Сценарії подальшої еволюції всесвіту. Майбутнє всесвіту

Завдяки інстинкту виживання людство та наша цивілізація існують уже тисячі років. Хоча протягом кількох останніх десятиліть наукові спільноти все частіше турбуються з приводу можливих глобальних катастроф – подій з високим коефіцієнтом ризику, здатних не лише завдати шкоди планеті, а й знищити на ній життя.

Ера чорних дірок описана в книзі професора Фреда Адамса The Five Ages of the Universe, як століття, в якому організована матерія залишиться тільки у формі чорних дірок. Поступово вони завдяки квантовим процесам радіаційної активності позбавляться поглиненої ними матерії. До кінця згаданої ери залишаться лише низькоенергетичні протони, електрони та нейтрони. Іншими словами, можна попрощатися з нашою красивою блакитною планетою.

На думку багатьох релігійних течій, які висувають різноманітні гіпотези, наближається кінець світу (судний день, друге пришестя Ісуса Христа, пришестя Антихриста). В одному всі згодні: кінець світу настане неминуче. Вчені спростовують більшість гіпотез, але також згодні, що це може статися.

В результаті ще одного сценарію кінця світу придумані людиною нанороботи вийдуть з-під контролю і знищать людство.

Багато вчених стурбовані тим, що надзвичайно потужне гамма-випромінювання сусідніх галактик, внаслідок дуже сильного вибуху, може стати причиною загибелі нашої планети. Ця гіпотеза допомагає пояснити так званий парадокс Фермі, який свідчить, що, крім нас, інших технологічно розвинених цивілізацій у Всесвіті немає, оскільки гамма-промені, можливо, знищили все.

Це спірне питання, але багато хто вважає, що в результаті діяльності людства, що виникло глобальне потепління стане тим фактором, який можна розглядати як причину зміни клімату та загибелі життя на нашій планеті.

Сонце періодично викидає в космос розпечені радіоактивні хмари газу, які загрожують магнітному полю Землі, оскільки є надзвичайно потужними і досягають Землі лише за кілька годин. За словами деяких учених, внаслідок шкоди, яку людина приносить своїй планеті, неконтрольовані коронарні викиди Сонця одного разу знищать планету.

Теорія Великого вибуху – це ще одна сумнівна космологічна гіпотеза, згідно з якою матерія Всесвіту, починаючи від зірок, галактик до атомів та інших частинок, що з'явилися внаслідок цього вибуху, у такий же спосіб і зникнуть у майбутньому.

Великий стиск є ще однією науковою гіпотезою кінця нашого існування. У його результаті Всесвіт стиснеться і вибухне. Великий вибух породив її, а Великий стиск знищить.

"Генетичне забруднення" - сумнівний термін, який використовується для пояснення безконтрольного використання генної інженерії, яка втручається у світ природи. Втручатися в гени небажано, оскільки створивши одного разу нові організми, можна безповоротно завдати шкоди існуючим. Внаслідок спонтанних мутацій можуть з'явитися небажані домінуючі види.

Ще одним ризиком для життя людства можна вважати глобальні епідемії, які зможуть дуже швидко поширюватися повітряно-краплинним шляхом та вбити людей всього за кілька годин до того, як людство знайде ефективні ліки.

Як виглядала б планета, якби людство раптово зникло з лиця землі, як динозаври? До раптового вимирання людства можуть спричинити кілька причин. Наприклад, усі чоловіки стануть геями та припиниться репродукція людства.

Існують два сценарії розвитку майбутнього Всесвіту, і обидва ведуть до її загибелі. Деякі вчені кажуть, що Всесвіт вибухне, а інші замерзне. Так чи інакше, але обидва сценарії абсолютно неоптимістичні.

Дедалі частіше звучить загроза перенаселення планети. Багато експертів стверджують, що до 2050 року це стане найбільшою проблемою для нас. Справа в тому, що людство буде настільки численним, що не вистачатиме різних життєзабезпечених ресурсів, наприклад, води та нафти. В результаті, отримуємо голод, посухи, хвороби та нескінченні війни між країнами.

Надмірне споживання вже у 2015 році вважається одним із ризиків. Оскільки люди споживають набагато більше, ніж природа може регенерувати. Проявами надмірного споживання є величезні вилови риби та надмірне споживання м'яса. Те саме стосується і овочів, і фруктів.

Альберт Ейнштейн був одним з перших, хто пророкував кінець світу в результаті Третьої світової війни. Він казав, що не знає, яку зброю людство використовуватиме під час Третьої, але у Четверту світову війну людство воюватиме камінням та палицями.

Загибель цивілізації – це найреалістичніший сценарій із тих, які прогнозують загибель людства. Прикладом вважатимуться долю цивілізації Майя чи Візантійської імперії. Те саме може статися і з усім людством у майбутньому.

Ядерний голокост і апокаліпсис ставляться до реальних ризиків, які можуть призвести до загибелі людства. Це може статися, оскільки у світі накопичилася величезна кількість ядерної зброї.

Новий світовий порядок може бути встановлений однією з таємних організацій, які існують сьогодні (Ілюмінати, Масони, Сіоністи тощо). Сьогодні вони перебувають під контролем суспільства, але можуть у майбутньому стати більш могутніми та своїми догмами та діями привести людство до рабства та служіння злу.

Суть мальтузіанської катастрофи за Томасом Мальтом, автором «Досвід закону про народонаселення» (1798), в тому, що в майбутньому чисельність населення обжене зростання та можливості аграрного сектору економіки та стабільності. Після чого станеться занепад і зменшення чисельності населення і почнуться лиха.

Ця теорія існує ще з античності і більшість (якщо не всі) бачили незліченні фільми, в яких одним сонячним днем ​​якась інопланетна цивілізація завоює планету і спробує знищити життя на ній. У найближчому майбутньому це не станеться, але можливо станеться колись.

Трансгуманізм – це міжнародне культурне та інтелектуальне протягом кількох останніх років, метою якого є розуміння великої ролі технологій у трансформаціях та покращення якості матеріальної, фізичної та розумової сфер життя людини. Хоча звучить чудово, але внаслідок інформаційної та технологічної революції людство може постраждати.

Фахівці використовують поняття «технологічна сингулярність», описуючи гіпотетичний сценарій, в результаті якого швидкий технологічний прогрес зіграє злий жарт із людством, яке створить штучний інтелект і загине, втративши над клонами та роботами контроль.

Поняття «взаємне гарантоване знищення» стосується глобального використання зброї з метою масових знищень людей та планети. Це реальний сценарій, якщо оцінити сьогоднішню політичну та військову ситуацію у світі.

Ті, хто дивився фільм «Помри, але не зараз», знають, що кінетичне бомбардування зможе знищити життя на планеті. Якщо ви не бачили фільм, тоді уявіть розробку космічної зброї, яка може знищити все, що є на Землі за кілька секунд. Страшно? Страшно. Адже вчені навіть підрахували ймовірність до тисячних відсотків.

Сьогодні ми говоримо про цей, ну як його, Всесвіт. Так вийшло, що якось вона звідкись з'явилася, і ось усі ми тут. Хтось читає цю статтю, хтось готується до іспиту, проклинаючи все на світі... Літаки літають, поїзди ходять, планети крутяться, десь завжди щось відбувається. Людям завжди було цікаво знати одну складну відповідь на просте запитання. Як же все починалося і як ми докотилися до того, що є? Іншими словами - як народився Всесвіт?

Отже, ось вони - різні версії та моделі походження Всесвіту.

Креаціонізм: все створив Господь Бог

Серед усіх теорій про походження Всесвіту цей з'явився найпершим. Дуже хороша та зручна версія, яка, мабуть, матиме актуальність завжди. До речі, багато вчених фізиків, незважаючи на те, що наука і релігія часто видаються протилежними поняттями, вірили в Бога. Наприклад, Альберт Ейнштейн говорив:

«Кожен серйозний дослідник природи повинен бути якимось чином людиною релігійною. Інакше він не здатний уявити, що ті неймовірно тонкі взаємозалежності, які він спостерігає, вигадані не їм. У нескінченному універсумі виявляється діяльність нескінченно досконалого Розуму. Звичайне уявлення про мене, як про атеїста - велика помилка. Якщо ця вистава почерпнута з моїх наукових праць, можу сказати, що мої наукові роботи не зрозумілі»

Теорія великого вибуху

Мабуть, найпоширеніша і найбільш визнана модель походження нашого Всесвіту. Принаймні про неї чув практично кожен. Що говорить нам Великий Вибух? Одного разу, років приблизно 14 мільярдів тому, простору і часу не було, а вся маса всесвіту була зосереджена в крихітній точці з неймовірною щільністю – у сингулярності. Одного разу (якщо так можна сказати - часу не було) сингулярність не витримала через неоднорідності, що виникла в ній, стався так званий Великий Вибух. І з того часу Всесвіт постійно розширюється і остигає.

