Реферат: Возникновение и эволюция Вселенной
<img src="/cache/referats/17115/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
По астрономии
На тему: «Возникновениеи эволюция вселенной»
Павленко Ярослава
МОУ СОШ №16
11 А класс
План
1.Инфляционная теория возникновения Вселенной
2.Богословная теория возникновения Вселенной
3.Возникновение и эволюция звезд
4. Возникновение и эволюция планет
Узнав о теории Большого взрыва, я задал себевопрос, откуда же взялось то, что взорвалось?
Вопрос о происхождении Вселенной со всеми ееизвестными и пока неведомыми свойствами испокон веков волнует человека. Нотолько в ХХ веке, после обнаружения космологическогорасширения, вопрос об эволюции Вселенной стал понемногу прояснятся. Последниенаучные данные позволили сделать вывод, что наша Вселенная родилась 15миллионов лет назад в результате Большого взрыва. Но что именно взорвалось втот момент и что, собственно, существовало до Большого взрыва, по-прежнемуоставалось загадкой. Созданная в ХХ веке инфляционная теория появления нашегомир позволила существенно продвинутся в разрешении этих вопросов, общая картинапервых мгновений Вселенной сегодня уже неплохо прорисована, хотя многиепроблемы еще ждут своего часа.
Доначала прошлого века было всего два взгляда на происхождение нашей Вселенной. Ученые полагали, что она вечна и неизменна, а богословы говорили, что Мирсотворен и у него будет конец. Двадцатыйвек, разрушив очень многое из того, что было создано в предыдущие тысячелетия,сумел дать свои ответы на большинство вопросов, занимавших умы ученых прошлого.И быть может, одним из величайших достижений ушедшего века является прояснение вопроса о том, каквозникла Вселенная, в которой мы живем, и какие существуют гипотезы по поводуее будущего. Простой астрономический факт — расширение нашей Вселенной — привелк полному пересмотру всех космогонических концепций и разработке новой физики —физики возникающих и исчезающих миров. Всего 70 лет назад Эдвин Хабблобнаружил, что свет от более далеких галактик «краснее» света от более близких.Причем скорость разбегания оказалась пропорциональна расстоянию от Земли (законрасширения Хаббла). Обнаружить это удалось благодаря эффекту Доплера(зависимости длины волны света от скорости источника света). Поскольку болеедалекие галактики кажутся более «красными», то предположили, что и удаляютсяони с большей скоростью. Кстати, разбегаются не звезды и даже не отдельныегалактики, а скопления галактик. Ближайшие от нас звезды и галактики связаныдруг с другом гравитационными силами и образуют устойчивые структуры. Причем вкаком направлении ни посмотри, скопления галактик разбегаются от Земли содинаковой скоростью, и может показаться, что наша Галактика является центромВселенной, однако это не так. Где бы ни находился наблюдатель, он будет вездевидеть все ту же картину — все галактики разбегаются от него. Но такой разлетвещества обязан иметь начало. Значит, все галактики должны были родиться водной точке. Расчеты показывают, что произошло это примерно 15 млрд. лет назад.В момент такого взрыва температура была очень большой, и должно было появитьсяочень много квантов света. Конечно, со временем все остывает, а квантыразлетаются по возникающему пространству, но отзвуки Большого взрыва должныбыли сохраниться до наших дней. Первое подтверждение факта взрыва пришло в 1964году, когда американские радиоастрономы Р. Вильсон и А. Пензиас обнаружили реликтовоеэлектромагнитное излучение с температурой около 3° по шкале Кельвина (–270°С).Именно это открытие, неожиданное для ученых, убедило их в том, что Большойвзрыв действительно имел место и поначалу Вселенная была очень горячей. ТеорияБольшого взрыва позволила объяснить множество проблем, стоявших передкосмологией. Но, к сожалению, а может, и к счастью, она же поставила и рядновых вопросов. В частности: Что было до Большого взрыва? Почему нашепространство имеет нулевую кривизну и верна геометрия Евклида, которую изучаютв школе? Если теория Большого взрыва справедлива, то отчего нынешние размерынашей Вселенной гораздо больше предсказываемого теорией 1 сантиметра? ПочемуВселенная на удивление однородна, в то время как при любом взрыве вещество разлетаетсяв разные стороны крайне неравномерно? Что привело к начальному нагреву Вселенной доневообразимой температуры более 10 13К?
