Космология

       Космология — физическое учение о Вселенной как целом, основанное на наблюдательных данных и теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной.

       Издревле человечество задавалось вопросом, как устроен мир. Изучение древних цивилизаций показало, что любое общество имело свою картину мироздания. Если проследить за представлениями о картине мира нашей цивилизации, то стоит выделить в первую очередь картину мира, построенную во 2ом веке нашей эры древнегреческим ученым Клавдием Птолемеем.

Птолемеева картина мира

       Он в центр мира "поставил" хотя и шарообразную, но неподвижную Землю, вокруг которой обращались все остальные светила. Видимое петлеобразное движение планет Птолемей объяснил сочетанием двух равномерных круговых движений: движением самой планеты по малой окружности(эпициклу), центр которой, в свою очередь, обращался по большой окружности(деференту) вокруг Земли. Однако по мере накопления данных наблюдений о положениях планет теория Птолемея требовала все больших усложнений, которые делали ее громоздкой и неправдоподобной. Так, уже самому Птолемею для удовлетворительного обьяснения видимых на небе движений планет пришлось ввести в свою картину мира 39 эпициклов.

       Коперник отбросил догматическое положение о неподвижности Земли, веками владевшее умами людей. Он впервые правильно представил план строения солнечной системы. Поставив Землю в число рядовых планет, он указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, наравне со всеми планетами движется з пространстве вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси. Коперник смело доказывал, что именно вращением Земли и ее обращением вокруг Солнца можно правильно объяснить известные тогда небесные явления и движение планет, кажущееся петлеобразным.

       К 20ому веку человечество имело огромный наблюдательный материал по астрономии. Новые знания требовали и новой картины мира. И в ответ на эти требования появляется, так называемая, теория Большого Взрыва.

       Приблизительно 15млрд. лет назад вся Вселенная находилась в состоянии сингулярности. Это состояние с бесконечно малыми размерами и, соответственно, с бесконечно большой плотностью. Но по какой-то причине произошел взрыв и Вселенная начала разлетаться.

       В течении первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 1012К, а плотность была немыслимо велика, должны были неимоверно быстро сменять друг друга экзотические взаимодействия. Причем с течением времени отделились друг от друга четыре, известных сегодняшней физике, взаимодействия - гравитационное, сильное, слабое, электромагнитное.

       К концу первой миллионной доли секунды уже существовал первичный "бульон" богатых энергией ("горячих") частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Эта самовзаимодейетвующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия.

       В те первые мгновения все имевшиеся частицы должны были непрерывно возникать и аннигилировать. Любая материальная частица имеет некоторую массу, и поэтому для ее образования требуется наличие определенной "пороговой энергии"; пока плотность энергии фотонов оставалась достаточно высокой, могли возникать любые частицы. Мы знаем также, что, когда частицы рождаются из гамма-излучения (фотонов высокой энергии), они рождаются парами, состоящими из частицы и античастицы, например электрона и позитрона. В условии сверхплотного состояния материи, характерного для раннего этапа жизни Вселенной, частицы и античастицы должны были тотчас же после своего рождения снова сталкиваться, превращаясь в гамма-излучение. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продолжалось до тех пор, пока плотность энергии фотонов превышала значение пороговой энергии образования частиц.

       Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секунды, ее температура упала примерно до 1011К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, но некоторые из этих частиц все-таки избежали взаимной аннигиляции со своими античастицами — иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества!

       Через 1 с после Большого взрыва температура понизилась примерно до 1010К, и нейтрино, по существу, перестали взаимодействовать с веществом: Вселенная стала практически прозрачной для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и возникать снова, но примерно через 10 с уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение в катастрофическом процессе взаимной аннигиляции, оставив после себя лишь незначительное количество электронов, достаточное, однако, для того, чтобы, объединившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

Мировая линия гипотетического наблюдателя

Мировая линия гипотетического наблюдателя.

       Судя по всему, должна была существовать некоторая диспропорция между частицами (протонами, нейтронами, электронами и т. д.) и античастицами (антипротонами, антинейтронами, позитронами и т. д.), так как все частицы (а не только все античастицы) исчезли бы в процессе аннигиляции. В окружающей нас части Вселенной вещества несравнимо больше, чем антивещества, которое лишь изредка встречается в виде отдельных античастиц.

       Через 3 мин после Большого взрыва температура Вселенной понизилась до 109К и возникли подходящие условия для образования атомов гелия: на это были затрачены практически все имевшиеся в наличии нейтроны. Спустя примерно еще минуту почти все вещество Вселенной состояло из ядер водорода и гелия, находившихся примерно в той же количественной пропорции, какую мы наблюдаем сегодня.

Карта реликтового излучения
Реликтовое излучение.

       Начиная с этого момента расширение первичного огненного шара происходило без существенных изменений до тех пор, пока через 700 000 лет электроны и протоны не соединились в нейтральные атомы водорода, тогда Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения — возникло то, что сейчас наблюдают как реликтовое фоновое излучение.

Возникновение крупномасштабной структуры Возникновение крупномасштабной структуры

       После того как вещество стало прозрачным для электромагнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение создало галактики, скопления, звезды и планеты — все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявшего плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом.

       Однако в теории Большого взрыва (горячей Вселенной) существовало много неразрешимых проблем, и вот в 80ых годах возникла теория инфляционной(раздувающейся) Вселенной, которая успешно сняла подавляющее большинство проблем стандартной теории горячей Вселенной.
Hosted by uCoz
Метагалактика К началу Подробнее Фотогалерея
Переход к метагалактике К началу статьи Дополнительная информация о космологии Фотографии скоплений галактик