ПЕРЕЛІК ДИСЦИПЛІН:
  • Адміністративне право
  • Арбітражний процес
  • Архітектура
  • Астрологія
  • Астрономія
  • Банківська справа
  • Безпека життєдіяльності
  • Біографії
  • Біологія
  • Біологія і хімія
  • Ботаніка та сільське гос-во
  • Бухгалтерський облік і аудит
  • Валютні відносини
  • Ветеринарія
  • Військова кафедра
  • Географія
  • Геодезія
  • Геологія
  • Етика
  • Держава і право
  • Цивільне право і процес
  • Діловодство
  • Гроші та кредит
  • Природничі науки
  • Журналістика
  • Екологія
  • Видавнича справа та поліграфія
  • Інвестиції
  • Іноземна мова
  • Інформатика
  • Інформатика, програмування
  • Історичні особистості
  • Історія
  • Історія техніки
  • Кибернетика
  • Комунікації і зв'язок
  • Комп'ютерні науки
  • Косметологія
  • Короткий зміст творів
  • Криміналістика
  • Кримінологія
  • Криптология
  • Кулінарія
  • Культура і мистецтво
  • Культурологія
  • Російська література
  • Література і російська мова
  • Логіка
  • Логістика
  • Маркетинг
  • Математика
  • Медицина, здоров'я
  • Медичні науки
  • Міжнародне публічне право
  • Міжнародне приватне право
  • Міжнародні відносини
  • Менеджмент
  • Металургія
  • Москвоведение
  • Мовознавство
  • Музика
  • Муніципальне право
  • Податки, оподаткування
  •  
    Бесплатные рефераты
     

     

     

     

     

     

         
     
    Початок і кінець Всесвіту
         

     

    Природничі науки

    Зміст:

    Введення 2
    Рання Всесвіт. 2

    Назад до Великого вибуху. 3

    Абсолютна сингулярність. 7

    Роздмухування. 9

    Епоха адронів. 10

    Епоха лептонів. 10

    Епоха випромінювання. 11

    Фонове космічне випромінювання. 11

    Епоха галактик. 13
    Подальша доля Всесвіту. 14

    Прихована маса. 15

    Доля замкнутої Всесвіту. 19

    Відскік. 20

    Доля відкритої Всесвіту. 20
    Висновок. 21
    Список літератури: 24
    Словник термінів. 25

    Введення

    Краса і велич темного нічного неба завжди хвилюють нас. Кожнесвітиться цятка на ньому - образ зірки, її світ, який давно, можебути задовго до нашого народження, відірвався від світила. Людині важкоуявити собі неосяжні простори Всесвіту, що протікають в ній складні іпотужні процеси приводять нас в трепет. Світло від деяких видимих об'єктівйшов до Землі мільйони років, але ж відстань від нас до Місяця той же промінь світладолає менше ніж за дві секунди.
    Наша Земля - лише піщинка, ЗАГУБЛЕНА в неозорому просторі,одна з дев'яти планет, які обертаються навколо непримітною жовтої зірки,званої Сонцем ...
    Багато людей, вдивляючись у небо і дивлячись на зірки, думають, що хоча їхжиття і має свій кінець, але ці всі далекі зірки будуть завжди -
    Всесвіт нескінченний. Але це не так. Все в цьому світі змінюється і Всесвітне виняток. Але чи було у Всесвіту початок і чи буде кінець? Якщо булопочаток, то для Всесвіту було''початком''? У цій роботі мені хотілося брозглянути сучасні теорії виникнення і розвиток Всесвіту.
    Для даної роботи в якості основного матерьяла використовувалася книги
    ''Мрія Ейнштейна, в пошуках єдиної теорії будови Всесвіту'',
    ''Фейманскіе лекції з фізики'',''Всесвіт, життя, розум''і''Минуле імайбутнє Всесвіту''. Інші джерела використовувалися як доповнюють іщо пояснюють.

    Ми почнемо з теорії виникнення Всесвіту.

    Рання Всесвіт.

    Ми живемо в розширюється Всесвіту, що, відповідно до теорії Великоговибуху, виникла приблизно 18 мільярдів років тому в результаті вибухунеймовірної сили. У перші хвилини після вибуху не було ні зірок, ніпланет, ні галактик - нічого крім часток, випромінювання та чорних дір. Коротшекажучи, Всесвіт перебувала в стані цілковитого хаосу з настільки високоюенергією, що частинки, що володіли гігантськими швидкостями, стикалисяпрактично безперервно. Це був, по суті, колосальний прискорювач частинок,набагато потужніше тих, що побудовані у наші дні.

    Тепер вчені будують все більш і більш потужні установки, щоброзібратися, як взаємодіють високоенергічние частинки. Але великіприскорювачі дуже дорогі, а на їх будівництво йдуть роки. Томудеякі особливо нетерплячі вчені звернулися до раннього Всесвіту. Її вжартома називають "прискорювачем для бідних", хоча це і не найвдалішийназву. Якщо б нам довелося будувати прискорювач на такі характерні дляранньої Військової енергії, він простягнувся б до найближчих зірок.

