Pytanie o pochodzenie Wszechświata wraz ze wszystkimi jego znanymi i jeszcze nieznanymi właściwościami niepokoi ludzi od niepamiętnych czasów. Jednak dopiero w XX wieku, po odkryciu ekspansji kosmologicznej, kwestia ewolucji Wszechświata zaczęła się stopniowo wyjaśniać. Najnowsze dane naukowe doprowadziły do wniosku, że nasz Wszechświat narodził się 15 miliardów lat temu w wyniku Wielkiego Wybuchu. Ale co dokładnie eksplodowało w tym momencie i co faktycznie istniało przed Wielkim Wybuchem, wciąż pozostawało tajemnicą. Inflacyjna teoria powstania naszego świata, stworzona pod koniec XX wieku, umożliwiła poczynienie znacznego postępu w rozwiązaniu tych problemów, a ogólny obraz pierwszych chwil Wszechświata jest obecnie dobrze zarysowany, choć wiele problemów wciąż czekają na skrzydłach.
Naukowe spojrzenie na stworzenie świata
Do początku ubiegłego wieku istniały tylko dwa poglądy na temat pochodzenia naszego Wszechświata. Naukowcy wierzyli, że jest on wieczny i niezmienny, a teolodzy twierdzili, że Świat został stworzony i będzie miał koniec. Wiek XX, niszcząc wiele z tego, co powstało w poprzednich tysiącleciach, zdołał udzielić odpowiedzi na większość pytań, które zaprzątały umysły naukowców przeszłości. Być może jednym z największych osiągnięć minionego stulecia jest wyjaśnienie kwestii, jak powstał Wszechświat, w którym żyjemy i jakie istnieją hipotezy na temat jego przyszłości.
Prosty fakt astronomiczny Ekspansja naszego Wszechświata doprowadziła do całkowitej rewizji wszystkich koncepcji kosmogonicznych i rozwoju nowej fizyki fizyki pojawiających się i znikających światów. Zaledwie 70 lat temu Edwin Hubble odkrył, że światło z bardziej odległych galaktyk jest „bardziej czerwone” niż światło z bliższych. Co więcej, prędkość recesji okazała się proporcjonalna do odległości od Ziemi (prawo ekspansji Hubble'a). Odkryto to dzięki efektowi Dopplera (zależność długości fali światła od prędkości źródła światła). Ponieważ bardziej odległe galaktyki wydają się bardziej „czerwone”, założono, że oddalają się z większą prędkością. Nawiasem mówiąc, to nie gwiazdy, ani nawet pojedyncze galaktyki się rozpraszają, ale gromady galaktyk. Najbliższe nam gwiazdy i galaktyki są połączone ze sobą siłami grawitacyjnymi i tworzą stabilne struktury. Co więcej, niezależnie od tego, w którą stronę spojrzysz, gromady galaktyk oddalają się od Ziemi z tą samą prędkością i może się wydawać, że nasza Galaktyka jest centrum Wszechświata, ale tak nie jest. Gdziekolwiek obserwator się znajdzie, wszędzie zobaczy ten sam obraz – wszystkie galaktyki się od niego rozpraszają.
Ale taka ekspansja materii musi mieć swój początek. Oznacza to, że wszystkie galaktyki musiały narodzić się w jednym punkcie. Obliczenia pokazują, że stało się to około 15 miliardów lat temu. W momencie takiej eksplozji temperatura była bardzo wysoka i powinno pojawić się mnóstwo kwantów światła. Oczywiście z czasem wszystko się ochładza, a kwanty rozpraszają po powstającej przestrzeni, jednak echa Wielkiego Wybuchu powinny przetrwać do dziś.
Pierwsze potwierdzenie eksplozji nastąpiło w 1964 roku, kiedy amerykańscy radioastronomowie R. Wilson i A. Penzias odkryli reliktowe promieniowanie elektromagnetyczne o temperaturze około 3° w skali Kelvina (270°C). To właśnie to, nieoczekiwane dla naukowców odkrycie, przekonało ich, że Wielki Wybuch naprawdę miał miejsce i początkowo Wszechświat był bardzo gorący.
Teoria Wielkiego Wybuchu wyjaśniła wiele problemów stojących przed kosmologią. Ale niestety, a może na szczęście, zrodziło to także wiele nowych pytań. W szczególności: Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Dlaczego nasza przestrzeń ma zerową krzywiznę, a geometria euklidesowa, której uczy się w szkole, jest poprawna? Jeśli teoria Wielkiego Wybuchu jest prawdziwa, to dlaczego obecny rozmiar naszego Wszechświata jest o wiele większy niż 1 centymetr przewidziany w tej teorii? Dlaczego Wszechświat jest zaskakująco jednorodny, podczas gdy w każdej eksplozji materia ulega rozproszeniu różne strony wyjątkowo nierówne? Co doprowadziło do początkowego nagrzania Wszechświata do niewyobrażalnej temperatury większej niż 10 13 K?
Wszystko to wskazywało, że teoria Wielkiego Wybuchu była niekompletna. Przez długi czas wydawało się, że dalszy postęp nie jest już możliwy. Zaledwie ćwierć wieku temu, dzięki pracom rosyjskich fizyków E. Glinera i A. Starobińskiego oraz Amerykanina A. Husa, opisano nowe zjawisko – ultraszybką inflacyjną ekspansję Wszechświata. Opis tego zjawiska opiera się na dobrze zbadanych działach fizyki teoretycznej - ogólnej teorii względności Einsteina i kwantowej teorii pola. Dziś powszechnie przyjmuje się, że właśnie taki okres, zwany „inflacją”, poprzedzał Wielki Wybuch.
Istota inflacji
Kiedy próbujemy dać wyobrażenie o istocie okres początkowyŻycie we Wszechświecie musi operować tak ultramałymi i bardzo dużymi liczbami, że nasza wyobraźnia ma trudności z ich dostrzeżeniem. Spróbujmy zastosować pewną analogię, aby zrozumieć istotę procesu inflacyjnego.
Wyobraźmy sobie zbocze góry pokryte śniegiem, przeplatane różnymi drobnymi przedmiotami - kamykami, gałęziami i kawałkami lodu. Ktoś na szczycie tego zbocza zrobił małą kulę śnieżną i pozwolił jej stoczyć się w dół góry. Poruszając się w dół, kula śnieżna powiększa się, ponieważ przylegają do niej nowe warstwy śniegu ze wszystkimi wtrąceniami. I co większy rozmiarśnieżka, tym szybciej będzie rosła. Już niedługo zamieni się z małej śnieżki w ogromną bryłę. Jeśli zbocze zakończy się w otchłani, będzie w nią wlatywał z coraz większą prędkością. Po dotarciu na dno bryła uderzy w dno przepaści i jej składniki rozproszą się we wszystkich kierunkach (przy okazji, część energii kinetycznej bryły zostanie wykorzystana do ogrzania otoczenia i lecącego śniegu). Opiszmy teraz główne założenia teorii, korzystając z powyższej analogii. Przede wszystkim fizycy musieli wprowadzić pole hipotetyczne, które nazwano „inflatonem” (od słowa „inflacja”). Pole to wypełniało całą przestrzeń (w naszym przypadku śnieg na zboczu). Dzięki przypadkowym wahaniom trwało to różne znaczenia w dowolnych obszarach przestrzennych i w różnym czasie. Nic istotnego się nie wydarzyło, dopóki przypadkowo nie uformowała się jednolita konfiguracja tego pola o wielkości większej niż 10 -33 cm.Jeśli chodzi o obserwowany przez nas Wszechświat, w pierwszych chwilach swojego życia miał on podobno rozmiar 10 -27 cm. Zakłada się, że w takich skalach obowiązują już podstawowe znane nam dzisiaj prawa fizyki, dzięki czemu można przewidzieć dalsze zachowanie układu. Okazuje się, że zaraz po tym obszar przestrzenny zajmowany przez fluktuację (od łac. fluctuatio „fluktuacja”, przypadkowe odchylenia obserwowanych wielkości fizyczne od ich wartości średnich) zaczyna bardzo szybko zwiększać swoje rozmiary, a pole inflatonowe ma tendencję do zajmowania położenia, w którym jego energia jest minimalna (potoczyła się kula śnieżna). Ekspansja ta trwa tylko 10 -35 sekund, ale ten czas wystarczy, aby średnica Wszechświata wzrosła co najmniej 10 27 razy i pod koniec okresu inflacyjnego nasz Wszechświat uzyskał rozmiar około 1 cm.Inflacja kończy się, gdy pole inflatonowe osiąga minimalną energię, nie ma już miejsca na dalszy spadek. Jednocześnie skumulowane energia kinetyczna zamienia się w energię powstających i rozlatujących się cząstek, czyli Wszechświat się nagrzewa. Ten właśnie moment nazywa się dziś Wielkim Wybuchem.
Wspomniana góra może mieć bardzo złożony teren - kilka różnych niżów, doliny poniżej oraz wszelkiego rodzaju wzgórza i pagórki. Kule śnieżne (przyszłe wszechświaty) nieustannie rodzą się na szczycie góry w wyniku wahań pola. Każda bryła może wsunąć się w dowolne minima, tworząc własny wszechświat o określonych parametrach. Co więcej, wszechświaty mogą znacznie się od siebie różnić. Właściwości naszego Wszechświata są w zadziwiający sposób przystosowane do powstania w nim inteligentnego życia. Inne wszechświaty mogły nie mieć tyle szczęścia.
Jeszcze raz chciałbym podkreślić, że opisany proces narodzin Wszechświata „z praktycznie niczego” opiera się na obliczeniach ściśle naukowych. Niemniej jednak każda osoba, która po raz pierwszy zapoznaje się z opisanym powyżej mechanizmem inflacyjnym, ma wiele pytań.
W odpowiedzi na trudne pytania
Dziś nasz Wszechświat składa się z duża liczba gwiazd, nie mówiąc już o ukrytej masie. I może się wydawać, że całkowita energia i masa Wszechświata są ogromne. I jest całkowicie niezrozumiałe, jak to wszystko mogło zmieścić się w pierwotnej objętości 10–99 cm 3. Jednak we Wszechświecie istnieje nie tylko materia, ale także pole grawitacyjne. Wiadomo, że energia tego ostatniego jest ujemna i jak się okazało, w naszym Wszechświecie energia grawitacyjna dokładnie kompensuje energię zawartą w cząstkach, planetach, gwiazdach i innych masywnych obiektach. Zatem prawo zachowania energii jest doskonale spełnione, a całkowita energia i masa naszego Wszechświata są praktycznie równe zeru. To właśnie ta okoliczność częściowo wyjaśnia, dlaczego powstający Wszechświat nie zmienił się natychmiast po swoim pojawieniu się w ogromną czarną dziurę. Jego całkowita masa była całkowicie mikroskopijna i na początku po prostu nie było nic, co mogłoby się zapaść. Dopiero na późniejszych etapach rozwoju pojawiły się lokalne skupiska materii, zdolne do wytworzenia obok siebie takich pól grawitacyjnych, że nawet światło nie mogło uciec. W związku z tym cząstki, z których „zbudowane są” gwiazdy, są etap początkowy rozwoju po prostu nie było. Cząstki elementarne zaczęły rodzić się w okresie rozwoju Wszechświata, kiedy pole inflatonowe osiągnęło minimum energii potencjalnej i rozpoczął się Wielki Wybuch.
Obszar zajmowany przez pole inflatonowe rósł z prędkością znacznie większą niż prędkość światła, co jednak wcale nie przeczy teorii względności Einsteina. Tylko ciała materialne nie mogą poruszać się szybciej niż światło i w tym przypadku przesunięta została wyimaginowana, niematerialna granica obszaru, w którym narodził się Wszechświat (przykładem ruchu nadświetlnego jest ruch plamki świetlnej na powierzchni Księżyca podczas szybkiego obrotu oświetlającego ją lasera).
Ponadto środowisko wcale nie oparł się ekspansji obszaru przestrzeni objętego coraz szybciej rosnącym polem inflacyjnym, gdyż wydawało się, że dla wschodzącego Świata nie istnieje. Ogólna teoria teoria względności stwierdza, że obraz fizyczny, jaki widzi obserwator, zależy od tego, gdzie się znajduje i jak się porusza. Opisany powyżej obraz dotyczy więc „obserwatora” znajdującego się wewnątrz tego obszaru. Co więcej, obserwator ten nigdy nie będzie wiedział, co dzieje się poza obszarem przestrzeni, w którym się znajduje. Inny „obserwator” patrzący na ten obszar z zewnątrz nie dostrzeże w ogóle żadnej ekspansji. W najlepszy scenariusz zobaczy jedynie małą iskierkę, która według jego zegarka zniknie niemal natychmiast. Nawet najbardziej wyrafinowana wyobraźnia nie jest w stanie dostrzec takiego obrazu. A jednak wydaje się, że to prawda. Tak przynajmniej uważają współcześni naukowcy, czerpiąc pewność z odkrytych już praw Natury, których poprawność została wielokrotnie sprawdzona.
Trzeba powiedzieć, że to pole inflatonowe nadal istnieje i podlega wahaniom nawet teraz. Ale tylko my, wewnętrzni obserwatorzy, nie jesteśmy w stanie tego zobaczyć - wszak dla nas niewielki obszar zamienił się w kolosalny Wszechświat, do którego granic nie dociera nawet światło.
Zatem zaraz po zakończeniu inflacji hipotetyczny obserwator wewnętrzny zobaczyłby Wszechświat wypełniony energią w postaci cząstek materialnych i fotonów. Jeśli całą energię, jaką może zmierzyć wewnętrzny obserwator, zamienimy na masę cząstek, otrzymamy około 10 80 kg. Odległości między cząstkami szybko rosną w wyniku ogólnej ekspansji. Siły grawitacyjne przyciągania pomiędzy cząstkami zmniejszają ich prędkość, dlatego ekspansja Wszechświata stopniowo zwalnia po zakończeniu okresu inflacyjnego.
Te niebezpieczne antycząstki
Zaraz po urodzeniu Wszechświat nadal rósł i ochładzał się. W tym samym czasie nastąpiło ochłodzenie, między innymi z powodu banalnej ekspansji przestrzeni. Promieniowanie elektromagnetyczne charakteryzuje się długością fali, którą można powiązać z temperaturą; im dłuższa średnia długość fali promieniowania, tym niższa temperatura. Ale jeśli przestrzeń się rozszerzy, wówczas odległość między dwoma „garbami” fali wzrośnie, a co za tym idzie, jej długość. Oznacza to, że w rozszerzającej się przestrzeni temperatura promieniowania powinna spadać. Co jest niezwykle potwierdzone niska temperatura współczesne kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła.
W miarę rozszerzania się zmienia się także skład materii wypełniającej nasz świat. Kwarki łączą się w protony i neutrony, a Wszechświat okazuje się wypełniony znanymi nam już cząstkami elementarnymi - protonami, neutronami, elektronami, neutrinami i fotonami. Występują także antycząstki. Właściwości cząstek i antycząstek są prawie identyczne. Wydawać by się mogło, że zaraz po inflacji ich liczba powinna pozostać taka sama. Ale wtedy wszystkie cząstki i antycząstki uległyby wzajemnemu zniszczeniu i nie pozostałby żaden materiał budowlany dla galaktyk i nas samych. I tu znów dopisało nam szczęście. Natura zadbała o to, aby było nieco więcej cząstek niż antycząstek. To dzięki tej małej różnicy istnieje nasz świat. A kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła jest właśnie konsekwencją anihilacji (czyli wzajemnego niszczenia) cząstek i antycząstek. Oczywiście, dalej etap początkowy Energia promieniowania była bardzo duża, lecz w wyniku rozszerzania się przestrzeni i w konsekwencji ochłodzenia promieniowania, energia ta szybko malała. Obecnie energia kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła jest około dziesięć tysięcy razy (10 4 razy) mniejsza niż energia zawarta w masywnych cząstkach elementarnych.
Stopniowo temperatura Wszechświata spadła do 10 10 K. W tym momencie wiek Wszechświata wynosił około 1 minuty. Dopiero teraz protony i neutrony potrafiły łączyć się w jądra deuteru, trytu i helu. Stało się to dzięki reakcje jądrowe, które ludzie już dobrze zbadali, eksplodując i wykorzystując bomby termojądrowe reaktor nuklearny na ziemi. Dlatego możemy śmiało przewidzieć, ile i jakie pierwiastki mogą pojawić się w takim kotle jądrowym. Okazało się, że obserwowana obecnie obfitość lekkich pierwiastków dobrze zgadza się z obliczeniami. Oznacza to, że znane nam prawa fizyczne są takie same w całej obserwowalnej części Wszechświata i takie były już w pierwszych sekundach po pojawieniu się naszego świata. Co więcej, około 98% helu występującego w przyrodzie powstało w pierwszych sekundach po Wielkim Wybuchu.
Narodziny galaktyk
Zaraz po urodzeniu Wszechświat przeszedł inflacyjny okres rozwoju - wszystkie odległości gwałtownie wzrosły (z punktu widzenia obserwatora wewnętrznego). Jednakże gęstość energii w różnych punktach przestrzeni nie może być dokładnie taka sama; zawsze występują pewne niejednorodności. Załóżmy, że w jakimś obszarze energia jest nieco większa niż w sąsiednich. Ale ponieważ wszystkie rozmiary szybko rosną, rozmiar tego obszaru również powinien wzrosnąć. Po zakończeniu okresu inflacyjnego w tym rozszerzonym obszarze będzie znajdować się nieco więcej cząstek niż w otaczającym go obszarze, a jego temperatura będzie nieco wyższa.
Zdając sobie sprawę z nieuchronności pojawienia się takich obszarów, zwolennicy teorii inflacji zwrócili się do eksperymentatorów: „konieczne jest wykrywanie wahań temperatury” – stwierdzili. I w 1992 roku to życzenie się spełniło. Niemal jednocześnie rosyjski satelita Relikt-1 i amerykański COBE odkryły wymagane wahania temperatury kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Jak już wspomniano, we współczesnym Wszechświecie panuje temperatura 2,7 K, a stwierdzone przez naukowców odchylenia temperatury od średniej wynoszą około 0,00003 K. Nic dziwnego, że wcześniej takie odchylenia były trudne do wykrycia. Tym samym teoria inflacji zyskała dalsze potwierdzenie.
Wraz z odkryciem wahań temperatury pojawia się kolejna ekscytująca okazja do wyjaśnienia, w jaki sposób powstają galaktyki. W końcu, aby siły grawitacyjne mogły skompresować materię, potrzebny jest początkowy zarodek - obszar o zwiększonej gęstości. Jeśli materia jest równomiernie rozłożona w przestrzeni, to grawitacja, podobnie jak osioł Buridana, nie wie, w którą stronę powinna działać. Ale to właśnie obszary z nadmiarem energii generują inflację. Teraz siły grawitacyjne wiedzą, gdzie działać, a mianowicie w gęstszych obszarach powstałych w okresie inflacyjnym. Pod wpływem grawitacji te początkowo nieco gęstsze obszary ulegną skompresowaniu i to z nich w przyszłości powstaną gwiazdy i galaktyki.
