Народження всесвіту

Вивчає процеси самоорганізації на прикладі деяких властивостей біологічних систем, звертаємося до розгляду систем мегамира. Розвиток Всесвіту як цілого вивчає космологія – наука, яка зараз активно розвивається.
ЕФЕКТ ДОПЛЕРА І ЧЕРВОНЕ ЗСУВ. У 1929 р американський астроном Едвін Хаббл, вивчаючи спектри галактик, встановив, що лінії поглинання в цих спектрах істотно зміщені по довжині хвилі в червону сторону (у напрямку більш довгих хвиль у порівнянні зі стандартними лабораторними спектрами). Цей ефект, названий червоним зміщенням в спектрах далеких галактик, пояснюється на підставі ефекту Доплера як наслідок видалення галактик одна від одної.
Ефект Доплера полягає в тому, що якщо джерело випромінювання рухається щодо приймача випромінювання зі швидкістю о, то замість випромінювання на довжині хвилі λ0 приймач реєструє випромінювання з довжиною хвилі λ, так, що виконується співвідношення
(λ – λ0) / λ0 = v / с,
де v – швидкість джерела відносно приймача, с – швидкість світла. Довжина хвилі збільшується, якщо джерело віддаляється від приймача, і відповідно зменшується при їх зближенні.
Хаббл встановив, що швидкості видалення далеких галактик до пропорційні відстаням до них – r. Коефіцієнт пропорційності був названий згодом постійної Хаббла – Н. Ця закономірність отримала назву закону Хаббла:
v = Н • r.
Зазвичай космічні відстані вимірюють у парсеках (1пк = 3,26 св. Р), мегапарсек (Мпк), швидкість видалення галактики – в км / с, тоді Н становить приблизно 75 (км / с) / Мпк.
Розбігання галактик може бути пояснено розширенням всього Всесвіту. Таким чином, спостереження Хаббла вперше встановили її нестаціонарність.
Незадовго до відкриття Хаббла, в 1922 р, російський вчений Олександр Фрідман, працював у той час у Ленінграді, теоретично показав неможливість існування стаціонарного Всесвіту і розрахував можливі варіанти її еволюції, які зараз називають моделями Фрідмана. Згідно цим моделям, якщо середня щільність Всесвіту перевершує деяке критичне значення 10-29 г / см3, то через деякий час під дією гравітації почнеться процес зближення галактик і схлопування Всесвіту. Якщо середня щільність Всесвіту менше критичної, то її чекає нескінченне розширення. І тільки у випадку рівності середньої щільності речовини Всесвіту і критичної щільності розширення Всесвіту через якийсь час сповільниться і зупиниться.
З’явилися моделі Всесвіту, що пояснюють її розширення дією так званого фізичного вакууму, найважливішим властивістю якого є антигравітація.
ГІПОТЕЗА ВЕЛИКОГО ВИБУХУ. ФОРМУВАННЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І ЕВОЛЮЦІЯ ВСЕСВІТУ. Спостережуване розширення Всесвіту можна трактувати як наслідок первісного Великого вибуху, що стався на початку існування нашого Всесвіту. Згідно з сучасними даними сталося це приблизно 14 млрд років тому. У перші миті Всесвіт була дуже гарячою і щільною (Т> 1030К, р> 1093 г / см3 і вище), наповненою випромінюванням і народжуються і анігілюють елементарними частинками і їх античастинками. Далі, в розширюється і остигає Всесвіту залишилися електрони, ядра атомів водню, гелію, а також дейтерію і літію в незначних кількостях. При охолодженні Всесвіту електрони і ядра стали об’єднуватися в атоми (епоха рекомбінації та відділення випромінювання від речовини при Т≈4000 К) (рис. 94). Через мільйони років у вже холодною, розрядженою Всесвіту почалося формування галактик через гравітаційної нестійкості хмар газу. У галактиках народилися зірки першого покоління, до складу яких входили в основному водень і гелій.
У 1965 р американські радіоастрономи А. Пензиас і Р. Вільсон виявили радіовипромінювання Всесвіту, досить рівномірно йде по усіх напрямках, що не має джерела, з температурою близько 2,7 К. Це випромінювання, назване реліктовим, інтерпретують як залишкове випромінювання ранньої гарячого Всесвіту. Це відкриття стало експериментальним підтвердженням моделі еволюції ранньому Всесвіті.
Формування більш важких, ніж водень і гелій, хімічних елементів (аж до заліза) відбувається лише в надрах зірок. Елементи важче заліза синтезуються за сучасними уявленнями тільки при спалахах наднових зірок, які відбуваються в результаті еволюції надмасивних зірок. Зірки другого покоління поряд з воднем і гелієм містять більш важкі елементи (азот, кисень, неон та ін.). Планетні системи, мабуть, народжуються разом з поодинокими зірками другого покоління. Вік нашого Сонця і тіл Сонячної системи оцінюють у 4,5-5 млрд років. Сонце – зірка другого покоління.
Всесвіт згідно сучасним уявленням не стаціонарний, вона еволюціонує. Спостерігається прискорене розширення Всесвіту. Хімічні елементи синтезувалися в ході еволюції Всесвіту і космічних об’єктів. насамперед зірок.
Чому спостережуваний в спектрах далеких галактик зрушення спектральних ліній називають червоним зміщенням?
Які процеси проходили в ранньому Всесвіті згідно зі сценарієм Великого вибуху?
Яким фрідмановскіх сценаріями суперечить спостережуване зараз розширення Всесвіту?

Посилання на основну публікацію