Теория происхождения Вселенной

Содержание

Введение

1. Донаучное рассмотрение происхождения Вселенной

2. Теории происхождения Вселенной

2.1 Большой взрыв

2.2 Научное подтверждение Большого взрыва

2.3 Другие теории происхождения Вселенной

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Теория происхождения Вселенной - теория (от научной до философско-религиозной), дающая описание и объяснение начальных процессов возникновения вселенной (космогония), а также жизни, планеты Земля и человечества. Теории сотворения/возникновения мира могут быть оформлены в виде научных гипотез, философских размышлений, религиозных убеждений, фольклора.

Все концепции возникновения вселенной условно можно разделить на две:

- Концепции возникновения вселенной без участия осознающего фактора (Творца, «Вселенского разума» и т. д.) -- в основном, научные -- не признающие одухотворённость творения и понятие Творца, или, иными словами, «осознающего создателя», и опирающиеся на другие допущения;

- Концепции сотворения мира -- в основном, религиозные -- признающие Творца в качестве первопричины.

Это выражается, прежде всего, в достаточно серьезных противоречиях в терминологии и языковых оппозициях таких как: сотворение -- возникновение, творец -- природа и т. д. Во всем остальном многие виды мировоззрения зачастую пересекаются и дублируют друг друга.

За истекшее столетие наука о Вселенной добралась до самых верхних этажей структурной организации материи - галактик, их скоплений и сверхскоплений. Современная космология активно взялась за проблему происхождения (формирования) этих космических образований.

Как же представляли себе образование Вселенной наши далекие предки? Как объясняет происхождение Вселенной современная наука? Рассмотрение вопросов связанных с возникновением Вселенной цель данной работа.

1. Донаучное рассмотрение происхождения Вселенной

Дата возникновения вселенной - момент во времени, когда появился мир (Вселенная, звезды, планеты и т. п.). Существует несколько научных и религиозных систем датировок.

1. Согласно библейским источникам, период времени от сотворения мира Богом до Рождества Христова насчитывал от 3483 до 6984 лет.

2. Теория Большого Взрыва, широко распространённая в современной физике, оценивает появление Вселенной около 13 миллиардов лет назад. Самая ранняя известная эпоха это Планковское время (10^?43 секунд после Большого Взрыва)

3. В индуизме день Брахмы, состоящий из 1000 периодов по 4 юги (4,320 миллиардов лет). По прошествии этого периода наступает ночь Брахмы, равная по продолжительности Кальпе. Считается что нынешний Брахма находится на 51 году своей жизни, что соответствует 220,32 миллиардов лет.

С чего же все пошло? Как все космическое стало таким, каким оно предстает перед человечеством? Какими были те исходные условия, которые положили начало наблюдаемой Вселенной? Ответ на эти вопросы менялся с развитием человеческой мысли. У древних народов происхождение Вселенной наделялось мифологической формой, сущность которой сводится к одному - некое божество создало весь окружающий Человека мир. В соответствии с древнеиранской мифопоэтической космогонией Вселенная является результатом деятельности двух равносильных и взаимосвязанных творящих начал - бога Добра - Ахурамазды и бога Зла - Ахримана. Согласно одному из ее текстов, прасуществом, разделение которого привело к образованию частей видимой Вселенной, был изначально существующий Космос. Мифологическая форма происхождения Вселенной присуща всем существующим религиям.

Многие выдающиеся мыслители далеких от нас исторических эпох пытались объяснить происхождение, строение и существование Вселенной. Заслуживают особого уважения их попытки при отсутствии современных технических средств посредством только своего ума и простейших приспособлений осмыслить сущность Вселенной. Если совершить небольшой экскурс в прошлое, то обнаружится, что идея эволюционирующей Вселенной, взятой на вооружение современной научной мыслью, выдвигалась еще древним мыслителем Анаксагором (500-428 до н.э.). Заслуживает внимания и космология Аристотеля (384-332 до н.э.), и труды выдающегося мыслителя Востока Ибн Сины (Авиценна) (980-1037), пытавшегося логически опровергнуть божественное творение мира, и других, дошедших до нашего времени имен.

Человеческая мысль не стоит на месте. Вместе с изменением представления о строении Вселенной, менялось и представление о ее происхождении, хотя в условиях существующей сильной идеологической власти религии это было связано с определенной опасностью. Может этим и объясняется тот факт, что естествознание новоевропейского времени избегало обсуждения вопроса о происхождении Вселенной. Эта научная традиция надолго определила общее направление и саму методику астрономического, а затем и астрофизического исследований. В результате основы научной космогонии были заложены не естествоиспытателями, а философами. Первым на этот путь ступил Декарт, который попытался теоретически воспроизвести «происхождение светил, Земли и всего прочего видимого мира как бы из некоторых семян» и дать единое механическое объяснение всей совокупности известных ему астрономических, физических и биологических явлений. О безграничности Вселенной сделал предположение Исаак Ньютон (1642-1726), а философ Эммануил Кант (1724-1804) развил эту идею, допустив, что вселенная не имеет начала и во времени. Он объяснял все процессы во Вселенной законами механики, незадолго до его рождения описанными Исааком Ньютоном. Именно Канту принадлежит первая в научно-космогоническая гипотеза о естественном механизме возникновения материального мира. В безграничном пространстве Вселенной, воссозданной творческим воображением Канта, существование бесчисленного количества других солнечных систем и иных млечных путей столь же естественно, как и непрерывное образование новых миров и гибель старых. Именно с Канта начинается сознательное и практическое соединение принципа всеобщей связи и единства материального мира. Вселенная перестала быть совокупностью божественных тел, совершенных и вечных. Наблюдения астрономов 18-19 веков за движением планет подтвердили космологическую модель Вселенной Канта, и она из гипотезы превратилась в теорию.

2. Теории происхождения Вселенной

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в наше время, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Основная теория о происхождении Вселенной является теория «Большого взрыва». В 1915 и 1916 годах Эйнштейн опубликовал уравнения общей теории относительности, согласно этих уравнений Вселенная не является статичной, а расширяется с одновременным торможением. Единственное физическое явление, которое ведёт себя подобным образом это взрыв, которому учёные дали название «Большой взрыв».

Астрономы употребляют этот термин в двух взаимосвязанных значениях: с одной стороны этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной; с другой - весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием. Однако есть ряд вопросов, на которые теория Большого Взрыва ответить пока не может, но основные ее положения обоснованы надежными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа - порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределенность на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.

При дальнейшем продвижении к началу мира мы в какой-то момент столкнемся с еще более трудной проблемой необходимости «квантования гравитации», пока не имеющей даже принципиального удовлетворительного решения. В силу этих причин все попытки исследования самых первых мгновений существования нашего мира остаются пока чисто умозрительными теоретическими построениями. Поэтому мы просто исключим из рассмотрения это «первое мгновение» эволюции, ограничиваясь лишь последующим этапом, для которого наука располагает достаточно достоверной информацией.

2.1 Большой взрыв

Большой взрыв - это гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии (т.е. сверхплотном состоянии).

В начале был взрыв - взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начало всё пространство. Вещество, разлетавшееся в разные стороны в таком взрыве, состояло из различных типов элементарных частиц, причём каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы. Взорвавшись, невероятно горячий гигантский огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, разметал по пространству материю и энергию, придав им колоссальное ускорение, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики. Большой Взрыв оказался настолько мощным, что вся материя Вселенной с огромной скоростью разлетелась по космическому пространству.

Ранняя Вселенная представляла собой однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Любое вещество состоит из крохотных частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие материальные частицы, способные принимать участие в химических реакциях. Однако они, в свою очередь, состоят из еще более мелких, элементарных, частиц. В мире существует множество разновидностей атомов, которые называются химическими элементами. Каждый химический элемент включает в себя атомы определенных размеров и веса и отличается от других химических элементов. Поэтому в ходе химических реакций каждый химический элемент ведет себя только ему одному присущим образом. Все сущее во Вселенной, от крупнейших галактик до мельчайших живых организмов, состоит из химических элементов.

Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000⁰С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы - гелий и водород. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и сильнее - образовывались более тяжелые элементы. Процесс образования новых атомов и элементов продолжается и по сей день в недрах таких звезд, как, к примеру, наше Солнце. Их температура необычайно высока.

Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкивались друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали маленькие объекты к более крупным. В результате во Вселенной со временем сформировались галактики, звезды, планеты.

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад (Приложение: Хронология «Большого взрыва») и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Мы можем с уверенностью утверждать это потому, что отдаленные галактики все еще отодвигаются от нас, а расстояния между ними постоянно увеличиваются. Значит, когда-то галактики располагались гораздо ближе друг к Другу, чем в наши дни.

В зависимости от средней плотности материи и энергии во Вселенной, она или будет продолжать вечное расширение, или будет гравитационно замедляться и, в конце концов, схлопнется обратно в себя в Большом сжатии.

Данные, имеющиеся в настоящее время, позволяют утверждать, что не только материи и энергии недостаточно, чтобы вызвать сжатие, но и что расширение Вселенной происходит с ускорением. В последнее время ученым удалось определить, что и скорость расширения Вселенной, начиная с определённого момента в прошлом, постоянно увеличивается, что уточняет некоторые концепции теории Большого взрыва.

Современная стандартная модель развития Вселенной в физической космологии (так называемая Лямбда-CDM модель) учитывает эти модификации. Хотя, согласно альтернативным теориям, космос существовал всегда и всегда будет существовать, изменяясь лишь в своей форме и проявлениях.

Другие идеи о судьбе Вселенной включают теории Большого разрыва, Большого замерзания и тепловой смерти Вселенной.

2.2 Научное подтверждение Большого взрыва

Концепция Большого взрыва появилась с открытием в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

Космический микроволновой фон. В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела, свойственное объектам с температурой около -270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.

Простая аналогия поможет вам интерпретировать этот результат. Представьте, что вы сидите у камина и смотрите на угли. Пока огонь горит ярко, угли кажутся желтыми. По мере затухания пламени угли тускнеют до оранжевого цвета, затем до темно-красного. Когда огнь почти затух, угли перестают испускать видимое излучение, однако, поднеся к ним руку, вы почувствуете жар, что означает, что угли продолжают излучать энергию, но уже в инфракрасном диапазоне частот. Чем холоднее объект, тем ниже излучаемые им частоты и больше длина волн. По сути, Пензиас и Уилсон определили температуру «космических углей» Вселенной после того, как она остывала на протяжении 15 миллиардов лет: ее фоновое излучение оказалось в диапазоне микроволновых радиочастот.

Исторически это открытие и предопределило выбор в пользу космологической теории Большого взрыва. Другие модели Вселенной (например, теория стационарной Вселенной) позволяют объяснить факт расширения Вселенной, но не наличие космического микроволнового фона.

Изобилие легких элементов. Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования было ничтожным, потому что уже при следующем столкновении с еще одной тяжелой и быстрой частицей ядро снова распадалось на элементарные компоненты. Выходит, что с момента Большого взрыва должно было пройти около трех минут, прежде чем Вселенная остыла настолько, чтобы энергия соударений несколько смягчилась и элементарные частицы начали образовывать устойчивые ядра. В истории ранней Вселенной это ознаменовало открытие окна возможностей для образования ядер легких элементов. Все ядра, образовывавшиеся в первые три минуты, неизбежно распадались; в дальнейшем начали появляться устойчивые ядра.

Однако это первичное образование ядер (так называемый нуклеосинтез) на ранней стадии расширения Вселенной продолжался очень недолго. Вскоре после первых трех минут частицы разлетелись так далеко друг от друга, что столкновения между ними стали крайне редкими, и это ознаменовало закрытие окна синтеза ядер. В этот краткий период первичного нуклеосинтеза в результате соударений протонов и нейтронов образовались дейтерий (тяжелый изотоп водорода с одним протоном и одним нейтроном в ядре), гелий-3 (два протона и нейтрон), гелий-4 (два протона и два нейтрона) и, в незначительном количестве, литий-7 (три протона и четыре нейтрона). Все более тяжелые элементы образуются позже -- при формировании звезд.

Теория Большого взрыва позволяет определить температуру ранней Вселенной и частоту соударений частиц в ней. Как следствие, мы можем рассчитать соотношение числа различных ядер легких элементов на первичной стадии развития Вселенной. Сравнив эти прогнозы с реально наблюдаемым соотношением легких элементов (с поправкой на их образование в звездах), мы обнаруживаем впечатляющее соответствие между теорией и наблюдениями. По моему мнению, это лучшее подтверждение гипотезы Большого взрыва.

Помимо двух приведенных выше доказательств (микроволновой фон и соотношение легких элементов) недавние работы показали, что сплав космологии Большого взрыва и современной теории элементарных частиц разрешает многие кардинальные вопросы устройства Вселенной.

Конечно, проблемы остаются: мы не можем объяснить саму первопричину возникновения Вселенной; не ясно нам и то, действовали ли в момент ее зарождения нынешние физические законы. Но убедительных аргументов в пользу теории Большого взрыва на сегодняшний день накоплено более чем достаточно.

2.3 Другие теории происхождения Вселенной

Однако и сегодня есть противники теории Большого взрыва.

Теория «бесконечно пульсирующей Вселенной» утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва, но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Согласно этой теории, мир никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по другому рождается и умирает бесконечное количество раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета после которой мир строится заново (она же обозначает и конец мира).

Теория стационарного взрыва. Согласно ей Вселенная не эволюционирует, и не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Сторонники такой точки зрения отвергают расширение Вселенной, а красное смещение объясняют гипотезой о «старении» света. Однако, как выяснилось, эта гипотеза противоречит наблюдениям, например, наблюдаемой зависимости продолжительности вспышек сверхновых от расстояния до них.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

Объяснение ряда наблюдаемых или предполагаемых явлений, таких как сингулярности, возникающие при развитии массивных звёзд в «чёрные дыры» или существовавшие в «точке 0» в теории Большого взрыва, или асимметрия вещества и антивещества, могут быть найдены при допущении, что наша Вселенная - продукт процессов, имевших место в «Сверхвселенной», метрика которой больше наблюдаемой нами. Такими процессами могли быть соударение сверхмасс, или столкновение сверхмассы с нашей пространственно-временной метрикой, возникшее искривление которой вызывает эффект разбегания галактик, или прорыв в виде «сверхбелой дыры».

Для всех этих гипотез существенны:

а) представление о нашей Вселенной, как о вложенном пространстве, открытой системе;

б) понимание, что с момента зарождения наша Вселенная наследует некоторые фундаментальные свойства источника творения, например, значительное количественное преобладание вещества над антивеществом;

в) временной фактор (материя Сверхвселенной поступает в наше пространство или формирует его в течение конечного интервала времени с переменной интенсивностью).

Отметим и еще одну теорию (принцип). Антропный принцип утверждает, что Вселенная такая, какая она есть потому, что есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается, что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь.

Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Г.И. Иглис , затем развил ученый Картер.

Заключение

В заключении сделаем краткие выводы.

Вселенная возникла около 13 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи.

«Большой Взрыв» - основная модель эволюционной истории происхождения Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется.

Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, после Большого Взрыва. Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет.

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Таким образом, Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка Вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна так, как она является вечно самодвижущейся материей.

Список использованной литературы

1. Вайнберг С. Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной / С. Вайнберг. - М.: Астрономия, 2000. - 272 с.

2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Галактики, туманности и взрывы во Вселенной / Б.А. Воронцов-Вельяминов. - М.: Знание, 2003. - 176 с.

3. Левитан Е.П. Эволюционирующая Вселенная / Е.П. Левитан. - М.: 2003. - 39 с.

4. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная / И.Д. Новиков. - М.: Наука, 1998. - 175 с.

5. Происхождение жизни: Вселенная, солнце, земля, жизнь / Пер. с итал. Э.И. Мотылевой. - М: АСТ, 2007. - 56 с.

6. Линевивер Ч. Парадоксы большого взрыва / Ч. Линевивер, Т. Дэвис // В мире науки. - 2005. - №7.

7. Чернин А.Д. Космология: Большой Взрыв / А.Д. Чернин. - М.: Век, 2004. - 64 с.

8. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум / И.С. Шкловский. - М.: Мир, 2000. - 239 с.

Приложение

Хронология Большого взрыва