Расширяющаяся Вселенная (краткая версия).




 

Все мы знаем о том, что Вселенная расширяется, но не знаем ответ вопрос: «Куда?» Так же возникает и другой вопрос: «Если Вселенная бесконечна то, как она расширяется?» Попробуем немного разобраться в этом. Я не являюсь сторонником данной теории и сейчас попытаюсь объяснить почему. На самом деле доказательство того, что Вселенная конечна очень просто. В начале всего Вселенная была сжата в точку с огромной плотность- сингулярность. Космологическая сингулярность — состояние Вселенной в определенный момент в прошлом (перед Большим Взрывом), характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества. И если в начальный момент времени Вселенная была сжата в точку, то соответственно она имела свою границу. И после Большого Взрыва, когда выплеснулась кварк-глюонная плазма, эта граница сохранилась. Итак, мы можем придти к выводу, что Вселенная конечна.

По мере своего расширения Вселенная остывала. Это становится понятным из законов (начал) термодинамики. По мере увеличения своих размеров система остывает, если нет поступлений дополнительного тепла извне системы. Если считать, что в начальный момент времени Вселенная была сжата в сингулярность, значит, что-то её в эту сингулярность сжало. Для того чтобы понять, что могло сжимать Вселенную обратимся к такому загадочному объекту космоса как черная дыра.

Черная дыра- область пространства, обладающая такой гравитацией, что даже свет не может её покинуть. Черная дыра образуется в ходе коллапса звезды. Изнутри (из космоса) на звезду действуют гравитационные силы, которые пытаются её сжать. Им противостоят термоядерные силы звезды. Как известно внутри звезды происходят термоядерные реакции по синтезу веществ. Если звезда имеет массу больше массы Солнце хотя бы в 3 раза, то она синтезирует более тяжелые вещества. Но для синтеза нужен водород. Звезды светятся, излучая легкие элементы, такие как водород. Под действием температуры водород превращается в более тяжелые элементы, такие как углерод, кремний, железо. И вот когда топливо (водород) иссякнет, то синтез прекратится, так как тяжелые вещества не синтезируют себя. По завершению термоядерных реакций внутри таких звезд они начинают ускоренно сжиматься в сверхплотную нейтронную звезду. Если давление газа нейтронной звезды не может компенсировать гравитационные силы (то есть масса звезды преодолевает предел Оппенгеймера — Волкова) то коллапс продолжается, в результате чего материя сжимается в черную дыру. Черная дыра- это сингулярность. Тогда получается чем больше сингулярность, тем больше гравитация. Размерность сингулярности можно определить через плотность (чем больше плотность, тем больше сингулярность).Плотность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму:

,

где m- масса, V- объем.

Плотность тела в точке записывается как:

,

тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от координат) рассчитывается как:

.

Понятно, что уплотняться сингулярность будет за счет уменьшения объема. Примем форму сингулярности похожей на эллипсоид (рис.1)

Тогда объем можно будет вычислить, проведя следующие преобразования:

 

Их данных преобразований следует, что формула объема сингулярности равна: .

Где a- большая полуось, b-средняя полуось, c-малая полуось.

За счет того, что в ходе сжатия уменьшаются полуоси эллипсоида, то и объем уменьшается. Из формулы плотности следует, что при уменьшении объема плотность будет увеличиваться. Сжимать сингулярность могут только гравитационные силы. Они сжимают сингулярность до тех пор, пока вещество не устремиться к ее центру и не породит мощную взрывную волну. Когда крупная звезда взрывается её веса достаточно, что бы расщепить все атомы, находящиеся в ее центре до ядер. В результате появляется сгусток ултраплотной материи - нейтронная звезда. В ней происходит процесс, который называется нейтронизацией - протоны и электроны объединяются в нейтроны. Нейтроны способны выдерживать огромное давление, но если оно достигнет критической отметки, они могут превратиться ни во что. Если не достигнет, то звезда будет постепенно остывать. Сразу после образования нейтронная звезда обладает высокой температурой, около 1011 Кельвинов, но она быстро падает из-за нейтринного охлаждения. Остывает нейтринная звезда из-за переноса энергии из ядер излучением нейтрино. При температуре приблизительно равной 108 Кельвинов становятся возможными следующие реакции:

 

,

 

.