    Якщо вже будівництво такої установки нам не під силу, то, взявши зазразок ранню Всесвіт або, принаймні, її модель, можна спробуватизрозуміти, що відбувається при таких великих енергіях.

    Але чим викликаний інтерес до явищ, що відбуваються при таких енергіях?
    Перш за все, тим, що вони допомагають зрозуміти природу фундаментальних частинок,а також фундаментальних взаємодій. Встановлення зв'язку між нимиістотно для з'ясування взаємозалежності космічних явищ, а згідно зсучасним теоріям розуміння зв'язку між фундаментальними взаємодіямиможе пролити світло на процеси в ранньому Всесвіті. Виникає, наприклад,питання: чому фундаментальних взаємодій чотири, а не одне, щоздавалося б більш природним? Таке ж питання можна задати і профундаментальних частках.

    Звичайно, одна фундаментальна сила і одна фундаментальна частинказначно спростили б опис Всесвіту. Як ми побачимо, можливо, вонасаме так і облаштована. Згідно що з'явилися нещодавно теоріям, при енергіях,характерних для раннього Всесвіту, всі чотири фундаментальні взаємодіїбули злиті воєдино. У міру розширення і остигання Всесвіту, мабуть,відбувалося розділення сил; як при зниженні температури замерзає вода,так, можливо, з єдиної сили могло "вимерзті" тяжіння, залишивши рештутри. Незабаром "вимерзло" слабка взаємодія, і, нарешті, розділилисясильне й електромагнітне. Якщо така ідея вірна і при високих енергіяхдійсно відбувається об'єднання, дослідження раннього Всесвітустановить винятковий інтерес.

    До середини 60-х років більшість астрономів схвалив концепціюпоходження Всесвіту в результаті Великого вибуху, що передбачала, що впочатку свого існування Всесвіт мала нескінченно малі розміри.
    Багатьом важко погодитися з думкою про те, що вся маса Всесвіту колисьмістилася в ядрі, менше ніж атом. Однак є щось ще важчесприймається в цій ідеї первинного ядра. Нам здається, що воноіснувало в деякому нескінченному просторі, де і вибухнув, однакастрономи стверджують, що це не так. Навколо цього ядра не булопростору: ядро і було Всесвіту. Вибухнувши, воно створило простір,врем і матерію. Пізніше ми уважніше розглянемо цей вибух і побачимо, якз нього розвинулася Всесвіт, але перш за повернемося назад у часі до цьоговибуху.

    Назад до Великого вибуху.

    Щоб повернутися до самого початку, потрібно знати вік Всесвіту. А це дуже складний і спірне питання. Довгі роки вважалося, що вік
    Всесвіту становить приблизно 18 мільярдів років. Ця цифра наводилася в більшості підручників, статей і популярних книг з космології і приймалася більшістю вчених, тому що грунтувалася на роботі Хаббла, яку довгі роки розвивали Аллен Сендейдж з Хейльской обсерваторії і
    Густав Там-ман з Базеля. < p> Не всі, однак, були згодні з таким результатом. Жерар де Вокулер з
    Техаського університету I працював над цією проблемою, використовуючи подібну методику, і постійно отримував результат близько 10 мільярдів років. Сідні ван ден Берг з канадської обсерваторії в Вікторії також отримав близьке значення. Але чомусь ці результати залишилися без уваги. У 1979 році ще троє астрономів оголосили про те, що за допомогою інших методів отримали результати, близькі за значенням до отриманих Вокулером.

    Вчені, нарешті, звернули увагу на ці результати, і дехтозадумався, - чи не треба по-новому поглянути на проблему віку Всесвіту.
    Більшість продовжувало дотримуватися колишнього результату - 18 мільярдівроків, але в міру того, як з'являлися нові дані, які свідчили вкористь 10 мільярдів років, починав розпалюватися суперечка. Давайте трохизатримаємося на цьому і розберемося в суті цієї суперечки. Ми вже бачили, що
    Хаббл, віднісши відстань до галактик з їх червоним зміщенням, передбачиврозширення Всесвіту. На його діаграмі особливо важливим є кутнахилу прямої, що проходить через точки; значення H називається постійної
    Хаббла. Важливість цієї постійної визначається її зв'язком з віком
    Всесвіту. Вона дає нам уявлення про швидкість розширення, і якщо миповернемо розширення або, що-те ж саме, час назад (припустивши, щовоно тече у зворотний бік), то Всесвіт стиснеться. Тоді вік
    Всесвіту буде визначатися тим часом, який потрібно всьомуречовині, щоб стиснутися до розмірів точки. Якби Всесвіт розширюваласярівномірно, то її вік був би зворотнім величиною H (1/H). Однакіснує явне свідчення на користь того, що це не відповідаєдійсності: схоже, що розширення сповільнюється. Значить, щоб дізнатисяреальний вік Всесвіту, нам слід пам'ятати про це і відповіднознати, як швидко розширення сповільнюється.

    За допомогою своєї сходи, яка допомогла йому обчислити відстань додалеких зірок, Хаббл отримав в 1929 році значення Н, якевідповідало разюче малому віком - 2 мільярди років.
    Вражаючим його можна вважати тому, що результати геологічнихдосліджень дають набагато більше значення, і ці дані дуже надійні.
    Замішання тривало недовго: Вальтер Бааде з обсерваторії Маунт-Вілсоннезабаром знайшов помилку в методиці, за допомогою якої Хаббл визначаввідстань. Він користувався залежністю період - світність для цефеїд (чимбільше період цефеїд, тим більше абсолютна світність) для визначеннявідстані до найближчих галактик, але зірки змінної світності в цихгалактиках не були звичайними цефеїд і, отже, зазначеноїзалежності не підкорялися. З поправками вік Всесвіту подвоювався.
    Через кілька років Сендейдж зауважив, що Хаббл прийняв скупчення зірок заокремі зірки в більш віддалених галактиках. З цими виправленнямивік ще раз подвоївся.
    Так вік Всесвіту був визначений в 10 мільярдів років. Однак Сендейджаі Таммана це не задовольнило. Вони ретельно проаналізували роботу
    Хаббла, розширивши її рамки. У їхньому розпорядженні були новітня техніка таметодика калібрування, не кажучи вже про 200-дюймовому телескопі-рефлекторі
    Паломар-ської обсерваторії. В результаті їхніх досліджень вік Всесвітуще раз подвоївся і склав близько 18 мільярдів років, так що якийсьчас ніхто не смів і подумати про нові обчисленнях.
    Поки Сендейдж і Таммана перевіряли і коректували роботи Хаббла, в
    Техаському університеті старанно трудився де Вокулер. Подібно Сендейджу, вінкористувався космічної сходами, йдучи по сходах вглиб до все більшслабким галактик. Проте щось його турбувало. Через кілька років вінуважно вивчив навколишнє нас групу галактик, яка називається місцевимскупченням, і виявив, що вона є частиною набагато більшої групи --скупчення скупчень. Домінуючим в групі було гігантське скупчення,зване Дівою (розташоване в напрямку сузір'я Діви). Де Вокулерприйшов до висновку, що це колосальне скупчення впливає на нашугалактику, тому він і отримав набагато менше число, ніж Сендейдж і
    Таммана, які не врахували цієї обставини.
    Однак ніхто не звертав на ідеї де Вокулера ні найменшої уваги.
    Напевно, легше було вважати, що ми живемо у звичайній області Всесвіту, аде Вокулер запевняв, що це аномальна область. Для вирішення протиріччябув потрібен якийсь абсолютно новий метод. Такий метод (який, однак,не дозволив знайти остаточне рішення) з'явився в 1979 році - Марк
    Ааронсон з обсерваторії Стюарда, Джон Хачра з Гарварду і Джеремі Моулд знаціональної обсерваторії Кітт-Пік оголосили про те, що отримане нимизначення Н лежить між значеннями, запропонованими де Вокулером і Сендейджем.
    Однак більшість їх вимірів, як і вимірювання Сендейджа, проводилися внапрямку скупчення Діви. Де Вокулер запропонував провести їх у будь-якiйіншій ділянці неба, подалі від Діви. І звичайно ж, отримане значеннявиявилося дуже близьким до результату де Вокулера.

    Ааронсон з співробітниками використовували метод, розроблений набагатораніше Брент Таллі з Гавайського університету і Річардом Фішером з
    Національної обсерваторії. Таллі і Фішер визначали масу галактик, проводячиспостереження на довжині хвилі 21 см. Лінія спектру, що відповідає цій довжиніхвилі при обертанні галактик розширюється, тобто чим більше швидкість обертаннягалактики, тим ширше відповідна лінія. Оскільки відомо, що найбільшмасивні, найбільші галактики обертаються швидше за інших, Таллі і Фішерузалишалося лише виміряти ширину лінії і тим самим визначити «вагу»галактики, а з цього, у свою чергу, її справжню яскравість, або світність.
    Дізнавшись світність і визначивши зі спостережень видиму яскравість, легко знайтивідстань до галактики.

