Судьба открытой Вселенной.

В противоположность замкнутой, открытая Все­ленная продолжает расширяться вечно. Основным от­личием от процессов, описанных в предыдущем раз­деле, является разница во временах. Раньше речь шла о периодах в 50 или 100 миллиардов лет, а сейчас при­дется рассматривать столь большие промежутки вре­мени, что понадобятся числа с большим показателем степени, например, будут упоминаться интервалы до 10(100) лет. Если трудно представить себе 100 милли­ардов лет, то о таком числе и говорить нечего.

Первые события будут, конечно, аналогичны тем, которые происходят в замкнутой Вселенной. Звезды постепенно постареют, превратившись с течением времени в красных гигантов, либо взорвутся, либо медленно сколлапсируют и умрут. Некоторые из них, прежде чем погаснуть, столкнутся с другими звезда­ми. Такие столкновения очень редки, и с момента об­разования нашей Галактики (по крайней мере, в ее внешних областях, где мы обитаем) их было совсем немного. Однако за триллионы и триллионы триллио­нов лет таких столкновений произойдет множество. Часть из них лишь сбросит в пространство планеты, а в результате других звезды окажутся на совершенно иных орбитах, некоторые даже вне пределов нашей Галактики. Если подождать достаточно долго, то нам покажется, что внешние области галактик испаряются.

Не выброшенные из галактик звезды в результате столкновений, скорее всего, будут притягиваться к центру, который в конце концов превратится в гигантскую черную дыру. Примерно через 10(18) лет боль­шинство галактик будет состоять из массивных черных дыр, окруженных роем белых карликов, нейтронных звезд, черных дыр, планет и различных частиц.

Дальнейшие события вытекают из современной еди­ной теории поля, называемой теорией великого объе­динения,¹ о ней речь пойдет позже. Из этой теории сле­дует, что протон распадается примерно за 10(31) лет. Сейчас ведется несколько экспериментов по обнару­жению такого распада, а значит, и по проверке теории, Согласно ей, протоны должны распадаться на элек­троны, позитроны, нейтрино и фотоны. Отсюда следу­ет, что, в конце концов, все, что состоит во Вселенной из протонов и нейтронов (а их не содержат только черные дыры), распадется на эти частицы. Вселенная превратится в смесь из них и черных дыр, и будет на­ходиться в таком состоянии очень, очень долго. Когда-нибудь испарятся маленькие черные дыры, а вот с большими возникнут трудности. Фоновое излучение к тому времени будет очень холодным, но все же его температура останется чуть выше, чем у черных дыр. Однако по мере расширения Вселенной ситуация из­менится — температура излучения станет ниже, чем на поверхности черных дыр, и те начнут испаряться, медленно уменьшаясь в размерах; на это потребуется примерно 10(100) лет. Затем Вселенную заполнят электроны и позитроны, которые, вращаясь друг во­круг друга, образуют огромные «атомы». Но посте­пенно позитроны и электроны, двигаясь по спирали, столкнутся и аннигилируют, в результате чего оста­нутся только фотоны. Во Вселенной не будет ничего, кроме излучения.

Мы рассмотрели судьбу как открытой, так и за­крытой Вселенной. Что ее ждет, пока неизвестно. Если даже Вселенная когда-нибудь сколлапсирует, неизве­стно, произойдет ли потом «отскок».

Заключение.

В данной работе я постарался рассмотреть современные взгляды на возникновение, дальнейшее существование и конец Вселенной. Теперь обобщим выше изложенный матерьял.

Когда-то наша Вселенная была по своим размерам меньше атома. Она начала своё существование как особая точка, не имеющая ни размеров, ни массы. Теория "Большого Взрыва" - самая распространённая в наши дни теория, объясняющая происхождение Вселенной - предполагает, что Вселенная начала своё существование примерно пятнадцать миллиардов лет назад. Сначала она представляла собой невообразимо малый, яркий, горячий и плотный объект.

Затем произошёл Большой Взрыв, в результате которого выделилось огромное количество энергии. В первые минуты взрыва образовались водород и гелий - самые лёгкие частицы в таблице Менделеева. Вероятно, они сконцентрировались в виде облачных образований, которые примерно четырнадцать миллиардов лет назад начали сгущаться благодаря собственной массе.

В течение следующих двух миллиардов лет из этих облаков образовались первые галактики. Наша галактика - Млечный Путь образовалась примерно десять миллиардов лет назад. Внутри неё образовались все звёзды и планеты, включая и нашу Землю, которая образовалась из окружающих её газовых облаков.

Сейчас радиус Вселенной составляет около 15 миллиардов световых лет. В процессе расширения некоторая часть массы Вселенной сконденсировалась и образовала бесчисленные миллиарды звёзд, которые сосредоточены в галактиках. Известная Вселенная включает 10 миллиардов галактик, объединённых в скопления, а те, в свою очередь, в сверхскопления, отделённые друг от друга огромными расстояниями космического пространства.

Кроме теории Большого Взрыва большой популярностью пользуется теория стабильного состояния. Правда, открытие в 1965 году КМФИ (космическое микроволновое фоновое излучение) сильно поколебало её позиции. Согласно этой теории у Вселенной не было начала и не будет конца. Она также утверждает, что плотность её остаётся неизменной благодаря постоянному созданию нового вещества (водорода - каждые 20 лет по атому на 1 литр пространства), которое компенсирует её расширение.

Значит, согласно теории стабильного состояния Вселенная будет расширяться бесконечно. Но есть ещё две теории. Согласно одной из них Вселенная прекратит расширение и стабилизируется, когда достигнет определённых размеров. Последняя же теория утверждает, что, в конце концов, Вселенная перестанет расширяться, а затем под действием гравитационных сил начнёт сжиматься в одну точку. В результате произойдёт так называемый “Большой Треск”. Но теория Большого взрыва вызывает больше доверия и для это есть причины.

Некоторые явления во Вселенной являются прямым следствием событий далекого прошлого. Их называют реликтовыми. Основные из них следующие:

1) фоновое излучение (температура около 3 К);

2) избыток гелия (около 25 % общей массы);

3) однородность и изотропность пространства;

4) наличие флуктуации, следующее из существо­вания галактик;

5) соотношение между веществом и излучением.

В идеале теория, предложенная учеными (в нашем случае теория Большого взрыва), должна предсказы­вать определенные события, скажем, наличие излу­чения с температурой 3000 К. Применяя нашу тео­рию, можно проследить изменение этой температуры до наших дней. Теория предсказывает, что сейчас она должна составлять около 3 К. Мы начинаем поиски излучения и, как уже говорилось, находим его. То же относится и к гелию: теория предсказывает, что гелий должен составлять около 25 % всего вещества во Все­ленной, и мы видим, что это число очень близко к ре­альному. С другими реликтами, впрочем, возникают сложности: например, мы до сих пор не знаем точно, в результате каких флуктуации появились галактики. Кроме того, теория Большого взрыва предсказывает существование большого числа магнитных монополей (магнитные монополи — это частицы с единствен­ным магнитным полюсом, тогда как у обычного маг­нита полюсов всегда два — северный и южный). Однако до сих пор ни одного монополя не обнаруже­но. Теория раздувания помогает решить некоторые из этих проблем, но она же рождает новые трудности.

Изучение далёких галактик предоставляет ещё одно доказательство истинности теории "Большого Взрыва". Некоторые из данных галактик удалены от нас на расстояние 13 миллиардов световых лет. Эти галактики мы видим так, как они выглядели через 2 миллиарда лет после Большого Взрыва. Тот факт, что они имеют вид более уплотнённый, чем ближние галактики, доказывает, что Вселенная со временем увеличивается в объёме, а когда-то была гораздо меньше и плотнее.

В надежде определить происхождение Вселенной учёные пытаются воссоздать условия, возникшие непосредственно сразу после взрыва. В специальном ускорителе частиц разгоняются два пучка субатомных частиц. Постепенно их скорости приближаются к скорости света, пучки направляются навстречу друг другу и сталкиваются. Благодаря энергии столкновения возникают новые частицы, оставляющие следы, различимые детектором, в пузырьковой камере.

