Развитие представлений о космосе

Вселенная – самая крупная материальная система. Ее происхождение интересует людей еще с древних времен. Вначале Вселенная была «безвидна и пуста», - так сказано в Библии. Вначале был вакуум – уточняют современные физики. Каковы же истоки развития Вселенной? На этот вопрос даже крупнейшие достижения естествознания XX в. не позволяют дать полностью исчерпывающий ответ. Тем не менее, принято считать, что основные положения современной космологии - науки о строении и эволюции Вселенной – начали формироваться после создания Эйнштейном в 1917 г. первой релятивистской модели, основанной на теории гравитации и претендовавшей на описание всей Вселенной. Эта модель характеризовала стационарное состояние Вселенной и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной. Важный шаг в решении космологических проблем сделал в 1922 г. профессор Фридман. В результате решения космологических уравнений он пришел в выводу: Вселенная не может находиться в стационарном состоянии – она должна расширяться либо сужаться. Следующий шаг бал сделан в 1924г., когда в обсерватории Mount Wilson в Калифорнии астроном Хаббл измерил расстояние до ближайших галактик и тем самым открыл мир галактик. В 1929 г. в той же обсерватории Хаббл по красному смещению линий в спектре излучения галактик экспериментально подтвердил теоретический вывод Фридмана о расширении Вселенной и установил эмпирический закон – закон Хаббла: скорость удаления галактик V пропорциональна расстоянию r до нее: V = Hr, H – постоянная Хаббла. С течением времени постоянная Хаббла постепенно уменьшается – разбегание галактик замедляется. Но такое уменьшение за наблюдаемый промежуток времени ничтожно мало. Обратной величиной постоянной Хаббла определяется время жизни (возраст) Вселенной. Из результатов наблюдения следует, что скорость разбегания галактик увеличивается примерно на 75 км/с на каждый миллион парсек (1 парсек = 3,3 светового года; световой год – расстояние проходимое светом в вакууме за 1 земной год). При данной скорости экстраполяция к прошлому приводит к выводу: возраст Вселенной составляет около15 млрд лет, а это означает, что вся Вселенная 15 млрд лет назад была сосредоточена в очень маленькой области. Предполагается, что в то время плотность в-ва Вселенной была сравнимой с плотностью атомного ядра, и вся Вселенная представляла собой огромную ядерную каплю. По каким-то причинам ядерная капля оказалась в неустойчивом состоянии и взорвалась. Это предположение лежит в основе концепции большого взрыва. В концепции большого взрыва предполагается, что расширение Вселенной происходило с одинаковой скоростью, начиная с момента взрыва ядерной капли. В настоящее время обсуждается и другая теория – гипотеза пульсирующей Вселенной: Вселенная не всегда расширялась, а пульсирует между конечными пределами плотности. Из нее следует, что в некотором прошлом скорость удаления галактик была меньше, чем сейчас, и были периоды, когда Вселенная сжималась, т.е. галактики приближались друг к другу и с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло.      

По мере развития естествознания и особенно ядерной физики выдвигаются различные гипотезы о физических процессах на разных этапах космологического расширения. Одна из них предложена в конце 40-х гг. XX в. Гамовым и называется моделью горячей Вселенной. В ней рассмотрены ядерные процессы, протекавшие в начальный момент расширения Вселенной в очень плотном в-ве с чрезвычайно высокой температурой. С развитием астрономических средств наблюдения, и в частности, с рождением радиоастрономии, появились новые возможности познания Вселенной. В 1965 г. Пензиас и Вильсон экспериментально обнаружили реликтовое излучение – это фоновое изотропное космическое излучение со спектром, близким к спектру излучения абсолютно черного тела с температурой около 3 К. Оно наблюдается на волнах длиной от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. В 2000 г. в лаборатории Центра европейских ядерных исследований в Женеве было получено новое состояние материи – кварк-глюонная плазма. Предполагается, что в таком состоянии Вселенная находилась в первые 10 мкс после большого взрыва. До сих пор удавалось охарактеризовать эволюцию материи на стадии не ранее трех минут после взрыва, когда уже сформировались ядра атомов.