Szczęśliwy prezent
Obecny moment ewolucji Wszechświata jest wyjątkowo dobrze przystosowany do życia i będzie trwał przez wiele miliardów lat. Gwiazdy będą się rodzić i umierać, galaktyki będą się obracać i zderzać, a gromady galaktyk będą latać coraz dalej od siebie. Dlatego ludzkość ma mnóstwo czasu na samodoskonalenie. To prawda, samo pojęcie „teraz” dla takich rozległy wszechświat, podobnie jak nasz, jest słabo zdefiniowany. Na przykład życie obserwowanych przez astronomów kwazarów, które znajdują się w odległości 10 x 14 miliardów lat świetlnych od Ziemi, jest dokładnie 10 x 14 miliardów lat od naszego „teraz”.
Dziś naukowcy są w stanie wyjaśnić większość właściwości naszego Wszechświata, od momentu 10-42 sekund do chwili obecnej, a nawet później. Potrafią także prześledzić powstawanie galaktyk i z pewną pewnością przewidzieć przyszłość Wszechświata. Niemniej jednak nadal pozostaje wiele „drobnych” niewiadomych. To przede wszystkim esencja ukrytej masy (ciemnej materii) i ciemnej energii. Poza tym istnieje wiele modeli wyjaśniających, dlaczego nasz Wszechświat zawiera znacznie więcej cząstek niż antycząstek i chciałbym w końcu zdecydować się na właściwy model.
Jak uczy historia nauki, to zazwyczaj „małe niedoskonałości” otwierają dalsze ścieżki rozwoju, dzięki czemu przyszłe pokolenia naukowców z pewnością będą miały co robić. Ponadto w planach fizyków i matematyków znajdują się już także głębsze kwestie. Dlaczego nasza przestrzeń jest trójwymiarowa? Dlaczego wszystkie stałe w przyrodzie wydają się być „dostosowane” tak, że powstaje inteligentne życie? A czym jest grawitacja? Naukowcy już próbują odpowiedzieć na te pytania.
I oczywiście zostawmy miejsce na niespodzianki. Nie wolno nam zapominać, że tak fundamentalnych odkryć, jak ekspansja Wszechświata, obecność fotonów reliktowych i energia próżni, dokonano, można powiedzieć, przez przypadek i nie były oczekiwane przez społeczność naukową.
Pochodzenie i skutki energii próżni
Co czeka nasz Wszechświat w przyszłości? Jeszcze kilka lat temu teoretycy mieli w tym względzie tylko dwie możliwości. Jeśli gęstość energii we Wszechświecie jest niska, wówczas będzie się ona rozszerzać w nieskończoność i stopniowo ochładzać. Jeżeli gęstość energii jest większa niż pewna wartość krytyczna, wówczas etap rozprężania zostanie zastąpiony etapem sprężania. Wszechświat skurczy się i nagrzeje. Oznacza to, że jednym z kluczowych parametrów determinujących rozwój Wszechświata jest średnia gęstość energia. Zatem obserwacje astrofizyczne przeprowadzone przed 1998 rokiem wykazały, że gęstość energii wynosiła około 30% wartości krytycznej. A modele inflacyjne przewidywały, że gęstość energii powinna być równa gęstości krytycznej. Nie przeszkadzało to zbytnio apologetom teorii inflacji. Odrzucili swoich przeciwników i powiedzieli, że brakujące 70% „w jakiś sposób zostanie odnalezione”. I rzeczywiście je znaleziono. To wielkie zwycięstwo teorii inflacji, chociaż znaleziona energia była tak dziwna, że przyniosła więcej pytań niż odpowiedzi.
Wydaje się, że ciemna energia, której szukamy, jest energią samej próżni.
W umysłach ludzi niezwiązanych z fizyką próżnia istnieje, „gdy nie ma nic” – żadnej materii, żadnych cząstek, żadnych pól. Jednak nie jest to do końca prawdą. Standardowa definicja próżni to stan, w którym nie ma cząstek. Ponieważ energia zawarta jest właśnie w cząsteczkach, to jak słusznie sądzą prawie wszyscy, w tym naukowcy, nie ma cząstek i nie ma energii. Oznacza to, że energia próżni wynosi zero. Cały ten korzystny obraz zawalił się w 1998 roku, kiedy obserwacje astronomiczne wykazały, że recesja galaktyk nieznacznie odbiega od prawa Hubble'a. Szok wywołany tymi obserwacjami wśród kosmologów nie trwał długo. Bardzo szybko zaczęto publikować artykuły wyjaśniające ten fakt. Najprostszą i najbardziej naturalną z nich okazała się idea istnienia dodatniej energii próżni. W końcu próżnia oznacza po prostu brak cząstek, ale dlaczego tylko cząstki mogą mieć energię? Wykryta ciemna energia okazała się zaskakująco równomiernie rozłożona w przestrzeni. Taka jednorodność jest trudna do osiągnięcia, ponieważ gdyby energia ta zawarta była w jakichś nieznanych cząstkach, oddziaływanie grawitacyjne zmusiłoby je do zebrania się w okazałe konglomeraty, podobne do galaktyk. Dlatego energia ukryta w próżni bardzo elegancko wyjaśnia strukturę naszego świata.
Możliwe są jednak także inne, bardziej egzotyczne opcje porządku świata. Na przykład model Quintessence, którego elementy zaproponował radziecki fizyk A.D. Dołgowa w 1985 r. sugeruje, że wciąż zjeżdżamy w dół z tego samego wzgórza, o którym mowa na początku naszej historii. Co więcej, toczymy się już bardzo długo i końca tego procesu nie widać. Niezwykła nazwa, zapożyczona od Arystotelesa, oznacza pewną „nową istotę”, mającą wyjaśnić, dlaczego świat działa tak, a nie inaczej.
Dziś możliwości odpowiedzi na pytanie o przyszłość naszego Wszechświata jest znacznie więcej. I zależą one w znacznym stopniu od tego, która teoria wyjaśniająca ukrytą energię jest poprawna. Załóżmy, że prawdziwe jest najprostsze wyjaśnienie, w którym energia próżni jest dodatnia i nie zmienia się w czasie. W takim przypadku Wszechświat nigdy się nie skurczy i nie będzie nam grozić przegrzanie i Wielki Wybuch. Ale wszystko, co dobre, ma swoją cenę. W tym przypadku, jak pokazują obliczenia, nigdy w przyszłości nie uda nam się dotrzeć do wszystkich gwiazd. Co więcej, liczba galaktyk widocznych z Ziemi będzie się zmniejszać, a za 10 x 20 miliardów lat ludzkość będzie miała do dyspozycji zaledwie kilka sąsiadujących galaktyk, w tym naszą Drogę Mleczną, a także sąsiadującą z nią Andromedę. Ludzkość nie będzie już w stanie rozwijać się ilościowo, a wtedy będziemy musieli uporać się z jej składnikiem jakościowym. Na pocieszenie można powiedzieć, że kilkaset miliardów gwiazd, które będą nam dostępne w tak odległej przyszłości, to też dużo.
Czy jednak będziemy potrzebować gwiazd? 20 miliardów lat to dużo czasu. W końcu w ciągu zaledwie kilkuset milionów lat życie ewoluowało od trylobitów do nowoczesny mężczyzna. Podobnie mogą być nasi dalecy potomkowie wygląd i możliwości, aby różnić się od nas jeszcze bardziej, niż różnimy się od trylobitów. Co według prognoz współczesnych naukowców obiecuje im jeszcze bardziej odległa przyszłość? Oczywiste jest, że gwiazdy w ten czy inny sposób „umrą”, ale powstaną też nowe. Proces ten również nie jest nieskończony - zdaniem naukowców za około 10-14 lat we Wszechświecie pozostaną jedynie słabo świecące obiekty - białe i ciemne karły, gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Prawie wszyscy z nich również umrą za 10 37 lat, wyczerpawszy wszystkie swoje rezerwy energii. W tym momencie pozostaną tylko czarne dziury, które pochłonęły całą inną materię. Co może zniszczyć czarną dziurę? Każda nasza próba zrobienia tego tylko zwiększa jego masę. Ale „pod księżycem nic nie trwa wiecznie”. Okazuje się, że czarne dziury powoli emitują cząstki. Oznacza to, że ich masa stopniowo maleje. Wszystkie czarne dziury również powinny zniknąć za około 10 100 lat. Potem będzie już tylko cząstki elementarne, odległość między którymi będzie znacznie większa niż rozmiar współczesnego Wszechświata (około 10 90 razy), w końcu Wszechświat przez cały ten czas się rozszerzał! I oczywiście pozostanie energia próżni, która całkowicie zdominuje Wszechświat.
