Концепция Большого взрыва в космологии XX века

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ

И СОЦИАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

КАФЕДРА СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ

Тема: Концепция Большого взрыва в космологии XX века

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 2-ГО КУРСА 271 ГРУППЫ

Специальности «Социальная  работа»      Мельготченко И.Н

Преподаватель: Барсук И.А

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………….стр.3

Глава 1

1. «Начало» Вселенной………………………………………………….стр.4-5
2. Расширение Вселенной…………………………………………………стр.3

Глава 2

1.3 Ранний этап развития Вселенной……………………………………...стр.6-7

1.4 Структурная самоорганизация  Вселенной……………………………...стр.7

Заключение……………………………………………………………………стр.8

Литература…………………………………………………………………….стр.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Представление о развитии Вселенной закономерно привело  постановке проблемы начала эволюции (рождения) Вселенной и ее конца (смерти).

В настоящее время существует несколько космологических моделей, объясняющих отдельные аспекты  возникновения материи во Вселенной, но они не объясняют причин и процесса рождения самой Вселенной. Из всей совокупности современных космологических теорий только теория Большого взрыва Г. Гамова смогла к настоящему времени удовлетворительно объяснить почти все факты, связанные с этой проблемой. Основные черты модели Большого взрыва сохранились до сих пор, хотя и были позже дополнены теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П. Стейн-хардтом и дополненной советским физиком А.Д. Линде.

 

В 1948 г. выдающийся американский физик русского происхождения Г. Гамов выдвинул предположение, что  физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд. лет тому назад. Тогда все вещество и вся  энергия Вселенной были сконцентрированы в одном крохотном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной  был и вовсе равен нулю, а  ее плотность равна бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью — точечный объем  с бесконечной плотностью. Известные  законы физики в сингулярности не работают. В этом состоянии теряют смысл понятия пространства и  времени, поэтому бессмысленно спрашивать, где находилась эта точка. Также  современная наука ничего не может  сказать о причинах появления  такого состояния.

 

 

 

ПАРАГРАФ 1

1.1 «Начало» Вселенной

Основная идея концепции  Большого взрыва состоит в том, что  Вселенная на ранних стадиях возникновения  имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия возникла из квантового излучения, т.е. как бы из ничего. Дело в том, что в физическом вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но это не безжизненная пустота.

В вакууме имеются виртуальные  частицы, которые рождаются, имеют  мимолетное бытие и тут же исчезают. Поэтому вакуум «кипит» виртуальными частицами и насыщен сложными взаимодействиями между ними. Причем, энергия, заключенная в вакууме, располагается как бы на его разных этажах, т.е. имеется феномен разностей  энергетических уровней вакуума.

Пока вакуум находится  в равновесном состоянии, в нем  существуют лишь виртуальные (призрачные) частицы, которые занимают в долг у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы родиться, и быстро возвращают позаимствованную энергию, чтобы исчезнуть. Когда  же вакуум по какой-либо причине в  некоторой исходной точке (сингулярности) возбудился и вышел из состояния  равновесия, то виртуальные частицы  стали захватывать энергию без  отдачи и превращались в реальные частицы. В конце концов в определенной точке пространства образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией. Когда же возбужденный вакуум разрушился, то высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Экстремальные условия «начала», когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Оно характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества. В этом состоянии вещества в нем могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной — Большой взрыв. Это и было первотолчком, «началом» нашего мира[1].

 

 

1.2 Расширение Вселенной

С этого момента начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство. В это время идет безудержное  раздувание «пузырей пространства», зародышей  одной или нескольких вселенных, которые могут отличаться друг от друга своими фундаментальными константами  и законами. Один из них стал зародышем  нашей Метагалактики.

 

По разным оценкам, период «раздувания», идущий по экспоненте, занимает невообразимо малый промежуток времени  — до 10-33 с после «начала». Он называется инфляционным периодом. За это время  размеры Вселенной увеличились  в 1050 раз, от миллиардной доли размера  протона до размеров спичечного коробка.

 

К концу фазы инфляции Вселенная  была пустой и холодной, но когда  инфляция иссякла, Вселенная вдруг  стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла, осветивший космос, обусловлен огромными запасами энергии, заключенными в «ложном» вакууме. Такое состояние  вакуума очень неустойчиво и  стремится к распаду.

Когда распад завершается, отталкивание исчезает, заканчивается и инфляция.

А энергия, связанная в  виде множества реальных частиц, высвободилась  в виде излучения, мгновенно нагревшего Вселенную до 1027 К. С этого момента Вселенная развивалась согласно стандартной теории «горячего» Большого взрыва[2].

 

ПАРАГРАФ 2

1.3 Ранний этап развития Вселенной

 

Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой плазму из элементарных частиц всех видов  и их античастиц в состоянии термодинамического равновесия при температуре 1027 К, которые свободно превращались друг в друга. В этом сгустке существовали только гравитационное и большое (Великое) взаимодействия. Потом Вселенная стала расширяться, одновременно ее плотность и температура уменьшались. Дальнейшая эволюция Вселенной происходила поэтапно и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой — усложнением ее структур.

 

Адроная эра продолжалась 10-7 с. На этом этапе температура понижается до 1013 К. При этом появляются все четыре фундаментальных взаимодействия, прекращается свободное существование кварков, они сливаются в адроны, важнейшими среди которых являются протоны и нейтроны. Наиболее значимым событием стало глобальное нарушение симметрии, которое произошло в первые мгновения существования нашей Вселенной. Число частиц оказалось чуть больше, чем число античастиц. Причины такой асимметрии точно неизвестны до сих пор. В общем плазмоподобном сгустке на каждый миллиард пар частиц и античастиц на одну частицу оказывалось больше, ей не хватало пары для аннигиляции.

 

Лептонная эра продолжалась до 1 с после начала. Температура  Вселенной понизилась до 1010 К.. Главными ее элементами были лептоны, которые участвовали во взаимных превращениях протонов и нейтронов. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино, они перестали взаимодействовать с веществом и с тех пор дожили до наших дней.

 

Эра излучения (фотонная эра) продолжалась 1 млн. лет. За это время  температура Вселенной снизилась  с 10 млрд. К. до 3000 К.. На протяжении данного этапа происходили важнейшие для дальнейшей эволюции Вселенной процессы первичного нуклеосинтеза — соединение протонов и нейтронов (их было примерно в 8 раз меньше, чем протонов) в атомные ядра.

 

 

1.4 Структурная самоорганизация Вселенной

После Большого взрыва образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли собой газопылевое  облако и электромагнитный фон. Спустя I млрд. лет после начала образования  Вселенной стали появляться галактики  и звезды. К этому времени вещество уже успело охладиться, и в нем  стали возникать стабильные флуктуации плотности, равномерно заполнявшие  космос. В сформировавшейся материальной среде появлялись и получали развитие случайные уплотнения вещества. Силы тяготения внутри таких уплотнений проявляют себя заметнее, чем за их границами. Поэтому, несмотря на общее  расширение Вселенной, вещество в уплотнениях  притормаживается, а его плотность  начинает постепенно возрастать. Продолжая  сжиматься и теряя при этом энергию на излучение, уплотнившееся  вещество в результате своей эволюции превращалось в современные галактики. Появление подобных уплотнений и  стало началом рождения крупномасштабных космических структур — галактик, а затем и отдельных звезд[3].

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации  под действием гравитационных, магнитных  и других сил. Под влиянием сил  всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар — протозвезда, эволюция которой проходит три этапа.

 

Первый этап эволюции связан с обособлением и уплотнением  космического вещества. Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри про-тозвезды возрастает, что замедляет процесс ее сжатия, однако температура во внутренних областях пока остается недостаточной для начала термоядерной реакции. На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, а ее температура — повышаться, что приводит к началу термоядерной реакции. Давление газа, вытекающего из звезды, уравновешивается силой притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект — звезда. Такая звезда является саморегулирующейся системой. Если температура внутри не повышается, то звезда раздувается. В свою очередь, остывание звезды приводит к ее последующему сжатию и разогреванию, ядерные реакции в ней ускоряются. Таким образом, температурный баланс оказывается восстановлен. Процесс преобразования протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим масштабам.

 

Рождение звезд в галактиках происходит непрерывно. Этот процесс  компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Поэтому галактики  состоят из старых и молодых звезд. Эти звезды формировались, когда  про-тогалактическое облако распадалось на все более мелкие сгустки. Молодые звезды (возраст около 100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного сжатия. Именно термоядерная реакция является источником собственного свечения звезд

 

ЛИТЕРАТУРА

1)Физика на пороге новых  открытий \М.А.Браун, А.Н.Козырев.-М.:Наука,1990.-248с.

2)Космология XXвека\Г.Е.Горелик.-М.:Квант,1996.-22с.

3) «Большой взрыв»\Дж.Силк.-М.:Москва,Мир,1982.-391