Происхождение и эволюция Вселенной

     Принципиально новый этап в развитии современной  эволюционной космологии связан с именем американского физика Г.А. Гамова (1904-1968), благодаря которому в науку вошло понятие горячей Вселенной. Согласно предложенной им модели «начала» эволюционирующей Вселенной «первоатом» Леметра состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины - один кубический сантиметр первичного вещества весил миллиард тонн. В результате взрыва этого «первоатома» по мнению Г.А. Гамова образовался своеобразный космологический котёл с температурой порядка трёх миллиардов градусов, где и произошел естественный синтез химических элементов. Осколки первичного яйца - отдельные нейтроны затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов. Все это произошло впервые 30 минут после «Большого Взрыва». Горячая модель представляла собой конкретную астрофизическую гипотезу, указывающую пути опытной проверки своих следствий. Гамов предсказал существование в настоящее время остатков теплового излучения первичной горячей плазмы. А его сотрудники Дльфер и Герман еще в 1948г. довольно точно рассчитали величину температуры этого остаточного излучения уже современной Вселенной. Однако Гамову и его сотрудникам не удалось дать удовлетворительное объяснение естественному образованию и распространённости тяжёлых химических элементов во Вселенной, что явилось причиной скептического отношения к его теории со стороны специалистов. Как оказалось, предложенный механизм ядерного синтеза не мог обеспечить возникновение наблюдаемого ныне количества этих элементов.

     Ученые  стали искать иные физические модели «начала». В 1961 году академик Я.Б. Зельдович  выдвинул альтернативную холодную модель, согласно которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных (с температурой ниже абсолютного нуля) вырожденных  частиц - протонов, электронов и нейтрино. Три года спустя астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич произвели  сравнительный анализ двух противоположных  моделей космологических начальных  условий - горячей и холодной  и указали путь опытной проверки и выбора одной из них. Было предложено с помощью изучения спектра излучений  звезд и космических радиоисточников  попытаться обнаружить остатки первичного излучения. Открытие остатков первичного излучения подтверждало бы правильность горячей модели, а если таковые  не существуют, то это будет свидетельствовать  в пользу холодной модели.

     В результате астрономических наблюдений последнего времени удалось однозначно решить принципиальный вопрос о характере  физических условий, господствовавших на ранних стадиях космической эволюции: наиболее адекватной оказалась горячая  модель «начала».

     Согласно  новой модели формирования вселенной, предложенной астрофизиком Государственного университета Нью-Йорка Кеннетом Ланцеттой, на протяжении почти полумиллиарда лет после Большого Взрыва, формально считающегося моментом ее рождения, всё в мире было погружено во мрак. И «разорвал» этот мрак гигантский звездный «взрыв», в результате которого вселенная начала приобретать тот вид, который мы наблюдаем в наши дни. Эта теория полностью опровергает уже устоявшееся мнение о том, что формирование звезд шло постепенно после Большого Взрыва и достигло своего пика примерно 5 миллиардов лет назад. На основании анализа данных, полученного в результате наблюдений за зонами «глубокого космоса», Ланцетта сделал вывод о том, что процесс формирования звезд начался гораздо раньше Большого взрыва и проходил очень стремительно. «Таким образом, - подводит итоги своего исследования Ланцетта, - начальной фазой формирования вселенной стал чрезвычайно интенсивный процесс формирования звезд. И то, что для нас было следствием, теперь можно назвать первопричиной возникновения той вселенной, в рамках которой мы существуем».

     И всё же ни одну из этих теорий нельзя назвать единственно верной с полной уверенностью. Это всего лишь теории, которые не могут быть подтверждены практикой или опытом.  Ведь мы не можем многократно наблюдать её появление, потому что возникновение Вселенной — это уникальное событие.

ЭВОЛЮЦИЯ  ВСЕЛЕННОЙ

     Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать её началом. Тогда началась первая и полная драматизма, эра в истории вселенной, ее называют  "Большим взрывом". Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. Средняя плотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время. Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов лет назад) плотность Вселенной была очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе говоря, энергия всех фотонов содержащихся в 1 куб.см. была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в 1 куб.см.

     На  начальном этапе расширения Вселенной  из фотонов рождались частицы  и античастицы. Этот процесс постоянно  ослабевал, что привело к вымиранию  частиц и античастиц. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскалённого вещества приостановилась. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

     а) Адронная эра.   При очень высоких температурах и плотности, в самом начале существования Вселенной, материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло, прежде всего, из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

     К моменту, когда возраст Вселенной  достиг одной десятитысячной секунды (10-4с.), температура ее понизилась до 1012K, а энергия частиц и фотонов  представляла лишь 100 Мэв (мегаэлектронвольт). Её не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми лёгкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

     б)  Лептонная эра. Когда энергия  частиц и фотонов понизилась в  пределах от 100 Мэв до 1 Мэв, в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.

     Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

     в)  Фотонная эра или эра излучения. Температура Вселенной понизилась до 1010K, а энергия фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по  энергии.

     г) После "Большого  взрыва" наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения "Большого взрыва" (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом "Большого взрыва" её развитие представляется как будто слишком медленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.

     Таким образом, эволюцию Вселенной можно  сравнить с фейерверком, который  окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие  звезды и вспоминаем красоту и  блеск Вселенной. Взрыв суперновой бомбы или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом. 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Вселенная развивается и в наше время. В  спиральных  галактиках рождаются  и умирают звезды. Вселенная продолжает расширяться. Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и  в пространстве, но вся Вселенная  бесконечна и вечна так, как она  является вечно самодвижущейся материей. Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем.

     На  протяжении веков и тысячелетий  великие культуры и цивилизации  выработали своеобразные представления  о Мироздании, связав в тугой узел народные, религиозные и научные  идеи. Но всё же космос до сих пор остаётся тайной. Мы ещё очень мало знаем о нашей Вселенной, а ведь неизвестно: может быть наша Вселенная является лишь малой точкой в огромной бездне космоса. Возможно, что существует множество Вселенных, а возможно и нет. В недалеком будущем с развитием новых технологий будут выдвинуты новые теории, доказаны или опровергнуты старые – это и есть путь человечества к будущему, к прогрессу, к истине. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1998.
2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К^о», 2007.
3. Основы религиоведения. Учебник. «Высшая школа», 1994.
4. Вайнберг С. «Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной» - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.
5. Левитан Е.П. «Эволюционирующая Вселенная», - М., «Просвещение», 1993.

Содержание 

1. Введение                                                                                                                 2
2. Мифы и религиозные истории о сотворении мира                                         3-6
3. Научные теории происхождения Вселенной                                                 6-11
4. Эволюция Вселенной                                                                                     11-13
5. Заключение                                                                                                           14
6. Список литературы                                                                                              15