Nawiasem mówiąc, właściwości takiej przestrzeni po raz pierwszy zbadał W. de Sitter w 1922 roku. Zatem nasi potomkowie będą musieli albo zmienić prawa fizyczne obowiązujące we Wszechświecie, albo przenieść się do innych wszechświatów. Teraz wydaje się to niewiarygodne, ale chcę wierzyć w siłę ludzkości, bez względu na to, jak ludzkość będzie wyglądać w tak odległej przyszłości. Bo ma mnóstwo czasu. Nawiasem mówiąc, możliwe jest, że nawet teraz, nie wiedząc o tym, tworzymy nowe wszechświaty. Aby nowy wszechświat powstał na bardzo małym obszarze, konieczne jest zainicjowanie procesu inflacyjnego, który jest możliwy tylko przy dużych gęstościach energii. Ale eksperymentatorzy od dawna tworzą takie regiony, zderzając cząstki w akceleratorach. I chociaż energie te są wciąż bardzo dalekie od inflacyjnych, prawdopodobieństwo powstania wszechświata w akceleratorze nie wynosi już zero. Niestety, jesteśmy tym samym „zdalnym obserwatorem”, dla którego czas życia tego „stworzonego przez człowieka” wszechświata jest zbyt krótki i nie możemy wniknąć w niego i zobaczyć, co się tam dzieje…
Możliwe scenariusze rozwoju naszego świata
1. Pulsujący model Wszechświata, w którym po okresie ekspansji rozpoczyna się okres kompresji i wszystko kończy się Wielkim Wybuchem
2. Wszechświat o ściśle dostosowanej średniej gęstości, dokładnie równej krytycznej. W tym przypadku nasz świat jest euklidesowy, a jego ekspansja cały czas zwalnia
3. Równomiernie rozszerzający się wszechświat na skutek bezwładności. Do niedawna za tak otwartym modelem świata przemawiały dane dotyczące obliczania średniej gęstości naszego Wszechświata
4. Świat rozwijający się z coraz większą szybkością. Najnowsze dane eksperymentalne i badania teoretyczne wskazują, że Wszechświat oddala się coraz szybciej i pomimo euklidesowej natury naszego świata, większość galaktyki w przyszłości będą dla nas niedostępne. A winą za tak dziwną strukturę świata jest ta sama ciemna energia, która dziś jest kojarzona z jakąś wewnętrzną energią próżni wypełniającej całą przestrzeń
Siergiej Rubin, doktor nauk fizycznych i matematycznych
Astronomia
Astrofizyka, tj. radioastronomia
Marchevsky V.A., kandydat nauk fizycznych i matematycznych
MOŻLIWA OPCJA ROZWOJU WSZECHŚWIATA
Wstęp
Do tej pory rozważano tylko dwie możliwości rozwoju Wszechświata: jego otwarty i zamknięty model. Naszym zdaniem ma prawo istnieć inna wersja, jeśli oczywiście poczynione w pracy założenia o istnieniu zauważalnego przepływu energii do próżni zostaną potwierdzone eksperymentalnie. Wtedy możemy założyć, że Wszechświat nie jest niezależny układ fizyczny, dlatego można rozważyć trzecią opcję. To właśnie zrobimy.
1. Warunek stabilnego dynamicznego rozkładu materii w Metagalaktyce
Załóżmy, że Wszechświat początkowo rozszerzał się z jednego wspólnego centrum. Jednocześnie nadszedł moment, w którym przestały działać siły powodujące tę ekspansję, dalszy ruch był kontynuowany dzięki siłom bezwładności. Taki moment musiał nadejść, inaczej nie mielibyśmy „prawa Hubble’a”.
Aby element objętościowy o jednostkowej masie na jednorodnej kuli o promieniu r opuścił ją, suma jego energii potencjalnej i kinetycznej musi być równa zeru, czyli
4 R z V2 3prg 4 2
PrSg, tutaj V jest prędkością elementu jednostkowej masy i objętości, p jest średnią
gęstość kuli, G - stała grawitacyjna. Równanie to można przepisać w nieco innej formie:
V = Нг, Н = 2 (1)
tutaj H jest stałą Hubble'a. Nazwijmy tę pozycję dynamiczną i stabilną dla elementu.
2. Możliwe rozmieszczenie materii w Metagalaktyce
Faktycznie, obiekty znajdujące się w dowolnie wybranej odległości r od środka, w momencie ustania sił rozprężających, mogły mieć prędkości zarówno większe, jak i mniejsze od wymaganych zgodnie z warunkiem (1).
Obiekty o prędkościach większych niż (1) przemieszczały się na powierzchnie innych kul bardziej oddalonych od centrum, aż ich prędkości zaczęły spełniać warunek (1). W związku z tym, że szybsze obiekty opuszczały sferę o promieniu Г, zmniejszała się jej średnia gęstość, a dla obiektów o prędkościach mniejszych niż (1) możliwe stało się także spełnienie zależności (1). Zatem po miliardach lat (jeśli ta redystrybucja już się zakończyła) wszystkie obiekty powinny zostać rozłożone w przestrzeni zgodnie z zależnością (1).
Warto zaznaczyć, że obecnie obserwuje się obiekty, które mogą chwilowo opuścić ten stabilny rozkład dynamiczny, np. eksplodujące galaktyki. Po eksplozji części uzyskują dodatkowe prędkości. Rozważmy na przykład
pozycja, w której jedna część otrzymuje dodatkowy impuls w kierunku od centrum Metagalaktyki, a druga - w kierunku centrum. Następnie można zastosować do nich poprzednie rozumowanie i wykazać, że będą one zajmowały dynamicznie stabilne miejsca bliżej i dalej od centrum Metagalaktyki w stosunku do pozycji, jaką zajmowałaby galaktyka, która nie uległa eksplozji.
Jak wiadomo, zależność (1) można zastosować dla wszystkich obiektów, których prędkości są znacznie mniejsze od prędkości światła. We wszystkich innych przypadkach należy wziąć pod uwagę teorię względności A. Einsteina. Nie zrobimy tego. Zwróćmy uwagę, że ze względu na ograniczenie prędkości obiektów rzeczywistych przez prędkość światła musi istnieć granica Metagalaktyki.
3. Szacunkowa wersja rozwoju Wszechświata
Z punktu widzenia zachowania metagalaktyki w pobliżu granicy rozważamy dwie możliwości, z których jedna naszym zdaniem może zostać zrealizowana:
1. Jeżeli prędkości obiektów wewnątrz Metagalaktyki i w jej pobliżu są takie, że ich energia potencjalna i kinetyczna są równe, wówczas cała Metagalaktyka powinna rozszerzać się bez ograniczeń.
2. Jeżeli prędkości obiektów tylko w pobliżu granicy są mniejsze od wartości wskazanych powyżej, to po pewnym skończonym czasie powinny one zwolnić i zacząć wracać do centrum Metagalaktyki, zmieniając się w miarę zbliżania się do środka wartość energii potencjalnej kuli, której granicę przecinają. W związku z tym będą nosić ze sobą obiekty znajdujące się za powierzchnią tej kuli. Następnie powinna rozpocząć się quasi-kompresja Metagalaktyki, nie jednocześnie w całej objętości, jak się obecnie zakłada, ale od granica zewnętrzna ku centrum, stopniowo zmuszając coraz to nowe obiekty do zmiany kierunku ruchu. Ważne jest, aby mijały punkt centralny w różnym czasie.
Chciałbym zwrócić uwagę na jedną możliwość: jeśli na początku tego procesu jakieś pojedyncze obiekty w pobliżu granicy Metagalaktyki miały takie prędkości, że ich energia kinetyczna była większa lub równa potencjalnej, to musiały pokonać tę granicę. Takie pojedyncze obiekty można obserwować poza jej granicami, a im więcej czasu minęło od ich przekroczenia, tym dalej powinny się od niej znajdować. Obserwując je, możemy oszacować czas, w którym przekroczyli granicę oraz czy jesteśmy w pierwszym cyklu ekspansji Wszechświata, czy nie?
Proces ruchu materii musi mieć charakter okresowy. Jak wykazano w pracy, współczesne szacunki gęstości Wszechświata odpowiadają modelowi zamkniętemu, wówczas z prawa zachowania energii wynika, że obiekty lecące do centrum metagalaktyki i zwiększające swoją prędkość dzięki energii potencjalnej, zachowując centralną symetrię, odlecą od niego . Obraz ekspansji Wszechświata powtórzy się, tylko przez pewien czas nastąpi przeciwny ruch obiektów: w kierunku centrum i od centrum Metagalaktyki. W konsekwencji istnieje możliwość, że w wyniku niesprężystych zderzeń niewielkiej ich części, ich energia kinetyczna zmniejszy się na skutek przemian w inny rodzaj energii.
Taki proces oscylacyjny musi zachodzić okresowo, przechodząc przez etap początkowego stanu dynamicznego i równowagi: warunek rozmieszczenia materii w przestrzeni zgodnie z (1) w Metagalaktyce. W tym przypadku istnieje taka możliwość mała część galaktyki w pobliżu granicy mogą uzyskać prędkości wystarczające do pokonania tej granicy i opuszczenia metagalaktyki. Z biegiem czasu, w związku z tym procesem i możliwością kolizji podczas nadchodzących ruchów, maksymalny promień okresowych oscylacji Metagalaktyki może się zmniejszyć. Ten scenariusz
okresowa ekspansja i quasi-kompresja Metagalaktyki jest całkiem realna. Wtedy najciekawsze wyniki można uzyskać obserwując granicę Metagalaktyki.
Do tej pory nikt nie szukał granicy Metagalaktyki i nie został znaleziony. Jest całkiem możliwe, że obserwowane przez astronomów kwazary doskonale nadają się do roli latarni granicznych. W pracach zwraca się uwagę na fakt, że „gęstość wewnętrzna (kwazarów) rośnie wraz ze wzrostem Z znacznie szybciej niż (1 + Z)3 przy 0< Z <1 , и резко спадает при Z < 2 . «Хочется процитировать еще одну работу : «Е. Ни и ее коллеги из Гавайского университета обнаружили самую далекую из наблюдаемых когда-либо галактик. Галактика НТМ6А видна благодаря усилению ее изображения гравитационной линзой - скоплением галактик Abel 370, находящихся на луче зрения. До сих пор самым далеким из известных объектов был квазар Z = 6,28 . Галактика НТМ6А имеет Z = 6,56, и поэтому видна только в ИК-диапазоне». Если это действительно единичные объекты за границей Метагалактики, то тогда существует большая вероятность того, что мы живем в периодическом мире.
Wniosek
Natura jest oszczędna, nie zawsze wymyśla nowe formy, ale często korzysta z gotowych. Podobnie nasz model Wszechświata jest bardzo podobny do gromady kulistej. Wiadomo, że są one bardzo stabilne i żyją wystarczająco długo, dlatego nasz Wszechświat może istnieć przez długi okres czasu bez przechodzenia przez fazę kompresji do punktu. Okres ten jest dziesiątki, a być może setki razy dłuższy niż jeden cykl od ekspansji do kurczenia się w zamkniętym modelu Wszechświata.
Obecnie bardzo zauważalne jest zapóźnienie astronomii obserwacyjnej w obszarze odległości metagalaktycznych. Wynika to z faktu, że do tej pory istnieje tylko jedna metoda, która służy do szacowania tych odległości, bazując na efekcie Dopplera i prawie Hubble'a. Dopóki to opóźnienie nie zostanie wyeliminowane, rozwój teoretyczny może znacznie odbiegać od prawdziwego obrazu świata.
Bibliografia
1. Marchevsky V.A. Czy we Wszechświecie istnieje przynajmniej jeden namacalny drenaż energii do próżni? Aktualne problemy współczesnej nauki, nr 1, 2006.
2. Marchevsky V.A. Czy przyspieszona ekspansja Wszechświata jest realna? w tym samym pokoju.
3. Schmidt M., Ar. J., 151, 393, 1968, Ar. J., 162, 371, 1970.
4. Wiadomości fizyczne w Internecie. UFN, 172, 4, 2002.
Aby kontynuować czytanie tego artykułu, musisz kupić pełny tekst. Artykuły przesyłane są w formacie PDF na adres e-mail podany podczas płatności. Czas dostawy wynosi mniej niż 10 minut. Koszt jednego artykułu - 150 rubli.
Podobne prace naukowe na temat „Badania naukowe”
- Czy przyspieszona ekspansja Wszechświata jest realna?
MARCHEVSKY V.A. - 2006
- Określenie formy fizycznej istnienia Świata i ocena istotnych parametrów Świata i próżni
MARCHEVSKY V.A. - 2008
Federalna Agencja Edukacji
Państwowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „USTU-UPI nazwana na cześć pierwszego Prezydenta Rosji B.N. Jelcyn”
Instytut Edukacyjnych Technologii Informacyjnych
Wydział Kształcenia na Odległość
Praca pisemna
na temat: Ewolucja Wszechświata, jego różne modele
w dyscyplinie: Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych
Jekaterynburg
Wstęp
Czym jest Wszechświat, Ziemia, Księżyc, Słońce, gwiazdy? Gdzie jest początek i gdzie jest koniec Wszechświata, jak długo istnieje, z czego się składa i gdzie są granice jego wiedzy? Badanie Wszechświata, nawet tylko jego części, którą znamy, jest zadaniem monumentalnym. Uzyskanie informacji, którymi dysponują współcześni naukowcy, wymagało pracy wielu pokoleń.
Problem pochodzenia Wszechświata zajmował ludzi jeszcze przed pojawieniem się współczesnej nauki. Podstawą zainteresowania jest chęć dotarcia do pierwotnej przyczyny wszystkiego. Biblia na przykład wskazuje nawet dokładną datę stworzenia świata - 5 tysięcy lat przed naszą erą. Historycznym uzasadnieniem tej daty może być to, że mniej więcej odpowiada ona ostatniej epoce lodowcowej - 10 tysięcy lat p.n.e. W V wieku naszej ery autor Chrześcijańskiej Nauki, św. Augustyn, zwrócił uwagę, że przed powstaniem Wszechświata pojęcie czasu było pozbawione znaczenia, co zaskakująco pokrywa się z ideami współczesnej nauki. Augustyn napisał, że Bóg stworzył zarówno Wszechświat, jak i czas, więc przed narodzinami Wszechświata nie było czasu. Dlaczego więc Wszechświat powstał w określonym momencie? Starożytni Grecy: Platon, Arystoteles wierzył, że świat jest niezmienny i istnieje wiecznie, lecz tylko czasami zdarzają się w nim katastrofy, które odrzucają ludzkość.
Celem tej pracy jest analiza różnych modeli istnienia i ewolucji Wszechświata, w tym scenariuszy rozwoju Układu Słonecznego, którego integralną częścią jest nasza planeta Ziemia.
Rozdział 1. Skład Wszechświata i jego wymiary
Widoczna część Wszechświata składa się z setek miliardów galaktyk, a każda galaktyka zawiera dziesiątki miliardów gwiazd. Na każdego mieszkańca Ziemi przypada miliard gwiazd, co znacząco poszerza możliwości Małego Księcia Exupery’ego, który skromnie zadowalał się tylko jedną planetą. Gwiazdy we Wszechświecie są zorganizowane w gigantyczne układy gwiezdne zwane galaktykami. Ale to tylko widoczna część Wszechświata.
Układ gwiazd, w którym znajduje się nasze Słońce jako zwykła gwiazda, nazywa się Drogą Mleczną. Liczba gwiazd w Galaktyce wynosi około 1012 (bilionów). Droga Mleczna, jasne, srebrzyste pasmo gwiazd, otacza całe niebo i stanowi większą część naszej Galaktyki. Układ Słoneczny nie znajduje się w centrum Galaktyki. W centrum Galaktyki znajduje się rdzeń o średnicy 1000-2000 szt. - gigantyczna gęsta gromada gwiazd. Jądro zawiera wiele czerwonych olbrzymów i krótkookresowych cefeid (duże gromady gwiazd).
Młodszą populację stanowią gwiazdy z górnej sekwencji głównej, a zwłaszcza nadolbrzymy i klasyczne cefeidy. Znajduje się dalej od środka i tworzy stosunkowo cienką warstwę lub dysk. Wśród gwiazd tego dysku znajduje się materia pyłowa i chmury gazu. Podkarły i olbrzymy tworzą kulisty układ wokół jądra i dysku Galaktyki.
Nauka zna naturę tylko 5% materii tworzącej Wszechświat. Widzimy te 5% (4% zwykłej materii – planet, mgławic itp., 1% gwiazd i galaktyk) wokół nas i sami jesteśmy z niej zbudowani. Reszta to wielka tajemnica, a mianowicie 70% ciemnej energii (niedawno odkryta forma antygrawitacji), 25% ciemnej materii (niewidzialne cząstki o nieznanych właściwościach) i 5% materii widzialnej (patrz ryc. 1).
Masę naszej Galaktyki szacuje się obecnie na różne sposoby; wynosi ona w przybliżeniu 2*1011 mas Słońca (masa Słońca wynosi 2*1030 kg), z czego 1/1000 stanowi gaz i pył międzygwiazdowy. Masa galaktyki Andromedy jest prawie taka sama, podczas gdy masę galaktyki Trójkąta szacuje się na 20 razy mniejszą. Średnica naszej galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. Dzięki żmudnej pracy moskiewski astronom V.V. Kukarin w 1944 roku znalazł oznaki spiralnej struktury Galaktyki i okazało się, że żyjemy w ubogiej w gwiazdy przestrzeni pomiędzy dwiema gałęziami spiralnymi. W niektórych miejscach nieba za pomocą teleskopu, a w innych nawet gołym okiem można dostrzec bliskie grupy gwiazd połączone wzajemną grawitacją, czyli gromady gwiazd.
Rozdział 2. Modele ewolucji Wszechświata
Wszechświat to wszystko, co istnieje. Od najmniejszych ziaren pyłu i atomów po ogromne nagromadzenia materii światów i układów gwiezdnych. Dlatego nie będzie błędem stwierdzenie, że jakakolwiek nauka w taki czy inny sposób bada Wszechświat, a dokładniej ten czy inny jego aspekt. Chemia bada świat cząsteczek, fizyka bada świat atomów i cząstek elementarnych, biologia bada zjawiska żywej przyrody. Istnieje jednak dyscyplina naukowa, której przedmiotem badań jest sam Wszechświat. Jest to szczególna gałąź astronomii, tzw. kosmologia. Kosmologia to nauka o Wszechświecie jako całości.
Wraz z rozwojem cybernetyki w różnych dziedzinach badań naukowych, techniki modelowania stały się bardzo popularne. Konstruowanie różnorodnych modeli jest jednym z ważnych sposobów rozumienia obiektywnie istniejącego świata. Obiekty, zjawiska i procesy zachodzące we Wszechświecie są bardzo złożone. Modelowanie pozwala na uwydatnienie najistotniejszych, charakterystycznych cech tych procesów.
Wraz z rozwojem nauki, która w coraz większym stopniu odkrywa procesy fizyczne zachodzące w otaczającym nas świecie, większość naukowców stopniowo przechodziła do materialistycznych wyobrażeń o nieskończoności Wszechświata. Tutaj ogromne znaczenie miało odkrycie przez I. Newtona (1643 - 1727) prawa powszechnego ciążenia, opublikowane w 1687 roku.
Jedną z ważnych konsekwencji tego prawa było stwierdzenie, że w skończonym Wszechświecie cała jego materia powinna zostać skupiona w jednym zamkniętym układzie w określonym czasie, natomiast w nieskończonym Wszechświecie materia pod wpływem grawitacji gromadzi się w określonych ograniczone objętości (według ówczesnych idei - w gwiazdach), równomiernie wypełniające Wszechświat.
Ogólna teoria względności, stworzona przez A. Einsteina (1879 - 1955), ma ogromne znaczenie dla rozwoju współczesnych idei dotyczących struktury i rozwoju Wszechświata. Uogólnia teorię grawitacji Newtona na duże masy i prędkości porównywalne z prędkością światła. Rzeczywiście, w galaktykach koncentruje się kolosalna masa materii, a prędkości odległych galaktyk i kwazarów są porównywalne z prędkością światła.
Jedną z istotnych konsekwencji ogólnej teorii względności jest wniosek o ciągłym ruchu materii we Wszechświecie - o niestacjonarności Wszechświata. Wniosek ten uzyskał w latach dwudziestych naszego wieku radziecki matematyk A.A. Friedmana (1888 - 1925). Pokazał, że w zależności od średniej gęstości materii Wszechświat powinien albo się rozszerzać, albo kurczyć. W przyszłości ekspansja Wszechświata zostanie zastąpiona kompresją, a przy średniej gęstości równej lub mniejszej od krytycznej ekspansja nie zatrzyma się. Dwie ostatnie opcje były aktywnie rozważane przez astrofizyków i w latach 80. obejmowały niewyobrażalnie szybką ekspansję Wszechświata (inflację), która nastąpiła w pierwszych chwilach Wielkiego Wybuchu.
