6.2. Развитие космологических и космологических представлений

В начале XX в. Эйнштейн создал статистическую модель Вселенной, основанную на общей теории относительности, в уравнениях которой были описаны фундаментальные свойства материи, пространства и времени.

А. Фридман установил, что Вселенная не может быть стационарной: следствием сил тяготения звездные систе­мы не могут находиться на неизменном расстоянии друг от друга, они должны либо удаляться, либо сближаться.

Э. Хаббл подтвердил расширение видимой части Вселенной; он использовал эффект Доплера, исходя из которого можно вычислить скорость галактик по изменению положения ее спектраль­ных линий.

Закон Хаб­бла: Галактики уда­ляются друг от друга, и чем дальше находятся Галакти­ки, тем с большей скоростью они удаляются.

Хаббл доказал, что Все­ленная нестационарна и расширяется. Происходит взаимное удаление всех галактик. Это удаление часто сравнивают с удалением друг от друга на­рисованных картинок на надуваемом шарике.

Наиболее об­щепринятой в космологии является модель однородной, изотропной, нестационарной, горячей, расширяющейся Вселенной, у нее нет пространствен­ного центра.

6.3. Экспериментальные обоснования концепции Большого Взрыва. Темная материя и темная энергия

Теория Большого Взрыва: Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15 млрд. лет назад. В начале расширения радиус вселенной был равен около 10^–33 см³, а плотность 10⁹³ г/см³.

Вселенная представляла со­бой одну гигантскую «ядерную каплю». Это начальное состояние называют сингулярностью. Большой взрыв сопровождался сначала быстрым, потом умеренным расширением при очень высокой температуре и далее постепенным охлаждением Вселенной.

Причи­ну Большого взрыва и переход к расширению Вселенной объясняют с позиций инфляцион­ной теории: роль базовой материи в фор­мировании Вселенной играл вакуум.

Вакуум – одна из форм материи, пространство в котором миниму­м плотности энергии в данном объеме.

6.4. Разнообразие звезд, их строение и устойчивость. Рождение и термоядерная жизнь звезд. Смерть звезд

Возраст Все­ленной, как нашей Галактики около 15 млрд. лет. Рождение звезд происходит непрерывно. Звезды различаются по температу­ре, плотности, яркости, размеру и массе. Самые многочисленные – карлики с массами 1–0,1 солнечной массы (Солнце – типичная звезда-карлик). Есть красные и жел­тые гиганты и сверхгиганты, во много раз превосходящие по размеру и массе наше Солнце. Многие звезды имеют своих спутников. Звезды могут образовывать звездные скопления. В состав Галактики входят так называемые туманности, которые состоят из космического газа и пыли. В центре некоторых туманностей, например, Крабовидной туманности, обнаружены источники импульсного электромагнитного излучения, так называемые пульса­ры. Некоторые Галактики обладают очень мощным радиоизлучением; одной из причин существования радиогалактик является деятель­ность квазаров – звездоподобных источников радиоиз­лучения. Пространство Вселенной заполнено очень разряженным межзвездным газом и кос­мической пылью.

Все космические объекты пре­терпевают эволюционные превращения. Звез­ды со временем превращаются в «белые карлики», «ней­тронные звезды» и «черные дыры». Конечные судьбы звезд определяются их массами.

«Белый карлик» – звездоподобные остатки эволюции маломассивных звезд; имеют очень высокую плотность (10 т/см³, что в сотни раз больше земной плотности), массу меньшую 1,2 сол­нечной массы, диаметр, сравнимый с диаметром Земли, температура ее достигает миллиарда градусов. «Белый карлик» медленно остывает, превращаясь в не излучающий свет «черный карлик».

«Нейтронные звезды» – заключительной стадии эволюции звезд, обладающих массой от 1,2 до 2 солнечных масс. Происходит очень быстрое сжатие звезды, в ходе которого активно начинается процесс ядер­ных реакций. При этом выделяется так много энер­гии, что происходит взрыв с разбросом наружного слоя звезды, внутренние же области резко сжимаются. Оста­ток звезды уменьшается до размеров 20–30 км, а средняя плотность возрастает до 100 млн. т/см³. «Нейтронная звез­да» состоит из элементарных частиц – протонов и нейт­ронов.

Если масса постзвезды превысит 2 солнечные массы, она превращается в «черную дыру» – области пространства, в которых гравитационное притяжение настолько велико, что ни вещество, ни излучение не могут их покинуть. «Черные дыры» обла­дая гигантской массой 10¹⁵ тонн, имеют микроскопи­ческий размер 10³ см. Вещество и излучение как бы про­валиваются в «черную дыру» и не могут выйти обратно. Если сжатие продол­жается дальше, тогда на каком-то этапе начинаются неза­тухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а за­тем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру».