Ксе, лекция 21

При излучении галактик выяснилось, что у нашей галактики, а так же и у других галактик имеются звёздные системы, называемые спутниками галактик. Эти звёздные системы вращаются вокруг галактик на достаточно большом расстоянии от неё. Изучение движения этих спутников показала, что они движутся под действием массы, которая гораздо больше массы видимого вещества. Эта масса в основном сосредоточена не в самой галактике, а в области вне её. Далее выяснилось, что пустоты между галактиками заполнены каким-то веществом, действующим на галактики, но обладающим тем свойством, что свет проходит через это вещество как через пустоту. Этот новый тип вещества был назван скрытой массой или тёмной материей. Наблюдение галактик показывают, что этого вещества во вселенной в 100 раз больше, чем видимого вещества. Проводятся исследования по поиску этой тёмной материи и в нашей Солнечной системе. Это вещество не взаимодействует с обычным веществом за счёт электромагнитных взаимодействий. Если бы Земля столкнулась с астероидом из темного вещества, то мы бы ничего не увидели, но из-за того, что тёмное вещество гравитирует, на Земле начались бы землетрясения, в океанах поднялись бы сильные приливные волны. Выяснилось, что вселенная в основном состоит именно из скрытой массы. Исследования в Солнечной системе не дают никаких данных в пользу того, что в Солнечной системе это вещество имеется, как считается, оно размещается в основном в окрестности галактики. Имеются разные гипотезы о том, что представляет из себя эта материя. Большинство теорий сходятся к тому, что это нейтральные, не взаимодействующие со светом элементарные частицы. В современных ускорителях ищу такие частицы. Эти частицы называются аксиомы или суперчастицы. Имеются и другие гипотезы о том, что такое скрытая масса. Ещё одна из таких теорий состоит в том что тёмная материя это проявление существования других измерений, кроме нашего Пространства-времени. Если есть другие измерения, и в них есть материя, то она проявляет себя как скрытая масса.

4. Космологическая постоянная, или вакуумное вещество.

В последние годы было обнаружено, что далёкие галактики не только удаляются от нас с некоторой скоростью, но ещё и ускоряются. Такое ускорение галактик возможно, если во вселенной на больших расстояниях действует особая сила отталкивания. Такое отталкивание было предсказано Эйнштейном в 1917 году, когда он высказал гипотезу о том, что может существовать особая форма материи, плотность которой одинакова во всём пространстве и является некоторой постоянной величиной, названной им космологической постоянной. Согласно этой идее имеется три типа вещества во вселенной - 1) частицы, которые могут быть как в движении, так и в покое, это обычные протоны, электроны и т.д. 2) частицы, которые могут быть только в движении, и никогда в покое. 3) возможно существование в покое относительно любого наблюдателя, с какой бы скоростью он не двигался. Такое вещество было названо вакуумоподобным, оно характеризуется свойством вакуума в квантовой теории. Отличие космологической постоянной от скрытой массы состоит в том, что скрытая масса распределена во вселенной неоднородно, а космологическая постоянная одинакова в любом месте вселенной, хотя космологическая постоянная может рассматривается в качестве разновидности скрытой массы.

История вселенной и андтопный принцип космологии.

История вселенной выглядит как космическая эволюция, а именно развитие от самого простого к самому сложному. Самым простым во вселенной является вакуум и гравитационное поле. Самым сложным известным образованием во вселенной является человеческий мозг, который состоит из такого же числа нейронов, как и число звёзд в галактике, однако размер мозга намного меньше чем размер галактики. Тем не менее молекулы ДНК, содержащиеся в каждом нейроне, имеют длину порядка метра, толщину порядка анстреама, они скручены в спирали. Если вытянуть эти молекулы в одну линию, то получится расстояние от Солнца до Юпитера.

Земля - 4,5 миллиарда лет назад.

Солнце - 5 миллиардов лет назад.

Эра рекомбинации (первые атомы) - 300000 лет

Огненный шар

Атомные ядра - 3 минуты

Первые элементарные частицы, возникли в следствие гравитации. Из этих частиц образовались протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит всё вещество. К тому же времени относится появление первого света.

Эра инфляции 10 в -35 секунд- когда во вселенной не было ни видимого вещества, не света, было лишь вакуумноподобное вещество.

Время Планка - 10 в -43 секунд - возникновение самого пространства.

Антропный принцип космологии

История вселенной показывает, что вселенная развивается таким образом, что на определённом этапе её развития в ней появляется человек, существо, способное познать историю этой вселенной. Оказывается, что если бы галактики разбегались бы с другой скоростью, чем мы видим, и в эру рекомбинации постоянная Хаббла отличалась бы от её значения на одну миллионную, то человека бы в такой вселенной не могло бы образоваться. Если бы постоянная сильного взаимодействия отличалась от своего значения на 1 в ту или в другую сторону, то внутри звёзд не мог бы образоваться углерод, а значит на планетах не могла бы появится жизнь, и не мог бы появится человек. Время существования вселенной - то самое время, которое необходимо, что бы собрать атомы человеческого тела и его мозг из изначального вакуума и гравитации. Эта идея называется антропным принципом космологии.

Имеется две разные интерпретации антропного принципа.

Первая интерпретация - вселенная устроена по принципу дизайна, то есть вселенная похожа на произведение художника, который с самого начала имел определённую цель - появление человека. Физические законы представляют собой программы, по которым развивается вселенная. Эти программы ведут к реализации определённой цели, которые так или иначе связаны с человеком, ток что человек становится способным понять эти программы. Некоторые богословы указаны о совпадении истории вселенной с историей создания мира в Библии. Первоначальная Земля была безводная и пустая. Затем появляется первый свет - реликтовое излучение.

Другая интерпретация - идея ансамбля миров. Согласно этой идее кроме нашей вселенной существует множество других вселенных. В этих других вселенных антропный принцип не соблюдается. Они расширяются по другому закону, и мировые константы имеют другие значения. Но в этих других вселенных человек появится не может, а значит, их некому наблюдать. По этому, как говорят сторонники идеи ансамбля миров, поскольку человек существует, он может наблюдать только тот мир, который совместен с его существованием. С этой точки зрения только кажется, что вселенная, состоящая из большого количества миров, имеет некоторую цель. Недостатком этой интерпретации является невозможность наблюдать другие миры.