Teoria Aleksandra Friedmana, w przeciwieństwie do Einsteina, który uważał Wszechświat za stabilny i niezmienny, najpełniej opisuje model jego powstania i rozwoju. Poglądy Friedmana położyły podwaliny pod dalsze badania procesów zachodzących we Wszechświecie.
Zasadniczo nowy etap rozwoju współczesnej kosmologii ewolucyjnej wiąże się z nazwiskiem amerykańskiego fizyka G.A. Gamowa (1904-1968), dzięki któremu koncepcja gorącego Wszechświata weszła do nauki. Zgodnie z proponowanym przez niego modelem „początku” ewoluującego Wszechświata „atom pierwotny” Lemaître’a składał się z silnie skompresowanych neutronów, których gęstość osiągnęła monstrualną wartość – jeden centymetr sześcienny pierwotnej substancji ważył miliard ton. W wyniku eksplozji tego „pierwszego atomu”, zdaniem G.A. Gamow utworzył kompletny kocioł kosmologiczny o temperaturze około trzech miliardów stopni, w którym miała miejsce naturalna synteza pierwiastków chemicznych. Fragmenty pierwotnego jaja – pojedyncze neutrony – rozpadały się następnie na elektrony i protony, które z kolei łączyły się z nierozłożonymi neutronami, tworząc jądra przyszłych atomów. Wszystko to wydarzyło się w ciągu pierwszych 30 minut po Wielkim Wybuchu.
Gorący model był specyficzną hipotezą astrofizyczną, która wskazywała sposoby eksperymentalnej weryfikacji jej konsekwencji. Gamow przewidział obecne istnienie pozostałości promieniowania cieplnego pierwotnej gorącej plazmy, a jego współpracownicy Dlfer i Hermann już w 1948 roku dość dokładnie obliczyli temperaturę tego resztkowego promieniowania współczesnego Wszechświata. Gamowowi i jego współpracownikom nie udało się jednak w zadowalający sposób wyjaśnić naturalnego powstawania i występowania ciężkich pierwiastków chemicznych we Wszechświecie, co było przyczyną sceptycznego stosunku specjalistów do jego teorii. Jak się okazało, zaproponowany mechanizm syntezy jądrowej nie był w stanie zapewnić obecnie obserwowanych ilości tych pierwiastków.
Naukowcy zaczęli szukać innych modeli fizycznych „początku”. W 1961 r. akademik Ya.B. Zeldovich zaproponował alternatywny model zimna, według którego pierwotna plazma składała się z mieszaniny zimnych (o temperaturze poniżej zera absolutnego) zdegenerowanych cząstek - protonów, elektronów i neutrin. Trzy lata później astrofizycy I.D. Nowikow i A.G. Doroszkiewicz przeprowadził analizę porównawczą dwóch przeciwstawnych modeli kosmologicznych warunków początkowych – gorącego i zimnego – i wskazał drogę do eksperymentalnej weryfikacji i wyboru jednego z nich. Zaproponowano próbę wykrycia pozostałości promieniowania pierwotnego poprzez badanie widma promieniowania gwiazd i kosmicznych źródeł radiowych. Odkrycie pozostałości promieniowania pierwotnego potwierdziłoby poprawność modelu gorącego, a jeśli ich nie ma, to wskazywałoby na korzyść modelu zimnego.
Pod koniec lat 60. grupa amerykańskich naukowców pod przewodnictwem R. Dicke'a rozpoczęła próby wykrycia kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła. Wyprzedzili jednak L. Pepziasa i R. Wilsona, którzy w 1978 roku otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie mikrofalowego tła (taka jest oficjalna nazwa kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła) przy długości fali 7,35 cm.
Warto zauważyć, że przyszli laureaci Nagrody Nobla nie poszukiwali kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, ale zajmowali się głównie debugowaniem anteny radiowej do pracy w ramach programu komunikacji satelitarnej. Od lipca 1964 r. do kwietnia 1965 r. na różnych pozycjach anten rejestrowali promieniowanie kosmiczne, którego natura była dla nich początkowo niejasna. Promieniowanie to okazało się kosmicznym mikrofalowym promieniowaniem tła.
Tym samym w wyniku ostatnich obserwacji astronomicznych udało się jednoznacznie rozstrzygnąć zasadnicze pytanie o naturę warunków fizycznych, jakie panowały we wczesnych stadiach ewolucji kosmosu: gorący model „początku” okazał się najbardziej odpowiedni. To jednak, co zostało powiedziane, nie oznacza, że potwierdziły się wszystkie teoretyczne twierdzenia i wnioski koncepcji kosmologicznej Gamowa. Z dwóch początkowych hipotez teorii – dotyczących składu neutronowego „kosmicznego jaja” i gorącego stanu młodego Wszechświata – jedynie ta ostatnia przetrwała próbę czasu, wskazując na ilościową przewagę promieniowania nad materią u początków Wszechświata. obecnie obserwowaną ekspansję kosmologiczną.
Scenariusz „zamrożenia” opracowali amerykańscy fizycy Fred Adams i Gregory Laughlin jeszcze przed odkryciem przyspieszonej ekspansji Wszechświata - w 1997 r. (model oparty jest na modelu standardowym). Według ich modelu historia naszego Wszechświata składa się z czterech epok:
Era gwiazdowa (rozpoczęła się setki milionów lat po Wielkim Wybuchu, we Wszechświecie zaczęły pojawiać się pierwsze gwiazdy i rozpoczęło się intensywne wytwarzanie energii w wyniku syntezy jądrowej we wnętrzach gwiazd. Procesy te trwają do dziś. Naukowcy obliczyli, że kiedy Wszechświat skończy 1014 lat, nie będzie już wolnego wodoru, a gwiazdy zakończą swoje istnienie).
Era degeneracji obejmuje okres 1015 - 1037 lat, po błyszczących gwiazdach pozostały tylko gwiazdy neutronowe i białe karły, czarne dziury gromadzą się i szybko rosną, materia jądrowa ulegnie rozkładowi, protony rozpadną się na pozytony, fotony, neutrina i ostatecznie zwykła materia w składzie planet i białych karłów zacznie zamieniać się w promieniowanie.
Era czarnych dziur przypada na okres 1038 - 10100. W tym czasie wszystkie protony i neutrony (bariony) znikną, a jedynymi makroobiektami we Wszechświecie pozostaną czarne dziury, które wkrótce wyparują w promieniowanie i znikną w eksplozje.
Ciemna era nadejdzie, gdy wiek wszechświata przekroczy 10 100 lat. Z materii pozostaną jedynie kwanty promieniowania elektromagnetycznego o temperaturze bliskiej 0 oraz stabilne leptony (neutrina, elektrony i pozytony).
Model „rozdmuchującego się wszechświata” został zaproponowany w 2003 roku przez R. Caldwella, M. Kamionkowskiego i Weinberga. Ekspansja Wszechświata nie może być wyjaśniona modelami „gorącego Wszechświata”. Rosnący wzrost ciemnej energii (próżni) doprowadzi do powszechnego zapobiegania zapadnięciu. Tempo rozszerzania się przestrzeni wzrośnie do tego stopnia, że rozerwie galaktyki, czyli tzw. tutaj antygrawitacja, czyli jednoczesne usunięcie wszystkich punktów, nabrała decydującego znaczenia. Układy planetarne ulegną rozpadowi, planety stracą kontakt ze Słońcem. Gwiazdy i planety ulegają zniszczeniu. Związki chemiczne rozpadają się na atomy, ale atomy również tracą stabilność; jądra nie są w stanie utrzymać elektronów. Ale to wszystko jest w odległej przyszłości.
Istnieje model, według którego ostateczne zniszczenie Wszechświata może nastąpić jutro. Po raz pierwszy został zaproponowany przez moskiewskiego fizyka M.B. Wołoszyn, I.Yu. Kobzarev i L.B. Usiądźmy w 1975 roku. Teoria ta uwzględnia specyfikę próżni. Nie ma w nim realnych cząstek, ale ich wirtualne odpowiedniki nieustannie rodzą się i znikają. W każdej chwili może nastąpić tunelowanie próżni z jednego stanu do drugiego, a na końcu powstanie przestrzeń – czas i materia o zupełnie innych właściwościach (lub nic).
Energia próżni jest uwzględniana w teorii inflacyjnej ekspansji nowonarodzonego Wszechświata.
Inflacyjny model Wszechświata – hipoteza<#"justify">Scenariusz nr 4 Gigantyczne Słońce
Pod koniec swojego rozwoju ogromne czerwone Słońce pochłonie Ziemię, która zamieni się w spaloną pustynię.
Kiedyś Słońce wyglądało zupełnie inaczej niż dzisiaj. Miliardy lat później ponownie zmieni swój wygląd. Zmiany te są jednak niezauważalne w ludzkiej skali czasu. Jednak Słońce ma swój własny cykl życia - powstawanie materii międzygwiezdnej z chmury, następnie okres mniej lub bardziej spokojnej egzystencji, a następnie nieunikniona śmierć.
Za pięć miliardów lat Słońce zużyje cały swój wodór, zamieni się w hel i stanie się o 75 procent większe niż obecnie.
Minie jeszcze kilka miliardów lat, a nowe Słońce pochłonie Merkurego i Wenus – planety położone najbliżej centrum Układu Słonecznego. A Ziemia, unosząca się w gorącej atmosferze Słońca, opuści swoją orbitę i ostatecznie spiralnie wpadnie do tygla ogromnej gwiazdy. Możliwe, że Mars będzie miał szczęście i na około miliard lat ustali się tam klimat odpowiedni do powstania życia lub jego odtworzenia, jeśli prawdą jest, że istniał tam już kilka miliardów lat temu.
Scenariusz nr 5 Koniec całego Układu Słonecznego
Lodowe planety Układu Słonecznego będą latać w ciemnościach wokół białego karła Słońca.
