която противоречи физически законСъхранение на енергия. Какво пише? Същността на този принцип се свежда до факта, че за безкраен период от време количеството енергия в системата остава непроменено. Но как може това да се впише в нашата Вселена, която продължава да се разширява?

Инфлационната теория успя да отговори на този въпрос. Изключително рядко се случва подобни мистерии на Вселената да бъдат разгадани. Какво се случи преди Големия взрив? Инфлационно поле. След възникването на света познатата ни материя зае своето място. Но освен него във Вселената има и нещо, което има отрицателна енергия. Свойствата на тези две същности са противоположни. Това компенсира енергията, идваща от частици, звезди, планети и друга материя. Тази връзка също обяснява защо Вселената все още не се е превърнала в черна дупка.

Когато Големият взрив се случи за първи път, светът беше твърде малък, за да може нещо да се срине. Сега, когато Вселената се разшири, в определени части от нея се появиха локални черни дупки. Тяхното гравитационно поле поглъща всичко около тях. Дори светлината не може да излезе от него. Ето защо тези дупки стават черни.

Разширяване на Вселената

Дори въпреки теоретичната обосновка на инфлационната теория, все още не е ясно как е изглеждала Вселената преди Големия взрив. Човешкото въображение не може да си представи тази картина. Факт е, че инфлационното поле е неосезаемо. Не може да се обясни с обичайните закони на физиката.

Когато настъпи Големият взрив, инфлационното поле започна да се разширява със скорост, която надвишава скоростта на светлината. Според физическите показатели във Вселената няма нищо материално, което да се движи по-бързо от този показател. Светлината се разпространява напречно съществуващия святс невероятни числа. Инфлационното поле се разпространи с още по-голяма скорост, именно поради нематериалния си характер.

Текущо състояние на Вселената

Настоящият период от еволюцията на Вселената е идеално подходящ за съществуване на живот. За учените е трудно да определят колко дълго ще продължи този период от време. Но ако някой предприеме подобни изчисления, получените цифри са не по-малко от стотици милиарди години. За един човешки животтакъв сегмент е толкова голям, че дори в математическото смятане трябва да се запише с помощта на степени. Настоящето е проучено много по-добре от праисторията на Вселената. Случилото се преди Големия взрив във всеки случай ще остане само обект на теоретични изследвания и смели изчисления.

В материалния свят дори времето остава относителна ценност. Например квазарите (вид астрономически обект), съществуващи на разстояние 14 милиарда светлинни години от Земята, са с 14 милиарда светлинни години зад нашето обичайно „сега“. Тази времева разлика е огромна. Трудно е да се дефинира дори математически, да не говорим за факта, че е просто невъзможно ясно да си представим такова нещо с помощта на човешкото въображение (дори и най-пламенното).

Съвременната наука може теоретично да обясни целия ни живот материален свят, като се започне от първите части от секундите от съществуването му, когато току-що се е случил Големият взрив. Пълната история на Вселената все още се актуализира. Астрономите откриват нови невероятни фактис модернизирана и подобрена изследователска апаратура (телескопи, лаборатории и др.).

Има обаче и феномени, които все още не са разбрани. Такова бяло петно ​​например е неговата тъмна енергия. Същността на тази скрита маса продължава да вълнува съзнанието на най-образованите и напреднали физици на нашето време. Освен това не се е появила единна гледна точка относно причините, поради които във Вселената все още има повече частици, отколкото античастици. По този въпрос са формулирани няколко фундаментални теории. Някои от тези модели са най-популярни, но никой от тях все още не е приет от международната научна общност като

В мащаба на универсалното познание и колосалните открития на 20 век тези пропуски изглеждат съвсем незначителни. Но историята на науката показва със завидна редовност, че обяснението на такива „малки“ факти и явления става основа за цялостното разбиране на човечеството за дисциплината като цяло (в случая говорим за астрономия). Следователно бъдещите поколения учени със сигурност ще имат какво да правят и какво да открият в областта на познанието за природата на Вселената.