Структурные уровни организации материи. Микро, макро, мега миры
существования Вселенной бесконечно, т.ё. не имеет ни начала, ни
конца, а пространство безгранично, но конечно.
Вселенная в космологической модели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна
во времени и безгранична в пространстве.
В 1922г. русский математик и геофизик А.А Фридман отбросил постулат
классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение
уравнения Эйнштейна, описывающее Вселенную с “расширяющимся” пространством.
Поскольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, то сегодня
мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.
В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал “расширение”
пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие
начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и
рождения Вселенной как Большого взрыва.
В 1929 году американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил существование
странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики
движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально
расстоянию, - система галактик расширяется.
Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Согласно
теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном
состоянии был 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее
плотность составляла 1096 г/см3. В сингулярном состоянии Вселенная
представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. От первоначального
сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого
взрыва.
Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет.
Г.А. Гамов предположил, что температура вещества была велика и падала с
расширением Вселенной. Его расчеты показали, что Вселенная в своей эволюции
проходит определенные этапы, в ходе которых происходит образование
химических элементов и структур. В современной космологии для наглядности
начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры”[3]
Эра адронов. Тяжелые частицы, вступающие в сильные взаимодействия.
Эра лептонов. Легкие частицы, вступающие в электромагнитное
взаимодействие.
Фотонная эра. Продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы —
энергии Вселенной — приходится на фотоны.
Звездная эра. Наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В
звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.
Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры
Метагалактики.
В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва весьма
популярна инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается творение
Вселенной. Идея творения имеет очень сложное обоснование и связана с
квантовой космологией. В этой модели описывается эволюция Вселенной начиная
с момента 10-45 с после начала расширения.
Сторонники инфляционной модели видят соответствие между этапами
космической эволюции и этапами творения мира, описанными в книге Бытия в
Библии[4].
В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней
Вселенной проходит ряд этапов.
Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние
квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10-50 см
Стадия инфляции. В результате квантового скачка Вселенная перешла в
состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения
интенсивно расширялась по экспоненциальному закону. В этот период
создавалось само пространство и время Вселенной. За период инфляционной
стадии продолжительностью 10-34. Вселенная раздулась от невообразимо малых
квантовых размеров 10-33 до невообразимо больших 101000000см, что на много
порядков превосходит размер наблюдаемой Вселенной — 1028 см. Весь этот
первоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения.
Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума
распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и
античастиц, которые, проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения
(света), осветившего космос.
Этап отделения вещества от излучения: оставшееся после аннигиляции
вещество стало прозрачным для излучения, контакт между веществом и
излучением пропал. Отделившееся от вещества излучение и составляет
современный реликтовый фон, теоретически предсказанный Г. А. Гамовым и
экспериментально обнаруженный в 1965 г.
В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально
простого однородного состояния к созданию все более сложных структур —
атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу
тяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для создания
жизни, возникновению жизни и как венца творения — человека.
Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели
Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10-30 с,
далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов
космической эволюции нет.
Пока же эти модели с помощью знаний и фантазии можно рассчитывать на
компьютере, а вопрос остается открытым.
Самая большая трудность для ученых возникает при объяснении причин
космической эволюции. Если отбросить частности, то можно выделить две
основные концепции, объясняющие эволюцию Вселенной: концепцию
самоорганизации и концепцию креационизма.
Для концепции самоорганизации материальная Вселенная является
единственной реальностью, и никакой другой реальности помимо нее не
существует. Эволюция Вселенной описывается в терминах самоорганизации: идет
самопроизвольное упорядочивание систем в направлении становления все более
сложных структур. Динамичный хаос порождает порядок.
В рамках концепции креационизма, т.е. творения, эволюция Вселенной
связывается с реализацией программы, определяемой реальностью более
высокого порядка, чем материальный мир. Сторонники креационизма обращают
внимание на существование во Вселенной направленного номогенца — развития
от простых систем ко все более сложным и информационно емким, в ходе
которого создавались условия для возникновения жизни и человека. В качестве
дополнительного аргумента привлекается антропный принцип, сформулированный
английскими астрофизиками Б. Карром и Риссом.
Среди современных физиков – теоретиков имеются сторонники, как концепции
самоорганизации, так и концепции креационизма. Последние признают, что
развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной
необходимостью разработку единой научно – технической картины мира,
синтезирующей все достижения в области знания и веры.
Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до
гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная
структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе
которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из
протопланетного облака – планеты.
Метагалактика – представляет собой совокупность звездных систем –
галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве,
заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом
межгалактическими лучами.
Согласно современным представлениям, для метагалактики характерно
ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Существуют огромные объемы
пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактик
пока не обнаружено.
Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование
структуры приходиться на период, следующий за разъединением вещества и
излучение. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15
млрд. лет.
Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и
туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.
По форме галактики условно распределяются на три типа: эллиптические,
спиральные, неправильные.
Эллиптические галактики – обладают пространственной формой эллипсоида с
разной степенью сжатия они являются наиболее простыми по структуре:
распределение звезд равномерно убывает от центра.
Спиральные галактики – представлены в форме спирали, включая спиральные
ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша
Галактика – млечный путь.
Неправильные галактики – не обладают выраженной формой, в них
отсутствует центральное ядро.
Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным
радиоизлучением, превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики.
В ядре галактики сосредоточенны самые старые звезды, возраст которых
приближается к возрасту галактики. Звезды среднего и молодого возраста
расположены в диске галактики.
Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным
образом вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной,
кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.
Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится
преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике
сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные
образования различной величины, температуры, с разной характеристикой
движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная
субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.
Возраст звезд меняется в достаточно большом ди
| |  скачать работу |
Структурные уровни организации материи. Микро, макро, мега миры |