Straszna ekspansja, która przydarzy się Słońcu w fazie czerwonego olbrzyma, spowoduje opuszczenie kurtyny na scenę ziemskiego życia. Ale to nie będzie ostatni akt jego istnienia. Słońce pozostanie w tym stanie przez kolejny miliard lat. Zacznie odżywiać się helem, a następnie zacznie spalać inne – coraz cięższe – pierwiastki znajdujące się na większych głębokościach, w jądrze gwiazdy, pożerając warstwa po warstwie, kurcząc się jak cebula. Kiedy przyjdzie kolej na żelazo, proces syntezy termojądrowej z uwolnieniem energii zostanie zatrzymany. Jednak transformacja pierwiastków w trzewiach gwiazdy będzie kontynuowana i dość aktywnie, ale teraz nastąpi wraz z absorpcją energii.
Podczas tych kolejnych reakcji termojądrowych będą występować okresy niestabilności Słońca, podczas których zmienia się jego jasność, nadając mu wygląd gwiazdy zmiennej, takiej jak pulsujące cefeidy. W końcowym okresie zmiana faz będzie przyspieszać, każda kolejna będzie krótsza od poprzedniej. A jednak, w przeciwieństwie do gwiazd o większej masie, Słońce nie zakończy swojego życia natychmiast, czyli w wyniku eksplozji. Najwyższe warstwy „odkleją się” w przestrzeń kosmiczną, tworząc tam mgławicę planetarną.
W centrum słonecznej mgławicy planetarnej pozostanie zimny rdzeń złożony z wodoru, helu, węgla, tlenu i innych cięższych pierwiastków. Jej objętość będzie porównywalna z objętością Ziemi, a jej gęstość będzie miliony razy większa od gęstości wody (innymi słowy masa centymetra sześciennego takiej substancji będzie mierzona w tonach!)
Po studzeniu przez miliardy lat ostygnie do temperatury 4000 kelwinów i w jego substancji rozpocznie się proces krystalizacji.
Relikty pozostałych planet będą krążyć wokół małego białego Słońca, najprawdopodobniej będą to Mars, Jowisz i Saturn, których zimne pierścienie wyparowują w fazie czerwonego olbrzyma. I nadejdzie wieczna noc, podczas której podczas pełni księżyca na Ziemi będzie tak samo ciemno, jak dzisiaj, a Słońce będzie wyglądać tylko nieznacznie jaśniej niż inne gwiazdy.
Scenariusz nr 6 Koniec Drogi Mlecznej w czarnej dziurze
Czarna dziura znajdująca się w centrum Galaktyki wchłonie do swojego lejka wszystkie gwiazdy Drogi Mlecznej.
Obserwując Drogę Mleczną i inne odległe galaktyki, od razu można zauważyć oczywistą różnicę: nasz układ gwiezdny jest stosunkowo spokojny, podczas gdy wiele innych galaktyk żyje w ciągłej aktywności.
Emisje gazów, obszary intensywnego powstawania gwiazd, potężne strumienie fal radiowych, promieni rentgenowskich i gamma, uwolnienie ogromnych ilości energii – wszystko to sprawia, że galaktyki wyglądają jak pobliskie gwiazdy, podczas gdy w rzeczywistości są to miliardy gwiazd. lata świetlne od nas.
Jedna z hipotez wyjaśnia szaloną aktywność tych układów gwiezdnych przez znajdujące się w ich centrach gigantyczne czarne dziury, których masa wynosi dziesiątki milionów mas Słońca.
Istnienie takiego kosmicznego megaodkurzacza, którego nie widać bezpośrednio, potwierdzają obserwowane przez astronomów zjawiska wirowe oraz najwyższe różnice temperatur, które zachodzą podczas absorpcji materii przez czarną dziurę i towarzyszą im emisje energii i gazu .
Astrofizycy obserwując centrum naszego Wszechświata w różnych zakresach fal radiowych, podczerwonych i rentgenowskich, a także promieni gamma i zbierając mnóstwo danych, zaproponowali, że w centrum Drogi Mlecznej znajduje się czarna dziura.
Naukowcy sugerują, że w centrum Drogi Mlecznej występuje zwiększone stężenie materii, około dwa miliony razy większe od masy Słońca, ale ilość światła docierającego do nas stamtąd jest nieproporcjonalnie mała. Nawiasem mówiąc, z tego powodu niektórzy naukowcy wątpią, czy w centrum Drogi Mlecznej naprawdę znajduje się ogromna czarna dziura. Ale z drugiej strony takie nieporęczne formacje, zachowujące się stosunkowo spokojnie, znaleziono nie tylko w naszej, ale także w innych pozornie normalnych galaktykach, na przykład w mgławicy Andromedy i jej satelicie M32, niedawno badanym za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
Być może czarna dziura powstała w wyniku zderzeń z innymi galaktykami w odległych czasach, gdy Wszechświat był jeszcze mały. Ale co się stanie, gdy spotka inne galaktyki, jeśli kiedykolwiek obudzi się ze snu? Odpowiedź jest rozczarowująca: czarna dziura wciągnie całą naszą Galaktykę.
W tym przypadku Drogę Mleczną czeka los nie do pozazdroszczenia - najpierw zamieni się w wir gwiazd i gazu, a następnie w malutki obszar o nieskończenie dużej gęstości.
Wniosek
Wszechświat ewoluuje; gwałtowne procesy miały miejsce w przeszłości, zachodzą teraz i będą miały miejsce w przyszłości. Świat staje się coraz bardziej złożony, pojawiają się nowe teorie. A nauka nie stoi w miejscu, pojawiają się nowe poglądy, hipotezy, nauki, ponieważ „przyroda nie odkrywa swoich tajemnic raz na zawsze” (L.A. Seneca).
Jeśli naszemu Wszechświatowi grozi śmierć, być może w przyszłości będzie można polecieć do innego Wszechświata. Z ogólnej teorii względności wynika możliwość istnienia tuneli czasoprzestrzennych i przejścia do innych Wszechświatów.
Znamy strukturę Wszechświata w ogromnej przestrzeni kosmicznej, której przebycie zajmuje światłu miliardy lat. Ale dociekliwa myśl człowieka stara się przeniknąć dalej. Co leży poza granicami obserwowalnego obszaru świata? Czy Wszechświat ma nieskończoną objętość? A jego ekspansja – dlaczego się zaczęła i czy będzie kontynuowana w przyszłości? Jakie jest pochodzenie „ukrytej” masy? I wreszcie, jak zaczęło się inteligentne życie we Wszechświecie? Czy istnieje gdziekolwiek indziej poza naszą planetą? Na te pytania nie ma jeszcze ostatecznych i pełnych odpowiedzi. Wszechświat jest niewyczerpany. Niezmordowany jest także głód wiedzy, który zmusza ludzi do zadawania coraz to nowych pytań o świecie i uporczywego poszukiwania na nie odpowiedzi.
Wykaz używanej literatury
1.Woroncow - Velyaminov B.A. Eseje o Wszechświecie. M., 1980. - 672 s.
2.Ksanfomality L. Dark Universe // Nauka i Życie 2005 nr 5. 58-69 s.
.Levin A. Losy wszechświata // Popular Mechanics 2006 nr 9 40-46 s.
.Lewitan EP Ewoluujący Wszechświat. M.: Edukacja., 1993. 159 s.
.Perel Yu.G. Rozwój idei o Wszechświecie M., 1958. 352 s.
.Surdin V.G. Darwin i ewolucja Wszechświata // Ekologia i Życie 2009 nr 3 4-10 s.
.Szkłowski P.S. Wszechświat, życie, umysł M.: Nauka 1987. - 320 s.
9.
.
.
Korepetycje
Potrzebujesz pomocy w studiowaniu jakiegoś tematu?
Nasi specjaliści doradzą lub zapewnią korepetycje z interesujących Cię tematów.
Prześlij swoją aplikację wskazując temat już teraz, aby dowiedzieć się o możliwości uzyskania konsultacji.
Dzięki instynktowi przetrwania ludzkość i nasza cywilizacja istnieją od tysięcy lat. Chociaż w ciągu ostatnich kilku dekad środowiska naukowe coraz bardziej niepokoiły się możliwymi globalnymi katastrofami - zdarzeniami o wysokim współczynniku ryzyka, które mogą nie tylko zaszkodzić planecie, ale także zniszczyć na niej życie.
Era czarnych dziur opisana jest w książce profesora Freda Adamsa „Pięć wieków wszechświata” jako epoka, w której zorganizowana materia pozostanie jedynie w postaci czarnych dziur. Stopniowo, dzięki kwantowym procesom aktywności radiacyjnej, pozbędą się pochłoniętej przez siebie materii. Pod koniec tej ery pozostaną jedynie niskoenergetyczne protony, elektrony i neutrony. Innymi słowy, możemy pożegnać się z naszą piękną błękitną planetą.
Według wielu ruchów religijnych, które wysuwają różne hipotezy, zbliża się koniec świata (dzień zagłady, powtórne przyjście Jezusa Chrystusa, przyjście Antychrysta). Wszyscy są zgodni co do jednego: koniec świata jest nieunikniony. Naukowcy obalają większość hipotez, ale jednocześnie zgadzają się, że tak się może zdarzyć.
Kiedy pomyślimy o rządach dyktatorów takich jak Hitler, Stalin, Saddam, Kim Dzong-un i innych klasycznych dyktatur politycznych, łatwo założyć, że taki scenariusz również można uznać za początek końca cywilizacji.
W wyniku kolejnego scenariusza zagłady stworzone przez człowieka nanoroboty wymkną się spod kontroli i zniszczą ludzkość.
Wielu naukowców obawia się, że niezwykle silne promieniowanie gamma z sąsiednich galaktyk, w wyniku bardzo silnej eksplozji, może spowodować śmierć naszej planety. Hipoteza ta pomaga wyjaśnić tzw. Paradoks Fermiego, który wskazuje, że poza nami we Wszechświecie nie ma innych zaawansowanych technologicznie cywilizacji, gdyż promienie gamma mogły wszystko zniszczyć.