Модель Всесвіту, що розширюється.

Зараз відомо, що Галактики та інші космічні об'єкти віддаляються один від одного, а значить, Всесвіт розширюється. У 20-му столітті існувало безліч альтернативних теорій походження Всесвіту. Однією з найпопулярніших була модель стаціонарного Всесвіту, яку боровся сам Ейнштейн. Відповідно до цієї моделі, Всесвіт не розширюється, а перебувати в стаціонарному стані завдяки якійсь силі, що її утримує.

Червоне усунення – це спостережуване для далеких джерел зниження частот випромінювання, що пояснюється віддаленням джерел (галактик, квазарів) друг від друга. Цей факт свідчить про те, що Всесвіт розширюється.

Реліктове випромінювання – це ніби відлуння великого вибуху. Раніше Всесвіт був гарячою плазмою, яка поступово остигала. Ще з тих далеких часів у Всесвіті залишилися так звані фотони, що блукають, які утворюють фонове космічне випромінювання. Раніше за більш високих температур Всесвіту дане випромінювання було набагато потужнішим. Зараз його спектр відповідає спектру випромінювання абсолютно твердого тіла з температурою всього 2,7 Кельвін.

Теорія струн

Сучасне вивчення еволюції Всесвіту неможливе без узгодження його з квантовою теорією. Так, наприклад, у рамках теорії струн (теорія струн заснована на гіпотезі про те, що всі елементарні частинки та їх фундаментальні взаємодії виникають у результаті коливань та взаємодій ультрамікроскопічних квантових струн), передбачається модель множинного Всесвіту. Звичайно, там теж був Великий Вибух, але він стався не просто так і з нічого, а, можливо, внаслідок зіткнення нашого Всесвіту з якимось іншим, ще одним Всесвітом.

Власне, крім Великого Вибуху, що породив наш Всесвіт, у множинні Всесвіт відбувається безліч інших Великих Вибухів, що породжують безліч інших Всесвітів, що розвиваються за своїми, відмінними від відомих нам законів фізики.

Швидше за все, ми ніколи не дізнаємося напевно, як, звідки і чому з'явився Всесвіт. Тим не менш, розмірковувати про це можна дуже довго і цікаво, а щоб у Вас було достатньо їжі для роздумів, пропонуємо переглянути захоплююче відео на тему сучасних теорій походження Всесвіту.

Проблеми розвитку Всесвіту надто масштабні. Настільки масштабні, що по суті навіть не є проблемами. Надаємо фізикам-теоретикам ламати над ними голови і перенесемося з глибин Всесвіту на Землю, де на нас, можливо, чекає не розпочатий курсач чи диплом. Якщо це так, ми пропонуємо своє вирішення цього питання. Замовте відмінну роботу, зітхніть спокійно, і будьте в гармонії з собою і Всесвітом.

Отже, зараз Всесвіт розширюється, його речовина розлітається, найбільш далекі об'єкти, видимі найбільші телескопи, віддаляються від нас зі швидкостями, що перевищують три чверті швидкості світла. Процес розширення та розсіювання початкової величезної теплової енергії призвів до структурування матерії. Зараз еволюція матерії йде у напрямку дедалі більшого місцевого ускладнення дисипативних структур. Принаймні в одній точці Всесвіту – на нашій планеті – з'явилося життя, яке продовжує ускладнюватись. Ускладнюються як організми так і біоценози, розумне життя будує всі штучні системи, що ускладнюються. Можливо, існують інші такі «точки зростання» складності, можна припустити появу якихось зв'язків між ними. Виникає питання: до чого цей процес може дійти? Що чекає на нас і весь наш Всесвіт взагалі десь у нескінченно віддаленому майбутньому?

Для Всесвіту можливі два варіанти, вибір між якими залежить від середньої густини речовини в ній. Якщо щільність речовини менша від деякої критичної величини, Всесвіт буде розширюватися нескінченно. Якщо більше – сили гравітації зможуть зупинити розліт небесних тіл та розширення зміниться стисненням. Критичну щільність можна оцінити, знаючи постійну гравітаційну G і постійну Хаббла H:

r критий =3H 2 /8pG ~ 10 -32 кг/м3

Яка дійсна щільність речовини у Всесвіті, точніше, більша чи менша вона критична, невідомо. Якщо враховувати тільки видиму речовину, що світиться, щільність виявляється значно (в 30 разів) менше критичної. Однак багато фактів вказують на існування набагато більшої невидимої, «прихованої» маси. Зараз вважається, що середня щільність Всесвіту швидше за все все ж таки трохи менша за критичну, але повної впевненості в цьому немає. Не виключено, що вона точно дорівнює критичній і це не випадковий збіг. Отже, має сенс розглянути обидва варіанти розвитку.

Розглянемо спочатку перший - «відкритий», Всесвіт, що нескінченно розширюється.

Безперервне розширення супроводжується розсіюванням енергії. Локальні «резервуари» концентрованої енергії - зірки - витрачають своє ядерне пальне, скидають і розсіюють наприкінці життя частину своєї маси і перетворюються на мертві, що повільно остигають залишки або (за достатньої маси) на «чорні дірки». Зі скинутого газу можуть виникати зірки наступного покоління, але їх стає все менше і менше, поки цей процес не припиняється зовсім. Повне згасання всіх зірок має завершитися приблизно через 1014 (сто трильйонів) років. Залишаться мертві зорі, що охололи, і чорні дірки, що утворюють галактики, а також планети, невелика кількість дуже розсіяного газу і пилу і випромінювання, що безперервно втрачає енергію.

На наступному етапі має відбутися втрата зірками своїх планетних систем та втрата галактиками зірок. І те, й інше буде результатом тісних зближень зірок, коли гравітаційна взаємодія призводить до обміну імпульсом, отже окремі об'єкти викидаються із зв'язаної системи. При цьому планети будуть відірвані від своїх зірок, більшість зірок (приблизно 90%) буде викинуто, «випарується», з галактик, а ті, що залишилися, втративши імпульс, зберуться в масивну чорну діру. Цей процес іде і зараз, але дуже повільно. Закінчитися він має через 10 18 років. До цього часу не буде галактик, залишаться лише рівномірно розсіяні погаслі зірки та чорні дірки.

Останні етапи еволюції пов'язані з квантовими ефектами і наслідками ще багато в чому гіпотетичних уявлень, які з теорій об'єднання фундаментальних взаємодій. Теорія «великого об'єднання» - об'єднання сильних та електрослабких взаємодій - передбачає кінцевий час життя протона, що дорівнює 10 30 -10 32 років. Якщо це так, то через проміжок часу такого порядку протони розпадуться і вся речовина зірок перетвориться на електрони, позитрони та нейтрино.

Залишаться ще потужні темні дірки. Але виявилося, що вони не вічні. Чорні дірки здатні "випаровуватися" завдяки квантовим ефектам. Відповідно до принципу невизначеності поблизу «горизонту» на межі чорної діри можливе виникнення пар частинок, одна з яких залишається під горизонтом, а друга випромінюється, забираючи масу та енергію від чорної діри. Цей процес для масивних чорних дірок дуже повільний (тим повільніше, чим більша маса дірки) і завершення його потребує часу близько 10 100 років. Після цього, крім неймовірно розріджених електронів, позитронів, нейтрино і фотонів, не залишиться нічого.

Що буде, якщо середня щільність перевищує критичну? У цьому випадку розширення зміниться стисненням. Як воно відбуватиметься залежить від того, як довго перед цим триватиме розширення. Якщо щільність лише ненабагато більша критичної в процесі розширення (а реально, якщо вона все-таки більша, то тільки ненабагато), то до моменту початку стиснення Всесвіт складатиметься лише з мертвих зірок, чорних дірок, нейтрино і фотонів. При стисканні енергія фотонів зростатиме (завдяки «фіолетовому зміщенню») причому зростатиме більшою мірою, ніж вона спадала при розширенні. Фотони розігріють та випарують мертві зірки. При збільшенні щільності вся розсіяна речовина поглинатиметься чорними дірками, а наприкінці всі чорні дірки зіллються в одну гігантську. При цьому не тільки вся речовина зіллється і колапсує, але простір згорнеться. Чи може така маса, що колапсує, перейти в сингулярність з нескінченною щільністю і як би вона могла це зробити - невідомо, сучасна наука описати це не може. Правда не виключено, що, перш ніж щільність стане нескінченно великою, якийсь невідомий нам поки що механізм може призвести до так званого «відскоку» Всесвіту, і знову почнеться процес його розширення.

