Реферат: Проблемные вопросы вселенной
РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ
Звёздное небо над головой долгое время было длячеловека символом вечности и неизменности. Лишь в Новое время люди осознали,что “неподвижные” звёзды на самом деле движутся, причём с огромными скоростями.В XX в. человечество свыклось с ещё более странным фактом: расстояния междузвёздными системами — галактиками, не связанными друг с другом силамитяготения, постоянно увеличиваются. И дело здесь не в природе галактик самаВселенная непрерывно расширяется! Естествознанию пришлось расстаться с однимиз своих основополагающих принципов: все вещи меняются в этом мире, но мир вцелом всегда одинаков. Это можно считать важнейшим научным событием XX в.
Всё началось, когда Альберт Эйнштейн создал общуютеорию относительности. В её уравнениях описаны фундаментальные свойстваматерии, пространства и времени. (“Относительный” по-латыни звучит какrelativus — релятивус —, поэтому теории, основанные на теории относительностиЭйнштейна, называются релятивистскими).
Применив свою теорию ко Вселенной как целой системе,Эйнштейн обнаружил, что такого решения, которому соответствовала бы не меняющаясясо временем Вселенная не получается. Этот результат не удовлетворил великогоучёного. Чтобы добиться стационарного решения своих уравнений, Эйнштейн ввёлв них дополнительное слагаемое — так называемый ламбда-член. Однако до сих порникто не смог найти какого-либо физического обоснования этого дополнительногочлена.
В начале 20-х гг. советский математик АлександрАлександрович Фридман решил для Вселенной уравнения общей теории относительности,не накладывая условия стационарности. Он доказал, что могут существовать дварешения для Вселенной: расширяющийся мир и сжимающийся мир. ПолученныеФридманом уравнения используют для описания эволюции Вселенной и в настоящеевремя.
Все эти теоретические рассуждения никак несвязывались учёными с реальным миром, пока в 1929 г. американский астрономЭдвин Хаббл не подтвердил расширение видимой части Вселенной. Он использовалпри этом эффект Доплера. Линии в спектре движущегося источника смещаются навеличину, пропорциональную скорости его приближения или удаления, поэтомускорость галактики всегда можно вычислить по изменению положения её спектральныхлиний.
Ещё во втором десятилетии XX в. американский астрономВесто Слайфер, исследовав спектры нескольких галактик, заметил, что у большинстваиз них спектральные линии смещены в красную сторону. Это означало, что ониудаляются от нашей Галактики со скоростями в сотни километров в секунду.
Хаббл определил расстояния до небольшого числагалактик и их скорости. Из его наблюдений следовало, что чем дальше находитсягалактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется. Закон, по которому скоростьудаления пропорциональна расстоянию, получил название закона Хаббла.
Означает ли это, что наша Галактика является центром,от которого и идёт расширение? С точки зрения астрономов, такое невозможно.Наблюдатель в любой точке Вселенной должен увидеть ту же картину: всегалактики имели бы красные смещения, пропорциональные расстоянию до них. Самопространство как бы раздувается. Если на воздушном шарике нарисовать галактикии начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причём тембыстрее, чем дальше они расположены друг от друга.
Разница лишь в том, что нарисованные на шарикегалактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звёздные системы повсюдуво Вселенной сохраняют свой объём. Это объясняется тем, что составляющие ихзвёзды связаны между собой силами гравитации.
Факт постоянного расширения Вселенной установлентвердо. Самые далёкие из известных галактик и квазаров имеют такое большоекрасное смещение, что длины волн всех линий в их спектрах оказываются больше,чем у близких источников, в пять—шесть раз!
Но если Вселенная расширяется, то сегодня мы видим еёне такой, какой она была в прошлом. Миллиарды лет назад галактикирасполагались значительно ближе друг к другу. Ещё раньше отдельных галактик простоне могло существовать, а ещё ближе к началу расширения не могло быть дажезвёзд. Эта эпоха — начало расширения Вселенной — удалена от нас на 12—15 млрдлет.
Оценки возраста галактик пока слишком приближённы,чтобы уточнить эти цифры. Но надёжно установлено, что самые старые звёздыразличных галактик имеют примерно одинаковый возраст. Следовательно,большинство звёздных систем возникло в тот период, когда плотность вещества воВселенной бьша значительно выше современной.
На начальной стадии всё вещество Вселенной имелонастолько высокую плотность, что её даже невозможно себе представить. Идею орасширении Вселенной из сверхплотного состояния ввёл в 1927 г. бельгийскийастроном Жорж Леметр, а предположение, что первоначальное вещество было оченьгорячим, впервые высказал Георгий Антонович Гамов в 1946 г. Впоследствии эту гипотезуподтвердило открытие так называемого реликтового излучения. Оно осталось какэхо бурного рождения Вселенной, которое часто называют Большим Взрывом.
Но остаётся множество вопросов. Что привело кобразованию ныне наблюдаемой Вселенной, к началу Взрыва? Почему пространствоимеет три измерения, а время — одно? Как в стремительно расширяющейсяВселенной смогли появиться стационарные объекты — звёзды и галактики? Что былодо начала Большого Взрыва? Над поисками ответов на эти и многие другие вопросыработают современные астрономы и физики.