Ростовська філія

Кафедра гуманітарних, соціально – економічних та природничих дисциплін

РЕФЕРАТ

З дисципліни:

« Концепція сучасного

природознавства»

На тему: " Еволюція Всесвіту »

Ростов – на – Дону

План

Вступ

1. Основні концепції космології

1.1 Припущення А. Ейнштейна

1.2 Висновки А.А. Фрідмана

1.3 Емпіричний закон - закон Хаббла

1.4 Гіпотези Г.А. Гамова

1.5 Реліктове випромінювання А. Пензіса та Р. Вільсона

2. Модель гарячого Всесвіту

2.1 Космологія Великого Вибуху

2.2 Розподіл початкової стадії еволюції на ери

2.3 Інфляційна модель Всесвіту

3. Структура Всесвіту

3.1 Метагалактика

3.2 Галактики

3.3 Зірки

3.4 Сонячна система

Висновок

Список літератури

Вступ

Дивлячись на всеяне зірками небо, людина захоплюється, не залишаючись байдужим до споглядаемого. «Відкрилася безодня, зірок сповнена. Зіркам числа немає, безодня – дна», – ці чудові рядки М.В. Ломоносова, образно і найповніше описують перше враження, яке відчуває людина, милуючись чарівною картиною зоряного неба. Про зірки складено безліч віршів та пісень. Зірки і безмежний небесний простір завжди притягували і притягують усіх: і звичайнісіньку людину, і поета, і вченого. Але для вчених зоряне небо – не тільки предмет захоплення та насолоди, але й захоплюючий, невичерпний об'єкт досліджень.

У ясну погоду в безмісячну ніч неозброєним оком можна спостерігати на небосхилі до трьох тисяч зірок. Але це лише невелика частина зірок та інших космічних об'єктів, з яких складається Всесвіт.

Всесвіт– це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі та просторі та нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія у процесі свого розвитку.

1. Основні концепції космології

Протягом усієї історії цивілізації людство прагне пізнати світ довкола себе і зрозуміти, яке місце воно займає у Всесвіті. Всесвіт- Найбільша матеріальна система. Її походження цікавить людей ще з давніх часів. Спочатку Всесвіт був «безвидний і порожній» – так сказано в біблії. Спочатку був вакуум – уточнюють сучасні фізики. Які ж витоки походження Всесвіту? Як вона розвивається? Яка її структура? На ці та інші питання намагалися відповісти вчені різних часів. Однак навіть найбільші здобутки природознавства ХХ ст. не дозволяють дати повністю вичерпні відповіді.

1.1 Припущення А. Ейнштейна

Тим не менш, прийнято вважати, що основні положення сучасної космології - науки про будову та еволюцію Всесвіту - почали формуватися після створення в 1917 році. А. Ейнштейномпершої релятивістської моделі, заснованої на теорії гравітації і яка претендувала на опис усього Всесвіту. Ця модель характеризувала стаціонарний стан Всесвіту і, як показали астрофізичні спостереження, виявилася неправильною.

1.2 Висновки А.А. Фрідмана

Важливий крок у вирішенні космологічних проблем зробив 1922 р. професор Петроградського університету А.А. Фрідман(1888-1925). В результаті вирішення космологічних рівнянь він дійшов висновку: Всесвіт не може, знаходиться в стаціонарному стані - він повинен розширюватися або звужуватися.

1.3 Емпіричний закон - закон Хаббла

Наступний крок було зроблено у 1924 р., коли в обсерваторії Маунт Вілсон у Каліфорнії американський астроном Е. Хаббл(1889-1953) виміряв відстань до найближчих галактик (на той час званих туманностями) і тим самим відкрив світ галактик. В1929 р. у тій же обсерваторії Е. Хаббл з червоного зміщення ліній у спектрі випромінювання галактик експериментально підтвердив теоретичний висновок А.А. Фрідмана про розширення Всесвіту і встановив Емпіричний закон - закон Хаббла:швидкість видалення галактики V прямо пропорційна відстані r її, т. е. V=Hr, де H – стала Хаббла.

З часом постійна Хаббла поступово зменшується - розбігання галактик сповільнюється. Але таке зменшення за проміжок часу, що спостерігається, мізерно малий. Зворотною величиною постійної Хаббла визначається час життя (вік) Всесвіту. З результатів спостереження випливає, що швидкість розбігання галактик збільшується приблизно на 75 км/с на кожен мільйон парсек (1 парсек дорівнює 3,3 світлового року; світловий рік - це відстань, що проходить світлом у вакуумі за 1 земний рік). При цій швидкості екстраполяція до минулого призводить до висновку: вік Всесвіту становить близько 15 млрд. років, а це означає, що весь Всесвіт 15 млрд. років тому був зосереджений у дуже маленькій області. Передбачається, що в той час щільність речовини Всесвіту була порівнянною із щільністю атомного ядра, і весь Всесвіт був величезною ядерною краплею. З якихось причин ядерна крапля опинилася у нестійкому стані та вибухнула. Це припущення є основою концепції великого вибуху.

Добутком часу життя Всесвіту на швидкість світла визначається радіус космологічного горизонту – межа пізнання Всесвіту за допомогою астрономічних спостережень. Інформація про об'єкти за космологічним горизонтом до нас ще не дійшла – ми не можемо зазирнути за космологічний обрій. Нескладний розрахунок показує, що радіус космологічного горизонту дорівнює приблизно 10 м. Очевидно, що цей радіус щомиті збільшується приблизно на 300 тис. км. Але таке збільшення мізерно мало порівняно з величиною радіусу космологічного горизонту. Для спостереження помітного розширення космологічного обрію потрібно почекати мільярди років.

У концепції великого вибуху передбачається, що розширення Всесвіту відбувалося з однаковою швидкістю, починаючи з вибуху ядерної краплі. В даний час обговорюється і інша гіпотеза - гіпотеза пульсуючого Всесвіту: Всесвіт не завжди розширювався, а пульсує між кінцевими межами щільності. З неї випливає, що деяке минуле швидкість видалення галактик була меншою, ніж зараз, і були періоди, коли Всесвіт стискався, тобто галактики наближалися один до одного і з тим більшою швидкістю, чим більша відстань їх поділяло.

1.4 Гіпотези Г.А. Гамова

У міру розвитку природознавства та особливо ядерної фізики висуваються різні гіпотези про фізичні процеси на різних етапах космологічного розширення. Одна з них запропонована наприкінці 40-х років. ХХ ст. Г.А. Гамовим(1904–1968), фізиком – теоретиком, що емігрував у 1933 р. з Радянського Союзу до США, і називається моделлю гарячого Всесвіту. У ній розглянуті ядерні процеси, що протікали в початковий момент розширення Всесвіту в дуже щільній речовині з надзвичайно високою температурою. У міру розширення Всесвіту щільна речовина охолоджувалась.

З цієї моделі випливає два висновки:

Речовина, з якої зароджувалися перші зірки, складалася в основному з водню (75%) та гелію (25%);

У сьогоднішньому Всесвіті має спостерігатися слабке електромагнітне випромінювання, яке зберегло пам'ять про початковий етап розвитку Всесвіту, і тому назване реліктовим.

1.5 Реліктове випромінювання А. Пензіса та Р. Вільсона

З розвитком астрономічних засобів спостереження, зокрема з народженням радіоастрономії, з'явилися нові можливості пізнання Всесвіту. У 1965 р. американські астрофізики А. Пензіас та Р. Вільсонекспериментально виявили реліктове випромінювання. Реліктове випромінювання– це фонове ізотропне космічне випромінювання із спектром, близьким до спектру випромінювання абсолютно чорного тіла з температурою близько 3 К.

У 2000 р. повідомлялося: зроблено важливий крок на шляху розуміння раннього етапу еволюції Всесвіту. У лабораторії європейських ядерних досліджень у Женеві отримано новий стан матерії – кварк – глюонна плазма. Передбачається, що у такому стані Всесвіт перебував у перші 10 мкс після великого вибуху. До цього часу вдавалося охарактеризувати еволюцію матерії на стадії не раніше трьох хвилин після вибуху, коли вже сформувалися ядра атомів.

2. Модель гарячого Всесвіту

Всесвіт-Це сукупність всього, що існує. Земля, Місяць, Сонце та всі планети та зірки утворюють Всесвіт. Всесвіт сповнений великими та хвилюючими таємницями та загадками, які вчені намагаються розгадати. Багато хто висуває теорії щодо її походження. Вони стверджують, що Всесвіт існував не завжди, але мав свій початок.

Виходячи з досліджень зірок та галактик, вчені помітили, що вони відокремлюються один від одного з великою швидкістю. Це дозволяє припустити, що в якийсь момент вони були з'єднані. Досвід, запропонований для пояснення, яким був початок Всесвіту, полягає в тому, що повітряну кулю розмальовують невеликими плямами. Коли кулю надувають, відстань між плямами збільшується, і плями також стають дедалі більше. У цьому вся досвіді плями представляють галактики, а надування кулі – поширення Всесвіту.

2. 1 Космологія Великого Вибуху

Бельгійський астроном Жорж Ламетр, Що вивчав зірки, висловив припущення, що 15 мільярдів років тому Всесвіт був маленьким і дуже щільним. Цей стан Всесвіту він назвав "космічним яйцем". Згідно з його розрахунками, радіус Всесвіту в початковому стані дорівнював 10 см, що близько за розмірами до радіуса електрона, а його щільність становила 10 г/см, тобто Всесвіт був мікрооб'єктом мізерно малих розмірів.

Від початкового стану Всесвіт перейшов до розширення в результаті Великого вибуху, Т. е. вся матерія, що входила до складу «космічного яйця», вирвалася назовні з великою швидкістю і розлетілася у всіх напрямках.

Космологія – це наука, що ставить фундаментальні питання. Що таке Всесвіт? Скільки їй років? Як вона утворилася? Що буде з нею у майбутньому? Ще п'ятсот років тому в космології прийнято вважати, що центр Всесвіту – Земля. Зараз вже зрозуміло, що Земля – лише частинка величезного Всесвіту, що утворився в результаті Великого вибуху. Але Земля – планета, на якій розвинулося багато живих істот, і пояснити цей факт дуже важливо для будь-якої моделі космосу.

Космологією цікавилися по всьому світу ще в давнину, за небом спостерігали неозброєним оком. У ті часи намагалися зрозуміти, як рухаються зірки, Сонце та планети. У дослідженнях змішувалися логічне мислення, традиційні уявлення та релігія. Понад 400 років тому набула поширення геліоцентрична модель світу Миколи Коперника (потім вона була уточнена Йоганном Кеплером та Ісааком Ньютоном). На початку XVII століття Галілео Галілей, використовуючи перші оптичні телескопи, відкрив безліч зірок та планет. Якість спостережень поліпшувалося зі збільшенням розмірів телескопів, а середині ХІХ століття спектроскопія зробила революцію до вивчення зоряного неба.
Спектроскопія дозволила астрономам аналізувати склад зірок, планет, розріджених хмар газу та пилу міжзоряного простору. Результати спостережень складалися нові фізичні теорії. На початку XX століття наука зробила великий стрибок уперед завдяки загальній теорії відносності Ейнштейна. Він описав, як улаштований Всесвіт загалом і при цьому дав можливість використовувати теорію для опису окремих деталей різних моделей. Щоб вибрати правильну модель, треба провести багато спостережень. Протягом XX століття діапазон спостережень розширився з видимого світла до радіохвиль, інфрачервоних, ультрафіолетових, рентгенівських, гамма-променів і навіть нейтрино. До 1970 року загальне визнання здобула модель Беленной, заснована на теорії Великого вибуху. На камені, що представляє собою ацтекський календар, 3,6 м в діаметрі, зображені календар і космологічні уявлення ацтеків. Центральна частина – це нинішня епоха. Навколо неї показано чотири попередні ери, а по краях зображено 20 днів ацтекського місяця.
Єгипетська космологія Є думка, що коридори піраміди Хеопса в Гізі вказують у бік деяких зірок на небосхилі. Інша гіпотеза: розташування трьох великих пірамід у Гізі відповідає трьом зіркам "пояса" сузір'я Оріона.
Модель базується на трьох основних наукових фактах: розширенні Всесвіту, існування космічного фонового випромінювання, відносного достатку легких елементів. Нещодавно за допомогою великих телескопів з новими детекторами вчені визначили розміщення галактик у Всесвіті і відкрили далекі зірки, що вибухають. Це свідчить, що після Великого вибуху розширення Всесвіту прискорюється. Результати всіх спостережень доводять, що «найобґрунтованіша» із запропонованих моделей Всесвіту та, в якій над звичайною матерією домінують невидима «темна матерія» та загадкова «темна енергія». Але для її детального обґрунтування потрібні нові теорії та детальніші спостереження.

