Реферат: Модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной

СочинскийГосударственный Университет Туризма и Курортного Дела

Реферат:

На тему: Модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной

Выполнил ГоликовА.С.

Студент 2 курса

Группы 20 ГМУ

СОЧИ 2002 г.

введение.

    Одной изосновных концепций современного естествознания является учение о Вселенной какедином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями областиВселенной (Метагалактике) как части целого — космология.
    Выводы космологии основываются и на законах физики, ина данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своейструктуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровеньфилософских предпосылок, философских оснований.
    Так, в основании современной космологии лежитпредположение о том, что законы природы, установленные на основе изучениявесьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов на планетеЗемля, могут быть экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете- на всю Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы впространстве и времени относится к уровню философских оснований современнойкосмологии.

Цель моего реферата состоит втом, чтоб разобраться, что же  все-такипредставляет с себя вселенная. В моем реферате поставлены такие  задачи:

1.<span Times New Roman"">     

2.<span Times New Roman"">     

 Рассмотретьвзгляды различных ученых, философов, политологов о том, как расширяетсявселенная?

3.<span Times New Roman"">     

1.  Модель Большого Взрыва

 Модель эволюционной истории Вселенной,согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех поррасширяется. Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад и известнокак «Большой Взрыв». Теория Большого Взрыва теперь общепринята, таккак она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюсяВселенную и существование космического фонового излучения. Можновоспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлениивсе состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд послеБольшого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселеннойсформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. Кконцу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомыводорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотностьвещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация былаобратной, что и определяло скорость расширения Вселенной. Фоновое микроволновоеизлучение — все, что осталось от сильно охлажденного излучения раннейВселенной. Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водородаи гелия только через один или два миллиарда лет. Термин «БольшойВзрыв» может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая впрошлом была горячей и плотной.

<span Times New Roman",«serif»; color:windowtext">1.1. Гипотетическое представление о Вселенной

<span Times New Roman",«serif»; mso-bidi-font-family:Arial;color:windowtext">
         Как-то один известныйученый ( Бертран Рассел) читал публичную лекцию об астрономии. Он рассказывал,как Земля вращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, вращается вокругцентра огромного скопления звезд, которое называют нашей Галактикой. Когдалекция подошла к концу, из последних рядов зала поднялась маленькая пожилаяледи и сказала: «Все, что вы нам говорили, — чепуха. На самом деле наш мир- это плоская тарелка, которая стоит па спине гигантской черепахи».Снисходительно улыбнувшись, ученый спросил: «А на чем держитсячерепаха?» — «Вы очень умны, молодой человек, — ответила пожилаяледи. — Черепаха — на другой черепахе, та — тоже на черепахе, и так все ниже иниже».
         Такое представление оВселенной как о бесконечной башне из черепах большинству из нас покажетсясмешным, но почему мы думаем, что сами знаем лучше? Что нам известно оВселенной, и как мы это узнали? Откуда взялась Вселенная, и что с ней станется?Было ли у Вселенной начало, а если было, то что происходило до начала? Каковасущность времени? Кончится ли оно когда-нибудь? Достижения физики последнихлет, которыми мы частично обязаны фантастической новой технике, позволяютнаконец получить ответы хотя бы на отдельные из таких давно поставленныхвопросов. Пройдет время, и эти ответы, может быть, станут столь же очевидными,как-то, что Земля вращается вокруг Солнца, а может быть, столь же нелепыми, какбашня из черепах. Только время (чем бы оно ни было) решит это.
         Еще в 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге «О небе»привел два веских довода в пользу того, что Земля не плоская тарелка, а круглыйшар. Во-первых, Аристотель догадался, что лунные затмения происходят тогда,когда Земля оказывается между Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает на Лунукруглую тень, а это может быть лишь в том случае, если Земля имеет форму шара.Будь Земля плоским диском, ее тень имела бы форму вытянутого эллипса, еслитолько затмение не происходит всегда именно в тот момент, когда Солнценаходится точно на оси диска. Во-вторых, по опыту своих путешествий грекизнали, что в южных районах Полярная звезда на небе располагается ниже, чем всеверных. (Поскольку Полярная звезда находится над Северным полюсом, она будетпрямо над головой наблюдателя, стоящего на Северном полюсе, а человеку наэкваторе покажется, что она на линии горизонта). Зная разницу в кажущемсяположении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел даже вычислить,что длина экватора равна 400 000 стадиев. Что такое стадий, точно неизвестно,но он близок к 200 метрам, и, стало быть, оценка Аристотеля примерно в 2 разабольше значения, принятого сейчас. У греков был еще и третий довод в пользушарообразной формы Земли: если Земля не круглая, то почему же мы сначала видимпаруса корабля, поднимающиеся над горизонтом, и только потом сам корабль?
         Аристотель думал, чтоЗемля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды вращаются вокруг нее покруговым орбитам. Он так полагал, ибо в соответствии со своими мистическимивоззрениями Землю считал центром Вселенной, а круговое движение — самымсовершенным. Птолемей во II веке развил идею Аристотеля в полнуюкосмологическую модель. Земля стоит в центре, окруженная восемью сферами,несущими на себе Луну, Солнце и пять известных тогда планет: Меркурий, Венеру,Марс, Юпитер и Сатурн (рис. 1.1). Сами планеты, считал Птолемей, движутся поменьшим кругам, скрепленным с соответствующими сферами. Это объясняло тотвесьма сложный путь, который, как мы видим, совершают планеты. На самойпоследней сфере располагаются неподвижные звезды, которые, оставаясь в одном итом же положении друг относительно друга, движутся по небу все вместе какединое целое. Что лежит за последней сферой, не объяснялось, но во всякомслучае это уже не было частью той Вселенной, которую наблюдает человечество.