    Незважаючи на простоту, метод викликає на практиці ряд труднощів. Першза все, аж ніяк не всі галактики повернуті до нас «обличчям»; зазвичай вони видніпід якимсь кутом, а отже, більша частина їх світла поглинається пилом. Дляобліку цієї обставини доводиться вводити відповідні поправки, щоі зробили Таллі з Фішером. Проте їх резуль-: тати піддалисясуворій критиці.
    Зацікавившись цим методом, Ааронсон з співробітниками вирішили вимірюватине видимий світ галактик, а їх інфрачервоне випромінювання, тим самим уникнувшинеобхідність введення поправок. Інфрачервоне випромінювання не затримуєтьсяпилом, а тому і немає необхідності робити поправку на поворот галактик. Урезультаті вчені отримали значення Я, яка узгоджується з результатом вимірювання де
    Вокулера.
    Ааронсон і його колеги незабаром переконалися, що ми справді живемо ваномальної області Всесвіту. Ми знаходимося на відстані приблизно 60мільйонів світлових років від суперскопленія в Діві і прагнемо до нього піддією тяжіння з дуже великою швидкістю. Виходить, для того щоботримати вірне значення постійною Хаббла, потрібно з швидкості разбеганиягалактик (з якою вони віддаляються від нас) відняти цю швидкість.
    Правда, Сендейдж і Таммана не переконані, що ми живемо в аномальної області.
    Їх вимірювання, як стверджують автори, не дають підстав вважати, що мирухаємося до скупчення в Діві, а отже, не потрібно вводитивідповідну поправку. Цікаво, що наша власна швидкість,виміряна Ааронсоном, не збігається зі значенням, отриманим де Вокулером.
    На думку Ааронсона, ми рухаємося до скупчення в Діві не по прямій, а поспіралі; такий висновок грунтується на досить складної моделі обертовогосуперскопленія.
    Отже, виникає проблема - чи дійсно ми живемо в аномальноїобласті, як свідчать останні результати, або ж мають рацію Сендейдж і
    Таммана? Здавалося б, вирішити її досить легко, адже в попередньому розділірозповідалося про реліктовому випромінюванні, заповнює весь Всесвіт, причому врізних напрямках його температура різна. За даними таких вимірів, мирухаємося до сузір'я Лева зі швидкістю приблизно 600 км/с, але Лев відстоїть відцентру скупчення в Діві приблизно на 43 °! Отже, одні вимірусвідчать, що ми рухаємося в напрямку Лева, а інші - що до діви.
    Які з них вірні? Поки невідомо.
    Схоже, що ми зайшли в глухий кут, і в питанні про вік Всесвіту - 10 їймільярдів років або 20? На щастя, є ще два методи визначення віку
    Всесвіту. Щоправда, і той і інший дозволяють знайти лише вік нашої
    Галактики, але оскільки досить добре відомо, наскільки Всесвітстарше Галактики, ці методи дуже надійні. У першому з них використовуютьсягігантські скупчення зірок, так звані глобулярні скупчення; вониоточують нашу Галактику подібно до того, як бджоли оточують вулик. Якщопобудувати залежність абсолютної, або істинною, яскравості від температуриповерхні зірок, що входять в такі скупчення, відкриється вельми цікавийрезультат. (Такий графік називається діаграмою Герцшпрунга - Рессела, заіменам вперше побудували його вчених.)


    Перш ніж розповісти про отриманий результат, розглянемо типовудіаграму Герцшпрунга - Рессела. Якщо скупчення відносно молодий,більшість точок лежить на діагоналі, яку називають головноюпослідовністю; крім того, є кілька точок у верхньому правому кутіі зовсім мало - в нижньому лівому. На головній послідовності представленівсі зірки - від невеликих червоних карликів до блакитних гігантів. Однією зособливостей цієї діаграми є те, що зірка, у міру старіння,сходить з головної послідовності. Самі верхні точки, відповідніблакитним гігантам, сходять першими, а по ходу старіння скупчення з головноїпослідовності сходить все більше і більше зірок, причому завжди, починаючизверху діаграми. Це означає, що чим старше скупчення, тим коротше йогоголовна послідовність. Особливе значення має те, що точка, вищеякої немає зірок (вона називається точкою повороту), дозволяє оцінитивік скупчення.

    Діаграма Герцшпрунга - Рессела для молодого скупчення (ліворуч) і та ж діаграма для старого скупчення (праворуч); показана точка повороту

    При розгляді діаграми Герцшпрунга - Рессела для глобулярнихскупчень стає видно, що у них точка повороту знаходиться майже внизуголовної послідовності. Це означає, що вони дуже старі, їх вік --від 8 до 18 мільярдів років, тобто Всесвіту має бути більше 10 мільярдівроків.
    Другий метод полягає у спостереженні швидкостей розпаду різнихрадіоактивних речовин. Мірою швидкості цього процесу служить так званийперіод напіврозпаду - час, протягом якого розпадається половина ядерданндго речовини. Вимірюючи періоди напіврозпаду радіоактивних атомівелементів у Сонячній сі?? темі, можна визначити її вік, а на його основі
    - Вік нашої Галактики. І знову результати вказують на те, що
    Галактиці більше 10 мільярдів років.
    Співробітник Чиказького університету Девід Шрамм і деякі інші вченівжили низку методів визначення віку Галактики, а потім обробилирезультати для отримання найбільш вірогідного значення. Таким чином вониотримали оцінку 15-16 мільярдів років. Але і це переконало аж ніяк не всіх.
    Гаррі Шіпмен з університету Делавера нещодавно провів дослідження еволюціїбілих карликів і визначив їх кількість в нашій Галактиці; тепер вінстверджує, що Чумацького Шляху не більше 11 мільярдів років. З його висновкамизгодні Кен Джейнс з Бостонського університету і П'єр де Марк з Єля. Вониуважно вивчили методику визначення віку глобулярних скупчень наоснові графіків залежності світність - температура і прийшли до висновку, щооблік похибок у спостереженнях зірок, а також деяких теоретичнихприпущень дозволяє знизити оцінку їхнього віку до 12 мільярдів років.
    Ось так воно є. Поки з упевненістю можна стверджувати лише те, щовік Всесвіту становить від 10 до 20 мільярдів років.

    Це означає, що близько 10-20 мільярдів років тому відбувсяколосальний вибух, в результаті якого народилася наш Всесвіт.

    Зараз галактики розбігаються від нас у всіх напрямках, а якщоуявити собі, що ми рухаємося в часі назад, то нам здасться, що
    Всесвіт стискається. Тепер галактики розташовані так далеко один від одного,що для їх зближення було б потрібно близько 16 мільярдів років. Уявімособі, що ми безсмертні істоти, які подорожують проти течії часу;для нас мільярд років - одна хвилина. Ми побачимо спалахують і гаснучого внашій Галактиці зірки; вони утворюються з міжзоряних газу та пилу, проходятьсвій життєвий цикл і або вибухають, розкидаючи речовина в простір,або повільно згасають. Видала все це схоже на прикрашені вогняминоворічну ялинку. Рухаючись далі назад в часі, ми побачимо, щосвітність деяких галактик трохи зростає, але поступово всі вонитьмяніють з-за того, що в них стає все більше газу і все меншезірок. Але ось погасла остання зірка, і не залишилося нічого окрімгігантської вируючим маси газу. Кожна з величезних спіралей газу зростає врозмірах, поступово наближаючись до інших спіралях, а потім, коли
    Всесвіту стає лише кілька сотень мільйонів років від роду, ціколосальні газові згустки розсіюються і весь простір виявляєтьсязаповненим дуже розрідженим, але досить однорідним газом. Тим не менш, уньому все-таки є помітні флуктуації щільності. Астрономи поки ще точно незнають, чому вони утворилися, але швидше за все це було викликаносвоєрідною ударною хвилею, що промайнула через кілька секунд (або хвилин)після вибуху.

    У віці близько 10 мільйонів років Всесвіт мала температуру, якуми зараз називаємо кімнатної. Може здатися, що вона в той час булаабсолютно порожня і чорна, але насправді там було сильно розрідженоїречовина майбутніх галактик.

    Чим ближче до моменту народження Всесвіту, тим більше розігрівається газ;за кілька мільйонів років до цієї події з'являється слабке світіння,яке поступово набуває темно-червоний відтінок, - температура на цьомуетапі становить приблизно 1000 К. Всесвіт справляє моторошневраження, але все ще прозора і однорідна; поступово жовтим. І раптомпри температурі 3000 К. відбувається щось дивне - до цього моменту
    Всесвіт була прозорою (правда, дивитися в ній було не на що, але світлокрізь неї проходив), а тепер все заволік сліпуче сяючий жовтийтуман, через який нічого не видно.

    Рухаючись ще далі назад в часі, ми побачимо, що Всесвіт складаєтьсямайже цілком з щільного випромінювання, до якого де-не-де вкраплені ядраатомів. У міру зростання температури яскравість туману все зростає. Всюдиз'являються легкі частинки і їх античастинки - Всесвіт на цьому етапіявляє собою суміш випромінювання, електронів, нейтронів і їх античастинок.
    Нарешті, при ще більш високих температурах, з'являються важкі частинки їхантичастинки, а також чорні дірки. Всесвіт перетворюється в неуявнукашу - частки і випромінювання врізаються одне в одного з колосальною силою.
    Тепер вона дуже мала, розміром з надувний м'яч, а ще через частку секундиможе перетворитися на сингулярність. Але до того перед нами закриється
    "Завісу". Ми не в змозі сказати, що насправді відбудеться востанню частку секунди в останню долю секунди, тому що не в силахзаглянути за "завісу", про який я говорив, завіса нашого невідання. Притаких умовах відмовляє не тільки загальна теорія відносності, але,можливо, і квантова теорія, тому ми і не можемо сказати напевно,з'являється чи сингулярність.


    Абсолютна сингулярність.

    Вселенська сингулярність або стан близьке до неї, про чорну діру. Увідміну від чорний дір, які мають масу, що дорівнює масі великої зірки;тепер же йдеться про сингулярності, що містить всю масу Всесвіту. Алекрім цього є ще одна фундаментальна відмінність. У разісколлапсіровавшей зірки був горизонт подій, в центрі якого містиласясингулярність; іншими словами, чорна діра знаходилася десь в нашій
    Всесвіту. У разі вселенської чорної діри відразу ж виникають труднощі --несли вся наша Всесвіт сколлапсіровала в чорну дірку, значить все речовинаі простір зникли в сингулярності, тобто не залишиться нічого, в чомуможна було б знаходиться - не буде Всесвіту.