Спостереження за небом. Внаслідок Великого вибуху в момент зародження Всесвіту утворилося реліктове випромінювання. Спеціальний космічний апарат вивчає його та формує карту мікроколивань, що порушують рівне світіння космічної фонової радіації. Колір відбиває зміни температури і щільності стародавнього Всесвіту, які призвели до утворення скупчень галактик.
Космічний телескоп. Космічний телескоп «Хаббл» знаходиться поза земної атмосфери – таке розташування дозволяє докладно вивчати Всесвіт без спотворень земної атмосфери. У його принцип закладено використання різноманітних приладів. Виробництво ІЧ оптики та оптичних матеріалів здійснюється за такою ж методикою. Якісно виконати роботу можуть лише професіонали, які є асами у фізиці та хімії. Матеріали, що їх виробляють, дуже часто використовуються як на суші, так і в космосі. Обслуговується телескоп Хабл астронавтами, що прилітають на човниковому повітряно-космічному апараті. Радіотелескопи. Найбільший у світі комплекс радіотелескопів знаходиться в американському штаті Нью-Мексико, складається з 27 антен. Вони здатні формувати зображення з роздільною здатністю, рівним роздільній здатності одного великого радіотелескопа з поперечним перерізом в 36 км.

• Розширення Всесвіту

• Космологічні моделі
  • Рівняння Фрідмана

Історія космології

Ранні форми космології являли собою релігійні міфи про створення (космогонія) та знищення (есхатологія) існуючого світу.

Китай

Епоха Відродження

Новаторський характер має космологія Миколи Кузанського, викладена в трактаті Про вчене незнання. Він передбачав матеріальну єдність Всесвіту і вважав Землю однією з планет, що також здійснює рух; небесні тіла населені, як і наша Земля, причому кожен спостерігач у Всесвіті з рівною основою може вважати себе нерухомим. На його думку, Всесвіт безмежний, але кінцевий, оскільки нескінченність може бути властива одному тільки Богу. Водночас у Кузанца зберігаються багато елементів середньовічної космології, у тому числі віра в існування небесних сфер, включаючи зовнішню з них – сферу нерухомих зірок. Однак ці «сфери» не є абсолютно круглими, їхнє обертання не є рівномірним, осі обертання не займають фіксованого положення у просторі. Внаслідок цього світ не має абсолютного центру і чіткого кордону (ймовірно, саме в цьому сенсі потрібно розуміти тезу Кузанца про безмежність Всесвіту).

Перша половина XVI століття відзначена появою нової геліоцентричної системи світу Миколи Коперника. У центрі світу Коперник помістив Сонце, навколо якого оберталися планети (зокрема яких і Земля, яка до того ж ще обертання навколо осі). Всесвіт Коперник, як і раніше, вважав обмеженою сферою нерухомих зірок; мабуть, зберігалася в нього і віра у існування небесних сфер.

Модифікацією системи Коперника була система Томаса Діггеса , у якій зірки розташовуються не так на одній сфері, але в різних відстанях Землі до нескінченності. Деякі філософи (Франческо Патриці, Ян Есенський) запозичували лише один елемент вчення Коперника - обертання Землі навколо осі, також вважаючи зірки розкиданими у Всесвіті до нескінченності. Погляди цих мислителів несуть у собі сліди впливу герметизму, оскільки область Всесвіту поза Сонячної системи вважалася ними нематеріальним світом, місцем проживання Бога і ангелів .

Рішучий крок від геліоцентризму до нескінченного Всесвіту, рівномірно заповненого зірками, зробив італійський філософ Джордано Бруно. Згідно з Бруно, при спостереженні з усіх точок Всесвіт повинен виглядати приблизно однаково. З усіх мислителів Нового часу він першим припустив, що зірки – це далекі сонця і що фізичні закони у всьому нескінченному та безмежному просторі однакові. Наприкінці XVI століття нескінченність Всесвіту відстоював і Вільям Гільберт. У середині-другій половині XVII століття ці погляди підтримали Рене Декарт, Отто фон Геріке та Християн Гюйгенс.

Виникнення сучасної космології

А. А. Фрідман

Виникнення сучасної космології пов'язане з розвитком у XX столітті загальної теорії відносності (ОТО) Ейнштейна та фізики елементарних частинок. Перше дослідження на цю тему, що спирається на ОТО, Ейнштейн опублікував в 1917 під назвою «Космологічні міркування до загальної теорії відносності». У ній він ввів 3 припущення: Всесвіт однорідний, ізотропний і стаціонарний. Щоб забезпечити останню вимогу, Ейнштейн увів у рівняння гравітаційного поля додатковий «космологічний член». Отримане ним рішення означало, що Всесвіт має кінцевий обсяг (замкнуто) і позитивну кривизну.

Вік Всесвіту

Вік Всесвіту - час, що минув з Великого вибуху. Згідно з сучасними науковими даними (результати WMAP 9), воно становить 13,830 ± 0,075 млрд років. Нові дані, отримані за допомогою потужного телескопа-супутника «Планк», що належить Європейському космічному агентству, показують, що вік Всесвіту становить 13,798 ± 0,037 мільярда років (68% довірчий інтервал).

Вік Всесвіту як функція космологічних властивостей

Сучасна оцінка віку Всесвіту побудована на основі однієї з найпоширеніших моделей Всесвіту, так званої стандартної космологічної ΛCDM-моделі.

Основні етапи розвитку Всесвіту

Велике значення для визначення віку Всесвіту має періодизація основних процесів, що протікали у Всесвіті. В даний час прийнята наступна періодизація:

• Найраніша епоха, про яку існують якісь теоретичні припущення, - це планківський час ( 10 −43 після Великого вибуху). У цей час гравітаційна взаємодія відокремилася від інших фундаментальних взаємодій. За сучасними уявленнями, ця епоха квантової космології тривала до часу порядку 10 −11 спісля Великого вибуху.
• Наступна епоха характеризується народженням початкових частинок кварків та поділом видів взаємодій. Ця епоха тривала до часів порядку 10 −2 спісля Великого вибуху. В даний час вже існують можливості досить детального фізичного опису процесів цього періоду.
• Сучасна епоха стандартної космології почалася через 0,01 секунди після Великого вибуху і продовжується досі. У цей період утворилися ядра первинних елементів, виникли зірки, галактики, сонячна система.

Важливою віхою в історії розвитку Всесвіту в цю епоху вважається ера рекомбінації, коли матерія Всесвіту, що розширюється, стала прозорою для випромінювання. За сучасними уявленнями це сталося через 380 тис. років після Великого вибуху. Нині це випромінювання ми можемо спостерігати як реліктового фону , що є найважливішим експериментальним підтвердженням існуючих моделей Всесвіту.

WMAP

Карта мікрохвильового випромінювання, побудована WMAP

Зібрана WMAP інформація дозволила вченим побудувати найдокладнішу на сьогоднішній день карту флуктуацій температури розподілу мікрохвильового випромінювання на небесній сфері. Раніше подібну карту вдалося побудувати за даними апарату НАСА COBE, проте її дозвіл суттєво - у 35 разів - поступався даними, отриманими WMAP.

Дані WMAP показали, що розподіл температури реліктового випромінювання небесною сферою відповідає цілком випадковим флуктуаціям з нормальним розподілом . Параметри функції, що описує виміряний розподіл, узгоджуються з моделлю Всесвіту:

• на 4% із звичайної речовини,
• на 23% з так званої темної матерії (можливо, з гіпотетичних важких суперсиметричних частинок) та
• на 73% ще більш таємничої темної енергії, що викликає прискорене розширення Всесвіту.

Дані WMAP дозволяють стверджувати, що темна матерія є холодною (тобто складається з важких частинок, а не нейтрино або інших легких частинок). В іншому випадку легкі частинки, що рухаються з релятивістськими швидкостями, розмивали б малі флуктуації щільності раннього Всесвіту.

Серед інших параметрів, даних WMAP визначено (виходячи з ΛCDM-моделі, тобто фрідманівської космологічної моделі з Λ-членом та холодною темною матерією англ. Cold Dark Matter ) :

• вік Всесвіту: (13.73 ± 0.12) · 10 9 років;
• постійна Хаббла: 71 ± 4 км/с/Мпк;
• щільність баріонів в даний час: (2,5 ± 0,1) · 10 -7 см -3;
• параметр площинності Всесвіту (ставлення загальної густини до критичної): 1,02 ± 0,02;
• сумарна маса всіх трьох типів нейтрино:<0,7 эВ.

За даними огляду Planck TT, TE, EE+lensing+BAO+JLA+H0

• 100θ MC= 1.04077 ± 0.00032
• Ω b h 2 = 0.02225 ± 0.00016
• Ω c h 2 = 0.1198 ± 0.0015
• τ=0.079±0.017
• ln(10 10 As)=3.094 ± 0.034
• ns = 0.9645 ± 0.0049
• H 0 = 67.27 ± 0.66
• Ω m =0.3089 ± 0.0062
• Ω Λ = 0.6911 ± 0.0062
• Σm v< 0.17
• Ω k =0.0008 −0.0039 +0.0040
• w=−1.019 −0.08 +0.075

Відео на тему

Див. також

Примітки

1. , p. 103.
2. Про вплив герметичної літератури на Брадвардіна див. роботу.
3. , с. 2-17 та особливо с. 14.

Історія космології

Ранні форми космології являли собою релігійні міфи про створення (космогонія) та знищення (есхатологія) існуючого світу.

Китай

Епоха Відродження

Новаторський характер має космологія Миколи Кузанського, викладена в трактаті Про вчене незнання. Він передбачав матеріальну єдність Всесвіту і вважав Землю однією з планет, що також здійснює рух; небесні тіла населені, як і наша Земля, причому кожен спостерігач у Всесвіті з рівною основою може вважати себе нерухомим. На його думку, Всесвіт безмежний, але кінцевий, оскільки нескінченність може бути властива одному тільки Богу. Водночас у Кузанца зберігаються багато елементів середньовічної космології, у тому числі віра в існування небесних сфер, включаючи зовнішню з них – сферу нерухомих зірок. Однак ці «сфери» не є абсолютно круглими, їхнє обертання не є рівномірним, осі обертання не займають фіксованого положення у просторі. Внаслідок цього світ не має абсолютного центру і чіткого кордону (ймовірно, саме в цьому сенсі потрібно розуміти тезу Кузанца про безмежність Всесвіту).

Перша половина XVI століття відзначена появою нової геліоцентричної системи світу Миколи Коперника. У центрі світу Коперник помістив Сонце, навколо якого оберталися планети (зокрема яких і Земля, яка до того ж ще обертання навколо осі). Всесвіт Коперник, як і раніше, вважав обмеженою сферою нерухомих зірок; мабуть, зберігалася в нього і віра у існування небесних сфер.

Модифікацією системи Коперника була система Томаса Діггеса , у якій зірки розташовуються не так на одній сфері, але в різних відстанях Землі до нескінченності. Деякі філософи (Франческо Патриці, Ян Есенський) запозичували лише один елемент вчення Коперника - обертання Землі навколо осі, також вважаючи зірки розкиданими у Всесвіті до нескінченності. Погляди цих мислителів несуть у собі сліди впливу герметизму, оскільки область Всесвіту поза Сонячної системи вважалася ними нематеріальним світом, місцем проживання Бога і ангелів .

