Реферат: Начало и конец Вселенной
<m:mathPr> <m:mathFont m:val=«Cambria Math»/> <m:brkBin m:val=«before»/> <m:brkBinSub m:val="--"/> <m:smallFrac m:val=«off»/> <m:dispDef/> <m:lMargin m:val=«0»/> <m:rMargin m:val=«0»/> <m:defJc m:val=«centerGroup»/> <m:wrapIndent m:val=«1440»/> <m:intLim m:val=«subSup»/> <m:naryLim m:val=«undOvr»/> </m:mathPr>Содержание
1. Введение                                                                                                   стр. 2
2. РанняяВселенная                                                                                    стр.2В
3. Назадк Большому взрыву                                                                     стр.3
4. Абсолютнаясингулярность                                                                   стр.9В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
5. Раздувание                                                                                                стр.11В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В В
5.1. Рпохаадронов                                                                                        стр.11
5.2. Рпохалептонов                                                                                      стр.12
5.3. Рпохаизлучения                                                                                    стр.13
5.4. Фоновоекосмическое излучение                                                        стр.13
5.5. Рпохагалактик                                                                                      стр.16
6. Дальнейшаясудьба Вселенной                                                              стр.18
7. Скрытаямасса                                                                                          стр.19
8. Судьбазамкнутой Вселенной                                                                 стр.25
9. Отскок                                                                                                        стр.26
10. Судьбаоткрытой Вселенной                                                                стр.26
11. Заключение                                                                                             стр.28
12. Списоклитературы                                                                                стр.31
1. Введение.
Красота Рё величие темного ночного неба всегдаволнуют нас. Каждое светящееся пятнышко РЅР° нем — образ звезды, ее свет, которыйдавно, может быть Р·Р°Вдолго РґРѕ нашего рождения, оторвался РѕС‚ светила. ЧеВловекутрудно представить себе необъятные просторы Вселенной, протекающие РІ нейсложные Рё мощные процессы РїСЂРёРІРѕРґСЏС‚ нас РІ трепет. Свет РѕС‚ некоторых видимыхобъектов шел Рє Земле миллионы лет, Р° ведь расстояние РѕС‚ нас РґРѕ Луны тот же лучсвета преодолеВвает меньше чем Р·Р° РґРІРµ секунды.
Наша Земля — всего лишь песчинка,затерявшаяся РІ бескрайнем пространстве, РѕРґРЅР° РёР· девяти планет, РѕР±Вращающихсявокруг неприметной желтой звезды, РЅР°Взываемой Солнцем…
Многие люди, всматриваясь в небо и смотря назвёзды, думают, что хотя их жизнь и имеет свой конец, но эти все далекие звездыбудут всегда – Вселенная бесконечна. Но это не так. Все в этом мире изменяетсяи Вселенная не исключение. Но было ли у Вселенной начало и будет ли конец? Еслибыло начало, то для Вселенной было ''началом''? В этой работе мнехотелось бы рассмотреть современные теории возникновение и развитие Вселенной.
Мы начнем с теории возникновение Вселенной.
2. Ранняя Вселенная.РњС‹ живем РІ расширяющейся Вселенной, которая,согласно теории Большого взрыва, возникла примерно 18 миллиардов летназад РІ результате взрыва РЅРµВвообразимой силы. Р’ первые мгновения после взрыване было РЅРё звезд, РЅРё плаВнет, РЅРё галактик – ничего РєСЂРѕРјРµ частиц, излучения ичерных дыр. Короче РіРѕРІРѕСЂСЏ, Вселенная находилась РІ состоянии полнейшего хаоса состоль высокой энерВгией, что частицы, обладавшие гигантскими скоростями,сталкивались практиВчески непрерывно. Рто был, РїРѕ сути, колоссальный ускорительчастиц, намного мощнее тех, которые построены РІ наши РґРЅРё.
Теперь ученые строят РІСЃРµ более Рё более мощныеустановки, чтобы разобВраться, как взаимодействуют высокоэнергичные частицы. Нокрупные СѓСЃРєРѕВрители очень РґРѕСЂРѕВгостоящи, Р° РЅР° РёС… строительство СѓС…РѕРґСЏС‚ РіРѕРґС‹.Поэтому РЅРµВкоторые особенно нетерВпеливые ученые обратились Рє ранней Вселенной.Ее РІ шутку называют “ускорителем для бедных”, хотя это Рё РЅРµ самое удачноеназвание. Если Р±С‹ нам пришлось строить ускоритель РЅР° такие, характерные дляранней Вселенной энергии, РѕРЅ протянулся Р±С‹ РґРѕ ближайших звезд.
Раз уж строительство такой установки нам непо плечу, то, взяв за образец раннюю Вселенную или, по крайней мере, ее модель,можно попытаться понять, что происходит при столь больших энергиях.
РќРѕ чем вызван интерес Рє явлениям,происходящим РїСЂРё таких энергиях? Прежде всего, тем, что РѕРЅРё помогают понятьприроду фундаментальных частиц, Р° также фуВндаменВтальных взаимодействий.Установление СЃРІСЏР·Рё между РЅРёРјРё существенно для уяснения взаимозависимостикосмических явлений, Р° согласно современным теориям понимание СЃРІСЏР·Рё междуфундаментальными взаимодействиями может пролить свет РЅР° процессы РІ раннейВселенной. Возникает, например, РІРѕРїСЂРѕСЃ: почему фундаментальных взаимоВдействийчетыре, Р° РЅРµ РѕРґРЅРѕ, что казалось Р±С‹ более естественным? Такой же РІРѕРїСЂРѕСЃ можнозадать Рё Рѕ фундаментальных частицах.
Конечно, РѕРґРЅР° фундаментальная сила Рё однафундаментальная частица значительно упростили Р±С‹ описание Вселенной. Как мыувидим, возможно, РѕРЅР° именно так Рё устроена. Согласно появившимся недавнотеориям, РїСЂРё энергиях, характерных для ранней Вселенной, РІСЃРµ четырефундаментальных взаимодействия были слиты воедино. РџРѕ мере расширения иостывания Вселенной, РІРёРґРёРјРѕ, происходило разделение СЃРёР»; как РїСЂРё понижении температурызамерзает РІРѕРґР°, так, возможно, РёР· единой силы могло “вымерзти”тяготение, оставив остальные три. Р’СЃРєРѕСЂРµ “вымерзло” слабое взаимоВдействие, Рё,наконец, разделились сильное Рё электромагнитное. Если такая идея верна Рё привысоких энергиях действительно РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ объединение, исследование раннейВселенной представляет исключительный интерес.
Рљ середине 60-С… РіРѕРґРѕРІ большинство астрономовприняло концепцию происхождения Вселенной РІ результате Большого взрыва,предполагавшую, что РІ начале своего СЃСѓВществования Вселенная имела бесконечномалые размеры. РњРЅРѕРіРёРј трудно согласиться СЃ мыслью Рѕ том, что РІСЃСЏ массаВселенной РєРѕРіРґР°-то содержалась РІ СЏРґСЂРµ, меньше чем атом. Однако есть нечто ещетруднее воспринимаемое РІ этой идее первичного СЏРґСЂР°. Нам кажется, что оносуществовало РІ некотором бесконечном пространстве, РіРґРµ Рё взорвалось, однакоастрономы утверждают, что это РЅРµ так. Р’РѕРєСЂСѓРі этого СЏРґСЂР° РЅРµ было пространства:СЏРґСЂРѕ Рё было Вселенной. Взорвавшись, РѕРЅРѕ создало пространство, врем Рё материю.Позднее РјС‹ внимательнее рассмотрим этот взрыв Рё СѓРІРёРґРёРј, как РёР· него развиласьВселенная, РЅРѕ прежде вернемся назад РІРѕ времени Рє этому взрыву.
3. Назад Рє Большому взрыву.Чтобы вернуться Рє самому началу, нужно знатьвозраст Вселенной. Рђ это очень сложный Рё спорный РІРѕРїСЂРѕСЃ. Долгие РіРѕРґС‹ считалось,что возраст ВселенВРЅРѕР№ составляет примерно 18 миллиардов лет. Рта цифВраприводилась РІ большинстве учебников, статей Рё популярных РєРЅРёРі РїРѕ космологии ипринималась большинством ученых, так как РѕСЃРЅРѕРІС‹Ввалась РЅР° рабоВте Хаббла,которую долгие РіРѕРґС‹ развивали Аллен Сэндейдж РёР· Хейльскойобсерватории Рё Густав Там-ман РёР· Базеля.
Не все, однако, были согласны с такимрезультатом. Жерар де Вокулериз Техасского университета работал над этой проблемой, используя сходную методику,и постоянно получал результат около 10 миллиардов лет. Сидни ван ден Берг из канадской обсерваториив Виктории также получил близкое значение. Но почему-то эти результаты осталисьбез внимания. В 1979 году еще три астронома объявили о том, что с помощьюдругих методов получили результаты, близкие по значению  полученным Вокулером.
Ученые, наконец, обратили внимание РЅР° эти результаты,Рё РєРѕРµ-кто задумался, — РЅРµ надо ли РїРѕ-РЅРѕРІРѕРјСѓ взглянуть РЅР° проблему возрастаВселенной. БольВшинство продолжало придерживаться прежнего СЂРµВзультата — 18миллиардов лет, РЅРѕ РїРѕ мере того, как РїРѕСЏВвлялись новые данные,свидетельствовавшие РІ польВР·Сѓ 10 миллиардов лет, начинал разВгораться СЃРїРѕСЂ. ДаВвайтенемного задержимся РЅР° этом Рё разберемся РІ сути этого СЃРїРѕСЂР°. РњС‹ уже РІРёВРґРµВВВВВВВВВВли,что Хаббл, соотнеся расстояние РґРѕ галактик СЃ РёС… красным смещением, предсказалрасВширение Вселенной. РќР° его диаграмме РѕСЃРѕР±Рѕ важным представляется уголнаклона РїСЂСЏРјРѕР№, проходящей чеВрез точки; значение H называется постояннойХаббла. Важность этой РїРѕВстоянной определяется ее СЃРІСЏР·СЊСЋ СЃ возрастом Вселенной.РћРЅР° дает нам представление Рѕ скорости расширения, Рё если РјС‹ повернем расширеВниеили, что-то же самое, время вспять (РїСЂРµВдположив, что РѕРЅРѕ течет РІ обратнуюсторону), то Вселенная сожмется. РўРѕРіРґР° возраст Вселенной будет определяться темвременем, которое потребуется всему веществу, чтобы сжаться РґРѕ размеров точки.Если Р±С‹ Вселенная расширялась равномерно, то ее возраст был Р±С‹ обратВнымвеличине H (1/ H). Однако существует СЏРІРЅРѕРµ СЃРІРёВдетельство РІ пользу того, чтоэто РЅРµ соответствует действительности: похоже, что расширение замедляВется.Значит, чтобы СѓР·Внать реальный возраст ВселенВРЅРѕР№, нам следует помнить РѕР± этоми соответственно знать, как быстро расширение замедляется.
РЎ помощью своей лестницы, которая помогла емувычислить расстояние РґРѕ далёких звезд, Хаббл получил РІ 1929 РіРѕРґСѓ значение Рќ, которое соответствовало РїРѕСЂР°Взительномалому возрасту — 2 миллиарда лет. РџРѕСЂР°Взительным его можно считать потому, чторезультаты геологических исследований дают гораздо большее значение, Рё эти данныевесьма надежны. ЗамешаВтельство длилось недолго: Вальтер Баадеиз обсерваВтории Маунт-Вилсон РІСЃРєРѕСЂРµ нашел ошибку вметодике, СЃ помощью которой Хаббл определял расстояние. РћРЅ пользовалсязависимостью период — светимость для цефеид (чем больше период цефеид, тембольше абсолютная светимость) для определения расстояния РґРѕ ближайших галактик,РЅРѕ звезды переменной светиВмости РІ этих галактиках РЅРµ были обычными цефеВидамии, следовательно, указанной зависимости РЅРµ подчинялись. РЎ поправками возраст ВселеннойудваВивался. Через несколько лет Сэндейдж заметил,что Хаббл РїСЂРёРЅСЏР» скопления звезд Р·Р° отдельные звезды РІ более отдаленных галактиках.РЎ этими исправлениВСЏРјРё возраст еще раз удвоился.
Так возраст Вселенной был определен РІ 10миллиВардов лет. Однако Сэндейджа Рё Таммана это РЅРµ СѓРґРѕРІВлетворило. РћРЅРё тщательнопроанализировали работу Хаббла, расширив ее рамки. Р’ РёС… распоряжении былиновейшая техника Рё методика калибровки, РЅРµ РіРѕРІРѕСЂСЏ уже Рѕ 200-дюймовомтелескопе-рефлекторе Паломарской обсерватории. Р’ результатеих исследований РІРѕР·Враст Вселенной еще раз удвоился Рё составил около 18миллиардов лет, так что некоторое время никто РЅРµ смел Рё подумать Рѕ новыхвычислениях.
РџРѕРєР° Сэндейдж Рё Тамман проверяли Рё корректиВровали работы Хаббла, вТехасском университете усердно трудился РґРµ Вокулер.РџРѕРґРѕР±РЅРѕ Сэндейджу, РѕРЅ пользовался космическойлестницей, РёРґСЏ РїРѕ стуВпенькам вглубь РєРѕ РІСЃРµ более слабым галактикам. РћРґВнакочто-то его беспокоило. Через несколько лет РѕРЅ внимательно изучил окружающую насгруппу галакВтик, называемую местным скоплением, Рё обнаружил, что РѕРЅР° являетсячастью гораздо большей РіСЂСѓРїРїС‹ — скопления скоплений. Доминирующим РІ РіСЂСѓРїРїРµ былогигантское скопление, называемое Девой (располоВженное РІ направлении созвездияДевы). Де Вокулер пришел Рє выводу, что этоколоссальное скопление воздействует РЅР° нашу галактику, поэтому РѕРЅ Рё полуВчилгораздо меньшее число, чем Сэндейдж Рё Тамман, которые РЅРµ учли этого обстоятельства.
Однако никто РЅРµ обращал РЅР° идеи РґРµ Вокулера РЅРё малейшего внимания. Наверное, легче было считать,что РјС‹ живем РІ обычной области Вселенной, Р° РґРµ Р’РѕВкулеруверял, что это аномальная область. Для разреВшения противоречия требовалсякакой-то совершенВРЅРѕ новый метод. Такой метод (который, однако, РЅРµ позволилнайти окончательное решение) появился РІ 1979 РіРѕРґСѓ — Марк Ааронсониз обсерватории СтюВарда, Джон Хачра РёР· Гарварда Рё Джереми Моулд РёР· национальнойобсерватории Китт-РџРёРє объявили Рѕ том, что полученноеими значение Рќ лежит между значеВРЅРёСЏРјРё,предложенными РґРµ Вокулером Рё Сэндейджем.Однако большинство РёС… измерений, как Рё измерения Сэндейджа,проводились РІ направлении скопления Девы. Де Вокулерпредложил провести РёС… РІ каком- либо РґСЂСѓРіРѕРј участке неба, подальше РѕС‚ Девы. Р РєРѕВнечноже, полученное значение оказалось очень близВРєРёРј Рє результату РґРµ Вокулера.
Ааронсонс сотрудниками использовали метод, разВработанныйнамного раньше Брентом Таллииз Гавайского университета Рё Ричардом Фишером РёР· НациоВнальной обсерватории. Талли Рё Фишер определяли массу галактик, РїСЂРѕРІРѕРґСЏ наблюденияна длине волны <st1:metricconverter ProductID=«21 СЃРј» w:st=«on»>21 СЃРј</st1:metricconverter>.Линия спектра, соответствующая этой длине волны РїСЂРё вращении галактикрасширяется, С‚. Рµ. чем больше скорость вращения галактики, тем шире СЃРѕРѕС‚Вветствующаялиния. Поскольку известно, что наибоВлее массивные, самые крупные галактикивращаются быстрее РґСЂСѓРіРёС…, Талли Рё ФишеВСЂСѓ оставалосьлишь РёР·Вмерить ширину линии Рё тем самым определить «вес» галактики, Р° РёР· этоВРіРѕ,РІ СЃРІРѕСЋ очередь, ее истинную яр кость, или светимость. Узнав светимость иопределив РёР· РЅР°Вблюдений РІРёРґРёРјСѓСЋ яркость, легко найти расстоВСЏРЅРёРµ РґРѕ галактики.
Несмотря РЅР° простоту, метод вызывает напрактиВРєРµ СЂСЏРґ трудностей. Прежде всего, отнюдь РЅРµ РІСЃРµ галакВтики повернуты кнам «лицом»; обычно РѕРЅРё РІРёРґРЅС‹ РїРѕРґ каким-то углом, Р° значит, большая часть ихсвета поглощается пылью. Для учета этого обстоятельства приходится вводитьсоответствующие поправки, что Рё сделали Талли СЃ Фишером.Тем РЅРµ менее РёС… результаты подверглись СЃСѓСЂРѕРІРѕР№ критике.
Заинтересовавшись этим методом, Ааронсон СЃ СЃРѕВтрудниками решили измерять РЅРµ видимый свет РіР°Влактик,Р° РёС… инфракрасное излучение, тем самым, избежав необходимости введенияпоправок. РнфраВкрасное излучение РЅРµ задерживается пылью, Р° потому Рё нетнеобходимости делать поправку РЅР° РїРѕРІРѕСЂРѕС‚ РіР°Влактик. Р’ итоге ученые получилизначение РЇ, соглаВсующееся СЃ результатом измерения РґРµ Вокулера.
Ааронсони его коллеги РІСЃРєРѕСЂРµ убедились, что РјС‹ РІ самом дележивем РІ аномальной области Вселенной. РњС‹ находимся РЅР° расстоянии примерно 60миллионов световых лет РѕС‚ суперскопления РІ Деве истреВРјРёРјСЃСЏ Рє нему РїРѕРґ действием притяжения СЃ весьма большой скоростью. Значит,для того чтобы получить верное значение постоянной Хаббла, нужно РёР· СЃРєРѕСЂРѕВстиразбегания галактик (СЃ которой РѕРЅРё удаляются РѕС‚ нас) вычесть эту скорость.
Правда, Сэндейдж Рё Тамман РЅРµ убеждены, что РјС‹ живем РІ аномальной области. Рхизмерения, как утверждают авторы, РЅРµ дают оснований считать, что РјС‹ движемся кскоплению РІ Деве, Р° следовательно, РЅРµ нужно вводить соответствующую поправку.Рнтересно, что наша собственная скорость, измеренная Ааронсоном,РЅРµ совпадает СЃРѕ значением, полученным РґРµ Вокулером.РџРѕ мнению Ааронсона, РјС‹ движемся Рє скоплению РІ Девене РїРѕ РїСЂСЏРјРѕР№, Р° РїРѕ спирали; такой вывод основывается РЅР° весьма сложноймодели враВщающегося суперскопления.
Ртак, возникает проблема — действительно лимы живем РІ аномальной области, как свидетельствуют последние результаты, или жеправы Сэндейдж Рё Тамман?Казалось Р±С‹, решить ее довольно легко, ведь РІ предыдущей главе рассказывалось ореликтовом излучении, заполняющем РІСЃСЋ Вселенную, причем РІ разВных направленияхего температура различна. РџРѕ данВным таких измерений, РјС‹ движемся Рє созвездиюЛьва СЃРѕ скоростью примерно 600 РєРј/СЃ, РЅРѕ Лев отстоит РѕС‚ центра скопления РІ Девепримерно РЅР° 43В°! Ртак, РѕРґРЅРё измерения свидетельствуют, что РјС‹ движемся РІ РЅР°ВправленииЛьва, Р° РґСЂСѓРіРёРµ — что Рє Деве. Какие РёР· РЅРёС… верны? РџРѕРєР° неизвестно.
Похоже, что РјС‹ зашли РІ тупик, Рё РІ РІРѕРїСЂРѕСЃРµ РѕРІРѕР·Врасте Вселенной — 10 ей миллиардов лет или 20? Рљ счастью, есть еще дваметода определения возраста Вселенной. Правда, Рё тот Рё РґСЂСѓРіРѕР№ позволяют найтилишь возраст нашей Галактики, РЅРѕ поскольку довольВРЅРѕ хорошо РёР·Ввестно,насколько Вселенная старше ГаВлактики, эти методы весьма надежны. Р’ первом РёР·РЅРёС… используются гигантские скопления звезд, так называемые глобулярныескопления; РѕРЅРё окружают нашу Галактику РїРѕРґРѕР±РЅРѕ тому, как пчелы окружают улей.Если построить зависимость абсолютной, или истинной, яркости РѕС‚ температурыповерхности звезд, входящих РІ такие скопления, откроется весьма интеВресныйрезультат. (Такой график называется РґРёР°Вграммой Герцшпрунга-Рессела,РїРѕ именам впервые построивших его ученых.)
Прежде чем рассказать Рѕ полученномрезультате, рассмотрим типичную диаграмму Герцшпрунга-РесВсела.Если скопление относительно молодое, больВшинство точек лежит РЅР° диагонали,называемой главВРЅРѕР№ последовательностью; РєСЂРѕРјРµ того, есть несколько точек вверхнем правом углу Рё совсем мало — РІ РЅРёР¶Внем левом. РќР° главнойпоследовательности представВлены РІСЃРµ звезды — РѕС‚ небольших красных карликов доголубых гигантов. РћРґРЅРѕР№ РёР· особенностей этой диаграммы является то, что звезда,РїРѕ мере стареВРЅРёСЏ, СЃС…РѕРґРёС‚ СЃ главной последовательности. Самые верхние точки,соответствующие голубым гигантам, СЃС…РѕРґСЏС‚ первыми, Р° РїРѕ С…РѕРґСѓ старения скопленияс главной последовательности СЃС…РѕРґРёС‚ РІСЃРµ больше Рё больше звезд, причем всегда,начиная сверху диаграмВРјС‹. Рто означает, что чем старше скопление, тем РєРѕВрочеего главная последовательность. РћСЃРѕР±РѕРµ значеВРЅРёРµ имеет то, что точка, вышекоторой нет звезд (РѕРЅР° называется точкой поворота), позволяет оценить РІРѕР·Врастскопления.
Второй метод заключается РІ наблюдении СЃРєРѕСЂРѕВстейраспада различных радиоактивных веществ. РњРµВСЂРѕР№ скорости этого процесса служиттак называемый период полураспада — время, РІ течение которого расВ