A kozmológia az Univerzum egészének fizikai természetét, szerkezetét és evolúcióját vizsgálja.

Az „Univerzum” fogalma az emberi megfigyelés számára hozzáférhető teret jelent.

A kozmológia a legtöbbet veszi figyelembe általános tulajdonságok a megfigyeléssel lefedett tér teljes területe. Nevezzük Metagalaxisnak. A metagalaxisról szerzett ismereteinket a megfigyelési horizont korlátozza. Ezt a horizontot az határozza meg, hogy a fény sebessége nem pillanatnyi. Következésképpen az Univerzumnak csak azokat a régióit tudjuk megfigyelni, ahonnan a fény mára eljutott hozzánk. Ugyanakkor a tárgyakat nem a jelenlegi állapotukban látjuk, hanem abban, amelyben a fénykibocsátás pillanatában voltak.

Az Univerzum modelljei, mint bármely más, az alapra épülnek elméleti elképzelések, amelyek jelenleg a kozmológiában, fizikában, matematikában, kémiában és más kapcsolódó tudományágakban léteznek.

Az Univerzum tanulmányozásának számos előfeltétele:

Úgy tartják, hogy a világ működésének fizika által megfogalmazott törvényei az egész Univerzumban működnek;

Úgy tartják, hogy a csillagászok megfigyelései az egész Univerzumra is kiterjednek;

Úgy gondolják, hogy azok a következtetések igazak, amelyek nem mondanak ellent az ember létezésének (antropikus elv).

A kozmológia következtetéseit az Univerzum keletkezésének és fejlődésének modelljeinek nevezzük.

Az Univerzum eredetével és szerkezetével kapcsolatos problémák ősidők óta foglalkoztatják az embereket. Annak ellenére magas szint az ókori Kelet népeinek csillagászati ​​információi, a világ szerkezetéről alkotott nézeteik a közvetlen vizuális érzetekre korlátozódtak. Ezért Babilonban voltak olyan elképzelések, amelyek szerint a Föld egy domború szigetnek tűnik, amelyet egy óceán vesz körül. Állítólag létezik a „halottak birodalma” a Földön belül. Az ég egy szilárd kupola, amely a föld felszínén nyugszik, és elválasztja az "alsó vizeket" (a föld szigete körül áramló óceánt) a "felső" (eső) vizektől. Ehhez a kupolához erősítve égitestek, úgy tűnik, istenek élnek az ég felett. Az ókori egyiptomiak elképzelései szerint az Univerzum úgy néz ki, mint egy északról délre húzódó nagy völgy, amelynek közepén Egyiptom van. Az eget egy nagy vastetőhöz hasonlították, amely oszlopokra van támasztva, és lámpák formájában csillagokat akasztottak rá.

Pontuszi Heraklidész és Knidoszi Eudoxosz a Kr.e. IV. században. azzal érvelt, hogy az Univerzumban minden test a saját tengelye körül forog, és egy közös középpont (Föld) körül kering gömbökben, amelyek száma a különböző kozmogóniákban 30 és 55 között változott. Ennek a világképnek a csúcsát Claudius rendszere jelentette. Ptolemaiosz (Kr. u. 2. század).

Az Univerzum első tudományosan megalapozott modelljei Kopernikusz, Galilei és Newton felfedezései után jelentek meg. Először R. Descartes terjesztette elő az evolúciós örvény univerzum ötletét. Elmélete szerint minden kozmikus objektum elsődleges homogén anyagból jött létre örvénymozgások eredményeként. Naprendszer Descartes szerint a kozmikus anyag egyik örvénye. I. Kant fejlesztette ki az ötletet végtelen univerzum, hatása alatt alakult ki mechanikai erők vonzást és taszítást, és megpróbálta kitalálni jövőbeli sorsa egy ilyen Univerzum. A nagy francia matematikus, Laplace matematikailag írta le Kant hipotézisét.

I. Newton úgy vélte, hogy a gravitációs univerzum nem lehet véges, mivel ebben az esetben a gravitációs erők hatására az összes csillag, annak alkotóelemei a középpontban gyűlik össze. A megfigyelt ellentmondást az Univerzumban található végtelen számú csillaggal, valamint a világ térbeli és időbeli végtelenségével próbálta megmagyarázni. A kozmológia azonban paradoxonokkal találkozott.

1. Gravitációs paradoxon: Newton gravitációs felfogása szerint végtelen tér véges tömegsűrűséggel végtelen vonzási erőt kell adnia. A végtelenül növekvő gravitáció elkerülhetetlenül a kozmikus testek végtelen gyorsulásához és végtelen sebességéhez vezet. Következésképpen a testek sebességének növekednie kell a testek közötti távolság növekedésével. De ez nem történik meg, majd kiderül, hogy az Univerzum nem létezhet örökké.

A probléma megoldása során I. Kant arra a következtetésre jutott, hogy a Kozmosz nem statikus. A ködöket „világszigeteknek” nevezte. Lambert kidolgozta Kant elképzeléseit. Véleménye szerint a szigetek méretének növekedésével a köztük lévő távolság is nő, így a Kozmosz összereje véges marad. Ekkor a paradoxon megoldódik.

2. Fotometriai paradoxon (Olbers-paradoxon): egy végtelen számú csillaggal teli végtelen Univerzumnál az égboltnak egyenletesen fényesnek kell lennie. Valójában ilyen hatás nem figyelhető meg. 1823-ban Olbers kimutatta, hogy a távolabbi csillagok fényét elnyelő porfelhők maguk is felmelegednek, ezért fényt kell kibocsátaniuk. Ez a paradoxon a táguló Univerzum modelljének megalkotása után feloldódott.

A modern kozmológia Einstein általános relativitáselméletének megjelenése után keletkezett, ezért a klasszikus galilei és newtoni kozmológiával ellentétben relativisztikusnak nevezik. A kozmológia empirikus alapja az optikai és radaros csillagászati ​​megfigyelések. Nyítás elemi részecskékés az Univerzum fejlődésének kezdeti szakaszában fennálló körülményekhez közeli feltételek melletti viselkedésük vizsgálata a gyorsítókban segített megérteni, mi történt fejlődésének első pillanataiban.

Amikor Einstein az általános relativitáselméletén dolgozott, az univerzum nem olyan volt, mint most. A metagalaxist és tágulását még nem fedezték fel, ezért Einstein egy álló Univerzum ötletére támaszkodott, amely egyenletesen tele van állandó távolságban elhelyezkedő galaxisokkal. Ezután elkerülhetetlenül következett az a következtetés, hogy a világ a gravitáció hatására összenyomódik. Ez az eredmény ellentétes volt az általános relativitáselmélet következtetéseivel. Annak érdekében, hogy ne ütközzön az általánosan elfogadott világképpel, Einstein önkényesen bevezette egyenleteit új paraméter- kozmikus taszítás, amelyet a kozmológiai állandóval jellemeztek. A. Einstein feltételezte, hogy az Univerzum álló, végtelen, de nem határtalan. Vagyis gömbnek gondolták, folyamatosan növekvő térfogatú, de vannak határai.

Az egyetlen személy, aki 1922-ben hitt az általános relativitáselmélet kozmológiai problémákkal kapcsolatos következtetéseinek helyességében, az a fiatal volt. szovjet fizikus A.A. Friedman. Észrevette, hogy a relativitáselmélet magában foglalja a tér nem stacionárius görbületét.

Ahogy a munka első részében már említettük, Friedman modellje az Univerzum izotróp, homogén és nem stacionárius állapotának gondolatán alapul.

Az izotrópia azt jelzi, hogy az Univerzumban nincsenek különálló iránypontok, vagyis tulajdonságai nem függnek az iránytól.

Az Univerzum homogenitása jellemzi az anyag eloszlását benne. Ez az egyenletes anyageloszlás igazolható a galaxisok számának megszámlálásával egy adott látszólagos nagyságig. A megfigyelések szerint az általunk látott térrészben az anyag sűrűsége átlagosan azonos.

A nonstacionaritás azt jelenti, hogy az Univerzum nem lehet statikus, változatlan állapotban, hanem ki kell tágulnia vagy össze kell húzódnia.

A modern kozmológiában ezt a három állítást kozmológiai posztulátumnak nevezik. E posztulátumok kombinációja a kozmológiai alapelv. A kozmológiai elv közvetlenül következik az általános relativitáselmélet posztulátumaiból.

A. Friedman az általa felállított posztulátumok alapján megalkotta az Univerzum szerkezetének modelljét, amelyben minden galaxis távolodik egymástól. Ez a modell egy egyenletesen felfújódó gumilabdához hasonlít, melynek minden pontja eltávolodik egymástól. Bármely két pont távolsága növekszik, de egyiket sem nevezhetjük tágulási középpontnak. Sőt, mint nagyobb távolság pontok között, annál gyorsabban távolodnak el egymástól.

Maga Friedman az Univerzum szerkezetének csak egy modelljét vette figyelembe, amelyben a tér parabolatörvény szerint változik. Vagyis eleinte lassan kitágul, majd a gravitációs erők hatására a tágulást az eredeti méretre való összenyomás váltja fel. Követői kimutatták, hogy legalább három olyan modell létezik, amelyekre mindhárom kozmológiai posztulátum teljesül. A. Friedman parabolikus modellje az egyik lehetséges opció. A problémára egy kicsit más megoldást talált W. de Sitter holland csillagász. Az Univerzum tere modelljében hiperbolikus, vagyis az Univerzum tágulása növekvő gyorsulással megy végbe. A tágulási sebesség olyan nagy, hogy a gravitációs hatás nem zavarhatja ezt a folyamatot. Valójában megjósolta az Univerzum tágulását. Az Univerzum viselkedésének harmadik lehetőségét J. Lemaitre belga pap számította ki. Modelljében az Univerzum a végtelenségig tágul, de a tágulási sebesség folyamatosan csökken - ez a függés logaritmikus. Ebben az esetben a tágulási sebesség éppen elegendő ahhoz, hogy elkerüljük a nullára zsugorodást.

Az első modellben a tér ívelt és magára zárt. Ez egy gömb, ezért méretei végesek. A második modellben a tér másként görbült, hiperbolikus paraboloid (vagy nyereg) formájában, a tér végtelen. A harmadik, kritikus tágulási sebességű modellben a tér lapos, és ezért végtelen is.

Kezdetben ezeket a hipotéziseket incidensként fogták fel, többek között A. Einstein is. Azonban már 1926-ban korszakalkotó esemény történt a kozmológiában, amely megerősítette a Friedmann-De Sitter-Lemaître számítások helyességét. Egy ilyen esemény, amely az Univerzum összes létező modelljének felépítését befolyásolta, Edwin P. Hubble amerikai csillagász munkája volt. 1929-ben az akkori legnagyobb távcsővel végzett megfigyelések során megállapította, hogy a távoli galaxisokból a Földre érkező fény a spektrum hosszú hullámhosszú része felé tolódik el. Ez a „vöröseltolódási effektusnak” nevezett jelenség a híres fizikus, K. Doppler által felfedezett elven alapul. A Doppler-effektus azt mondja, hogy a megfigyelőhöz közeledő sugárforrás spektrumában a spektrumvonalak a rövidhullámú (ibolya) oldalra tolódnak el, míg a megfigyelőtől távolodó sugárforrás spektrumában a spektrumvonalak a megfigyelő felé tolódnak el. a vörös (hosszúhullámú) oldal.

A vöröseltolódási hatás azt jelzi, hogy a galaxisok távolodnak a megfigyelőtől. A híres Androméda-köd és számos hozzánk legközelebbi csillagrendszer kivételével az összes többi galaxis távolodik tőlünk. Sőt, kiderült, hogy a galaxisok tágulási sebessége nem azonos különböző részek Világegyetem. Minél távolabb helyezkednek el, annál gyorsabban távolodnak el tőlünk. Vagyis a vöröseltolódási érték arányosnak bizonyult a sugárforrás távolságával – ez a szigorú megfogalmazás nyílt jog Hubble. A galaxisok eltávolításának sebessége és a távolságuk közötti természetes összefüggést a Hubble-állandó (N, km/s 1 megaparsec távolságonként) segítségével írjuk le.

ahol V a galaxisok eltávolításának sebessége, r a köztük lévő távolság.

Ennek az állandónak az értékét még nem határozták meg véglegesen. Különböző tudósok 80 ± 17 km/s tartományban határozzák meg minden megaparsec távolságra.

A vöröseltolódás jelenségét a „galaxis recesszió” jelenségével magyarázták. E tekintetben előtérbe kerülnek az Univerzum tágulásának tanulmányozásának és korának e tágulás időtartama alapján történő meghatározásának problémái.

Az Univerzum evolúciójának mindhárom modellje szerint volt kiindulópontja - egy állapot, amelyet az idő nulla pillanata jellemez. Az anyag kezdeti halmazállapota egy bizonyos szupersűrű állapot volt, amelyet instabilitás jellemez, ami a pusztulásához vezetett. Ennek eredményeként az Univerzum anyaga gyorsan szétrepülni kezdett. Ma már tudjuk, hogy az élet minden milliárd évében az Univerzum 5-10%-kal tágul. A Hubble-állandó legvalószínűbb, 80 km/s-os értéke 13 és 17 milliárd év közötti tágulási időt ad nekünk. 2002-ben számítógépes modell segítségével jelen állapot Az univerzum olyan eredményeket kapott, amelyek élettartama 13,7 milliárd év.

A további evolúció mechanizmusa a benne lévő anyag átlagos sűrűségétől függ. Egy anyag kritikus sűrűsége 3 hidrogénatom/1 m3 tér értéknek felel meg. Azonban a bizonytalanság modern jelentése Az univerzumban az anyag sűrűsége nagyon magas. Ha összeadjuk az összes jelenleg ismert galaxis és a csillagközi gáz tömegét, akkor a H = 0,3 atomnyi H értéket kapjuk, vagyis egy nagyságrenddel kisebb a kritikus értéknél. Ennek megfelelően az Univerzum örökké tágulhat.

Van azonban az úgynevezett rejtett tömegprobléma. Talán a tudósok nem ismerik az Univerzum összes anyagát. A legfrissebb adatok szerint az Univerzum megfigyelt tömege mindössze 5-10% a teljes anyagtömeghez viszonyítva. Ha ez az eredmény beigazolódik, az Univerzum evolúciója más utat járhat be. Különféle kozmikus objektumok állítják magukat az Univerzum rejtett tömeghordozóinak. A mi és a többi galaxisban van nagyszámú sötét anyag, amely közvetlenül nem látható, de létezéséről a csillagok pályáján kifejtett gravitációs hatásából tudunk. Ráadásul a galaxishalmazok még nagyobb mennyiségben tartalmaznak ilyen anyagot. Ez az anyag egy vákuumkvantummechanikai szerkezet. A rejtett tömeg 75%-át teszi ki.

A neutrínók, az univerzum fejlődésének korai szakaszában keletkezett részecskék rejtett tömeg hordozóinak vallhatják magukat. Mint az elmúlt 3 évben ismertté vált, a neutrínóknak még mindig van tömegük, így részt vehetnek a gravitációs kölcsönhatások kialakításában.

Ugyanerre a szerepre néhány egzotikus objektum, például fekete lyukak - pontméretű és hatalmas tömegű objektumok, amelyek az univerzumban nagy mennyiségben találhatók, térbeli húrobjektumok stb.

Számos tudós szerint a rejtett anyag 20%-át „tükörrészecskék” képviselik, amelyek a számunkra láthatatlan „tükörvilágot” alkotják, amely áthatja Univerzumunkat. Van elég hipotézis ebben a kérdésben, de ezek megerősítése vagy cáfolata a jövő dolga.

Ha beigazolódnak a tudósok feltevései az Univerzumban lévő ismeretlen anyagtömegről, akkor annak evolúciója követheti a Friedman-modellben javasolt utat, vagy a Pulsating Universe séma szerint. Ebben a modellben az Univerzum végtelenül sok oszcilláción megy keresztül, vagyis minden életciklus végén ponttérfogattal és végtelenül nagy sűrűséggel tér vissza eredeti állapotába.

Nagyon fontos kérdés A modern kozmológia Univerzumunk létezésének kezdeti pillanatai. A probléma megoldására tett sikeres kísérlet Georgiy Antonovich Gamow amerikai asztrofizikus nevéhez fűződik, aki 1942-ben javasolta az Univerzum „Ősrobbanás” révén történő fejlődésének koncepcióját. A koncepció szerzőjének fő célja az volt, hogy mérlegelje nukleáris reakciók a kozmológiai tágulás kezdetén kapjuk meg a jelenleg megfigyelt összefüggéseket a különbözőek száma között kémiai elemekés izotópjaik. A Forró Univerzum és az Ősrobbanás elmélete bizonyos előrejelzéseket ad az Univerzumban lévő anyag állapotáról élete első pillanataiban.

1. Az Univerzum alapvető kozmológiai modelljei

A modern fizika a megavilágot olyan rendszernek tekinti, amely mindent magában foglal égitestek, diffúz (diffúziós - szóródó) anyag, amely izolált atomok és molekulák formájában, valamint sűrűbb képződmények - óriás por- és gázfelhők, valamint sugárzás formájában - formájában létezik.

A kozmológia az Univerzum egészének tudománya. A modern időkben elválik a filozófiától, és önálló tudománnyá válik. A newtoni kozmológia a következő posztulátumokon alapult:

· Az Univerzum mindig is létezett, ez a „világ mint egész” (univerzum).

· Az Univerzum álló (változatlan), csak űrrendszerek, de nem a világ egészét.

· A tér és az idő abszolút. Metrikusan a tér és az idő végtelen.

· A tér és az idő izotróp (az izotrópia a közeg azonos fizikai tulajdonságait jellemzi minden irányban) és homogének (homogenitás jellemzi az anyag átlagos eloszlását az Univerzumban).

A modern kozmológia az általános relativitáselméletre épül, ezért a korábbi klasszikussal ellentétben relativisztikusnak nevezik.

1929-ben Edwin Hubble (amerikai asztrofizikus) felfedezte a „vörös eltolódás” jelenségét. A távoli galaxisok fénye a spektrum vörös vége felé tolódik el, ami azt jelzi, hogy a galaxisok távolodnak a megfigyelőtől. Felmerült az Univerzum nem-stacionárius természetének ötlete. Alekszandr Alekszandrovics Friedman (1888-1925) volt az első, aki elméletileg bebizonyította, hogy az Univerzum nem állhat helyben, hanem időszakonként tágulnia vagy összehúzódnia kell. Előtérbe kerültek az Univerzum tágulásának tanulmányozásának, korának meghatározásának problémái. Az Univerzum tanulmányozásának következő szakasza George Gamow (1904-1968) amerikai tudós munkásságához kapcsolódik. Az Univerzum tágulásának különböző szakaszaiban fellépő fizikai folyamatokat kezdték tanulmányozni. Gamow felfedezte a "reliktum sugárzást". (Az ereklye a távoli múlt maradványa).

Az Univerzumnak számos modellje létezik: közös bennük a nem-stacionárius, izotróp és homogén természete.

A létezés módszere szerint - a „táguló univerzum” és a „pulzáló univerzum” modellje.

A tér görbületétől függően megkülönböztetnek - nyitott modellt, amelyben a görbület negatív vagy nullával egyenlő, nyitott végtelen Univerzumot képvisel; pozitív görbületű zárt modell, amelyben az Univerzum véges, de korlátlan, határtalan.

Az Univerzum végessége vagy végtelensége kérdésének tárgyalása során több úgynevezett kozmológiai paradoxon született, amelyek szerint ha a Világegyetem végtelen, akkor véges.

1. Expanziós paradoxon (E. Hubble). A végtelen kiterjedés gondolatának elfogadásával ellentmondásba kerülünk a relativitáselmélettel. A ködnek a megfigyelőből végtelen nagy távolságra történő eltávolítása (V.M. Slifer „vörös eltolódás” elmélete és a „Doppler-effektus” szerint) meg kell haladja a fénysebességet. De ez az anyagi kölcsönhatások maximális terjedési sebessége (Einstein elmélete szerint), semmi sem mozoghat nagyobb sebességgel.

2. Fotometriai paradoxon (J.F. Chezo és V. Olbers). Ez a tézis az égbolt végtelen fényességéről (fényelnyelés hiányában) bármely terület megvilágításának törvénye szerint, valamint a fényforrások számának a tér térfogatának növekedésével történő növekedésének törvénye szerint. De a végtelen fényesség ellentmond az empirikus adatoknak.

3. Gravitációs paradoxon (K. Neumann, G. Seeliger): végtelen számú kozmikus testnek végtelen gravitációhoz, tehát végtelen gyorsuláshoz kell vezetnie, amit nem figyelnek meg.

4. Termodinamikai paradoxon (vagy az Univerzum ún. „hőhalála”). A hőenergia más típusokba való átmenete a fordított folyamathoz képest nehézkes. Eredmény: az anyag evolúciója termodinamikai egyensúlyhoz vezet. A paradoxon az Univerzum tér-idő szerkezetének véges természetéről beszél.

2. Az Univerzum evolúciója. Az ősrobbanás elmélet"

Az ókortól a 20. század elejéig az űrt változatlannak tekintették. A csillagos világ az abszolút békét, az örökkévalóságot és a határtalan kiterjedést személyesítette meg. A galaxisok robbanásszerű tágulásának, vagyis az Univerzum látható részének gyors tágulásának 1929-es felfedezése megmutatta, hogy az Univerzum nem állóképes. Ezt a tágulási folyamatot a múltba extrapolálva a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy 15-20 milliárd évvel ezelőtt a Világegyetem végtelenül kicsiny térfogatú, végtelenül nagy sűrűségű térbe záródott („szingularitási pont”), és az egész jelenlegi Univerzum véges, i.e. korlátozott mennyiséggel és élettartammal rendelkezik.

A fejlődő Univerzum életének kiindulópontja attól a pillanattól kezdődik, amikor az „Ősrobbanás” bekövetkezett, és a szingularitás állapota hirtelen megszakadt.A legtöbb kutató szerint modern elmélet Az "Ősrobbanás" egésze meglehetősen sikeresen írja le az Univerzum evolúcióját, körülbelül 10-44 másodperccel a tágulás kezdete után. Ebben a gyönyörű elméletben az egyetlen gyenge láncszem a Kezdet problémája - a szingularitás fizikai leírása.

A tudósok egyetértenek abban, hogy az ősUniverzum olyan körülmények között volt, amelyeket nehéz elképzelni és reprodukálni a Földön. Ezeket a körülményeket a magas hőmérséklet és magas nyomású abban a szingularitásban, amelyben az anyag koncentrálódott.

Az Univerzum evolúciós idejét körülbelül 20 milliárd évre becsülik. Az elméleti számítások azt mutatták, hogy szinguláris állapotban sugara közel volt az elektron sugarához, azaz. elhanyagolható léptékű mikroobjektum volt. Feltételezik, hogy itt kezdtek érvényesülni az elemi részecskékre jellemző kvantumtörvények.

Az univerzum az ősrobbanás következtében kezdett tágulni eredeti állapotából, amely minden teret betöltött. 100 000 millió fokos hőmérséklet emelkedett. Kelvin szerint, ahol nem létezhetnek molekulák, atomok és még magok sem. Az anyag elemi részecskék formájában volt jelen, amelyek között az elektronok, pozitronok, neutrínók és fotonok voltak túlsúlyban, és kevesebb volt a proton és a neutron. A robbanás utáni harmadik perc végén az Univerzum hőmérséklete 1 milliárd fokra csökkent. Kelvin szerint. Az atommagok - nehézhidrogén és hélium - elkezdtek kialakulni, de ekkorra az Univerzum anyaga főként fotonokból, neutrínókból és antineutrínókból állt. Csak néhány százezer év elteltével kezdtek hidrogén- és héliumatomok kialakulni, hidrogén-hélium plazmát képezve. A csillagászok 1965-ben fedezték fel a „reliktum” rádiósugárzást – a forró plazmából származó emissziót, amelyet a csillagok és galaxisok létezése előtt megőriztek. A hidrogén és hélium ebből a keverékéből az evolúció során a modern Univerzum minden változatossága keletkezett. J. H. Jeans elmélete szerint az Univerzum fejlődésének fő tényezője a gravitációs instabilitás: az anyag nem oszlik el állandó sűrűséggel egyetlen térfogatban sem. A kezdetben homogén plazma hatalmas csomókra bomlott. Ezután galaxishalmazok alakultak ki belőlük, amelyek protogalaxisokká bomlottak, és protocsillagok keletkeztek belőlük. Ez a folyamat a mi korunkban is folytatódik. A csillagok körül kialakult bolygórendszerek. Az Univerzumnak ez a modellje (szabványa) nincs kellően alátámasztva, sok kérdés maradt még. Az egyetlen bizonyíték a javára az Univerzum tágulásának és a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak a megállapított tényei.

Carl Sagan híres amerikai csillagász megépítette az Univerzum evolúciójának vizuális modelljét, amelyben térév egyenlő 15 milliárd földévvel, és 1 másodperc. – 500 év; akkor a földi időegységekben az evolúciót a következőképpen fogjuk bemutatni:

Az Univerzum evolúciójának standard modellje azt sugallja, hogy a szingularitáson belüli kezdeti hőmérséklet nagyobb volt, mint 10 13 a Kelvin-skálán (amelyben a kiindulási pont – 273 0 C-nak felel meg). Az anyag sűrűsége megközelítőleg 10 93 g/cm 3 . Az „ősrobbanás”, amellyel az evolúció kezdete társul, elkerülhetetlen volt. Feltételezik, hogy egy ilyen robbanás körülbelül 15-20 milliárd évvel ezelőtt történt, és először gyors, majd mérsékeltebb tágulással és ennek megfelelően az Univerzum fokozatos lehűlésével járt. A tudósok a világegyetem tágulási foka alapján ítélik meg az anyag állapotát a fejlődés különböző szakaszaiban. 0,01 mp után a robbanás után az anyag sűrűsége 10 10 g/cm 3 -re csökkent. Ilyen körülmények között a táguló Univerzumban látszólag fotonoknak, elektronoknak, pozitronoknak, neutrínóknak és antineutrínóknak, valamint kis számú nukleonnak (protonnak és neutronnak) kellett volna lennie. Ebben az esetben az elektron+pozitron párok folyamatos átalakulása fotonokká és fordítva - a fotonok elektron+pozitron párrá. De már 3 perccel a robbanás után a nukleonokból könnyű atommagok keveréke keletkezik: 2/3 hidrogén és 1/3 hélium, az úgynevezett prestellar anyag, a maradék kémiai elemek magreakciók révén keletkeznek belőle. Abban a pillanatban, amikor a hidrogén és a hélium atomok megjelentek, az anyag átlátszóvá vált a fotonok számára, és elkezdtek kibocsátani világtér. Jelenleg egy ilyen visszamaradó folyamat reliktum sugárzás formájában figyelhető meg (a semleges hidrogén- és héliumatomok kialakulásának távoli időszakának maradványa).

Ahogy az univerzum tágul és lehűlt, a már létező struktúrák elpusztulási folyamatai és ezen az alapon új struktúrák megjelenése ment végbe, ami az anyag és az antianyag közötti szimmetria megsértéséhez vezetett. Amikor a hőmérséklet a robbanás után 6 milliárd Kelvin fokra csökkent, az első 8 másodperc. alapvetően elektronok és pozitronok keveréke volt. Amíg a keverék termikus egyensúlyban volt, a részecskék száma megközelítőleg változatlan maradt. Folyamatos ütközések következnek be a részecskék között, amelyek fotonokat, a fotonokból pedig elektronokat és pozitronokat eredményeznek. Folyamatos az anyag átalakulása sugárzássá, és fordítva, a sugárzás anyaggá. Ebben a szakaszban az anyag és a sugárzás közötti szimmetria megmarad.

Ennek a szimmetriának a megtörése az Univerzum további tágulása és ennek megfelelő hőmérséklet-csökkenés után következett be. Megjelennek a nehezebb nukleáris részecskék - protonok és neutronok. Az anyagnak rendkívül jelentéktelen túlsúlya van a sugárzással szemben (1 proton vagy neutron milliárd fotononként). Ebből a többletből a további evolúció során keletkezik az anyagi világ óriási gazdagsága és sokfélesége, amely az atomoktól és molekuláktól kezdve a különféle hegyi képződményekig, bolygókon, csillagokon és galaxisokon át terjed.

Tehát 15-20 milliárd év az Univerzum hozzávetőleges kora. Mi történt az Univerzum születése előtt? A modern kozmológia első kozmogonikus sémája azt állítja, hogy az Univerzum teljes tömege egy bizonyos pontba (szingularitás) tömörült. Nem ismert, hogy ez a kezdeti, pontszerű állapot milyen okokból sérül meg, és a ma „ősrobbanásnak” nevezett esemény történt.

Az Univerzum születésének második kozmológiai sémája a „semmiből”, a vákuumból való kiemelkedésnek ezt a folyamatát írja le. Az új kozmogonikus elképzelések fényében a tudomány felülvizsgálta a vákuum fogalmát. A vákuum az anyag különleges állapota. Az Univerzum kezdeti szakaszában egy intenzív gravitációs tér részecskéket generálhat a vákuumból.

Érdekes hasonlatot találunk ezekkel a modern elképzelésekkel a régiek körében. Órigenész filozófus és teológus (Kr. u. 2-3. század) említette az anyag átmenetét egy másik állapotba, sőt az „anyag eltűnését” a Világegyetem halálának pillanatában. Amikor az Univerzum újra felbukkan, az „anyag” – írta – „létet fogad, testeket alkot...”.

A kutatók forgatókönyve szerint a teljes jelenleg megfigyelhető, 10 milliárd fényév méretű Univerzum mindössze 10-30 másodpercig tartó tágulás eredményeként keletkezett. Szétszóródó, minden irányba táguló, a „nemlétezést” félretoló anyag, teret teremtve és elindítva az idő visszaszámlálását. A modern kozmogónia így látja az Univerzum kialakulását.

A „táguló Univerzum” fogalmi modelljét A.A. Friedman 1922-24-ben. Évtizedekkel később gyakorlati megerősítést kapott E. Hubble amerikai csillagász munkáiban, aki a galaxisok mozgását tanulmányozta. Hubble felfedezte, hogy a galaxisok egy bizonyos impulzus nyomán gyorsan távolodnak. Ha ez a szóródás nem áll meg, és a végtelenségig folytatódik, akkor az űrobjektumok közötti távolság megnő, és a végtelenbe hajlik. Friedman számításai szerint pontosan így kellett volna végbemennie az Univerzum további fejlődésének. Egy feltétellel azonban - ha az Univerzum átlagos tömegsűrűsége kisebb egy bizonyos kritikus értéknél, akkor ez az érték körülbelül három atom köbméterenként. Néhány évvel ezelőtt az amerikai csillagászok által egy távoli galaxisok röntgensugárzását vizsgáló műholdról szerzett adatok lehetővé tették az Univerzum átlagos tömegsűrűségének kiszámítását. Kiderült, hogy nagyon közel van ahhoz a kritikus tömeghez, amelynél az Univerzum tágulása nem lehet végtelen.

Azért kellett az Univerzum tanulmányozása felé fordulni a röntgensugárzás vizsgálatán keresztül, mert anyagának jelentős része optikailag nem érzékelhető. Galaxisunk tömegének körülbelül a felét „nem látjuk”. Ennek az általunk nem érzékelhető anyagnak a létezését különösen a gravitációs erők bizonyítják, amelyek meghatározzák a mi és más galaxisaink mozgását, a csillagrendszerek mozgását. Ez az anyag létezhet „fekete lyukak” formájában, amelyek tömege Napunk több száz millió tömege, neutrínók vagy más, számunkra ismeretlen formák formájában. Nem észlelve, mint a „fekete lyukak”, a galaxisok koronái, ahogy egyes kutatók úgy vélik, 5-10-szer nagyobbak lehetnek maguknak a galaxisoknak a tömegénél.

Az a feltevés, hogy az Univerzum tömege sokkal nagyobb, mint azt általában hiszik, új, nagyon erős megerősítésre talált a fizikusok munkáiban. Megszerezték az első bizonyítékot arra vonatkozóan, hogy a három neutrínótípus egyikének van nyugalmi tömege. Ha a fennmaradó neutrínók azonos jellemzőkkel rendelkeznek, akkor az Univerzumban lévő neutrínók tömege 100-szor nagyobb, mint a csillagokban és galaxisokban található közönséges anyag tömege.

Ez a felfedezés lehetővé teszi számunkra, hogy nagyobb biztonsággal kijelenthessük, hogy az Univerzum tágulása csak egy bizonyos pontig folytatódik, ezután a folyamat megfordul - a galaxisok közeledni kezdenek egymáshoz, és ismét egy bizonyos pontig konvergálnak. Ezt követően a tér egy pontba tömörül. Amit a csillagászok ma „Az Univerzum összeomlásának” neveznek, az meg fog történni.

Vajon az emberek vagy más világok lakói, ha léteznek az űrben, észreveszik-e az Univerzum összenyomódását, az őskáoszba való visszatérésének kezdetét? Nem. Nem fogják tudni észrevenni az idő megfordulását, ami akkor fog bekövetkezni, amikor az Univerzum összehúzódni kezd.

A tudósok az idő áramlásának a Világegyetem léptékében történő megfordulásáról beszélve analógiát vonnak le az idővel egy zsugorodó, „összeomló” csillagon. Az ilyen csillagok felszínén elhelyezett hagyományos óráknak először le kell lassulniuk, majd amikor a kompresszió elér egy kritikus pontot, leállnak. Amikor a csillag „elbukik” a téridőnkből, a hagyományos óra hagyományos mutatói az ellenkező irányba mozognak – az idő visszamegy. De egy ilyen csillagon elhelyezkedő hipotetikus megfigyelő mindezt nem veszi észre. Az idő lassulása, megállása, irányváltoztatása kívülről, az „összeomló” rendszeren kívül volt megfigyelhető. Ha a mi Világegyetemünk az egyetlen, és rajta kívül nincs semmi - sem anyag, sem idő, sem tér -, akkor nem létezhet olyan külső nézet, amely észrevehetné, ha az idő irányt változtat és visszafelé folyik.

Egyes tudósok úgy vélik, hogy ez az esemény már megtörtént az Univerzumunkban, a galaxisok egymásra esnek, és az Univerzum a halál korszakába lépett. Vannak matematikai számítások és megfontolások, amelyek alátámasztják ezt az elképzelést. Mi történik, miután az Univerzum visszatér egy bizonyos kiindulási ponthoz? Ezt követően egy új ciklus kezdődik, bekövetkezik a következő „Ősrobbanás”, az ősanyag minden irányba rohan, tágul és teret teremt, galaxisokat, csillaghalmazokat, és újra fel fog támadni az élet. Ez különösen J. Wheeler amerikai csillagász kozmológiai modellje, egy felváltva táguló és „összeomló” Univerzum modellje.

A híres matematikus és logikus, Kurt Gödel matematikailag támasztotta alá azt az álláspontot, hogy bizonyos feltételek mellett Univerzumunknak valóban vissza kell térnie a kiindulási pontjára, hogy aztán ismét befejezhesse ugyanazt a ciklust, újból visszatérve eredeti állapotába. P. Davis angol csillagász modellje, a „pulzáló Univerzum” modellje is megfelel ezeknek a számításoknak. De ami fontos, az az, hogy Davis Univerzumában zárt idővonalak vannak, más szóval az idő körben mozog benne. Az Univerzum által megélt eredetek és halálozások száma végtelen.

Hogyan képzeli el a modern kozmogónia az Univerzum halálát? A híres amerikai fizikus, S. Weinberg így írja le. A tömörítés megkezdése után évezredek és milliókig nem történik semmi, ami riadalmat kelthetne távoli leszármazottainkban. Amikor azonban az Univerzum jelenlegi méretének 1/100-ára zsugorodik, az éjszakai égbolt annyi hőt sugároz majd a Földre, mint ma a nappali égbolt. 70 millió év múlva az Univerzum még tízszeresére zsugorodik, és akkor „örököseink és utódaink (ha vannak) elviselhetetlenül fényesnek fogják látni az eget”. További 700 év múlva a kozmikus hőmérséklet eléri a tízmillió fokot, a csillagok és a bolygók a sugárzás, az elektronok és az atommagok „kozmikus levesévé” kezdenek átalakulni.

Egy pontig történő tömörítés után, amit „az Univerzum halálának” nevezünk, de ami talán egyáltalán nem a halála, egy új ciklus kezdődik. E sejtés közvetett megerősítése a már említett reliktum sugárzás, az Univerzumunkat megszülető „Ősrobbanás” visszhangja. A tudósok szerint ez a sugárzás nem csak a múltból származik, hanem a „jövőből” is. Ez a „világtűz” tükörképe, amely a következő ciklusból ered, amelyben egy új Univerzum születik. Nemcsak a reliktum sugárzás hatja át világunkat, mintha két oldalról jönne - a múltból és a jövőből. A világot, az Univerzumot és minket alkotó anyag talán hordoz némi információt. A kutatók némileg bizonytalanok, de már a molekulák, atomok és elemi részecskék egyfajta „memóriájáról” beszélnek. Az élőlényekben lévő szénatomok „biogének”.

Mivel az anyag nem tűnik el abban a pillanatban, amikor az Univerzum egy ponthoz konvergál, az általa hordozott információ nem tűnik el, és elpusztíthatatlan. A világunk tele van vele, ahogyan tele van az őt alkotó anyaggal.

Az univerzum, amely felváltja a miénket, megismétlődik?

Valószínűleg néhány kozmológus válaszol.

Nem feltétlenül – érvelnek mások. Nincs fizikai indoklás, mondja például Dr. R. Dick a Princeton Egyetemről, hogy az Univerzum keletkezésének pillanatában minden alkalommal ugyanazok lennének a fizikai törvények, mint a ciklusunk elején. Ha ezek a minták a legkisebb mértékben is különböznek, akkor a csillagok nem lesznek képesek később nehéz elemeket létrehozni, beleértve a szenet is, amelyből az élet épül. Ciklusról ciklusra az Univerzum úgy keletkezhet és elpusztulhat, hogy egyetlen életszikra sem keletkezik. Ez az egyik nézőpont. Ezt nevezhetjük a „lét folytonossági zavarának” nézőpontjának. Időszakos, még akkor is, ha élet keletkezik az új Univerzumban: semmilyen szál nem köti össze az előző ciklussal. Egy másik nézőpont szerint éppen ellenkezőleg, „az Univerzum emlékszik teljes őstörténetére, függetlenül attól, hogy milyen messzire (akár végtelenül messzire) megy a múltba”.

Vagy a biogenezis fogalma). A 19. században végül L. Pasteur cáfolta meg, aki bebizonyította, hogy az élet megjelenése ott, ahol nem létezett, a baktériumokkal van összefüggésben (pasztőrözés - megszabadulás a baktériumoktól). 3. A jelenlegi állapot fogalma azt feltételezi, hogy a Föld és a rajta lévő élet mindig is létezett, változatlan formában. 4. A pánspermia fogalma összekapcsolja az élet megjelenését a Földön a...

Galaxisok és az Univerzum. A mikro-, makro- és megvilág anyagi rendszerei különböznek méretükben, a domináns folyamatok természetében és a törvényszerűségekben, amelyeknek engedelmeskednek. Alapvető koncepció modern természettudomány a mikro-, makro- és megavilág összes rendszerének anyagi egységében rejlik. Mindennek egyetlen anyagi alapjáról beszélhetünk anyagrendszerek különböző szakaszokban...

Annak ellenére, hogy a fizika sikereket ért el az Univerzum történetének megértésében, a tudósok e kérdéssel kapcsolatos érvelése fantáziajátéknak nevezhető, amely az Univerzum életének első pillanataira extrapolált modern tudásból született. BAN BEN teljesen ez a tudás nem alkalmazható az Univerzum születésének pillanatára, hiszen az egy szuper extrém helyzet volt. Az általunk tárgyalt alapelvek azonban valószínűleg már érvényben voltak. Vagyis az Univerzum életében azonnal két irányzat rajzolódott ki: vákuumos roncsolás(semmi sem tökéletesen rendezett szerkezet) és Teremtés(önszerveződés) ügy.

Nem tudjuk, milyenek voltak az Univerzum legelső struktúrái. Talán az Univerzum létezésének első pillanataiban olyan elsődleges struktúrák valósultak meg, amelyek közvetlen analógiát mutatnak az ember által a gondolkodás folyamatában használt ideális képekkel. Ezért minden ősi kozmológiai koncepció az Univerzum létrejöttét egyetlen Teremtő szabad akaratú cselekedeteként ábrázolja.

Azt már „találgattuk”, hogy ezen folyamatok során, már az első ezredmásodpercekben az Univerzum valamilyen okból elektromosan inhomogénné vált, és az ellentétes töltésű részecskék párjainak létrejöttéhez is adottak a feltételek. Vagyis az Univerzum ebben a szakaszban egyfajta vákuumkondenzátorként ábrázolható, amely részecske-antirészecske párokat hoz létre „a semmiből”. Honnan származik az energia ezeknek a részecskéknek a létrehozásához? Ebben a kérdésben nincs konszenzus. A témával kapcsolatos minden spekuláció csak hipotézis. Az Univerzum információs modellje alapján tehát az energia fogalma a végső (még nem realizált, de potenciálisan lehetséges) és a kezdeti (megvalósult) állapot entrópiái közötti különbségre redukálódik. Más szóval, az energia a különbség aközött, amink lehet, és amink van. Ez a különbség generálja azt a hajtóerőt, amely az egész evolúciós folyamatot mozgatja az Univerzumban.

Az elemi részecskék világa valószínűleg nagyon változatos volt. Szinkrophasotronjaink nagyjából az akkori folyamatokat szimulálják. A részecskék számának növekedésével az elektromos inhomogenitás kisimult (a kondenzátor lemerült). A részecskék „születési rátája” először lelassult, majd megállt. Az Univerzum fejlődésének ezen szakaszában a töltések születésével együtt haláluk is jelen volt - a részecskék és antirészecskék megsemmisülése szerkezetük teljes átalakulásával gyakorlóruha. És így a „születés” megállt, de a megsemmisülés megmaradt. Ez volt az „első környezeti katasztrófa”, amelyet ismertünk. Szerencsére a korai Univerzum valamiért aszimmetrikus volt: valamivel több elektron volt, mint pozitron, és több proton, mint antiproton. Ezért minden 100 millió párból egy részecske „túlélt”. Ez elég volt az Univerzum összes anyagának felépítéséhez, amely akkor még csak néhány másodperces volt.

Az elemi részecskék korszaka véget ért. Ennek eredményeként az Univerzum stabil részecskéket „felfedezett”, amelyek a magasabb hierarchikus szintű épületrendszerek elemeivé váltak. Ha ez nem történt volna meg, és az elemi részecskék pusztulása teljes lett volna, akkor az Univerzum elérte volna az entrópia maximumát (a sugárzással teli Világegyetem), és valószínűleg megszűnt volna létezni (már csak azért is, mert anyag nélkül tér és idő fogalmai nincsenek meghatározva). A stabil részecskék „feltalálása” az Univerzum entrópiájának lehetséges maximális értékét egy bizonyos értékre növelte, vagyis felmerült az entrópia további növekedésének lehetősége, de nem a részecskék pusztulása, hanem szóródásuk, ill. keverés különböző kombinációkban.

Ezt az algoritmust a későbbiekben megismételjük. Vagyis be A maximális entrópiára törekvő rendszereknek olyan stabil formákat kell találniuk, amelyek visszaszoríthatják magát a jelentést.. Az ilyen formák biztonságosan megkerülik a természetes szelekció akadályait. BAN BEN természetes kiválasztódás az, aki a legnagyobb kilátásokat adja a tekintetben további fejlődés Világegyetem.És mivel a rendszerszintű szervezet hierarchikus létráján minden lépéssel feljebb kerül az ilyen rendszerek elemeinek száma, akkor az Univerzum entrópiájának szükséges növekedése csak a rendszerek belső szerveződésének összetettségének növelésével biztosítható (a rendszerszerveződési bonyodalom törvénye). Hogyan bonyolultabb rendszer, minél több alrendszert tartalmaz a szerkezete. Ráadásul minden részecske (elem) egyszerre több alrendszerbe is beléphet. Ez azt jelenti, hogy az entrópia összetevőit képező valós objektumok (részecskék, alrendszerek, rendszerek stb.) száma növekszik, ami biztosítja az entrópia maximális lehetséges értékének növekedését. Ezt a folyamatot evolúciónak nevezzük.

Az univerzum kitágul és lehűlt, a részecskék energiát veszítettek, és atomokká, főként hidrogénné kondenzálódtak. Igaz, úgy vélik, hogy ugyanebben a szakaszban hélium is jelen volt (kb. 30%). A nehezebb elemek gyakorlatilag hiányoztak, az evolúciós folyamat későbbi szakaszaiban keletkeztek.

A hidrogén sűrűségének esetleges inhomogenitásait a gravitációs erők felerősítik, és a hidrogén-hélium felhő kondenzációkra (protogalaxisokra) bomlik fel. Az első generációs csillagok a galaxisokon belüli kondenzációból születnek. Itt még nincs teljes tisztaság. Talán csillagok születtek, amikor a protogalaxis összehúzódott.

Egy másik változat is lehetséges, amely szerint a protogalaktikus felhő először összehúzódik kritikus méretre. A kvazárok hatalmas, a Naprendszer méretéhez mérhető, kvázi csillagszerű kozmikus testek, amelyek a középpont körül óriási sebességgel forgó anyagokból állnak, amelyeket az Univerzum megfigyelhető részének határain fedeztek fel; vagyis olyannak látjuk őket, mint évmilliárdokkal ezelőtt. Talán a kvazárokban szintetizálták a héliumot. Talán ez az oka annak, hogy a kvazárok instabillá válnak, felrobbannak, és a helyi kondenzáció gravitációs összenyomódása következtében szétszóródásuk során a robbanás termékeiből első generációs csillagok keletkeznek. Hogy ez igaz volt-e vagy sem, csak találgatni tudjuk, nagyon keveset tudunk a kvazárokról.

Gázfelhő jövő sztárja gravitációs erők által összenyomva. Hamarosan ezt a kompressziót lelassítja a csillag melegítő belsejének növekvő nyomása, amelyben termonukleáris fúziós reakciók indulnak meg. A hidrogén héliummá alakul, a héliumból pedig nehezebb elemek szintetizálódnak, amelyek a csillag közepébe süllyednek. A csillag egy üst, amelyben a nehéz elemek „főznek”, és az anyag szerkezete bonyolultabbá válik. Ez instabillá teszi a csillagot, és szupernóvaként robban fel, és nehéz elemekkel dúsított gáz- és porfelhőket képez. A csillag központi része erős összenyomódást tapasztal, és a helyén a fehér törpe, neutroncsillag vagy fekete lyuk, ha a csillag tömege meghaladja az 50 naptömeget. Korábban a csillagok a galaxisunkban körülbelül évente egyszer robbantak fel, most pedig 30 évente egyszer.

A Naprendszer körülbelül ötmilliárd éve született egy gáz- és porfelhő kondenzációja következtében. Ezért a Nap egy második generációs csillag. A Nap és a bolygók látszólag egyszerre keletkeztek. Ahogy a gáz-por felhő összehúzódik, a porrészecskék összeütköznek, és nagyobb képződményekké (meteoritokká) tapadnak össze, amelyekből később aszteroidák keletkeznek. A Naphoz közelebb testek csak nehéz és tűzálló anyagokból alakulhatnak ki. A könnyű anyagok elpárolognak és távolabbi pályákra szöknek. Ezért a Naphoz legközelebbi bolygók szilárdabbak. Kisbolygók összeolvadásával és egy adott bolygó pályáján a por lerakódásával jönnek létre. A pálya fokozatosan kitisztul. A megfigyelések azt mutatják, hogy a Merkúron, a Marson és a Holdon a kráterképződés dinamikája körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt több százszor magasabb volt, mint ma. A távoli óriásbolygók sűrűsége kisebb.

A bolygók pályája közel van a körökhöz, amelyek átmérőjére az aranymetszet szabálya (Bode-törvény) vonatkozik. Bode törvénye szerint a Mars és a Jupiter között egy másik bolygónak kellene lennie, amely helyett egy aszteroidaövet fedeztek fel. Különféle fantasztikus feltételezések merültek fel a Phaeton bolygó halálával kapcsolatban, amely egykor ezen a pályán létezett. Ezt néhány mitikus történet is bizonyítja. A tudósok úgy vélik, hogy ez a pálya egy természetes határ a kis sűrű bolygók és az óriásbolygók között, ami olyan instabilitást idézett elő, amely nem tette lehetővé sem kisbolygó, sem óriási bolygó kialakulását. A szomszédos bolygók, különösen az óriásbolygók gravitációs hatása is szétszórta a jövő sűrű bolygójának protoplanetáris kondenzációját, és az aszteroidákat elnyújtottabb pályákra szórta. Ezért az aszteroidaöv szinte eredeti formájában maradt meg. Ez egyébként némileg visszhangozza a Phaeton legendáját.

1. Mire a Föld kialakult, az Univerzum evolúciója előkészítette a földi élet megjelenésének lehetőségét.
2. Ahogy az Univerzum tágul, gyorsan lehűl, ami a rendet és a véletlenszerűséget, a káoszt egyesítő fraktálstruktúrák kialakulásához vezet. A fraktálstruktúrákban a komplexitást egyszerűbb struktúrák (fraktálgének) egy bizonyos algoritmus szerinti ismétlésével érik el. Példák a fraktálszerkezetekre: hópelyhek, fagyos minták az üvegen, partvonalak tengerek, faágak, spirál alakú kagylók stb. A biorendszerek különösen tipikus fraktálstruktúrák. A fraktálszerkezetek jellemzően egy nyitott rendszerben viszonylag gyors energiaveszteséggel jönnek létre, amikor a rendszer elemeinek nincs idejük átrendezkedni szimmetrikusan rendezett struktúrákká, például szabályos kristályokká, így a káosz egy része megmarad bennük.
3. Lehűléskor lehetővé válik az egyre összetettebb struktúrák stabil létezése, amelyek nagyobb energiák hatására összeomlanak.
4. Az Univerzum tágulásával az anyag szerveződési formái összetettebbé válnak, vagyis a formák összetettsége valamilyen módon összefügg az Univerzum térfogatával.
5. Amíg az Univerzum tágul, az evolúciót nem lehet megállítani. Nem ismert, hogy az Univerzum tágulása a globális evolúciós folyamat mozgatórugója, de a két folyamat valószínűleg szorosan összefügg egymással.

Stacionárius Univerzum modelljei. Az Univerzum egyedisége nem teszi lehetővé a felállított hipotézisek kísérleti igazolását és elméleti szintre emelését, ezért az Univerzum evolúciója csak modellek keretein belül jöhet szóba.

A klasszikus mechanika megalkotása után a tudományos világkép a térről, az időről és a gravitációról szóló newtoni elképzeléseken alapult, és egy időbeli állandót írt le, i.e. álló, végtelen Univerzum, amelyet a Teremtő teremtett.

A 20. században újak jelentek meg elméleti alapjaúj kozmológiai modellek létrehozására.

Mindenekelőtt meg kell említenünk azt a kozmológiai posztulátumot, amely szerint az Univerzum korlátozott részén felállított fizikai törvények az egész Univerzumra érvényesek. Emellett axiómának tekintik az Univerzumban az anyag nagy léptékű eloszlásának homogenitását és izotrópiáját. Ebben az esetben az evolúciós modellnek meg kell felelnie az úgynevezett antropikus elvnek, azaz. megjelenési lehetőséget biztosítanak egy bizonyos szakaszban a megfigyelő (ésszerű személy) evolúciója.

Mivel a gravitáció határozza meg a tömegek kölcsönhatását nagy távolságokban, ez a huszadik századi kozmológia elméleti magja. a gravitáció és a téridő relativisztikus elmélete lett - általános elmélet relativitás. Ezen elmélet szerint az anyag eloszlását és mozgását az határozza meg geometriai tulajdonságok a téridő és egyben önmaguk is függenek tőlük. A gravitációs tér a téridő „görbületeként” nyilvánul meg. Einstein első kozmológiai modelljében, amelyet az általános relativitáselmélet alapján alkotott meg 1916-ban, az Univerzum is stacioner. Határtalan, de zárt és véges méretei vannak. A tér magára zárul.

Friedman modellek egy nem stacionárius univerzumról. Einstein stacionárius univerzum modelljét az orosz tudós, A.A. cáfolta. Friedman (1888-1925), aki 1922-ben kimutatta, hogy a görbe tér nem lehet stacionárius: vagy ki kell tágulnia, vagy össze kell húzódnia. Az Univerzum görbületi sugarának változásának három különböző modellje lehetséges, a benne lévő anyag átlagos sűrűségétől függően, és ezek közül kettőben az Univerzum végtelenül tágul, a harmadikban pedig a görbületi sugár periodikusan változik (az Univerzum lüktet).

Bár E. Hubble felfedezése a galaxisok eltávolítási sebességének a távolságuktól való függésének törvényét megerősítette az Univerzum tágulását, jelenleg a kísérletileg becsült anyagsűrűség összehasonlítása ennek a paraméternek a kritikus értékével, amely meghatározza az expanzióból a pulzálásba való átmenetet, nem teszi lehetővé a további evolúció forgatókönyvének egyértelmű kiválasztását. Ez a két érték közelinek bizonyult, de a kísérleti adatok nem voltak elég megbízhatóak.

Az Univerzum tágulása jelenleg megalapozott és általánosan elfogadott tény, amely lehetővé teszi az Univerzum korának becslését. A leggyakoribb becslések szerint 10 18 s (18 milliárd év). Ezért a modern modellek az Univerzum „kezdetét” feltételezik. Hogyan kezdődött a fejlődése?

Egy forró univerzum modellje. Az Univerzum fejlődésének kezdeti szakaszairól alkotott modern elképzelések alapja a „forró univerzum” vagy „ősrobbanás” modellje, amelynek alapjait a 20. század 40-es éveiben fektették le. Az USA-ban dolgozó orosz tudós, G.A. Gammov (1904-1968). Ennek a modellnek a legegyszerűbb változatában úgy tűnik, hogy az Univerzum spontán módon keletkezett egy szupersűrű és szuperforró állapotból, a tér végtelen görbületével (szingularitási állapot) történt robbanás eredményeként. A kezdeti szinguláris állapot „forróságát” az elektromágneses sugárzásnak az anyaggal szembeni túlsúlya jellemzi. Ezt erősíti meg Penzias (született 1933) és Wilson (született 1936) amerikai asztrofizikusok 1965-ös kísérleti felfedezése, az izotróp elektromágneses „reliktum sugárzás”. A modern fizikai elméletek lehetővé teszik az anyag evolúciójának leírását az idő pillanatától kezdve t= 10-43 s. Az Univerzum fejlődésének kezdeti pillanatai még a fizikai akadály mögött vannak. Csak a pillanattól kezdve t= 10-10 másodperccel az ősrobbanás után az anyag állapotáról alkotott elképzeléseink korai univerzumés a benne lejátszódó folyamatok kísérletileg tesztelhetők és elméletileg leírhatók.

Ahogy az Univerzum tágul, az anyag sűrűsége csökken, és a hőmérséklet csökken. Ebben az esetben az anyagrészecskék minőségi átalakulásának folyamatai következnek be. 10-10 másodpercnél az anyag szabad kvarkokból, leptonokból és fotonokból áll (lásd. szakasz III). Ahogy az Univerzum lehűl, hadronok keletkeznek, majd könnyű elemek magjai jelennek meg - hidrogén, hélium, lítium izotópjai. A héliummagok szintézise pillanatnyilag leáll t= 3 perc. Csak több százezer év elteltével az atommagok elektronokkal egyesülve hidrogén- és héliumatomot képeznek, és ettől a pillanattól kezdve az anyag megszűnik kölcsönhatásba lépni az elektromágneses sugárzással. A „reliktum” sugárzás pontosan ebben az időszakban keletkezett. Amikor az Univerzum mérete körülbelül 100-szor kisebb volt, mint a jelenlegi korszakban, a hidrogén és a hélium gáz inhomogenitása miatt gázcsomók keletkeztek, amelyek széttöredeztek, és csillagok és galaxisok megjelenéséhez vezettek.

Az Univerzum, mint a kozmológia tárgya kizárólagosságának kérdése nyitva marad. Azzal a széles körben elterjedt állásponttal együtt, hogy az egész Univerzum a mi metagalaxisunk, ellentétes a vélemény, hogy az Univerzum sok metagalaxisból állhat, és az Univerzum egyediségének elképzelése történelmileg relatív, a szint határozza meg. tudomány és gyakorlat.

A kozmológia az Univerzum egészének fizikai természetét, szerkezetét és evolúcióját vizsgálja.

Koncepció "Világegyetem" az emberi megfigyelés számára elérhető teret jelenti.

A kozmológia a megfigyeléssel lefedett tér teljes régiójának legáltalánosabb tulajdonságait veszi figyelembe. Hívjuk őt Metagalaxis. A metagalaxisról szerzett ismereteinket a megfigyelési horizont korlátozza. Ezt a horizontot az határozza meg, hogy a fény sebessége nem pillanatnyi. Következésképpen az Univerzumnak csak azokat a régióit tudjuk megfigyelni, ahonnan a fény mára eljutott hozzánk. Ugyanakkor a tárgyakat nem a jelenlegi állapotukban látjuk, hanem abban, amelyben a fénykibocsátás pillanatában voltak.

Az Univerzum modelljei, mint minden más, a kozmológiában, fizikában, matematikában, kémiában és más kapcsolódó tudományágakban jelenleg létező elméleti koncepciók alapján épülnek fel.

Az Univerzum tanulmányozásának számos előfeltétele:

• úgy gondolják, hogy a világ működésének fizika által megfogalmazott törvényei az egész Univerzumban működnek
• úgy gondolják, hogy a csillagászok megfigyelései az egész Univerzumra is kiterjednek
• Úgy gondolják, hogy azok a következtetések igazak, amelyek nem mondanak ellent az ember létezésének (antropikus elv)

A kozmológia következtetéseit az Univerzum keletkezésének és fejlődésének modelljeinek nevezzük.

Az Univerzum eredetével és szerkezetével kapcsolatos problémák ősidők óta foglalkoztatják az embereket. Az ókori Kelet népeinek magas szintű csillagászati ​​ismeretei ellenére a világ felépítéséről alkotott nézeteik a közvetlen vizuális érzetekre korlátozódtak. Ezért Babilonban voltak olyan elképzelések, amelyek szerint a Föld egy domború szigetnek tűnik, amelyet egy óceán vesz körül. Állítólag létezik a „halottak birodalma” a Földön belül. Az ég egy szilárd kupola, amely a föld felszínén nyugszik, és elválasztja az "alsó vizeket" (az óceánt, amely egy sziget körül folyik a földön) a "felső" (eső) vizektől. Mennyei testek csatlakoznak ehhez a kupolához; úgy tűnik, istenek élnek az ég felett. Az ókori egyiptomiak elképzelései szerint az Univerzum úgy néz ki, mint egy északról délre húzódó nagy völgy, amelynek közepén Egyiptom van. Az eget egy nagy vastetőhöz hasonlították, amely oszlopokra van támasztva, és lámpák formájában csillagokat akasztottak rá.

BAN BEN Ősi Kína volt egy olyan elképzelés, amely szerint a Föld lapos téglalap alakú, amely fölött egy kerek, domború égbolt támaszkodik oszlopokra. A feldühödött sárkány mintha meggörbítette volna a központi oszlopot, aminek következtében a Föld kelet felé billent. Ezért Kínában minden folyó kelet felé folyik. Az ég nyugat felé dőlt, így az összes égitest keletről nyugatra mozog.

A Kis-Ázsia (Iónia) nyugati partjain fekvő görög gyarmatokon, Dél-Olaszországban és Szicíliában a Kr.e. hetedik században megindult a tudomány, azon belül is a filozófia, mint természettan gyors fejlődése. Itt váltják fel a természeti jelenségek egyszerű szemlélését és naiv értelmezését a jelenségek tudományos magyarázatára és valódi okainak feltárására tett kísérletek. Az egyik kiemelkedő ókori görög gondolkodó volt Efézusi Hérakleitosz. Őt illetik ezek a szavak: „A világot, az egyiket sem az istenek, sem az emberek egyike sem teremtette, hanem örökké élő tűz volt, van és lesz, amely természetesen gyullad és természetesen kialszik...” Ugyanabban az időben Szamoszi Pythagoras azt a gondolatot fejezte ki, hogy a Földnek, más égitestekhez hasonlóan, golyó alakja van. Az univerzum Pythagoras számára koncentrikus, egymásba ágyazott átlátszó kristálygömbök formájában tűnt fel, amelyekhez a bolygók mintha hozzákapcsolódtak volna.

Heraclides Ponticusés Eudoxus of Cnidus a Kr.e. 4. században. azt állította, hogy az Univerzumban minden test a saját tengelye körül forog, és egy közös középpont (Föld) körül kering gömbökben, amelyek száma a különböző kozmogóniákban 30 és 55 között változott. Ennek a világképnek a csúcsát a rendszer jelentette. Claudius Ptolemaiosz(Kr. u. II. század).

Az Univerzum első tudományosan megalapozott modelljei Kopernikusz, Galilei és Newton felfedezései után jelentek meg. Először R. Descartes terjesztette elő az evolúciós örvény univerzum ötletét. Elmélete szerint minden kozmikus objektum elsődleges homogén anyagból jött létre örvénymozgások eredményeként. A Naprendszer Descartes szerint a kozmikus anyag egyik örvénye. I. Kant kidolgozta egy végtelen Univerzum ötletét, amely a vonzás és a taszítás mechanikus erőinek hatására alakult ki, és megpróbálta kitalálni egy ilyen univerzum további sorsát. A nagy francia matematikus, Laplace matematikailag írta le Kant hipotézisét.

I. Newton úgy vélte, hogy a gravitációs univerzum nem lehet véges, mivel ebben az esetben a gravitációs erők hatására az összes csillag, annak alkotóelemei a középpontban gyűlik össze. A megfigyelt ellentmondást az Univerzumban található végtelen számú csillaggal, valamint a világ térbeli és időbeli végtelenségével próbálta megmagyarázni. A kozmológia azonban paradoxonokkal találkozott.

Gravitációs paradoxon: Newton gravitációs koncepciója szerint a véges tömegsűrűségű végtelen Kozmosznak végtelen vonzáserőt kell biztosítania. A végtelenül növekvő gravitáció elkerülhetetlenül a kozmikus testek végtelen gyorsulásához és végtelen sebességéhez vezet. Következésképpen a testek sebességének növekednie kell a testek közötti távolság növekedésével. De ez nem történik meg, majd kiderül, hogy az Univerzum nem létezhet örökké.

A probléma megoldása során I. Kant arra a következtetésre jutott, hogy a Kozmosz nem statikus. A ködöket „világszigeteknek” nevezte. Lambert kidolgozta Kant elképzeléseit. Véleménye szerint a szigetek méretének növekedésével a köztük lévő távolság is nő, így a Kozmosz összereje véges marad. Ekkor a paradoxon megoldódik.

Fotometriai paradoxon (Olbers-paradoxon): egy végtelen számú csillaggal teli végtelen Univerzumnál az égboltnak egyenletesen fényesnek kell lennie. Valójában ilyen hatás nem figyelhető meg. 1823-ban Olbers kimutatta, hogy a távolabbi csillagok fényét elnyelő porfelhők maguk is felmelegednek, ezért fényt kell kibocsátaniuk. Ez a paradoxon a táguló Univerzum modelljének megalkotása után feloldódott.

A modern kozmológia Einstein általános relativitáselméletének megjelenése után keletkezett, ezért a klasszikus galilei és newtoni kozmológiával ellentétben relativisztikusnak nevezik. A kozmológia empirikus alapja az optikai és radaros csillagászati ​​megfigyelések. Az elemi részecskék felfedezése és viselkedésük vizsgálata a gyorsítókban az Univerzum fejlődésének kezdeti szakaszában fennálló körülményekhez közeli körülmények között segített megérteni, mi történt fejlődésének első pillanataiban.

Amikor Einstein az általános relativitáselméletén dolgozott, az univerzum nem olyan volt, mint most. A metagalaxist és tágulását még nem fedezték fel, ezért Einstein egy álló Univerzum ötletére támaszkodott, amely egyenletesen tele van állandó távolságban elhelyezkedő galaxisokkal. Ezután elkerülhetetlenül következett az a következtetés, hogy a világ a gravitáció hatására összenyomódik. Ez az eredmény ellentétes volt az általános relativitáselmélet következtetéseivel. Annak érdekében, hogy ne ütközzön az általánosan elfogadott világképpel, Einstein önkényesen új paramétert vezetett be az egyenleteibe - a kozmikus taszítást, amelyet a kozmológiai állandóval jellemeztek. A. Einstein feltételezte, hogy az Univerzum álló, végtelen, de nem határtalan. Vagyis gömbnek gondolták, folyamatosan növekvő térfogatú, de vannak határai.

Az egyetlen személy, aki 1922-ben hitt az általános relativitáselmélet következtetéseinek helyességében a kozmológiai problémákkal kapcsolatban, a fiatal szovjet fizikus, A. A. Friedman volt. Észrevette, hogy a relativitáselmélet magában foglalja a tér nem stacionárius görbületét.

Friedman modellje olyan elképzeléseken alapul az Univerzum izotróp, homogén és nem álló állapota.

Izotrópia azt jelzi, hogy az Univerzumban nincsenek különálló iránypontok, vagyis tulajdonságai nem függnek az iránytól.

Egyöntetűség Az univerzumot az anyag eloszlása ​​jellemzi benne. Ez az egyenletes anyageloszlás igazolható a galaxisok számának megszámlálásával egy adott látszólagos nagyságig. A megfigyelések szerint az általunk látott térrészben az anyag sűrűsége átlagosan azonos.

Nem stacionaritás azt jelenti, hogy az Univerzum nem lehet statikus, változatlan állapotban, hanem ki kell tágulnia vagy össze kell húzódnia

A modern kozmológiában ezt a három állítást nevezik kozmológiai posztulátumok. E posztulátumok kombinációja a kozmológiai alapelv. A kozmológiai elv közvetlenül következik az általános relativitáselmélet posztulátumaiból.

A. Friedman az általa felállított posztulátumok alapján megalkotta az Univerzum szerkezetének modelljét, amelyben minden galaxis távolodik egymástól. Ez a modell egy egyenletesen felfújódó gumilabdához hasonlít, melynek minden pontja eltávolodik egymástól. Bármely két pont távolsága növekszik, de egyiket sem nevezhetjük tágulási középpontnak. Sőt, minél nagyobb a távolság a pontok között, annál gyorsabban távolodnak el egymástól.

Maga Friedman az Univerzum szerkezetének csak egy modelljét vette figyelembe, amelyben a tér parabolatörvény szerint változik. Vagyis eleinte lassan kitágul, majd a gravitációs erők hatására a tágulást az eredeti méretre való összenyomás váltja fel. Követői kimutatták, hogy legalább három olyan modell létezik, amelyekre mindhárom kozmológiai posztulátum teljesül. A. Friedman parabolikus modellje az egyik lehetséges opció. A problémára egy kicsit más megoldást talált W. de Sitter holland csillagász. Az Univerzum tere modelljében hiperbolikus, vagyis az Univerzum tágulása növekvő gyorsulással megy végbe. A tágulási sebesség olyan nagy, hogy a gravitációs hatás nem zavarhatja ezt a folyamatot. Valójában megjósolta az Univerzum tágulását. Az Univerzum viselkedésének harmadik lehetőségét J. Lemaitre belga pap számította ki. Modelljében az Univerzum a végtelenségig tágul, de a tágulási sebesség folyamatosan csökken - ez a függés logaritmikus. Ebben az esetben a tágulási sebesség éppen elegendő ahhoz, hogy elkerüljük a nullára zsugorodást.

Az első modellben a tér ívelt és magára zárt. Ez egy gömb, ezért méretei végesek. A második modellben a tér másként görbült, hiperbolikus paraboloid (vagy nyereg) formájában, a tér végtelen. A harmadik, kritikus tágulási sebességű modellben a tér lapos, és ezért végtelen is.

Kezdetben ezeket a hipotéziseket incidensként fogták fel, többek között A. Einstein is. Azonban már 1926-ban korszakalkotó esemény történt a kozmológiában, amely megerősítette a Friedmann-De Sitter-Lemaître számítások helyességét. Egy ilyen esemény, amely az Univerzum összes létező modelljének felépítését befolyásolta, Edwin P. Hubble amerikai csillagász munkája volt. 1929-ben az akkori legnagyobb távcsővel végzett megfigyelések során megállapította, hogy a távoli galaxisokból a Földre érkező fény a spektrum hosszú hullámhosszú része felé tolódik el. Ezt a jelenséget az ún "Vöröseltolódás effektus" a híres fizikus, K. Doppler által felfedezett elven alapul. A Doppler-effektus azt mondja, hogy a megfigyelőhöz közeledő sugárforrás spektrumában a spektrumvonalak a rövidhullámú (ibolya) oldalra tolódnak el, a megfigyelőtől távolodó forrás spektrumában a spektrumvonalak a megfigyelő felé tolódnak el. vörös (hosszúhullámú) oldal.

A vöröseltolódási hatás azt jelzi, hogy a galaxisok távolodnak a megfigyelőtől. A híres Androméda-köd és számos hozzánk legközelebbi csillagrendszer kivételével az összes többi galaxis távolodik tőlünk. Sőt, az is kiderült, hogy a galaxisok tágulási sebessége nem egyforma az Univerzum különböző részein. Minél távolabb helyezkednek el, annál gyorsabban távolodnak el tőlünk. Más szavakkal, a vöröseltolódási érték arányosnak bizonyult a sugárforrás távolságával- ez a nyílt Hubble törvény szigorú megfogalmazása. A galaxisok eltávolításának sebessége és a távolság közötti természetes összefüggést a Hubble-állandó segítségével írjuk le ( N , km/sec 1 távolságonként).

V = Hr , Ahol V - a galaxisok eltávolításának sebessége, r - a köztük lévő távolság.

Ennek az állandónak az értékét még nem határozták meg véglegesen. Különböző tudósok 80 ± 17 km/s tartományban határozzák meg minden megaparsec távolságra.

A vöröseltolódás jelenségét a jelenségben magyarázták "galaxis recesszió". E tekintetben előtérbe kerülnek az Univerzum tágulásának tanulmányozásának és korának e tágulás időtartama alapján történő meghatározásának problémái.

Az Univerzum evolúciójának mindhárom modellje szerint volt kiindulópontja - egy állapot, amelyet az idő nulla pillanata jellemez. Az anyag kezdeti halmazállapota egy bizonyos szupersűrű állapot volt, amelyet instabilitás jellemez, ami a pusztulásához vezetett. Ennek eredményeként az Univerzum anyaga gyorsan szétrepülni kezdett. Ma már tudjuk, hogy minden életmilliárd év után az Univerzum 5-10%-kal tágul. A Hubble-állandó legvalószínűbb, 80 km/s-os értéke 13-17 milliárd éves tágulási időt ad nekünk. 2002-ben az Univerzum jelenlegi állapotának számítógépes modelljét használva olyan eredmények születtek, amelyek megadták nekünk a világegyetem élettartamát. 13,7 milliárd év.

A további evolúció mechanizmusa a benne lévő anyag átlagos sűrűségétől függ. Egy anyag kritikus sűrűsége 3 hidrogénatom/1 m3 tér értéknek felel meg. Az Univerzumban lévő anyagsűrűség jelenlegi értékének bizonytalansága azonban nagyon nagy. Ha összeadjuk az összes jelenleg ismert galaxis és a csillagközi gáz tömegét, akkor a ρ = 0,3 atomnyi H értéket kapjuk, vagyis egy nagyságrenddel kisebb a kritikus értéknél. Ennek megfelelően az Univerzum örökké tágulhat.

Van azonban az úgynevezett rejtett tömegprobléma. Talán a tudósok nem ismerik az Univerzum összes anyagát. A legfrissebb adatok szerint az Univerzum megfigyelt tömege mindössze 5-10% a teljes anyagtömeghez viszonyítva. Ha ez az eredmény beigazolódik, az Univerzum evolúciója más utat járhat be. Különféle kozmikus objektumok állítják magukat az Univerzum rejtett tömeghordozóinak. A mi és a többi galaxisban nagy mennyiségű sötét anyag található, amely közvetlenül nem látható, de létezését a csillagok pályáján kifejtett gravitációs hatásáról ismerjük fel. Ráadásul a galaxishalmazok még nagyobb mennyiségben tartalmaznak ilyen anyagot. Ez az anyag egy vákuumkvantummechanikai szerkezet. A rejtett tömeg 75%-át teszi ki.

A neutrínók, az univerzum fejlődésének korai szakaszában keletkezett részecskék rejtett tömeg hordozóinak vallhatják magukat. Mint az elmúlt 3 évben ismertté vált, a neutrínóknak van tömege, így részt vehetnek a gravitációs kölcsönhatások kialakulásában.

Ugyanerre a szerepre néhány egzotikus objektum, például fekete lyukak pályázhatnak – pontméretű és hatalmas tömegű objektumok, amelyeket az univerzum nagy mennyiségben tartalmaz, térbeli húrobjektumok stb.

Számos tudós szerint a rejtett anyag 20%-át „tükörrészecskék” képviselik, amelyek a számunkra láthatatlan „tükörvilágot” alkotják, amely áthatja Univerzumunkat. Van elég hipotézis ebben a kérdésben, de ezek megerősítése vagy cáfolata a jövő dolga.

Ha beigazolódnak a tudósok feltevései az Univerzumban lévő ismeretlen anyagtömegről, akkor annak evolúciója követheti a Friedman-modellben javasolt utat, vagy a Pulsating Universe séma szerint. Ebben a modellben az Univerzum végtelenül sok oszcilláción megy keresztül, vagyis minden életciklus végén ponttérfogattal és végtelenül nagy sűrűséggel tér vissza eredeti állapotába.

A modern kozmológia nagyon fontos problémája Univerzumunk létezésének kezdeti pillanatai. A probléma megoldására tett sikeres kísérlet egy amerikai asztrofizikus nevéhez fűződik Georgij Antonovics Gamov, aki 1942-ben javasolta az Univerzum „Ősrobbanás” révén történő fejlődésének koncepcióját. A koncepció készítőjének fő célja az volt, hogy a kozmológiai tágulás kezdetén lezajló magreakciókat figyelembe véve megkapjuk a korunkban megfigyelhető különböző kémiai elemek mennyiségei és izotópjaik közötti összefüggéseket. A Forró Univerzum és az Ősrobbanás elmélete bizonyos előrejelzéseket ad az Univerzumban lévő anyag állapotáról élete első pillanataiban.

A kezdeti pillanatban az Univerzum egy minimális térfogatban koncentrálódott, amely milliárdszor kisebb volt, mint egy tű feje. És ha pontosan követi a matematikai számításokat, akkor a tágulás kezdetén az Univerzum sugara teljesen egyenlő volt nullával, sűrűsége pedig a végtelennel. Ezt a kezdeti állapotot ún szingularitás– végtelen sűrűségű ponttérfogat. A fizika ismert törvényei nem szingularitásban érvényesek. Becslések szerint ez 13,7 milliárd évvel ezelőtt történt.

