X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Вопрос о происхождении Вселенной и Земли является ключевым в космологии – науке о структуре и развитии Вселенной. Вселенная – это весь мир, бесконечный во времени и в пространстве и безгранично разнообразный по тем формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Основой изучения Вселенной является признание её материальности, объективности, независимости от человеческого сознания. В широком смысле Вселенная является предметом изучения всего естествознания, каждая отрасль которого изучает одну из сторон Вселенная. В более узком смысле наукой о Вселенной является астрономия, изучающая пространственно-временнóе распределение материи во Вселенной, строение и развитие небесных тел и их систем. Вопрос о Вселенной в целом составляет предмет космологии.

Космология рассматривает вопрос о происхождении Вселенной как одну из интереснейших и до сих пор недостаточно изученных загадок. Природа процессов, способствовавших возникновению звёзд, галактик, солнечных систем и планет, их развитие, источник появления Вселенной, а также её размеры и границы: все это лишь краткий перечень вопросов современной космологии.

Основными теориями происхождения Вселенной являются:

Вселенная – творение Бога, так называемый, креационизм.

Теория стационарной Вселенной, сущность которой можно выразить следующей формулировкой, – Вселенная существовала всегда в неизменном состоянии, так считали сторонники теории стационарной Вселенной, популярной в 50–60-е годы XX века. Эта теория утратила свою актуальность, когда было открыто реликтовое излучение.

Большой Взрыв. В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 10¹² К, а плотность первоначальной субстанции была очень велика произошёл Большой Взрыв.

Циклическая модель – это теория не отвергает теорию Большого Взрыва, а утверждает, что было много последовательных Больших Взрывов. Между двумя большими взрывами был Большой хлопок: Вселенная расширялась до предела, а потом сжималась. Осцилляция между возникновением и разрушением называется Большой отскок. Изучив реликтовое излучение, учёные пришли к выводу, что Вселенная может закончиться «Большим замораживанием или Тепловой смертью», а не Большим хлопком.

Хотелось бы остановиться на Теории Большого Взрыва.

Большой взрыв – общепринятая космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно – начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.

Главным постулатом теории становится утверждение о том, что до этого события все элементы нынешней Вселенной были заключены в частице, имевшей микроскопические размеры. Находясь внутри неё, элементы характеризовались сингулярным состоянием, при котором такие показатели, как температура, плотность и давление не могут быть измерены. Они бесконечны. На материю и энергию в этом состоянии не воздействуют законы физики. Высказывается гипотеза, что причиной взрыва, происшедшего около 15 миллиардов лет назад, называют возникшую внутри частицы нестабильность. Разлетевшиеся мельчайшие элементы положили начало тому миру, который мы знаем сегодня.

Обычно сейчас сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения, и рассматривается далее.

Рассмотрим хронологию событий в теории Большого Взрыва.

Рис. 1 – Модель расширяющейся Вселенной

Точку отсчёта времени жизни эволюционирующей Вселенной начинается с момента, когда произошёл Большой Взрыв, и внезапно нарушилось состояние сингулярности. Современная теория Большого Взрыва в целом довольно успешно описывает эволюцию Вселенной, начиная примерно с 10^-44 секунды после начала расширения. Слабым звеном в этой теории считают проблему начала – физического описания сингулярности. Как гласит теория большого взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объёмом и бесконечно высокими плотностью и температурой, в котором была сосредоточена материя. Это явление называют сингулярностью.

Время эволюции Вселенной оценивается в 13,7–13,8 млрд лет. Теоретические расчёты показали, что в сингулярном состоянии её радиус был близок к радиусу электрона, следовательно, она была микрообъектом ничтожно малых масштабов. Предполагается, что здесь начали сказываться характерные для элементарных частиц квантовые закономерности.

Вселенная перешла к расширению от первоначального сингулярного состояния в результате Большого Взрыва, который заполнил всё пространство. Возникла температура 100 000 млн градусов по Кельвину, при которой не могут существовать молекулы, атомы и даже ядра. Вещество находилось в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, и фотоны, и меньше было протонов и нейтронов. В конце третьей минуты после взрыва температура Вселенной понизилась до 1 млрд градусов по Кельвину. Стали образовываться ядра атомов – тяжёлого водорода и гелия, но вещество Вселенной состояло к этому времени в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино. Через несколько сотен тысяч лет начали образовываться атомы водорода и гелия, образуя водородно-гелиевую плазму.

Астрономы обнаружили реликтовое радиоизлучение в 1965 г. – излучение горячей плазмы, которая сохранилась с того времени, когда ещё не было звезд и галактик. Из смеси водорода и гелия в процессе эволюции возникло всё многообразие современной Вселенной. По теории Дж. Х. Джинса главным фактором эволюции Вселенной является её гравитационная неустойчивость: материя не может распределяться с постоянной плотностью в любом объёме. Однородная первоначально плазма распалась на огромные сгустки. Из них образовались скопления галактик, которые распались на протогалактики, а из них возникли протозвёзды. Этот процесс продолжается и в наше время. Вокруг звёзд сформировались планетные системы. Данная модель (стандартная) Вселенной не является достаточно обоснованной, остаётся много вопросов. Доводами в её пользу являются лишь установленные факты расширения Вселенной и реликтовое излучение.

Известный американский астроном Карл Саган построил наглядную модель эволюции Вселенной, в которой космический год равен 15 млрд земных лет, а 1 секунда – 500 годам; тогда в земных единицах времени эволюция представится так:

Большой взрыв 1 января 0 час.0 мин.

Образование галактик 10 января.

Образование Солнечной системы 9 сентября.

Образование Земли 14 сентября.

Возникновение жизни на Земле 25 сентября.

Океанский планктон 18 декабря.

Первые рыбы 19 декабря.

Первые динозавры 24 декабря.

Первые млекопитающие 26 декабря.

Первые птицы 27 декабря.

Первые приматы 29 декабря.

Первые гоминиды 30 декабря.

Первые люди 31 декабря примерно в 22 часа 30 минут.

Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ответить на множество вопросов относительно рождения Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого Взрыва. Пространство, время родились вместе с материей, энергией. То есть, являются результатом Большого Взрыва. Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.

Список использованных источников

1. Демин В.Н. Тайны Вселенной. – Москва, 1998.

2. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. – Москва, 1990.

3. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие / Френкель Е.Н. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

4. https://hi-news.ru/space/teoriya-bolshogo-vzryva-istoriya-evolyucii-nashej-vselennoj.html

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Большой_взрыв

6. https://сезоны-года.рф/Вселенная.html

7. http://wikinauka.ru/astronomy/теории-гипотезы-возникновения-жизни.html

Код для цитирования: Скопировать