    Більш того, у разі вселенської чорної діри (може бути, вірніше будесказати, квазічерной дірки) не можна бути впевненим у тому, що маєш справу зістинної сингулярність.

    Але навіть якщо сингулярності не було, залишається питання, що було раніше,набагато раніше. Один з відповідей на нього може виглядати так: раніше булаінша Всесвіт, яка сколлапсіровала, перетворившись або майжеперетворившись на сингулярність, з якої потім виникла наш Всесвіт.
    Можливо, що такі колапси і відродження відбувалися неодноразово. Такумодель називають осціллірующімі моделлю Всесвіту.

    Подивимося тепер, коли відмовляє загальна теорія відносності; цевідбувається через 10 (-43) с після початку відліку часу (інтервал,званий план-ський часом). Це саме той момент, колизапинати «завісу»; після нього у Всесвіті панує повний хаос, але здопомогою квантової теорії ми можемо хоча б грубо уявити собі, що тамвідбувалося.

    Раніше вже згадувалося про точку зору Стівена Хокінга, згідно з якоюна самій ранній стадії розвитку Всесвіту утворювалися маленькі чорнідірки, він також довів, що ці чорні «дірочки» випаровуються приблизно через
    10 (-43) с. Звідси випливає, що після закінчення цього інтервалу часу під
    Всесвіту існувала дивна «піна» із чорних дірок. Співробітник Чиказькогоуніверситету Девід Шрамм так висловився з цього приводу: «... Ми приходимо доподанням про простір-час як про піні з чорних міні-дір, якіраптово з'являються ... ре комбінують і утворюються заново ». У цей моментпростір і час були зовсім не схожі на теперішні - вони неволоділи безперервністю. Ця піна представляла собою по суті справи сумішпростору, часу, чорних дір і «нічого», не пов'язаних один з одним. Протакому стані ми знаємо дуже мало.

    Температура в момент, про який йде мова, становила приблизно 10 (32)
    К - цілком достатньо для утворення частинок. Частки можуть утворюватися
    Подивимося тепер, коли відмовляє загальна теорія відносності; цевідбувається через 10 (-43) с після початку відліку часу (інтервал,званий план-ський часом). Це саме той момент, колизапинати «завісу»; після нього у Всесвіті панує повний хаос, але здопомогою квантової теорії ми можемо хоча б грубо уявити собі, що тамвідбувалося. Раніше вже згадувалося про точку зору Стівена Хокінга, згідно зякої на самій ранній стадії розвитку Всесвіту утворювалися маленькічорні дірки, він також довів, що ці чорні «дірочки» випаровуються приблизночерез 10 (-43) с. Звідси випливає, що після закінчення цього інтервалу часуу Всесвіті існувала дивна «піна» із чорних дірок. Співробітник
    Чиказького університету Девід Шрамм так висловився з цього приводу: «... Миприходимо до подання про простір-час як про піні з чорних міні -дірок, які раптово з'являються ... ре комбінують і утворюються заново ». Уцей момент простір і час були зовсім не схожі на теперішні --вони не мали безперервністю. Ця піна представляла собою по суті справисуміш простору, часу, чорних дір і «нічого», не пов'язаних один зодним. Про такому стані ми знаємо дуже мало.

    Температура в момент, про який йде мова, становила приблизно 10 (32) До
    - Цілком достатньо для утворення частинок. Частки можуть утворюватисядвома способами. У першому випадку при досить високої енергії (або, що -те ж саме, при високій температурі) народжуються електрони і їх античастинки
    - Це так зване народження пар. Наприклад, при температурі 6 мільярдівградусів зіткнення двох фотонів може дати пару електрон - позитрон. Прище більш високих температурах можуть народжуватися пари протон - Антипротон ітак далі; в цілому, чим важче частинка, тим більша енергія потрібна дляїї народження, тобто тим вище повинна бути температура.

    Спрощене зображення епох Всесвіту, починаючи з Великого

    Вибуху

    Раніше ми бачили, що є й другий спосіб утворення пар частинок - вониможуть з'являтися відразу ж за горизонтом подій чорних міні-дир піддією приливних сил. Ми також говорили про те, що при випаровуванні чорнихміні-дир народжувалися зливи частинок, а оскільки всесвітня чорна діра подібнаміні-дірі, там відбувалося те ж саме.
    Отже, є два способи народження частинок. Який же з них слід вважативажливішим? На думку ас-1трономов, основна маса частинок утворилася зарахунок наявності високих енергій, тому що тільки на самому ранньому етапіприпливні сили були настільки великі, щоб приводити до народження частинок взначних кількостях. Проте багато що ще тут неясно, і згодомможе виявитися, що другий метод також відіграє істотну роль.
    Короткий період часу, що випливає безпосередньо за моментом 10 (-43) с,зазвичай називають квантової епохою.

    У цю епоху всі чотири фундаментальні взаємодії були об'єднані.
    Незабаром після моменту 10 (-43) з єдине поле розпалося, і від нього відокремиласяперший з чотирьох сил. Пізніше по черзі відділилися інші сили, якізмінювалися за величиною. Врешті-решт вийшли чотири знайомих намвзаємодії.

    Роздмухування.

    Одна з труднощів, на яку натрапляє традиційна теорія Великоговибуху, - необхідність пояснити, звідки береться колосальна кількістьенергії, потрібний для народження частинок. Не так давно увагу вченихпривернула видозмінена теорія Великого вибуху, яка пропонує I відповідьна це питання. Вона носить назву теорії роздування і була запропонована в
    1980 співробітником Массачусетського технологічного інституту Аланом
    Гутом. Основна відмінність теорії роздування від традиційної теорії Великоговибуху полягає в описі періоду з 10 (-35) до 10 (-32) с. За теорією
    Гута приблизно через 10 (-35) з Всесвіт переходить в стан
    «Псевдовакуума», при якому її енергія виключно велика. Через цевідбувається надзвичайно швидке розширення, набагато швидше, ніж потеорії Великого вибуху (він називається роздуванням). Через 10 (-35) за допомогоюосвіти Всесвіт не містила нічого крім чорних міні-дір і
    «Шматків» простору, тому при різкому роздуванні утворилася не одинвсесвіт, а безліч, причому деякі, можливо, були вкладені один водного. Кожен з ділянок піни перетворився в окрему всесвіт, і миживемо в одній з них. Звідси випливає, що може існувати багато іншихвсесвітів, недоступних для нашого спостереження.
    Хоча в цій теорії вдається обійти ряд труднощів традиційної теорії
    Великого вибуху, вона й сама не вільна від недоліків. Наприклад, важкопояснити, чому, розпочавшись, роздмухування зрештою припиняється. Відцього недоліку вдалося звільнитися в новому варіанті теорії роздування,що з'явився в 1981 році, але в ньому теж є свої труднощі.

    Епоха адронів.

    Через 10 (-23) з Всесвіт вступила в епоху адронів, або важкихчастинок. Оскільки адрони беруть участь в сильних взаємодіях, цю епохуможна назвати епохою сильних взаємодій. Температура була доситьвисока для того, щоб утворювалися пари адронів: мезони, протони,нейтрони і т. п., а також їх античастинки. Однак на зорі цієї епохитемпература була занадто висока, і важкі частинки не могли існувати взвичайному вигляді, вони були присутні у вигляді своїх складових - кварків. Наданому етапі Всесвіт майже повністю складалася з кварків і антікварков.
    Зараз вільні кварки не спостерігаються. Із сучасних теорій випливає, щовони потрапили в «мішки» і не можуть їх залишити. Однак деякі вченівважають, що десь ще повинні залишитися кварки, що дійшли до нас з тихдалеких часів. Можливо, вони такі ж численні, як атоми золота, алепоки виявити їх не вдалося. Відповідно до цієї теорії, після тогояк температура досить впала (приблизно через 10 (-6) с), кварки швидкозібралися в «мішки». Такий процес носить назву кваркадронного переходу.
    У той час Всесвіт складалася в основному з мезонів, нейтронів, протонів,їх античастинок і фотонів, крім того, могли бути присутніми більш важкічастинки і небагато чорних дірок. При цьому на кожну частку припадалаантичастинка, вони при зіткненні анігілювати, перетворюючись на один абокілька фотонів. Фотони ж, у свою чергу, могли утворювати паричастинок, в результаті чого Всесвіт, поки пари народжувалися і анігілюватиприблизно з однаковою швидкістю, перебувала в стані рівноваги. Однаку міру розширення температура падала і народжувалося все менше і менше парважких часток. Поступово число анігіляції перевищила кількість народжень, і врезультаті майже всі важкі частинки зникли. Якщо б кількість частинок іантичастинок було в точності однаково, то вони зникли б повністю. На самомділі це не так, і свідчення тому - наше існування.

    Нарешті температура впала настільки, що пари важких частинок вже не могли народжуватися. Енергії вистачало лише для утворення легких частинок
    (лептонів). Всесвіт вступила в епоху, коли в ній містилися в основному лептони та їх античастинки.

    Епоха лептонів.