A szingularitás állapotában a tér és az idő görbülete végtelenné válik, és ezek a fogalmak maguk is értelmüket vesztik. Nemcsak a tér-idő kontinuum lezárása van, amint az az általános relativitáselméletből következik, hanem annak teljes megsemmisülése

Az ilyen kezdeti állapot kialakulásának okait, valamint az anyag jelenlétének természetét ebben az állapotban ismeretlennek tekintik, és túlmutatnak minden modern fizikai elmélet hatókörén. Azt sem tudni, mi történt a robbanás előtt. Sokáig semmit sem lehetett mondani az Ősrobbanás okairól vagy az Univerzum tágulására való átmenetről, mára azonban megjelentek olyan hipotézisek, amelyek megpróbálják megmagyarázni ezeket a folyamatokat.

Tehát a „kezdet” előtti kezdeti állapotnak olyan tulajdonságai vannak, amelyek túlmutatnak a mai tudományos fogalmakon. Mindent megsértettek benne, ami számunkra ismerős: az anyag formái, a viselkedésüket szabályozó törvények, a tér-idő kontinuum. Ezt az állapotot nevezhetjük káosz, amelyből a későbbi rendszerfejlesztés során lépésről lépésre kialakult rendelés. A káosz instabilnak bizonyult, ez volt a kezdeti lendület az Univerzum későbbi fejlődéséhez.

A „kezdet” extrém körülményei, amikor még a téridő is deformálódott, arra utalnak, hogy a vákuum is különleges állapotban volt, amit ún. "hamis" vákuum. Ezt az állapotot rendkívül nagy sűrűségű energia jellemzi, amely megfelel az anyag rendkívül nagy sűrűségének. Ebben az anyagállapotban erős feszültségek keletkezhetnek benne, amelyek egyenértékűek egy ilyen erő gravitációs taszításával, amely ellenőrizetlen és gyors tágulást okozott. Ez volt az első lökés – a kezdet. Az Univerzum gyors tágulásának kezdetével megjelenik az idő és a tér.

Alan Guth amerikai matematikus hipotézise szerint az Univerzum az idők első pillanataiban egyre nagyobb sebességgel tágult. Ezt a kiterjesztést hívják duzzad. Különböző becslések szerint az inflációs időszak elképzelhetetlenül rövid ideig tart - akár 10-39 másodpercig a kezdés után. Ezt az időszakot ún inflációs. Ezalatt az Univerzumnak sikerült felfújnia egy óriási „buborékot”, amelynek sugara több nagyságrenddel nagyobb volt, mint a modern Univerzum sugara, de gyakorlatilag nem voltak benne anyagrészecskék. Az inflációs fázis végére az Univerzum üres és hideg volt. Sőt, lokális inhomogenitások is kialakultak benne, amelyek aztán az Univerzum további tágulásával kisimultak. Ezután az Univerzumot ilyen instabil állapotban tartó erők egyensúlya megbomlott, és egy „hamis” vákuumban energiahullám keletkezett. Amikor ez a vákuumállapot lebomlott, energiája sugárzás formájában szabadult fel, ami 1027°K-ra hevítette az Univerzumot. Ettől a pillanattól kezdve az Univerzum a forró ősrobbanás elmélete szerint fejlődött.

Ultramagas hőmérsékleten és sűrűségen még az általános relativitáselmélet sem alkalmazható, mivel nem veszi figyelembe az abban a pillanatban uralkodó kvantumhatásokat. Lehetséges, hogy ebben az időszakban a gravitációs mező kvantumai - gravitonok - keletkezhetnek.

Ebben a szakaszban a részecskék és a sugárzáskvantumok kölcsönös átalakulása történhetett. Vagyis a sugárzás és az anyag még mindig elválaszthatatlan egymástól. A kölcsönhatás mindhárom típusa – erős, gyenge és elektromágneses – még nem különbözik egymástól, és egyetlen kölcsönhatás különböző formái. A fizikusok ezt a fázist nevezik A NAGY EGYESÜLÉS KORSZAKA.

A gammasugárzás két kvantumából elektron-pozitron párok keletkeznek.

Ez egy ma már jól ismert folyamat:

g + g ó e + + e -

Amikor a hőmérséklet valamelyest csökkent, az elektron-pozitron párok megsemmisülni kezdtek. Amikor minden ilyen pár megsemmisül, két nagy energiájú foton szabadul fel, azaz gamma-sugárzás. Hatalmas átütő erejük van.

Minél nagyobb a kvantum energiája, annál nagyobb tömegű részecskék képződhetnek kölcsönhatás eredményeként.

A modern fizikai elmélet szerint a korai Univerzumban olyan egyedi körülményeknek kellett létezniük, amelyek hozzájárultak a megjelenéshez kvarkokÉs antik az Univerzum ezen elsődleges építőköveiben. Ebben a pillanatban a kvarkok vagy szabad állapotban lehetnek, vagy kvark-gluon sugarak formájában létezhetnek.

Egy ezredmásodpercnél rövidebb idő alatt a hőmérséklet olyan magas volt, hogy erős kölcsönhatások domináltak. Ennek eredményeként a hadron osztály nehéz részecskéi keletkeztek kvarkokból - mezonokÉs antimezonok, protonokÉs antiprotonok, valamint néhány egzotikus faj nukleáris részecskék, például hiperonok. A nukleáris részecskék születési folyamata hatással volt legmagasabb fokozat stabilizáló hatása. A kezdeti anizotrópia gyorsan kisimult, ennek eredményeként az Univerzum izotróp lett és sugárzással telt meg.

Ahogy a hőmérséklet néhány mikromásodperccel az ősrobbanás után lecsökkent, hadronpárok, nehéz elemi részecskék szinte teljesen megsemmisültek. A hadron korszak, amikor az erős kölcsönhatások domináltak, véget ért.

Aztán jött a gyenge interakciók időszaka. A gyenge kölcsönhatások következtében a hadronkorszak után megmaradt szabad neutronok elektronokká és protonokká, a mezonok müonokká és antineutrínókká bomlása következett be.

n° → p + + ē + ν

p + + ē → n° + νˉ

Ebben az időben történik a formáció neutrinoÉs antineutrínó. Ezek a részecskék a leptonok osztályába tartoznak, ennek megfelelően megkezdődött a leptonikus korszak az Univerzumban. A leptonikus korszakban az Univerzum fotonokból, neutrínókból és antineutrínókból áll. H 0,2 másodperccel a szingularitás után a neutrínó elválik az anyagtól. Ezek a részecskék óriási sebességgel szóródnak szét az Univerzum teljes terében.

A korszak elején rövid ideig elektron-pozitron párok is jelen vannak. Egy másodperccel az ősrobbanás után megváltoznak a körülmények. A hőmérséklet 10 milliárd K alá csökken, és az elektron-pozitron párok megsemmisülnek. A neutrontermelés reakciói leállnak. Ebben az időszakban az Univerzumban minden hat protonra jut egy neutron (ez az arány a mai napig megmaradt az Univerzumban).

Ekkor olyan események következnek be, amelyekben a neutron aktívan részt vesz. A szintézis folyamata folyamatban van nehéz elemek könnyebbek közül. Ezt a folyamatot termonukleáris fúziónak nevezik.

Amikor az Univerzum hőmérséklete 1 milliárd K-re csökken, fúziós reakciók indulnak meg.

Ezen a hőmérsékleten a protonok és neutronok energiája már nem elég ahhoz, hogy ellenálljon az erős nukleáris kölcsönhatásnak. Elkezdenek egyesülni egymással. Először egy neutront fog be egy proton, és egy deutériummag keletkezik. A deutérium könnyen elnyeli a neutronokat. A következő szakaszban trícium képződik, végül a trícium reakcióba lép egy protonnal, és héliummag képződik. Majdnem minden neutron héliummagba kötődik. A termonukleáris fúzió eredményeként az Univerzumban 25 tömeg% hélium keletkezett, az anyag többi része szabad protonokból állt. Az Ősrobbanás héliumot hozott létre. A hidrogénnek és a héliumnak ilyen aránya az univerzumban (75%:25%) csak a leírt körülmények között jöhetett létre. arról beszélünk. A körülmények bármilyen változása az Univerzumban ezen elemek eltérő arányát eredményezi. Ezután a hőmérséklet csökkent, és a nehezebb magok további fúziója megszűnt. Nagyon kis mennyiségű lítium és berillium magok keletkeztek.

Néhány órával az ősrobbanás után az atommagok képződése leállt. Ebben az időszakban minden anyag plazma formájában van - egyfajta köztes állapot. 10 000 év elteltével körülbelül 3 ezer K-re hűlt le, a protonok (hidrogénatommagok) és a héliumatomok magjai már könnyen be tudták fogni a szabad elektronokat, és ezekből az elemekből semleges atomokká alakultak. A plazma semlegessé vált. Ebben a pillanatban a sugárzás elvált az atomi anyagtól, és kialakult az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. Most az ég minden pontjáról érkezik, és nem kapcsolódik egyetlen forráshoz sem. Ez a tény volt az egyik érv, amely megerősítette, hogy az ősrobbanás megtörtént. Ezt az időszakot ún az anyag sugárzástól való elválasztásának időszaka.

Mivel a semleges anyag sokkal gyengébb sugárzással lép kölcsönhatásba, mint a teljesen ionizált anyag, ennek a „reliktum” (maradék) sugárzásnak a kvantumainak úthossza meghaladta az Univerzum méretét. A „rekombináció korszakától” kezdve a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és az anyag egymástól függetlenül fejlődik. A Doppler-effektus a táguló Univerzumban a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás megfigyelt frekvenciájának és ennek megfelelően a spektrum alakját meghatározó hőmérséklet csökkenéséhez vezet. Jelenleg a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérséklete 2,7 K, és rádióhullámok formájában figyelhető meg centiméter és milliméter tartományban. Hangsúlyozni kell: a CMB az egyetlen közvetlen információforrás az Univerzum szerkezetéről a rekombináció korában, 10-12 milliárd évvel ezelőtt.

A következő 300 ezer évben az Univerzum tágulása anélkül ment végbe, hogy összetételében és tulajdonságaiban jelentős változás következett be. Az Univerzum tágulásának csendes fázisára vonatkozó következtetés a jelenlegi homogén és izotróp állapotából következik.

Ahogy az Univerzum tágul, a háttérsugárzás áthaladt a teljes spektrumon, a gamma-sugárzástól a röntgensugárzás felé, majd az ultraibolya, optikai és infravörös felé. Végül a foton energiája a rádióhullámok tartományának megfelelő értékre csökkent. Egy adott időpillanatban a sugárzási spektrumot az Univerzum hőmérséklete határozta meg. Az Univerzumban a sugárzás természete nem változott, fokozatosan az alacsonyabb hőmérséklet felé tolódott el.

Ennek az időszaknak a legfontosabb eredménye az volt, hogy minden elektron kötöttnek bizonyult, és az Univerzum átlátszóvá vált. Ettől kezdve a fotonok szóródás nélkül haladhatnak előre.

Az anyagnak a sugárzástól való elválasztása után az anyag a sugárzáshoz képest meglehetősen gyorsan lehűl. A termodinamika törvényei szerint, amikor egy gáz tágul, a hőmérséklet csökkenésének sebessége kétszerese a tágulási sebességnek. A sugárzási hőmérséklet viszont csak lineárisan csökken a rendszer tágulásával. Ebben az esetben a fotonok kevesebb energiát veszítenek a tágulás során, mint a lassan mozgó részecskék. A modern Univerzumban a megmaradt anyag gyakorlatilag elvesztette teljes hőmérsékletét, ami mindössze 3°K.

Abban az időszakban, amikor a hőmérséklet elérte a 3000°K értéket, lehetővé vált nehezebb elemek szintetizálása az Univerzumban.

A bizonytalansági elv miatt a táguló Univerzumban véletlenszerű anyagtömörödések, úgynevezett sűrűség-ingadozások keletkeznek és alakulnak ki. Modern fizikai tudomány nem talál kellően ésszerű magyarázatot az ilyen ingadozások előfordulására. Minden feltételezés előzetes és tisztázást igényel. Az egyik feltételezés a neutrínók részvételén alapul ebben a folyamatban.

Míg a neutrínók C-hoz közeli sebességgel mozogtak, ingadozásaik gyorsan szertefoszlottak. Azonban több százezer év után sebességüknek nagymértékben le kell lassulniuk. Egy bizonyos pillanattól kezdve a neutrínók nagy koncentrációja már nem oszlik el, és az Univerzum első szerkezeti kialakulásához vezet. Ezek a képződmények anyagból állnak, és a neutrínók játsszák ezeknek az óriási koncentrációknak a vonzási központjait.

