Теории происхождения Вселенной

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Реферат:

"Теории происхождения Вселенной"

Выполнила: студент гр. зЭКО-11

Саркисова Варвара Львовна

Проверила: О. В. Силкина

№ зачётной книжки 3161001110

Йошкар-Ола

2017 г.

Содержание

Введение

1. Креационизм

2. Теория Большого взрыва

3. Теория космической инфляции

4. Теория Большого отскока

5. Теория струн

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Теории возникновения Вселенной разрабатывались человеком издавна. Несмотря на отсутствие даже начального понятия о религии или науке, в пытливых умах древних людей возникали вопросы о принципах мироустройства и о том, каково положение человека в том пространстве, которое его окружает. Сколько существует теорий возникновения Вселенной сегодня, сложно и сосчитать, некоторые из них изучаются передовыми учеными с мировыми именами, другие - откровенно фантастические.

В данной работе рассмотрены самые популярные из них.

1. Креационизм

Данная мировоззренческая теория происходит от латинского слова «creations» -- «творение».

Согласно этой концепции, наша Вселенная, планета и само человечество являются результатом творческой деятельности Бога или Творца. Сам термин «креационизм» возник в конце XIX в. И сторонники этой теории верят в истинность истории о сотворении мира, изложенной в Ветхом Завете.

2. Большой взрыв

Большой взрыв - первая научная гипотеза. Автором этого предположения стал астроном Эдвин Хаблл, который в 1929 году заметил, что галактики постепенно отдаляются друг от друга.

Согласно этой теории, Вселенная началась с колоссальной катастрофы, которая разразилась около 14 миллиардов лет назад. Большой взрыв случился не в каком-то определенном месте Вселенной, а сразу везде. В момент взрыва раскалённые частицы материи разлетелись в разные стороны с колоссальной скоростью. Они имели слишком высокую температуру и потому не могли соединяться в атомы. В то время не было звезд, галактик и даже атомов, и Вселенную заполнял очень горячий плотный и быстро расширяющийся сгусток материи и излучения. Увеличиваясь в размерах, он остывал. Примерно три минуты спустя после Большого взрыва температура снизилась достаточно для формирования атомных ядер, а через полмиллиона лет, когда новообразовавшаяся Вселенная охладилась до температуры в 4000 C⁰, электроны и ядра объединились в электрически нейтральные атомы, и Вселенная стала прозрачна для света.

Первоначально огненный сгусток был почти идеально однородным. Но крошечные неоднородности в нем все-таки были: в некоторых областях плотность была чуть выше, чем в других. Эти неоднородности росли, стягивая своей гравитацией все больше вещества из окружающего пространства, и за миллиарды лет превратились в галактики. И лишь совсем недавно по космическим меркам на сцене появились мы, люди.

В пользу теории Большого взрыва говорит множество наблюдательных данных: далекие галактики разбегаются от нас с очень большими скоростями, что указывает на расширение Вселенной; данная теория даёт объяснение распространенность во Вселенной легких элементов, таких как литий и гелий. Но самим главным из них служит космическое фоновое излучение -- послесвечение первичного огненного шара, наблюдать и исследовать которое имеется возможность до сих пор. За его изучение присуждены уже две Нобелевские премии.

Итак, получается весьма убедительная теория. И все же она не даёт ответа на некоторые интересные вопросы, касающиеся начального состояния Вселенной сразу после Большого взрыва:

1) Почему Вселенная была такой горячей?

2) Почему она была такой однородной?

3) Почему она стала расширяться?

На все эти вопросы отвечает теория инфляции, которую Алан Гут выдвинул 28 лет назад.

3. Теория космической инфляции

Центральную роль в этой теории играет особая форма материи, называемая ложным вакуумом.

a) По современным представлениям, пустое пространство (вакуум) может находиться в разных энергетических состояниях. Наше привычное пространство, по-видимому, является самым низко-энергетическим состоянием вакуума. Также его называют "истинным". Однако до Большого взрыва вакуум мог находиться в намного более энергичном состоянии, которое называют "ложным" вакуумом. Согласно теории космоло-гической инфляции, это состояние является неустой-чивым. Именно распад ложного вакуума мог стать источником энергии Большого взрыва.

В обыденном понимании этого слова вакуум -- просто абсолютно пустое пространство. Но для занимающихся элементарными частицами физиков вакуум -- далеко не полное ничто, а физический объект, обладающий давлением, энергией и который может находиться в различных энергетических состояниях. Физики называют эти состояния разными вакуумами, от их характеристик зависят свойства элементарных частиц, которые могут в них существовать. Связь между частицами и вакуумом подобна связи звуковых волн с веществом, по которому они распространяются: в разных материалах скорость звука неодинакова. Долгое время физики считали, что энергия вакуума, в котором мы живём, в точности равна нулю. Однако недавно наблюдения показали, что он обладает немного отличной от нуля энергией (она получила название темной энергии).

b) Темная энергия. Термин «темная энергия» в научной литературе появился в конце прошлого века для обозначения заполняющей всю Вселенную физической среды. В отличие от различных видов вещества и излучения, от которых можно (хотя бы теоретически) полностью очистить или экранировать некоторый объем, темная энергия в современной Вселенной неразрывно связана с каждым кубическим сантиметром пространства. С некоторой натяжкой можно сказать, что само пространство обладает массой и участвует в гравитационном взаимодействии.

Первое слово в термине «темная энергия» подразумевает то, что эта форма материи не испускает и не поглощает никакого электромагнитного излучения, в частности света. С обычным веществом она взаимодействует только через гра-витацию. Слово же «энергия» противо-поставляет эту среду состоящей из частиц, то есть структурированной материи, подчеркивая, что она не участвует в про-цессе гравитационного скучивания, ведущего к образованию галактик и их скоплений. Иными словами, плотность темной энергии одинакова во всех точках пространства, в отличие от обычного и темного вещества.

с) Инфляция.

Данная теория рождения Вселенной утверждает, что современный мир изначально был помещен в бесконечно малую точку, находящуюся в состоянии сингулярности, которая начала расширяться с невероятной быстротой. Спустя очень короткий промежуток времени, ее увеличение уже превышало скорость света. Именно этот процесс получил название «инфляция». Основной задачей гипотезы является объяснение не того, как образовалась Вселенная, а причины ее расширения и понятия космической сингулярности. креационизм происхождение вселенная гипотеза

Перейдем теперь к вопросам, на которые не дала ответ теория Большого взрыва.

1) Почему Вселенная была такой горячей?

Высокая температура возникает из-за высокой энергии ложного вакуума.

2) Почему она была такой однородной?

Вселенная однородна потому, что ложный вакуум везде имеет строго одинаковую плотность энергии (за исключением малых неоднородностей, которые связаны с квантовыми флуктуациями в ложном вакууме).

3) Почему она стала расширяться?

Расширение связано с отталкивающей гравитацией, которая заставляет ложный вакуум расширяться, а огненный сгусток продолжает расширяться по инерции.

С появлением теории инфляции Большой взрыв перестал быть единственным уникальным событием. Согласно ей вселенные возникают и расширяются, как пузырьки в бокале шампанского. И таких «бокалов» может быть множество.

Хотя в нашей части космоса инфляция закончилась, в целом во Вселенной она продолжается. То в одном месте, то в другом, в ее толще случаются «большие взрывы», в которых распадается ложный вакуум и возникает область космоса, подобная нашей. Но распад вакуума -- вероятностный процесс, случающийся в разных областях в разное время. Выходит, Большой взрыв не был уникальным событием в нашем прошлом. И инфляция никогда не закончится полностью, во всей Вселенной. Множество «взрывов» еще произойдет в будущем, как случалось прежде несчетное число раз. Этот никогда не кончающийся процесс называется вечной инфляцией.

Распад ложного вакуума

Компьютерная модель вечной инфляции. Ложный вакуум (желтый) расширяется вдвое каждые 10-33 секунд. В областях, где он распался (синие), образовались вселенные, подобные нашей. На границах происходит «большой взрыв».

Фото: А. Виленкин

Можно попробовать представить, как бы выглядела инфлирующая Вселенная, если взглянуть на нее со стороны. Пространство, заполненное ложным вакуумом, очень быстро расширяющееся во все стороны. Распад ложного вакуума похож на закипание воды. То там, то здесь спонтанно возникают пузыри низкоэнергетического вакуума. Едва зародившись, пузыри расширяются со скоростью света. Но поскольку пространство между ними расширяется еще быстрее, образуя место для все новых и новых пузырей, они очень редко сталкиваются. Мы живем в одном из них и видим только малую его часть.

К сожалению, путешествия в другие пузыри невозможны. Нам не угнаться за расширяю-щимися границами нашего пузыря, даже забравшись в фантастический космичес-кий корабль и двигаясь почти со скоростью света,. Так что мы фактически являемся его пленниками.

С практической точки зрения каждый пузырь является самодостаточной отдельной вселенной, у которой нет связи с другими пузырями. В ходе вечной инфляции порождается бесконечное число таких пузырей-вселенных.

4. Теория струн

Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв, как начальный момент возникновения элементов открытого космоса. Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным. Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультра-микроскопические струны, которые постоянно колеб-лются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.

Идея того, что Вселенная может постоянно вос-производить себя, многим ученым кажется разумной. Некоторые полагают, что наша Вселенная возникла в результате квантовых колебаний в предшествующей Вселенной, поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент времени и в нашей Вселенной может возникнуть такое колебание, и появится новая Вселенная, несколько отличная от настоящей.

5. Теория Большого отскока

Эта интересная теория, альтернативная Большому взрыву, говорит о том, что до нашей Вселенной существовала другая. То есть, если рождение Вселенной как Большой взрыв рассматривали как уникальное явление, то в данной теории это лишь одно звено из цепи реакций, в результате которых Вселенная постоянно воспроизводит саму себя. По этой теории, Большой взрыв не является началом времени и пространства, а появился и результате предельного сжатия другой Вселенной, масса которой не равна нулю, а лишь близка этому значению. При этом энергия Вселенной бесконечна.

В момент предельного сжатия Вселенная имела максимальную энергию, заключенную в минимальный объем, в результате чего произошел большой отскок. Родилась новая Вселенная, которая также начала расширяться.

Таким образом, квантовые состояния, существовавшие в старой Вселенной, просто изменились в результате Большого отскока и перешли в новую Вселенную.

Теория петлевой квантовой гравитации говорит о том, что время и пространство состоят из отдельных частей, или маленьких квантовых ячеек. Рождение новой Вселенной происходит в экстремальных условиях, которые заставляет квантовые ячейки отделяться друг от друга. Этот процесс и был назван Большим отскоком. Вселенная не появилась из ничего, как при Большом взрыве, а начала быстро расширяться из сжатого состояния.

М. Божовальд стремился получить сведения о Вселенной, предшествующей нашей, для чего несколько упростил некоторые квантово-гравитационные модели и уравнения теории петлевой квантовой гравитации. Данные уравнения содержат взаимодополняемые параметры, позволяющие описать квантовую неопределенность объема Вселенной до и после Большого взрыва. Вычисления показывают, что ни один из параметров предшествующей Вселенной не сохранился после Большого отскока, и потому в нашей Вселенной они отсутствуют. Иными словами, в результате бесконечной цепи расширения, сжатия и взрыва, а затем нового расширения образуются не одинаковые, а разные Вселенные.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели наиболее популярные теории происхождения Вселенной. Одни теории опровергают друг друга, другие дополняют. Большинство из них недоказуемо, хотя и имеют научное обоснование. Бездоказательность этих теорий, в сочетании с их красотой и грандиозностью, привлекают каждая своих новых сторонников, устремляя пытливые умы к истокам мироздания в поисках истины.

Список использованной литературы

1. Журнал " Вокруг Света" 01 августа 2009 года. Статья "Одна Вселенная или множество?", Александр Виленкин

2. Журнал " Вокруг Света" 01 сентября 2008 года. Статья "Темная энергия Вселенной", Владимир Лукаш

3. http://x-files.org.ua/articles.php?article_id=2695

4. "Мир многих миров. Физики в поисках иных вселенных.", Александр Виленкин

5. Презентация " Происхождение и развитие Вселенной", Брызгалов Илья

Размещено на Allbest.ru