Современные концепции происхождения галактик, звёзд, планет

      Теоретическое  моделирование  имеет важное значение так  же и для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной. В 1922 г. А.А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянной, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполненная материей, не может находиться в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В.М. Слайфер обнаружил «красное смещение» спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя. В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление «красного смещения» наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких). И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду; более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект «красного смещения» был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света, а сверхзвезды и квазары 0,85 скорости света. Но почему они движутся, расширяются? На галактики постоянно действует какая-то сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплотном состоянии. Затем произошел «взрыв», в результате которого и началось расширение. Чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м3, то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно сменяется сжатием.

      Возникли два мнения по поводу  состояния Метагалактики до начала  расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из «холодной» смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликтового излучения А. Пензиасом и Р. Вилсоном, предпочтение было отдано второй теории. После была предпринята попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1сек. после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/ см3, а t=1013 С. В течение следующих 100сек. плотность снизилась до 50 г/см3, температура упала. Объединились протоны и нейтроны => ядра гелия. При t=4000о это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых  образовались галактики и звезды. Однако в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного дозвездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не  исключено, что действовали оба механизма.

      Понятие  Метагалактика не  является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной). В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют  магнитные и гравитационные поля, и, возможно, невидимые массы веществ.

     От наиболее удаленных метагалактических  объектов свет идет до нас  много миллионов лет. Но все-таки  нет оснований утверждать, что  метагалактика -  это вся Вселенная. Возможно, существуют другие, пока не известные нам метагалактики.

В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность, которая была названа «законом Хаббла» или законом «красного смещения»: линии галактик смещены к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

      Объяснив красное смещение эффектом  Доплера, ученые пришли к выводу о  том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя, безусловно, галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в Метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна.

      Открытие расширения Метагалактики  свидетельствует о том, что  в прошлом Метагалактика была не такой как сейчас и иной станет в будущем, т.е. Метагалактика эволюционирует.

      По красному смещению определены  скорости удаления галактик. У  многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квазары, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики.

Мы живем  в расширяющейся Метагалактике. Расширение Метагалактики проявляется  только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения Метагалактики. Он равен 20-13 млрд. лет. Расширение Метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящее время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между Метагалактикой и Вселенной, и пытались доказать, что расширение Метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения Вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение Метагалактики также началось с явления, напоминающего колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью.

      Расчеты, выполненные астрофизиками,  свидетельствуют о том, что  после начала расширения вещество  Метагалактики имело высокую  температуру и состояло из  элементарных частиц (нуклонов) и  их античастиц. По мере расширения изменилась не только температура и плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы аннигилировали, порождая при этом электромагнитные кванты.

      Эта теория называется теорией  «горячей Вселенной», когда сверхплотное  вещество превратилось в вещество с близкой плотностью к плотности воды. Через несколько часов плотность почти сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет, оценка средней плотности вещества в Метагалактике приводит к значению порядка 10-28 кг/м3.

      Великий немецкий ученый, философ  Кант (1724-1804) создал первую универсальную  концепцию эволюционирующей Вселенной  и представлял Вселенную бесконечной  в особом смысле. Он обосновал  возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях, начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

      Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, открыв теорию относительности. В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности, Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также в электромагнитных явлениях.

      Специальная или частная теория  относительности Эйнштейна явилась  результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

      Впервые принципиально новые  космологические следствия общей  теории относительности раскрыл  выдающийся советский математик  и физик-теоретик Александр Фридман  (1888-1925 гг.). Фридман привел две  модели Вселенной. Вскоре эти  модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

      Этим Фридман доказал, что вещество  во Вселенной не может находиться  в покое. Своими выводами Фридман  теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

      Существует несколько теорий  эволюции:

• Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется в течение 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

• Теория стационарного взрыва: согласно ей  Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющихся галактик. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

      Но пока, ни одна из этих  теорий не доказана, т.к. на  данный момент не существует каких либо точных доказательств, хотя бы одной из них.

      Наиболее вероятное значение  постоянной Хаббла (коэффициента  пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объектов и расстояние до них, составляющее 60 км/(с* Мп)), приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния  - 17 млрд. лет. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

      Огромное практическое значение  науки в XX в., сделало ее той  областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независимо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль – бесстрастного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она – развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет научной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь парадоксальные, что сама ее объективность и беспристрастность начинает казаться мифом... Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы фундаментальных общепринятых теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро -  и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука, безусловно, успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами. Из всего написанного выше можно сделать следующие выводы:

• Во-первых, в связи с тем, что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим. А поскольку религия всегда паразитировала на неполноте человеческих знаний, на их относительном характере, то одна из важнейших задач научно - атеистической пропаганды состоит в том, чтобы показывать науку не статично, то есть не как простую сумму тех или иных положений, а в динамике, как живой диалектический процесс познания мира, с присущей ему закономерной сменой научных предположений, идей, гипотез, теорий. Только такой подход дает правильное представление о материальном единстве мира и о возможностях человеческого познания.

• Во-вторых, науками о Вселенной выдвинут в последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми. Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой – утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира – это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.

• В-третьих, для утверждения в сознании людей научно - материалистического мировоззрения огромное значение имеет экспериментальное подтверждение и практическое использование научных знаний. В наши дни намного короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование научных знаний на практике – один из наиболее весомых и действенных аргументов против религиозных взглядов и представлений.

      Примечательная черта стремительного прогресса исследований Вселенной в условиях современной НТР – коренные изменения структуры научной деятельности астрономов, включая революционные изменения средств и методов изучения Вселенной, условий познания, что привело к лавине выдающихся открытий, обнаружению ранее не известных типов космических объектов, которые часто находятся в состояниях резкой нестационарности (эти состояния характеризуются колоссальным энерговыделением), и, в конечном счете, к существенной перестройке всей системы знания о Вселенной. Современные исследования Вселенной все более отчетливо выступают как “моделирование” схем будущей деятельности по практическому освоению небесных тел, их включению в материально-производственную деятельность общества. Впечатляющий прогресс науки о Вселенной, начатый великой коперниканской революцией, уже неоднократно приводил к весьма глубоким, подчас радикальным изменениям в исследовательской деятельности астрономов и, как следствие, в системе знания о структуре и эволюции космических объектов. В наше время астрономия развивается особенно стремительными темпами, нарастающими с каждым десятилетием. Поток выдающихся открытий и достижений неудержимо наполняет ее новым содержанием. Есть все основания считать, что в этой науке началась новая революция, которая по своим масштабам и значению, быть может, не уступает великому коперниканскому перевороту.