В первой реакции представлен распад ядра трития с выделением энергии приблизительно равной 18 кэВ, вторая, обратная реакция, идёт при энергиях электрона выше 18 кэВ. Но в любых реакциях - распада, как прямых, так и обратных, часть энергии уносится нейтрино, и поэтому любые такие реакции в ядрах звёзд являются термодинамически неравновесными. В результате чего приведут к остыванию нейтронной звезды. Но куда же денется эта остывшая звезда? Со временем она просто исчезнет, так как спадет давление, которое сдерживало слипшиеся ядра.

Теперь вернемся к главному - к Большому Взрыву. Мы условились на том, что в начальный момент времени Вселенная была сжата в сингулярность и имела форму эллипсоида. Под действием гравитационных сил извне Вселенная сжималась до тех пор пока давление не вызвало устремление плазмы к центру эллипсоида, что привело к взрыву. В результате взрыва выделилась энергия, которая послужила топливом для расширения Вселенной. Эта энергия превосходит гравитационные силы, в результате чего Вселенная продолжает расширяться. Откуда берётся эта энергия сейчас? Ответ на этот вопрос можно дать из того, что была сказано выше. Так как Вселенная имеет большой размер и постоянно увеличивает его, то силы на её сжатие нужны большие, поэтому гравитационные силы могут быть не намного больше энергии расширения. Энергия во Вселенной берется из многих источников: остывание нейтронной звезды, поглощение черной дырой космических объектов, звёздный коллапс и так далее. Все мои рассуждения ничего не говорят о том, что Вселенная расширяется с ускорением. Мне кажется, что она не может расширяться с ускорением, так как это нарушает законы сохранения импульса и энергии. Энергия - это конечная величина и со временем она уменьшает своё значение. Благодаря некоторым источникам, которые были указаны выше, Вселенная лишь ненамного восполняет потерю энергии. Чтобы хоть как-то залатать эту дыру в теории, расширяющейся с ускорением Вселенной, ученые вводят такое понятие как темная материя и темная энергия. Но даже если принять во внимание их не нужно забывать, что это все же конечные ресурсы. Чтобы Вселенная расширялась с постоянно увеличивающимся ускорением, необходимо чтобы в неё вбрасывалось постоянно увеличивающееся количество энергии. Если учесть тот факт, что Вселенная расширяется и, следовательно, становится больше пространства и материи. Считая возможным, что за счет увеличения пространства темная материя восстанавливается, можно сделать вывод, что это бесконечный процесс, но это звучит абсурдно. Поэтому Вселенная расширяется с убывающей скоростью, то есть в начальный момент времени (время начало существовать сразу после Большого взрыва), она обладала наибольшей скоростью, которая со временем уменьшалась. Возможно, что изначально на небольшие доли секунд примерно равные 10-43 скорость увеличивалась, так как произошел большой выплеск энергии, но затем он уменьшалась. Расширение продолжалось, но для того чтобы увеличить свое значение на одну и туже величину необходимо было большее количество времени. Для объяснения воспользуемся простыми определениями. Закон сохранения энергии - один из самых важных начал физики, согласно которому в изолированной системе (а как мы уже установили выше, Вселенная является именно изолированной системой, то есть не имеющей с окружающей средой обмена не энергией, не веществом) сохраняется значение энергии. Она переходит из одного состояния в другое, но, так как мы говорим о космосе, трудно определить какое второе состояние у энергии (первое это энергия-расширения). Полная энергия Вселенной должна равняться сумме двух энергий с потерей энергии:

Где , X- неизвестный вид энергии. Можно понять, что X можно пренебречь, так как он не имеет отношение к энергии расширения. Вселенная будет расширяться, пока есть источники энергии, а закончиться они могут только, когда черные дыры поглотят всё. Либо черные дыры исчезнут быстрее, чем успеют поглотить всё. Допустим, что топливо для расширения кончилось, тогда гравитационные силы начнут сжимать Вселенную, галактики будут сталкиваться, из них будут образовываться туманности. Когда останутся только одни туманности, Вселенная будет также продолжать сжиматься, вещество будет уплотняться, нагреваться. Можно сделать вывод, что всё будет возвращаться, к тому из чего началось.

Итак, вывод из моих суждений очень прост: наша Вселенная не одна, время её жизни равно лишь периоду расширения и сжатия.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-17 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: