Происхождение и эволюция Вселенной

Тема 3.1 «Происхождение и эволюция Вселенной»

Астрономия - наука о строении и развитии космических объектов. На каждом этапе развития цивилизации человек строил физическую картину мира.

Вселенная - это то, что окружает человека, весь материальный мир.

Космология - раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом методами математики, физики и астрономии и философии. Основным источником информации о Космосе является космическое излучение.

Метагалактика - наблюдаемая часть космического пространства, из которой в течение существования  Вселенной поступает излучение к нашей Галактике, к поверхности Земли; доступная для изучения современными астрономическими методами, расширяется по мере совершенствования приборов. За пределами Метагалактики располагаются гипотетические вне метагалактические объекты.

В настоящее время общепринята модель А. Эйнштейна 1916г. - модель расширяющейся Вселенной - однородной, изотропной, нестационарной, горячей и расширяющейся.

Современная космология применяет общую теорию относительности А. Эйнштейна для объяснения свойств Вселенной или релятивистскую теорию тяготения. Эта теория рассматривает природные системы, их движение  при скоростях близких к скорости света. В этих условиях пространство искривляется, время замедляется.

Изотропность Вселенной означает, что свойства материи, наблюдаемые в разных направлениях, остаются одинаковыми. Вселенная неоднородна в малом пространстве и однородна в большом пространстве, что зависит от расстояний, с которых призводится наблюдение.

Общим свойством Вселенной является ее нестационарность, т.е. непрерывная изменчивость во времени. Эта изменчивость проявляется расшрением Вселенной. Расширение Вселенной - непрерывное увеличение средних расстояний между далекими космическими объектами: галактиками, их скоплениями, квазарами. Справедливость этого представления была подтверждена вначале XX века несколькими открытиями. К 1971г. было известно, что некоторые галактики движутсясо скоростью 1100 км/ч и более. Был обнаружен эффект Доплера - изменения длины и частоты волны излучения движущихся объектов в зависимости от направления их перемещения. В 1929 г. Эдвин Хаббл с помощью метода спектрометрии обнаружил, что при уменьшении расстояний между галактиками их спектр излучения смещается к фиолетовой части видимого диапозона, а при увеличении - к красноволновой части. Впоследствии это явление назвали соответственно «фиолетовое смещение» и «красное смещение». Иначе говоря, сдвиг спектра излучения галактик в направлении увеличения длины волны при их удалении друг от друга. Закон Э. Хаббл «Скорость удаления и расстояния между галактиками пропорциональны»

 υ =H0*L   где υ - скорость галактики; L - расстояние до галактики в парсек (1 парсек пк = 3,2616 светового года); H0 -  коэффициент пропорциональности, постоянная Хаббла(75-80 км/с на 106пк)

Чем дальше от Земли находится галактика, тем с большей скоростью она движется. У некоторых галактик их скорость соотносима со скоростью света. Сами галактики как совокупности звезд стационарны, т.е. разбегаются галактики, а не звезды в их составе. Значение закона Э. Хаббла заключается в более точной оценке возраста Вселенной.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является модель Большого взрыва Дж. Гамова (1948г.). Обычный взрыв характеризуется выделением энергии в малом объеме. Вещество заряда нагревается, испаряется, возникает перепад давления, который с силой разбрасывает вещество заряда. У Большого взрыва отсутствует центр. Он происходит везде одновременно, заполняя все пространство, в отсутствии перепада давления и перепада плотности вещества (ρ), так как вещества еще не было. Это начальное состояние Вселенной назвали сингулярность, когда: высокая температура, бесконечная ρ массы, бесконечная кривизна пространства, взрывное расширение смеси частиц фотонов и нейтрино. Образовавшиеся фотоны и нейтрино устремляются друг от друга. В 1965г. Роберт Вилсон и Арно Пензиас зарегистрировали радиошумы, котрые назвали реликтовым излучением, оставшегося от ранних этапов развития Вселенной. Это излучение создается нагретым телом до температуры 2,7°К - 5°К.