Рішучий крок від геліоцентризму до нескінченного Всесвіту, рівномірно заповненого зірками, зробив італійський філософ Джордано Бруно. Згідно з Бруно, при спостереженні з усіх точок Всесвіт повинен виглядати приблизно однаково. З усіх мислителів Нового часу він першим припустив, що зірки – це далекі сонця і що фізичні закони у всьому нескінченному та безмежному просторі однакові. Наприкінці XVI століття нескінченність Всесвіту відстоював і Вільям Гільберт. У середині-другій половині XVII століття ці погляди підтримали Рене Декарт, Отто фон Геріке та Християн Гюйгенс.

Виникнення сучасної космології

А. А. Фрідман

Виникнення сучасної космології пов'язане з розвитком у XX столітті загальної теорії відносності (ОТО) Ейнштейна та фізики елементарних частинок. Перше дослідження на цю тему, що спирається на ОТО, Ейнштейн опублікував в 1917 під назвою «Космологічні міркування до загальної теорії відносності». У ній він ввів 3 припущення: Всесвіт однорідний, ізотропний і стаціонарний. Щоб забезпечити останню вимогу, Ейнштейн увів у рівняння гравітаційного поля додатковий «космологічний член». Отримане ним рішення означало, що Всесвіт має кінцевий обсяг (замкнуто) і позитивну кривизну.

Вік Всесвіту

Вік Всесвіту - час, що минув з Великого вибуху. Згідно з сучасними науковими даними (результати WMAP 9), воно становить 13,830 ± 0,075 млрд років. Нові дані, отримані за допомогою потужного телескопа-супутника «Планк», що належить Європейському космічному агентству, показують, що вік Всесвіту становить 13,798 ± 0,037 мільярда років (68% довірчий інтервал).

Вік Всесвіту як функція космологічних властивостей

Сучасна оцінка віку Всесвіту побудована на основі однієї з найпоширеніших моделей Всесвіту, так званої стандартної космологічної ΛCDM-моделі.

Основні етапи розвитку Всесвіту

Велике значення для визначення віку Всесвіту має періодизація основних процесів, що протікали у Всесвіті. В даний час прийнята наступна періодизація:

• Найраніша епоха, про яку існують якісь теоретичні припущення, - це планківський час ( 10 −43 після Великого вибуху). У цей час гравітаційна взаємодія відокремилася від інших фундаментальних взаємодій. За сучасними уявленнями, ця епоха квантової космології тривала до часу порядку 10 −11 спісля Великого вибуху.
• Наступна епоха характеризується народженням початкових частинок кварків та поділом видів взаємодій. Ця епоха тривала до часів порядку 10 −2 спісля Великого вибуху. В даний час вже існують можливості досить детального фізичного опису процесів цього періоду.
• Сучасна епоха стандартної космології почалася через 0,01 секунди після Великого вибуху і продовжується досі. У цей період утворилися ядра первинних елементів, виникли зірки, галактики, сонячна система.

Важливою віхою в історії розвитку Всесвіту в цю епоху вважається ера рекомбінації, коли матерія Всесвіту, що розширюється, стала прозорою для випромінювання. За сучасними уявленнями це сталося через 380 тис. років після Великого вибуху. Нині це випромінювання ми можемо спостерігати як реліктового фону , що є найважливішим експериментальним підтвердженням існуючих моделей Всесвіту.

WMAP

Карта мікрохвильового випромінювання, побудована WMAP

Зібрана WMAP інформація дозволила вченим побудувати найдокладнішу на сьогоднішній день карту флуктуацій температури розподілу мікрохвильового випромінювання на небесній сфері. Раніше подібну карту вдалося побудувати за даними апарату НАСА COBE, проте її дозвіл суттєво - у 35 разів - поступався даними, отриманими WMAP.

Дані WMAP показали, що розподіл температури реліктового випромінювання небесною сферою відповідає цілком випадковим флуктуаціям з нормальним розподілом . Параметри функції, що описує виміряний розподіл, узгоджуються з моделлю Всесвіту:

• на 4% із звичайної речовини,
• на 23% з так званої темної матерії (можливо, з гіпотетичних важких суперсиметричних частинок) та
• на 73% ще більш таємничої темної енергії, що викликає прискорене розширення Всесвіту.

Дані WMAP дозволяють стверджувати, що темна матерія є холодною (тобто складається з важких частинок, а не нейтрино або інших легких частинок). В іншому випадку легкі частинки, що рухаються з релятивістськими швидкостями, розмивали б малі флуктуації щільності раннього Всесвіту.

Серед інших параметрів, даних WMAP визначено (виходячи з ΛCDM-моделі, тобто фрідманівської космологічної моделі з Λ-членом та холодною темною матерією англ. Cold Dark Matter ) :

• вік Всесвіту: (13.73 ± 0.12)⋅10 9 років;
• постійна Хаббла: 71 ± 4 км/с/Мпк;
• щільність баріонів в даний час: (2,5 ± 0,1) ⋅10 -7 см -3;
• параметр площинності Всесвіту (ставлення загальної густини до критичної): 1,02 ± 0,02;
• сумарна маса всіх трьох типів нейтрино:<0,7 эВ.

За даними огляду Planck TT, TE, EE+lensing+BAO+JLA+H0

• 100θ MC= 1.04077 ± 0.00032
• Ω b h 2 = 0.02225 ± 0.00016
• Ω c h 2 = 0.1198 ± 0.0015
• τ=0.079±0.017
• ln(10 10 As)=3.094 ± 0.034
• ns = 0.9645 ± 0.0049
• H 0 = 67.27 ± 0.66
• Ω m =0.3089 ± 0.0062
• Ω Λ = 0.6911 ± 0.0062
• Σm v< 0.17
• Ω k =0.0008 −0.0039 +0.0040
• w=−1.019 −0.08 +0.075

Примітки

1. , p. 103.
2. Про вплив герметичної літератури на Брадвардіна див. роботу.
3. , с. 2-17 та особливо с. 14.
4. , p. 105-106.
5. , с. 31-45.
6. WMAP Cosmological Parameters(англ.). NASA. Goddard Space Flight Center. Перевірено 22 березня 2013 року. Архівовано 22 березня 2013 року.
7. N° 7-2013: PLANCK REVEALS AN ALMOST PERFECT UNIVERSE(англ.).
8. Planck Collaboration. Planck 2013 результати. XVI. Cosmological parameters (англ.) // ArXiv/astro-ph. – 2013. – Bibcode : 2013arXiv1303.5076P. - arXiv: 1303.5076.
9. P. A. R. Ade et al. (Planck Collaboration) (22 березня 2013).

