Вселенная

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространствеи бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Наука о строении и эволюции Вселенной получила название - космология. В космологии для измерения расстояний используют специфические единицы измерения:

- астрономическая единица – расстояние от Земли до Солнца – 150 миллионов километров;

- световой год - расстояние, которое проходит свет за время равное одному году;

- парсек – 3, 26 светового года или 3*10¹³км;

- мегапарсек – 1000 000 парсек.

По оценкам современной науки возраст Вселенной около 15-20 млрд. лет. Она состоит из огромного числа метагалактик. Метагалактикой называют ту область Вселенной, которая доступна на сегодняшний день для наблюдения современными методами. В состав метагалактик входят миллиарды галактик - упорядоченных скоплений звезд. Определяющее значение для устойчивости космологических систем имеют силы гравитации.

Вселенная имеет сотовую (ячеистую) структуру; в вершинах шестиугольников располагаются скопления галактик; диаметр ячеек около 50 Мпс. В масштабах свыше 200 Мпс. она считается однородной и изотропной.

Пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разреженным межгалактическим газом. Оно пронизывается космическими лучами, в нем существуют гравитационные и электромагнитные поля.

Если принимать Вселенную как открытую термодинамическую систему, то везде и всюду идет глобальный процесс самоорганизации материи. Ежедневно где-то гаснут старые и загораются новые звезды, рождаются и умирают планеты, рассыпается и превращается в хаос микрочастиц вещество, а потом снова организуется в зримые макротела.

Как устроена Вселенная, как живет и развивается, конечна она или бесконечна, каков ее возраст, было ли у нее начало и будет ли конец - эти вопросы издавна волновали человечество. И сегодня на большинство этих вопросов наука не может дать однозначных ответов. Несмотря на огромные достижения в исследованиях Вселенной, она лишь приоткрыла краешек занавеса, за которым скрыта ее тайна.

История науки знает множество моделей Вселенной и отдельных ее частей. К концу XIX века сформировалась убежденность в том, что Вселенная неизменна и бесконечна в пространстве и времени (стационарная космологическая модель). Для построения такой модели были использованы принципы классической механики и евклидовой геометрии.

В современной космологии построено несколько моделей Вселенной, среди которых:

- Модель расширяющейся Вселенной предполагает, что Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в результате взрыва тела малых размеров – сингулярности.

- Модель пульсирующей Вселенной предполагает, что Вселенная периодически рождалась, достигала максимума развития, разрушалась, а затем процесс повторялся снова.

- Инфляционная модель Линде предполагает: во Вселенной постоянно возникают новые области, законы физики в которых различны.

Одной из наиболее распространенных в научном мире считается гипотеза расширяющейся или «горячей» Вселенной. Впервые эта гипотеза была высказана в конце XIX века американским астрономом П.Ловеллом (1855-1916). Из наблюдений за поведением нескольких галактик он пришел к выводу, что они удаляются от Земли. Это был первый сигнал о том, что Вселенная, в которой мы живем, далека от стационарности.

В начале ХХ века А. Эйнштейном была создана общая теория относительности, которая стала прародительницей нескольких моделей Вселенной.

1. Модель Шварцшильда. Возможна такая тяготеющая система, у которой все массы сосредоточены внутри сферы радиуса r; из-за мощного притяжения никакое излучение не может выйти за пределы этой сферы. У большей части звезд нашей Вселенной (за исключением черных дыр) радиус Шварцшильда (или гравитационный радиус) меньше их размеров, вследствие чего они излучают энергию в разных диапазонах длин волн и являются видимыми. Гравитационные радиусы обычных небесных тел ничтожно малы. Например, для Солнца, он всего 3 км, для Земли – 1 см.

Применив теорию Эйнштейна ко всей Вселенной, Шварцшильд нашел, что она является замкнутой. Если тело сожмется до размеров меньших его гравитационного радиуса то никакое излучение или частицы не смогут преодолеть поле тяготения и выйти за пределы тела к удаленному наблюдателю.

2. Модель Эйнштейна-Фридмана. Чтобы не отступать от общепринятой идеи статичности Вселенной, Эйнштейну пришлось в выведенные им уравнения, описывающие ее состояние, искусственно ввести так называемую «космологическую постоянную». В начале 20-х годов русский математик А. Фридман (1888-1925) пришел к выводу: если Вселенную считать однородной и изотропной, должно наблюдаться ее непрерывное расширение или сжатие в зависимости от величины плотности материи Вселенной.

И очень скоро нашлись экспериментальные подтверждения этой математической теории. В 1925 году американский астрофизик В. Слайфер (1875-1969), измерил лучевые скорости удаления от Земли 41 галактики. В 1926 году другой американский астроном Э. Хаббл (1889-1953), наблюдая за блеском переменных звезд - цефеид, определил расстояния до других галактик. Сравнение расстояний до галактик со скоростями их удаления позволило Хабблу в 1929 году установить следующую закономерность:

V = H*R,

где V - скорость удаления галактики, R - расстояние до нее, Н - постоянная Хаббла, причем Н = 1/Т₀, где Т₀ - возраст Вселенной.

Многочисленные исследования показали, что в среднем Н = 75 км/с*Мпс, а Т₀ = 20 млрд лет!

Но если Вселенная расширяется, то какие же размеры она имела 15-20 млрд лет назад? Что это было и как шла эволюция Вселенной?