<img src="/cache/referats/5004/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

<span Times New Roman",«serif»; mso-bidi-font-family:Arial;color:windowtext">
         Модель Птолемея позволяланеплохо предсказывать положение небесных тел на небосводе, но для точногопредсказания ему пришлось принять, что траектория Луны в одних местах подходитк Земле в 2 раза ближе, чем в других! Это означает, что в одном положении Лунадолжна казаться в 2 раза большей, чем в другом! Птолемей знал об этомнедостатке, но тем не менее его теория была признана, хотя и не везде.Христианская Церковь приняла Птолемееву модельВселенной как не противоречащую Библии, ибо эта модель была очень хороша тем,что оставляла за пределами сферы неподвижных звезд много места для ада и рая.Однако в 1514 г. польский священник Николай Коперник предложил еще болеепростую модель. (Вначале, опасаясь, наверное, того, что Церковь объявит егоеретиком, Коперник пропагандировал свою модель анонимно). Его идея состояла втом, что Солнце стоит неподвижно в центре, а Земля и другие планеты обращаютсявокруг него по круговым орбитам. Прошло почти столетие, прежде чем идеюКоперника восприняли серьезно. Два астронома — немец ИоганнКеплер и итальянец Галилео Галилей — публичновыступили в поддержку теории Коперника, несмотря на то что предсказанныеКоперником орбиты не совсем совпадали с наблюдаемыми. Теории Аристотеля-Птолемея пришел конец в 1609 г., когда Галилей начал наблюдать ночное тения, согласно которому всякое тело во Вселеннойпритягивается к любому другому телу с тем большей силой, чем больше массы этихтел и чем меньше расстояние между ними. Это та самая сила, которая заставляеттела падать на землю. (Рассказ о том, что Ньютона вдохновило яблоко, упавшееему на голову, почти наверняка недостоверен. Сам Ньютон сказал об этом лишь то,что мысль о тяготении пришла, когда он сидел в «созерцательномнастроении», и «поводом было падение яблока»). Далее Ньютонпоказал, что, согласно его закону, Луна под действием гравитационных силдвижется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля и планеты вращаются поэллиптическим орбитам вокруг Солнца.
         Модель Коперника помоглаизбавиться от Птолемеевых небесных сфер, а заодно иот представления о том, что Вселенная имеет какую-то естественную границу.Поскольку «неподвижные звезды» не изменяют своего положения на небе,если не считать их кругового движения, связанного с вращением Земли вокругсвоей оси, естественно было предположить, что неподвижные звезды — это объекты,подобные нашему Солнцу, только гораздо более удаленные.
         Ньютон понимал, что поего теории тяготения звезды должны притягиваться друг к другу и поэтому,казалось бы, не могут оставаться совсем неподвижными. Не должны ли они упастьдруг на друга, сблизившись в какой-то точке? В 1691 г. в письме Ричарду Бентли,еще одному выдающемуся мыслителю того времени, Ньютон говорил, что такдействительно должно было бы произойти, если бы у нас было лишь конечное числозвезд в конечной области пространства. Но, рассуждал Ньютон, если число звездбесконечно и они более или менее равномерно распределены по бесконечномупространству, то этого никогда не произойдет, так как нет центральной точки,куда им нужно было бы падать.
         Эти рассуждения — примертого, как легко попасть впросак, ведя разговоры о бесконечности. В бесконечнойВселенной любую точку можно считать центром, так как по обе стороны от неечисло звезд бесконечно. Лишь гораздо позже поняли, что более правильный подход- взять конечную систему, в которой все звезды падают друг на друга, стремясь кцентру, и посмотреть, какие будут изменения, если добавлять еще и еще звезд,распределенных приблизительно равномерно вне рассматриваемой области. По законуНьютона дополнительные звезды в среднем никак не повлияют на первоначальные, т.е. звезды будут с той же скоростью падать в центр выделенной области. Сколькобы звезд мы ни добавили, они всегда будут стремиться к центру. В наше времяизвестно, что бесконечная статическая модель Вселенной невозможна, еслигравитационные силы всегда остаются силами взаимного притяжения.