Можливість «відскоку» розглядалася та описувалася теоретиками. Тут можлива циклічність, коли цикли розширення та стискування чергуються. При цьому кожен наступний цикл виявляється приблизно вдвічі тривалішим за попередній. Таким чином, тривалість стадії розширення може стати такою великою, що захопить і етап розпаду протона. Тоді нове стиснення розпочнеться у стані, коли відсутні адрони, а енергія визначається фотонами, що утворилися під час розпаду протонів. У цьому випадку тривалість наступного циклу вже не подвоїться, а подовжиться принаймні 1000 разів. Зрештою черговий цикл практично не відрізнятиметься від нескінченного розширення. Взагалі теоретичний аналіз такого пульсуючого Всесвіту призводить до багатьох цікавих наслідків, але слід пам'ятати, що сам «відскок» залишається гіпотезою.

Подивимося тепер як у всі ці сценарії еволюції Всесвіту вписується еволюція структур і насамперед життя. Динамічний диссипативний характер структур вимагає їхнього існування потоку розсіювання енергії та речовини та відповідних градієнтів концентрації. На початку розширення концентрація енергії та речовини дуже висока, а градієнти малі, що перешкоджає утворенню складних структур. Зменшення концентрацій та посилення неоднорідностей у розподілі цих концентрацій призводить до виникнення все більш складних структур – це ми бачимо навколо себе зараз. Однак, подальше розсіювання речовини та енергії має призвести до зменшення градієнтів та інтенсивності потоків енергії, які виявляться недостатніми для забезпечення складних структур, таких як життя. Очевидно, що в розвитку Всесвіту, що розширюється, повинен існувати якийсь пік структурної складності, після якого вона піде на спад. Чи дістався наш Всесвіт до такого піку, чи максимум ще попереду? Точно сказати не можна, але принаймні ми десь у районі максимуму, який має бути дуже пологим, розтягнутим на десятки мільярдів років.

Треба сказати, що якщо наш Всесвіт не «відкритий» і розширення колись зміниться стисненням, у розвитку його структурованості нічого не зміниться. На стадії розширення так само буде пік максимальної складності структур і потім спрощення. На стадії стиснення нового ускладнення структури не буде - цикл несиметричний. Для виникнення структур потрібна дисипація.

Подивимося тепер, як може виглядати наша власна доля, пов'язана з нашою маленькою планетою. Збільшення чисельності людей, розростання штучного довкілля вже підійшло до своєї межі. Необхідна стабілізація як чисельності населення і рівня споживання різноманітних первинних ресурсів. Причому для багатьох видів ресурсів необхідна не стабілізація, а різке скорочення споживання. Наприклад запасів руд металів цинку, олова, ртуті та свинцю за нинішнього споживання вистачить лише приблизно на 20 років. Інших – більше, але всі так звані непоновлювані ресурсиповинні виснажитися.

Це, власне кажучи, не дуже страшно. Назва «невідновні» умовна. Будь-яка речовина якось змінена або розсіяна може бути знову сконцентрована, очищена і залучена в обіг, тільки в міру виснаження багатих природних концентратів. руд -це вимагатиме все більше витрат енергії. Витрати енергії пов'язані з її розсіюванням, дисипацією. Це той самий загальний закон: виникнення та існування стабільних структур вимагає збільшення розсіювання енергії, зниження її якості - виробництва надмірної ентропії.Потрібний потік енергії нам забезпечує Сонце. Отже можливість ускладнення структури довкілля людини, у принципі, обмежена величиною потоку енергії від Сонця. І саме існування цієї структури можливе лише поки світить Сонце.

Сонце світитиме довго, але не вічно. Воно має згаснути, попередньо роздувшись і без вибуху або з вибухом скинувши значну частину речовини. Якщо припустити, що людство не зникне раніше і досягне величезної технологічної потужності, можна припустити, що воно зможе заздалегідь разом зі своєю планетою (або без неї) перебратися до іншої зірки, і так далі. Однак кожне згасання зірки залишає мертвий залишок, який виключається з подальших перетворень. Кількість газу, з якого можуть утворюватися нові зірки, швидко зменшується, і врешті-решт зірки згаснуть усі. Дуже розвинене людство зможе триматися і тут ще дуже довго, економно спалюючи в термоядерній топці запаси водню великих планет, але врешті-решт і розумне життя і все накопичена в створених структурах інформація зникне разом з нашоїВсесвіту.

Такого висновку призводить сучасний рівень знань. Що буде потім"? «Потім» не буде, бо разом із нашоїВсесвіту помре і нашечас та нашепростір. Але сучасна наука говорить про те, що наш Всесвіт не може бути єдиним. Флуктуації чогось первинного можуть породжувати безліч інших всесвітів, можливо з іншою розмірністю і взагалі з іншими властивостями, в яких теж розвиток може призвести до самопізнання.

Ми дійшли висновку, що все реальне і конкретне навколо нас звичайно в часі та просторі так само, як і кінцеве життя людини. Нескінченність відсунулася в область принципово недосяжного. Зараз ми можемо допустити існування безлічі світів, можливо і нескінченної множини, що виникають і виростають з флуктуацій в деякій первинній сутності як бульбашки в рідині, що піниться. Ці світи незалежні і нездатні обмінюватися інформацією. Ми здатні пізнати наш світ, який має свою специфічну метрику та просторово-часову структуру. Він, очевидно, має «початок» та «кінець». Ми ставимо ці слова в лапки, тому що на початку, принаймні, саме поняття часу ще не існувало. З того моменту, як з'явився час як характеристика нашого світу, він розвивається від народження до смерті як від початкового безструктурного стану до кінцевого і безструктурного через дуже тривалий етап «зрілості», що характеризується виникненням складної структури. Зараз триває процес безперервного ускладнення структури Всесвіту, який, мабуть, триватиме ще багато мільярдів років.

Питання глав 5 і 6.

1. Що ми знаємо про проблему виникненняжиття?

2. Як пов'язана еволюція організмів, видів та біосфери?

3. Причина та механізм еволюції життя за Дарвіном. Проблеми дарвінівської теорії.

4. Як нині “підправлена” дарвінівська теорія?

5. Особливості біосфери як системи. Чим забезпечується її стійкість?

6. Зв'язок еволюції життя із загальною евлюцією нашого Всесвіту. Єдність загальних механізмів.

7. Особливості еволюції людини як біологічного виду та еволюції біосфери після появи людини.

8. Які основні несприятливі результати впливу людини на біосферу?

9. Чим небезпечне створення штучного сприятливого життя людини середовища – інтенсивне сільське господарство, культурні парки, “безвідходна” промисловість із замкнутими циклами, - чого прагнуть густонаселені “розвинені” країни?

10. Які можливі варіанти виходу із глобальної екологічної кризи?

11. Чи є життя інших планетах Сонячної Системи?

12. Чи є життя в інших частинах Всесвіту?

13. Яка подальша судбба нашого Всесвіту?

14. Якою може бути подальша доля людства?

Загальний висновок

Ми намалювали сучасну наукову картину світуі показали у найзагальнішому вигляді як вона будувалася людиною. Уявлення про світ загалом, як про впорядковану системіі розуміння свого місця в ній необхідне людині для її існування. Людина почала впорядковувати навколишній світ як тільки усвідомила себе, створюючи систему міфів. Пізніше основою системи світу стала наука.

Наука -сфера людської діяльності, функція якої - вироблення та теоретична систематизація об'єктивних знань про дійсність. Потреба таких систематичних знаннях, в упорядкуваннянавколишнього світу закладено у самій природі людини.

Дві сторони науки – добування фактів, що характеризують навколишній світ та їх систематизація – пов'язані нерозривно. Отримання нових об'єктивних науковихданих за відсутності будь-якої вихідної теоретичної концепції так само неможливо, як і побудова суто умоглядної теорії. З першого погляду видається, що наукова діяльність має починатися з «неупередженого» накопичення фактів, але придивившись уважніше неважко помітити, що це практично неможливе. Відповідь питанням: «з чого слід починати?» настільки ж важкий, як у відповідь питання: «що було раніше: курка чи яйце?».

Наука відповідає питанням: « яквлаштований світ?». Робота науки полягає у пошуках зв'язківміж фактами, у виявленні закономірностейякі дозволяють передбачатинові факти. При цьому наука спирається на певні фундаментальні концепції,які певною мірою перебувають за межами власне науки і відіграють приблизно таку ж роль, як основні постулати в геометрії. Це концепції об'єктивного існування, єдностіі просто тисвіту.

Знання закономірностей дозволяє пояснювати та передбачати нові факти за допомогою логічних висновківПроте логічна екстраполяція закономірності за межі тієї області, в якій вона була встановлена ​​емпірично, рано чи пізно призводить до суперечностей з існуючими фактами. Нові факти який завжди вдається взагалі логічно пов'язати зі старими шляхом простого емпіричного узагальнення у межах існуючого спільного погляду світ. У цьому випадку рух уперед можливий лише за допомогою радикального переглядуосновних положень, включення нових ідей, що народжуються інтуїтивно,на основі підсвідомої обробки всього попереднього досвіду.

Конкретним продуктом науки є послідовність теоретичних моделейприродних процесів та явищ. Модель завжди приблизновідбиває явище, оскільки вичерпно повне знання про об'єкт не можна досягти за кінцевий проміжок часу. Але, незважаючи на це, можлива побудова адекватних,тобто правильно описують всі важливі для нас сторони явища, моделей, що випливає з фундаментальних концепцій.

У побудові картини навколишнього світу беруть участь конкретніші концепції, головні у тому числі це концепції стаціонарностіі нестаціонарності, елемента, континуальнаі корпускулярна, простору, часу, взаємодії.

Простір і час згідно з сучасними уявленнями утворюють єдиний просторово-часовий континуум,властивості якого нерівно пов'язані з властивостями матерії. У той самий час задля опису устрою та еволюції безлічі структур нашого світу зазвичай досить розглядати матерію, розподілену в незалежному від неї просторі, і змінюється незалежно поточному часу.

Зараз можна вважати доведеним, що наш мирнестаціонарнийпроте, при описі великої кількості процесів та явищ успішно використовується концепція стаціонарності, поцеси та явища описуються в рамках стаціонарної моделі.

Концепція континуальнаі корпускулярнастали виглядати по-новому після появи квантової механіки. Основна ідея квантової механіки – просторово-часова дискретністьвсіх властивостей матерії. Але в той же час принцип невизначеності, принципово імовірнісний характер квантових процесів розмазує цю дискретність відповідно до безперервнимрозподілом густини ймовірності прояву тієї чи іншої властивості.

Основні властивості об'єктів макросвіту можуть бути виведені з властивостей елементарних частинок та їх взаємодій на основі корпускулярної концепції, але успішно описуються та аналізуються за допомогою континуальної концепції під час використання усереднених характеристик.

Зв'язки, що виникають в результаті взаємодій, призводять до виникнення структур.Закономірне, впорядковане розташування елементів і тіл у просторі ми називаємо просторовою структурою,упорядкований процес зміни просторової структури у часі може бути названий тимчасовою структурою.У єдиному просторі-часі наш світ утворює просторово-тимчасову структуру

Хоча в основі всіх складних взаємодій лежать лише чотири фундаментальних, використовуючи тількизакони цих фундаментальних взаємодій, неможливо пояснити утворення всіх структур, що спостерігаються. У великих, багаточасткових системах виникають колективні ефекти,що призводять до якісно нових явищ. Вивчення великих систем за допомогою їх узагальнених характеристик займається термодинаміка.Вивчення колективних ефектів та механізму освіти макроструктур- предмет синергетики.

Основними поняттями термодинаміки є енергіяі ентропія.Енергіявизначається як фундаментальне, що зберігається у всіх процесах властивість матерії, кількісно вимірюється величиною механічної роботи, яку вона за певних умов може бути перетворена. Ентропіюможна визначити як міру якостіенергії, що міститься в системі, або міру її реальної здібностізробити роботу без залучення зовнішніх впливів чи міру ймовірності стану системи(Ступені її невпорядкованості).

Через ці поняття формулюються два основні закони або початкутермодинаміки – закон збереження енергіїта закон зростання ентропії. Другий їх свідчить, що у ізольованій системі можуть протікати лише процеси, пов'язані зі збільшенням її ентропії.

Наш Всесвіт загалом є ізольованою системою і тому ентропія її має зростати, що ми й спостерігаємо. Зростання ентропії означає зростання безладдя, згладжування всіх неоднорідностей, градієнтів, зниження якості енергії, зникнення структур. Однак реально ми бачимо, що Всесвіт глибоко структурований, а безпосередньо навколо нас еволюція йде у бік підвищення складності. Така еволюція географічної оболонки Землі та біосфери.

Причина цього в тому, що розширення Всесвіту породжує спрямований потік дисипації,який призводить до катастрофічного зростання окремих флуктуаційта виникнення дисипативних структур.Виникаючі структури пов'язані з надлишковимвиробництвом ентропії, хоча локально і її зменшення. Дисипативні структури є динамічні системи,далекі від рівноваги, що існують завдяки безперервному обміну енергією та речовиною з навколишнім середовищем. На певних етапах вони можуть переходити до метастабільніабо кавзірівноважнісистеми.

З поняттям структуратісно пов'язане поняття стійкість, що означає збереження всіх основних якісних характеристик системи за будь-яких змін керуючих параметрівв межах деякого кінцевого діапазону. Без стійкості втратило б сенс саме поняття Структура.

Еволюція структур відбувається через втрату стійкостішляхом стрибкоподібногопереходу в новий стійкий стан до нової структури. Стрибки при еволюції означають дискретність у часі - неминучий наслідок самої наявності структур - дискретності у просторі.Можна сказати і навпаки, що дискретність у просторі є наслідок дискретності у часі.просторово-часова структурованість - це загальна властивість нашого світу.

Еволюція зараз йде у бік підвищення складності структур, але складніші структури охоплюють дедалі меншу частину матерії. Найпростіші макроструктури – початкові гравітаційні неоднорідності – охоплювали всю речовину; об'єднані в галактики зірки головної послідовності включають лише якісь відсотки всієї маси Всесвіту; виниклі разом із зірками другого покоління планети земної групи становлять лише малу частку відсотка від маси зірок; і, нарешті, найскладніша структура – ​​життя – становить лише тонку плівку лежить на поверхні, мізерну частку відсотка від багатьох планет земної групи. А може бути і не "деяких", а лише однієї, хоча це здається малоймовірним, що суперечить концепції єдності світу. Але доказів зворотного – ширшої поширеності життя у Всесвіті – поки що немає.

Останній структурний стрибок ускладненняпов'язаний з появою розумнийжиття, що усвідомило себе і почало переробляти решту біосфери, перетворюючи її на ноосферу.Цей стрибок ще не завершився. Якою буде ноосфера і чи виникне така стійка структура взагалі наразі невідомо. Головна проблема, що стоїть перед людиною, – це не загинути внаслідок втрати стійкості біосфери та її руйнування через її діяльність, перш ніж виникне нова стійка структура.

Федеральне агентство з освіти

ГОУ ВПО «УГТУ-УПІ імені першого Президента Росії Б.М. Єльцина»

Інститут освітніх інформаційних технологій

Факультет дистанційної освіти

Реферат

на тему: Еволюція Всесвіту, її різні моделі

з дисципліни: Концепції сучасного природознавства

Єкатеринбург

Вступ

Що є Всесвіт, Земля, Місяць, Сонце, зірки? Де початок і де кінець Всесвіту, як довго він існує, з чого складається і де межі його пізнання? Вивчення Всесвіту, навіть тільки відомого нам його частини, є грандіозним завданням. Щоб отримати ті відомості, які мають сучасні вчені, знадобилися праці безлічі поколінь.

Проблема виникнення Всесвіту займала людей ще до сучасної науки. В основі інтересу лежить - бажання дійти першопричини всього сущого. У біблії, наприклад, вказано навіть точну дату створення світу - 5 тисяч років до нашої ери. Історичне обґрунтування цієї дати може бути в тому, що вона приблизно відповідає останньому льодовиковому періоду – 10 тисяч років до нашої ери. У 5 столітті нашої ери автор «Християнської науки» Блаженний Августин вказував, що до виникнення Всесвіту поняття часу не має сенсу, що дивним чином збігається з уявленнями сучасної науки. Августин писав, що Бог створив і Всесвіт і час, тому до народження Всесвіту часу не було. Чому ж тоді Всесвіт виник у якийсь певний момент часу? Стародавні греки: Платон, Аристотель вважали, що світ незмінний і існує вічно, але іноді в ньому трапляються катастрофи, які відкидають людство назад.

Метою даної є аналіз різних моделей існування та еволюції Всесвіту, в тому числі і сценаріїв розвитку Сонячної системи, чиєю складовою є наша планета Земля.

Глава 1. Склад Всесвіту та його розміри

Видима частина Всесвіту складається із сотень мільярдів галактик, і в кожній галактиці десятки мільярдів зірок. На кожного мешканця Землі припадає по мільярду зірок, що значно розширює можливості маленького принца Екзюпері, який скромно задовольнявся лише однією планетою. Зірки у Всесвіті об'єднані в гігантські Зоряні системи, які називаються галактиками. Але це лише видима частина Всесвіту.

Зоряна система, у складі якої як звичайна зірка знаходиться наше Сонце, називається Чумацький шлях. Число зірок у Галактиці близько 1012 (трильйона). Чумацький шлях, світла срібляста смуга зірок, опоясує все небо, становлячи основну частину нашої Галактики. Сонячна система не знаходиться у центрі Галактики. У центрі Галактики розташоване ядро ​​діаметром 1000-2000 пк - гігантське скупчення зірок. До складу ядра входить багато червоних гігантів і короткоперіодичних цефеїдів (великі скупчення зірок).

Зірки верхньої частини головної послідовності, а особливо надгіганти та класичні цефеїди, становлять молодше населення. Воно знаходиться далі від центру і утворює порівняно тонкий шар або диск. Серед зірок цього диска знаходиться пилова матерія та хмари газу. Субкарлики та гіганти утворюють навколо ядра та диска Галактики сферичну систему.

Науці відома природа лише 5% речовини, з якої складається Всесвіт. Ці 5% (4% звичайна матерія - планети, туманності тощо, 1% зірки і галактики) бачимо навколо і самі з нього зроблено. Решта – велика таємниця, а саме 70% темна енергія (нещодавно відкрита форма антигравітації), а 25% темна матерія (невидимі частинки з невідомими властивостями) та 5% видима речовина (див. рис 1).

Маса нашої Галактики оцінюється зараз різними способами, вона дорівнює приблизно 2*1011 мас Сонця (маса Сонця дорівнює 2*1030 кг), причому 1/1000 її укладено міжзоряному газі та пилу. Маса галактики в Андромеді майже така сама, а маса галактики в Трикутнику оцінюється в 20 разів менше. Діаметр нашої галактики становить 100000 світлових років. Шляхом копіткої роботи московський астроном В.В. Кукарін у 1944 р. знайшов вказівки на спіральну структуру Галактики, причому виявилося, що ми живемо у просторі між двома спіральними гілками, бідним на зірки. У деяких місцях на небі в телескоп, а подекуди навіть неозброєним оком можна розрізнити тісні групи зірок, пов'язані взаємним тяжінням, або зоряні скупчення.

Розділ 2. Моделі еволюції Всесвіту

Всесвіт – це все існуюче. Від дрібних порошин і атомів до величезних скупчень речовини зоряних світів та зоряних систем. Тому не буде помилкою сказати, що будь-яка наука, так чи інакше, вивчає Всесвіт, точніше тим чи інші її сторони. Хімія вивчає світ молекул, фізика – світ атомів та елементарних частинок, біологія – явища живої природи. Але існує наукова дисципліна, об'єктом дослідження якої є сам Всесвіт. Це особлива галузь астрономії, так звана космологія. Космологія - вчення про Всесвіт загалом.

З розвитком кібернетики у різних галузях наукових дослідженнях набули великої популярності методики моделювання. Побудова різних моделей відноситься до одного з важливих шляхів пізнання існуючого світу. Об'єкти, явища та процеси, що відбуваються у Всесвіті, дуже складні. Моделювання дозволяє виділити найістотніші, характерні риси цих процесів.

З розвитком науки, що все повніше розкриває фізичні процеси, що відбуваються в навколишньому світі, більшість учених поступово перейшла до матеріалістичних уявлень про нескінченність Всесвіту. Тут велике значення мало відкриття І. Ньютоном (1643 – 1727) закону всесвітнього тяжіння, опублікованого у 1687 р.

Одним із важливих наслідків цього закону стало твердження, що в кінцевому Всесвіті вся його речовина за обмежений проміжок часу має стягнутися в єдину тісну систему, тоді як у нескінченному Всесвіті речовина під дією тяжіння збирається в деяких обмежених обсягах (за тодішніми уявленнями - у зірках), рівномірно заповнюють Всесвіт.

Велике значення у розвиток сучасних поглядів на будову та розвитку Всесвіту має загальна теорія відносності, створена А. Ейнштейном (1879 - 1955). Вона узагальнює теорію тяжіння Ньютона великі маси і швидкості руху, порівнянні зі швидкістю світла. Справді, у галактиках зосереджена колосальна маса речовини, а швидкості далеких галактик і квазарів можна порівняти зі швидкістю світла.

Одним із значних наслідків загальної теорії відносності є висновок про безперервний рух речовини у Всесвіті - нестаціонарність Всесвіту. Цей висновок було отримано у 20-ті роки нашого століття радянським математиком А.А. Фрідманом (1888 – 1925). Він показав, що в залежності від середньої густини речовина Всесвіт повинен або розширюватися, або стискатися. У майбутньому розширення Всесвіту зміниться стисненням, а за середньої щільності рівної чи меншої критичної розширення не припиниться. Два останні варіанти активно розглядалися астрофізиками, причому в 80 - роки в них було включено неймовірно швидке розширення Всесвіту (інфляція), що відбулося в перші миті Великого вибуху.

Теорія Олександра Фрідмана, на відміну від Ейнштейна, який вважав Всесвіт стабільним і незмінним, найповніше описує модель її виникнення та розвитку. Погляди Фрідмана заклали основу для подальшого вивчення процесів, що відбуваються у Всесвіті.

Принципово новий етап у розвитку сучасної еволюційної космології пов'язані з ім'ям американського фізика Г.А. Гамова (1904-1968), завдяки якому в науку увійшло поняття гарячого Всесвіту. Відповідно до запропонованої ним моделі «початку» Всесвіту, що еволюціонує, «первоатом» Леметра складався з сильно стиснутих нейтронів, щільність яких досягала жахливої ​​величини - один кубічний сантиметр первинної речовини важив мільярд тонн. Внаслідок вибуху цього «первоатому» на думку Г.А. Гамова утворився всеобраний космологічний котел із температурою близько трьох мільярдів градусів, де й відбувся природний синтез хімічних елементів. Осколки первинного яйця - окремі нейтрони потім розпалися на електрони і протони, які, у свою чергу, з'єднавшись з нейтронами, що не розпалилися, утворили ядра майбутніх атомів. Все це сталося у перші 30 хвилин після «Великого Вибуху».

Гаряча модель являла собою конкретну астрофізичну гіпотезу, що вказує на шляхи дослідної перевірки своїх наслідків. Гамов передбачив існування в даний час залишків теплового випромінювання первинної гарячої плазми, а його співробітники Дльфер і Герман ще в 1948 досить точно розрахували величину температури цього залишкового випромінювання вже сучасного Всесвіту. Однак Гамову та його співробітникам не вдалося дати задовільного пояснення природній освіті та поширеності важких хімічних елементів у Всесвіті, що стало причиною скептичного ставлення до його теорії з боку фахівців. Як виявилося, запропонований механізм ядерного синтезу не міг забезпечити виникнення кількості цих елементів, що спостерігається нині.

Вчені почали шукати інші фізичні моделі "початку". 1961 року академік Я.Б. Зельдович висунув альтернативну холодну модель, згідно з якою первісна плазма складалася із суміші холодних (з температурою нижче абсолютного нуля) вироджених частинок - протонів, електронів та нейтрино. Через три роки астрофізики І.Д. Новіков та А.Г. Дорошкевич зробили порівняльний аналіз двох протилежних моделей космологічних початкових умов – гарячої та холодної та вказали шлях дослідної перевірки та вибору однієї з них. Було запропоновано за допомогою вивчення спектру випромінювань зірок та космічних радіоджерел спробувати виявити залишки первинного випромінювання. Відкриття залишків первинного випромінювання підтверджувало б правильність гарячої моделі, і якщо такі немає, це свідчить на користь холодної моделі.

Наприкінці 60-х років група американських учених на чолі з Р. Дікке розпочала спроби виявити реліктове випромінювання. Але їх випередили Л. Пепзіас і Р. Вільсон, які отримали 1978 р. Нобелівську премію за відкриття мікрохвильового фону (ця офіційна назва реліктового випромінювання) на хвилі 7,35 див.

Примітно, що майбутні лауреати Нобелівської премії не шукали реліктове випромінювання, а переважно займалися налагодженням радіоантени, для роботи за програмою супутникового зв'язку. З липня 1964 по квітень 1965 вони при різних положеннях антени реєстрували космічне випромінювання, природа якого спочатку була їм не ясна. Цим випромінюванням виявилося реліктове випромінювання.

Таким чином, внаслідок астрономічних спостережень останнього часу вдалося однозначно вирішити принципове питання про характер фізичних умов, які панували на ранніх стадіях космічної еволюції: найбільш адекватною виявилася гаряча модель «початку». Сказане, проте, означає, що підтвердилися всі теоретичні твердження і висновки космологічної концепції Гамова. З двох вихідних гіпотез теорії - про нейтронний склад «космічного яйця» і гарячий стан молодого Всесвіту - перевірку часом «витримала «тільки» остання, що вказує на кількісне переважання випромінювання над речовиною біля витоків космологічного розширення, що нині спостерігається.

«Морозильний» сценарій розробили американські фізики Фред Адамс та Грегорі Лафлін ще до відкриття прискореного розширення Всесвіту – у 1997 році (модель будується на базі стандартної моделі). Згідно з їхньою моделлю, історія нашого Всесвіту налічує чотири ери:

Зіркова ера (почалася через сотні мільйонів років після Великого вибуху, у Всесвіті стали виникати перші зірки і почалася інтенсивна генерація енергії за рахунок ядерного синтезу в зоряних надрах. Ці процеси продовжуються і зараз. Вчені вирахували, коли Всесвіту виповниться 1014 років у космічному просторі не залишиться вільного водню, і зірки закінчать своє існування).

Ера виродження охоплює проміжок 1015 - 1037 років, від блискучих світил залишилися нейтронні зірки і білі карлики, накопичуються чорні дірки, які посилено ростуть, відбудеться розпад ядерної речовини, протони будуть розпадатися на позитрони, фотони, нейтрино і в результаті звичайне речовин білих карликів почне перетворюватися на випромінювання.

Ера чорних дірок припадає на проміжок часу 1038 - 10100. У цей час зникнуть усі протони та нейтрони (баріони) і єдиними макрооб'єктами у Всесвіті залишаться чорні дірки і вони незабаром випаруються у випромінювання та зникнуть у вибухах.

Темна ера настане коли вік світобудови перевищить 10 100 років. З матерії залишаться лише кванти електромагнітного випромінювання майже 0 температури та стабільні лептони (нейтрино, електрони та позитрони).

Модель «всесвіту, що роздмухується» була запропонована в 2003 році Р. Калдвеллом, М. Каміонковскі і Вейнбергом. Розширення Всесвіту не дає пояснень у моделях «гарячого Всесвіту». Зростання збільшення темної енергії (вакуум) призведе до вселенського антиколапсу. Швидкість розширення простору зросте настільки, що розірве галактики, тобто. тут вирішального значення набула антигравітація, видалення всіх пунктів одночасно. Розпадуться планетні системи, планети втрачають зв'язок із Сонцем. Руйнуються зірки та планети. Хімічні сполуки розпадаються на атоми, а й атоми втрачають стабільність, ядра що неспроможні утримувати електрони. Але все це у далекому майбутньому.

Існує модель, згідно з якою фінал загибелі Всесвіту може статися й завтра. Вперше він був запропонований московським фізиком М.Б. Волошиним, І.Ю. Кобзарєвим та Л.Б. Зануримося у 1975 році. У цій теорії враховується особливість вакууму. У ньому відсутні реальні частки, проте постійно народжуються та зникають їхні віртуальні аналоги. У будь-який момент може статися тунелювання вакууму з одного стану в інший, і залишиться в результаті простір - час і матерія з іншими властивостями (або нічого).

Енергія вакууму враховується в теорії інфляційного розширення новонародженого Всесвіту.

Інфляційна модель Всесвіту – гіпотеза<#"justify">Сценарій №4 Гігантське Сонце

Наприкінці свого розвитку величезне червоне Сонце поглине Землю, яка перетвориться на випалену пустелю.

Колись Сонце виглядало зовсім інакше, ніж сьогодні. Через мільярди років воно знову змінить свій вигляд. Однак ці зміни непомітні у масштабах людського часу. Тим не менш, у Сонця є свій власний життєвий цикл - утворення з хмари міжзоряної речовини, потім період більш менш спокійного існування, а потім неминуча смерть.

Через п'ять мільярдів років Сонце витраче весь водень, перейде на гелій і стане більше сьогоднішнього на 75 відсотків.

Пройдуть ще кілька мільярдів років, і нове Сонце поглине Меркурій та Венеру – планети, що найближче розташовані до центру Сонячної системи. А Земля, що плаває в розжареній атмосфері Сонця, зійде зі своєї орбіти і зрештою по спіралі порине в горнило величезної зірки. Можливо, Марсу пощастить, і приблизно на мільярд років там встановиться клімат, придатний для зародження життя або для його відновлення, якщо вірно, що воно там вже існувало кілька мільярдів років тому.

Сценарій №5 Кінець усієї сонячної системи

Зледенілі планети Сонячної системи літатимуть у темряві навколо білого карлика-Сонця.

Жахливе розширення, яке станеться із Сонцем у стадії червоного гіганта, опустить завісу на сцені земного життя. Але це стане останнім актом його існування. У такому стані Сонце буде ще мільярд років. Воно стане харчуватися гелієм, а потім почне спалювати інші - все важчі - елементи, розташовані на більшій глибині, в ядрі світила, пожираючи шар за шаром, зменшуючись, як цибулина. Коли черга сягне заліза, процес термоядерного синтезу з виділенням енергії зупиниться. Втім, перетворення елементів у надрах зірки буде продовжуватися, і досить активно, але тепер уже воно відбуватиметься із поглинанням енергії.

Під час цих послідовних термоядерних реакцій виникатимуть періоди нестабільності Сонця, під час яких його світність змінюватиметься, надаючи йому вигляду змінної зірки типу пульсуючих зірок - цефеїд. У фінальному періоді зміна фаз пришвидшуватиметься, кожна наступна буде коротшою за попередню. І все ж таки, на відміну від зірок з більшою масою, Сонце не закінчить життя миттєво, тобто шляхом вибуху. Найвищі верстви «відлущиться» в космос, утворивши там планетарну туманність.

У центрі сонячної планетарної туманності залишиться холодне ядро ​​з водню, гелію, вуглецю, кисню та інших – важчих – елементів. Його обсяг буде порівнянний з обсягом Землі, а щільність у мільйони разів перевищить щільність води (іншими словами, маса кубічного сантиметра такої речовини буде вимірюватися тоннами!)

Охолоджуючи мільярди років, воно охолоне до температури 4000 Кельвінів, і в його речовині розпочнеться процес кристалізації.

Навколо маленького білого Сонця обертатимуться релікти планет, що вціліли, швидше за все, це будуть Марс, Юпітер і Сатурн, холодні кільця якого випаровуються під час фази червоного гіганта. І настане вічна ніч, під час якої буде так само темно, як сьогодні на Землі в повний місяць, а Сонце виглядатиме не набагато яскравіше за інших зірок.

Сценарій №6 Кінець чуманого шляху у чорній дірі

Чорна діра, що знаходиться в центрі Галактики, поглине у свою вирву всі зірки Чумацького Шляху.

Якщо спостерігати за Чумацьким Шляхом та іншими далекими галактиками, одразу кинеться у вічі очевидна різниця: у нашій зірковій системі панує відносний спокій, тоді як багато інших галактик живуть у безперервній активності.

Викиди газів, області високої інтенсивності формування зірок, потужні потоки радіохвиль, рентгенівських та гамма променів, вивільнення величезної кількості енергії - все це надає галактикам вигляду близьких зірок, тоді як насправді вони знаходяться від нас на відстані мільярдів світлових років.

Одна з гіпотез пояснює шалену активність цих зіркових систем гігантськими чорними дірками, що знаходяться в їх центрах, маса яких становить десятки мільйонів сонячних мас.

Існування подібного космічного мега пилососа, який неможливо побачити безпосередньо, підтверджують вихрові явища, що спостерігаються астрономами, і високі перепади температур, що виникають в ході всмоктування речовини в чорну дірку і супроводжуються викидами енергії і газу.

Астрофізики, спостерігаючи центр нашого Всесвіту в різних діапазонах радіохвиль, інфрачервоного та рентгенівського випромінювання, а також гамма променів та зібравши масу даних, запропонували, що в центрі Чумацького Шляху існує чорна діра.

Вчені припустили, що в центрі Чумацького Шляху існує підвищена концентрація речовини, маса якої перевищує сонячну приблизно в два мільйони разів, але кількість світла, яке доходить звідти до нас, є непропорційно малою. До речі, саме тому деякі вчені сумніваються, що в центрі Чумацького Шляху дійсно розташувалася величезна чорна діра. Але, з іншого боку, такі громіздкі освіти, які ведуть себе відносно спокійно, знайдені у нашій, а й у інших зовні нормальних галактиках, наприклад, у туманності Андромеди та її супутнику M32, нещодавно вивчених з допомогою космічного телескопа «Хаббл».

Можливо, чорна діра утворилася в результаті зіткнення з іншими галактиками в ті далекі часи, коли Всесвіт мав ще маленькі розміри. Але що станеться при зустрічі її з іншими галактиками, якщо вона колись прокинеться від сну? Відповідь невтішна: чорна діра втягне у себе всю нашу Галактику.

У цьому випадку Чумацький Шлях чекає незавидна доля - спочатку він перетвориться на вир зірок і газу, а потім - на мізерну за розміром область з нескінченно великою щільністю.

Висновок

Всесвіт еволюціонує, бурхливі процеси відбувалися у минулому, відбуваються зараз, і відбуватимуться у майбутньому. Світ стає все складнішим, ускладнюються та з'являються нові теорії. І наука не стоїть дома, з'являються нові погляди, гіпотези, вчення, оскільки «природа не розкриває свої таємниці раз і назавжди» (Л.А. Сенека).

Якщо нашому Всесвіту загрожує смерть, то, можливо, з'явиться можливість у майбутньому перелетіти до іншого Всесвіту. Із загальної теорії відносності випливає можливість існування просторово-часових тунелів та переходу в інші Всесвіти.

Ми знаємо будову Всесвіту у величезному обсязі простору, для перетину якого світові потрібні мільярди років. Але допитлива думка людини прагне проникнути далі. Що лежить за межами спостережуваної області світу? Чи нескінченний Всесвіт за обсягом? І її розширення - чому воно почалося і чи воно завжди буде продовжуватися в майбутньому? А яке походження «прихованої» маси? І нарешті, як зародилося розумне життя у Всесвіті? Чи є вона ще десь крім нашої планети? Остаточні та повні відповіді на ці запитання поки що відсутні. Всесвіт невичерпний. Невтомна і жага знання, що змушує людей ставити нові питання про світ і наполегливо шукати відповіді них.

Список використаної літератури

1.Воронцов - Вельямінов Б.А. Нариси про Всесвіт. М.,1980. – 672 с.

2.Ксанфомаліті Л. Темна Всесвіт // Наука життя 2005№5. 58-69 с.

.Левін А. Долі всесвіту // Популярна механіка 2006 № 9 40-46 с.

.Левітан Є.П. Еволюціонуючий Всесвіт. М.: Просвітництво., 1993р. 159 с.

.Перель Ю.Г. Розвиток уявлень про Всесвіт М.,1958. 352 с.

.Сурдін В.Г. Дарвін та еволюція Всесвіту // Екологія та життя 2009 №3 4-10 с.

.Шкловський П.С. Всесвіт, життя, розум М.: Наука 1987. – 320с.

9.

.

.

Репетиторство

Потрібна допомога з вивчення якоїсь теми?

Наші фахівці проконсультують або нададуть репетиторські послуги з цікавої для вас тематики.
Надішліть заявкуіз зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

Наука виділяє чотири основні шляхи, на яких Всесвіт може зустріти свою долю:

1. Велике Замерзання.
2. Великий Хрускіт.
3. Велика Зміна.
4. Великий розрив.

Перший натяк на можливий кінець Всесвіту приходить до нас із термодинаміки, науки про тепло. Термодинаміка — це такий проповідник фізики з дикими очима, який тримає картонний транспарант із простим попередженням: «Теплова смерть прийде».

Незважаючи на свою назву, теплова смерть Всесвіту не є вогненним пеклом. Навпаки, це смерть усіх рівнів тепла. Звучить не дуже страшно, але теплова смерть — це гірше, ніж запектися до скоринки. Це тому, що майже все у повсякденному житті потребує певних різниць температур, прямо чи опосередковано. Коли Всесвіт досягне теплової смерті, скрізь буде одна температура. Це означає, що нічого цікавого більше ніколи не станеться. Всі зірки помруть, вся матерія розпадеться, все перетвориться на рідкісний бульйон із частинок та випромінювання. Навіть енергія цього бульйону буде зменшуватися з часом в результаті розширення Всесвіту, залишаючи все з температурою навряд чи вищим за абсолютного нуля.

У цьому процесі Великого Замерзання Всесвіт стане рівномірно холодним, мертвим і порожнім.

Після розробки теорії термодинаміки на початку 1800-х років теплова смерть виглядає як єдиним можливим шляхом кінця Всесвіту. Але через 100 років загальна теорія відносності Ейнштейна проголосила, що у Всесвіту може бути набагато цікавіша доля.

Загальна теорія відносності говорить, що матерія та енергія викривляють простір та час. Це відношення між простором-часом і матерією-енергією між сценою і акторами на ній поширюється на весь Всесвіт. Все, що є у Всесвіті, на думку Ейнштейна, визначає кінцеву долю самого Всесвіту.

Теорія передбачає, що Всесвіт загалом має або розширюватися, або стискатися. Вона може залишатися у колишньому розмірі. Ейнштейн зрозумів це у 1917 році і так не хотів це визнавати, що відмовився від власної теорії.

Тоді в 1929 році американський астроном Едвін Хаббл виявив незаперечні докази того, що Всесвіт розширюється. Ейнштейн змінив свою думку, назвавши свою попередню наполегливість щодо статичного Всесвіту «найбільшою помилкою» своєї кар'єри.

Якщо Всесвіт розширюється, колись він мав бути меншим, ніж зараз. Розуміння цього призвело до появи теорії Великого Вибуху: ідеї про те, що Всесвіт почався з неймовірно малої точки і швидко розширився. Ми можемо побачити це по «посвічінню» Великого Вибуху - як космічного мікрохвильового фону - постійного потоку радіохвиль, що йдуть з усіх напрямків у небі.

Виходить, доля Всесвіту залежить від дуже простого питання: чи буде Всесвіт розширюватись далі і як швидко?

Для Всесвіту, що містить звичайну «начинку» — матерію та світло, відповідь на запитання залежить від кількості цієї начинки. Більше начинки — це більше гравітації, яка стягує все назад і сповільнює розширення. Поки кількість начинки не перевищує критичний поріг, Всесвіт буде розширюватися вічно і зрештою помре тепловою смертю.

Але якщо начинки буде занадто багато, розширення Всесвіту сповільниться та зупиниться. Тоді Всесвіт почне стискатися. Всесвіт, що скорочується, ставатиме все менше і менше, щільніше і гарячіше, поки все не закінчиться в барвистому компактному пеклі, протилежному Великому Вибуху і відомому як Великий Стиснення.

Протягом більшої частини 20 століття астрофізики були впевнені, який із цих сценаріїв вплине. Велике Замерзання чи Великий Стиснення? Лід чи вогонь? Вони намагалися провести космічний перепис, підрахувавши кількість начинки у нашому Всесвіті. Виявилося, що ми до дивного перебуваємо до критичного порога, і наша доля залишається під питанням.

Наприкінці 20 століття все змінилося. У 1998 році дві суперники групи астрофізиків зробили неймовірну заяву: розширення всесвіту прискорюється.

Звичайна матерія та енергія не могли б вплинути на Всесвіт таким чином. Це стало першим свідченням існування нового фундаментального виду енергії, «темної енергії», поведінка якої є абсолютно загадковою для нас.

Темна енергія розштовхує Всесвіт убік. Ми поки не розуміємо, що це таке, але близько 70% енергії Всесвіту припадає на темну енергію, і це число зростає з кожним днем. Існування темної енергії означає, що кількість начинки у Всесвіті не визначає її кінцевої долі. Космосом управляє темна енергія, вона прискорює розширення Всесвіту. Отже, сценарій Великого Стиснення малоймовірний.
Але це не означає, що і велике замерзання неминуче. Є й інші можливі наслідки.

Один із них стався не в процесі вивчення космосу, а зі світу субатомних частинок. Це, мабуть, найбільш дивна з можливих доль Всесвіту: щось фантастичне і ймовірне.

У класичному науково-фантастичному романі Курта Воннегута «Колиска для кішки», «лід-дев'ять» є новою формою водяного льоду з цікавими властивостями: він утворюється при температурі 46 градусів, а не 0. Якщо кристал льоду-дев'ять впустити в склянку з водою , вода навколо кристала набуде його форми, тому що його енергія нижче, ніж у рідкої води. Нові кристали льоду-дев'ять будуть робити те ж саме з водою навколо себе, і миттєво ланцюгова реакція перетворить усю воду в склянці — або в океанах Землі — на твердий лід-дев'ять.

Те саме може статися в реальному житті з нормальним льодом і нормальною водою. Якщо ви наберете в дуже чисту склянку дуже чистої води і охолодите її нижче нуля градусів, вода стане переохолодженою: вона залишатиметься рідкою нижче за природну точку замерзання. У воді немає жодних домішок, а в склянці немає нерівностей, щоб почала утворюватися крига. Але якщо ви впустите кристал льоду у воду, вода швидко замерзне, як лід-дев'ять.

Крига-дев'ять і переохолоджена вода можуть здатися мало пов'язаними з долею Всесвіту. Але щось схоже відбувається із самим простором. Квантова фізика свідчить, що навіть в абсолютному вакуумі є невелика кількість енергії. Але тоді має існувати інший тип вакууму, що містить менше енергії. Якщо це так, тоді весь Всесвіт схожий на склянку з переохолодженою водою. І залишатиметься такою, поки не з'явиться «міхур» вакууму з низькою енергією.

На щастя, ми не знаємо таких бульбашок. На жаль, квантова фізика стверджує, що якщо низькоенергетичний вакуум можливий, міхур з таким вакуумом неминуче з'явиться десь у Всесвіті. Коли це станеться, то подібно до історії з льодом-дев'ять новий вакуум «перетворює» старий вакуум навколо себе. Бульбашка зростатиме зі швидкістю світла, і ми ніколи не побачимо його наближення. Усередині міхура все буде зовсім іншим та явно не гостинним. Властивості фундаментальних частинок на кшталт електронів і кварків можуть бути зовсім іншими, що переписують правила хімії і, можливо, перешкоджають утворенню атомів. Люди, планети і навіть самі зірки можуть бути знищені в процесі цієї Великої Зміни. У роботі 1980 року фізики Сідні Коулман та Франк де Люччія назвали його «глобальною екологічною катастрофою».

Після Великої Зміни і темна енергія поводитиметься по-іншому. Замість того, щоб підштовхувати розширення Всесвіту, темна енергія може раптово згорнути Всесвіт сам у себе, змусивши його колапсувати у Великому Стисненні.
Є і четверта можливість, і знову чорна енергія займає центральне місце. Ця ідея дуже спірна та неймовірна, але не варто скидати її з рахунків. Темна енергія може бути набагато потужніша, ніж ми думаємо, і сама по собі привести Всесвіт до кінця без жодних Великих Змін, Замерзань та Стиснення.

Темна енергія має своєрідну властивість. Коли Всесвіт розширюється, його щільність залишається постійною. Це означає, що з часом вона розростається, щоб йти в ногу зі збільшенням обсягу Всесвіту. Це незвично, хоч і не порушує закони фізики.

Проте все може бути набагато дивнішим. Що, якщо густина темної енергії збільшується в міру розширення Всесвіту? Точніше, якщо кількість темної енергії у Всесвіті збільшується швидше, ніж розширюється сам Всесвіт?

Цю ідею висунув Роберт Колдуелл із Дартмутського коледжу в Ганновері, Нью-Гемпшир. Він назвав це "фантомною темною енергією". І вона приводить нас до неймовірно дивної долі Всесвіту.

Якщо фантомна темна енергія існує, тоді на нас чекає темна сторона сили, висловлюючись мовою «Зоряних війн». Зараз щільність темної енергії надзвичайно низька, набагато нижча за щільність матерії на Землі або навіть щільність галактики Чумацький Шлях, яка набагато менш щільна, ніж Земля. Однак з часом щільність фантомної темної енергії може наростати та розривати Всесвіт на частини. У роботі 2003 Колдуелл і його колеги представили сценарій під назвою «космічний кінець світу». Як тільки фантомна темна енергія стає більш щільною, ніж конкретний об'єкт, цей об'єкт розривається на шматки.

Спочатку фантомна темна енергія розірве Чумацький Шлях, відправивши його зірки у політ. Потім розірветься Сонячна система, оскільки тяжіння темної енергії стане потужнішим, ніж тяжіння Сонця щодо Землі. Зрештою, за кілька хвилин Земля просто вибухне. Самі атоми почнуть розпадатися, і вже за секунду Всесвіт буде розірвано. Колдуелл називає це Великим Розривом. Великий Розрив, за визнанням самого Колдуелла, «дуже дивовижний» сценарій.

Фантомна темна енергія кидає виклик фундаментальним ідеям Всесвіту, як припущення про те, що матерія та енергія не можуть рухатися швидше за швидкість світла. Це добрі аргументи проти Великого Розриву. Спостереження за розширенням Всесвіту, а також експерименти з фізикою частинок показують, що в якості кінця світу більш ймовірно Велике Замерзання, за яким послідує Велика Зміна, а потім і Великий Стиснення.

Але це досить похмурий портрет майбутнього — століття холодної порожнечі, які чекають на вакуумний розпад і фінальний вибух, що переходить у небуття. Чи є якийсь інший варіант? Чи ми приречені?

Очевидно, саме у нас немає причин переживати про кінець Всесвіту. Всі ці події відбудуться через трильйони років у майбутньому, за винятком хіба що Великої Зміни, тож поки що все йде за планом. Також немає причин турбуватися за людство. Якщо не станеться інше, генетичний розрив змінить наших нащадків до невпізнання задовго до цього. Однак чи зможуть розумні істоти будь-якого виду, чи люди ні, вижити в принципі?

Фізик Фрімен Дайсон з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, Нью-Джерсі, розглянув це питання у класичній роботі 1979 року. У той час він дійшов висновку, що життя зможе змінити себе, щоб пережити Велике Замерзання, яке, як вважав фізик, буде менш проблемним, ніж пекло Великого Стиснення. Але в наші дні він менш оптимістичний завдяки відкриття темної енергії.

«Якщо Всесвіт прискорюється, це погані новини, – каже Дайсон. Прискорене розширення означає, що ми зрештою втратимо контакт з усім, крім жменьки галактик, що різко обмежить кількість доступної нам енергії. — У довгостроковій перспективі така ситуація буде дуже сумною».

Проте стан речей може змінитися. «Ми насправді не знаємо, чи розширення буде продовжуватися і чому воно прискорюється, — каже Дайсон. — Оптимістичний погляд на речі полягає в тому, що прискорення сповільнюватиметься в міру розширення Всесвіту. Якщо це станеться, майбутнє буде сприятливішим».

Але що, якщо розширення не буде сповільнюватися або стане відомо, що буде Велика Зміна? Деякі фізики пропонують рішення, божевільне в принципі. Щоб уникнути кінця Всесвіту, ми повинні побудувати власний Всесвіт у лабораторії та втекти до нього.

Один з фізиків, які працювали над цією ідеєю, це відомий Алан Гут з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі; він відомий своїми роботами на тему юного Всесвіту.
«Не можу сказати, що закони фізики припускаються можливості такого, — каже Гут. — Якщо це можливо, будуть потрібні технології, які виходять за межі всього, що ми можемо уявити. Це вимагатиме гігантської кількості енергії, яку ще потрібно буде видобути та утримати».

Перший крок, на думку Гута, полягає у створенні неймовірної щільної форми матерії – такої щільної, що вона буде на межі колапсу у чорну дірку. Якщо зробити це правильно, а потім швидко усунути матерію за межами цього згустку, можна отримати регіон простору, який почне швидко розширюватися.

По суті, ви провокуєте стрибок створення абсолютно нового Всесвіту. У міру розширення області простору, кордон скорочуватиметься, створюючи міхур викривленого простору всередині чогось більшого. Фанатам «Доктора Хто» це може здатися знайомим, і, за словами Гута, TARDIS це досить точна аналогія того, про що йдеться. Зрештою, «зовні» стиснеться до нуля, і новонароджений Всесвіт почне власне існування, незалежне від долі попереднього Всесвіту. Очевидно, як ця схема спрацює насправді зовсім незрозуміло. Ми навіть не знаємо, можливо це чи ні.

Втім, Гут має інше джерело надії на кращу долю для нашого світу — проблиск надії. Гут першим припустив, що в юності Всесвіт розширився надзвичайно швидко за частку секунди, ця ідея відома як «інфляція». Багато космологи вважають, що інфляція є найточнішим описом розширення юного Всесвіту, і Гут пропонує створити новий Всесвіт, спираючись саме на цей процес швидкого розширення.

Інфляція має інтригуючі наслідки кінцевої долі Всесвіту. Згідно з цією теорією, наш Всесвіт - це мала частина мультивсесвіту, безлічі кишенькових всесвітів, які плавають навколо.

«У такому разі, навіть якщо ми переконаємося, що наш окремий Всесвіт помре в процесі замерзання, мультивсесвіт житиме вічно, і нове життя народжуватиметься в кожному окремому кишеньковому Всесвіті, — каже Гут. — Мультивсесвіт воістину нескінченний, а в нескінченному майбутньому окремі Всесвіти можуть жити і вмирати скільки їм заманеться».

Загалом, нічого хорошого на нас не чекає.