نماذج الكون في علم الكونيات الحديث. النماذج الكونية للكون. ما هو مستقبل كوننا؟ اقترح فريدمان ثلاثة نماذج لتطوير الكون

يدرس علم الكونيات الطبيعة الفيزيائية والهيكل وتطور الكون ككل.

مفهوم "الكون" يعني الكون الذي يمكن الوصول إليه للمراقبة البشرية.

يعتبر علم الكونيات أكثر الخصائص العامة لكامل منطقة الفضاء التي تغطيها المراقبة. نسميها Metagalaxy. تقتصر معرفتنا بـ Metagalaxy على أفق المراقبة. يتم تحديد هذا الأفق من خلال حقيقة أن سرعة الضوء ليست لحظية. وبالتالي ، لا يمكننا ملاحظة سوى مناطق الكون التي تمكن الضوء من الوصول إلينا منها الآن. في هذه الحالة ، لا نرى الأشياء في حالتها الحالية ، ولكن في الحالة التي كانت فيها وقت انبعاث الضوء.

نماذج الكون ، مثل أي نماذج أخرى ، مبنية على أساس المفاهيم النظريةالموجودة حاليًا في علم الكونيات والفيزياء والرياضيات والكيمياء والتخصصات الأخرى ذات الصلة.

عدة شروط مسبقة لدراسة الكون:

من المعتقد أن قوانين عمل العالم التي صاغتها الفيزياء تعمل في الكون بأسره ؛

يُعتقد أن ملاحظات الفلكيين تمتد أيضًا إلى الكون بأسره ؛

ويعتقد أن هذه الاستنتاجات صحيحة ولا تتعارض مع وجود الإنسان (مبدأ أنثروبي).

تسمى استنتاجات علم الكونيات نماذج لأصل الكون وتطوره.

لقد شغلت مشاكل أصل الكون وبنيته الناس منذ العصور القديمة. على الرغم من المستوى العالي للمعرفة الفلكية لشعوب الشرق القديم ، إلا أن وجهات نظرهم حول بنية العالم اقتصرت على الأحاسيس البصرية المباشرة. لذلك ، في بابل كانت هناك أفكار مفادها أن الأرض تبدو وكأنها جزيرة محدبة محاطة بمحيط. داخل الأرض ، كما لو أن هناك "مملكة الموتى". السماء عبارة عن قبة صلبة تستقر على سطح الأرض وتفصل "المياه السفلية" (المحيط الذي يتدفق حول جزيرة الأرض) عن المياه "العليا" (المطر). على هذه القبة مرفقة الأجرام السماويةيبدو أن الآلهة تعيش فوق السماء. وفقًا لأفكار قدماء المصريين ، يبدو الكون وكأنه وادي كبير ، ممدود من الشمال إلى الجنوب ، في وسطه مصر. وشُبِّهت السماء بسقف حديدي كبير ، يرتكز على أعمدة ، تتدلى عليه النجوم على شكل مصابيح.

Heraclid of Pontus و Eudoxus of Cnidus في القرن الرابع قبل الميلاد ادعى أن جميع الأجسام في الكون تدور حول محورها ، وتدور حول مركز مشترك (الأرض) في مجالات ، يتفاوت عددها في نشأة الكون المختلفة من 30 إلى 55. كان الجزء العلوي من هذه الصورة للعالم هو نظام كلوديوس بطليموس (القرن الثاني الميلادي).

ظهرت النماذج العلمية الأولى للكون بعد اكتشافات كوبرنيكوس وجاليليو ونيوتن. أولاً ، طرح R.Dcartes فكرة الكون الدوامة التطورية. وفقًا لنظريته ، تشكلت جميع الأجسام الفضائية من مادة أولية متجانسة نتيجة لحركات الدوامة. النظام الشمسي، وفقا ل ديكارت - واحدة من زوابع المادة الكونية. طور كانط فكرة الكون اللامتناهي الذي تشكل تحت تأثير القوى الميكانيكيةالجاذبية والتنافر ، وحاولوا معرفة المصير الإضافي لمثل هذا الكون. وصف عالم الرياضيات الفرنسي العظيم لابلاس فرضية كانط رياضيًا.

اعتقد نيوتن أن الكون الجاذب لا يمكن أن يكون محدودًا ، لأنه في هذه الحالة سوف تتجمع كل النجوم التي تتكون منه ، تحت تأثير قوى الجاذبية ، في المركز. حاول شرح التناقض الملحوظ من خلال العدد اللامتناهي للنجوم في الكون ، وكذلك اللانهاية للعالم في الزمان والمكان. ومع ذلك ، واجه علم الكونيات مفارقات.

1. مفارقة الجاذبية: وفقًا لمفهوم الجاذبية النيوتونية فضاء بلا نهايةمع كثافة كتلة محدودة يجب أن تعطي قوة جذب لا نهائية. زيادة الجاذبية بلا حدود تؤدي حتما إلى تسارع لانهائي وسرعات لا نهائية للأجسام الكونية. لذلك ، يجب أن تزداد سرعة الأجسام مع زيادة المسافة بين الأجسام. لكن هذا لم يحدث ، وبعد ذلك اتضح أن الكون لا يمكن أن يوجد إلى الأبد.

لحل هذه المشكلة ، خلص I. Kant إلى أن الكون غير ثابت. أطلق على السدم اسم "جزر العالم". طور لامبرت أفكار كانط. في رأيه ، مع زيادة حجم الجزر ، تزداد المسافة بينهما أيضًا بحيث تظل القوى الكلية للكون محدودة. ثم يتم حل المفارقة.

2. المفارقة الضوئية (مفارقة أولبيرز): مع كون غير محدود مليء بعدد لا نهائي من النجوم ، يجب أن تكون السماء مشرقة بشكل موحد. في الواقع ، لم يتم ملاحظة مثل هذا التأثير. في عام 1823 ، أظهر أولبرز أن سحب الغبار التي تمتص ضوء النجوم البعيدة تسخن نفسها وبالتالي يجب أن تنبعث منها الضوء. هذه المفارقة حلت نفسها بعد إنشاء نموذج للكون الآخذ في الاتساع.

نشأ علم الكونيات الحديث بعد ظهور نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، وبالتالي ، على عكس علم الكونيات الجاليلي والنيوتوني الكلاسيكي ، يُطلق عليه اسم النسبية. الأساس التجريبي لعلم الكونيات هو الملاحظات الفلكية البصرية والرادارية. ساعد اكتشاف الجسيمات الأولية ودراسة سلوكها على المسرعات في ظل ظروف قريبة من تلك التي كانت موجودة في المراحل الأولى من تطور الكون على فهم ما حدث في اللحظات الأولى من تطوره.

عندما كان أينشتاين يعمل على نظريته العامة للنسبية ، لم ير العلماء الكون كما هو الآن. لم يتم اكتشاف مجرة Metagalaxy وتوسعها بعد ، لذلك اعتمد أينشتاين على فكرة الكون الثابت ، المملوء بالتساوي بالمجرات الموجودة على مسافات ثابتة. ثم تبع ذلك حتمًا الاستنتاج المتعلق بانضغاط العالم تحت تأثير الجاذبية. كانت هذه النتيجة تتعارض مع استنتاجات النسبية العامة. من أجل عدم التعارض مع الصورة المقبولة عمومًا للعالم ، أدخل أينشتاين بشكل تعسفي في معادلاته معلمة جديدة- التنافر الكوني الذي اتسم بالثابت الكوني. افترض آينشتاين أن الكون ثابت ، غير محدود ، لكنه ليس غير محدود. أي أنه تم تصورها على أنها كرة ، تتزايد باستمرار في الحجم ، ولكن لها حدود.

الشخص الوحيد الذي آمن في عام 1922 بصحة استنتاجات النسبية العامة عند تطبيقها على المشكلات الكونية كان الفيزيائي السوفيتي الشاب أ. فريدمان. لقد لاحظ أن عدم ثبات انحناء الفضاء ينبع من نظرية النسبية.

كما ذكرنا سابقًا في الجزء الأول من هذه الورقة ، يعتمد نموذج فريدمان على مفهوم حالة الكون المتجانسة وغير الثابتة والمتجانسة.

يشير الخواص إلى أنه لا توجد نقاط اتجاهات مميزة في الكون ، أي أن خصائصه لا تعتمد على الاتجاه.

يميز توحيد الكون توزيع المادة فيه. يمكن إثبات هذا التوزيع المنتظم للمادة عن طريق حساب عدد المجرات حتى المقدار الظاهري المحدد. وفقًا للملاحظات ، فإن كثافة المادة في الجزء الذي نراه من الفضاء هي نفسها في المتوسط.

يعني عدم الثبات أن الكون لا يمكن أن يكون في حالة ثابتة وغير متغيرة ، ولكن يجب أن يتمدد أو يتقلص

في علم الكونيات الحديث ، تسمى هذه العبارات الثلاثة المسلمات الكونية. مجموع هذه الافتراضات هو المبدأ الكوني الأساسي. ينبع المبدأ الكوني مباشرة من افتراضات النظرية النسبية العامة.

A. فريدمان ، على أساس الافتراضات التي طرحها ، أنشأ نموذجًا لهيكل الكون ، حيث تبتعد جميع المجرات عن بعضها البعض. يشبه هذا النموذج كرة مطاطية منتفخة بشكل موحد ، حيث تتحرك جميع نقاط الفضاء بعيدًا عن بعضها البعض. تزداد المسافة بين أي نقطتين ، لكن لا يمكن تسمية أي منهما بمركز التمدد. علاوة على ذلك ، من مسافة أكبربين النقاط ، كلما ابتعدوا عن بعضهم البعض بشكل أسرع.

اعتبر فريدمان نفسه نموذجًا واحدًا فقط لهيكل الكون ، حيث يتغير الفضاء وفقًا لقانون القطع المكافئ. أي أنه في البداية سوف يتوسع ببطء ، وبعد ذلك ، تحت تأثير قوى الجاذبية ، سيتم استبدال التمدد بالضغط إلى حجمه الأصلي. أظهر أتباعه أن هناك ثلاثة نماذج على الأقل تحملها المسلمات الكونية الثلاثة. A. نموذج فريدمان القطع المكافئ هو أحد الخيارات الممكنة. وجد عالم الفلك الهولندي دبليو دي سيتر حلاً مختلفًا قليلاً لهذه المشكلة. مساحة الكون في نموذجه زائدية ، أي أن توسع الكون يحدث مع زيادة التسارع. معدل التمدد كبير لدرجة أن تأثير الجاذبية لا يمكن أن يتداخل مع هذه العملية. لقد تنبأ بالفعل بتوسع الكون. تم حساب البديل الثالث لسلوك الكون من قبل القس البلجيكي J. Lemaitre. في نموذجه ، سيتمدد الكون إلى ما لا نهاية ، لكن معدل التوسع سينخفض باستمرار - وهذا الاعتماد هو لوغاريتمي. في هذه الحالة ، يكون معدل التمدد كافياً لتجنب الانكماش إلى الصفر.

في النموذج الأول ، تكون المساحة منحنية ومغلقة على نفسها. إنها كرة ، لذا فإن أبعادها محدودة. في النموذج الثاني ، يكون الفضاء منحنيًا بشكل مختلف ، في شكل مكافئ قطعي (أو سرج) ، والمساحة لانهائية. في النموذج الثالث ، مع معدل توسع حرج ، يكون الفضاء مسطحًا ، وبالتالي غير محدود أيضًا.

في البداية ، تم النظر إلى هذه الفرضيات على أنها حادثة ، بما في ذلك من قبل أ. أينشتاين. ومع ذلك ، فقد حدث بالفعل في عام 1926 حدث صنع حقبة في علم الكونيات ، والذي أكد صحة حسابات فريدمان - دي سيتر - ليميتر. كان مثل هذا الحدث ، الذي أثر في بناء جميع النماذج الموجودة للكون ، من عمل عالم الفلك الأمريكي إدوين ب. هابل. في عام 1929 ، أثناء إجراء الملاحظات على أكبر تلسكوب في ذلك الوقت ، وجد أن الضوء القادم إلى الأرض من المجرات البعيدة قد تحول باتجاه الجزء ذي الطول الموجي الطويل من الطيف. هذه الظاهرة ، المسماة "تأثير الانزياح الأحمر" ، تقوم على المبدأ الذي اكتشفه الفيزيائي الشهير ك. دوبلر. يشير تأثير دوبلر إلى أنه في طيف مصدر الإشعاع الذي يقترب من المراقب ، يتم تحويل الخطوط الطيفية إلى جانب الموجة القصيرة (البنفسجي) ، في طيف المصدر الذي يبتعد عن المراقب ، يتم تحويل الخطوط الطيفية إلى الجانب الأحمر (طويل الموج).

يشير تأثير الانزياح الأحمر إلى مسافة المجرات من الراصد. باستثناء سديم أندروميدا الشهير وبعض الأنظمة النجمية الأقرب إلينا ، فإن جميع المجرات الأخرى تبتعد عنا. علاوة على ذلك ، اتضح أن سرعة تمدد المجرات ليست هي نفسها في أجزاء مختلفةكون. إنهم يبتعدون عنا كلما أسرعوا ، كلما ابتعدوا عن مكانهم. بمعنى آخر ، تبين أن الانزياح الأحمر يتناسب مع المسافة إلى مصدر الإشعاع - هذه هي الصيغة الصارمة افتح القانونهابل. يتم وصف العلاقة المنتظمة بين سرعة إزالة المجرات والمسافة بينها باستخدام ثابت هابل (H، km / sec لكل 1 ميغا فرسخ من المسافة).

حيث V هو معدل إزالة المجرات ، و r هي المسافة بينهما.

لم يتم بعد تحديد قيمة هذا الثابت بشكل نهائي. يعرّفها علماء مختلفون في نطاق 80 ± 17 كم / ثانية لكل ميغا فرسخ من المسافة.

تم شرح ظاهرة الانزياح الأحمر في ظاهرة "ركود المجرات". في هذا الصدد ، تأتي إلى الواجهة مشاكل دراسة توسع الكون وتحديد عمره من مدة هذا التوسع.

وفقًا لجميع النماذج الثلاثة لتطور الكون ، كان له نقطة مرجعية - حالة تتميز باللحظة الزمنية الصفرية. كانت الحالة الأولية للمادة فيها عبارة عن حالة فائقة الكثافة ، والتي اتسمت بعدم الاستقرار ، مما أدى إلى تدميرها. نتيجة لذلك ، بدأت مادة الكون في التشتت بسرعة. نحن نعلم الآن أنه مقابل كل مليار سنة من الحياة يتوسع الكون بنسبة 5-10٪. القيمة الأكثر احتمالية لثابت هابل البالغة 80 كم / ثانية تعطينا أوقات تمدد تتراوح من 13 إلى 17 مليار سنة. في عام 2002 ، باستخدام نموذج حاسوبي للحالة الحالية للكون ، تم الحصول على النتائج التي أعطتنا عمرًا يصل إلى 13.7 مليار سنة.

تعتمد آلية التطور الإضافي على متوسط كثافة المادة فيه. تقابل الكثافة الحرجة لمادة ما قيمة 3 ذرات هيدروجين في 1 م 3 من الفضاء. ومع ذلك ، فإن عدم اليقين في المعنى الحديثإن كثافة المادة في الكون عالية جدًا. إذا جمعنا كتل جميع المجرات والغازات البينجمية المعروفة حاليًا ، نحصل على القيمة وفقًا لذلك ، يمكن للكون أن يتوسع إلى الأبد.

ومع ذلك ، هناك ما يسمى بمشكلة الكتلة الخفية. ربما لا يعرف العلماء كل مادة في الكون. وفقًا لأحدث البيانات ، تبلغ الكتلة المرصودة للكون 5-10٪ فقط بالنسبة إلى الكتلة الكلية للمادة. إذا تم تأكيد هذه النتيجة ، فقد يأخذ تطور الكون مسارًا مختلفًا. تدعي الأجسام الكونية المختلفة أنها الناقلات الجماعية الخفية للكون. في مجراتنا ومجرات أخرى ، هناك كمية كبيرة من المادة المظلمة التي لا يمكن رؤيتها مباشرة ، ولكن نتعلم وجودها من تأثير الجاذبية على مدارات النجوم. علاوة على ذلك ، يوجد المزيد من هذه المادة داخل العناقيد المجرية. هذه المسألة عبارة عن هيكل ميكانيكي الكم الفراغي. 75٪ من الكتلة المخفية تقع على نصيبها.

النيوترينوات ، الجسيمات التي تشكلت في المراحل الأولى من تطور الكون ، يمكن أن تدعي دور ناقلات الكتلة المخفية. كما أصبح معروفًا في السنوات الثلاث الماضية ، لا يزال للنيوترينوات كتلة ، وبالتالي يمكنها المشاركة في تكوين تفاعلات الجاذبية.

المرشحون لنفس الدور هم أيضًا بعض الأجسام الغريبة ، مثل الثقوب السوداء - أجسام ذات حجم نقطي وكتلة ضخمة ، موجودة في الكون بكميات كبيرة ، وأشياء سلسلة مكانية ، وما إلى ذلك.

وفقًا لعدد من العلماء ، يتم تمثيل 20٪ من المادة المخفية بواسطة "جسيمات مرآة" ، والتي تشكل "عالم المرآة" غير المرئي بالنسبة لنا ، والذي يتغلغل في كوننا. هناك فرضيات كافية حول هذه الدرجة ، لكن تأكيدها أو تفنيدها مسألة مستقبلية.

إذا تم تأكيد افتراضات العلماء حول الكتلة غير المعروفة لمادة الكون ، فإن تطورها يمكن أن يسير على طول المسار المقترح في نموذج فريدمان ، أو وفقًا لمخطط الكون النابض. في هذا النموذج ، يمر الكون بعدد لا حصر له من التذبذبات ، أي في نهاية كل دورة حياة ، يعود إلى حالته الأصلية بحجم نقطة وكثافة عالية بلا حدود.

جدا امر هامعلم الكونيات الحديث هو اللحظات الأولى لوجود كوننا. ترتبط محاولة ناجحة لحل هذه المشكلة باسم عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جورجي أنتونوفيتش جامو ، الذي اقترح في عام 1942 مفهوم تطور الكون من خلال الانفجار العظيم. كان الهدف الرئيسي لمؤلف المفهوم هو النظر التفاعلات النوويةفي بداية التوسع الكوني ، للحصول على النسب التي لوحظت في عصرنا بين عدد مختلف العناصر الكيميائيةونظائرهم. تعطي نظرية الكون الساخن والانفجار العظيم تنبؤات معينة حول حالة المادة في الكون في اللحظات الأولى من حياته.

1. النماذج الكونية الأساسية للكون

تعتبر الفيزياء الحديثة العالم الضخم نظامًا يشمل الجميع الأجرام السماوية، منتشر (انتشار - نثر) مادة موجودة في شكل ذرات وجزيئات منفصلة ، وكذلك في شكل تكوينات أكثر كثافة - سحب عملاقة من الغبار والغاز ، ومادة في شكل إشعاع.

علم الكونيات هو علم الكون ككل. في العصر الحديث ، تم فصله عن الفلسفة وأصبح علمًا مستقلاً. استند علم الكونيات النيوتوني إلى الافتراضات التالية:

كان الكون موجودًا دائمًا ، إنه "العالم ككل" (الكون).

الكون ثابت (غير متغير) فقط أنظمة الفضاءولكن ليس العالم ككل.

· المكان والزمان مطلقان. متريًا ، المكان والزمان لا حدود لهما.

· المكان والزمان متناحيان (يميز الخواص تشابه الخصائص الفيزيائية للوسط في جميع الاتجاهات) ومتجانسين (التجانس يميز متوسط توزيع المادة في الكون).

يعتمد علم الكونيات الحديث على النظرية العامة للنسبية ، وبالتالي يطلق عليه اسم النسبية ، على عكس النظرية الكلاسيكية السابقة.

في عام 1929 ، اكتشف إدوين هابل (عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي) ظاهرة "الانزياح الأحمر". يتحول الضوء القادم من المجرات البعيدة نحو النهاية الحمراء للطيف ، مما يشير إلى أن المجرات تبتعد عن الراصد. نشأت فكرة عدم ثبات الكون. كان ألكسندر ألكساندروفيتش فريدمان (1888-1925) أول من أثبت نظريًا أن الكون لا يمكن أن يكون ثابتًا ، ولكن يجب أن يتمدد أو يتقلص بشكل دوري. ظهرت مشاكل دراسة توسع الكون وتحديد عمره إلى الواجهة. ترتبط المرحلة التالية من دراسة الكون بعمل العالم الأمريكي جورجي جامو (1904-1968). بدأ التحقيق في العمليات الفيزيائية التي حدثت في مراحل مختلفة من توسع الكون. اكتشف جامو "بقايا الإشعاع". (البقايا من بقايا الماضي البعيد).

هناك عدة نماذج للكون: تشترك فيها فكرة طابعه غير الثابت والخواص والمتجانسة.

حسب نمط الوجود - نموذج "الكون المتوسع" ونموذج "الكون النابض".

اعتمادًا على انحناء الفضاء ، يميزون - نموذج مفتوح يكون فيه الانحناء سالبًا أو يساوي الصفر ، ويمثل كونًا مفتوحًا لانهائيًا ؛ نموذج مغلق مع انحناء إيجابي ، يكون فيه الكون محدودًا ، لكنه غير محدود ، وغير محدود.

أدت مناقشة مسألة محدودية أو لانهاية الكون إلى ظهور العديد من المفارقات الكونية المزعومة ، والتي بموجبها ، إذا كان الكون غير محدود ، فهو محدود.

1. مفارقة التوسع (إي هابل). بقبول فكرة الامتداد اللانهائي ، نصل إلى تناقض مع نظرية النسبية. إزالة السديم من المراقب إلى مسافة لا نهائية (وفقًا لنظرية "الانزياح الأحمر" بواسطة V.M. Slifer و "تأثير دوبلر") يجب أن يتجاوز سرعة الضوء. ولكن هذا هو الحد (وفقًا لنظرية أينشتاين) من سرعة انتشار التفاعلات المادية ، فلا شيء يمكن أن يتحرك بشكل أسرع.

2. المفارقة الضوئية (J.F. Chezo و V. Olbers). هذه أطروحة حول اللمعان اللانهائي (في حالة عدم امتصاص الضوء) للسماء وفقًا لقانون إضاءة أي موقع ووفقًا لقانون زيادة عدد مصادر الضوء مع زيادة حجم الفضاء. لكن اللمعان اللانهائي يتعارض مع البيانات التجريبية.

3. مفارقة الجاذبية (K. Neumann ، G. Seeliger): يجب أن يؤدي عدد لا حصر له من الأجسام الكونية إلى جاذبية لانهائية ، وبالتالي إلى تسارع غير محدود ، وهو أمر لم يتم ملاحظته.

4. مفارقة الديناميكا الحرارية (أو ما يسمى "الموت الحراري" للكون). يعتبر انتقال الطاقة الحرارية إلى أشكال أخرى أمرًا صعبًا مقارنة بالعملية العكسية. النتيجة: تطور المادة يؤدي إلى توازن ديناميكي حراري. تتحدث المفارقة عن الطبيعة المحدودة لهيكل الزمكان للكون.

2. تطور الكون. تظرية الانفجار العظيم"

من العصور القديمة إلى بداية القرن العشرين ، لم يتغير الكون. جسد العالم المرصع بالنجوم السلام المطلق والخلود والطول اللامحدود. أظهر اكتشاف الركود المتفجر للمجرات في عام 1929 ، أي التوسع السريع للجزء المرئي من الكون ، أن الكون غير ثابت. استقراءًا لعملية التوسع هذه في الماضي ، خلص العلماء إلى أنه منذ 15 إلى 20 مليار سنة كان الكون محاطًا بحجم صغير غير محدود من الفضاء بكثافة عالية غير متناهية ("نقطة التفرد") ، والكون الحالي بأكمله محدود ، أي له نطاق ووقت محدود من الوجود.

تبدأ نقطة البداية في عمر الكون المتطور من اللحظة التي حدث فيها "الانفجار العظيم" وانهارت حالة التفرد فجأة. وفقًا لمعظم الباحثين ، النظرية الحديثةيصف "الانفجار العظيم" ككل تطور الكون بنجاح كبير ، بدءًا من حوالي 10-44 ثانية بعد بدء التوسع. الحلقة الضعيفة الوحيدة في هذه النظرية الرائعة هي مشكلة البداية - الوصف المادي للتفرد.

يتفق العلماء على أن الكون الأصلي كان في ظروف يصعب تخيلها وتكاثرها على الأرض. تتميز هذه الظروف بوجود درجة حرارة عالية وضغط مرتفع عند التفرد الذي تتركز فيه المادة.

يقدر وقت تطور الكون بحوالي 20 مليار سنة. أظهرت الحسابات النظرية أنه في الحالة الفردية ، كان نصف قطرها قريبًا من نصف قطر الإلكترون ، أي لقد كان جسمًا صغيرًا صغير الحجم بشكل لا يُستهان به. من المفترض أن الانتظام الكمي المميز للجسيمات الأولية بدأ يؤثر هنا.

استمر الكون في التوسع من حالته الفردية الأصلية نتيجة للانفجار العظيم ، الذي ملأ كل الفضاء. نشأت درجة حرارة 100000 مليون درجة. وفقًا لكلفن ، لا يمكن أن توجد الجزيئات والذرات وحتى النوى. كانت المادة على شكل جسيمات أولية ، سادت من بينها الإلكترونات والبوزيترونات والنيوترونات والفوتونات ، وكان هناك عدد أقل من البروتونات والنيوترونات. في نهاية الدقيقة الثالثة بعد الانفجار ، انخفضت درجة حرارة الكون إلى مليار درجة. بواسطة كلفن. بدأت نوى الذرات بالتشكل - الهيدروجين الثقيل والهيليوم ، لكن مادة الكون بحلول هذا الوقت كانت تتكون أساسًا من الفوتونات والنيوترينوات ومضادات النوترينوات. بعد بضع مئات الآلاف من السنين فقط ، بدأت ذرات الهيدروجين والهيليوم في التكون مكونة بلازما الهيدروجين والهيليوم. اكتشف علماء الفلك انبعاث الراديو "بقايا" في عام 1965 - انبعاث البلازما الساخنة ، والتي تم الحفاظ عليها من الوقت الذي لم تكن فيه النجوم والمجرات بعد. من هذا المزيج من الهيدروجين والهيليوم ، في عملية التطور ، نشأ كل تنوع الكون الحديث. وفقًا لنظرية JH Jeans ، فإن العامل الرئيسي في تطور الكون هو عدم استقرار الجاذبية: لا يمكن توزيع المادة بكثافة ثابتة في أي حجم. تفككت البلازما المتجانسة في البداية إلى مجموعات ضخمة. من بينها ، تشكلت بعد ذلك عناقيد من المجرات ، والتي تفككت إلى مجرات أولية ، وظهرت النجوم الأولية منها. هذه العملية مستمرة حتى يومنا هذا. تشكلت أنظمة الكواكب حول النجوم. لم يتم إثبات هذا النموذج (القياسي) للكون بشكل كافٍ ، ولا تزال هناك العديد من الأسئلة. الحجج المؤيدة لها ليست سوى الحقائق الثابتة لتوسع الكون وبقايا الإشعاع.

قام عالم الفلك الأمريكي الشهير كارل ساجان ببناء نموذج مرئي لتطور الكون ، حيث سنة الفضاء تساوي 15 مليار سنة أرضية ، و 1 ثانية. - 500 سنة ثم ، في الوحدات الأرضية من الزمن ، سيتم عرض التطور على النحو التالي:

يفترض النموذج القياسي لتطور الكون أن درجة الحرارة الأولية داخل التفرد كانت أكثر من 10 13 على مقياس كلفن (حيث تقابل النقطة المرجعية -273 درجة مئوية). كثافة المادة حوالي 10 93 جم / سم 3. حتما ، كان من المقرر حدوث "الانفجار الكبير" ، والذي يرتبط به بداية التطور. من المفترض أن مثل هذا الانفجار حدث منذ ما يقرب من 15 إلى 20 مليار سنة ، وكان مصحوبًا في البداية بتوسع سريع ، ثم توسع أكثر اعتدالًا ، وبالتالي ، تبريد تدريجي للكون. وفقًا لدرجة توسع الكون ، يحكم العلماء على حالة المادة في مراحل مختلفة من التطور. بعد 0.01 ثانية. بعد الانفجار ، انخفضت كثافة المادة إلى 10 10 جم / سم 3. في ظل هذه الظروف ، في الكون المتسع ، على ما يبدو ، كان يجب أن يكون هناك فوتونات ، إلكترونات ، بوزيترونات ، نيوترينوات ومضادات نيوترونات ، بالإضافة إلى عدد قليل من النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات). في هذه الحالة ، حدثت تحويلات مستمرة من أزواج الإلكترون + البوزيترون إلى فوتونات والعكس بالعكس - حدثت الفوتونات في زوج إلكترون + بوزيترون. ولكن بالفعل بعد 3 دقائق من الانفجار ، يتكون خليط من النوى الخفيفة من النيوكليونات: 2/3 هيدروجين و 1/3 هيليوم ، ما يسمى مادة ما قبل النجم ، وتتكون منه بقية العناصر الكيميائية عن طريق التفاعلات النووية. في اللحظة التي تنشأ فيها ذرات الهيدروجين والهيليوم ، تصبح المادة شفافة للفوتونات ، وتبدأ في التشع في عالم الفضاء. في الوقت الحاضر ، يتم ملاحظة هذه العملية المتبقية في شكل إشعاع بقايا (بقايا من ذلك المسام البعيد لتكوين ذرات الهيدروجين والهيليوم المحايدة).

مع توسع الكون وتبريده ، حدثت عمليات تدمير الهياكل الموجودة سابقًا وظهور هياكل جديدة على هذا الأساس ، مما أدى إلى انتهاك التناظر بين المادة والمادة المضادة. عندما انخفضت درجة الحرارة بعد الانفجار إلى 6 مليارات درجة كلفن ، في الثواني الأولى. كان هناك خليط من الإلكترونات والبوزيترونات. طالما كان الخليط في حالة توازن حراري ، ظل عدد الجسيمات كما هو تقريبًا. تحدث تصادمات مستمرة بين الجسيمات ، ونتيجة لذلك تنشأ الفوتونات ، ومن الفوتونات - الإلكترون والبوزيترون. هناك تحول مستمر للمادة إلى إشعاع ، وعلى العكس من الإشعاع إلى مادة. في هذه المرحلة ، يتم الحفاظ على التناسق بين المادة والإشعاع.

حدث انتهاك هذا التناظر بعد التوسع الإضافي للكون والانخفاض المقابل في درجة حرارته. هناك جسيمات نووية أثقل - البروتونات والنيوترونات. هناك غلبة طفيفة للغاية للمادة على الإشعاع (1 بروتون أو نيوترون لكل مليار فوتون). من هذا الفائض ، في عملية تطور إضافي ، تنشأ تلك الثروة الهائلة والتنوع في العالم المادي ، بدءًا من الذرات والجزيئات إلى التكوينات الجبلية المختلفة والكواكب والنجوم والمجرات.

إذن ، 15-20 مليار سنة هو العمر التقريبي للكون. ماذا حدث قبل ولادة الكون؟ ينص المخطط الكوني الأول لعلم الكونيات الحديث على أن الكتلة الكاملة للكون مضغوطة في نقطة معينة (التفرد). لا يُعرف سبب انتهاك هذه الحالة الأولية النقطية وما حدث اليوم يسمى الانفجار العظيم.

يصف المخطط الكوني الثاني لولادة الكون عملية الخروج من فراغ "لا شيء". في ضوء أفكار نشأة الكون الجديدة ، تمت مراجعة فهم الفراغ من قبل العلم. الفراغ هو حالة خاصة للمادة. في المراحل الأولى من الكون ، يمكن لحقل الجاذبية الشديد أن يولد جسيمات من الفراغ.

نجد تشبيهًا مثيرًا للاهتمام لهذه الأفكار الحديثة بين القدماء. أشار الفيلسوف واللاهوتي أوريجانوس (القرنان الثاني والثالث بعد الميلاد) إلى انتقال المادة إلى حالة أخرى ، حتى "اختفاء المادة" لحظة موت الكون. عندما يظهر الكون مرة أخرى ، "المادة - كما كتب - تستقبل الوجود مرة أخرى ، وتشكل الأجسام ...".

وفقًا لسيناريو الباحثين ، نشأ الكون المرئي بأكمله الذي يبلغ حجمه 10 مليارات سنة ضوئية نتيجة توسع استمر من 10 إلى 30 ثانية فقط. التشتت ، والتوسع في جميع الاتجاهات ، انتقلت المادة جانبا "عدم الوجود" ، وخلق الفضاء وبدء العد التنازلي للوقت. هذه هي الطريقة التي يرى بها علم نشأة الكون الحديثة تكوين الكون.

النموذج المفاهيمي لـ "الكون المتوسع" اقترحه A.A. فريدمان في 1922-24. بعد عقود ، تلقى تأكيدًا عمليًا في عمل عالم الفلك الأمريكي إي هابل ، الذي درس حركة المجرات. اكتشف هابل أن المجرات تتراجع بسرعة ، متبعة نوعًا من الزخم. إذا لم يتوقف هذا الهروب ، إذا استمر إلى أجل غير مسمى ، فستزداد المسافة بين الأجسام الفضائية ، وتميل إلى اللانهاية. وفقًا لحسابات فريدمان ، هذه هي بالضبط الطريقة التي كان يجب أن يحدث بها التطور الإضافي للكون. ومع ذلك ، في ظل شرط واحد - إذا تبين أن متوسط كثافة الكتلة للكون أقل من قيمة حرجة معينة ، فإن هذه القيمة تقارب ثلاث ذرات لكل متر مكعب. منذ بعض الوقت ، أتاحت البيانات التي حصل عليها علماء الفلك الأمريكيون من قمر صناعي درس انبعاث الأشعة السينية من المجرات البعيدة حساب متوسط كثافة الكتلة للكون. اتضح أنها قريبة جدًا من تلك الكتلة الحرجة التي لا يمكن أن يكون فيها توسع الكون بلا حدود.

كان من الضروري اللجوء إلى دراسة الكون من خلال دراسة الأشعة السينية لأن جزءًا كبيرًا من مادته لا يُنظر إليه بصريًا. حوالي نصف كتلة مجرتنا "لا نستطيع رؤيتها". إن وجود هذه المادة ، التي لا ندركها ، يتضح ، على وجه الخصوص ، من خلال قوى الجاذبية التي تحدد حركة مجراتنا ومجراتنا الأخرى ، حركة الأنظمة النجمية. يمكن أن توجد هذه المادة على شكل "ثقوب سوداء" ، كتلتها مئات الملايين من كتل شمسنا ، على شكل نيوترينوات أو بعض الأشكال الأخرى غير المعروفة لنا. لا يُدرك ، مثل "الثقوب السوداء" ، أن هالة المجرات يمكن أن تكون ، كما يعتقد بعض الباحثين ، من 5-10 أضعاف كتلة المجرات نفسها.

إن الافتراض القائل بأن كتلة الكون أكبر بكثير مما يُعتقد عمومًا قد وجد تأكيدًا جديدًا وقويًا للغاية في أعمال علماء الفيزياء. لقد حصلوا على البيانات الأولى التي تشير إلى أن أحد الأنواع الثلاثة من النيوترينوات له كتلة سكونية. إذا كان لبقية النيوترينوات نفس الخصائص ، فإن كتلة النيوترينوات في الكون أكبر 100 مرة من كتلة المادة العادية الموجودة في النجوم والمجرات.

يتيح لنا هذا الاكتشاف أن نقول بثقة أكبر أن توسع الكون سيستمر فقط حتى لحظة معينة ، وبعد ذلك تنعكس العملية - ستبدأ المجرات في الاقتراب من بعضها البعض ، وتتقلص مرة أخرى إلى نقطة معينة. بعد المادة ، سوف يتقلص الفضاء إلى نقطة. سيكون هناك ما يسميه علماء الفلك اليوم "انهيار الكون".

هل سيلاحظ الناس أو سكان العوالم الأخرى ، إذا كانوا موجودين في الفضاء ، ضغط الكون ، بداية عودته إلى الفوضى البدائية؟ لا. لن يكونوا قادرين على رؤية انعكاس الوقت الذي يجب أن يحدث عندما يبدأ الكون في الانكماش.

يتحدث العلماء عن تحول تدفق الوقت على مقياس الكون ، ويرسمون تشابهًا مع الوقت على نجم متقلص "منهار". يجب أن تتباطأ الساعة الشرطية الموجودة على سطح مثل هذا النجم أولاً ، ثم عندما يصل الضغط إلى نقطة حرجة ، سيتوقفون. عندما "يفشل" النجم من الزمكان لدينا ، فإن العقارب الشرطية على الساعة الشرطية ستتحرك في الاتجاه المعاكس - سيعود الوقت. لكن المراقب الافتراضي الموجود على مثل هذا النجم لن يلاحظ كل هذا. يمكن ملاحظة التباطؤ والتوقف وتغيير اتجاه الوقت من الخارج ، كونك خارج نظام "الانهيار". إذا كان كوننا هو الوحيد ولا يوجد شيء خارجه - بغض النظر عن الوقت أو الفضاء - فلا يمكن أن يكون هناك منظر خارجي يمكن أن يلاحظ عندما يغير الوقت مساره ويعود إلى الوراء.

يعتقد بعض العلماء أن هذا الحدث قد حدث بالفعل في كوننا ، والمجرات تتساقط على بعضها البعض ، وقد دخل الكون عصر موته. هناك حسابات واعتبارات رياضية تدعم هذه الفكرة. ماذا يحدث بعد عودة الكون إلى نقطة بداية معينة؟ بعد ذلك ، ستبدأ دورة جديدة ، وسيحدث "انفجار كبير" آخر ، وسوف تندفع مادة pra-matter في جميع الاتجاهات ، وتدفع وخلق الفضاء ، والمجرات ، والعناقيد النجمية ، وستنشأ الحياة مرة أخرى. هذا ، على وجه الخصوص ، هو النموذج الكوني لعالم الفلك الأمريكي جيه ويلر ، نموذج الكون المتناوب و "المنهار".

أثبت عالم الرياضيات والمنطق المعروف كورت جودل رياضيًا الموقف القائل بأنه في ظل ظروف معينة يجب أن يعود كوننا بالفعل إلى نقطة البداية من أجل إكمال الدورة نفسها مرة أخرى ، وإنهاءها بعودة جديدة إلى حالتها الأصلية. تتوافق هذه الحسابات أيضًا مع نموذج عالم الفلك الإنجليزي P. Davis ، نموذج "الكون النابض". لكن المهم هو أن كون ديفيس يشتمل على خطوط زمنية مغلقة ، بمعنى آخر ، يتحرك الوقت في دائرة فيه. عدد الولادات والوفيات التي يمر بها الكون لانهائي.

وكيف تتخيل نشأة الكون الحديثة موت الكون؟ يصفها الفيزيائي الأمريكي الشهير س. واينبرغ بهذه الطريقة. بعد أن يبدأ الانكماش ، لآلاف وملايين السنين ، لن يحدث شيء يمكن أن يزعج أحفادنا البعيدين. ومع ذلك ، عندما يتقلص الكون إلى 1/100 من حجمه الحالي ، فإن سماء الليل ستعطي الأرض نفس القدر من الحرارة مثل سماء النهار اليوم. بعد 70 مليون سنة ، سينكمش الكون عشر مرات أخرى ، وبعد ذلك "سيرى ورثتنا وخلفاؤنا (إن وجدوا) السماء مشرقة بشكل لا يطاق". في غضون 700 عام أخرى ، ستصل درجة الحرارة الكونية إلى عشرة ملايين درجة ، وستبدأ النجوم والكواكب في التحول إلى "حساء كوني" من الإشعاع والإلكترونات والأنوية.

