Вопрос 30. Происхождение Вселенной. Концепция Большого Взрыва

Вселенная – это весь материальный мир, бесконечно большой в пространстве и времени. Человеческому наблюдению доступна только часть вселенной, которая называется МЕТАГАЛЛАКТИКА и видимые размеры которой (10 в 28 степени) метров.

Изучение Вселенной осуществляет наука КОСМОЛОГИЯ, которая представляет собой совокупность астрономии и физики. Одним из основных вопросов космологии является вопрос о происхождении Вселенной.

Первым, кто попытался ответить на этот вопрос был Энштейн, решая уравнения общей теории относительности он представил теорию стационарной Вселенной. Согласно данной теории вслеленная существует вечно, она не изменяется в размерах и структуре.

В 1923 году русский ученый АА Фридман, решая уравнения общей теории относительности представил теорию нестационарной Вселенной. Согласно данной теории Вселенная существует определенный момент времени и постоянно изменяет свои размеры и струкртуру под воздействием определенных физических законов.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хабби, Наблюдая за небесными телами обнаружил, что они с огромной скоростью отдаляются друг от друга. На основе этого Хабби сделал заключение, что Вселенная расширяется, а поскольку она расширяется, значит имеет определенное первоначальное состояние. Данное состояние Хабби назвал началом Вселенной и рассчитал приблизительный возраст Вселенной 13,5 миллиардов лет.

В последствии для объяснения механизма возникновения Вселенной в космологии была построена теория БОЛЬШОГО ВЗРЫВА:

Согласно данной теории Вселенная в первоначальном состоянии представляла собой чрезвычайно маленькую ядерную каплю с чрезвычайно высокой температурой и чрезвычайно высокой плотностью вещества. В определенный момент времени в каждой точке ядерной капли произощел взрыв. Данный момет времени считается началом возникновения Вселенной, а значит, началом возникновения пространства и времени. Последующее развитие Вселенной сопровождалось уменьшением плотности вещества, снижением температуры и включала в себя 4 основных этапа:

1. Адронный этап

2. Лептонный этап

3. Фотонный этап

4. Звездный этап

Адронный этап- 0,0001 с – на данном этапе формируются первичные адроны ( протоны, нейтроны) при взаимодействии которых возникают первичные атомные ядра. На данном этапе доминирующим является сильное взаимодействие.

Лептонный этап – 1-10 с.- на данном этапе образуются первичные лептоны ( электроны). При взаимодействии лептонов с существующими атомными ядрами возникают первичные атомы и молекулы. На данном этапе доминирует электромагнитное взаимодействие.

Фотонный этап – несколько миллионов лет- на данном этапе материя подразделяется на 2 основные формы: вещество отделенное от энергии. На данном этапе доминирует слабое взаимодействие.

Звездный этап – 13 миллиардов лет- на данном этапе образуются все небесные тела, существующие в настоящее время во Вселенной. Доминирующим является гравитационное взаимодействие.

Вопрос 31. Структура Вселенной.

Структура Вселенной – предмет изучения космологии – одной из важных отраслей естествознания, – находящейся на стыке многих естественных наук: астрономии, физики, химии и др. Главные составляющие Вселенной – галактики, представляющие собой громадные звездные системы, содержащие не менее 100 млрд. звезд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет, Галактика содержит разреженный газ и космическую пыль.

Космологические модели Вселенной. Модели Вселенной в разные времена были различными, но главная их особенность состояла в неизменности Мира в целом, т.е. это были стаци­онарные модели. Основным доказательством этого была видимая неизменность звездного неба. Даже великий А. Эйнштейн, создавая в начале 20 в. общую теорию относитель­ности, был уверен в стационарности Вселенной.

В 1922 г. молодой советский физик-теоретик Л.А. Фридман, анализируя космологические уравнения Л. Эйнштейна, пришел к выводу, что они допускают нестационарность Все­ленной (расширение или сжатие). Согласно Фридману, существует два типа моделей: расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная. Выбор их определяется величиной средней плот­ности материи во Вселенной относительно ее критического значения. По современным представлениям, _кр  10^-26 кг/м. Если средняя плотность материи во Вселенной  < _кр , то это соответствует расширяющейся (открытой) Вселенной. При  < _кр галактики будут сбегаться, что соответствует сжимающейся (закрытой) Вселенной. В настоящее время средняя плотность оценивается равной 10^-28 кг/м, что означает, что наша Вселенная открытая и будет расширяться бесконечно. Таким образом, Вселенная представляется не только безграничной, но и пространственно бесконечной. В случае  < _кр , т.е. в закрытой Вселенной расширение рано или поздно сменилось бы сжатием и галактики стали бы сбегаться. Вселенная в этом случае являлась бы безграничной, но пространственно конечной, подобно сфере.