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.