Jest to kwestia kontrowersyjna, jednak wielu uważa, że w wyniku działalności człowieka powstałe globalne ocieplenie stanie się czynnikiem, który można uznać za przyczynę zmian klimatycznych i śmierci życia na naszej planecie.
Słońce okresowo wyrzuca w przestrzeń gorące, radioaktywne chmury gazu, które zagrażają ziemskiemu polu magnetycznemu, ponieważ są niezwykle silne i docierają do Ziemi w ciągu zaledwie kilku godzin. Według niektórych naukowców, w wyniku szkód, jakie człowiek wyrządza swojej planecie, niekontrolowane wyrzuty koronalne ze Słońca pewnego dnia zniszczą planetę.
Teoria Wielkiego Wybuchu to kolejna wątpliwa hipoteza kosmologiczna, według której materia Wszechświata, począwszy od gwiazd, galaktyk po atomy i inne cząstki powstałe w wyniku tej eksplozji, w przyszłości zniknie w ten sam sposób.
Wielki Kryzys to kolejna naukowa hipoteza końca naszego istnienia. W rezultacie Wszechświat skurczy się i eksploduje. Stworzył go Wielki Wybuch i Wielki Kryzys go zniszczy.
„Zanieczyszczenie genetyczne” to wątpliwy termin używany do wyjaśnienia niekontrolowanego stosowania inżynierii genetycznej, która ingeruje w świat przyrody. Niepożądana jest ingerencja w geny, ponieważ tworząc nowe organizmy, możesz nieodwracalnie uszkodzić istniejące. W wyniku spontanicznych mutacji mogą pojawić się niepożądane gatunki dominujące.
Za kolejne zagrożenie dla życia ludzkości można uznać globalne epidemie, które mogą bardzo szybko rozprzestrzeniać się poprzez unoszące się w powietrzu kropelki i zabijać ludzi zaledwie na kilka godzin, zanim ludzkość znajdzie skuteczne lekarstwo.
Jak wyglądałaby planeta, gdyby ludzkość nagle zniknęła z powierzchni ziemi jak dinozaury? Do nagłego wyginięcia ludzkości może doprowadzić kilka przyczyn. Na przykład wszyscy mężczyźni staną się gejami, a reprodukcja ludzi ustanie.
Istnieją dwa scenariusze rozwoju przyszłości Wszechświata i oba prowadzą do jego śmierci. Niektórzy naukowcy twierdzą, że wszechświat eksploduje, inni zaś twierdzą, że zamarznie. Tak czy inaczej, oba scenariusze są absolutnie mało optymistyczne.
Coraz częściej słyszy się o zagrożeniu przeludnieniem planety. Wielu ekspertów twierdzi, że do 2050 r. będzie to dla nas największe wyzwanie. Faktem jest, że ludzkość będzie tak liczna, że nie będzie wystarczającej liczby różnych zasobów podtrzymujących życie, na przykład wody i ropy. W rezultacie mamy głód, suszę, choroby i niekończące się wojny między krajami.
Nadmierna konsumpcja jest już uważana za jedno z zagrożeń w 2015 roku. Ponieważ ludzie zużywają znacznie więcej, niż przyroda jest w stanie zregenerować. Przejawami nadmiernej konsumpcji są ogromne połowy ryb i nadmierne spożycie mięsa. To samo tyczy się warzyw i owoców.
Albert Einstein jako jeden z pierwszych przewidział koniec świata w wyniku III wojny światowej. Powiedział, że nie wie, jakiej broni ludzkość użyje podczas trzeciej wojny światowej, ale w czwartej wojnie światowej ludzkość będzie walczyć kamieniami i maczugami.
Śmierć cywilizacji jest najbardziej realistycznym scenariuszem spośród tych, które przepowiadają śmierć ludzkości. Przykładem są losy cywilizacji Majów czy Cesarstwa Bizantyjskiego. To samo może spotkać w przyszłości całą ludzkość.
Nuklearny holokaust i apokalipsa należą do najbardziej realnych zagrożeń, które mogą doprowadzić do śmierci ludzkości. Może się to zdarzyć, ponieważ świat zgromadził ogromną ilość broni nuklearnej.
Nowy Porządek Świata mógłby zostać ustanowiony przez jedną z tajnych organizacji, które istnieją dzisiaj (iluminaci, masoni, syjoniści itp.). Dziś znajdują się pod kontrolą społeczeństwa, ale w przyszłości mogą stać się potężniejsi i swoimi dogmatami i działaniami doprowadzić ludzkość do niewoli i służby złu.
Istotą katastrofy maltuzjańskiej według Thomasa Maltha, autora „Eseju o prawie ludności” (1798), jest to, że w przyszłości populacja wyprzedzi wzrost i możliwości sektora rolnego w zakresie gospodarki i stabilności. Po czym populacja będzie się zmniejszać i zaczną się katastrofy.
Teoria ta znana jest od starożytności i większość (jeśli nie wszyscy) widziała niezliczoną ilość filmów, w których pewnego słonecznego dnia jakaś obca cywilizacja podbije planetę i spróbuje zniszczyć na niej życie. Nie stanie się to w najbliższej przyszłości, ale być może kiedyś to nastąpi.
Transhumanizm to międzynarodowy ruch kulturalny i intelektualny ostatnich lat, którego celem jest zrozumienie ogromnej roli technologii w przekształcaniu i poprawie jakości materialnej, fizycznej i psychicznej sfery życia człowieka. Choć brzmi to wspaniale, ludzkość może ucierpieć w wyniku rewolucji informacyjno-technologicznej.
Eksperci posługują się pojęciem „technologicznej osobliwości” do opisania hipotetycznego scenariusza, w którym szybki postęp technologiczny zrobi ludzkości okrutny żart, który stworzy sztuczną inteligencję i umrze, tracąc kontrolę nad klonami i robotami.
Pojęcie „wzajemnie gwarantowanego zniszczenia” odnosi się do globalnego użycia broni w celu masowego zniszczenia ludzi i planety. Jest to scenariusz realistyczny, jeśli weźmiemy pod uwagę obecną sytuację polityczno-militarną na świecie.
Ci, którzy oglądali film „Śmierć nadejdzie jutro”, wiedzą, że bombardowanie kinetyczne może zniszczyć życie na planecie. Jeśli nie widziałeś filmu, wyobraź sobie rozwój broni kosmicznej, która w ciągu kilku sekund może zniszczyć wszystko na Ziemi. Straszny? Straszny. Ale naukowcy obliczyli nawet prawdopodobieństwo do tysięcznych części procenta.
Przyszłość Wszechświata to jedno z głównych pytań kosmologii, na które odpowiedź zależy przede wszystkim od takich cech i właściwości Wszechświata, jak jego masa, energia, średnia gęstość i tempo ekspansji.
Co wiemy o Wszechświecie?
Na początek powinniśmy zdefiniować samo pojęcie „Wszechświata”, które ma swoje miejsce zarówno w astronomii, jak i filozofii. W dziedzinie astronomii Wszechświat nazywany jest Metagalaktyką lub po prostu Wszechświatem Astronomicznym. Jednak z teoretycznego punktu widzenia, jaki uwzględnia większość modeli i scenariuszy rozwoju Wszechświata, jest to układ kolosalny, wykraczający poza granice możliwych obserwacji.
Jedną z najważniejszych właściwości Wszechświata, odkrytą stosunkowo niedawno, jest niemal równomierna i izotropowa ekspansja, która również okazała się przyspieszona. W zależności od czasu trwania tej ekspansji historia Wszechświata może przyjąć jeden z dwóch możliwych scenariuszy.
W pierwszym przypadku ekspansja będzie trwała w nieskończoność, a jednocześnie średnia gęstość materii we Wszechświecie gwałtownie spadnie, zbliżając się do zera. Krótko mówiąc, wszystko zacznie się od rozpadu gromad galaktyk, a skończy na podziale protonu na kwarki.
Drugi scenariusz uwzględnia postulaty ogólnej teorii względności (GTR), która stwierdza, że wraz ze znacznym wzrostem gęstości materii czasoprzestrzeń ulega zakrzywieniu. Jeśli ekspansja zacznie zwalniać, najprawdopodobniej w pewnym momencie zmieni się w kompresję. Wtedy Wszechświat zacznie się kurczyć, a średnia gęstość jego materii gwałtownie wzrośnie. Zgodnie z ogólną teorią względności, czasoprzestrzeń będzie się stopniowo zaginać, aż Wszechświat zamknie się w sobie, jak powierzchnia zwykłej kuli, ale o większej liczbie wymiarów, niż jesteśmy przyzwyczajeni sobie wyobrażać.
Epoki kosmologiczne Wszechświata
Próbując przewidzieć przyszłe losy Wszechświata astronomicznego, naukowcy podzielili jego istnienie na następujące etapy:
Pomimo tego, że materia Wszechświata ulega stopniowej anihilacji, sama przestrzeń może ewoluować według czterech hipotetycznych scenariuszy:
- Jeśli z biegiem czasu ekspansja Wszechświata zwolni, a następnie zamieni się w kompresję, wówczas ostatnim etapem jego życia będzie Wielki Kryzys. W rezultacie cała materia zapada się i powraca do swojego pierwotnego stanu - osobliwości.
- Inny scenariusz zakłada, że średnia gęstość materii we Wszechświecie jest dokładnie określona i jest taka, że ekspansja stopniowo wyhamowuje.
- Najbardziej prawdopodobny model, ze względu na współczesne wyniki obserwacji. Oznacza to równomierną ekspansję Wszechświata poprzez bezwładność.
- Gwałtowny wzrost tempa ekspansji Wszechświata, który doprowadzi nasz świat do tzw.