По результатам исследований учёные могут судить о ранней Вселенной, поскольку энергия сталкивающихся частиц подобна энергии частиц, существовавших в первые секунды после Большого Взрыва.

Итак, Вселенная произошла посредством Большого Взрыва и этому есть множество доказательств. Теория же "Стабильного Состояния" уже почти полностью опровергнута и с каждым годом теряет свои позиции. Но всё же космос до сих пор остаётся тайной. Мы ещё очень мало знаем о нашей Вселенной, а ведь неизвестно: может быть наша Вселенная является лишь малой точкой в огромной бездне космоса. Возможно, что существует множество Вселенных, а возможно и нет.

В недалеком будущем с развитием новых технологий будут выдвинуты новые теории, доказаны или опровергнуты старые – это путь человечества к будущему, к прогрессу, к истине. Вот совсем не давно для еще одного доказательства Большого взрыва 30 июня 2001 года на мысе Канаверал стартовала ракета Delta 2, которая вывела на орбиту американский исследовательский спутник MAP (Microwave Anisotropy Probe). Он будет заниматься измерениями послесвечения Большого Взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная. MAP должен составить объемную картину того взрыва и заглянуть в то время, когда не было никаких звезд и галактик. Он также должен ответить на вопросы: как после Большого Взрыва образовались такие сложные структуры как современные галактики? будет ли Вселенная расширяться и дальше или через некоторое время произойдет ее коллапс?

 

Список литературы:

1. Белостоцкий Ю.Г. ''Единая основа Мировоздания''

СПб, 2001 – 304 с.

2. Паркер Б., ''Мечта Эйншейна, в поисках единой теории Вселенной''

СПб: Амфора, 2001 – 333 с.

3. Пригожин И.Н. ''Прошлое и будущее Вселенной''

М: Знание, 1986

4. Рузавин Г.Н., ''Концепция современного естествознания''

М: ЮНИТИ, 1997 – 214 с.

5. Фейман Р., Лейтон Р., Сэндс М. ''Фейманские лекции по физике''

М: Мир, 1977 – 439 с.

6. Хокинг С., ''Кратка история времени, от большого взрыва до черных дыр''

СПб: Амфора, 2001 – 268 с.

7. Шкловский И.С. ''Вселенная, жизнь, разум.''

М: Наука,1980 – 325 с.

8. https://www.rol.ru/news/misc/spacenews/00/12/25_002.htm

9. https://tomsk.fio.ru/works/84/Aparowa/

10. https://www.astronomy.ru:8101/news/2001/05/08.htm

11. https://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1168532&s=

12. https://www.newscientist.com/

13. https://klein.zen.ru/old/Large_bursh_new.htm

 

Словарь терминов.

Абсолютный нуль температуры — самое низкое из все возможных значений температуры. При абсолютном нуле вещество не обладает тепловой энергией.

Аннигиляция — процесс, при котором частица и ее античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга.

Античастица — у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.

Антропный принцип — мы видим Вселенную такой, какая она есть, потому что, будь она другой, нас бы здесь не было, и мы бы не могли ее наблюдать.

Атом — наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из крошечного ядра (составленного из протонов и ней тронов) и обращающихся вокруг него электронов.

Большой взрыв — сингулярность в момент возникновения Вселенной.

Большой хлопок — сингулярность в конечной точке существования Вселенной.

Гамма- (у-)излучение — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радио­активном распаде или при соударениях элементарных ча­стиц.

Голая сингулярность — сингулярность в пространстве-вре­мени, не находящаяся внутри черной дыры.

Гравитационное взаимодействие — самое слабое из четы­рех фундаментальных взаимодействий, обладающее большим радиусом действия. В гравитационном взаимодействии уча­ствуют все частицы материи.

Длина волны — расстояние между двумя соседними гребнями волны или между двумя ее соседними впади­нами.

