26. Основные случайные задержки на пути развития вселенной
Природа темной энергии, загадочного агента, вызывающего ускорение расширения Вселенной - одна из самых больших проблем науки. Чтобы понять ее лучше, астрономы находят новые способы определить его влияние на Вселенную. Недавний прорыв в этой области был совершенный Алексеем Виклининым и его коллегами, изучает, как темная материя замедляет эволюцию больших структур, что приводит к замедлению развития Вселенной.
Что конкретно меняется в сегодняшней Вселенной с наличием темной энергии? Что если лишить раннюю Вселенную отталкивающего действия, а все остальное - количество материи, и крошечные неравномерности, наблюдаемые в космическом микроволновом фоне - осталось бы тем же? В таком сценарии, как бы Вселенная выглядела спустя 13.7 миллиарда лет? В соревновании между притяжение темной материи и отталкиванием темной энергии, что случится если изъять последнюю еще до того, как начнется вся эта игра?
Оказывается, что последствия этого будут весьма драматичны. Если бы не было темной энергии, Вселенная бы расширялась на 50% медленнее, а космические структуры - такие как галактики и скопления галактик были бы гораздо массивнее и росли бы еще больше. Поглощение галактик было бы совершенно обычным делом. Наш Млечный Путь, по всей видимости, уже бы объединился с Туманностью Андромеды, и эта огромная галактика была бы уже на пути вхождения в скопление Девы. Интересно думать о том, что этот загадочный агент, который оказал такое влияние на формирование Вселенной, известен всего 10 лет.
Эффект темной энергии иллюстрируется на следующем рисунке, показывающем, масштаб Вселенной (внизу) и рост больших структур (вверху), как они могли бы меняться со временем. Рост структур проиллюстрирован весом галактических кластеров как дял формирования новых объектов, так и для общего увеличения массы существующих скоплений.
Оранжевая линия показывает существующую Вселенную, желтая - Вселенную высокой плотности без темной энергии, синяя- Вселенную низкой плотности без темной энергии. Из графиков видно, как темная энергия сдерживает развитие Вселенной.
Еще один важный вопрос в том, можем ли мы исключить возможность, что темной энергии нет в наблюдаемой Вселенной? Чтобы исследовать его, придется придумать Вселенную, в которой темной энергии никогда не существовало, и ее расширение не ускорялось (см. синюю линию). Можно ли отличить поведение такой вселенной от поведения наблюдаемой части нашей Вселенной? И как следствие, можно ли посмотреть назад во времени на отдаленные скопления и определить влияние на них темной энергии?
Ответ из работ Виклихина и др. - однозначно "да". Наблюдаемая расширяющаяся Вселенная расширялась медленнее в прошлом чем такая же вселенная низкой плотности, но без темной энергии (приведем простую аналогию - мы обгоняем машину, которая движется медленнее, мы знаем, что движемся быстрее, это значит, что мы были позади этой машины некоторое время назад). Медленное расширение подразумевает больший рост в прошлом у расширяющейся вселенной с темной энергией, что и наблюдается в настоящий момент. Разница в массе типичного галактического скопления примерно на 30% больше, чем у вселенной низкой плотности без темной энергии. Иными словами, коэффициент увеличения массивного кластера примерно 12.5, тогда как в модели низкой плотности всего 7.
На основе предыдущих исследований кластеров, астрономы уже знали, что мы живем во Вселенной скорее низкой, чем высокой плотности. С 1998 года из измерений расстояний до галактик по сверхновым, мы знали, что темная энергия в настоящий момент доминирует масс-энергетическом составе Вселенной. Новая работа теперь раскрывает влияние темной материи на рост космических структур и, в комбинации с ранними работами, предоставляет полную картину того, что есть темная энергия.
27. Структурные уровни материи в мегамире в рамках выделения космических тел и диффузной материи в рамках геоцентрической, гелеоцентрической и космоцентрической (космологической) картины мира. «древо» эволюции мира на основе концепции «стрел времени»
Э
кспериментальным
подтверждением стандартной теории
Большого взрыва являются:
1. Расширение Вселенной – разбегающиеся галактики (красное смещение линий в спектрах элементов удаленных галактик в сторону более длинных волн по сравнению с линиями в спектрах аналогичных элементов на Земле).
2. Реликтовое излучение фотонов и нейтрино, образовавшихся в ранней стадии расширения Вселенной.
3. Химический состав наблюдаемой части Вселенной в среднем одинаков: вещество в ней на 77% состоит из водорода и на 22% - из гелия, причем такое значительное обилие гелия невозможно объяснить термоядерными реакциями в звездах.
4. Значительное превышение концентрации фотонов космического электромагнитного излучения, не имеющего никакого отношения к излучению наблюдаемых ныне звезд и других объектов, над концентрацией вещества (барионов-протонов и нейтронов):
5. Оценки возраста горных пород Земли и метеоритов дают значения времени их существования 4,5…17,5 млрд. лет, что служит косвенным указанием для величины возраста Вселенной.
6. Вселенная в целом находится в состоянии, далеком от теплового равновесия, и в условиях, когда видимое вещество в ней очень разрежено.
7. Модель Галактики и Метагалактики, приведенная ниже (схема 32).
Масштаб:
Земная орбита = внутренней орбите атома водорода в классической модели Бора (радиус этой орбиты равен 0,53×10-8см)
Галактика в этом масштабе:
•Расстояние до ближайшей звезды Проксима будет 0,014 мм;
•Расстояние до центра Галактики около 10 см;
•Размеры нашей звездной системы будут около 35 см;
•Диаметр Солнца будет 0,0046А (ангстрем – единица длины, равная 10-8см).
Реальные размеры Галактики: диаметр – 120 тыс. световых лет, толщина 10 тыс. световых лет
Метагалактика в этом масштабе:
•Расстояние до туманности Андромеды будет 6м (реальное её удаление 1,5 млн. световых лет);
•Расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик будет 120м, причем такого же порядка будет размер самого скопления (реальное удаление 50 млн. световых лет);
•Расстояние до радиогалактики Лебедь-А будет 2,5км;
•Расстояние до радиогалактики 3С-295 будет 25км (реальное ее удаление 5 млрд. световых лет).
Скорость удаления радиогалактики Лебедь-А – около 17 тыс. км/с, радиогалактики 3С-295 – около 138 тыс. км/с
Реальные размеры Метагалактики около 20 млрд. световых лет
В стандартной модели эволюции на космологическом уровне выделяют основные этапы космической шкалы времени, которые совместно с характерными процессами им соответствующими, приведены фрагментарно в схеме
28.Биология в контексте интеллектуальной структуры
Современная биология – это совокупность наук о живой природе. Основные направления биологических исследований представлены в виде схематической таблицы.
Основные направления биологических исследований.
Изучение закономерностей строения и жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов. Изучение экосистем.
Основные науки:
зоология; ботаника; физиология; этология; физиология растений; биохимия; общая микробиология; гидробиология; биоценология; биоэкология.
Изучения строения и жизнедеятельности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов
Основные науки:
цитология; физиология клетки; биофизика; генетика; эмбриология; цитоэмбриология растений; индивидуальное развитие растений – растениеводство.
Изучение закономерностей исторического развития организмов.
Основные науки:
эволюционная биология; эволюционная палеонтология; эволюционная морфология животных; эволюционная гистология; эволюционная биохимия; эволюционная теория возникновения и развития живой материи на Земле.
Новейшие направления биологических исследований.
Основные науки:
молекулярная биология; молекулярная генетика; биоэкологические проблемы биосферы и ее преобразования в ноосферу; космическая биология; теоретическая биология на основе применения математики и кибернетики в биологии.
Опираясь на основные идеи естественных наук, сформулированные американскими физиками Р. Хейзеном и Д. Трефилом, мы очертим основные направления биологических исследований всего в четырех фразах:
- Всё живое состоит из клеток, представляющих заводы жизни.
- Всё живое основано на генетическом коде.
- Все формы появились в результате естественного отбора.
- Всё живое связано между собой (в этой фразе заключена суть всей биоэкологии).
При этом мы выделим три среза естественнонаучной картины мира для живой природы. С точки зрения стратегий познания, к классическому естествознанию следует отнести натуралистскую биологию, к неклассическому физико-химическую биологию, к эволюционной концепции стрел времени – эволюционную биологию.