розділ астрономії, фіз. вчення про розвиток Всесвіту як цілому, засноване на загальних її властивостях: однорідності, ізотропності, розширення її частини, що спостерігається. Найбільшого поширення наст. час отримала теорія гарячого Всесвіту, початок якої пов'язаний з теорією Великого Вибуху. Ф.М.Дягілєв

Відмінне визначення

Неповне визначення ↓

КОСМОЛОГІЯ

від грец. ?????? - Мир, Всесвіт, а також лад, порядок, на противагу хаосу, і???? – слово, вчення) – вчення про Всесвіт як ціле і про всю охоплену астрономіч. спостереженнями області Всесвіту як частини цього цілого. розвивалася як розділ астрономії. Нерідко її розглядають також як розділ фізики чи філософії. Фактично совр. є прикордонною наукою на стику астрономії, фізики та філософії. Найбільш загальні положення До. мають безпосередньо філос. характер, тому До. була і є ареною боротьби світоглядів. Перші наївні космологічні. уявлення зародилися в давнину в результаті спроб людини усвідомити своє місце в світобудові. Для цих поглядів характерні антропоморфізм та антропоцентризм. Процес становлення До. відбувався порядку взаємозалежного розвитку, з одного боку, абстрактного мислення, з іншого – засобів і методів спостереження. багато. загальні питання К. були поставлені філос. Ідеєю задовго до того, як стало можливим підходити до вирішення цих питань засобами астрономії та фізики. Такі, напр., питання, чи є Всесвіт єдиним цілим чи безліччю отд. світів, питання про кінцівку або нескінченність Всесвіту, поставлені грец. філософами. Ідея Всесвіту як єдиного, вічного та закономірного процесу є вже у Геракліта (див. А5, 10; У 30, 65, 76, 90, Diels9). Перша спроба уявити будову Всесвіту в цілому на основі спостерігачів. даних - геоцентрич. система світу (див. Геліоцентрична та геоцентрична системи світу). Найважливіші космологічні. Ідеї ​​цієї системи: нерухомість і центральне становище Землі у Всесвіті, просторів. обмеженість останньої, докорінна відмінність физич. природи "земного" та "небесного". Ці космологічні. ідеї були подолані лише геліоцентрич. системою світу. Вже Дж. Бруно зробив із неї висновок про безмежність Всесвіту; цей висновок отримав фізич. обґрунтування в теорії тяжіння Ньютона: статичний обмежений Всесвіт несумісний із законом всесвітнього тяжіння. Що ж до уявлень про протилежність " земного " і " небесного " , воно було підірвано вже самим висновком у тому, що Земля – лише з планет, тобто. частина "небесного"; телескопіч. відкриття Галілея, закон всесвітнього тяжіння Ньютона та спектральний аналіз показали повну єдність фізич. законів та хіміч. складу "земного" та "небесного". З розвитком засобів і методів астрономії розширювалася охоплена спостереженнями частина Всесвіту, і косміч. роль Землі здавалася дедалі скромнішою. Системи Птолемея і Коперника (в первонач. вигляді) були сутнісно До. сонячної системи. Тільки поступово з'ясувалося, яку зникаюче малу частку обсягу "зоряного всесвіту" – Галактики охоплює сонячна система: Сонце – лише одна із приблизно 100 млрд. зірок цієї системи. З'ясування протяжності Галактики зайняло прибл. 150 років. Хоча ще Райт, Ламберт і Кант у 50-60-х роках. 18 ст. висловлювали припущення як у тому, що це видимі зірки утворюють обмежує. дископодібну систему, а й у тому, що є безліч таких систем, навіть у поч. 20 ст. серед астрономів були широко поширені уявлення, ніби наша Галактика і є весь матеріальний Всесвіт (необмеженість самого простору при цьому зазвичай не піддавалася сумніву). Коли ж було остаточно доведено, що існує величезна кількість зіркових систем, загалом подібних до нашої, знову з'явилася тенденція лише відсунути кордони Всесвіту, без відмови від самого поняття кордону. Тепер за Всесвіт бралася вже система галактик – Метагалактика. Наук. у своєму розвитку пройшла два великі етапи - ньютоніанський і релятивістський. Передумовами виникнення наук. була відмова від геоцентризму, створення класич. механіки та відкриття закону всесвітнього тяжіння. З часів Ньютона космологічний. проблема могла ставитися вже не умоглядно, а як фізична. завдання. Спочатку, у зв'язку з пануванням механістич. світогляду, вона зводилася до завдання поведінці нескінченної системи мас, керованої силами всесвітнього тяжіння. Саме системи мас, якою оперувала ньютонова До., була зоряна система. Початок нового, суч. етапу у розвитку До. пов'язано, з одного боку, зі створенням загальної теорії відносності та перших релятивістських моделей світу (1917–22), з ін. боку, із встановленням зоряної природи та позагалактич. положення спіральних "туманностей" (1917-24). Зіставлення теоретич. та спостерігають. висновків стало можливо після відкриття Хабблом в 1929 р. закону червоного зміщення, а конкретним чином космологіч. Системи мас стала система галактик. Почався цей новий етап зі спроб подолання на основі нової теорії тяжіння тих космологічних. труднощів, які були успадковані від класич. (дорелятивістської) фізики (див. Космологічні парадокси). Здавалося, що нескінченний Всесвіт з рівномірним (у середньому) розподілом тяжіючих і випромінюючих мас (зірок) при відмінному від нуля просторах. густини мас існувати не може. Вихід формально можна було шукати в одному із трьох напрямків: або відмовитися від припущення про рівномірне (хаотич. ) розподіл косміч. мас, або від припущення про нескінченний обсяг простору Всесвіту, або, нарешті, припустити, що ньютонів закон тяжіння виконується лише приблизно. Можливість вирішення проблеми в першому з цих напрямків розглянув у 1908–22 Шарльє (загалом ідея була висунута ще у 18 ст. Ламбертом). Це т.зв. ієрархіч. схема будови Всесвіту, що виходить з уявлення про строгу закономірність будови та просторів. розподілу косміч. систем: визнач. число зірок утворює систему (галактику) першого порядку, визнач. число яких, у свою чергу, утворює систему (галактику) другого порядку, і т.д. до нескінченності. Всесвіт є система нескінченно високого порядку складності. Якщо величини, що характеризують кожну із систем (лінійні розміри, маси, густини), пов'язані опред. співвідношеннями, то така нескінченна система вільна від космологічних. парадоксів. При прагненні розмірів системи до нескінченності її щільність прагне нуля. Однак така схема здавалася надто штучною. Пошуки рішення у другому напрямі в рамках ньютонової фізики також представлялися малообнадійливими. З часів Рімана було відомо, що безмежний простір може бути як кінцевим, і нескінченним. Однак перша з цих можливостей представлялася лише математич. абстракції. Ідея Маха та ін про можливість просторово кінцевого Всесвіту не отримала тому визнання. Третю можливість розглянув у 1895 році Нейман; він показав, що гравітація. парадокс усувається, якщо припустити, що на великих відстанях сила тяжіння зменшується швидше, ніж за законом зворотних квадратів (або, що еквівалентно, що на великих відстанях поряд із силами тяжіння діють ще невідомі сили відштовхування, що послаблюють гравітаційні ефекти). Проте не було жодних даних для обґрунтування таких припущень. У 1917 Ейнштейн зробив спробу застосувати до рішення космологіч. проблеми створену ним релятивістську теорію тяжіння – загальну теорію відносності. Виявилося, що якщо виходити з припущення про статичність Всесвіту, то в рамках нової теорії тяжіння виникають труднощі, аналогічні тим, які мають місце в класич. (Ньютонової) теорії. Тому Ейнштейн видозмінив ур-ня тяжіння загальної теорії відносності шляхом запровадження у яких т.зв. космологічні. члена. Ця видозміна означала припущення про існування невідомих сил відштовхування, що впливають на великі відстані. Рішення ур-ній тяжіння з космологіч. членом у припущенні про статистично однорідний та ізотропний розподіл речовини дає замкнутий (кінцевий) простір. Др. статич. (Псевдостатич.) Модель була побудована де Сіттером. У 1922-24 А. А. Фрідман показав, що для такого видозміни ур-ній тяжіння немає достатніх підстав: "космологічний член" може відповідати не тільки відштовхуванню, але і тяжінню і, що найбільш істотно, звичайні ур-нія Ейнштейна також мають космологічні . рішення, вільні від зазначених труднощів. Але простір таких моделей перестав бути статичним, кривизна простору згодом змінюється, простір деформується. Після відкриття Хаббла виявилося, однак, що це не недолік, а перевага нових моделей: Метагалактика не є статич. системою і моделі Фрідмана можуть розглядатися як теоретич. пояснення ефекту "розбігання" галактик. Однак найпростіші релятивістські моделі, якщо розглядати їх як моделі Всесвіту в цілому, призводять до принципових труднощів, які були використані фідеїзмом і ідеалізмом для "обґрунтування" ідеї створення світу з нічого або первозданного хаосу, притому в дуже недалекому, по астрономіч. масштабів, минулому – 2–10 млрд. років. З т. зр. самої К. і астрономії, припущення, що лежить в основі ізотропних однорідних моделей, і поширене уявлення, що галактика або скупчення галактик є вищим, найбільш складним структурним утворенням, за яким слідує вже безпосередньо Всесвіт, сильно затримало вивчення будови Метагалактики. Аж до 40-х років. переважав погляд про безладному розподілі галактик, а неоднорідності, що виявилися, розглядалися як неоднорідності місцевого характеру (див. Космологічний постулат). Для подолання труднощів, пов'язаних з найпростішими моделями, були зроблені спроби відмовитися від основного припущення, що спрощує, про рівномірний розподіл речовини і побудувати більш складні – неоднорідні анізотропні моделі. Це завдання виключить. математич. складності. Проте вже отримані результати показують, що на цьому шляху можна, мабуть, подолати всі осн. утруднення совр. без якоїсь кардинально нової физич. теорії. Однак при переході до істотно більших масштабів (системі метагалактик) совр. теоретич. база До. може бути недостатньою, як ньютонова фізика виявилася недостатньою пояснення явищ метагалактич. масштабів. Відомі також спроби знайти рішення космологіч. проблеми поза рамками загальної теорії відносності. До них належить К. "кінематичної відносності" англ. астрофізика Мілна, створена в 30-х роках. Схема Мілна вкрай штучна і поширення не набула. Др. космологічні. напр. Йордану також не мають особливого впливу. Значно більшою популярністю користується серед учених Заходу модель "стаціонарного Всесвіту" Бонді, Голда та Хойла (1948). У наст. час вона зазвичай розглядається як альтернативна до релятивістських моделей "динамічного Всесвіту". Ідея цієї моделі така. Всесвіт існував і існуватиме вічно без к.