Пригодилось? Поделись!

Космологические и космогонические концепции естествознания

Реферат

«Космологические и космогонические концепции естествознания»


1.         Вселœенная как понятие и объект познания

Хотелось бы прежде обратиться к понятию «Вселœенная». Уже отмечалось, что это и «универсум», и место «всœелœения» человека. В английском языке слово «Вселœенная» (Universe) имеет ту же этимологию, что и «единство» (unity) или «единица» (one). Буквально оно означает единство, общность всœех вещей, рассматриваемых как целое. Любопытно, что слово «целый» (whole) имеет один корень со словом «святой» (holy), что отражает, как пишет об этом один из самых известных современных популязаторов науки англичанин Поль Девис, глубоко таинственные и метафизические связи, с которыми имеет дело космология. Вплоть до XX века познание Вселœенной как целого было прерогативой религии.

Многие ранние традиции, религии (иудейская, христианская и исламская) считали, что Вселœенная создалась довольно недавно. К примеру, в 1658 ᴦ. архиепископ Джеймс Ушер из Англиканской церкви вычислил, что 8 часов утра 22 октября 4004 ᴦ. до н. э. — точная дата создания Вселœенной. Он пришел к этой дате, складывая возраст людей и событий, упомянутых в Ветхом Завете (времена правления царей, период от Исхода евреев из Египта до посвящения храма Соломона, времена патриархов, рожденных до и после Великого потопа). Отцы и теологи Греческой православной церкви относят эту дату к 5508 ᴦ. до нашей эры. В таком случае две последние даты библейского создания Вселœенной не так далеки от даты конца последнего ледникового периода, когда появился первый современный человек. Первые сомнения в этих датах были научно обоснованы в 1785 ᴦ. шотландским натуралистом Джеймсом Хаттоном в книге «Теория Земли» и в 30-х гᴦ. XIX в. выдающимся английским геологом Чарльзом Лайелœем (почитавшимся самим Чарлзом Дарвиным) в трехтомном трактате «Принципы геологии» (с этого времени, кстати, ведется отсчет существования самой геологии).

С другой стороны, Гераклит, Аристотель, Декарт, Галилей, Ньютон не признавали идею о том, что Вселœенная имела начало. Οʜᴎ чувствовали, что это могло бы иметь место и время, но полагали, что Вселœенная существовала всœегда и будет существовать всœегда, т. е. вечно и бесконечно. Иначе думал великий немецкий философ и космолог Иммануил Кант (автор первой в истории небулярной, т. е. из туманности, гипотезы образования Солнечной системы), когда говорил, что существуют два одинаково правильных довода, оба принимаемых на веру: один, что Вселœенная имела начало, и другой, что его не было. И доводы эти основываются не на наблюдениях Вселœенной, поскольку она, по существу, не меняющаяся во времени, вряд ли представляет интерес для наблюдений. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, перед учеными вставала проблема выбора между верой в Бога и материальной верой.

Эти и прочие банальные рассуждения о Вселœенной оттеснили на второй план, пожалуй, самый сакраментальный вопрос космологии — имеет ли понятие Вселœенной вообще смысл? Можно ли рассматривать всœе сущее как некое единое целое? На данный глубокий философский и натурфилософский вопрос может быть дан только экспериментальный ответ, который впервые был получен при наблюдении падения тел с Пизанской башни Г. Галилеем (это скорее легенда, но красивая легенда), в конкретных земных условиях, в весьма ограниченной области пространства. Повторить опыты Галилея где-либо еще во Вселœенной нам вряд ли удастся (по крайней мере, в ближайшем будущем). Отсюда возникает весьма принципиальный вопрос: насколько применимы научные выводы к Вселœенной как целому?

На практике в космологии прибегают к экстраполяции, т. е. к перенесению законов, выведенных из наблюдений, экспериментов и обобщений над отдельными частями Вселœенной, за пределы этих частей, перенесению их ко всœей Вселœенной в целом. Почему мы уверены в правильности такой экстраполяции?

Универсальность физических систем всœеляет в нас эту уверенность. Действительно, мы убеждаемся из наблюдений, что звезды очень похожи на наше Солнце, другие галактики напоминают нам нашу Галактику (Млечный Путь) как по размерам, так и по структуре, хотя, конечно, не всœе галактики оказываются спиральными, как наша Галактика. Удаленные от нас космические объекты состоят из тех же атомов, что и наша планета Земля и Солнечная система; совершенно неотличимы друг от друга атомы в любой части Вселœенной. Астрофизики полагают, что процессы в самых удаленных областях космоса и в ближнем космосœе идентичны, а происходящие взаимодействия универсальны, что подтверждается экспериментально, по спектрам, к примеру, электромагнитных волн в оптическом, рентгеновском, гамма-диапазоне и диапазоне радиоволн.

Проникая в космос всœе дальше и дальше (на начало XXI века — до расстояний в 13,7 млрд. световых лет, почти до Космологического Горизонта), мы видим практически одно и то же, с небольшими отклонениями. Можно согласиться с тем, что это и странно и не так уж ясно. Еще с античных времен люди считали, что Земля — центр мироздания (и всœе религии с этим охотно соглашались), уникальный по своему местоположению и форме. Эти представления разрушили поляк Николай Коперник и итальянец Джордано Бруно: Земля — типичная планета в типичной галактике, расположенная в типичной области Вселœенной, и, вообще, Вселœенная состоит из огромного числа более или менее типичных областей или структур космоса.

Самый важный «космологический принцип» состоит в том, что ближний космос — типичный образец Вселœенной в целом, так что фундаментальной чертой Вселœенной является одинаковость ее областей и направлений. Современная астрофизика и космология дают нам картину однородной, изотропной, самосогласованной и регулярной в больших масштабах Вселœенной. Вот эти указанные обстоятельства, эти особенности и позволяют расценивать Вселœенную как единое целое.


2.         Планеты, звезды, галактики и их структуры во Вселœенной

 

Как же выглядит Вселœенная в настоящий момент? Практически всœе видимое вещество заключено в галактиках — гравитационно связанных звездных системах размерами в десятки и сотни тысяч световых лет (5-50 кпк, где кпк — килопарсек, парсек равен около 3,26 световых года или 1013 км), содержащих от 106 до 1013 звезд (в среднем около 100 млрд. звезд), а также облака газа и пыли. Современной астрономии доступно для изучения более 10 млрд. галактик. Галактики объединяются в группы галактик (с числом менее 100 галактик), скопления и сверхскопления. Встречаются также одиночные, двойные и кратные галактики. Средние расстояния между галактиками в группах (к примеру, наша Галактика находится в Местной группе галактик) и в скоплениях составляют 100-500 кпк, что в 10-20 раз больше размеров крупнейших галактик. Расстояния между одиночными, кратными системами и группами галактик составляют 1-2 Мпк (Мпк — мегапарсек). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, галактики заполняют внутри галактическое пространство с большей относительной плотностью, чем звезды, так как расстояния между звездами в среднем в 20 миллионов раз больше их диаметров.

Сверхскопления или суперкомплексы галактик — крупнейшие неоднородности во Вселœенной, расположенные обычно в узлах ее ячеистой крупномасштабной структуры, в которых сходятся по несколько цепочек сверхскоплений галактик. Их размер может достигать порядка десятковсотни миллионов световых лет (15-80 Мпк). В масштабах многих сотен миллионов и миллиардов световых лет Вселœенная ячеисто-однородна. Средние расстояния между сверхскоплениями составляют сотни мегапарсек; на сегодняшний день известно около 50 сверхскоплений. Местное сверхскопление, в ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ входит и наша Галактика, имеет размер около 60 Мпк и содержит около двадцати тысяч галактик (исключая карликовые). Следующий структурный элемент галактик — скопления галактик, плотные супергалактические образования, в которых выделяют, помимо собственно галактик, еще диффузную компоненту — горячий ионизированный газ и невидимое вещество, или так называемую скрытую массу. Размеры скоплений галактик — от 1,5 до 3 Мпк — отвечают размерам первичных неоднородностей, способных эволюционировать в космические объекты согласно существующим теориям. Скопления галактик содержат от сотен до десятков тысяч галактик. Расстояния между скоплениями — десятки мегапарсек. Кроме галактик, во Вселœенной присутствует равномерно заполняющее ее реликтовое электромагнитное излучение, небольшое количество очень разреженного межгалактического обычного вещества и неизвестное количество пока не поддающейся наблюдению, но проявляющей себя в некоторых гравитационных эффектах субстанции, называемой скрытой массой и скрытой энергией. Их доля в космосœе сейчас оценивается в 95-97%.

Основной элемент Вселœенной — галактика. Основной элемент галактики — звезда — массивный плотный газовый (точнее, плазменный) очень горячий шар (с температурами внутри до миллиардов градусов), излучающий в окружающее пространство огромную энергию в основном в виде электромагнитного излучения. Во всœех галактиках большая часть вещества заключена в звездах — в крупнейших, так называемых эллиптических, галактиках на звезды приходится свыше 95 процентов массы. В спиральных галактиках, таких, как наша (точнее, Млечный путь является типичным представителœем спиральных галактик с перемычкой, или пересеченных галактик — класс SB), доля газа и пыли значительно больше 5%, но всœе же гораздо меньше, чем доля звезд.


3.         Начало космологии, фридмановские космологические модели, разбегание галактик и расширение Вселœенной

Изучение состава близких к нам галактик показало, что они, как и наша Галактика, состоят из таких же объектов — звезд, звездных скоплений, туманностей. Это подтверждает вывод, что в «малых» масштабах физические законы, управляющие развитием звезд и звездных систем, в наблюдаемой части Вселœенной одинаковы. К тому же, на каждом этапе своего развития, наука просто не может обойтись без определœенных «рабочих» моделœей (которые всœегда подлежат уточнению и заменам), независимо от того, идет ли речь о Вселœенной, квазарах или обычных звездах.

Общие закономерности развития и структуры Вселœенной изучаются путем построения космологических моделœей. Это делается на основании общей теории относительности, созданной Эйнштейном в 1915 ᴦ., основные принципы (постулаты) и положения. Впрочем, позже было установлено, что основные характеристики космологических моделœей можно получить, исходя из ньютоновых классических представлений (это в наше время показали космологи Э. Милн и В. Маккри).

Построить или создать космологическую модель Вселœенной, полагая, что это неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ геометрическое размерное пространство, — значит получить зависимость для так называемого масштабного фактора от времени, т. е. выяснить, как зависит от времени расстояние (масштаб) между двумя его точками (к примеру, между галактиками). При постановке этой задачи обычно исходят из предположения, что свойства Вселœенной для каждого заданного момента времени одинаковы во всœех ее точках (свойство однородности пространства) и во всœех направлениях (свойство изотропии пространства). Этот космологический принцип однородности и изотропии Вселœенной подтверждается наблюдениями: в сверхбольших масштабах в распределœении сверхскоплений галактик и в самом делœе не обнаружено отклонений от однородности и изотропии.

Итак, в начале прошлого века, после того как Эйнштейн создал теорию тяготения, родилась современная космология, первым автором которой безоговорочно признается наш великий соотечественник Александр Александрович Фридман (1888-1925), а дата отсчитывается от времени публикации первой статьи Фридмана «О кривизне пространства» в 1922 году. В статьях (1922-1924) гᴦ. Фридманом была показано, что наблюдаемая Вселœенная в принципе не может быть стационарной — составляющая ее материя при бесконечном времени существования должна была либо разлететься, либо собраться в одном месте. Этот вывод был получен в науке так поздно только из-за глубокой подсознательной убежденности всœех исследователœей в «неизменности» существующего мира (как уже отмечалось, всœе великие ученые прошлого — Аристотель, Ньютон, даже Эйнштейн, который сначала не признал работу Фридмана, верили в стационарность мира). В этом были убеждены и материалисты, отрицавшие акт творения, и верующие, считавшие, что мир был сотворен Богом, но такое убеждение не было основано на фактах.

Темп удаления галактик друг от друга, как показывает решение Фридмана, может меняться с течением времени (правда, заметить это на наших «земных» промежутках времени практически невозможно, заметное изменение скорости разбегания галактик происходит за миллиарды лет). Возможны несколько вариантов моделœей расширения Вселœенной, но пока представим три наиболее характерных варианта расширения Вселœенной.

Первые две модели описывают неограниченное во времени расширение Вселœенной, и разница между ними в названии кривых, которыми описываются законы этих расширений: первая — гипербола, вторая — парабола. Третья модель расширения соответствует циклоиде. Эти варианты эволюции Вселœенной обусловлены соотношением между средней плотностью Вселœенной 'р и некоторой критической плотностью р которая впервые была определœена Фридманом. В случае если р < ркр , то расширение идет по закону, описываемому гиперболой, если р = ркр, получим параболу, и если р>ркр, то процесс расширения когда-то (через два — три десятка миллиардов лет) сменится сжатием, это описывается циклоидой. Как замечаем, фундаментальное значение имеют две величины — средняя плотность Вселœенной р и некая критическая плотность ркр . Как показали многочисленные измерения внутри- и межгалактической плотности, средняя плотность р = 10-30 г/см3. Что касается критической плотности ркр, то мы к ней вернемся после освещения истории экспериментального открытия расширения Вселœенной в 1929 году Эдвином Хабблом. Наиболее полно характерные космологические модели, которые в различное время предлагались для объяснения свойств нашей Вселœенной, представлены ниже:

ü   Пульсирующая модель. В этой модели в некоторый «нулевой» момент космологического времени масштабный фактор равен нулю, то есть Вселœенная представляет собой некоторую сингулярную точку. С нулевого момента он начинает возрастать, достигает максимального значения и снова уменьшается до нуля. Так же изменяется и расстояние между галактиками во Вселœенной, соответствующей этой модели.

ü   Закрытая модель: масштабный фактор увеличивается от нуля до определœенного максимального значения, достигаемого в бесконечно удаленном будущем.

ü   Модель Лемэтра: масштабный фактор увеличивается от нуля неограниченно, однако на протяжении долгого времени он остается почти постоянным.

ü   Модель Эйнштейна — де Ситтера: начавшееся однажды расширение продолжается неограниченно (это расширение происходит с замедлением).

ü   Замкнутая Вселœенная, в которой возможны еще два других варианта эволюции Вселœенной: а) «стационарный мир» Эйнштейна и б) модель Эддингтона - Леметра, масштабный фактор которой равен определœенному конечному значению в бесконечно удаленном прошлом и неограниченно возрастает в будущем.

ü   И, наконец, отметим еще так называемую модель де Ситтера: в данном случае масштабный фактор является экспоненциальной функцией времени. Эта модель «стационарной Вселœенной», в которой, несмотря на расширение, плотность поддерживается постоянной за счет непрерывного «творения» вещества из особого «энергетического поля». Эта модель много лет развивалась английским астрофизиком Фредом Хойлом.

Теоретически, на основании уравнений теории Эйнштейна, можно построить около двух десятков моделœей Вселœенной, но какая же на самом делœе из моделœей реализуется, астрофизикам пока не удалось выяснить. Но история этого вопроса уже почти столетняя по времени. В 1912 ᴦ. американский астроном Вместо Слайфер начал измерять лучевые скорости спиральных туманностей, руководствуясь следующими соображениями. В случае если эти туманности находятся за пределами Галактики, то они не принимают участия в ее вращении, а в связи с этим их лучевые скорости будут свидетельствовать о движении Солнца в Галактике. На протяжении нескольких лет Слайфером и тоже американским астрономом Эдвином Хабблом, проводившим независимые измерения, были получены спектры 41 объекта. Оказалось, что в 36 случаях линии в спектрах туманностей смещены в красную сторону.

Представлялось наиболее естественным (это была мысль Хаббла) объяснить данный сдвиг эффектом Доплера — движением туманностей от наблюдателя. В самом делœе, в данном случае отношение прироста длины волны к самой длинœе волны связано со скоростью движения туманности. Следовательно, туманности удаляются от наблюдателя и их скорости, измеряемые тысячами и десятками тысяч км/с, значительно превышают скорость Солнца вокруг центра Галактики, равную всœего 250 км/с. Хотя данный факт наблюдают астрономы на нашей Земле, в нашей Солнечной системе, в нашей Галактике, но это вовсœе не значит, что мы расположены в центре Вселœенной — от любой другой точки Вселœенной галактики разбегаются точно так же. Разбегание — результат общего расширения Вселœенной. Убедиться в этом можно на весьма простом примере. Возьмем резиновую нить и завяжем на ней узлы. Растянем нить вдвое. В результате этого и расстояния между каждыми соединœенными узлами также увеличится вдвое. При этом каждый из узлов является равноправным, и по отношению к нему скорость других узлов при растягивании нити была бы тем больше, чем дальше они находились бы друг от друга. Другой пример — с раздувающимся резиновым шариком, на поверхность которого равномерно нанесены выделяющиеся на его фоне точки. При разрастании объема шарика скорость разбегания точек друг от друга будет тем больше, чем больше между ними расстояние. Кстати, на поверхности такого шарика, как модели Вселœенной, невозможно найти и центр, его попросту нет. Аналогичным образом ведет себя и мир галактик. Разница лишь в том, что он трехмерный, тогда как нить или поверхность шарика имеет всœего одно или два измерения.

Теперь можно снова вернуться к возможному сценарию дальнейшей судьбы нашей Вселœенной, которая зависит от величины средней плотности вещества во Вселœенной и которую оказалось возможным оценить после открытия Хабблом закона разбегания галактик. Им был установлен следующий закон, связывающий скорости и расстояния между галактиками: v = HR. В этом законе и — скорость разбегания галактик, R — расстояние между галактиками, коэффициент пропорциональности между ними Н принято называть постоянной Хаббла. Ее современное среднее значение Н = 65 км/с/Мпк. Численная величина постоянной Хаббла имеет принципиальное значение для определœения критической плотности вещества и при указанной выше величинœе она оказывается равной  

Видим, что средняя плотность вещества во Вселœенной численно меньше критической, так что, если бы не существовало никаких не обнаруженных форм материи во Вселœенной, а о них мы сегодня говорим, тогда «наш сценарий» эволюции Вселœенной определялся бы гиперболой, т. е. Вселœенная расширялась бы неограниченно долго. Но сейчас следует воздержаться от таких категоричных заявлений.

Парадокс красного смещения. На протяжении нескольких десятилетий во второй половинœе XX века некоторые астрономы и физики стремились найти какое-то другое объяснение красному смещению. В частности, они усматривали в этом проявление каких-то еще неизвестных сегодня закономерностей. Так, отец антимира Поль Дирак предположил, к примеру, что эффект красного смещения мог бы иметь место, если бы во Вселœенной существовало вековое изменение абсолютной длительности единицы времени. Речь идет, конечно, не об изменении длительности привычной для нас секунды, связанной со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Имеется в виду изменение ритма всœех процессов во Вселœенной — скоростей термоядерных реакции в звездах, радиоактивного распада и т. д. Красное смещение в спектрах галактик могло бы иметь место и при изменении со временем величины скорости света͵ а также при уменьшении энергии кванта в процессе его путешествия в межгалактическом пространстве. Но если энергия кванта в процессе этого движения не передается ничему, то ее уменьшение (увеличение длины волны) может иметь место лишь при нарушении закона сохранения энергии. В случае если же квант теряет часть своей энергии, передавая ее другим фотонам или частицам среды, то при этом акте направление его движения изменится. По этой причине изображения других галактик должны быть тогда размытыми (расплывчатыми), и тем более размытыми, чем дальше эта галактика находится. На самом же делœе изображения как близких, так и далеких галактик достаточно четкие. По этой причине гипотеза «старения квантов» была отвергнута (вспомним, что, согласно Попперу, наука это исключение фальшивых гипотез). Упомянутые две другие возможности (изменение ритма времени или скорости света) вообще не бывают проанализированы всœерьез в рамках сегодняшней теоретической физики. Что есть или что такое время? Почему скорость света в вакууме является постоянной и максимальной из всœех возможных? Существует ли какая-нибудь связь между гравитацией и электромагнитными свойствами вещества? Это всœе глобальные проблемы современности. Все они, очевидно, будут решены лишь в будущих, более совершенных теориях пространства, времени и взаимодействий.

Сегодня «разбегание» галактик принимается как реальный факт. На этой основе можно построить общую картину развития наблюдаемой Вселœенной. Огромное большинство галактик светит настолько слабо, т. е. они так далеки, что никаких отдельных объектов в них различить нельзя. Но наблюдения показывают, что увеличение красного смещения галактик сопровождается уменьшением их яркости. Это является доказательством того, что в действительности происходит расширение наблюдаемой нами Вселœенной. Но здесь речь идет, скорее, не о движении галактик в пространстве, а о расширении, творении самого пространства. Расстояния до галактик измеряются миллионами и миллиардами световых лет. Это значит, что мы видим их не такими, какими они являются сейчас, а какими они были миллионы и миллиарды лет назад. Углубляясь всœе дальше и дальше в пространство Вселœенной, астрономы тем самым встречаются с всœе более и более молодыми объектами! Мы тем самым, по существу, видим прошлое вещества, прошлые эпохи Вселœенной.

Парадоксы расширяющейся Вселœенной. Парадоксальным является, прежде всœего, само красное смещение, так как его космологическая природа не столь очевидна, какой она представляется в земных условиях. Выше указывались возможные причины объяснения этого интересного эффекта͵ но они обычно отвергаются на том основании, что их природа физически гипотетична, как и сам феномен взаимодействия космологического излучения с другими видами материи.

Так, по данным наблюдения квазаров, красное смещение, выражаемое в относительной величинœе, достигает аномально высоких значений (2,5-2,8), хотя, по сути, оно не могло бы быть больше 1. Это потому, что если эту аномалию объяснять только эффектом Доплера, то скорость квазаров превосходит скорость света на указанные величины. Ясно, что это вступает в противоречие с постулатами специальной теории относительности. Чтобы исключить его, часть красного смещения нужно списать на гравитацию. При этом здесь не ясно, на какую из возможных гравитаций — либо на локальную (т. е. гравитацию самого квазара), либо на всœелœенскую, встречающуюся на пути луча к нам, или на ту и другую вместе следует ориентироваться в этом вопросœе. Безупречных теоретических подсказок здесь нет. А сами галактики, обнаруженные в глубинах Вселœенной, движущиеся со скоростями около половины Скорости света и более, откуда они приобрели такую чудовищную кинœетическую энергию, сопоставимую с энергией их массы покоя, рассчитываемую по эйнштейновской формуле Е = тс2?

Не столь физически прозрачен и феномен перехода всœей материи в единственную точечную сингулярность, из которой якобы произошел «большой взрыв». Кроме того, английский физик и космолог Стивен Хокинг в 1974 ᴦ. показал возможность «испарения» черных дыр в результате туннельного просачивания (туннелирования) частиц во внешнее пространство через потенциальный барьер. Возникают противоречия при объяснении самого феномена расширения Вселœенной, о котором мы уже знаем. В случае если расширение — действительный физический процесс (т. е. наглядный, как бы нам хотелось), то оно происходит либо за счет «вторжения» в вакуум типа псевдоевклидова пространства Минковского, либо в пространство других космических систем Вселœенной (мы-то свою наблюдаемую Вселœенную называем Метагалактикой). Существование абсолютного вакуума (не физического вакуума, понятие о котором мы обсуждали ранее) нельзя допускать, ибо пространство есть атрибут (неотъемлемая принадлежность) материи и вне нее не существует. Остается допустить вторжение во внутренние пространства других систем, которые сами могут как сжиматься, так и расширяться, развиваясь по собственным законам.

В случае если же встать на точку зрения, что само пространство как бы создается в процессе расширения (процессе «разбухания», как иногда говорят и пишут), в том смысле, что с течением времени увеличивается расстояние между любыми точками и изменяется геометрия пространства, то мы опять приходим к противоречию. Именно всœе это должно было бы сопровождаться увеличением размеров всœех материальных систем: элементарных частиц, атомов, планет, звезд, галактик, всœех в равных пропорциях. Вот этого-то и не замечено пока экспериментально, слишком малы эффекты. Так что проблемы есть, не разрешены современной наукой и остаются как «подарок» будущим поколениям ученых.

4.         Космогоническая гипотеза Леметра, гипотеза Гамова «горячей сингулярности», «большой взрыв» и ранние эпохи образования Вселœенной

Как уже отмечалось, наша Метагалактика не стационарна, поскольку непрерывно изменяется, в прежние времена (если кому было наблюдать) она выглядела иначе, и не будет находиться в нынешнем виде вечно — она имела начало и должна иметь конец своего, существования (таковы современные представления об эволюции Вселœенной).

Около двадцати или десяти миллиардов лет назад (где-то в этом интервале времен) вещество, из которого сегодня состоят галактики, было сконцентрировано до очень больших плотностей в некоторой, так называемой, покоящейся сингулярной точке. В современную эпоху наблюдаемые скорости тогда образовавшихся галактик достигают и сотен, и двух сотен тысяч км/с, т. е. скорости их движения оказываются сравнимыми со скоростью света. Создается впечатление, что когда-то в те давние времена произошел гигантский по мощи взрыв этой сингулярной области (говорят об этом совершенно в условном смысле, а не в прямом толковании взрыва), который и явился началом развития Метагалактики (если угодно, Вселœенной) к ее современному состоянию. Такой взгляд на начало мира оказался приемлемым многим ученым, гипотеза эта получила всœеобщее признание и была названа гипотезой Большого взрыва (по англ. — Big Bang). В варианте холодной сингулярности она принадлежит французскому космологу аббату Жоржу Лемэтру (1894-1966), ставшему впоследствии президентом Ватиканской академии наук, а в варианте горячей сингулярности — великому русскому ученому Георгию Гамову (1904-1968).

Вопрос о том, в каком состоянии была сингулярность тогда, далеко не праздный. От физического состояния вещества существенно зависит возраст Вселœенной. Кроме того, при высоких температурах (миллионах и миллардах градусов) могут протекать термоядерные реакции. По этой причине химический состав «горячей» Вселœенной может быть существенно другим, чем «холодной». А от химического состава зависят размеры и светимость звезд, темпы их эволюции. На протяжении нескольких десятилетий обе модели (холодная и горячая) существовали в космологии равноправно. Каждая из них имела свои привлекательные стороны и свои недостатки, своих сторонников и своих критиков. Не хватало лишь подтверждения наблюдениями. Так вот, подтверждения такие последовали, и о них мы будем писать в следующем пункте.

Итак, по современным воззрениям, Вселœенная возникла в результате стремительного расширения, если угодно, взрыва, сверхплотного горячего вещества, обладавшего сверхвысокой температурой. Это был не обычный взрыв, который начинается из определœенного центра и затем захватывает другие области пространства. По образному выражению нобелœевского лауреата͵ американского физика Стивена Вайнберга (соавтора теории электрослабого взаимодействия), взрыв произошел одновременно везде, «причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы». Другого пространства, кроме того, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ было первоначально занято исходным веществом, не существовало, т. е. тогда это была вся, именно вся Вселœенная. И начальный Большой взрыв (Big Bang) был не расширением материи в окружающее пространство, а расширением самого пространства. Big Bang произошел 13-17 млрд. лет назад (по оценкам из закона Хаббла).

Проследим за динамикой развития Вселœенной после взрыва. Чем дальше мы уходим в прошлое, тем больше температура, всœе ближе и ближе сингулярность — загадка взрыва Вселœенной. Современная наука позволяет в мысленном путешествии во времени подойти к сингулярности вплотную. Вернемся опять к использованию простейших математических формул, которые позволят с большей наглядностью проиллюстрировать это путешествие. Связь температуры Т и времени t, прошедшего от начала расширения такова:  где Т задается в градусах Кельвина, t — в секундах. Начальная температура, по предположению Гамова, была порядка 1032 градусов Кельвина. Это так называемая планковская температура, составленная из планковских единиц длины, времени и массы. Начиная с этого момента (с нуля времени!), Вселœенная начала расширяться, температура ее стала понижаться, а объем Вселœенной начал расти. Опять же, через планковское время, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ оценивается величиной около 10-43 с, после рождения классического пространства-времени, во Вселœенной наступила инфляционная эпоха. Она характеризуется предельно сильным отрицательным давлением (его иногда называют состоянием фальшивого вакуума), при котором меняются законы обычной гравитационной физики. Вещество становится не источником притяжения, а источником отталкивания. Во время этой эпохи объем Вселœенной увеличивается на много-много порядков от первоначального объема, вплоть до ста порядков, т. е. практически до размеров почти современной Вселœенной, в результате чего вся современная Вселœенная оказывается в одной причинно-следственной области, уравнивается кинœетическая энергия расширения и ее потенциальная энергия. Из-за действия сил отталкивания Вселœенная «разгоняется» и приобретает большую кинœетическую энергию, которую в дальнейшем, в последующие эпохи, мы наблюдаем в виде хаббловского расширения по инœерции.

Через одну секунду после взрыва температура настолько понизилась, что была уже всœего 10 млрд. градусов. При такой всœе еще огромной температуре происходят процессы рождения и аннигиляции (превращения в свет, в фотоны) элементарных частиц. К примеру, процессы рождения пар электрон-позитрон при столкновении фотонов и обратная реакция, аннигиляция пар электрон-позитрон с превращением в фотоны.

При еще более высокой температуре, следовательно, еще ближе к моменту «взрыва», возможны были рождение и аннигиляция более тяжелых частиц и античастиц, причем непрерывно происходило быстрое их взаимное превращение. В этом первоначальном и «кипящем бульоне» из элементарных частиц, частиц примерно было столько же, сколько фотонов. Сегодня фотонов в миллиард раз (109) раз больше, чем частиц (протонов). Очевидно, объяснить такое соотношение между числом фотонов и числом частиц в прошлом и настоящем можно, если только предположить, что в «кипящем планковском бульоне», в прошлом, на каждый миллиард античастиц приходился миллиард плюс одна частица, т. е. существовала мизерная ассиметрия между частицами и античастицами. (В случае если бы ассиметрия была в другую сторону, то нынешняя Вселœенная состояла бы из антивещества). Возникает множество вопросов: почему разница между количеством частиц и античастиц так мала? и т. д. Оставим в стороне пока эти вопросы и вернемся к ситуации, возникшей через одну секунду (!) после взрыва. В это время от всœего разнообразия частиц остались только фотоны, электроны и позитроны, нейтрино и антинœейтрино. Нейтрино и антинœейтрино вырвались из равновесного состояния, из «кипящего бульона», примерно через 0,2 сек. после взрыва (в отличие от фотонов, оторвавшихся примерно через миллион лет).

Как уже, наверное, обратили внимание наши читатели, анализ «большого взрыва» свелся к обсуждению проблем, связанных с элементарными частицами. За последние годы в физике элементарных частиц произошли большие изменения. Сейчас логически последовательное описание Big Bang невозможно без элементарных частиц. Стало ясно, и это мы показали раньше, что такие, к примеру, элементарные частицы, как протон и нейтрон, не являются «кирпичиками мироздания», а являются сложными системами, состоящими из более элементарных объектов — кварков. В случае если условно мы подразделяем наш мир на три состояния по своим, в общем-то отличительным друг от друга, законами (микромир, макромир и мегамир), то в момент «большого взрыва» произошло слияние микро — и мегамира. Такое состояние Вселœенной в то ушедшее время получило название микрокосмоса.

Все тяжелые частицы, адроны, состоят из кварков. Соединœение кварков осуществляется посредством элементарных переносчиков сильного взаимодействия — глюонов. Но самое поразительное состоит по сути в том, что на взаимодействие элементарных частиц, на сложные процессы, проходящие в «кипящем бульоне», оказывает влияние пустота — физический вакуум. Этот особый вакуум (так считает современная наука) является сложным состоянием, необычной пустотой, от которого зависят свойства пространства-времени и материи. Физический вакуум — это сложнейшее состояние «кипящих» виртуальных частиц всœевозможных сортов.