Все это указывало на то, что теорияБольшого взрыва неполна. Долгое время казалось, что продвинуться далее уженевозможно. Только четверть века назад благодаря работам российских физиков Э.Глинера и А. Старобинского, а также американца А.Гуса было описано новоеявление — сверхбыстрое инфляционное расширение Вселенной. Описание этогоявления основывается на хорошо изученных разделах теоретической физики — общейтеории относительности Эйнштейна и квантовой теории поля. Сегодня считаетсяобщепринятым, что именно такой период, получивший название «инфляция», предшествовалБольшому взрыву.
При попытке дать представление осущности начального периода жизни Вселенной приходится оперировать такимисверхмалыми и сверхбольшими числами, что наше воображение с трудом их воспринимает.Попробуем воспользоваться некоей аналогией, чтобы понять суть процессаинфляции.
Представим себе покрытый снегом горныйсклон, в который вкраплены разнородные мелкие предметы — камешки, ветки и кусочкильда. Кто-то, находящийся на вершине этого склона, сделал небольшой снежок ипустил его катиться с горы. Двигаясь вниз, снежок увеличивается в размерах, таккак на него налипают новые слои снега со всеми включениями. И чем больше размерснежка, тем быстрее он будет увеличиваться. Очень скоро из маленького снежка онпревратится в огромный ком. Если склон заканчивается пропастью, то он полетит внее со все более увеличивающейся скоростью. Достигнув дна, ком ударится о дно пропастии его составные части разлетятся во все стороны (кстати, часть кинетическойэнергии кома при этом пойдет на нагрев окружающей среды и разлетающегосяснега).
Теперь опишем основные положения теории,используя приведенную аналогию. Прежде всего физикам пришлось ввестигипотетическое поле, которое было названо «инфлатонным» (от слова «инфляция»).Это поле заполняло собой все пространство (в нашем случае — снег на склоне).Благодаря случайным колебаниям оно принимало разные значения в произвольныхпространственных областях и в различные моменты времени. Ничего существенногоне происходило, пока случайно не образовалась однородная конфигурация этогополя размером более 10 -33см. Что же касается наблюдаемой нами Вселенной, то онав первые мгновения своей жизни, по-видимому, имела размер 10 -27см. Предполагается,что на таких масштабах уже справедливы основные законы физики, известные намсегодня, поэтому можно предсказать дальнейшее поведение системы. Оказывается,что сразу после этого пространственная область, занятая флуктуацией (от лат.fluctuatio — «колебание», случайные отклонения наблюдаемых физических величинот их средних значений), начинает очень быстро увеличиваться в размерах, а инфлатонноеполе стремится занять положение, в котором его энергия минимальна (снежный компокатился). Такое расширение продолжается всего 10 -35секунды, но этого времени оказываетсядостаточно для того, чтобы диаметр Вселенной возрос как минимум в 10 27 раз и к окончаниюинфляционного периода наша Вселенная приобрела размер примерно 1 см. Инфляциязаканчивается, когда инфлатонное поле достигает минимума энергии — дальшепадать некуда. При этом накопившаяся кинетическаяэнергия переходит в энергию рождающихся и разлетающихся частиц, иначе говоря,происходит нагрев Вселенной. Как раз этот момент и называется сегодня Большим взрывом.
Гора, о которой говорилось выше, можетиметь очень сложный рельеф—несколько разных минимумов, долины внизу и всякиехолмы и кочки. Снежные комья (будущие вселенные) непрерывно рождаются наверхугоры за счет флуктуаций поля. Каждый ком может скатиться в любой из минимумов,породив при этом свою вселенную со специфическими параметрами. Причем вселенныемогут существенно отличаться друг от друга. Свойства нашей Вселеннойудивительнейшим образом приспособлены к тому, чтобы в ней возникла разумнаяжизнь. Другим вселенным, возможно, повезло меньше.
Еще раз хотелось бы подчеркнуть, чтоописанный процесс рождения Вселенной «практически из ничего» опирается настрого научные расчеты. Тем не менее у всякого человека, впервые знакомящегосяс инфляционным механизмом, описанным выше, возникает немало вопросов.
Сегодня наша Вселенная состоит избольшого числа звезд, не говоря уж о скрытой массе. И может показаться, чтополная энергия и масса Вселенной огромны. И совершенно непонятно, как это всемогло поместиться в первоначальном объеме 10-99см3. Однако во Вселеннойсуществует не только материя, но и гравитационное поле. Известно, что энергияпоследнего отрицательна и, как оказалось, в нашей Вселенной энергия гравитациив точности компенсирует энергию, заключенную в частицах, планетах, звездах ипрочих массивных объектах. Таким образом, закон сохранения энергии прекрасновыполняется, и суммарная энергия и масса нашей Вселенной практически равны нулю.Именно это обстоятельство отчасти объясняет, почему зарождающаяся Вселенная тутже после появления не превратилась в огромную черную дыру. Ее суммарная массабыла совершенно микроскопична, и вначале просто нечему было коллапсировать. И толькона более поздних стадиях развития появились локальные сгустки материи,способные создавать вблизи себя такие гравитационные поля, из которых не можетвырваться даже свет. Соответственно, и частиц, из которых «сделаны» звезды, на начальнойстадии развития просто не существовало. Элементарные частицы начали рождаться втот период развития Вселенной, когда инфлатонное поле достигло минимума потенциальнойэнергии и начался Большой взрыв.
Область, занятая инфлатонным полем,разрасталась со скоростью, существенно большей скорости света, однако этонисколько не противоречит теории относительности Эйнштейна. Быстрее света немогут двигаться лишь материальные тела, а в данном случае двигаласьвоображаемая, нематериальная граница той области, где рождалась Вселенная(примером сверхсветового движения является перемещение светового пятна поповерхности Луны при быстром вращении освещающего ее лазера).
Причем окружающая среда совсем несопротивлялась расширению области пространства, охваченного все более быстро разрастающимсяинфлатонным полем, поскольку ее как бы не существует для возникающего Мира.Общая теория относительности утверждает, что физическая картина, которую видитнаблюдатель, зависит от того, где он находится и как движется. Так вот, описаннаявыше картина справедлива для «наблюдателя», находящегося внутри этой области.Причем этот наблюдатель никогда не узнает, что происходит вне той области пространства,где он находится. Другой «наблюдатель», смотрящий на эту область снаружи,никакого расширения вовсе не обнаружит. В лучшем случае он увидит лишьнебольшую искорку, которая по его часам исчезнет почти мгновенно. Даже самое изощренноевоображение отказывается воспринимать такую картину. И все-таки она,по-видимому, верна. По крайней мере, так считают современные ученые, черпаяуверенность в уже открытых законах Природы, правильность которых многократно проверена.
Надо сказать, что это инфлатонное поле исейчас продолжает существовать и флуктуировать. Но только мы, внутренние наблюдатели,не в состоянии этого увидеть — ведь для нас маленькая область превратилась вколоссальную Вселенную, границ которой не может достигнуть даже свет.
Итак, сразу после окончания инфляциигипотетический внутренний наблюдатель увидел бы Вселенную, заполненную энергиейв виде материальных частиц и фотонов. Если всю энергию, которую мог бы измеритьвнутренний наблюдатель, перевести в массу частиц, то мы получим примерно 10 80кг. Расстояниямежду частицами быстро увеличиваются из-за всеобщего расширения. Гравитационныесилы притяжения между частицами уменьшают их скорость, поэтому расширениеВселенной после завершения инфляционного периода постепенно замедляется.
Сразу после рождения Вселеннаяпродолжала расти и охлаждаться. При этом охлаждение происходило в том числе иблагодаря банальному расширению пространства. Электромагнитное излучение характеризуетсядлиной волны, которую можно связать с температурой — чем больше средняя длинаволны излучения, тем меньше температура. Но если пространство расширяется, тобудут увеличиваться и расстояние между двумя «горбами» волны, и, следовательно,ее длина. Значит, в расширяющемся пространстве и температура излучения должнауменьшаться. Что и подтверждает крайне низкая температура современногореликтового излучения.
Помере расширения меняется и состав материи, наполняющей наш мир. Кваркиобъединяются в протоны и нейтроны, и Вселенная оказывается заполненной ужезнакомыми нам элементарными частицами — протонами, нейтронами, электронами,нейтрино и фотонами. Присутствуют также и античастицы. Свойства частиц и античастицпрактически идентичны. Казалось бы, и количество их должно быть одинаковымсразу после инфляции. Но тогда все частицы и античастицы взаимно уничтожилисьбы и строительного материала для галактик и нас самих не осталось бы. И здесьнам опять повезло. Природа позаботилась о том, чтобы частиц было немногобольше, чем античастиц. Именно благодаря этой небольшой разнице и существуетнаш мир. А реликтовое излучение — это как раз последствие аннигиляции (то есть взаимоуничтожения)частиц и античастиц. Конечно, на начальном этапе энергия излучения была оченьвелика, но благодаря расширению пространства и как следствие — охлаждению излученияэта энергия быстро убывала. Сейчас энергия реликтового излучения примерно вдесять тысяч раз (104раз) меньше энергии, заключенной в массивныхэлементарных частицах.
Постепеннотемпература Вселенной упала до 1010К. К этому моменту возраст Вселенной составлялпримерно 1 минуту. Только теперь протоныи нейтроны смогли объединяться в ядра дейтерия, трития и гелия. Это происходилоблагодаря ядерным реакциям, которые люди уже хорошо изучили, взрываятермоядерные бомбы и эксплуатируя атомные реакторы на Земле. Поэтому можноуверенно предсказывать, сколько и каких элементов может появиться в такомядерном котле. Оказалось, что наблюдаемое сейчас обилие легких элементов хорошосогласуется с расчетами. Это означает, что известные нам физические законы одинаковыво всей наблюдаемой части Вселенной и были таковыми уже в первые секунды послепоявления нашего мира. Причем около 98% существующего в природе гелияобразовалось именно в первые секунды после Большого взрыва.
Сразу после рождения Вселенная проходилаинфляционный период развития — все расстояния стремительно увеличивались (сточки зрения внутреннего наблюдателя). Однако плотность энергии в разных точкахпространства не может быть в точности одинаковой — какие-то неоднородностивсегда присутствуют. Предположим, что в какой-то области энергия немногобольше, чем в соседних. Но раз все размеры быстро растут, то и размер этойобласти тоже должен расти. После окончания инфляционного периода эта разросшаясяобласть будет иметь чуть больше частиц, чем окружающее ее пространство, да и еетемпература будет немного выше.
Понявнеизбежность возникновения таких областей, сторонники инфляционной теорииобратились к экспериментаторам: «необходимо обнаружить флуктуации температуры…»— констатировали они. И в 1992 году это пожелание было выполнено. Практическиодновременно российский спутник «Реликт-1» и американский «COBE» обнаружилитребуемые флуктуации температуры реликтового излучения. Как уже говорилось,современная Вселенная имеет температуру 2,7 К, а найденные учеными отклонениятемпературы от среднего составляли примерно 0,00003 К. Неудивительно, что такиеотклонения трудно было обнаружить раньше. Так инфляционная теория получила ещеодно подтверждение.
С открытием колебаний температурыпоявилась еще одна захватывающая возможность — объяснить принцип формирования галактики.Ведь чтобы гравитационные силы сжимали материю, необходим исходный зародыш —область с повышенной плотностью. Если материя распределена в пространстверавномерно, то гравитация, подобно Буриданову ослу, не знает, в каком направлениией действовать. Но как раз области с избытком энергии и порождает инфляция.Теперь гравитационные силы знают, на что воздействовать, а именно, на болееплотные области, созданные во время инфляционного периода. Под действиемгравитации эти изначально чуть-чуть более плотные области будут сжиматься иименно из них в будущем образуются звезды и галактики.
Современный нам момент эволюцииВселенной крайне удачно приспособлен для жизни, и длиться он будет еще много миллиардовлет. Звезды будут рождаться и умирать, галактики вращаться и сталкиваться, аскопления галактик — улетать все дальше друг от друга. Поэтому времени для самосовершенствованияу человечества предостаточно. Правда, само понятие «сейчас» для такой огромнойВселенной, как наша, плохо определено. Так, например, наблюдаемая астрономамижизнь квазаров, удаленных от Земли на 10—14 млрд. световых лет, отстоит отнашего «сейчас» как раз на те самые 10—14 млрд. лет. И чем дальше в глубьВселенной мы заглядываем с помощью различных телескопов, тем более раннийпериод ее развития мы наблюдаем.
Сегодня ученые в состоянии объяснитьбольшинство свойств нашей Вселенной, начиная с момента в 10 -42секунды и донастоящего времени и даже далее. Они могут также проследить образование галактики довольно уверенно предсказать будущее Вселенной. Тем не менее ряд «мелких»непонятностей еще остается. Это прежде всего — сущность скрытой массы (темнойматерии) и темной энергии. Кроме того, существует много моделей, объясняющих,почему наша Вселенная содержит гораздо больше частиц, чем античастиц, ихотелось бы определиться в конце концов с выбором одной правильной модели.
Как учит нас история науки, обычноименно «мелкие недоделки» и открывают дальнейшие пути развития, так что будущимпоколениям ученых наверняка будет чем заняться. Кроме того, более глубокиевопросы тоже уже стоят на повестке дня физиков и математиков. Почему нашепространство трехмерно? Почему все константы в природе словно «подогнаны» так,чтобы возникла разумная жизнь? И что же такое гравитация? Ученые уже пытаются ответитьи на эти вопросы.
Ну и конечно, оставим место длянеожиданностей. Не надо забывать, что такие основополагающие открытия, какрасширение Вселенной, наличие реликтовых фотонов и энергия вакуума, были сделаны,можно сказать, случайно и не ожидались ученым сообществом.
Возможные сценарии развития нашего мира
1. Пульсирующая модель Вселенной, прикоторой вслед за периодом расширения наступает период сжатия и всезаканчивается Большим хлопком
2. Вселенная со строго подогнаннойсредней плотностью, в точности равной критической. В этом случае наш мирЕвклидов, и его расширение все время замедляется
3. Равномерно расширяющаяся по инерцииВселенная. Именно в пользу такой открытой модели мира до последнего временисвидетельствовали данные о подсчете средней плотности нашей Вселенной
4. Мир, расширяющийся со все нарастающейскоростью. Новейшие экспериментальные данные и теоретические изыскания говорято том, что Вселенная разлетается все быстрее, и несмотря на евклидовость нашегомира, большая часть галактик в будущем будет нам недоступна. И виновата в стольстранном устроении мира та самая темная энергия, которую сегодня связали снекоей внутренней энергией вакуума, заполняющего все пространство
Что же ждет нашу Вселенную в дальнейшем?Еще несколько лет назад у теоретиков в этой связи имелись всего двевозможности. Если плотность энергии во Вселенной мала, то она будет вечно расширятьсяи постепенно остывать. Если же плотность энергии больше некоторого критическогозначения, то стадия расширения сменится стадией сжатия. Вселенная будетсжиматься в размерах и нагреваться. Значит, одним из ключевых параметров, определяющимразвитие Вселенной, является средняя плотность энергии. Так вот,астрофизические наблюдения, проводимые до 1998 года, говорили о том, чтоплотность энергии составляет примерно 30% от критического значения. Аинфляционные модели предсказывали, что плотность энергии должна быть равна критической.Апологетов инфляционной теории это не очень смущало. Они отмахивались отоппонентов и говорили, что недостающие 70% «как-нибудь найдутся». И онидействительно нашлись. Это большая победа теории инфляции, хотя найденная энергияоказалась такой странной, что вызвала больше вопросов, чем ответов. Похоже, чтоискомая темная энергия — это энергия самого вакуума.
В представлении людей, не связанных сфизикой, вакуум — «это когда ничего нет» — ни вещества, ни частиц, ни полей.Однако это не совсем так. Стандартное определение вакуума — это состояние, вкотором отсутствуют частицы. Поскольку энергия заключена именно в частицах, то,как резонно полагали едва ли не все, включая и ученых, нет частиц — нет иэнергии. Значит, энергия вакуума равна нулю. Вся эта благостная картина рухнулав 1998 году, когда астрономические наблюдения показали, что разбегание галактикнемножко отклоняется от закона Хаббла. Вызванный этими наблюдениями укосмологов шок длился недолго. Очень быстро стали публиковаться статьи собъяснением этого факта. Самым простым и естественным из них оказалась идея о существованииположительной энергии вакуума. Ведь вакуум, в конце концов, означает простоотсутствие частиц, но почему лишь частицы могут обладать энергией? Обнаруженнаятемная энергия оказалась распределенной в пространстве на удивление однородно.Подобную однородность трудно осуществить, ведь если бы эта энергия былазаключена в каких-то неведомых частицах, гравитационное взаимодействиезаставляло бы их собраться в грандиозные конгломераты, подобные галактикам.Поэтому энергия, спрятанная в пространстве-вакууме, очень изящно объясняетустроение нашего мира.
Однако возможны и другие, болееэкзотические, варианты мироустроения. Например, модель Квинтэссенции, элементы которойбыли предложены советским физиком А.Д. Долговым в 1985 году, предполагает, чтомы все еще скатываемся с той самой горки, о которой говорилось в начале нашего повествования.Причем катимся мы уже очень долго, и конца этому процессу не видно. Необычноеназвание, позаимствованное у Аристотеля, обозначает некую «новую сущность», призваннуюобъяснить, почему мир устроен так, а не иначе.
Сегодня вариантов ответа на вопрос обудущем нашей Вселенной стало значительно больше. И они существенно зависят оттого, какая теория, объясняющая скрытую энергию, является правильной.Предположим, что верно простейшее объяснение, при котором энергия вакуума положительнаи не меняется со временем. В этом случае Вселенная уже никогда не сожмется инам не грозит перегрев и Большой хлопок. Но за все хорошее приходится платить.В этом случае, как показывают расчеты, мы в будущем никогда не сможемдостигнуть всех звезд. Более того, количество галактик, видимых с Земли, будет уменьшаться,и через 10—20 млрд. лет в распоряжении человечества останется всего несколькососедних галактик, включая нашу — Млечный Путь, а также соседнюю Андромеду.Человечество уже не сможет увеличиваться количественно, и тогда придетсязаняться своей качественной составляющей. В утешение можно сказать, что несколькосотен миллиардов звезд, которые будут нам доступны в столь отдаленном будущем,— это тоже немало.
Впрочем, понадобятся ли нам звезды? 20миллиардов лет — большой срок. Ведь всего за несколько сот миллионов лет жизнь развиласьот трилобитов до современного человека. Так что наши далекие потомки, возможно,будут по внешнему виду и возможностям отличаться от нас еще больше, чем мы от трилобитов.Что же сулит им еще более отдаленное будущее, по прогнозам современных ученых?Ясно, что звезды будут тем или иным способом «умирать», но будут образовыватьсяи новые. Этот процесс тоже не бесконечен — примерно через 10 14лет, по предположениюученых, во Вселенной останутся только слабосветящиеся объекты — белые и темныекарлики, нейтронные звезды и черные дыры. Почти все они также погибнут через 1037лет,исчерпав все запасы своей энергии. К этому моменту останутся лишь черные дыры,поглотившие всю остальную материю. Что может разрушить черную дыру? Любые нашипопытки сделать это лишь увеличивают ее массу. Но «ничто не вечно под Луной». Оказывается,черные дыры медленно, но излучают частицы. Значит, их масса постепенноуменьшается. Все черные дыры тоже должны исчезнуть примерно через 10 100лет. Послеэтого останутся лишь элементарные частицы, расстояние между которыми будетнамного превосходить размеры современной Вселенной (примерно в 1090раз) — ведьвсе это время Вселенная расширялась! Ну и, конечно, останется энергия вакуума,которая будет абсолютно доминировать во Вселенной. Кстати, свойства такогопространства впервые изучил В. Де Ситтер еще в 1922 году. Так что нашимпотомкам предстоит либо изменить физические законы Вселенной, либо перебратьсяв другие вселенные. Сейчас это кажется невероятным, но хочется верить вмогущество человечества, как бы оно, человечество, ни выглядело в стольотдаленном будущем. Потому что времени у него предостаточно.
Кстати, возможно, что уже и сейчас мы, самитого не ведая, создаем новые вселенные. Для того чтобы в очень маленькойобласти возникла новая вселенная, необходимо инициировать инфляционный процесс,который возможен только при высоких плотностях энергий. А ведь экспериментаторыуже давно создают такие области, сталкивая частицы на ускорителях… И хотя этиэнергии еще очень далеки от инфляционных, вероятность создания вселенной наускорителе уже не равна нулю. К сожалению, мы являемся тем самым «удаленнымнаблюдателем», для которого время жизни этой «рукотворной» вселенной слишком мало,и внедриться в нее и посмотреть, что там происходит, мы не можем...
Хотя это не единственная теориявозникновения Мира. Богословы считали, что Вселенная создана Богом, Творцом.Причем у разных народов существовали разные теории, например библейская теория.Создание мира происходило шесть дней.
В первый день «Вначале бог сотворилнебо и землю. Земля же была бездонна и пуста, и тьма над бездною…», потомсказал Бог:«Да будет свет!»
Во второй день Бог сказал:«Да будеттвердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды!»
В третий день Богсказал:«Да соберётся вода, которая под небом в одно место, и да явитсясуша!»
Настал четвертый день, Богсказал:«Да будут светила на тверди небесной, для отделения дня и ночи, идля знамений и времен, и дней и годов; и да будут они светильниками на твердинебесной, что бы светить на Землю!»Это означало о появлении Солнца, Луны извезд.
В пяты день Бог создал пресмыкающихся,животных, рыб и «всякую птицу пернатую», а в шестой день создалпервого человека.
Из другой священной книги—Корана—тоже можно узнать о шестидневномсотворении Мира, о том, как Бог (Аллах) создал «семь небес» и«семь земель», причем сначала небеса и земли были соединены, а потомразъединились.
Инфляционная и богословная теориинаиболее распространены на Земле, и всегда будут сторонники той или инойтеории. Я бы хотел ближе рассмотреть тему происхождения и эволюции звезд ипланет. Обсудим подробнее, что представляют собой звезды — эти светящиеся точкина небосклоне — в свете современной концепции.
Сначала формируется протозвезда. Частицыгигантского движущегося газопылевого облака в некоторой области пространствапритягиваются между собой за счет гравитационных сил. Происходит это оченьмедленно, ведь силы, пропорциональные массам входящих в облако атомов (восновном атомов водорода) и пылинок, чрезвычайно малы. Однако постепенночастицы сближаются, плотность облака нарастает, оно становится непрозрачным,образующийся сферический «ком» начинает понемногу вращаться, растет исила притяжения, ведь теперь масса «кома» велика. Все больше и большечастиц захватывается, все больше плотность вещества. Внешние слои давят навнутренние, давление в глубине растет, а, значит, растет и температура. (Именнотак обстоит дело с газами, которые были подробно изучены на Земле). Наконец,температура становится такой большой — несколько миллионов градусов, — что вядре этого образующегося тела создаются условия для протекания ядерной реакциисинтеза: водород начинает превращаться в гелий. Об этом можно узнать,регистрируя потоки нейтрино — элементарных частиц, выделяющихся при такойреакции. Реакция сопровождается мощным потоком электромагнитного излучения,которое давит (силой светового давления, впервые измеренной в Земнойлаборатории П.Лебедевым) на внешние слои вещества, противодействуя гравитационномусжатию. Наконец, сжатие прекращается, поскольку давления уравновешиваются, ипротозвезда становится звездой. Чтобы пройти эту стадию своей эволюциипротозвезде нужно несколько миллионов лет, если ее масса больше солнечной, инесколько сот миллионов лет, если ее масса меньше солнечной. Звезд, массыкоторых меньше солнечной в 10 раз, очень мало.
Масса является одной из важныххарактеристик звезд. Любопытно отметить, что довольно распространены двойныезвезды — образующиеся вблизи друг друга и вращающиеся вокруг общего центра. Ихнасчитывается от 30 до 50 процентов от общего числа звезд. Возникновениедвойных, вероятно, связано с распределением момента количества движенияисходного облака. Если у такой пары образуется планетная система, то движениепланет может быть довольно замысловатым, а условия на их поверхностях будутсильно изменяться в зависимости от расположения планеты на орбите по отношениюк светилам. Весьма возможно, что стационарных орбит, вроде тех, что могутсуществовать в планетных системах одинарных звезд (и существуют в Солнечнойсистеме), не окажется совсем. Обычные, одинарные звезды в процессе своегообразования начинают вращаться вокруг своей оси.
Другой важной характеристикой являетсярадиус звезды. Существуют звезды — белые карлики, радиус которых не превышаетрадиуса Земли, существуют и такие — красные гиганты, радиус которых достигаетрадиуса орбиты Марса. Химический состав звезд по спектроскопическим данным всреднем такой: на 10000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомовкислорода, 2 атома азота, 1 атом углерода, остальных элементов еще меньше.Из-за высоких температур атомы ионизируются, так что вещество звезды является восновном водородно-гелиевой плазмой — в целом электрически нейтральной смесьюионов и электронов. В зависимости от массы и химического состава исходногооблака образовавшаяся звезда попадает на тот или иной участок, так называемойглавной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Последняяпредставляет собой координатную плоскость, на вертикальной оси которойоткладывается светимость звезды (т.е. количество энергии, излучаемой ей вединицу времени), а на горизонтальной — ее спектральный класс (характеризующийцвет звезды, который в свою очередь зависит от температуры ее поверхности). Приэтом «синие» звезды более горячие, чем «красные», а наше«желтое» Солнце имеет промежуточную температуру поверхности порядка6000 градусов) (рис.2). Традиционно спектральные классы от горячих к холоднымобозначаются буквами O,B,A,F,G,K,M, при этом каждый класс делится на десятьподклассов. Так, наше Солнце имеет спектральный класс G2. На диаграмме видно,что большинство звезд располагается вдоль плавной кривой, идущей из левоговерхнего угла в правый нижний. Это и есть главная последовательность. НашеСолнце также находится на ней. По мере «выгорания» водорода в центрезвезды ее масса немного меняется и звезда немного смещается вправо вдольглавной последовательности. Звезды с массами порядка солнечной находятся наглавной последовательности 10-15 млрд. лет (наше Солнце находится на ней ужеоколо 4,5 млрд. лет). Постепенно энергии в центре звезды выделяется все меньше,давление падает, ядро сжимается, и температура в нем возрастает. Ядерныереакции протекают теперь только в тонком слое на границе ядра внутри звезды. Врезультате звезда в целом начинает «разбухать», а ее светимостьувеличиваться. Звезда сходит с главной последовательности и перебирается вправый верхний угол диаграммы Герцшпрунга-Рессела, превращаясь в так называемый«красный гигант». После того, как температура сжимающегося (теперьуже гелиевого) ядра красного гиганта достигнет 100-150 млн. градусов,начинается новая ядерная реакция синтеза — превращение гелия в углерод. Когда иэта реакция исчерпает себя, происходит сброс оболочки — существенная частьмассы звезды превращается в планетарную туманность. Горячие внутренние слоизвезды оказываются «снаружи», и их излучение «раздувает»отделившуюся оболочку. Через несколько десятков тысяч лет оболочкарассеивается, и остается небольшая очень горячая плотная звезда. Медленноостывая, она переходит в левый нижний угол диаграммы и превращается в«белый карлик». Белые карлики, по-видимому, представляют собойзаключительный этап нормальной эволюции большинства звезд.
Но встречаются и аномалии. Некоторыезвезды время от времени вспыхивают, превращаясь в новые звезды. При этом оникаждый раз теряют порядка сотой доли процента своей массы. Из хорошо известныхзвезд можно упомянуть новую в созвездии Лебедя, вспыхнувшую в августе 1975 годаи пробывшую на небосводе несколько лет. Но иногда случаются и вспышкисверхновых — катастрофические события, ведущие к полному разрушению звезды, прикоторых за короткое время излучается энергии больше, чем от миллиардов звездтой галактики, к которой принадлежит сверхновая. Такое событие зафиксировано вкитайских хрониках 1054 года: на небосводе появилась так