-л. етапів катастрофальної еволюції Вона завжди розширювалася, розширюється і розширюватиметься, проте щільність речовини при цьому залишається незмінною за рахунок постійного виникнення речовини. На початку. варіант теорії речовина виникає з нічого; у варіанті, розвиненому Хойлом, джерелом речовини є фіз. "творить" поле невідомої поки природи, причому тензор цього поля вводиться в рівняння поля загальної теорії відносності. Тут теорія може розглядатися як особливий випадок релятивістської космології. теорії. займається також "термодинамікою Всесвіту" (див. Ентропія, Теплова смерть Всесвіту). Прикордонною проблемою До., космогонії, астрофізики та ядерної фізики є проблема нуклеогенезу, тобто. походження хіміч. елементів. У зв'язку з відкриттям античастинок у К. стала обговорюватися проблема "антимирів" - гіпотетич. косміч. об'єктів, побудованих з антиречовини (античастинок). Це, однак, лише невелика частина загальної проблеми симетрії Всесвіту. До проблем До. можна віднести також проблему поширеності органічних. життя у Всесвіті (в даний час це прикордонна проблема До., космогонії, астрофізики та біохімії). Совр. т. зр. полягає в тому, що життя у Всесвіті хоч і не загальне, але далеко не виключить. явище. Ряд існуючих космологічних. концепцій складався під впливом позитивізму. Це позначилося насамперед у прагненні розвивати До. незалежно від філософії, далі, в неосноват. претензії отримати одразу і остаточно вичерпне вирішення питання про будову Всесвіту загалом. Звідси прагнення розглядати космологічний. моделі не як чергові сходинки нескінченного процесу пізнання нескінченного Всесвіту, а як закінчать. результат, не як схематичне. моделі Метагалактики, а як адекватну модель всього Всесвіту. Це далося взнаки, нарешті, в ігноруванні діалектич. суперечливості Всесвіту. Об'єкт До. – Всесвіт – одночасно є гранично загальним (бо немає нічого, що входило б у Всесвіт) й те водночас гранично одиничним (бо, крім нього, взагалі нічого немає). Тому, напр., у загальному вигляді питання про те, які риси Всесвіту є поодинокими, які особливими і які загальними, без подальшого уточнення позбавлений сенсу: найбільш загальні властивості Всесвіту – це та її індивідуальні властивості, які не притаманні будь-якому іншому об'єкту . Але оскільки ми завжди спостерігаємо не безпосередньо к.-л. "властивості Всесвіту в цілому" (напр., її протяжність або кривизну її просторово-часового континууму), а лише властивості визнач. косміч. системи як її частини, то питання про поділ індивідуальних, особливих та загальних властивостей набуває у пізнанні Всесвіту вирішального значення. Так, якщо Всесвіт однорідний, як стверджує космологічний. постулат, то залежно від відбору даних можна одержати, напр., висновок про її кінцівки у просторі чи часу, у тому, що вік Всесвіту загалом менше віку її складових частин тощо. Якщо вона неоднорідна (у сенсі), тобто. можна припустити, напр., що у якихось ін. метагалактиках діє інший закон тяжіння, це означало б, що ми спостерігаємо лише поодинокі й особливі властивості космич. систем, що не відображають загальних характеристик будови Всесвіту; тоді частка пізнаного у Всесвіті не перевищує її пізнаної частки і навіть за будь-якого швидкого прогресу пізнання ми завжди будемо знати лише нескінченно малу частину Всесвіту і ніколи не зможемо нічого сказати про Всесвіт в цілому. Др. словами, ми мали б зробити висновок, що Всесвіт як об'єкт непізнаваний, і предмета До. не існує. Діалектика полягає тут у тому, що нескінченний (у просторі – часу і по невичерпності властивостей) всеохоплюючий Всесвіт є єдністю та взаємопроникненням взаємовиключних протилежностей: однорідності та неоднорідності, перервного та безперервного, єдиного та різноманітного, кінцевого та нескінченного, симетричного та несиметричного . Пізнаючи кінцеве, ми завжди пізнаємо і якісь риси нескінченного, в частині можемо робити деякі висновки про ціле, але не можемо просто переносити властивості одного на інше. Проблеми суч. повинні вирішуватися спільними зусиллями астрономії, фізики та філософії. Рад. наука має у цьому відношенні визнач. успіхи. Донедавна До. приділялося в нас незрівнянно менше уваги, ніж ін. розділам астрономії, що пояснюється, по-перше, тим, що донедавна в СРСР були відсутні надпотужні інструменти, необхідні для робіт в області позагалактич. астрономії. По-друге, за умов догматизму, породженого культом особистості Сталіна, теоретич. основа суч. - теорія відносності - піддавалася з боку ряду філософів і отд. фізиків нігілістіч. критиці, а релятивістська До. розглядалася ними як цілком ідеалістична. Зараз, коли обидві ці перешкоди подолано, Рад. Союз, що займає провідне становище в освоєнні космосу, має також всі передумови для того, щоб зробити великий крок уперед у теоретич. осмислення його загальних закономірностей. Див. також статті Нескінченність, Простір і час, Всесвіт, Тяжіння всесвітнє. Літ.:Шкловський І. С., Фотометріч. парадокс для радіовипромінювання метагалактики, "Астрономічний журнал", 1953, т. 30, вип. 5, с. 495-508; Позагалактич. астрономія та К. Тр. шостої наради з питань космогонії 5-7 червня 1957, М., 1959; Зельманов А. Л., До., БСЕ, 2 видавництва, т. 23; його ж, До., в сб.: Астрономія в СРСР за тридцять років (1917-1947), М.-Л., 1948 (є біблі.); його ж, До постановки космолог. проблеми, у кн.: Тр. другого з'їзду Всесоюзного астрономо-геодезича. об-ва 25-31 січ. 1955, М., 1960; Hаан Р. І., Про совр. стані космологічні. науки, в кн.: Зап. космогонії, т. 6, М., 1958; його ж, Про нескінченність Всесвіту, "Запитання філософії", 1961, No 6; Мак-Вітті Р. До., Загальна теорія відносності та До., М., 1961; Ландау Л. Д. та Ліфшиц Е. М., Теорія поля, 4 видавництва, М., 1962; Амбарцумян В.?, проблеми позагалактич. досліджень, в сб: Зап. космогонії, т. 8, М., 1962, с. 3–26; Robertson H. P., Relativistic cosmology, "Rev. of Modern Physics", 1933, v. 5, No 1; ?olman R. С., Relativity, thermodynamics and cosmology, Oxf., 1934; Heckmann O. H. L., Schöcking?, Newtonsche und Einsteinsche Kosmologie, Handbuch der Physik, hrsg. von S. Fl?gge, Bd 53, Ст.-G?tt.-Hdlb., 1959; ?ondi?., Cosmology, 2 ed., Camb., 1960. Г. Haан. Таллінн.