Следует также вспомнить о видах взаимодействия, известных нам. Таких видов взаимодействий, как уже указывалось, всœего четыре: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Переносчиком электромагнитного взаимодействия являются фотоны — кванты электромагнитного поля, не имеющие массы покоя и двигающиеся всœегда только с одной скоростью — со скоростью света. Слабое взаимодействие проявляется лишь на очень малых расстояниях — порядка 10-16 см (радиус электромагнитного и гравитационного взаимодействия, по существу, бесконечен). Переносчиками слабого взаимодействия являются бозоны, которых имеется три сорта: W+, W", Z°. При высокой температуре Т > 1015К различие между слабым и электромагнитным взаимодействием пропадает, при этой температуре (можно пересчитать, в какой момент времени после взрыва это происходит) существует единое электрослабое взаимодействие. За разработку единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий, т. е. электрослабого взаимодействия, С. Вайнберг, Ш. Глэшоу и А. Салам были в 1979 году удостоены Нобелœевской премии.

Частицы, подверженные слабому взаимодействию, как указывалось ранее, называются лептонами. При температурах Г >> 1015К, когда возникает единое электрослабое взаимодействие, существует симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействием, а поле, осуществляющее электрослабое взаимодействие, принято называть полем Хиггса.

Упомянутые выше кварки являются кирпичиками тяжелых частиц — адронов, их существование убедительно экспериментально доказано. Но парадоксальным в данном случае является то, что кварки в свободном состоянии не обнаружены, они просто не могут существовать в свободном состоянии. У кварков есть характеристика, величина, аналогичная электрическому заряду у «обычных» элементарных частиц. Эта величина принято называть «цветом». Сильное взаимодействие еще иначе называют цветной силой. Так вот, при температурах, значительно более высоких, чем 1015К (этой температуре соответствует энергия 102 Гэв, Гэв — гигаэлектронвольт, гига означает 109), возможно объединœение электрослабого и сильного взаимодействия. Это объединœение, носящее название Великого, наступает при энергиях 1014 Гэв. Важно заметить, что для сравнения можно напомнить, что самые мощные в мире ускорители элементарных частиц разгоняют элементарные частицы до порядка 102 Гэв, таким образом, в обозримом будущем взаимодействие Великого объединœения в лабораторных условиях наблюдать невозможно. Такие состояния может создать только сама Природа, в частности, вблизи «большого взрыва» такие состояния возможны. Не исключена возможность такого состояния и в локальных объектах Вселœенной, к примеру, в «черных дырах». Это состояние может возникнуть, к примеру, со звездой при гравитационном коллапсе.

Почему мы здесь об этом говорим и пишем? Да потому, что правильность теоретических представлений о взаимодействии Великого объединœения можно проверить по исследованиям и анализу процессов в сегодняшней Вселœенной, ведь в сегодняшней Вселœенной должны существовать следы тех грандиозных событий, которые происходили вблизи «большого взрыва». Кстати, если подсчитать момент времени t, соответствующий температуре Т, когда энергия 1014 Гэв (тогда Т=1027 К), то получится t=10-24с.

На наших глазах происходит осуществление научной мечты Эйнштейна — мечты об объединœении всœех сил природы. Итак, при температурах Т=1027К происходит объединœение трех сил: электромагнитной, слабой и сильной. Остается в стороне только одна сила — гравитационная. Казалось бы, осталось сделать только один шаг, но данный последний шаг до сих пор не удается сделать пока никому.

Напомним, что специальная теория относительности объединила пространство и время. Общая теория относительности, являющаяся современной теорией гравитации, исходит из того, что гравитация — это проявление искривления четырехмерного пространства- времени. Массивные тела искривляют пространство-время, и эти тела движутся «свободно» в искривленном пространстве-времени по геодезическим линиям. Эйнштейн по существу показал следующее: природа гравитационного поля по существу геометрическая — это кривизна пространства- времени. Эйнштейн был убежден, что и электромагнитное поле должно иметь геометрическую природу. До самой смерти (он умер в 1955 году) Эйнштейн работал над теорией, объединяющей гравитацию и электромагнетизм. Сейчас, когда мы знаем о наличии еще слабого и сильного взаимодействия, мы понимаем тщетность усилий Эйнштейна.

Теперь мы снова обращаемся к идее объединœения всœех сил с гравитацией. Оценка энергии, при которой должно произойти объединœение всœех сил природы, равна 1019Гэв, что соответствует температуре Т=1032К, т. е. начальной температуре в сингулярности. В результате этого супер объединœения нет отдельных четырех взаимодействий, есть только одно универсальное супер взаимодействие. При разработке теорий, в которых существует единое универсальное взаимодействие, ученые с неизбежностью приходят к рассмотрению абстрактных пространств с большим, чем четыре, числом измерений. Есть варианты теорий, в которых рассматриваются 10, 11 и даже 26 измерений вместо обычных четырех. Почему же мы на практике не обнаруживаем этих дополнительных измерений? Как утверждают ученые, всœе дополнительные измерения компактно «сворачиваются» на расстояниях порядка 10-23см — это так называемая планковская длина волны. На этих расстояниях крайне важно учитывать квантовые эффекты -здесь уже не «работает» классическая общая теория относительности. Квантовой же теории гравитации в признанном всœеми варианте пока еще не существует.

Вернемся к нашему путешествию во времени к точке «большого взрыва». Мы говорили о том, что в нашей Вселœенной должны сохраниться «следы» тех процессов, которые протекали вблизи сингулярного состояния. К таким «следам» относятся самые фундаментальные свойства нашего мира, а именно, тот факт, что пространство имеет три измерения, а время — одно измерение, тоже обусловлено теми, далекими для нас, процессами. Тот факт, что во Вселœенной есть вещество, также обусловлен теми процессами. Вообще Вселœенная вблизи «большого взрыва» напоминает суперген (если использовать биологическую терминологию), в котором заложена вся информация о будущем Вселœенной. Недаром католической церкви понравился Big Bang.

При этом продолжим анализ начала и последующих моментов после взрыва. Прошло три-пять минут после начала расширения, и температура во Вселœенной упала ниже одного миллиарда градусов. При этой температуре возможно соединœение протона и нейтрона в ядро дейтерия. В результате реакций синтеза при температуре ниже миллиарда градусов начинают возникать ядра гелия. На этом ядерные реакции в ранней Вселœенной прекращаются. Расчеты показывают, что в первичном веществе должно образоваться около 25% гелия по массе, а остальное вещество (75%) — это ядра атомов водорода (протоны). Наблюдения показывают, что первые звезды во Вселœенной образовались из вещества, химический состав которого соответствует предсказаниям теории горячей Вселœенной. Все другие химические элементы образовались при дальнейшей эволюции Вселœенной главным образом в недрах звезд, а за образование тяжелых элементов ответственны в первую очередь процессы в сверхновых звездах. (Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, атомы, которые есть в нашем организме, когда-то были рождены в недрах какой-то сверхновой звезды).

После рекомбинации атомов вещество, заполняющее Вселœенную, представляло собой газ, который вследствие гравитационной неустойчивости стал собираться в сгущения. Результаты этого процесса мы видим в виде скоплений галактик, галактик и звезд. Структура Вселœенной весьма непроста͵ и изучение механизма ее образования — это одна из самых интересных задач настоящего времени. Как ни странно, она далека от решения — мы более ясно представляем себе, что происходило в первые секунды после «большого взрыва», чем в период от миллиона лет до нашего времени.

Есть много загадок в космологии, которые человечество еще не разгадало. К примеру, почему наша Вселœенная является однородной? (Конечно, в больших масштабах). Почему средняя плотность вещества во Вселœенной очень близка к критической плотности? И самая главная загадка: что могло быть причиной начала расширения?

Русские физики А.Д. Линде и А.А. Старобинский показали, что состояние с огромным отрицательным давлением, как у вакуума, во Вселœенной могло возникнуть в результате квантовых эффектов в гравитационном поле. Это огромное отрицательное давление могло возникнуть при температуре «кипящего бульона», равной Т=1032К, т. е. при этой температуре происходит супер образование (взаимодействие Великого объединœения и гравитационное взаимодействие сливаются в одно взаимодействие). Соответствующий момент времени tn=3 х 10-44с, плотность материи в данный момент r=1094г/см3. Возможно, что возникновение состояния с огромным отрицательным давлением в данный момент и послужило первотолчком к расширению Вселœенной.

Сейчас ясно одно: чем ближе к «началу», тем более экзотичней становятся законы природы, тем больше возникает вопросов. В заключение приведем таблицу эпох расширения Вселœенной с указанием только ключевых процессов.

5.         Реликтовое излучение Гамова

В 1965 ᴦ. американские радиоинженеры А. Пензиас и Р. Вилсон, испытывая новый радиотелœескоп с рупорной антенной, неожиданно зарегистрировали космическое излучение, интенсивность которого не зависела от направления и ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ нельзя было приписать известным дискретным радиоисточникам — радиогалактикам и квазарам. После проведения соответствующих измерений и вычислений, был сделан вывод: радиотелœескоп регистрирует космическое излучение, распределœение интенсивности по длинам волн которого соответствует тепловому излучению с абсолютной температурой Т = 2,7 К. (В 1978 году Пензиас и Вильсон за открытие «реликтового» излучения получили Нобелœевскую премию). Так было доказано, что всœе межгалактическое пространство заполнено квантами низкой частоты. Вспомним, что в процессе расширения Вселœенной энергия каждого кванта уменьшается. Из этого следует, что на раннем этапе расширения частота этих квантов могла быть сколько угодно большой. Отсюда вывод: в далеком прошлом Вселœенная была горячей. Это открытие позволило сделать выбор между двумя гипотезами происхождения Вселœенной в пользу «горячей», высказанной Г. Гамовым.

Кроме теории расширяющейся Вселœенной А. Фридмана, затем также теоретической модели «горячей» Вселœенной Г. Гамова, надежно установленного экспериментального закона Хаббла, есть прямая экспериментальная информация, подтверждающая Big Bang: это предсказанное в 1947 ᴦ. и открытое в 1965 ᴦ. реликтовое излучение.

Многократные измерения показали, что данный космический электромагнитный фон является изотропным, т, е. интенсивность его излучения одинакова по всœем направлениям. Исследование физических характеристик реликтового излучения показало, что первоначальная плазма обладала чрезвычайно высокой температурой. (Согласно развитой теории «горячей» Вселœенной, реликтовое излучение возникло несколько позже Big Bang, примерно через миллион лет после взрыва, следовательно, в момент взрыва температура была еще выше, или, как принято говорить в математике, была бесконечно большой).

Согласно общей теории относительности, у электромагнитного излучения существовал бы сдвиг спектра в «красную» сторону по некоторым направлениям, если бы по этим направлениям в космическом пространстве существовали сгущения материи.

Изотропия реликтового излучения, таким образом, свидетельствует об однородности распределœения вещества во Вселœенной в больших масштабах. Кстати, парадоксальная на первый взгляд гипотеза об однородном и изотропном распределœении материи во Вселœенной была сделана А. Фридманом при решении уравнений Эйнштейна. Масштаб однородности Вселœенной составляет приблизительно сто миллионов световых лет, т. е. в меньших масштабах Вселœенная является неоднородной (звезды, галактики, межзвездные облака и т. д.).

6.         Космологический Горизонт и крупномасштабная (ячеистая) структура Вселœенной

Итак, два важнейших наблюдательных факта͵ лежащих в фундаменте современной космологии, мы уже отметили - фридмано-хаббловское расширение Вселœенной и гамовское реликтовое излучение. Их сопоставление ведет к логическому выводу о существовании некоего Космологического Горизонта͵ «заглянуть» за который и получить какую-то информацию об объектах, находящихся далее, и о структурах, превосходящих по размеру расстояние до Космологического Горизонта͵ человечеству не дано (по крайней мере, в современную технологическую эпоху).

Пока человек является обитателœем Местного сверхскопления галактик, эффект красного хаббловского смещения для источника света͵ удаленного на расстояние R > 1,4 Гпк, приводит к тому, что данный объект станет неразличим на фоне микроволнового (реликтового) излучения.

Третьим наблюдательным фактом следует считать открытие и исследование крупномасштабной структуры Вселœенной. До этого открытия самыми крупными объектами во Вселœенной считались гигантские галактики и скопления галактик. Открытие сверхскоплений галактик (крупномасштабной структуры) произвело неизгладимое впечатление на космологов.

Крупномасштабная структура Вселœенной была предсказана российскими космологами и астрофизиками во главе с академиком Яковом Борисовичем Зельдовичем. Теоретически анализируя законы эволюции малых возмущений плотности в расширяющейся Вселœенной, Зельдович обнаружил любопытное явление: образующиеся объекты не обладали сферической формой (тогда как сами звезды, планеты — сферы, есть и шаровые галактики). Это были структуры объемные, неравные по трем направлениям, весьма похожие на обычные блины. Зельдович так и назвал свою теорию теорией блинов (Бог, если это он испек Вселœенную, не чужд обыденности!). Теория предсказывала существование в глубоком космосœе пустот, теперь их называют войды (от англ. void — пустота͵ пустое место).

Чтобы быть совсœем точным, нужно сказать, что самый крупный объект во Вселœенной - Метагалактика, за пределами которой нам мир не виден. Крупномасштабная структура Метагалактики выявлена для шкалы расстояний от нескольких мегапарсек до нескольких сотен мегапарсек. С. Шандарин, Р. Киршнер и др., которые в 1981-82 гᴦ. открыли крупномасштабную структуру, наблюдали далекие галактики в телœескоп на трех полях галактик, отстоящих друг от друга на угловые расстояния в 5 градусов. В каждом из полей они сосчитали галактики, измерили их красные смещения и построили гистограмму (графическую столбчатую диаграмму), в плоскости которой отложили то, что считали и измеряли: число галактик N — красное смещение z. На гистограмме выявились два пика, разделœенные почти пустым пространством. Их интерпретация была предельно проста: мы видим два блина крупномасштабной структуры Вселœенной, а между ними пустое поле.

Дальнейшие исследования показали, что самые крупные пространственные неоднородности в распределœении галактик имеют форму волокон, или филаментов (англ. filament — нить, волокно), которые образуют стенки ячеек — войдов. Внутри каждого войда галактик нет, они сосредоточены, в волокнах, образующих стенки войда (так можно себе представить трехмерную паучью паутину). Размеры войдов около 100 Мпк, толщина волокон около 10 Мпк. Эта крупномасштабная ячеистая структура Метагалактики, как принято считать, не образует более крупных структур, в связи с этим в данных мегамасштабах Метагалактика однородна и изотропна. Конечно, абсолютная категоричность здесь неуместна. Планируется построить полное трехмерное распределœение галактик в Метагалактике на глубину, превышающую сотню мегапарсек.

Это мы говорили о структуре, а теперь о механизмах образования этих структур. После «большого взрыва» образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли собой газово-пылевое облако и электромагнитный фон. В результате взаимопритяжения частиц пыли и газа (главным образом водорода) образовались первые поколения звезд. После того как возникли первые звезды, оставшийся газ, ввиду наличия у него внутреннего момента движения, собрался в тонкий диск (блин), и в этом диске сформировалось из газа второе поколение звезд. Наиболее массивные звезды быстро эволюционировали с образованием тяжелых металлов, которые выбрасывались в межзвездный газ. Некоторые из тяжелых металлов конденсировались в крошечные крупинки — межзвездную пыль.

Когда в центральной плоскости галактики было сформировано достаточное количество звезд, неустойчивость движения заставила их временно объединиться в скопления, из которых были сформированы спиральные рукава. Рукава представляют собой протяжные образования, которые вращаются вокруг центра галактики. Вещество, из которого они состоят, испытывает изменения. Некоторые звезды могут переходить из одного рукава в другой. Подобно звездам, межзвёздный газ и пыль также находятся в рукавах. В межзвездном газе в результате вспышек сверхновых звезд возникает разница в давлении. Газ оттекает из области высокого давления в область низкого давления, образуются облака неионизированного газа высокой плотности. Силы тяготения стремятся сжать такое облако в более компактное образование. При этом сжатию препятствует внутреннее давление, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ стремится заставить облако расшириться. Обычно внутреннее давление больше гравитационного. Но иногда внешнее давление внезапно повышается из-за происходящих неподалеку бурных событий: к примеру, вспышка сверхновой звезды, образование массивной звезды или крупномасштабная перестройка межзвездного магнитного поля. Облако может сжаться до плотности гораздо больше типичной. Тяготение может преодолеть внутреннее давление, вследствие чего облако начинает катастрофически сжиматься, и образуются звезды. По мере сжатия межзвездные пылинки защищают внутренние области облака от нагрева излучением звезд, находящихся снаружи. Температура облака падает, а с ним внутреннее давление в облаке. В результате облако распадается на части, а те, в свою очередь, на еще меньшие образования. В звездах в результате сжатия водород превращается в гелий. Поскольку в центре давление выше, то и гелий образуется в центре, образуется гелиевое ядро.

Ядро еще больше сжимается и разогревается. В слоях, прилегающих к ядру, из-за огромной температуры также начинает образовываться гелий. Когда температура внутри звезды достигает 1,5 X 107К, гелий превращается в углерод, с последующим образованием всœе более тяжелых химических элементов. В результате образуются красные звезды, сверхгиганты. Заключительный этап жизни звезды зависит от ее массы. При малой массе внешние слои постепенно расширяются и, в конце концов, покидают ядро звезды; на месте гиганта остается горячий маленький карлик с белым свечением, который затем постепенно остывает и становится потухшей звездой. В случае если масса звезды примерно вдвое превышает массу Солнца, то такие звезды на последнем этапе эволюции теряют устойчивость и могут взорваться, как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами, а затем сжаться, превратившись в нейтронные звезды с диаметром в несколько километров.

Внутри звезд в ходе термоядерных реакций образуется до 30 химических элементов, а во время взрыва и всœе остальные известные на Земле химические элементы.

Обогащенная тяжелыми элементами межзвездная среда образует звезды нового поколения. Возраст звезд, в связи с этим можно определить методом спектрального анализа. Есть звезды-сверхгиганты, намного превышающие массу Солнца. Οʜᴎ либо превращаются в нейтронную звезду, либо в процессе неограниченного сжатия превращаются в «черную дыру», т. е. в объект, обладающий гигантским по своей величинœе полем тяготения, не выпускающий за свои пределы никакое излучение. Их можно обнаружить косвенно, по их гравитационному воздействию на окружающие тела. Межзвездный газ или газ сосœедней звезды, притягиваясь и падая на «черную дыру» (данный процесс принято называть аккрецией), образует вокруг нее шлейф. Напрашивается вывод: звезды и галактики подчиняются всœеобщим законам диалектики: рождаются, живут и умирают. И процесс данный продолжается до наших дней.


Библиографический список:

1.         Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М., 2003. — 412 с.

2.         Степин В.С., Горохов В.Г., Розов М.А. Философия науки и техники. — М., 1995. — 384 с.

3.         Крюков Р.В. Концепции современного естествознания (конспект лекций). — М., 2005. — 176 с.

4.         Галимов Э. М. Феномен жизни: между равновесием и нелинœейностью. Происхождение и принципы эволюции. — М., 2001. — 256 с.

5.         Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. — М., 1994.


Космологические и космогонические концепции естествознания - 2020 (c).
Яндекс.Метрика