A táguló Univerzumban ezeknek a régióknak a megjelenése lassan változó zavarok fokozatos kialakulásához vezet. Ezek a tömörödések az anyag sugárzástól való elválasztásának időszakában keletkeztek. Fokozatosan növekedtek a tömörödések, és gravitációs kölcsönhatások alakultak ki bennük. Ennek eredményeként ezek a régiók leállnak bővülni és összeomlanak, ami protogalaxisok kialakulásához vezet. Az ilyen tömörödések megjelenése a kezdete volt a nagyméretű struktúrák születésének az Univerzumban. A számítások szerint ezekből a páralecsapódásokból egyszerű palacsintára emlékeztető képződményeknek kellett volna keletkezniük.

A hidrogén-hélium plazma „palacsintává” való összenyomása elkerülhetetlenül a hőmérsékletük jelentős emelkedéséhez vezetett. Az Univerzum tágulásával a nagy „palacsinta” összenyomódása is instabilitását idézte elő, és kisebb alrendszerekre bomlott fel, amelyek galaxisok embriói lettek. A kritikus tömeg, amelynél ezek a folyamatok végbementek, 100 milliárd naptömeg volt, a felhő kiterjedése 150 000 fényév volt.

A tömörítés után a protogalaktikus felhő már nem maradhatott homogén és gömbszimmetrikus. A gravitáció felülkerekedik a nyomóerőkön. A felhőben lévő anyag tömörítési sebessége jelentősen meghaladta a hangsebességet. A gázfelhő ilyen összenyomásakor elkerülhetetlenül turbulens áramlások keletkeznek. Kis inhomogenitások nőnek egy nagy felhő összetételében. A gázfeldarabolódás folyamata véletlenszerűen elosztva megy végbe a teljes térfogatban. Ennek a folyamatnak az eredménye a létező galaxisok méretű töredékei. A galaxisok mérete meglehetősen hasonló, átlagosan körülbelül 30 000 fényév. Csak a szabálytalan galaxisok bizonyulnak valamivel kisebbnek, mint a közönséges galaxisok.

Ha magas hőmérsékleten felhő képződik, a sugárzás szabadon távozik belőle, és elkezd lehűlni. A töredék gyors lehűlése elősegíti további töredezését, melynek során elkezdenek kialakulni az elsődleges csillagok. Eljövetel CSILLAGKÉPZÉSI FÁZIS.

Az így létrejövő galaxisok nem véletlenszerűen oszlanak el az Univerzum terében. Eloszlásuk természetét galaxiskorrelációnak nevezzük. A galaxisok először egy protogalaktikus felhőből alakulnak ki, majd fokozatosan csoportosulnak. A struktúra kialakulásának hierarchiája a szegény halmazokon belüli galaxiscsoportokat foglalja magában, amelyek aztán gazdag halmazok részévé válnak. Valószínűleg a kezdeti eloszlásuk véletlenszerű volt, majd a gravitációs erők léptek működésbe, ami a galaxisok nagy halmazokba tömörüléséhez vezetett.

Érdekesnek tűnik nyomon követni az Univerzum számunkra látható részének - a Metagalaxis - szerkezetét. A metagalaxis a miénkhez hasonló óriási csillagrendszerekből áll - galaxisokból. Csak három ilyen objektum látható az égen szabad szemmel halványan világító elmosódott foltként - ezek a Nagy és Kis Magellán-felhők (a déli féltekén) és az Androméda-köd. Sok millió más galaxist csak erős távcsövekkel lehet látni. Több száz galaxist alaposan tanulmányoztak. Több ezerre spektrumot vettek és meghatározták a szórást, több tízezerre pedig magnitúdóbecslést adtak, szögtávolság, a megjelenés jellemzőit ismertetjük. Minden galaxist besoroltak és a megfelelő megnevezések alatt helyeznek el a katalógusokban. Például az Androméda-köd az M31 nevet kapta.

E. Hubble a galaxisok tanulmányozásának és osztályozásának problémájával foglalkozott. Által kinézetés a fényességeloszlás természete miatt az összes galaxist elliptikusra, spirálra, lencse alakúra és szabálytalanra osztotta.

Elliptikus - ellipszoid alakúak a térben, különböző fokú tömörítéssel. Némelyikük szinte tökéletes gömb alakú (1. ábra E0–E4), van, amelyik erősen lapított és lencseszerű. Ezek lencse alakú galaxisok (1. ábra E5 - E7). Magjuk nincs, fényességük fokozatosan növekszik a perifériától a középpont felé. Nincs belső szerkezet. Szinte mindegyiknél a vörös szín dominál a spektrumban.

Spirális galaxisok(S0 – Sс – Sвс) - a leggyakoribb. Tipikus képviselője a mi galaxisunk. Ellentétben az ellipszis alakúakkal, központi magjuk van, és spirálkarok alakúak. A bennük lévő anyag nemcsak azokban van jelen spirális ágak, hanem köztük is. A legfényesebb forró csillagok, a fiatal csillaghalmazok és a világító gázködök a karokban koncentrálódnak. Mindegyikben van egy központi csillagkorong, egy kis lencse alakú galaxishoz hasonló gömb alakú komponens és egy lapos komponens vagy karok.

Szabálytalan galaxisok aszimmetrikus megjelenésűek, forró csillagokat, fiatal csillagképződményeket és nagy mennyiségű csillagközi gázt tartalmaznak. Pontosan ilyennek bizonyultak a hozzánk legközelebb eső galaxisok, a Magellán-felhők. Az ilyen típusú galaxisokban fedeznek fel érdekes égi jelenségeket - szupernóva-robbanásokat stb.

Az összes galaxis nem véletlenül van szétszórva a Metagalaxisban, hanem egy szabálytalan hálózat csomópontjain található, amely egy méhkas méhsejtjére emlékeztet. Ezek között a csomópontok között gyakorlatilag nincsenek galaxisok.

A galaxisok - ezek a csillagrendszerek és a hozzájuk kapcsolódó csillagközi közegek - ritka gázok szilárd porszemcsék kis keverékével. A galaxisok átmérője 50-70 kiloparszek vagy több. Találkozz és törpe rendszerek, amelynek méretei egy nagyságrenddel kisebbek. Minden galaxis meglehetősen intenzív rádiósugárzással rendelkezik.

A világűrben rendellenes tulajdonságokkal rendelkező galaxisok vannak.

Rádiógalaxisok. A hatalmas ellipszis alakú galaxisok közé tartoznak, és rendellenesen magas rádiósugárzással rendelkeznek - több tízezerszer magasabb, mint a normál galaxisok. A sugárzási mechanizmus a mágneses térben mozgó nagyméretű részecskefelhők kibocsátásához kapcsolódik. Ezen galaxisok egyike a Centaurus csillagképben található. Összesen mintegy 500 ilyen tárgyat fedeztek fel.

kvazárok. 1963-ban nyíltak meg erős források rádiósugárzás, amelyeket kvázi csillagoknak vagy kvazároknak neveztek. Az általuk kibocsátott teljesítmény százszor és ezerszer nagyobb, mint a közönséges galaxisoké. Mintegy 1500 ilyen objektum ismert. A kvazárok számos jellemzője összekapcsolja őket a galaxismagokkal - tömörség, a sugárzás változékonysága, a spektrum nem termikus jellege. Funkció spektrumok - bennük a vöröseltolódás eléri maximális méretét. Valószínűleg ezek a tőlünk legtávolabbi objektumok, amelyek C-hez közeli sebességgel repülnek el.

A kvazáröv 600 megaparszek távolságra található Tejút. Tovább és közelebb gyakorlatilag hiányoznak. Valószínűleg kialakulásuk az Univerzum fejlődésének egy bizonyos időszakára korlátozódott. Ezek a galaxisok magjai, amelyek fejlődésük bizonyos szakaszában vannak.

Az Univerzum jelenlegi állapota még mindig nagyon rosszul ismert. A kérdésre azonban valószínűleg már megvan a válasz: Mi az modern forma világegyetem?

A hosszú távú megfigyelések kimutatták, hogy az Univerzum számos olyan fizikai tulajdonsággal rendelkezik, amelyek élesen csökkentik az alakja lehetséges jelöltek számát. Az Univerzum topológiájának egyik fő tulajdonsága pedig a görbülete. A jelenleg elfogadott koncepció szerint körülbelül 300 ezer évvel az Ősrobbanás után az Univerzum hőmérséklete olyan szintre esett vissza, amely elegendő volt ahhoz, hogy az elektronok és protonok az első atomokká egyesüljenek, amikor ez megtörtént, a töltött részecskék által kezdetben szétszórt sugárzás hirtelen akadálytalanul képes áthaladni a táguló Univerzumon. Ez a sugárzás, amelyet ma kozmikus mikrohullámú háttérként vagy kozmikus mikrohullámú háttérként ismerünk, rendkívül homogén, és csak nagyon gyenge intenzitású eltéréseket (ingadozásokat) mutat az átlagos értéktől. Ilyen homogenitás csak az Univerzumban létezhet, amelynek görbülete mindenhol állandó.

A görbület állandósága azt jelenti, hogy az Univerzum tere három lehetséges geometria egyikével rendelkezik: lapos euklideszi gömb alakú pozitív görbülettel vagy hiperbolikus negatív görbülettel.

A 19. század első felében Carl Friedrich Gauss német matematikus arra a kérdésre kereste a választ: vajon a Föld gömbtere felett áthaladó fénysugarak pályái meghajlanak? Kiderült, hogy kis léptékben (csillagászati ​​mércével mérve) az Univerzum euklidesziként jelenik meg. A közelmúltban végzett tanulmányok, amelyekben az Antarktisz felett repült nagy magasságú léggömböket alkalmazták, szintén ezt a következtetést támasztják alá. A CMB szögteljesítmény-spektrumának mérése során egy csúcsot észleltek, ami a kutatók szerint csak a hideg fekete anyag - viszonylag nagy, lassan mozgó objektumok - létezésével magyarázható pontosan az Euklideszi Univerzumban. Vagyis a tudósok egészen magabiztosan állítják, hogy Univerzumunk terét az euklideszi geometriával kell kielégítően leírni. háromdimenziós tér nagyon kicsi görbület

Egészen a közelmúltig a teoretikusok az Univerzum további fejlődésének minden lehetséges lehetőségét mérlegelték: végtelen tágulás, tömörítés, álló állapot.

Azt a következtetést tartották a legfontosabbnak, hogy Univerzumunk örökre tágulni fog, egyre növekvő ütemben tudományos felfedezés csillagászatban az elmúlt 3 évben.

A csillagászok két csoportja, gondosan tanulmányozva a legtávolabbi csillagokból hozzánk érkező fényt, arra a következtetésre jutott, hogy az Univerzumban az anyag egyre gyorsabban repül el. Ráadásul ez a terjeszkedés örökké folytatódni fog. A munkában a washingtoni, seattle-i egyetem és a kaliforniai Berkeley National Laboratory amerikai csillagászai vettek részt. Eredményüket később más csoportok is megerősítették. Az elmúlt évszázadban először fogalmaztak meg egyértelmű nyilatkozatot az Univerzum kísérleti alapon történő fejlődésének forgatókönyvéről. A kapott eredmény feleleveníti a század elején nagyon népszerű (Albert Einstein által aktívan cáfolt) elképzelést, hogy az anyagtömegek között van egy taszító erő, amely ellen dolgozik. gravitációs erő vonzerő. Egy ilyen erő jelenléte segíthet megmagyarázni az Univerzum nyílt tágulását.

Mi vár egy ilyen Univerzumra a jövőben? A tér tágulásával az anyag egyre ritkább lesz, a galaxisok és halmazaik távolodnak egymástól, és a háttérsugárzás hőmérséklete megközelíti az abszolút nullát. Idővel minden csillag befejezi életciklusát, és vagy fehér törpévé vagy neutroncsillagok, vagy fekete lyukakba. A világító anyag korszaka véget ér, és az univerzum elsötétül. Jönni fog az univerzum hőhalála, amelyet Clausius és Helmholtz jósolt meg a 19. század közepén.

S. Hawking angol asztrofizikus által kidolgozott elmélet szerint a fekete lyukak elnyelik az univerzum maradék anyagát. Maguk is lassan elpárolognak, és elemi részecskék áramlását bocsátják ki az űrbe. 10-66 év múlva elkezdenek felrobbanni, és részecskék, antirészecskék és sugárzások áramlását bocsátják ki az űrbe. A részecskék antirészecskékkel megsemmisülnek, és a sugárzás egyenletesen szóródik a térben. Ez egy teljesen rendezetlen állapot lesz, maximális entrópiával.