Происхождение Вселенной.

Содержание
Введение
Концепция большого взрыва
«Начало» Вселенной
Ранний этап эволюции Вселенной
Адронная эра
Лептонная эра
Фотонная эра
Структурная самоорганизация вселенной
Рождение и эволюция галактик
Рождение и эволюция звезд
Заключение
Список используемой литературы

Происхождение Вселенной.

В этом сгустке существовали только гравитационное и большое (Великое) взаимодействия. Потом Вселенная стала расширяться, одновременно ее плотность и температура уменьшались. Дальнейшая эволюция вселенной происходила поэтапно и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой – усложнением ее структур. Этапы эволюции вселенной различаются характеристиками взаимодействия элементарных частиц и называются эрами. Самые важные изменения заняли менее трех минут6.
Адронная эра
На этом этапе появились все четыре фундаментальных взаимодействия, прекращается свободное взаимодействие кварков, они сливаются в адроны, важнейшими среди которых являются протоны и нейтроны. Наиболее значимым событием стало глобальное нарушение симметрии, которое произошло в первые мгновения существования нашей Вселенной. Число частиц оказалось чуть больше, чем число античастиц.
Причины такой асимметрии точно неизвестны до сих пор. В общем плазмоподобном сгустке на каждый миллиард частиц и античастиц на одну частицу оказывалось больше, ей не хватало пары для аннигиляции. Это и определило дальнейшее появление вещественной вселенной с галактиками, звездами, планетами и разумными существами на некоторых из них
Лептонная эра
Продолжалась до 1с после начала. Температура вселенной понизилась. Главными ее элементами были лептоны, которые участвовали во взаимных превращениях протонов и нейронов. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино, они перестали взаимодействовать с веществами, с тех пор дожили до наших дней.
Фотонная эра
Продолжалась 1 млн. лет. За это время температура вселенной понижалась с 10 млрд.К до 3000К. На протяжении данного этапа происходили важнейшие для дальнейшей эволюции Вселенной процессы первичного нуклеосинтеза – соединение протонов и нейтронов (их было примерно в 8 раз меньше чем протонов) в атомные ядра.
К концу этого процесса вещество Вселенной состояло на 75% из протонов (ядер водорода), Около 25% составляли ядра гелия, сотые доли процента пришлись на дейтерий, литий и другие легкие элементы, после чего Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало то, что в нашу эпоху называется реликтовым излучением.
Затем почти 500 тысяч лет не происходило никаких качественных изменений – шло медленное остывание и расширение Вселенной. Вселенная, оставаясь однородной, становилась все более разреженной. Когда она остыла до 3000К, ядра атомов водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. В итоге образовалась однородная Вселенная, представляющая собой смесь трех почти не взаимодействующих субстанций: барионного вещества (водород, гелий и их изотопы), лептонов (нейтрино и антинейтрино) и излучения (фотоны)7.
К тому времени уже не было высоких температур и больших давлений. Казалось, что Вселенную ждет дальнейшее расширение и остывание, образование «лептонной пустыни» - что-то вроде тепловой смерти. Но этого не случилось; напротив произошел скачек создавший современную структурную Вселенную, который по оценкам ученых, занял от 1 до 3 миллиардов лет8.
Структурная самоорганизация вселенной
После Большого взрыва образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли газопылевое облако и электромагнитный фон. Спустя 1млрд. лет после начала образования Вселенной стали появляться галактика и звезды. К тому времени вещество уже успело охладиться, и в нем стали возникать стабильные флуктуации плотности, равномерно заполнявшие космос. В сформировавшейся материальной среде появлялись и получали развитие случайные уплотнения вещества. Силы тяготения внутри таких уплотнений проявляют себя заметнее, чем за их границами. Поэтому, несмотря на общее расширение Вселенной, вещество в уплотнениях притормаживается, а его плотность начинает постепенно возрастать. Продолжая сжиматься и теряя при этом энергию на излучение, уплотнившиеся вещество в результате своей эволюции превращалось в современные галактики. Появление подобных уплотнений и стало началом рождения крупномасштабных космических структур – галактик, а затем и отдельных звезд9.
Рождение и эволюция галактик
Первым условием появления галактик во вселенной стало появление случайных скоплений и сгущений вещества в однородной вселенной. Впервые подобная мысль была высказана Ньютоном, который утверждал, что если бы вещество было равномерно рассеяно по бесконечному пространству, то оно никогда бы не собралось в единую массу. Оно собиралось бы частями в разных частях бесконечного пространства. Данная идея Ньютона стала одним из краеугольных камней современной космогонии.
Второе условие появление галактик – наличие малых возмущений, флуктуаций вещества, ведущих к отклонению от однородности и изотропности пространства. Именно флуктуации и стали теми «затравками», которые привели к появлению более крупных уплотнений вещества
В середине 20-го века были произведены расчеты, описывающие поведение таких сгущений. Было доказано, что в расширяющейся Вселенной участи среды с большей плотностью расширяются медленнее, чем вселенная в целом. Эти области постепенно отстают в расширении от остальной Вселенной, и в какой то момент они совсем перестают расширяться. Изолированные участки вещества, как правило, очень велики по массе. Данные массы под действием гравитации начинают сжиматься, причем, происходит это весьма своеобразно – анизотропно. Вначале исходные объекты имеют форму куба. А затем сжимаются в пластинку – «блин».
Первоначально изолированные друг от друга плоские блины очень скоро вырастают в плотные слои. Эти слои пересекаются, и в процессе их взаимодействия образуется ячеисто-сетчатая структура, где стенками огромных пустот служат «блины». Отдельный «блин» представляет собой сверхскопление галактик и имеет уплощенную форму. Эти первичные сгустки, продолжая сжиматься, становятся сферически симметричными. Кроме того, внутри себя они одновременно фрагментируются на звезды.
Существуют предположения относительно того, почему чаще встречаются спиральные галактики (их около 80%),чем галактики других типов (эллиптические и неправильные). Возможно, спиральные галактики образуются в результате слияния прогалактик в скоплениях. Вначале образуется объект неправильной формы, затем за несколько сотен миллионов лет (немного по космическим меркам) неровности сглаживаются, и образуется массивная эллиптическая галактика.
Постепенно в результате вращения может образовываться дискообразная структура, которая со временем будет приобретать облик спиральной галактики. Подтверждением этой точки зрения, является наличие галактик переходного типа, занимающих промежуточное положение между спиральными и эллиптическими галактиками.
Также есть предположение, почему в скоплениях галактик присутствует одна гигантская галактика, а остальные – мелкие. Считается, что вначале гигантская галактика лишь немного превосходила по своим размерам соседние галактики. Но по мере того, как галактика двигалась по спиральной траектории к центру скопления, она заглатывала более мелкие системы. Мелкие галактики, обреченные на «съедение», называют галактиками-миссионерами.
Были выдвинуты гипотезы объясняющие вращение галактик. Сегодня считается, что на ранних стадиях эволюции прогалактики были гораздо больше чем сейчас. Кроме того, космологическое расширение не успело их разогнать далеко друг от друга, поэтому между ними возникли значительные гравитационные силы. Эти силы принимали вид приливных взаимодействий, которые и вызывали вращение галактик.
Галактики существуют в виде групп (несколько галактик), скопления (сотни галактик), и облаков скоплений (тысячи галактик). Одиночные галактики во Вселенной встречаются очень редко. Среднее расстояние между галактиками в группах и скоплениях в 10-20 раз больше, чем размеры самых крупных галактик.
Наша галактика - Млечный путь – имеет форму диска с выпуклостью в центре – ядром, от которого отходят спиральные рукава. Ее толщина – 1,5 тыс. световых лет, диаметр – 100тыс. световых лет. Возраст нашей галактики составляет около 15млрд. лет.
Рождение и эволюция звезд
Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар – протозвезда, эволюция которой проходит в три этапа.
Первый этап эволюции связан с обособлением и уплотнением космического вещества.
Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри протозвезды возрастает, что замедляет процесс ее сжатия, однако температура во внутренних областях пока остается недостаточной для начала термоядерной реакции.
На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, а ее температура – повышаться, что приводит к началу термоядерной реакции. Давление газа, вытекающего из звезды, уравновешивается силой притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект – звезда.
Такая звезда является саморегулирующей системой. Если температура внутри не повышается, то звезда раздувается. В свою очередь, остывание звезды приводит к ее последующему сжатию и разогреванию, ядерные реакции в ней ускоряются. Таким образом, температурный баланс оказывается восстановлен10.
Рождение звезд в галактиках происходит непрерывно. Этот процесс компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Поэтому галактика состоит из молодых и старых звезд. Самые старые звезды сосредоточенны в шаровых скоплениях, их возраст сравним с возрастом галактики.
Молодые звезды существуют за счет гравитационного сжатия, которая разогревает центральную область звезды до температуры 10-15 млн. К и «запускает» термоядерную реакцию преобразования водорода в гелий. Именно термоядерная реакция является источником собственного свечения звезд.