Закон сохранения энергии — закон науки, согласно кото­рому энергия (или ее массовый эквивалент) не может ни со­здаваться, ни уничтожаться.

Квант — минимальная порция, которой измеряется испус­кание или поглощение волн.

Квантовая механика — теория, разработанная на основе квантово-механического принципа Планка и принципа не­определенности Гейзенберга.

Квантово-механический принцип Планка (закон излуче­ния Планка) — состоит в том, что свет (или любые другие клас­сические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями — квантами — с энергией, пропорцио­нальной их частоте.

Кварк — элементарная (заряженная) частица, участвую­щая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков.

Конфайнмент — невылетание, удержание цветных кварков и глюонов внутри адронов.

Координаты — числа, определяющие положение точки в пространстве и во времени.

Космология — наука, занимающаяся изучением Вселенной как целого.

Красное смещение — вызванное эффектом Доплера по­краснение света, испускаемого удаляющейся от нас звездой.

Масса — количество вещества, содержащееся в теле. Мера инерции тела или степень его сопротивления ускорению.

Нейтрино — легчайшая (возможно, безмассовая) эле­ментарная частица вещества, участвующая только в слабых и гравитационных взаимодействиях.

Нейтрон — незаряженная частица, очень близкая по свой­ствам к протону. Нейтроны составляют более половины час­тиц, входящих в состав большинства атомных ядер.

Нейтронная звезда — холодная звезда, существующая вследствие отталкивания нейтронов, обусловленного принци­пом Паули.

Общая теория относительности — созданная Эйнштейном теория, в основе которой лежит предположение о том, что законы науки должны быть одинаковы для всех наблюдате­лей независимо от того, как движутся эти наблюдатели. В ОТО существование гравитационного взаимодействия объясняется искривлением четырехмерного пространства-времени.

Позитрон — античастица (положительно заряженная) эле­ктрона.

Поле — нечто, существующее во всех точках пространства и времени, в отличие от частицы, которая существует только в одной точке в каждый момент времени.

Протон — положительно заряженная частица. Протоны об­разуют примерно половину всех частиц, входящих в состав ядер большинства атомов.

Радиоактивность — самопроизвольное превращение одно­го атомного ядра в другое.

Световая секунда (световой год) — расстояние, проходи­мое светом за одну секунду (за один год).

Сильное взаимодействие — самое сильное и самое корот­кодействующее из четырех фундаментальных взаимодейст­вий. Благодаря сильному взаимодействию кварки удержива­ются внутри протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны, собравшись вместе, образуют атомные ядра.

Сингулярность — точка пространства-времени, в которой кривизна его становится бесконечной.

Слабое взаимодействие — второе по слабости из четырех известных взааимодействий. Обладает очень коротким радиу­сом действия. В слабом взаимодействии принимают участие все частицы материи, но в нем не участвуют частицы — пере­носчики взаимодействия.

Спектр — расщепление волны (например, электромагнит­ной) на частотные компоненты.

Теорема о сингулярности — теорема, в которой доказыва­ется, что при определенных условиях сингулярность должна существовать и что, в частности, началом Вселенной должна быть сингулярность.

Ускорение — скорость изменения скорости какого-либо объекта.

Ускоритель частиц — устройство, которое с помощью эле­ктромагнитов дает возможность ускорять движущиеся заря­женные частицы, постоянно увеличивая их энергию.

Фаза — для волны — положение точки в цикле в опреде­ленный момент времени: мера того, находится ли точка на гребне, во впадине или где-нибудь в промежутке.

Фон микроволнового излучения — излучение, возникшее при свечении горячей ранней Вселенной (называется реликто­вым). Оно сейчас испытывает такое сильное красное смещение, что регистрируется не в виде света, а в виде волн микровол­нового диапазона (радиоволны с сантиметровыми длинами волн).

Фотон — квант света.

Частично-волновой дуализм — лежащее в основе квантовой механики представление о том, что не существует различия между частицами и волнами, частицы могут иногда вести се­бя как волны, а волны — как частицы.

Частота — для волны это число полных циклов в секунду.