    Приблизно через соту частку секунди після Великого вибуху, колитемпература впала до 100 мільярдів градусів, Всесвіт вступила в епохулептонів. Тепер вона була схожа на густий суп з випромінювання (фотонів) ілептонів (в основному електронів, позитронів, нейтрино і антинейтрино).
    Тоді також спостерігалося теплова рівновага, при якому електрон -позитронний пари народжувалися і анігілювати приблизно з однаковоюшвидкістю. Але крім того, у Всесвіті знаходилися що залишилися від епохиадронів в невеликих кількостях протони і нейтрони - приблизно по одному намільярд фотонів. Однак у вільному стані нейтрони через 13 хврозпадаються на протони і електрони, тобто відбувався ще один важливийпроцес - розпад нейтронів. Правда, температура на початку цієї епохи булаще досить висока для народження нейтронів при зіткненні електронів зпротонами, тому рівновагу зберігалося. А ось коли температура впала до
    30 мільярдів градусів, електронам вже не вистачало енергії для освітинейтронів, тому вони розпадалися у великих кількостях.
    Ще одна важлива подія епохи лептонів - поділ і звільненнянейтрино. Нейтрино і антинейтрино утворюються в реакціях за участю протоніві нейтронів. Коли температура була досить висока, всі ці частинки булипов'язані між собою, а при зниженні температури нижче певногокритичного значення відбулося їх поділ, і всі частинки вільнорозлетілися в простір. У міру розширення Всесвіту їх температурападала до тих пір, поки не досягла значення близько 2 К. До теперішньогочасі виявити ці частки не вдалося.

    Епоха випромінювання.


    Через кілька секунд після Великого вибуху, коли температурастановила близько 10 мільярдів градусів, Всесвіт вступила в епохувипромінювання. На початку цієї епохи було ще досить багато лептонів, але призниженні температури до 3 мільярдів градусів (порогового значення длянародження пар лептонів) вони швидко зникЧи, важко зітхнувши безліч фотонів. У тойчас Всесвіт складалася майже повністю з фотонів.
    В епоху випромінювання відбулася подія виняткової важливості - урезультаті синтезу утворилося перше ядро. Це саме та подія,яке намагався пояснити Гамов; про нього мова йшла раніше. Приблизно через трихвилини після початку відліку часу, при температурі близько мільярдаградусів, Всесвіт вже достатньо охолола для того, щоб зіткнулисяпротон і нейтрон з'єдналися, утворивши ядро дейтерію (більш важкоїрізновиди водню). При зіткненні двох ядер дейтерію утворювалисяядра гелію. Так за дуже короткий час, приблизно за 200 хв, близько 25%речовини Всесвіту перетворилося на гелій. Крім того, перетворення воднюв гелій відбувається в надрах зірок, але там утворюється лише близько 1% усієїмаси гелію. У цю епоху виникли також інші елементи: трохи тритію ілітію, але більш важкі ядра утворитися не могли. Оскільки все, про щотут йшла мова, природно, належить до галузі теорії, читач має правозасумніватися: а чи так це насправді? Мабуть, так, адже теоріяпрекрасно узгоджується зі спостереженнями, тому їй можна довіряти. Наприклад,згідно з цією теорією гелій має становити близько 25% речовини під
    Всесвіту, що підтверджується спостереженням.

    Фонове космічне випромінювання.


    Всесвіт продовжувала розширюватися і охолоджуватися протягом кількох тисячроків. Тоді вона складалася в основному з випромінювання з домішкою деяких часток
    (нейтронів, протонів, електронів, нейтрино і ядер простих атомів). Це буладосить тужлива Всесвіт, непрозора через густий що світитьсятуману, і в ній майже нічого не відбувалося. Непрозорість викликаласярівновагою між фотонами і речовиною; при цьому фотони були як биприв'язані до речовини. Нарешті, при температурі 3000 К в результатіоб'єднання електронів і протонів утворилися атоми водню, так щофотони змогли відірватися від речовини. Як раніше нейтрино, так теперфотони відділилися і віднесли в простір.
    Напевно, це нагадувало чудо - густий туман раптово розвіявся і
    Всесвіт стала прозорою, хоча й яскраво червоною, тому що температуравипромінювання була ще досить висока (трохи нижче 3000 К). Але поступово вонападала - спочатку до 1000 К, потім до 100 К і нарешті досягла нинішньогозначення 3 К.
    Існування такого фонового випромінювання передбачив в 1948 році Г. Гамов,але у своїх міркуваннях він допустив масу помилок, як чисельних, так ісмислових. Кілька років по тому його студент виправив ці помилки ірозрахував, що температура фонового випромінювання зараз повинна бути близько 5 К.
    Вважалося, однак, що це випромінювання виявити не вдасться, зокрема, черезза світла зірок. Ось чому пройшло 17 років, перш ніж фонове випромінювання булозареєстровано.
    На початку 60-х років компанія «Белл телефон» побудувала в Холмделе, шт. Нью-
    Джерсі, спеціальний радіотелескоп для прийому мікрохвильового випромінювання. Вінвикористовувався для забезпечення зв'язку із супутником «Телстар». Двоє працювалина ньому вчених, Арно Пензіас і Роберт Вілсон, ре

         
     
         
    Реферат Банк
     
    Рефераты
     
    Бесплатные рефераты
     

     

     

     

     

     

     

     
     
     
      Все права защищены. Reff.net.ua - українські реферати !