         Интересно, каким былообщее состояние научной мысли до начала XX в.: никому и в голову не пришло, чтоВселенная может расширяться или сжиматься. Все считали, что Вселенная либосуществовала всегда в неизменном состоянии, либо была сотворена в какой-томомент времени в прошлом примерно такой, какова она сейчас. Отчасти это, можетбыть, объясняется склонностью людей верить в вечные истины, а также особойпритягательностью той мысли, что, пусть сами они состарятся и умрут, Вселеннаяостанется вечной и неизменной.
         Даже тем ученым, которыепоняли, что ньютоновская теория тяготения делаетневозможной статическую Вселенную, не приходила в голову гипотеза расширяющейсяВселенной. Они попытались модифицировать теорию, сделав гравитационную силуотталкивающей на очень больших расстояниях. Это практически не менялопредсказываемого движения планет, но зато позволяло бесконечному распределениюзвезд оставаться в равновесии, так как притяжение близких звездкомпенсировалось отталкиванием от далеких. Но сейчас мы считаем, что такоеравновесие оказалось бы неустойчивым. В самом деле, если в какой-то областизвезды чуть-чуть сблизятся, то силы притяжения между ними возрастут и станутбольше сил отталкивания, так что звезды будут и дальше сближаться. Если жерасстояние между звездами чуть-чуть увеличится, то перевесят силы отталкиванияи расстояние будет нарастать.
         Еще одно возражениепротив модели бесконечной статической Вселенной обычно приписывается немецкомуфилософу Генриху Олберсу, который в 1823 г.опубликовал работу, посвященную этой модели. На самом деле многие современникиНьютона занимались той же задачей, и статья Олберсабыла даже не первой среди работ, в которых высказывались серьезные возражения.Ее лишь первой стали широко цитировать. Возражение таково: в бесконечнойстатической Вселенной любой луч зрения должен упираться в какую-нибудь звезду.Но тогда небо даже ночью должно ярко светиться, как Солнце. Контраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от далекихзвезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе.
         Но в таком случае самоэто вещество должно нагреться и ярко светиться, как звезды. Единственнаявозможность избежать вывода о ярко, как Солнце, светящемся ночном небе — предположить, что звезды сияли не всегда, а загорелись в какой-то определенныймомент времени в прошлом. Тогда поглощающее вещество, возможно, еще не успелоразогреться или же свет далеких звезд еще не дошел до нас. Но возникает вопрос:почему зажглись звезды?
         Конечно, проблема возникновенияВселенной занимала умы людей уже очень давно. Согласно ряду ранних космогонии ииудейско-христианско-мусульманским мифам, нашаВселенная возникла в какой-то определенный и не очень отдаленный момент временив прошлом. Одним из оснований таких верований была потребность найти«первопричину» существования Вселенной. Любое событие во Вселеннойобъясняют, указывая его причину, т. е. другое событие, произошедшее раньше;подобное объяснение существования самой Вселенной возможно лишь в том случае,если у нее было начало. Другое основание выдвинул Блаженный Августин(православная Церковь считает Августина блаженным, а Католическая — святым. — прим. ред.). в книге «Град Божий». Он указал на то, что цивилизацияпрогрессирует, а мы помним, кто совершил то или иное деяние и кто что изобрел.Поэтому человечество, а значит, вероятно, и Вселенная, вряд ли очень долгосуществуют. Блаженный Августин считал приемлемой дату сотворения Вселенной,соответствующую книге «Бытия»: приблизительно 5000 год до нашей эры.(Интересно, что эта дата не так уж далека от конца последнего ледниковогопериода — 10 000 лет до н. э., который археологисчитают началом цивилизации).
         Аристотелю же ибольшинству других греческих философов не нравилась идея сотворения Вселенной,так как она связывалась с божественным вмешательством. Поэтому они считали, чтолюди и окружающий их мир существовали и будут существовать вечно. Доводотносительно прогресса цивилизации ученые древности рассматривали и решили, чтов мире периодически происходили потопы и другие катаклизмы, которые все времявозвращали человечество к исходной точке цивилизации.
         Вопросы о том, возниклали Вселенная в какой-то начальный момент времени и ограничена ли она впространстве, позднее весьма пристально рассматривал философ Иммануил Кант в своем монументальном (и очень темном) труде«Критика чистого разума», который был издан в 1781 г. Он назвал этивопросы антиномиями (т. е. противоречиями) чистого разума, так как видел, что вравной мере нельзя ни доказать, ни опровергнуть ни тезис о необходимости началаВселенной, ни антитезис о ее вечном существовании. Тезис Кант аргументировалтем, что если бы у Вселенной не было начала, то всякому событию предшествовалбы бесконечный период времени, а это Кант считал абсурдом. В поддержкуантитезиса Кант говорил, что если бы Вселенная имела начало, то емупредшествовал бы бесконечный период времени, а тогда спрашивается, почемуВселенная вдруг возникла в тот, а не другой момент времени? На самом делеаргументы Канта фактически одинаковы и для тезиса, и для антитезиса. Он исходитиз молчаливого предположения, что время бесконечно в прошлом независимо оттого, существовала или не существовала вечно Вселенная. Как мы увидим ниже, довозникновения Вселенной понятие времени лишено смысла.
         Когда большинство людейверило в статическую и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало илинет, относился, в сущности, к области метафизики и теологии. Все наблюдаемыеявления можно было объяснить как с помощью теории, в которой Вселеннаясуществует вечно, так и с помощью теории, согласно которой Вселенную сотворилив какой-то определенный момент времени таким образом, чтобы все выглядело, какесли бы она существовала вечно. Но в 1929 г. ЭдвинХаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба ни вестинаблюдения, все далекие галактики быстро удаляются от нас. Иными словами,Вселенная расширяется. Это означает, что в более ранние времена все объектыбыли ближе друг к другу, чем сейчас. Значит, было, по-видимому, время, околодесяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда они все находились в одномместе, так что плотность Вселенной была бесконечно большой. Сделанное Хаббломоткрытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенциинауки.
         Наблюдения Хабблаговорили о том, что было время — так называемый большой взрыв, когда Вселеннаябыла бесконечно малой и бесконечно плотной. При таких условиях все законы наукитеряют смысл и не позволяют предсказывать будущее. Если в еще более ранниевремена и происходили какие-либо события, они все равно никак не смогли быповлиять на то, что происходит сейчас. Из-за отсутствия же наблюдаемыхследствий ими можно просто пренебречь. Большой взрыв можно считать началомотсчета времени в том смысле, что более ранние времена были бы просто неопределены. Подчеркнем, что такое начало отсчета времени очень сильноотличается от всего того, что предлагалось до Хаббла. Начало времени в неизменяющейся Вселенной есть нечто, что должноопределяться чем-то, существующим вне Вселенной; для начала Вселенной нетфизической необходимости. Сотворение Богом Вселенной можно в своемпредставлении относить к любому моменту времени в прошлом. Если же Вселеннаярасширяется, то могут существовать физические причины для того, чтобы она имеланачало. Можно по-прежнему представлять себе, что именно Бог создал Вселенную — в момент большого взрыва или даже позднее (но так, как если бы произошелбольшой взрыв). Однако было бы абсурдно утверждать, что Вселенная возникла раньшебольшого взрыва. Представление о расширяющейся Вселенной не исключаетсоздателя, но налагает ограничения на возможную дату его трудов!

         Посколькууже существующих частных теорий вполне достаточно, чтобы делать точныепредсказания во всех ситуациях, кроме самых экстремальных, поиск окончательнойтеории Вселенной не отвечает требованиям практической целесообразности.(Заметим, однако, что аналогичные возражения можно было бы выдвинуть противтеории относительности и квантовой механики, а ведь именно эти теории произвелиреволюцию в ядерной физике и в микроэлектронике!) Таким образом, открытиеполной единой теории, может быть, не будет способствовать выживанию и даженикак не повлияет на течение нашей жизни. Но уже на заре цивилизации людям не нравилисьнеобъяснимые и не связанные между собой события, и они страстно желали понятьтот порядок, который лежит в основе нашего мира. По сей день мы мечтаем узнать,почему мы здесь оказались и откуда взялись. Стремление человечества к знаниюявляется для нас достаточным оправданием, чтобы продолжать поиск. А нашаконечная цель — никак не меньше, чем полное описание Вселенной, в которой мыобитаем.

<span Times New Roman",«serif»; color:windowtext">1.2 Расширяющаяся Вселенная

<span Times New Roman",«serif»; mso-bidi-font-family:Arial;color:windowtext">         Еслив ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркимиобъектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.Кроме того, вы увидите огромное количество звезд, похожих на наше Солнце, нонаходящихся гораздо дальше от нас. При вращении Земли вокруг Солнца некоторыеиз этих «неподвижных» звезд чуть-чуть меняют свое положениеотносительно друг друга, т. е. на самом деле они вовсе не неподвижны! Дело втом, что они несколько ближе к нам, чем другие. Поскольку же Земля вращаетсявокруг Солнца, близкие звезды видны все время в разных точках фона болееудаленных звезд. Благодаря этому можно непосредственно измерить расстояние отнас до этих звезд: чем они ближе, тем сильнее заметно их перемещение. Самаяблизкая звезда, называемая Проксимой Центавра,находится от нас на расстоянии приблизительно четырех световых лет (т. е. светот нее идет до Земли около четырех лет), или около 37 миллионов километров.Большинство звезд, видимых невооруженным глазом, удалены от нас на несколькосотен световых лет. Сравните это с расстоянием до нашего Солнца, составляющимвсего восемь световых минут! Видимые звезды рассыпаны но всему ночному небу, ноособенно густо в той полосе, которую мы называем Млечным Путем. Еще в 1750 г.некоторые астрономы высказывали мысль, что существование Млечного Путиобъясняется тем, что большая часть видимых звезд образует одну дискообразную конфигурацию — пример того, что сейчасназывается спиральной галактикой. Лишь через несколько десятилетий астроном Уильям Гершель подтвердил это предположение, выполнивколоссальную работу но составлению каталога положений огромного количествазвезд и расстояний до них. Но даже после этого представление о спиральныхгалактиках было принято всеми лишь в начале нашего века.
         Современная картинаВселенной возникла только в 1924 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. Насамом деле существует много других галактик, разделенных огромными областямипустого пространства. Для доказательства Хабблу требовалось определитьрасстояния до этих галактик, которые настолько велики, что, в отличие отположений близких звезд, видимые положения галактик действительно не меняются.Поэтому для измерения расстояний Хаббл был вынужден прибегнуть к косвеннымметодам. Видимая яркость звезды зависит от двух факторов: от того, какоеколичество света излучает звезда (се светимости), и от того, гдe она находится. Яркость близких звезд и расстояние доних мы можем измерить; следовательно, мы можем вычислить и их светимость. Инаоборот, зная светимость звезд в других галактиках, мы могли бы вычислитьрасстояние до них, измерив их видимую яркость. Хаббл заметил, что светимостьнекоторых типов звезд всегда одна и та же, когда они находятся достаточноблизко для того, чтобы можно было производить измерения. Следовательно, рассуждалХаббл, если такие звезды обнаружатся в другой галактике, то, предположив у нихтакую же светимость, мы сумеем вычислить расстояние до этой галактики. Еслиподобные расчеты для нескольких звезд одной и той же галактики дадут один и тотже результат, то полученную оценку расстояния можно считать надежной.

<img src="/cache/referats/5004/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">

<span Times New Roman",«serif»; mso-bidi-font-family:Arial;color:windowtext">
         Таким путем Хабблрассчитал расстояния до девяти разных галактик. Теперь известно, что нашаГалактика — одна из нескольких сотен тысяч миллионов галактик, которые можнонаблюдать в современные телескопы, а каждая из этих галактик в свою очередьсодержит сотни тысяч миллионов звезд. На рис. 3.1 показано, какой увидел бынашу Галактику наблюдатель, живущий в какой-нибудь другой галактике. НашаГалактика имеет около ста тысяч световых лет в поперечнике. Она медленновращается, а звезды в ее спиральных рукавах каждые несколько сотен миллионовлет делают примерно один оборот вокруг ее центра. Наше Солнце представляетсобой обычную желтую звезду средней величины, расположенную на внутреннейстороне одного из спиральных рукавов. Какой же огромный путь мы прошли отАристотеля и Птолемея, когда Земля считалась центром Вселенной!
 в ее атмосфере.
         В 20-х годах, когдаастрономы начали исследование спектров звезд других галактик, обнаружилосьнечто еще более странное: в нашей собственной Галактике оказались те же самыехарактерные наборы отсутствующих цветов, что и у звезд, но все они былисдвинуты на одну и ту же величину к красному концу спектра. Чтобы понять смыслсказанного, следует сначала разобраться с эффектом Доплера. Как мы уже знаем,видимый свет — это колебания, или волны электромагнитного поля. Частота (числоволн в одну секунду) световых колебаний чрезвычайно высока — от четырехсот досемисот миллионов волн в секунду. Человеческий глаз воспринимает свет разныхчастот как разные цвета, причем самые низкие частоты соответствуют красномуконцу спектра, а самые высокие — фиолетовому. Представим себе источник света,расположенный на фиксированном расстоянии от нас (например, звезду), излучающийс постоянной частотой световые волны. Очевидно, что частота приходящих волнбудет такой же, как та, с которой они излучаются (пусть гравитационное полегалактики невелико и его влияние несущественно). Предположим теперь, чтоисточник начинает двигаться в нашу сторону. При испускании следующей волныисточник окажется ближе к нам, а потому время, за которое гребень этой волны донас дойдет, будет меньше, чем в случае неподвижной звезды. Стало быть, времямежду гребнями двух пришедших волн будет меньше, а число волн, принимаемых намиза одну секунду (т. е. частота), будет больше, чем когда звезда быланеподвижна. При удалении же источника частота приходящих волн будет меньше. Этоозначает, что спектры удаляющихся звезд будут сдвинуты к красному концу(красное смещение), а спектры приближающихся звезд должны испытывать фиолетовоесмещение. Такое соотношение между скоростью и частотой называется эффектомДоплера, и этот эффект обычен даже в нашей повседневной жизни. Прислушайтесь ктому, как идет по шоссе машина: когда она приближается, звук двигателя выше (т.е. выше частота испускаемых им звуковых волн), а когда, проехав мимо, машинаначинает удаляться, звук становится ниже. Световые волны и радиоволны ведутсебя аналогичным образом. Эффектом Доплера пользуется полиция, определяяиздалека скорость движения автомашин по частоте радиосигналов, отражающихся отних. Доказав, что существуют другие галактики, Хаббл все последующие годыпосвятил составлению каталогов расстояний до этих галактик и наблюдению ихспектров. В то время большинство ученых считали, что движение галактикпроисходит случайным образом и поэтому спектров, смещенных в красную сторону,должно наблюдаться столько же, сколько и смещенных в фиолетовую. Каково же былоудивление, когда у большей части галактик обнаружилось красное смещениеспектров, т. е. оказалось, что почти все галактики удаляются от нас! Еще болееудивительным было открытие, опубликованное Хабблом в 1929 г.: Хаббл обнаружил,что даже величина красного смещения не случайна, а прямо пропорциональнарасстоянию от нас до галактики. Иными словами, чем дальше находится галактика,тем быстрее она удаляется! А это означало, что Вселенная не может быть статической,как думали раньше, что на самом деле она непрерывно расширяется и расстояниямежду галактиками все время растут.
         Открытие расширяющейсяВселенной было одним из великих интеллектуальных переворотов двадцатого века.Задним числом мы можем лишь удивляться тому, что эта идея не пришла никому вголову раньше. Ньютон и другие ученые должны были бы сообразить, чтостатическая Вселенная вскоре обязательно начала бы сжиматься под действиемгравитации. Но предположим, что Вселенная, наоборот, расширяется. Если бырасширение происходило достаточно медленно, то под действием гравитационнойсилы оно в конце концов прекратилось бы и перешло в сжатие. Однако если быскорость расширения превышала некоторое критическое значение, тогравитационного взаимодействия не хватило бы, чтобы остановить расширение, ионо продолжалось бы вечно. Все это немного напоминает ситуацию, возникающую,когда с поверхности Земли запускают вверх ракету. Если скорость ракеты не оченьвелика, то из-за гравитации она в конце концов остановится и начнет падатьобратно. Если же скорость ракеты больше некоторой критической (околоодиннадцати километров в секунду), то гравитационная сила не сможет ее вернуть,и ракета будет вечно продолжать свое движение от Земли. Расширение Вселенноймогло быть предсказано на основе ньютоновской теории тяготения в XIX, XVIII идаже в конце XVII века. Однако вера в статическую Вселенную была столь велика,что жила в умах еще в начале нашего века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г.общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной. Чтобы невступать в противоречие со статичностью, Эйнштейн модифицировал свою теорию,введя в уравнения так называемую космологическую постоянную. Он ввел новую«антигравитационную» силу, которая в отличие от других сил непорождалась каким-либо источником, а была заложена в саму структурупространства-времени. Эйнштейн утверждал, что пространство-время само по себевсегда расширяется и этим расширением точно уравновешивается притяжение всейостальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказываетсястатической. По-видимому, лишь один человек полностью поверил в общую теориюотносительности: пока Эйнштейн и другие физики думали над тем, как обойти нестатичность Вселенной, предсказываемую этой теорией, русский физик и математикА. А. Фридман, наоборот, занялся ее объяснением.
         Фридман сделал два оченьпростых исходных предположения: во-первых, Вселенная выглядит одинаково, вкаком бы направлении мы ее ни наблюдали, и во-вторых, это утверждение должнооставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения изкакого-нибудь другого места. Не прибегая ни к каким другим предположениям,Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. В 1922 г., занесколько лет до открытия Хаббла, Фридман в точности предсказал его результат!
         Предположение ободинаковости Вселенной во всех направлениях на самом деле, конечно, невыполняется. Как мы, например, уже знаем, другие звезды в нашей Галактикеобразуют четко выделяющуюся светлую полосу, которая идет пoвсему небу ночью — Млечный Путь. Нo если говорить одалеких галактиках, то их число во всех направлениях примерно одинаково.Следовательно, Вселенная действительно «примерно» одинакова во всехнаправлениях — при наблюдении в масштабе, большом по сравнению с расстояниеммежду галактиками, когда отбрасываются мелкомасштабные различия.
         Правда, на первый взгляд,тот факт, что Вселенная кажется нам одинаковой во всех направлениях, можетговорить о какой-то выделенности нашего местоположения во Вселенной. Вчастности, раз мы видим, что все остальные галактики удаляются от нас, значит,мы находимся в центре Вселенной. Но есть и другое объяснение: Вселенная будетвыглядеть одинаково во всех направлениях и в том случае, если смотреть на нееиз какой-нибудь другой галактики. Это, как мы знаем, вторая гипотеза Фридмана.У нас нет научных доводов ни за, ни против этого предположения, и мы принялиего, так сказать, из скромности: было бы крайне странно, если бы Вселеннаяказалась одинаковой во всех направлениях только вокруг нас, а в других ееточках этого не было! В модели Фридмана все галактики удаляются друг от друга.Это вроде бы как надутый шарик, на который нанесены точки, если его все большенадувать. Расстояние между любыми двумя точками увеличивается, но ни одну изних нельзя назвать центром расширения. Притом чем больше расстояние междуточками, тем быстрее они удаляются друг от друга. Но и в модели Фридманаскорость, с которой любые две галактики удаляются друг от друга, пропорциональнарасстоянию между ними. Таким образом, модель Фридмана предсказывает, чтокрасное смешение галактики должно быть прямо пропорционально ее удаленности отнас, в точном соответствии с открытием Хаббла. Несмотря на успех этой модели ина согласие ее предсказаний с наблюдениями Хаббла, работа Фридмана оставаласьнеизвестной на Западе, и лишь в 1935 г. американский физик ГовардРобертсон и английский математик Артур Уолкер предложили сходные модели в связи с открытиемХаббла.

<img src="/cache/referats/5004/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">


<span Times New Roman",«serif»;mso-bidi-font-family:Arial; color:windowtext">         СамФридман рассматривал только одну модель, но можно указать три разные модели,для которых выполняются оба фундаментальных предположения Фридмана. В моделипервого типа (открытой самим Фридманом) Вселенная расширяется достаточномедленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения м

еще рефераты
Еще работы по астрономии