بعد الانكماش إلى حد ما ، وبعد ما نسميه "موت الكون" ، والتي ربما لا تكون موته على الإطلاق ، تبدأ دورة جديدة. التأكيد غير المباشر لهذا التخمين هو إشعاع بقايا المذكور بالفعل ، صدى "الانفجار العظيم" الذي أدى إلى نشوء كوننا. وفقًا للعلماء ، اتضح أن هذا الإشعاع لا يأتي من الماضي فحسب ، بل يأتي أيضًا من "المستقبل". هذا انعكاس "للنار العالمية" المنبثقة من الدورة التالية ، والتي يولد فيها الكون الجديد. ليس فقط بقايا الإشعاع تتغلغل في عالمنا ، وتأتي كما لو كانت من جانبين - من الماضي والمستقبل. المادة التي يتكون منها العالم ، الكون ونحن ، ربما ، تحمل بعض المعلومات. باحثون يتمتعون بنصيب من الاصطلاحية ، لكنهم يتحدثون بالفعل عن نوع من "الذاكرة" للجزيئات والذرات والجسيمات الأولية. ذرات الكربون الموجودة في الكائنات الحية هي "حيوية المنشأ".

بمجرد أن لا تختفي المادة في لحظة تقارب الكون إلى نقطة ما ، فإن المعلومات التي تحملها لا تختفي ، والمعلومات التي تحملها تكون غير قابلة للتدمير. عالمنا مليء به ، لأنه مليء بما يتكون منه.

الكون الذي سيحل محل كوننا هل سيكون تكرارًا له؟

ربما يجيب بعض علماء الكونيات.

يجادل آخرون ليس بالضرورة. لا توجد مبررات فيزيائية ، كما يقول ، على سبيل المثال ، الدكتور آر. ديك من جامعة برينستون ، أنه في كل مرة في لحظة تشكل الكون ، كانت القوانين الفيزيائية هي نفسها في لحظة بداية دورتنا. إذا كانت هذه الأنماط تختلف حتى في أبسط الطرق ، فلن تتمكن النجوم لاحقًا من تكوين عناصر ثقيلة ، بما في ذلك الكربون ، والتي تُبنى منها الحياة. دورة تلو الأخرى ، يمكن للكون أن يأتي ويذهب دون أن يولد شرارة من الحياة. هذه إحدى وجهات النظر. يمكن أن يطلق عليه وجهة نظر "عدم استمرارية الوجود". إنه متقطع ، حتى لو نشأت الحياة في الكون الجديد: لا توجد خيوط تربطها بالدورة الأخيرة. وفقًا لوجهة نظر أخرى ، على العكس من ذلك ، "يتذكر الكون كامل عصور ما قبل التاريخ ، بغض النظر عن المدى (حتى اللامحدود البعيد) الذي ذهب إليه في الماضي."

أو مفهوم التولد الحيوي). في القرن التاسع عشر ، دحضها L. Pasteur أخيرًا ، وأثبت أن ظهور الحياة حيث لم تكن موجودة مرتبطًا بالبكتيريا (البسترة تقضي على البكتيريا). 3. يفترض مفهوم الحالة الراهنة أن الأرض والحياة عليها كانتا موجودة دائمًا وبصيغة ثابتة. 4. يربط مفهوم البانسبيرميا بين ظهور الحياة على الأرض ودخولها من ...

المجرات والكون. تختلف النظم المادية للعالم الجزئي والكبير والضخم من حيث الحجم وطبيعة العمليات السائدة والقوانين التي تخضع لها. يكمن أهم مفهوم للعلم الطبيعي الحديث في الوحدة المادية لجميع أنظمة العالم الجزئي والكلي والضخم. يمكننا التحدث عن أساس مادي واحد لأصل جميع أنظمة المواد في مراحل مختلفة ...

على الرغم من نجاحات الفيزياء في فهم تاريخ الكون ، يمكن تسمية تفكير العلماء حول هذه المسألة بلعبة خيالية ، ولدت من المعرفة الحديثة ، واستقراءًا للحظات الأولى من حياة الكون. بشكل كامل ، لا يمكن تطبيق هذه المعرفة على لحظة ولادة الكون ، لأنها كانت حالة فائقة التطرف. ومع ذلك ، فإن المبادئ الأساسية التي نظرنا فيها ربما تكون موجودة بالفعل. أي ، ظهر اتجاهان على الفور في حياة الكون: كسر الفراغ(لا شيء هو هيكل منظم تمامًا) و خلق(تنظيم ذاتي) موضوع.

لا نعرف ما هي الهياكل الأولى في الكون. ربما ، في اللحظات الأولى من وجود الكون ، تحققت مثل هذه الهياكل الأولية التي لها تشابهات مباشرة مع الصور المثالية التي يستخدمها الإنسان في عملية التفكير. لذلك ، تصور جميع المفاهيم الكونية القديمة خلق الكون كعمل إرادي حر لخالق واحد.

لقد "خمنا" بالفعل أنه في سياق هذه العمليات ، بالفعل في الملي ثانية الأولى ، أصبح الكون غير متجانس كهربائيًا لسبب ما ، ونشأت ظروف لتوليد أزواج من الجسيمات المشحونة معاكسة. وهذا يعني أن الكون في هذه المرحلة يمكن تمثيله في شكل نوع من مكثف الفراغ ، مما يؤدي إلى ولادة أزواج من الجسيمات المضادة للجسيمات "من لا شيء". من أين أتت الطاقة لتكوين هذه الجسيمات؟ لا يوجد توافق في الآراء بشأن هذه المسألة. أي حجج حول هذا الموضوع هي مجرد فرضيات. بناءً على نموذج معلومات الكون إذن يتم تقليل مفهوم الطاقة إلى الفرق بين الانتروبيا للحالات النهائية (لم تتحقق بعد ، ولكن من المحتمل أن تكون ممكنة) والحالات الأولية (المحققة). بمعنى آخر ، الطاقة هي الفرق بين ما يمكن أن نحصل عليه وما لدينا بالفعل. هذا الاختلاف هو الذي يولد القوة الدافعة التي تحرك العملية التطورية بأكملها في الكون.

ربما كان عالم الجسيمات الأولية شديد التنوع. تشكّل السنكروفازوترون لدينا نموذجًا تقريبيًا لعمليات ذلك الوقت. مع زيادة عدد الجسيمات ، تم تنعيم عدم التجانس الكهربائي (تم تفريغ المكثف). تباطأ "معدل ولادة" الجسيمات أولاً ، ثم توقف. في هذه المرحلة من تطور الكون ، إلى جانب ولادة الشحنات ، كان موتهم حاضرًا أيضًا - فناء الجسيمات والجسيمات المضادة مع الانتقال الكامل لبنيتها إلى الزي الميداني. وهكذا توقفت "الولادة" ، لكن الفناء بقي. كانت "الكارثة البيئية الأولى" التي عرفناها. لحسن الحظ ، كان الكون المبكر غير متماثل إلى حد ما: كان هناك إلكترونات أكثر بقليل من البوزيترونات ، وبروتونات أكثر من البروتونات المضادة. لذلك ، مقابل كل 100 مليون زوج ، "نجا" جسيم واحد. كان هذا كافيًا لبناء مادة الكون بأكملها ، والتي كانت في ذلك الوقت عمرها بضع ثوانٍ.

لقد انتهى عصر الجسيمات الأولية. نتيجة لذلك ، "اكتشف" الكون جسيمات مستقرة ، والتي أصبحت عناصر لبناء أنظمة ذات مستوى هرمي أعلى. إذا لم يحدث هذا ، وكان تدمير الجسيمات الأولية قد اكتمل ، لكان الكون قد وصل إلى الحد الأقصى من الانتروبيا (الكون مليء بالإشعاع) وربما لم يعد موجودًا (إذا كان ذلك فقط بسبب مفاهيم لا يتم تحديد المكان والزمان بدون مادة). أدى "اختراع" الجسيمات المستقرة إلى زيادة القيمة القصوى الممكنة لانتروبيا الكون إلى حد ما ، أي أنه أصبح من الممكن زيادة الانتروبيا ، ولكن ليس بسبب تدمير الجسيمات ، ولكن بسبب تشتتها واختلاطها في مجموعات مختلفة.

ثم يتم تكرار هذه الخوارزمية. التي هي في في عملية الأنظمة التي تسعى جاهدة لتحقيق أقصى قدر من الانتروبيا ، يجب أن تجد أشكالًا مستقرة يمكنها دفع القيمة نفسها. هذه الأشكال تتجاوز بأمان حواجز الانتقاء الطبيعي. في الانتقاء الطبيعيالفائز هو الذي يعطي أعظم الاحتمالات من حيث التطوير الإضافي للكون.وبما أنه مع كل خطوة للأعلى في السلم الهرمي لتنظيم النظام ، يصبح عدد عناصر هذه الأنظمة أقل وأقل ، ثم لا يمكن ضمان الزيادة المطلوبة في إنتروبيا الكون إلا من خلال زيادة تعقيد التنظيم الداخلي للأنظمة (قانون تعقيد تنظيم النظام). كيف نظام أصعب، كلما زاد عدد الأنظمة الفرعية الموجودة في هيكلها. في هذه الحالة ، يمكن لكل جسيم (عنصر) الدخول في وقت واحد في العديد من الأنظمة الفرعية. هذا يعني أن عدد الأشياء الحقيقية (الجسيمات ، والأنظمة الفرعية ، والأنظمة ، وما إلى ذلك) التي تعتبر من حيث الانتروبيا تزداد ، مما يضمن الزيادة في أقصى قيمة ممكنة للإنتروبيا. نسمي هذه العملية تطور.

تمدد الكون وبرد ، وفقدت الجسيمات طاقتها وتكثف في ذرات ، معظمها من الهيدروجين. صحيح ، يُعتقد أن الهيليوم كان موجودًا أيضًا في نفس المرحلة (حوالي 30 ٪). كانت العناصر الأثقل غائبة عمليا ، فقد تشكلت في مراحل لاحقة من العملية التطورية.

يتم تعزيز أي عدم تجانس في كثافة الهيدروجين بواسطة قوى الجاذبية ، وتتفكك سحابة الهيدروجين والهيليوم إلى كتل (المجرات الأولية). من التجمعات داخل المجرات ، يولد الجيل الأول من النجوم. لا يوجد حتى الآن وضوح كامل هنا. من الممكن أن تكون النجوم قد ولدت عندما تقلصت المجرة الأولية.

هناك نسخة أخرى ممكنة أيضًا ، والتي وفقًا لها يتم ضغط السحابة الأولية أولاً إلى حجم حرج. الكوازارات - أجسام كونية ضخمة شبه نجمية ، تتناسب مع حجم النظام الشمسي ، وتتكون من مادة تدور حول المركز بسرعة كبيرة ، وتوجد عند حدود الجزء المرئي من الكون ؛ أي أننا نراهم كما كانوا قبل مليارات السنين. ربما تم تصنيع الهيليوم في الكوازارات. ربما لهذا السبب تصبح الكوازارات غير مستقرة وتنفجر ، وتتكون نجوم الجيل الأول من نواتج الانفجار في عملية تشتتها بسبب ضغط الجاذبية للتركيزات المحلية. سواء كان ذلك أم لا ، يمكننا فقط أن نخمن ، نحن نعرف القليل جدًا عن الكوازارات.

سحابة الغاز نجم المستقبلمضغوطة بقوى الجاذبية. سرعان ما يتباطأ هذا الانكماش بسبب الضغط المتزايد للدفء الداخلي للنجم ، حيث تبدأ تفاعلات الاندماج النووي الحراري. يتحول الهيدروجين إلى هيليوم ، ويتم تصنيع العناصر الأثقل من الهيليوم ، الذي يسقط في مركز النجم. النجم عبارة عن مرجل يتم فيه "غليان" العناصر الثقيلة ، وتصبح بنية المادة أكثر تعقيدًا. هذا يجعل النجم غير مستقر ، وينفجر مثل المستعر الأعظم ، مكونًا غيومًا من الغاز والغبار مخصبًا بالعناصر الثقيلة. يتعرض الجزء المركزي من النجم لضغط قوي ، حيث يتكون مكانه قزم أبيض أو نجم نيوتروني أو ثقب أسود إذا تجاوزت كتلة النجم 50 كتلة شمسية. في السابق ، في مجرتنا ، كانت النجوم تنفجر مرة واحدة سنويًا ، والآن مرة كل 30 عامًا.

وُلد النظام الشمسي قبل حوالي خمسة مليارات سنة بسبب تكاثف سحابة من الغبار والغاز. لذلك ، فإن الشمس هي نجم من الجيل الثاني.تشكلت الشمس والكواكب ، على ما يبدو ، في وقت واحد. عندما تتقلص سحابة الغاز والغبار ، تتصادم جزيئات الغبار وتتحد في تكوينات أكبر (نيازك) ، والتي تتشكل منها الكويكبات لاحقًا. بالقرب من الشمس ، يمكن للأجسام أن تتكون فقط من مواد ثقيلة ومقاومة للصهر. تتبخر المواد الخفيفة وتهرب إلى مدارات بعيدة. لذلك ، فإن الكواكب الأقرب إلى الشمس أكثر صلابة. تتشكل من اندماج الكويكبات وترسب الغبار في مدار كوكب معين. تدريجيا يتم مسح المدار. تظهر الملاحظات أن ديناميكيات تشكل الحفر على عطارد والمريخ والقمر منذ حوالي 4.6 مليار سنة كانت أعلى بمئات المرات من اليوم. الكواكب العملاقة البعيدة لها كثافة أقل.

مدارات الكواكب قريبة من الدوائر التي تخضع أقطارها لقاعدة القسم الذهبي (قانون بودي). وفقًا لقانون بود ، يجب أن يكون هناك كوكب آخر بين المريخ والمشتري ، وبدلاً من ذلك تم اكتشاف حزام كويكب. نشأت جميع أنواع الافتراضات الرائعة حول موت كوكب فايتون الذي كان موجودًا في هذا المدار. يتضح هذا أيضًا من خلال بعض القصص الأسطورية. يعتقد العلماء أن هذا المدار هو حد طبيعي بين الكواكب الصغيرة الكثيفة والكواكب العملاقة ، مما أدى إلى عدم الاستقرار الذي لم يسمح لكوكب صغير أو كوكب عملاق بالتشكل هنا. أدى تأثير الجاذبية للكواكب المجاورة ، وخاصة الكواكب العملاقة ، إلى تشتيت تكثيف الكواكب الأولية للكوكب الكثيف المستقبلي كثيرًا ، مما أدى إلى تشتت الكويكبات في مدارات أكثر استطالة. لذلك ، ظل حزام الكويكبات في شكله الأصلي تقريبًا. بالمناسبة ، هذا يردد إلى حد ما أسطورة فايتون.

بحلول الوقت الذي تشكلت فيه الأرض ، كان تطور الكون قد أعد إمكانية ولادة الحياة على الأرض.
يتمدد الكون بسرعة ، مما يؤدي إلى ظهور الهياكل الكسورية التي تجمع بين النظام والعشوائية والفوضى. في الهياكل الكسورية ، يتحقق التعقيد من خلال تكرار الهياكل الأبسط (الجينات الكسورية) وفقًا لخوارزمية معينة. من أمثلة الهياكل الفركتلية رقاقات الثلج وأنماط الصقيع على الزجاج ، الخطوط الساحليةالبحار ، أغصان الأشجار ، الأصداف الحلزونية ، إلخ. النظم الحيوية هي هياكل كسورية نموذجية بشكل خاص. عادة ، تنشأ الهياكل الكسورية مع فقدان سريع نسبيًا للطاقة في نظام مفتوح ، عندما لا يكون لدى عناصر النظام الوقت لإعادة التنظيم في هياكل مرتبة متناظرة ، مثل البلورات العادية ، لذلك تحتفظ بنصيب من الفوضى.
أثناء التبريد ، تظهر إمكانية الوجود المستقر لهياكل أكثر وأكثر تعقيدًا ، والتي من شأنها أن تنهار عند الطاقات الأعلى.
مع توسع الكون ، تصبح أشكال تنظيم المادة أكثر تعقيدًا ، أي أن تعقيد الأشكال مرتبط بطريقة ما بحجم الكون.
طالما أن الكون يتوسع ، لا يمكن إيقاف التطور. من غير المعروف ما إذا كان توسع الكون هو القوة الدافعة وراء عملية التطور العالمي ، ولكن ربما ترتبط هاتان العمليتان ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض.

نماذج من الكون الثابت.لا يسمح تفرد الكون بالتحقق التجريبي من الفرضيات المطروحة ورفعها إلى مستوى النظريات ، لذلك لا يمكن النظر في تطور الكون إلا في إطار النماذج.

بعد إنشاء الميكانيكا الكلاسيكية ، استندت الصورة العلمية للعالم إلى أفكار نيوتن حول المكان والزمان والجاذبية ووصف ثابت في الوقت ، أي الكون الثابت اللانهائي الذي خلقه الخالق.

في القرن العشرين. ظهرت أسس نظرية جديدة لابتكار نماذج كونية جديدة.

بادئ ذي بدء ، من الضروري ذكر الفرضية الكونية ، والتي بموجبها تكون القوانين الفيزيائية الموضوعة في جزء محدود من الكون صالحة أيضًا للكون بأكمله. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر التجانس والتناحي لتوزيع المادة على نطاق واسع في الكون بديهية. في الوقت نفسه ، يجب أن يتوافق نموذج التطور مع ما يسمى بالمبدأ الأنثروبي ، أي تنص على إمكانية مرحلة معينةتطور المراقب (شخص عاقل).

نظرًا لأن الجاذبية هي التي تحدد تفاعل الكتل على مسافات كبيرة ، فإن الجوهر النظري لعلم الكونيات في القرن العشرين. أصبحت النظرية النسبية للجاذبية والزمكان - النظرية العامةالنسبية. وفقًا لهذه النظرية ، فإن توزيع المادة وحركتها يحددان الخصائص الهندسية للزمكان ويعتمدان عليها في نفس الوقت. يظهر مجال الجاذبية على أنه "انحناء" للزمكان. في أول نموذج كوني لآينشتاين ، استنادًا إلى النسبية العامة في عام 1916 ، كان الكون أيضًا ثابتًا. إنه لا حدود له ، لكنه مغلق وله أبعاد محدودة. الفضاء يغلق على نفسه.

نماذج فريدمان للكون غير الثابت.تم دحض نموذج أينشتاين للكون الثابت في أعمال العالم الروسي أ. فريدمان (1888-1925) ، الذي أظهر في عام 1922 أن الفضاء المنحني لا يمكن أن يكون ثابتًا: يجب أن يتمدد أو يتقلص. ثلاثة نماذج مختلفة للتغيير في نصف قطر انحناء الكون ممكنة ، اعتمادًا على متوسط كثافة المادة فيه ، وفي اثنين منها يتمدد الكون بلا حدود ، وفي النموذج الثالث ، يتغير نصف قطر الانحناء بشكل دوري ( الكون ينبض).

على الرغم من أن اكتشاف إي. هابل لاعتماد معدل انحسار المجرة على المسافة التي تفصلهم عنها أكد توسع الكون ، في الوقت الحاضر ، مقارنة بين كثافة المادة المقدرة تجريبياً مع القيمة الحرجة لهذه المعلمة ، والتي تحدد الانتقال من التوسع إلى النبض ، لا يجعل من الممكن بشكل لا لبس فيه اختيار سيناريو لمزيد من التطور. اتضح أن هاتين الكميتين متقاربتان ، ولم تكن البيانات التجريبية موثوقة بما فيه الكفاية.

يعد توسع الكون حاليًا حقيقة راسخة ومعترف بها بشكل عام تسمح لنا بتقدير عمر الكون. وفقًا للتقديرات الأكثر شيوعًا ، فهي 10 18 ثانية (18 مليار سنة). لذلك ، تشير النماذج الحالية إلى "بداية" الكون. كيف بدأ تطورها؟

نموذج الكون الساخن.في قلب الأفكار الحديثة حول المراحل الأولية لتطور الكون يوجد نموذج "الكون الساخن" ، أو "الانفجار العظيم" ، الذي تم وضع أسسه في الأربعينيات من القرن العشرين. علماء روس يعملون في الولايات المتحدة الأمريكية ، G.A. جاموف (1904 - 1968). في أبسط نسخة من هذا النموذج ، يبدو أن الكون نشأ تلقائيًا نتيجة انفجار من حالة فائقة الكثافة وفائقة السرعة مع انحناء فضاء لانهائي (حالة التفرد). تتميز "سخونة" الحالة المفردة الأولية بغلبة الإشعاع الكهرومغناطيسي فيها على المادة. وهذا ما أكده الاكتشاف التجريبي في عام 1965 من قبل الفيزيائيين الفلكيين الأمريكيين بينزياس (مواليد 1933) وويلسون (مواليد 1936) "الإشعاع الكهرومغناطيسي" المتناحي الخواص. تتيح النظريات الفيزيائية الحديثة وصف تطور المادة بدءًا من لحظة الزمن ر= 10-43 ثانية. ما زالت اللحظات الأولى لتطور الكون خلف الحاجز المادي. فقط من لحظة ر= 10-10 ثوانٍ بعد الانفجار العظيم ، فهمنا لحالة المادة في الكون المبكرويمكن التحقق من العمليات التي تحدث فيها تجريبيا ووصفها نظريا.

مع تمدد الكون ، تقل كثافة المادة فيه وتنخفض درجة الحرارة. في الوقت نفسه ، تحدث عمليات التحولات النوعية لجزيئات المادة. تتكون المادة في الوقت الحالي من 10 إلى 10 ثوانٍ من كواركات ولبتونات وفوتونات حرة (انظر الشكل. القسم الثالث). عندما يبرد الكون ، يحدث تكوين الهادرونات ، ثم تظهر نوى العناصر الخفيفة - نظائر الهيدروجين والهيليوم والليثيوم. يتوقف اندماج نوى الهليوم في الوقت الحالي ر= 3 دقائق. فقط بعد مئات الآلاف من السنين ، تتحد النوى مع الإلكترونات ، وتنشأ ذرات الهيدروجين والهيليوم ، ومنذ تلك اللحظة ، تتوقف المادة عن التفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. نشأ إشعاع "بقايا" على وجه التحديد خلال هذه الفترة. عندما كان حجم الكون أصغر بنحو 100 مرة مما كان عليه في العصر الحالي ، نشأت التكتلات الغازية من عدم تجانس الهيدروجين الغازي والهيليوم ، مما أدى إلى تجزئة الكون وأدى إلى ظهور النجوم والمجرات.

تظل مسألة حصرية الكون كموضوع لعلم الكونيات مفتوحة. جنبًا إلى جنب مع وجهة النظر السائدة بأن الكون بأكمله هو مجرتنا الكبرى ، هناك رأي معاكس بأن الكون يمكن أن يتكون من العديد من metagalaxies ، وفكرة تفرد الكون هي فكرة نسبية تاريخيًا ، يحددها مستوى العلم والممارسة.

يدرس علم الكونيات الطبيعة الفيزيائية والهيكل وتطور الكون ككل.

مفهوم "كون"يعني الفضاء الذي يمكن الوصول إليه للمراقبة البشرية.

يعتبر علم الكونيات أكثر الخصائص العامة لكامل منطقة الفضاء التي تغطيها المراقبة. نحن ندعوها ميتاجالاكسى. تقتصر معرفتنا بـ Metagalaxy على أفق المراقبة. يتم تحديد هذا الأفق من خلال حقيقة أن سرعة الضوء ليست لحظية. وبالتالي ، لا يمكننا ملاحظة سوى مناطق الكون التي تمكن الضوء من الوصول إلينا منها الآن. في هذه الحالة ، لا نرى الأشياء في حالتها الحالية ، ولكن في الحالة التي كانت فيها وقت انبعاث الضوء.

نماذج الكون ، مثل أي نماذج أخرى ، مبنية على أساس المفاهيم النظرية الموجودة حاليًا في علم الكونيات والفيزياء والرياضيات والكيمياء والتخصصات الأخرى ذات الصلة.

عدة شروط مسبقة لدراسة الكون:

يُعتقد أن قوانين عمل العالم التي صاغتها الفيزياء تعمل في جميع أنحاء الكون
يُعتقد أن ملاحظات علماء الفلك تنطبق أيضًا على الكون بأكمله
يُعتقد أن هذه الاستنتاجات صحيحة ولا تتعارض مع وجود الإنسان (مبدأ أنثروبي)

تسمى استنتاجات علم الكونيات نماذج لأصل الكون وتطوره.

لقد شغلت مشاكل أصل الكون وبنيته الناس منذ العصور القديمة. على الرغم من المستوى العالي للمعرفة الفلكية لشعوب الشرق القديم ، إلا أن وجهات نظرهم حول بنية العالم اقتصرت على الأحاسيس البصرية المباشرة. لذلك ، في بابل كانت هناك أفكار مفادها أن الأرض تبدو وكأنها جزيرة محدبة محاطة بمحيط. يبدو الأمر كما لو أن هناك "مملكة الموتى" داخل الأرض. السماء عبارة عن قبة صلبة تستقر على سطح الأرض وتفصل "المياه السفلية" (المحيط الذي يتدفق حول جزيرة الأرض) عن المياه "العليا" (المطر). الأجرام السماوية مرتبطة بهذه القبة وكأن الآلهة تعيش فوق السماء. وفقًا لأفكار قدماء المصريين ، يبدو الكون وكأنه وادي كبير ، ممدود من الشمال إلى الجنوب ، في وسطه مصر. وشُبِّهت السماء بسقف حديدي كبير ، يرتكز على أعمدة ، تتدلى عليه النجوم على شكل مصابيح.

في الصين القديمة ، كانت هناك فكرة مفادها أن الأرض لها شكل مستطيل مسطح ، يتم دعمه فوق سماء مستديرة محدبة على أعمدة. بدا أن التنين الغاضب ينحني العمود المركزي ، ونتيجة لذلك انحرفت الأرض نحو الشرق. لذلك ، تتدفق جميع الأنهار في الصين إلى الشرق. مالت السماء نحو الغرب فتتحرك كل الأجرام السماوية من الشرق إلى الغرب.

