Проблемы виникнення всесвіту.
Гіпотеза Великого Взрыва

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Астрономия и космонавтика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат по астрономии:

Проблемы походження Всесвіту. Гіпотеза великого взрыва.

Ульяновой Анастасії, 11-а класу, гімназії № 248

2001 г.

Проблема початку всесвіту, подібна старому вопросу:

Те й сталося першим курча чи яйце. Інакше кажучи, яка сила створила всесвіт. І що створило цю силу. Або можливо, всесвіт, чи сила, яка створювало усе це, були завжди, не мали начала.

Аж по останнього часу, вчені мали тенденцію не стосуватися таких питань оскільки вони належали до метафізики чи то релігії, а чи не до науке.

Проте, останнім часом виникло вчення у тому, що Закони Науки можуть бути й на початку всесвіту. І тут, всесвіт могла визначатися повністю законами Науки.

Багато ранні традиції, Єврейська, Християнська і Ісламська релігії, вважали що всесвіт створилася досить недавно. Наприклад, Єпископ Ушер обчислив дату вчетверо тисячі чотириста років, до створення всесвіту, додаючи вік людей Старому Заповіті. Фактично, дата біблійного створення негаразд далекою від дати кінця останнього льодовикового Періоду, коли з’явився перший сучасний человек.

З іншого боку, декого, як, наприклад, Грецький філософ Аристотель, Декарт, Ньютон, Галілей не визнавали ідею про те, що всесвіт мала початок. Вони відчували, що то міг би було стати. Але вони віддали перевагу вірити у те, що всесвіт, існувала, і мала існувати те є вічно і бесконечно.

Всесвіт була перша з суті немінливої у часі. Час абсолютно однорідний і синхронізоване. У будь-якій точці всесвіту воно однаково. Простір теж однорідний і изотропно. Масштаб однаковий у будь-якій точці всесвіту. Або була створена у своїй справжньої формі, або він існував завжди, подібно сьогоднішньої. Це було природне переконання в той час, оскільки людське життя, насправді, дуже короткий відрізок історії, яку всесвіт значно не змінила проти віком самої всесвіту. У статичної, немінливої всесвіту, питання тому, що всесвіт існувала завжди, чи створилася у минулому, — справді матеріал для метафізики чи то релігії: кожна теорія міг би прийняти до уваги таку вселенную.

Насправді, в 1781, філософ, Іммануїл Кант, написав незвичну і дуже неясну роботу, Критику Чистого Розуму. Там, вирішив, хто був однаково правильні докази, обидва для віри, що всесвіт мала початок, і для віри ж, що якого було. Як сказав за його назву, його висновки були засновані просто на причини. Інакше кажучи, де вони взяли його в рахунок спостереження про всесвіту. Зрештою, в немінливої всесвіту, було що наблюдать?

Отже перед вченими підводилася проблема вибору між вірою в бога й матеріальної вірою. Вони знали першопричин походження всесвіту тому що в них було на той час достатньої наукової бази. Віра в Бога була краща. Історично християнство було старше ніж наука і, природно деякі сприймали науку серйозно, але тільки згодом вона зміцнювалася і дедалі частіше люди повертали голову у її сторону.

Таємниця у науці - те, що галузеву науку неспроможна пояснити, як не може пояснити то, було до великого вибуху. Адже всі, що сталося досі виникнення всесвіту, точки сингулярності, не обговорюється- це догма. А непізнане у науці - це те таємниця, що у найближчим часом може бути раскрыта.

У 19-е столітті підтвердження початку всесвіту накопичувалися. Земля і решта всесвіту, фактично змінилися згодом. З одним боку, геологи зрозуміли що освіта скель, і копалин у яких, мало вік сотні чи тисячі мільйонів років. Це було набагато більше довгим терміном, ніж вік Землі, відповідно до Христианству.

З іншого боку, німецький фізик, Больцман, вивів так званий Другий Закон Термодинаміки. Він зазначає, що це загальна сума безладно рухомих частинок у Всесвіті (який вимірюється кількістю называющимся ентропія), завжди збільшується згодом. Це, передбачає, що всесвіт можна було стислому стані лише у одне час у точці початку. Інакше, всесвіт повинна вироджуватися в стан повного безладдя з однаковим температурой.

Інша труднощі із тим статичної всесвіту був у тому, що відповідно до закону Сили Тяжкості Ньютона, кожна зірка у Всесвіті повинна притягатися до кожній іншій зірці. Те як вони б залишитися на постійному відстані від одне одного? Не будуть вони усе разом падати? Ньютон було інформовано з проблемою про зірках, котрі приваблюють одне одного. У листі до Річарду Бентлі, провідному філософу на той час, погодився, що кінцеве скупчення зірок неспроможна залишитися нерухомим: вони все впали разом, у певній центральної точці. Проте, він посперечався, що нескінченне скупчення зірок, на повинен падати разом: їм було б центральної точки, щоб туди впасти. Цей аргумент є взірцем пасток, жодну з яких ми можемо зустріти, коли самі говорять про нескінченних системах. Використовуючи інші шляхи, щоб додати силу у кожному зірці, з нескінченного кількості інших зірок у Всесвіті, якось ми маємо очікувати інші відповіді питання: можуть залишатися постійному відстані від одне одного. Ми нині знаємо, що правильна методика повинна розглядати випадок початковій точки, звідки стався мир.

Попри ці проблеми з ідеєю статичної і немінливої всесвіту ніхто у сімнадцятих, восемнадцатых, девятнадцатых чи ранніх двадцятих століттях, не вважав що всесвіт могла розвиватися згодом. Ньютон і Ейнштейн, обидва пропустили шанс предсказывания, що всесвіт могла би чи скорочуватися, чи розширюватися. Не можна справді ставити це проти Ньютона, тому, що він жив двісті років перед відкриттям розширення всесвіту. Але повинен знати це за. Коли він сформулював Теорію Відносності, щоб перевірити теорію Ньютона з щодо його власної Спеціальної Теорією Відносності, він додав так звану, «космічну константу ««. Це була відштовхуючий гравітаційний ефект, який міг би балансувати ефект тяжіння матеріалу в всесвіту. Отже, було можливе мати статичну модель вселенной.

Ейнштейн пізніше сказав: космічна константа була найбільшої помилкою моєї життя. Це сталося після спостережень віддалених галактик, Едвіном Хабблом в 1920 року, і показало, що вони переміщаються далеке від нас, зі швидкостями, хто був приблизно пропорційними їх відстані від нас. Інакше кажучи, всесвіт не статична, як раніше було винесено думати: вона розширюється. Відстань між галактиками зростає зі временем.

У 1929 року Хаббл відкриває ефект так званий ефект «червоного усунення». Його буква стверджує, що у всіх можна побачити спектрах всіх можна побачити галактик він бачить червону підсвічування у частині спектра. Він брав для прикладу спостерігача, стоїть близько джерела світла, який віддалився чи наближався. При видаленні джерела світла ми бачимо червоне світло спектра, а з наближенням- фіолетовий. джерело світла h — довжина хвилі нерухомого джерела світла h'- довжина хвилі рушійної джерела світла h'/ h = 1+V/C якщо V>0 то h'> h

V=HR — Закон Хаббла де R- відстань до досліджуваної галактики H- стала Хаббла V- швидкість розбігання галактики

H=15км/с на 1млн. световых лет

Це означає, що це галактики ми видаляються. Але, як не дивно, забула звідси до 1964 року. І лише 1964 року вчені Пензіас і Вільсон відкривають ефект «реліктового фону». Вони стверджують, що у всіх точках всесвіту спостерігається постійний і однорідний шум- реліктовий фон рівний 3 градусів К.

Це означає, що галактики видаляються з певною швидкістю. Якщо ж вони видаляються, отже був і початкова точка отсчета.

Ці дві незаперечних й цілком доведених факту підтверджують теорію Великого Вибуху. Отже початок року було і всі ранні наукові догми на проблеми початку всесвіту повністю спростовуються. Відтоді наукове поняття початку всесвіту прийшов у деяке згоду з християнською думками це питання. Адже християни також вважає, що початок року було, але щоправда у них початком був БОГ і він також створив вселенную.

На початку створив Бог небо і землю. Але земля була безвидна і порожня, і пітьма над бездною, і Дух Божий носився над водою. І сказав Бог: буде світло. І почав світло. І побачив Бог світло, що хороший, і відокремив Бог світ пітьми. І назвав Бог світло днем, а темряву вночі. І було вечір, і це ранок: день один. 6 І сказав Бог: буде твердь посеред води, і так відокремлює вона воду від води. [І стало так.] І створив Бог твердь, і відокремив воду, що під твердю, від води, яка над твердю. І стало так. І назвав Бог твердь небом. [І побачив Бог, що це добре.] І було вечір, і це ранок: день другий. І сказав Бог: так збереться вода, що під небом, за одну місце, і так з’явиться суша. І стало так. [І зібралася вода під небом до своєї місця, і стала суша.] І назвав Бог суходіл землею, а збори вод назвав морями. І побачив Бог, що це добре. І сказав Бог: так произрастит земля зелень, траву, сіючи насіння [у зв’язку зі і з подобою її, і] дерево плодовите, яке приносить у зв’язку зі своєму плід, у якому насіння його за землі. І стало так. І викликала земля зелень, траву, сіючи насіння у зв’язку зі [і з подобою] її, і дерево [плодовите], яке приносить плід, у якому насіння його за роду його [на землі]. І побачив Бог, що це добре. І було вечір, і це ранок: день третій. І сказав Бог: були світила на тверді небесної [висвітленню землі і] відділення дня від ночі, й у знамень, і часів, і днів, і років; і були вони світильниками на тверді небесної, щоб світити на землю. І стало так. І створив Бог два світила великі: світило більше, для управління днем, і світило менше, керувати вночі, і зірки; і поставив їх Бог на тверді небесної, щоб світити на грішну землю, й управляти ними вдень і вночі, і відокремлювати світ пітьми. І побачив Бог, що це добре. І було вечір, і це ранок: день четвертий. І сказав Бог: так зробить вода плазунів, душу живу; і птиці так полетять над землею, по тверді небесної. [І стало так.] І створив Бог риб великих коштів і будь-яку душу тварин плазунів, яких справила вода, у зв’язку зі їх, і будь-яку птицю пернату у зв’язку зі її. І побачив Бог, що це добре. І благословив їх Бог, кажучи: плодіться і розмножуйтеся, і наповняйте води в морях, і птиці так розмножуються землі. І було вечір, і це ранок: день п’ятий. І сказав Бог: так зробить земля душу живу у зв’язку зі її, тварюк, і гадів, і звірів земних у зв’язку зі їх. І стало так. І створив Бог звірів земних у зв’язку зі їх, і худобу у зв’язку зі його, та провідником усіх гадів земних у зв’язку зі їх. І побачив Бог, що це добре. І сказав Бог: створимо людини за образом Нашому [і] типу Нашому, і так панує вони над рибами морськими, та контроль птахами небесними, [та контроль звірами,] та контроль худобою, та контроль усією землею, і плазунами, плазунами землею. І створив Бог людини за образом Своєму, за образом Божу створив його; чоловіка і жінку створив їх. І благословив їх Бог, і додав їм Бог: плодіться і розмножуйтеся, і наповняйте землі і володійте нею, і Владарюйте над рибами морськими [і над звірами,] та контроль птаством небесним, [та контроль будь-якою худобою, та контроль усією землею,] та контроль всяким тваринам, плазуючим землею. І сказав Бог: ось, Я дав вам будь-яку траву, сіючи насіння, яка є всієї землі, і всяке дерево, яка має плід деревне, сеющий насіння; -- вам це буде зацікавлений у їжу; а всім звірів земним, й оснащено всім птахам небесним, і кожному [гаду,] пресмыкающемуся землею, у якому душа жива, дав Я всю зелень травную в їжу. І стало так. І побачив Бог усе, що Він створив в, і вже, добре дуже. І було вечір, і це ранок: день шестой.

Бог створив світ упродовж шести днів, якщо виходити із теорії Великого Вибуху вік освіти всесвіту становить близько 15−20 млрд. років. Зараз теоретичні фізики намагаються хіба що звернути всесвіт, щоб точніше дізнатися її вік. Для нас важливий факт, що всесвіт мала начало.

Історія Всесвіту відповідно до стандартної модели

Великого взрыва

У нульової час Всесвіт виникла з сингулярності. У протягом першої мільйонної частки секунд, коли температура значно перевищувала 1012К, а щільність була немислимо велика, мали неймовірно швидко міняти одне одного екзотичні взаємодії, недоступні розумінню у межах сучасної фізики. Ми можемо лише міркувати тим, які були такі найперші хвилини; наприклад, можливо, що чотири фундаментальні сили природи були спочатку злиті воєдино. Але є підстави вважати, що наприкінці першої мільйонної частки секунд вже існував первинний «бульйон» багатих енергією («гарячих») частинок випромінювання (фотонів) і частинок речовини. Ця саме взаємодіюча маса перебувала у стані з так званого теплового равновесия.

У ті такі найперші хвилини все які були частки мали безупинно виникати і аннигилировать. Будь-яка матеріальна частка має деяку масу, і для її створення потрібно наявність певної «порогової, енергії»; поки щільність енергії фотонів залишалася діставши точно високої, могли виникати будь-які частки. Ми знаємо також, що, коли частки народжуються з гамма-випромінення (фотонів високої енергії), вони народжуються парами, які з частинки й античастинки, наприклад електрона і позитрона. У умови сверхплотного стану матерії, властивого раннього етапу життя Всесвіту, частинки й античастинки мали відразу ж після свого народження знову зіштовхуватися, перетворюючись на гамма-випромінювання. Це взаємне перетворення частинок в випромінювання і навпаки тривало до тих пір, поки щільність енергії фотонів перевищувала значення порогової енергії освіти частиц.

Коли вік Всесвіту досяг однієї сотою часткою секунди, її температура впала приблизно до 1011К, ставши нижче граничного значення, при якому можуть народжуватися протони і нейтрони, але з цих частинок все-таки уникли взаємної анігіляції відносини із своїми античастицами — інакше тільки у сучасної нам Всесвіту було б речовини! Через 1 з після Великого вибуху температура знизилася приблизно до 1010К, і нейтрино, сутнісно, перестали взаємодіяти з речовиною: Всесвіт стала практично прозорою для нейтрино. Електрони і позитроны ще продовжували аннигилировать і виникати знову, але приблизно 10с рівень щільності енергії випромінювання упав нижчі й їх порога, величезну кількість електронів і позитронів перетворилася на випромінювання в катастрофічному процесі взаємної анігіляції, залишивши по собі лише незначна кількість електронів, достатнє, проте, у тому, щоб, об'єднавшись з протонами і нейтронами, дати початок тій кількості речовини, яку ми спостерігаємо сьогодні у Вселенной.

Очевидно, мала існувати деяка диспропорція між частинками (протонами, нейтронами, електронами тощо. буд.) і античастицами (антипротонами, антинейтронами, позитронами тощо. буд.), бо всі частки (Не тільки все античастинки) зникнуть у процесі анігіляції. У навколишньої частини Всесвіту речовини незрівнянно більші, ніж антиречовини, яка лише зрідка зустрічають у вигляді окремих складу. Ймовірно, звісно, що у ранній стадії еволюції Всесвіту у ній були області, де домінувало речовина, й із переважанням антиречовини — у разі існування зірок і аж галактик, які з антиречовини; великих відстанях вони було б не від звичних нам зірок і галактик з речовини. Проте ми й немає жодних посвідчень у користь цього припущення, тому більш розумною здається вважати, що з початку виник невеличкий, але помітний дисбаланс частинок і складу. Нині розробляється ряд теорій, у яких такий дисбаланс знаходить цілком природне объяснение.

Через 3 хв після Великого Вибуху температура Всесвіту знизилася до 109К і виникли нормальні умови для освіти атомів гелію: цього було витрачено майже всі які були у наявності нейтрони. Через приблизно ще хвилину майже всі речовина Всесвіту складався з ядер водню і гелію, що були приблизно тієї ж кількісної пропорції, яку ми спостерігаємо сьогодні. Починаючи відразу ж, розширення первинного вогняного кулі відбувалося без докорінних змін до того часу, поки через 700 000 років електрони і протони не з'єдналися в нейтральні атоми водню, тоді Всесвіт стала прозорою для електромагнітного випромінювання — виникло то, що зараз спостерігають як реліктове фонове излучение.

Коли речовина стало прозорим для електромагнітного випромінювання, на дію вступило тяжіння: вона почала переважати з усіх іншими взаємодіями між масами практично нейтрального речовини, складав основну частину матерії Всесвіту. Тяжіння створило галактики, скупчення, зірки й планети — всі ці об'єкти утворилися з первинного речовини, яке, своєю чергою, виділилося з швидко остывавшего і втрачала щільність первинного вогняного кулі; тяжіння ж слід визначити шлях еволюції й вирішила результат життя усього Всесвіту загалом. Проте, багато запитань, що стосуються епохи, що виникла за епохою відділення випромінювання від речовини, залишаються тут поки без відповіді; зокрема, залишається невирішеним питання формування галактик і зірок. Утворилися чи галактики раніше першого покоління зірок навпаки? Чому речовина зосередилося в дискретних утвореннях — зірках, галактиках, скупчення і сверхскоплениях, — коли Всесвіт як єдине ціле розліталася у різні стороны?

Є дві основних погляду проблему формування галактик. Перший у тому, що у будь-яку час в розширення суміші речовини і випромінювання могли існувати випадково розподілені області з щільністю перевищує середню. Унаслідок сил тяжіння ці області спочатку відокремились як дуже протяжних згустків речовини, у яких потім як уже почалися фрагментації, який призвів до освіті хмар менших розмірів, які згодом перетворилися на скупчення й окремі галактики, спостережувані сьогодні. Далі у тих менших — галактичних розмірів — згустках знов-таки під впливом тяжіння у випадкових неоднородностях щільності почалося формування зірок. Є й інша думка на перебіг подій: спочатку з флуктуацій щільності в розширенні первинному кулі сформувалися численні (малі) галактики, що з часом об'єдналися в скупчення, в сверхскопления і, можливо, навіть у більші ієрархічні структуры.

Головним пунктом у цій суперечці є питання, чи мала процес Великого вибуху вихоровий, турбулентний, характер чи протікав більш гладко. Турбулентності в великомасштабної структурі сьогоднішньої Всесвіту відсутні. Всесвіт виглядає дивовижно згладженої у крупних масштабах; попри деякі відхилення, загалом далекі галактики і скупчення розподілені з усього небу найвищою мірою рівномірно, а ступінь ізотропність фонового випромінювання також досить висока (вище, ніж 1: 3000). Всі ці факти, певне, свідчать, що Великий вибух був безвихревым, упорядкованим процесом розширення. А звідки ж у разі виникли флуктуації щільності, які є пізніше галактиками? Вирішення питання не може тим, що ми маємо спостережливими даними, що відносяться до критичного моменту освіти зоряних систем;

Відповідно до узвичаєної точки зору, мікрохвильове фонове випромінювання дає інформацію про епоху, коли вік Всесвіту налічував приблизно 700 000 років, чому відповідає червоне усунення близько 1000. Найбільш далека від нас квазар має усунення 3,6, тобто. спостережуваний світло цього квазара був испущен їм, коли вік Всесвіту становив трохи менше 2 млрд. років. У перервах часу від 700 000 до 2 млрд. років у Всесвіті повинно бути багато, зокрема сформувалися галактики. Проте він менш, останні дані, швидше за все, користь з двох згаданих вище гіпотез, за якою освіту галактик передувало формуванню скупчень і сверхскоплений.

Успішне пояснення низки явищ з допомогою моделі Великого Вибуху призвела до того, що, зазвичай, поза сумнівом реальність походження мікрохвильового фонового випромінювання з розширюваного первинного вогняного кулі на той час, коли речовина Всесвіту стало прозорим. Можливо, проте, що це надто просто пояснити. У 1978 р., намагаючись знайти обгрунтування спостережуваного співвідношення фотонів і баріонів (барионы — «важкі» елементарні частки, яких, зокрема, ставляться протони і нейтрони) — 108: 1, — М. Рис висловив припущення, що фонове випромінювання то, можливо результатом «епідемії» освіти масивних зірок, розпочатої відразу після відділення випромінювання від речовини і доти, як вік Всесвіту досяг 1 млрд. років. Тривалість життя цих зірок не могла перевищувати 10 млн. років; багатьох судилося пройти стадію наднових і викинути у просторі важкі хімічні елементи, які частково запланували на крупинки твердого речовини, утворивши хмари міжзоряному пилу. Ця пил, нагріта випромінюванням догалактических зірок, могла, своєю чергою, випускати інфрачервоне випромінювання, яка за його червоного усунення, викликаного розширенням Всесвіту, простежується сьогодні як мікрохвильове фонове излучение.

Ця думка не отримала широке пошанування, проте цікаво відзначити, що у 1979 р. Д. П. Вуди і П. Л. Ричарде з Каліфорнійського університету опублікували результати спостережень, начебто що вказують на деякі відхилення характеристик мікрохвильового фонового випромінювання від кривою випромінювання абсолютно чорного тіла: крива фонового випромінювання виглядає «гостріше», ніж йому слід було бути. Пізніше тому ж році М. Роуэн-Робинсон, Дж. Негропонте і Дж. Силк (Коледж королеви Марії, Лондон) вказали, що «горб» на кривою мікрохвильового випромінювання, виявлений Вуді і Ричардсом, може бути пояснений випромінюванням пилових хмар, які утворилися за «епідемією» масового формування зірок, що він відповідає гіпотезі М. Рису. Наразі говорити, чи витримає це нове ідея наступний аналіз, але якщо вона цілком відповідає істині, це означатиме, що переважна більшість всієї маси Всесвіту міститься у невидимих залишках зірок первинного, догалактического, покоління верб час може у масивних темних гало, оточуючих яскраві галактики, які ми бачимо сегодня.

Антропный принцип.

Перейдемо тепер до із ще однією, щонайменше цікавою теорії виникнення світу. Це Антропный принцип. У чому його сущность?

Антропный (людський) принцип першим сформулював в 1960 року Иглис Г.І., але є хіба що неофіційним його автором. А офіційним автором був учений на прізвище Картер.

Антропный принцип свідчить, що спочатку всесвіту був план світобудови, вінцем цього плану є виникнення життя, а вінцем життя- людина. Антропный принцип дуже добре входить у релігійну концепцію програмування жизни.

Антропный принцип стверджує, що всесвіт така, якою вона є оскільки є спостерігач або він має з’явитися певному етапі розвитку. Як доказ вищевикладеного творці цієї теорії наводять дуже цікаві факти. Це Критичність Фундаментальних Констант і Збіг Великих Чисел.

Розглянемо перший факт.

Фундаментальними константами називаються швидкість світла- З стала планка- h заряд електрона- е маса електрона- mе маса протона- mр маса нейтрона-mn середня щільність у Всесвіті- гравітаційна стала- электромагнитная стала- к

За таких констант знайшли їх взаємозв'язок: між масою протона, електрона і нейтрона: mр — mn > me

me= 5,5×10 г/моль

mp-mn=13,4×10 г/моль

і навіть критичність значень щільності у вселенной:

q=10 г/см

якщо q> 10, то всесвіт пульсирующая

якщо q

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой