Концепции современного естествознания. Шпаргалки

67. Эволюция Вселенной и фундаментальные постоянные

Согласно современным представлениям наша Вселенная расширяется и состоит из: 1) светящегося вещества (галактики, звезды, планеты, межзвездный газ, представляющий собой пыль из атомов водорода, гелия и примесей других элементов), которое являет собой барионную форму существования материи; 2) реликтового излучения (фотонов); 3) темной (скрытой) материи, вещества, свойства которого неизвестны, но его масса в несколько раз превышает количество известной материи.

В 1950-е гг. была разработана модель стационарной Вселенной (модель Хойла), исследующая процессы взаимопревращения вещества и антивещества. В 1992 г. появилась модель «холодной» Вселенной (модель Зельдовича), в середине 1990-х гг. – модель Альфена , который уделяет внимание всей совокупности процессов (не только гравитационным) – гравитации, магнитогидродинамике, электромагнетизму, плазменным процессам. Согласно этой модели, Вселенная состоит из плазмы, а реликтовое излучение – это микроволновой фон, окружающий плазму.

Все теории учитывают, что во Вселенной существует тонкая подстройка, то есть совокупность случайностей, которые привели к существованию и становлению той Вселенной, в которой мы живем. Совокупность случайностей привела и к появлению разумной жизни. Но случайности базируются на известных физических законах и открытых учеными фундаментальных постоянных: скорости света, гравитационной постоянной, постоянной Планка, заряде электрона, массе электрона, массе протона, массе нейтрона, системе трех координат, безразмерной энтропии вселенной (S ~ 109).

Фундаментальные постоянные имеют строго количественное значение (выражение); любое изменение их численных значений создает другой мир, отличающийся от нашего: 1) если увеличить значение постоянной Планка на 15 %, протоны не смогут соединяться с нейтронами, то есть невозможен первичный нуклеосинтез; 2) если уменьшить или увеличить гравитационную постоянную на 10 %, то в первом случае все звезды станут красными карликами, во втором – белыми и голубыми.

Тонкая подстройка Вселенной свидетельствует, что: 1) физические характеристики материи Вселенной определяются числовыми значениями физических постоянных; 2) незначительное изменение фундаментальных постоянных приводит к невозможности существования наблюдаемой Вселенной.

68. Ячеистая структура Вселенной

Теория Большого Взрыва (модель Гамова) была для своего времени передовой, она объясняла многие явления, включая эксперименты Хаббла, предсказала открытие реликтового излучения, но в некоторых областях оказалась бессильной. Она не могла объяснить ни скручивания галактик, ни их «блиновидной» формы, особенно в случае однообразного крупномасштабного закручивания; ни образования космических вихрей, скорость которых достигает 100–300 км/с.

Некоторые открытия укрепили теорию (экспериментальное обнаружение реликтового излучения), некоторые добавили вопросов. Среди таких открытий – обнаружение в конце XX в. ячеистой структуры Вселенной, выражающееся в том, что существуют образования, похожие на своего рода соты, и по границе ячеек фиксируется вещество, а внутренняя часть либо пуста, либо несет неизвестную (скрытую) материю, характер и свойства которой неизвестны. Размеры ячеек огромны, объем каждой около 1 млн кубических парсеков.

Современная теория считает, что вещество во Вселенной распределено однородно и изотропно. Существование ячеек с пустотой или неизвестно чем внутри вызывает сомнение в изотропности Вселенной. Модель Гамова не дает ответов, почему так, откуда эти ячейки и что в них.

Но достоинства теории перевешивали ее недостатки, и на основе этой модели появились новые, дополненные и улучшенные: модель «раздувающейся Вселенной», модель Альфена, образование вихрей объясняет теория газодинамического образования вихрей (тем, что при столкновении «блинов» образуется ударная волна, которая и закручивает галактики в одну сторону) и т. д.

Модель «раздувающейся Вселенной», или, как ее называют, теория инфляции, была создана в 1980-е гг. Гутом. Теория построена на достижениях последних экспериментов с элементарными частицами и учитывает ячеистую структуру Вселенной. Она гласит, что Вселенная возникла из ничего, из физического вакуума, в котором не было вещества, но имелась огромная энергия, заключенная в ячейке физического вакуума. Отсутствие вещества (и как следствие – отсутствие гравитации) позволило ячейке за 10-35 секунды раздуться до размеров метагалактики, после чего через 10-31 секунды энергия перешла в вещество (создала вещество). Вывод: вещество порождено вакуумом и исчезнет в вакууме.

69. Антропный принцип