في المستعمرات اليونانية على الشواطئ الغربية لآسيا الصغرى (إيونيا) ، في جنوب إيطاليا وفي صقلية ، في القرن السابع قبل الميلاد ، بدأ العلم يتطور بسرعة ، ولا سيما الفلسفة ، كعقيدة للطبيعة. هنا يتم استبدال التأمل البسيط للظواهر الطبيعية وتفسيرها الساذج بمحاولات لتفسير هذه الظواهر علميًا ، لكشف أسبابها الحقيقية. كان أحد أهم المفكرين اليونانيين القدماء هيراقليطس من أفسس. تنتمي الكلمات إليه: "العالم ، واحد من كل شيء ، لم يخلقه أي من الآلهة وأي من الناس ، لكنه كان وسيظل نارًا دائمة الاشتعال بشكل طبيعي ومطفأة بشكل طبيعي ..." ثم فيثاغورس من ساموسعبرت عن فكرة أن الأرض ، مثل الأجرام السماوية الأخرى ، لها شكل كرة. تم تقديم الكون إلى فيثاغورس في شكل كرات بلورية شفافة متداخلة متحدة المركز ، والتي بدت الكواكب مرتبطة بها.

هيراكليد بونتوسو Eudoxus of Cnidus في القرن الرابع قبل الميلاد. جادل بأن جميع الأجسام في الكون تدور حول محورها ، وتدور حول مركز مشترك (الأرض) في مجالات ، يتراوح عددها في نشأة الكون المختلفة من 30 إلى 55. كان الجزء العلوي من هذه الصورة للعالم هو النظام كلوديوس بطليموس(القرن الثاني الميلادي).

ظهرت النماذج العلمية الأولى للكون بعد اكتشافات كوبرنيكوس وجاليليو ونيوتن. أولاً ، طرح R.Dcartes فكرة الكون الدوامة التطورية. وفقًا لنظريته ، تشكلت جميع الأجسام الفضائية من مادة أولية متجانسة نتيجة لحركات الدوامة. النظام الشمسي ، حسب ديكارت ، هو أحد زوابع المادة الكونية. طور كانط فكرة الكون اللامتناهي ، الذي تم تشكيله تحت تأثير قوى الجذب والتنافر الميكانيكية ، وحاول اكتشاف المصير الإضافي لمثل هذا الكون. وصف عالم الرياضيات الفرنسي العظيم لابلاس فرضية كانط رياضيًا.

مفارقة الجاذبية: وفقًا لمفهوم الجاذبية النيوتونية ، يجب أن يعطي الكون اللانهائي ذو الكثافة الكتلية المحدودة قوة جذب لا نهائية. زيادة الجاذبية بلا حدود تؤدي حتما إلى تسارع لانهائي وسرعات لا نهائية للأجسام الكونية. لذلك ، يجب أن تزداد سرعة الأجسام مع زيادة المسافة بين الأجسام. لكن هذا لم يحدث ، وبعد ذلك اتضح أن الكون لا يمكن أن يوجد إلى الأبد.

المفارقة الضوئية (مفارقة أولبيرز): مع كون لانهائي مليء بعدد لا حصر له من النجوم ، يجب أن تكون السماء مشرقة بشكل موحد. في الواقع ، لم يتم ملاحظة مثل هذا التأثير. في عام 1823 ، أظهر أولبرز أن سحب الغبار التي تمتص ضوء النجوم البعيدة تسخن نفسها وبالتالي يجب أن تنبعث منها الضوء. هذه المفارقة حلت نفسها بعد إنشاء نموذج للكون الآخذ في الاتساع.

عندما كان أينشتاين يعمل على نظريته العامة للنسبية ، لم ير العلماء الكون كما هو الآن. لم يتم اكتشاف مجرة Metagalaxy وتوسعها بعد ، لذلك اعتمد أينشتاين على فكرة الكون الثابت ، المملوء بالتساوي بالمجرات الموجودة على مسافات ثابتة. ثم تبع ذلك حتمًا الاستنتاج المتعلق بانضغاط العالم تحت تأثير الجاذبية. كانت هذه النتيجة تتعارض مع استنتاجات النسبية العامة. من أجل عدم التعارض مع الصورة المقبولة عمومًا للعالم ، أدخل أينشتاين بشكل تعسفي معيارًا جديدًا في معادلاته - التنافر الكوني ، والذي تميز بالثابت الكوني. افترض آينشتاين أن الكون ثابت ، غير محدود ، لكنه ليس غير محدود. أي أنه تم تصورها على أنها كرة ، تتزايد باستمرار في الحجم ، ولكن لها حدود.

الشخص الوحيد الذي آمن في عام 1922 بصحة استنتاجات النسبية العامة كما تنطبق على المشكلات الكونية كان الفيزيائي السوفيتي الشاب أ. أ. فريدمان. لقد لاحظ أن عدم ثبات انحناء الفضاء ينبع من نظرية النسبية.

يعتمد نموذج فريدمان على أفكار حول حالة الكون متجانسة وغير ثابتة.

الخواصيشير إلى عدم وجود نقاط اتجاهات مميزة في الكون ، أي أن خصائصه لا تعتمد على الاتجاه.

التوحيديميز الكون توزيع المادة فيه. يمكن إثبات هذا التوزيع المنتظم للمادة عن طريق حساب عدد المجرات حتى المقدار الظاهري المحدد. وفقًا للملاحظات ، فإن كثافة المادة في الجزء الذي نراه من الفضاء هي نفسها في المتوسط.

غير ثابتةيعني أن الكون لا يمكن أن يكون في حالة ثابتة وغير متغيرة ، ولكن يجب أن يتمدد أو يتقلص

في علم الكونيات الحديث ، تسمى هذه العبارات الثلاثة المسلمات الكونية. مجموع هذه الافتراضات هو المبدأ الكوني الأساسي. ينبع المبدأ الكوني مباشرة من افتراضات النظرية النسبية العامة.

A. فريدمان ، على أساس الافتراضات التي طرحها ، أنشأ نموذجًا لهيكل الكون ، حيث تبتعد جميع المجرات عن بعضها البعض. يشبه هذا النموذج كرة مطاطية منتفخة بشكل موحد ، حيث تتحرك جميع نقاط الفضاء بعيدًا عن بعضها البعض. تزداد المسافة بين أي نقطتين ، لكن لا يمكن تسمية أي منهما بمركز التمدد. علاوة على ذلك ، كلما زادت المسافة بين النقطتين ، زادت سرعة ابتعادهما عن بعضهما البعض.

في البداية ، تم النظر إلى هذه الفرضيات على أنها حادثة ، بما في ذلك من قبل أ. أينشتاين. ومع ذلك ، فقد حدث بالفعل في عام 1926 حدث صنع حقبة في علم الكونيات ، والذي أكد صحة حسابات فريدمان - دي سيتر - ليميتر. كان هذا الحدث الذي أثر في بناء جميع النماذج الموجودة للكون من عمل عالم الفلك الأمريكي إدوين ب. هابل. في عام 1929 ، أثناء إجراء الملاحظات على أكبر تلسكوب في ذلك الوقت ، وجد أن الضوء القادم إلى الأرض من المجرات البعيدة قد تحول باتجاه الجزء ذي الطول الموجي الطويل من الطيف. هذه الظاهرة تسمى "تأثير الانزياح الأحمر"يعتمد على المبدأ الذي اكتشفه الفيزيائي الشهير ك. دوبلر. يشير تأثير دوبلر إلى أنه في طيف مصدر الإشعاع الذي يقترب من المراقب ، يتم تحويل الخطوط الطيفية إلى جانب الموجة القصيرة (البنفسجي) ، في طيف المصدر الذي يبتعد عن المراقب ، يتم تحويل الخطوط الطيفية إلى الجانب الأحمر (طويل الموج).

يشير تأثير الانزياح الأحمر إلى مسافة المجرات من الراصد. باستثناء سديم أندروميدا الشهير وبعض الأنظمة النجمية الأقرب إلينا ، فإن جميع المجرات الأخرى تبتعد عنا. علاوة على ذلك ، اتضح أن سرعة تمدد المجرات ليست هي نفسها في أجزاء مختلفة من الكون. إنهم يبتعدون عنا كلما أسرعوا ، كلما ابتعدوا عن مكانهم. بعبارات أخرى، تبين أن قيمة الانزياح الأحمر تتناسب مع المسافة إلى مصدر الإشعاع- هذه هي الصياغة الصارمة لقانون هابل المفتوح. يتم وصف العلاقة المنتظمة بين معدل إزالة المجرات والمسافة بينها باستخدام ثابت هابل ( ح ، كم / ثانية لكل مسافة واحدة).

V = HR ، أين الخامس هو معدل إزالة المجرات ، ص - المسافة بينهما.

تم شرح ظاهرة الانزياح الأحمر في الظاهرة "ركود المجرات". في هذا الصدد ، تأتي إلى الواجهة مشاكل دراسة توسع الكون وتحديد عمره من مدة هذا التوسع.

وفقًا لجميع النماذج الثلاثة لتطور الكون ، كان له نقطة مرجعية - حالة تتميز باللحظة الزمنية الصفرية. كانت الحالة الأولية للمادة فيها عبارة عن حالة فائقة الكثافة ، والتي اتسمت بعدم الاستقرار ، مما أدى إلى تدميرها. نتيجة لذلك ، بدأت مادة الكون في التشتت بسرعة. نحن نعلم الآن أنه مقابل كل مليار سنة من الحياة ، يتوسع الكون بنسبة 5-10٪. القيمة الأكثر احتمالًا لثابت هابل البالغة 80 كم / ثانية تعطينا قيمًا لوقت التمدد ، من 13 إلى 17 مليار سنة. في عام 2002 ، وباستخدام نموذج حاسوبي للحالة الحالية للكون ، تم الحصول على النتائج التي تمنحنا العمر الافتراضي 13.7 جرام.

تعتمد آلية التطور الإضافي على متوسط كثافة المادة فيه. تقابل الكثافة الحرجة لمادة ما قيمة 3 ذرات هيدروجين في 1 م 3 من الفضاء. ومع ذلك ، فإن عدم اليقين في القيمة الحديثة لكثافة المادة في الكون كبير جدًا. إذا جمعنا كتل جميع المجرات والغازات البينجمية المعروفة حاليًا ، فسنحصل على القيمة ρ = 0.3 من ذرة H ، أي مرتبة مقدارها أقل من الكتلة الحرجة. وفقًا لذلك ، يمكن للكون أن يتوسع إلى الأبد.

النيوترينوات ، الجسيمات التي تشكلت في المراحل الأولى من تطور الكون ، يمكن أن تدعي دور ناقلات الكتلة المخفية. كما أصبح معروفًا في السنوات الثلاث الماضية ، تمتلك النيوترينوات كتلة ، وبالتالي يمكنها المشاركة في تكوين تفاعلات الجاذبية.

المرشحون لنفس الدور هم بعض الأجسام الغريبة ، مثل الثقوب السوداء - أجسام بحجم النقطة وكتلة ضخمة ، والتي توجد في الكون بكميات كبيرة ، وأشياء سلسلة مكانية ، وما إلى ذلك.

إحدى المشكلات المهمة للغاية في علم الكونيات الحديث هي اللحظات الأولى لوجود الكون. ترتبط محاولة ناجحة لحل هذه المشكلة باسم عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جورجي أنتونوفيتش جامو، الذي اقترح في عام 1942 مفهوم تطور الكون من خلال "الانفجار العظيم". كان الهدف الرئيسي لمؤلف المفهوم ، من خلال النظر في التفاعلات النووية في بداية التوسع الكوني ، الحصول على النسب التي لوحظت في عصرنا بين عدد العناصر الكيميائية المختلفة ونظائرها. تعطي نظرية الكون الساخن والانفجار العظيم تنبؤات معينة حول حالة المادة في الكون في اللحظات الأولى من حياته.

في اللحظة الأولى من الزمن ، كان الكون مركّزًا في حجم أدنى ، والذي كان أصغر بمليارات المرات من رأس الدبوس. وإذا اتبعت الحسابات الرياضية بالضبط ، فعند بداية التمدد ، كان نصف قطر الكون يساوي الصفر تمامًا ، وكثافته تساوي اللانهاية. هذه الحالة الأولية تسمى التفردهو حجم نقطة بكثافة لانهائية. لا تعمل قوانين الفيزياء المعروفة في حالة التفرد. تشير التقديرات إلى أن هذا حدث منذ 13.7 مليار سنة.

في حالة التفرد ، يصبح انحناء المكان والزمان لانهائيًا ، وتفقد هذه المفاهيم نفسها معناها. ليس هناك فقط إغلاق لسلسلة الزمكان ، كما يلي من النظرية العامة للنسبية ، ولكن تدميرها الكامل

تعتبر أسباب ظهور مثل هذه الحالة الأولية ، وكذلك طبيعة بقاء المادة في هذه الحالة ، غير معروفة وتتجاوز اختصاص أي نظرية فيزيائية حديثة. كما أنه من غير المعروف ما حدث قبل الانفجار. لفترة طويلة ، لم يكن من الممكن قول أي شيء عن أسباب الانفجار العظيم والانتقال إلى توسع الكون ، ولكن ظهرت اليوم بعض الفرضيات التي تحاول تفسير هذه العمليات.

لذلك ، فإن الحالة الأولية قبل "البداية" لها خصائص خارج نطاق الأفكار العلمية اليوم. تم انتهاك كل ما هو مألوف لنا فيه: أشكال المادة ، والقوانين التي تحكم سلوكهم ، وسلسلة الزمكان. يمكن استدعاء مثل هذه الدولة فوضى، والتي ، في التطوير اللاحق للنظام ، تم تشكيل خطوة بخطوة طلب. تبين أن الفوضى غير مستقرة ، وكان هذا بمثابة الدافع الأولي للتطور اللاحق للكون.

تشير الظروف القاسية لـ "البداية" ، عندما تم تشويه الزمكان ، إلى أن الفراغ كان أيضًا في حالة خاصة ، والتي كانت تسمى فراغ "كاذب". تتميز هذه الحالة بطاقة ذات كثافة عالية للغاية ، والتي تتوافق مع كثافة عالية للغاية من المادة. في حالة المادة هذه ، يمكن أن تنشأ ضغوط قوية فيها ، والتي تعادل تنافر الجاذبية لهذه القوة التي تسببت في توسع سريع وغير مقيد. كانت هذه هي الدفعة الأولى - البداية. مع بداية التوسع السريع للكون ، نشأ الزمان والمكان.

وفقًا لفرضية Alan Guth ، عالم الرياضيات الأمريكي ، في اللحظات الأولى من الزمن ، توسع الكون بمعدل متزايد باستمرار. هذا التمديد يسمى تضخم اقتصادي. وفقًا لتقديرات مختلفة ، تستغرق فترة التضخم فترة زمنية قصيرة لا يمكن تصورها - تصل إلى 10-39 ثانية بعد البداية. هذه الفترة تسمى تضخمية. خلال هذا الوقت ، كان لدى الكون وقت للانتفاخ إلى "فقاعة" عملاقة ، كان نصف قطرها أكبر بعدة مرات من نصف قطر الكون الحديث ، ولكن لم يكن هناك عمليًا أي جزيئات من المادة. بحلول نهاية مرحلة التضخم ، كان الكون فارغًا وباردًا. علاوة على ذلك ، تشكلت فيه عدم التجانس المحلي ، والتي سطعت فيما بعد مع مزيد من التوسع في الكون. ثم اختل توازن القوى التي أبقت الكون في مثل هذه الحالة غير المستقرة ، وحدثت زيادة في الطاقة في فراغ "زائف". عندما انهارت حالة الفراغ هذه ، تم إطلاق طاقته على شكل إشعاع ، مما أدى إلى تسخين الكون إلى 1027 درجة مئوية. منذ تلك اللحظة فصاعدًا ، تطور الكون وفقًا لنظرية الانفجار الكبير الساخن.

في درجات الحرارة والكثافات العالية جدًا ، حتى النظرية العامة للنسبية غير قابلة للتطبيق بعد ، لأنها لا تأخذ في الاعتبار التأثيرات الكمية السائدة في تلك اللحظة. من المحتمل ، خلال هذه الفترة ، أن تنشأ كمات مجال الجاذبية ، الجرافيتونات.

في هذه المرحلة ، من الممكن أن تكون التحولات المتبادلة للجسيمات وكميات الإشعاع قد حدثت. أي أن الإشعاع والمادة لا يزالان لا ينفصلان عن بعضهما البعض. جميع أنواع التفاعل الثلاثة - القوي والضعيف والكهرومغناطيسي ، لا تختلف بعد وهي أشكال مختلفة لتفاعل واحد. يسمي الفيزيائيون هذه المرحلة عصر التوحيد الكبير.

من اثنين من كمات إشعاع غاما ، تنشأ أزواج من الإلكترون والبوزيترون.

هذه هي العملية المعروفة حاليًا:

g + g ó e + + e -

عندما انخفضت درجة الحرارة إلى حد ما ، بدأت أزواج الإلكترون والبوزيترون في الفناء. أثناء فناء كل زوج من هذه الأزواج ، يتم إطلاق فوتونين عاليي الطاقة ، أي أشعة جاما. لديهم قوة اختراق كبيرة.

كلما زادت الطاقة الكمومية ، يمكن تكوين جزيئات ضخمة نتيجة للتفاعل.

وفقًا للنظرية الفيزيائية الحديثة ، يجب أن تكون هناك ظروف فريدة في الكون المبكر والتي فضلت ظهور جسيمات دون الذريةو أنتيكواركفي - هذه اللبنات الأساسية للكون. في تلك اللحظة ، يمكن أن تكون الكواركات إما في حالة حرة أو موجودة في شكل نفاثات كوارك-غلوون.

في أوقات أقل من ميلي ثانية ، كانت درجة الحرارة عالية جدًا بحيث سيطرت التفاعلات القوية. نتيجة لذلك ، تشكلت جسيمات ثقيلة من فئة الهادرون من الكواركات - الميزوناتو أنتيمسون, البروتوناتو مضادات البروتوناتوبعض الأنواع الغريبة الجسيمات النوويةمثل hyperons. عملية ولادة الجسيمات النووية أعلى درجةاستقرار العمل. سرعان ما تم تلطيف التباين الأولي ، ونتيجة لذلك أصبح الكون متباين الخواص ومليء بالإشعاع.

مع انخفاض في درجة الحرارة ، بعد بضعة ميكروثانية من الانفجار العظيم ، أزواج الهادرونات ، والجسيمات الأولية الثقيلة ، تم تدميرها بالكامل تقريبًا. انتهى عصر الهادرون ، عندما هيمنت التفاعلات القوية.

ثم جاءت فترة ضعف التفاعلات. نتيجة للتفاعلات الضعيفة ، كان هناك تحلل إشعاعي للنيوترونات الحرة المتبقية بعد عصر هادرون إلى إلكترونات وبروتونات ، والميزونات إلى ميونات ومضادات نيوترونات.

n ° → p + + ē + v

p + + ē → n ° +

في هذا الوقت يتم التعليم. نيوترينوو أنتينيوترينو. تنتمي هذه الجسيمات إلى فئة اللبتونات ، على التوالي ، بدأ عصر اللبتون في الكون. في عصر ليبتون ، يتكون الكون من الفوتونات والنيوترينوات ومضادات النوترينوات. ح بعد 0.2 ثانية من التفرد ، يتم فصل النيوترينو عن المادة. تنتشر هذه الجسيمات بسرعة كبيرة في جميع أنحاء فضاء الكون.

لفترة قصيرة في بداية العصر ، توجد أيضًا أزواج الإلكترون والبوزيترون. بعد ثانية واحدة من الانفجار العظيم ، تغيرت الظروف. تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 10 مليار كلفن ، وتفنى أزواج الإلكترون والبوزيترون. توقف تفاعلات إنتاج النيوترونات. خلال هذه الفترة ، يوجد نيوترون واحد لكل ستة بروتونات في الكون (تم الحفاظ على هذه النسبة في الكون حتى يومنا هذا).

ثم تحدث الأحداث التي يشارك فيها النيوترون بنشاط. عملية التوليف جارية العناصر الثقيلةمن الأخف وزنا. هذه العملية تسمى الاندماج النووي الحراري.

عندما تنخفض درجة حرارة الكون إلى مليار كلفن تبدأ تفاعلات الاندماج.

عند هذه الدرجة ، لم تعد طاقة البروتونات والنيوترونات كافية لمقاومة التفاعل النووي القوي. يبدأون في التواصل مع بعضهم البعض. أولاً ، يتم التقاط النيوترون بواسطة بروتون ويتم تكوين نواة الديوتيريوم. يمتص الديوتيريوم النيوترونات بسهولة. في المرحلة التالية ، يتكون التريتيوم ، وأخيراً يتفاعل التريتيوم مع البروتون وتتشكل نواة الهيليوم. ترتبط جميع النيوترونات تقريبًا بنواة الهيليوم. نتيجة الاندماج النووي الحراري ، تشكلت 25٪ من كتلة الهليوم في الكون ، وتألفت بقية المادة من بروتونات حرة. خلق الانفجار العظيم الهيليوم. هذه النسبة من الهيدروجين والهيليوم في الكون (75٪: 25٪) لا يمكن أن تتشكل إلا في ظل الظروف المعنية. أي تغييرات في الظروف ستؤدي إلى نسبة مختلفة من هذه العناصر في الكون. ثم انخفضت درجة الحرارة وتوقف اندماج النوى الثقيلة. تم تشكيل عدد قليل جدًا من نوى الليثيوم والبريليوم.

بعد ساعات قليلة من الانفجار العظيم ، توقف تكوين النوى. خلال هذه الفترة ، تكون كل المادة في شكل بلازما - نوع من الحالة الوسيطة. بعد 10000 عام ، تم تبريده إلى حوالي 3 آلاف كلفن ، يمكن للبروتونات (نوى الهيدروجين) ونواة ذرات الهيليوم بالفعل التقاط الإلكترونات الحرة بسهولة وتحويلها إلى ذرات متعادلة من هذه العناصر. أصبحت البلازما محايدة. في تلك اللحظة ، انفصل الإشعاع عن المادة الذرية وشكل ما يسمى الآن إشعاع الخلفية الكوني الميكروي. إنه يأتي الآن من جميع نقاط السماوات ولا يرتبط بأي مصدر معين. كانت هذه الحقيقة بمثابة إحدى الحجج التي تؤكد حدوث الانفجار العظيم. هذه الفترة تسمى فترة فصل المادة عن الإشعاع.

نظرًا لأن المادة المحايدة تتفاعل مع الإشعاع بشكل أضعف بكثير من المادة المتأينة بالكامل ، فإن طول مسار كوانت هذا الإشعاع "المتبقي" (المتبقي) يتجاوز أبعاد الكون. بدءًا من "حقبة إعادة التركيب" ، يتطور الإشعاع المتبقي والمادة بشكل مستقل. يؤدي تأثير دوبلر في الكون المتسع إلى انخفاض في التردد المرصود لإشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، وبالتالي في درجة الحرارة التي تحدد شكل طيفه. في الوقت الحاضر ، تبلغ درجة حرارة الإشعاع المرصود 2.7 كلفن ويتم ملاحظتها على شكل موجات راديو في نطاقات السنتيمتر والمليمتر. يجب التأكيد على أن الإشعاع المتبقي هو المصدر المباشر الوحيد للمعلومات حول بنية الكون في عصر إعادة التركيب ، منذ 10-12 مليار سنة.

في ال 300 ألف عام التالية ، حدث توسع الكون دون أي تغييرات كبيرة في تكوينه وخصائصه. الاستنتاج المتعلق بالمرحلة الهادئة من تمدد الكون ينبع من حالته الحالية المتجانسة والخواص.

مع توسع الكون ، مر إشعاع الخلفية عبر الطيف بأكمله ، من أشعة غاما إلى الأشعة السينية ، ثم إلى الأشعة فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء. أخيرًا ، انخفضت طاقة الفوتونات إلى قيمة تقابل نطاق موجات الراديو. في أي وقت كان الطيف الإشعاعي يتحدد بواسطة درجة حرارة الكون. لم تتغير طبيعة الإشعاع في الكون ، بل تحولت تدريجياً نحو درجة حرارة أقل.

كانت النتيجة الأكثر أهمية لهذه الفترة هي أن جميع الإلكترونات كانت مرتبطة ، وأصبح الكون شفافًا. من تلك اللحظة فصاعدًا ، يمكن للفوتونات أن تتحرك للأمام مباشرة دون أن تتشتت.

بعد فترة من فصل المادة عن الإشعاع ، تبرد المادة بسرعة كبيرة مقارنة بالإشعاع. وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية ، عندما يتمدد الغاز ، يكون معدل انخفاض درجة الحرارة ضعف معدل التمدد. تنخفض درجة حرارة الإشعاع ، بدورها ، مع تمدد النظام خطيًا فقط. في هذه الحالة ، تفقد الفوتونات طاقة أقل أثناء التمدد من الجسيمات التي تتحرك ببطء. في الكون الحديث ، فقدت المادة المتبقية عمليًا كل درجة حرارتها ، والتي لا تزيد عن 3 درجات كلفن.

خلال الفترة التي وصلت فيها درجة الحرارة إلى قيم عند مستوى 3000 درجة كلفن ، أصبح من الممكن تجميع عناصر أثقل في الكون.

بحكم مبدأ عدم اليقين ، فإن التكثيف العشوائي للمادة ، ما يسمى بتقلبات الكثافة ، تنشأ وتتطور في الكون المتوسع. لا يمكن لعلم الفيزياء الحديث أن يجد تفسيرات معقولة بما فيه الكفاية لظهور مثل هذه التقلبات. جميع الافتراضات أولية وتحتاج إلى توضيح. يعتمد أحد الافتراضات على مشاركة النيوترينوات في هذه العملية.

بينما كانت النيوترينوات تتحرك بسرعة قريبة من C ، تبددت تقلباتها بسرعة. ومع ذلك ، بعد مئات الآلاف من السنين ، من المفترض أن تتباطأ سرعتها بشكل كبير. بدءًا من لحظة معينة ، لم تعد تتبدد تركيزات كبيرة من النيوترينوات ، مما أدى إلى أول تكوين هيكلي للكون. تتكون هذه التكوينات من مادة ، وتلعب النيوترينوات دور مراكز الجاذبية لهذه التركيزات العملاقة.

في الكون المتسع ، يؤدي ظهور هذه المناطق إلى التطور التدريجي للاضطرابات المتغيرة ببطء. نشأت هذه التكثيفات أثناء فصل المادة عن الإشعاع. تدريجيا ، زادت الأختام وتطورت تفاعلات الجاذبية داخلها. نتيجة لذلك ، تتوقف هذه المناطق عن التوسع والانهيار ، مما يؤدي إلى تكوين المجرات الأولية. كان ظهور مثل هذه التكثيف هو بداية ولادة هياكل واسعة النطاق في الكون. وفقًا للحسابات ، يجب أن تكون قد نشأت تكوينات بسيطة تشبه الفطائر من هذه التكثيفات.

أدى ضغط بلازما الهيدروجين والهيليوم إلى "فطائر" حتماً إلى زيادة كبيرة في درجة حرارتها. مع توسع الكون ، أدى تقلص "الفطيرة" الكبيرة أيضًا إلى عدم استقرارها ، وانقسمت إلى أنظمة فرعية أصغر أصبحت أجنة المجرات. كانت الكتلة الحرجة التي حدثت بها هذه العمليات 100 مليار كتلة شمسية ، وكان مدى السحابة 150 ألف سنة ضوئية.

بعد الضغط ، لم يعد بإمكان السحابة المجرية أن تظل موحدة ومتناظرة كرويًا. تسود الجاذبية فيه على قوى الضغط. كانت سرعة ضغط المادة في السحابة أعلى بكثير من سرعة الصوت. مع هذا الانضغاط لسحابة الغاز ، تتولد التدفقات المضطربة حتمًا. ينمو عدم التجانس الصغير في تكوين سحابة كبيرة. تحدث عملية تفتيت الغاز الموزعة بشكل عشوائي في جميع أنحاء المجلد. نتيجة هذه العملية هي تكوين شظايا بحجم المجرات الموجودة حاليًا. المجرات قريبة الحجم إلى حد ما ، حيث يبلغ متوسطها حوالي 30000 سنة ضوئية. فقط المجرات غير المنتظمة هي التي تكون أصغر إلى حد ما من المجرات العادية.

في ظل ظروف تكون السحب عند درجات حرارة عالية ، يتركها الإشعاع بحرية ويبدأ في البرودة. يساهم التبريد السريع للشظية في زيادة تشرذمها ، حيث تبدأ النجوم الأولية في التكون. آت مرحلة تشكيل النجوم.

المجرات الناتجة ليست موزعة عشوائيا في فضاء الكون. تسمى طبيعة توزيعها ارتباط المجرات. تتشكل المجرات أولاً من سحابة مجرية بدائية ، ثم تتجمع تدريجياً معًا. يتضمن التسلسل الهرمي لتشكيل البنية مجموعات من المجرات داخل عناقيد فقيرة ، والتي تدخل بعد ذلك في عناقيد غنية. ربما كان انتشارها الأولي عشوائيًا ، ثم ظهرت قوى الجاذبية ، مما أدى إلى تقلص المجرات إلى عناقيد كبيرة.

يبدو من المثير للاهتمام تتبع بنية الجزء الذي نراه من الكون - المجرة الكبرى. تتكون المجرة الكبرى من أنظمة نجمية عملاقة مثل مجراتنا. يمكن رؤية ثلاثة أجسام فقط في السماء بالعين المجردة ، مثل البقع الضبابية المضيئة بشكل خافت - هذه هي سحابة ماجلان الكبيرة والصغيرة (في نصف الكرة الجنوبي) وسديم أندروميدا. لا يمكن رؤية ملايين المجرات الأخرى إلا بالتلسكوبات القوية. تمت دراسة عدة مئات من المجرات جيدًا. لعدة آلاف ، تم الحصول على الطيف وتحديد التشتت ؛ لعشرات الآلاف ، تقديرات الحجم و المسافة الزاويّة، وصفت ملامح المظهر. يتم تصنيف جميع المجرات ووضعها في كتالوجات تحت التسميات المناسبة. لذلك ، على سبيل المثال ، تم تسمية سديم أندروميدا M31.

هبل تناول مشكلة دراسة المجرات وتصنيفها. بواسطة مظهر خارجيوطبيعة توزيع السطوع ، قام بتقسيم جميع المجرات إلى مجرات إهليلجية ، ولولبية ، وعدسية ، وغير منتظمة.

بيضاوي الشكل - لها شكل إهليلجي في الفضاء بدرجات متفاوتة من الانضغاط. بعضها ذو شكل كروي مثالي تقريبًا (الشكل 1. E0-E4) ، وبعضها مفلطح بقوة ويبدو وكأنه عدسة. هذه مجرات عدسية (الشكل 1. E5 - E7). ليس لديهم نواة ، يزداد سطوعها تدريجياً من المحيط إلى المركز. لا يوجد هيكل داخلي. جميعهم تقريبًا لديهم غلبة للون الأحمر في الطيف.

المجرات الحلزونية(S0 - Sc - Svs) - الأكثر شيوعًا. الممثل النموذجي هو مجرتنا. على عكس تلك البيضاوية ، لديهم نواة مركزية وهيكل على شكل أذرع لولبية. المادة الموجودة فيها ليست موجودة فقط في الفروع الحلزونية ، ولكن أيضًا فيما بينها. تحتوي الأذرع على ألمع النجوم الساخنة ، ومجموعات النجوم الشابة ، والسدم الغازية المضيئة. تحتوي جميعها على قرص نجمي مركزي ، ومكون كروي مشابه لمجرة عدسية صغيرة ، ومكون مسطح أو أذرع.

مجرات غير منتظمةغير متناظرة ، وتحتوي على نجوم ساخنة ، وتشكيلات نجمية شابة ، وكميات كبيرة من الغاز بين النجوم. هذه هي المجرات الأقرب إلينا ، غيوم ماجلان. في المجرات من هذا النوع ، تم العثور على ظواهر سماوية مثيرة للاهتمام - انفجارات المستعر الأعظم ، إلخ.

جميع المجرات مشتتة في Metagalaxy ليس عن طريق الصدفة ، ولكنها تقع في عقد شبكة غير منتظمة ، تذكرنا بأقراص العسل في خلية النحل. لا توجد مجرات عمليا بين هذه العقد.

المجرات - هذا النظام من النجوم والوسائط البينجمية المرتبطة بها - غاز مخلخ بمزيج صغير من حبيبات الغبار الصلبة. أقطار المجرات هي 50-70 كيلو أو أكثر. هناك أيضًا أنظمة قزم ، أحجامها أصغر من حيث الحجم. جميع المجرات لها انبعاثات راديوية شديدة إلى حد ما.

في الفضاء الخارجي ، توجد مجرات ذات خصائص شاذة.

المجرات الراديوية. إنها من بين المجرات الإهليلجية الضخمة وتتميز بانبعاثات راديو عالية بشكل غير طبيعي - أعلى بعشرات الآلاف من المرات من تلك الموجودة في المجرات العادية. ترتبط آلية الإشعاع بطرد سحب كبيرة من الجسيمات المتحركة في مجال مغناطيسي. تقع إحدى هذه المجرات في كوكبة قنطورس. في المجموع ، تم اكتشاف حوالي 500 قطعة من هذا القبيل.

النجوم الزائفة. في عام 1963 ، تم اكتشاف مصادر قوية للانبعاثات الراديوية ، والتي كانت تسمى شبه النجمية أو الكوازارات. إن قوة إطلاقها للطاقة أكبر بمئات وآلاف المرات من طاقة المجرات العادية. حوالي 1500 قطعة من هذا القبيل معروفة. يربطها عدد من ميزات الكوازارات بنوى المجرات - الاكتناز ، وتنوع الإشعاع ، والطبيعة غير الحرارية للطيف. ميزةالأطياف - يصل الانزياح الأحمر فيها إلى الحد الأقصى لحجمه. ربما تكون هذه هي الأشياء الأبعد منا ، حيث تطير بسرعة قريبة من C.

يقع حزام الكوازار على مسافة 600 ميغا فرسخ من مجرة درب التبانة. أبعد وأقرب ، هم غائبون عمليا. على الأرجح ، تم تحديد توقيت تكوينهم لفترة معينة في تطور الكون. هذه هي نوى المجرات التي هي في مرحلة ما من مراحل تطورها.

لا تزال الحالة الحالية للكون غير مفهومة جيدًا. ومع ذلك ، ربما توجد بالفعل إجابة على السؤال: ما هو الشكل الحالي للكون؟

أظهرت الملاحظات طويلة المدى أن للكون عددًا من الخصائص الفيزيائية التي تقلل بشكل كبير من عدد المنافسين المحتملين لشكله. ومن أهم خصائص طوبولوجيا الكون انحناءه. وفقًا للمفهوم الحالي ، بعد حوالي 300000 عام من الانفجار العظيم ، انخفضت درجة حرارة الكون إلى مستوى كافٍ لدمج الإلكترونات والبروتونات في الذرات الأولى. وعندما حدث هذا ، أصبح الإشعاع الذي تبعثر في البداية بواسطة الجسيمات المشحونة قادرًا على تمر دون عوائق من خلال الكون المتوسع. هذا الإشعاع ، المعروف الآن باسم الخلفية الكونية الميكروية ، أو الخلفية الكونية الميكروية ، متجانسة بشكل مدهش ولا تكشف سوى انحرافات طفيفة جدًا (تقلبات) في شدتها عن القيمة المتوسطة. لا يمكن أن يوجد مثل هذا التجانس إلا في الكون ، حيث يكون انحناءه ثابتًا في كل مكان..

يعني ثبات الانحناء أن فضاء الكون له واحدة من ثلاث أشكال هندسية محتملة: إقليدي مسطح كروي مع انحناء موجب أو قطعي مع سلبي.

بدأ عالم الرياضيات الألماني كارل فريدريش جاوس ، في النصف الأول من القرن التاسع عشر ، للإجابة على السؤال: هل مسارات أشعة الضوء التي تمر عبر الفضاء الكروي للأرض منحنية؟ اتضح أنه على المقاييس الصغيرة (وفقًا للمعايير الفلكية) ، يظهر الكون على أنه إقليدي. كما تدعم الدراسات الحديثة التي أجريت باستخدام بالونات عالية الارتفاع فوق القارة القطبية الجنوبية هذا الاستنتاج. عند قياس طيف القدرة الزاوي لـ CMB ، تم تسجيل ذروة ، والتي ، كما يعتقد الباحثون ، لا يمكن تفسيرها إلا من خلال وجود مادة سوداء باردة - أجسام كبيرة نسبيًا ، تتحرك ببطء - على وجه التحديد في الكون الإقليدي. بمعنى ، يقول العلماء بثقة تامة أن مساحة كوننا يجب أن توصف بشكل مرضٍ من خلال هندسة إقليدس ، مساحة ثلاثية الأبعادانحناء صغير جدا

حتى وقت قريب ، نظر المنظرون في جميع الخيارات الممكنة لمزيد من التطور للكون: التوسع اللانهائي ، والانكماش ، والحالة الثابتة.

استنتاج مفاده أن كوننا سوف يتوسع إلى الأبد بمعدل متزايد باستمرار قد تم الاعتراف به باعتباره أهم اكتشاف علمي في علم الفلك في السنوات الثلاث الماضية.

توصلت مجموعتان من علماء الفلك ، اللذان قاما بفحص الضوء الذي يأتي إلينا من أبعد النجوم ، إلى استنتاج مفاده أن المادة في الكون تتطاير بشكل أسرع وأسرع. علاوة على ذلك ، سيستمر هذا التوسع إلى الأبد. شارك في العمل علماء فلك أمريكيون من جامعات واشنطن وسياتل ومختبر بيركلي الوطني في كاليفورنيا. في وقت لاحق ، تم تأكيد النتيجة من قبل مجموعات أخرى. لأول مرة في القرن الماضي بأكمله ، تم إصدار بيان واضح حول سيناريو تطور الكون على أساس تجريبي. تعيد النتيجة التي تم الحصول عليها إحياء الفكرة الشائعة جدًا في بداية القرن (التي دحضها ألبرت أينشتاين بنشاط) بأن هناك قوة طاردة بين كتل المادة ، تعمل ضد قوة الجاذبيةجاذبية. يمكن أن يساعد وجود مثل هذه القوة في تفسير التوسع المفتوح للكون.

ماذا سيحدث لمثل هذا الكون في المستقبل؟ مع توسع الفضاء ، تصبح المادة أكثر تخلخلًا ، وتتحرك المجرات وعناقيدها بعيدًا عن بعضها البعض ، وتقترب درجة حرارة إشعاع الخلفية من الصفر المطلق. بمرور الوقت ، ستكمل جميع النجوم دورة حياتها وتصبح إما أقزامًا بيضاء أو النجوم النيوترونيةأو في الثقوب السوداء. سينتهي عصر المادة المضيئة وسيخرج الكون. تأتي الموت الحراري للكونتنبأ به كلوسيوس وهيلمهولتز في منتصف القرن التاسع عشر.

وفقًا للنظرية التي طورها عالم الفيزياء الفلكية الإنجليزي إس هوكينج ، فإن الثقوب السوداء سوف تمتص المادة المتبقية من الكون. سوف يتبخرون هم أنفسهم ببطء ، ويطلقون تيارًا من الجسيمات الأولية في الفضاء. في غضون 10 66 عامًا ، سيبدأون في الانفجار ، ويطلقون تيارًا من الجسيمات والجسيمات المضادة والإشعاع في الفضاء. الجسيمات تبيد بالجسيمات المضادة ، وينتشر الإشعاع بالتساوي في الفضاء. ستكون حالة مضطربة تمامًا مع أقصى مستوى من الانتروبيا.