Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница36/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   31   32   33   34   35   36   37   38   39
Вселенной. В частности, Вселенная Эйнштейна оказалась конечной. Однако впоследствии выяснилось, что один из постулатов, на которых базировался Эйнштейн, – постулат стационарности Вселенной – ошибочен Вселенная
нестационарна.
9.2. Открытие А.А. Фридманом нестационарности Вселенной.
Разбегание галактик
В 1922 г. отечественный учёный математики геофизик А.А. Фридман установил, что космологическое уравнение Эйнштейна имеет решение без введения в него космологического члена (так называемое нестационарное реше-
ние, то есть решение, зависящее от времени. Отсюда следует факт нестационарности Вселенной, те. Вселенная должна либо сжиматься, либо расширяться. Вначале Эйнштейн с недоверием воспринял этот результат. Но через некоторое время он – великий учёный – признал правоту Фридмана.
В 1929 г, через 7 лет после открытия Фридмана пришло экспериментальное подтверждение факта нестационарности Вселенной американский астроном
Эдвин Хаббл обнаружил смещение спектральных линий в спектрах всех наблюдаемых галактик (так называемое красное смещение в силу эффекта Доплера это свидетельствует об удалении всех галактик от нашей Галактики. Но так как наша Галактика не занимает никакого исключительного положения во Вселенной (и, во всяком случае, не является её центром, то отсюда следует, что все галактики удаляются друг от друга (явление разбегания галактик. В дальнейшем был установлен характер разбегания галактик оно происходит не в пространстве, а представляет собой расширение самого
пространства, причём внутригалактические расстояния практически не меняются, а межгалактические расстояния между любыми двумя галактиками всё время увеличиваются. При построении графика зависимости скорости убегания галактик от расстояния до них Хаббл обнаружил, что этот график представляет собой прямую линию, те. скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию доне. Таким образом, формула Хаббла имеет вид
Hr
v
=
,
где v – скорость взаимного удаления галактик, r – расстояние между галактиками постоянная Хаббла, приблизительное значение которой равно 55 км/с на мегапарсек. (Например, если две галактики находятся на расстоянии в 10 Мпк, они удаляются друг от друга со скоростью 550 км/с.) Разбегание галактик служит блестящим подтверждением предсказанного А.А. Фридма- ном на математической основе факта нестационарности Вселенной. Откры-
110


тие нестационарности Вселенной явилось одним из самых выдающихся
открытий космологии XX века.
С течением времени постоянная Хаббла уменьшается, а значит, уменьшается относительная скорость разлёта галактик. Будут ли галактики разлетаться вечно или процесс их разлёта прекратится Существуют два основных сценария дальнейшей эволюции Вселенной, дающие ответ на этот вопрос. Эти сценарии соответствуют открытой и замкнутой модели Вселенной.
«Открытая» модель. В случае открытой модели разбегание галактик никогда не прекращается. По мере расширения пространства плотность материи уменьшается, температура микроволнового фона приближается к абсолютному нулю. Со временем (приблизительно через 10 5
миллиардов лет) все звёзды завершают своё жизненный цикли превращаются либо в Чёрных карликов, либо в нейтронные звёзды, либо в Чёрные дыры. Заканчивается эра светящегося вещества. Через огромный промежуток времени Чёрные дыры начнут испаряться (или взрываться, выбрасывая в окружающее пространство потоки частиц и излучение. На последней стадии существования материи Вселенная будет представлять собой безбрежное море разреженного излучения.
«Замкнутая» модель. В случае замкнутой модели расширение Вселенной замедляется и затем оно сменяется сжатием. Сжатие Вселенной повторяете расширение, но только в обратном порядке галактики начинают сбегаться, красное смещение заменяется фиолетовым, температура микроволнового фона растёт. Процесс сжатия Вселенной ничто не остановит, иона, пройдя через сверхплотную горячую фазу, в конце концов «сожмётся в точку. Таким образом, Вселенная как бы повторяет свою историю, нов обратном порядке. Расчёты показывают, что весь цикл расширение – остановка сжатие занимает время порядка 100 миллиардов лет, поэтому в случае замкнутой модели мы находимся ещё в начальной фазе развития. Что же дальше, те. после сжатия в точку Будут ли новые циклы и будут ли они повторением предыдущих Однозначных ответов не эти вопросы пока нет. При каждом новом цикле могут образовываться другие элементарные частицы, что коренным образом отразится на характере его протекания. Надо также иметь ввиду, что в случае повторения цикла никакой информации о предыдущем цикле не остаётся: когда вещество сжимается до сверхплотного состояния, молекулы и атомы распадаются на элементарные частицы, которые также претерпевают качественные изменения. В таком состоянии материя как бы забывает своё прошлое и после следующего расширения всё развитие мира начинается заново. Повторение циклов расширение
– сжатие – это одна из гипотез, которую нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Зависимость типа эволюции Вселенной

от плотности материи. Жизнь во Вселенной
Остаётся рассмотреть вопрос – какая из указанных моделей эволюции Вселенной открытая или замкнутая имеет место в действительности. Оказывается, что тип модели определяется одним параметром – средней плот-
ностью вещества во Вселенной (плотностью материи)
ρ
. А именно, существует некоторое критическое значение плотности кр такое, что если
ρ
<
ρ
кр.
, то реализуется «открытая» модель, а если
ρ
> кр, то реализуется замкнутая модель. По-существу, противостояние открытой и замкнутой моделей есть противостояние между кинетической и потенциальной энергией Вселенной если
ρ
<
ρ
кр.
, то «побеждает» кинетическая энергия; если же
ρ
> кр, то «берёт верх потенциальная энергия.
При сегодняшнем значении постоянной Хаббла
55
H

км/с на мегапарсек получается значение критической плотности кр г/см
3
Вопрос нахождения средней плотности материи во Вселенной решается эмпирически. Зная примерное число галактик, находящихся в достаточно большом объёме Вселенной, и их массы, можно оценить среднюю плотность вещества Вселенной. Она составляет приблизительно
31 10 3



ρ
г/см
3
Таким образом, на сегодняшний день имеет место
ρ
<
ρ
кр.
, что приводит к
«открытой» модели Вселенной.
Однако оценку средней плотности материи нельзя считать окончательной.
Дело в том, что ещё не оценена плотность «скрытой материи», к которой от- носят трудно обнаруживаемые или экзотические ее формы: остывшие или так и не загоревшиеся звёзды – Коричневые карлики, Чёрные дыры, ещё не открытые на Земле элементарные частицы, нейтрино, межгалактический газ и т.п. С учётом оценок этой «скрытой массы» наиболее вероятное значение средней плотности материи находится в интервале
29 31 10 5
10 3





г/см
3
, что не позволяет дать окончательный ответ о соотношении между
ρ
и
ρ
кр.
Итак, вопрос о соотношении между средней и критической плотностью
материи, а, значит, и главный вопрос о характере Вселенной (открытая
она или замкнутая) остаётся открытым.
В заключение темы коснёмся ключевого вопроса – о жизни во Вселенной. Если имеет место замкнутая модель, то необходимые условия для развития жизни имеются только в течение одного цикла расширения-сжатия. В открытой модели условия для существования жизни определяются наличием энергии. Последние запасы энергии во Вселенной исчерпаются с
112



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   31   32   33   34   35   36   37   38   39


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница