(Варианты развития).

I.

Малая звезда главной последовательности

Красный гигант

Белый карлик

II.

Большая звезда главной последовательности

Красный гигант

Пульсар

Сверхновая

III.

Сколлапсировавшая звезда (черная дыра)

Красный гигант

Очень большая звезда главной последовательности

Варианты развития звезд:

1. Звезды массой от 1 до 1,2 массы Солнца эволюционируют к белому карлику, который, остывая, превращается в черного карлика.

2. Звезды с массой 2,0 массы Солнца эволюционируют к нейтронной звезде: последняя, если сможет захватить межзвездный газ или вещество двойной звезды, превращается в черную дыру.

3. Звезда с массой более 2,0 массы Солнца эволюционирует к черной дыре через коллапс звезды.

Схема 37 . Модель Солнечной системы.

Венера

Земля

Примечание: В 2006г., на съезде астрономов было принято – отнести планету Плутон, имеющую массу, равную 0,002 массы Земли, к астероидам.

Как мы отмечали, в Мегамире особую роль играет гравитационное взаимодействие, описываемое уравнениями гравитации. Структура этих уравнений может быть изображена в виде схемы, приведенной ниже.

По Эйнштейну (сильные поля)		Пространственно-временная метрика	=	Плотность всех форм материи
По Ньютону (слабые поля)		Гравитационное поле	=	Плотность вещества

Впервые эти уравнения были записаны в 1916г. А.Эйнштейном. Решение уравнений, задающее модель расширяющейся Вселенной, было получено А.Фридманом в 1922 г. Некоторой аналогией этих решений может явиться следующий подход: пусть тело массой m находится в поле тяготения планеты с массой М; его начальная скорость V может варьировать свои значения; какова зависимость координат R тела от времени t? Закон сохранения энергии даст связь

!!!

или

!!!

Функция R(t) явится решением этого уравнения, при этом ее вид зависит от значения энергии W, а именно (см. схему 38 ):

кривая 1 при W>0

R(t)→ кривая 2 при W=0

кривая 3 при W<0

Если эти частные решения применить ко Вселенной, то получим взаимосвязь расширения Вселенной с соответствующим характером геометрии Вселенной.

Схема 38 . Взаимосвязь расширения Вселенной с геометрией пространства.

Каждой геометрии Вселенной соответствуют космологические модели Вселенной, включающие Большой взрыв. Существуют и альтернативные модели, исключающие Большой взрыв. В настоящее время наибольшим приоритетом пользуются модели Фридмана-Леметра, включающие большой взрыв.

Схема 39 . Космологические модели Фридмана-Леметра, включающие большой взрыв.

Пространство	Постоянная кривизны К^1	Авторы модели	Протяженность пространства	Характер эволюции
Гиперболическое	- 1	Фридман-Леметр	Открытое и бесконечное	Расширяется вечно
Сферическое	+1	Фридман-Леметр	Закрытое и конечное	Расширение сменится сжатием
Сферическое	+1	Леметр	Закрытое и конечное	Расширяется вечно, имеется квазистатичная форма

Расширение Вселенной считается экспериментально доказанным на основании красного смещения длин спектров звезд удаляющих друг от друга галактик и задается эмпирическим соотношением Хаббла:

V=HR,

где V-скорость удаления галактик друг от друга;

R-межгалактические расстояния;

H-коэффициент, называемый постоянной Хаббла.

Установлено, что

лет.

Постоянная Хаббла задает критическую плотность, которая определяет в какой Вселенной мы находимся.

.

В настоящее время, если не учитывать возможную массивность нейтрино, не учитывать принципиально допустимые, но трудно наблюдаемые формы материи: сколлапсированные звезды (черные дыры) и гравитационное излучение, то для средней плотности Вселенной мы получим ρ = 3 ^. 10^-28 кг/м³. Это значение ρ меньше ρ_кр, следовательно, Вселенная только расширяется. Последующие сценарии эволюции Вселенной носят гипотетический характер.

Отметим важный аспект гравитационного взаимодействия. Гравитационное взаимодействие имеет характер притяжения и задает симметрию Порядка О-точки во Вселенной (см. схему 40,а).

Очевидно, что при наличии только одного гравитационного взаимодействия даже у простейшей системы из двух массивных объектов, связанных только гравитацией, отсутствует минимум потенциальной энергии и установление равновесия в ней невозможно. Поэтому, если бы гравитация была единственным взаимодействием во Вселенной, то Вселенная необратимо и быстро сколлапсировала бы, не успев приобрести наблюдаемую сегодня в ней сложную иерархическую структуру.

Схема 40 . Симметрии Порядка и Хаоса О-точки.

О

О

а) Симметрия порядка б) Симметрия Хаоса

Очевидно, что симметрии гравитационного Порядка (коллапса) должна противостоять симметрия Хаоса («раздувания») Вселенной (см. схему 40,б). Именно Большой взрыв и связанное с ним реликтовое излучение и задают симметрию Хаоса. Однако, если бы существовала только симметрия Хаоса, то Вселенная должна была бы достаточно быстро достигнуть теплового равновесия в рамках модели «тепловой смерти» Вселенной.

Следовательно, хотя с симметрией связаны фундаментальные законы сохранения целого ряда фундаментальных характеристик всех структурных уровней материи во Вселенной, явление творит, как мы отмечали ранее, дисимметрия – понижение симметрии как Порядка, так и Хаоса при определенном характере и их противодействия. В этом плане вполне эвристичной выступает теория струн и возможно совсем не сферическая (пузырьковая) сингулярность первоначального состояния Вселенной. Открытая в последнее время анизотропия фонового теплового радиоизлучения с длинами волн 0,06см<λ<50см возможно связана с совсем несимметричной формой источника излучения в стандартной теории Большого взрыва. В то же время понижение температуры реликтового теплового излучения до 2,7 К свидетельствует о справедливости и стандартных теорий «раздувания» Вселенной.

Очевидно, что дисимметрия творит явления на всем протяжении эволюции Вселенной и привела к появлению не только превышения материи над антиматерией, но и обусловила наличие четырех фундаментальных полей взаимодействия и целый ряд случайных задержек на пути эволюции, возникающих внезапно и позволяющих увеличить срок эволюции Вселенной.

Некоторые соображения по поводу случайных задержек на пути эволюции Вселенной были высказаны известным американским физиком Ф.Дайсоном в 1971 г.

Первым существенным фактором, влияющим на темп эволюции, следует признать наличие собственного момента системы, или, обобщенно, спина. Появление собственного момента импульса у системы связано с начальными условиями ее происхождения. В свою очередь, протяженные объекты, если они быстро вращаются, не в состоянии сразу сколлапсировать, поскольку наличие кинетической энергии вращения, которую необходимо учитывать наравне с гравитационной энергией, делает систему более устойчивой. В этом состоянии система задерживается на некоторое время.

Возникшее противоречие, связанное с задержкой гравитационного сжатия, разрешается благодаря тому, что вместо гравитационного сжатия системы в целом она сначала дробится на части при сохранении исходных размеров. При этом внешние части системы начинают двигаться по замкнутым орбитам вокруг центральной части, превращаясь в компактные объекты – спутники. В результате, значительная часть первоначального собственного момента системы переходит в орбитальные моменты спутников, а собственные моменты всех объектов (включая и центральную часть) оказываются незначительными. В результате снова возникают условия для дальнейшего сжатия. Этот механизм возможно объясняет и образование звездных галактик и двойных звезд и в определенной степени и звездно-планетные системы.

При этом Дайсон предположил, что развитая цивилизация может пожелать употребить вещество одной из планет своей системы на то, чтобы окружить свою звезду оболочкой (сфера Дайсона) и более полно использовать ее энергию. Нам не удалось бы наблюдать такую звезду. Вместо света звезды мы зарегистрировали бы инфракрасные излучения окружающей оболочки. Но это излучение легко спутать с излучением рождающейся звезды, когда протозвезда разогревается при сжатии.

Вторая задержка в темпе эволюции связана с термоядерным синтезом в звездах. Термоядерные реакции превращения водорода в гелий сопровождаются выделением фотонов и нейтрино, давление которых противодействует гравитационному сжатию. Поэтому пока в звезде есть запас водорода, она не может коллапсировать. Если бы в природе существовал изотоп Не², то был бы возможен процесс непосредственного объединения протонов (ядер водорода) в ядра гелия за счет сильного взаимодействия. В этом случае водород выгорал бы очень быстро. Фактически процесс слияния протонов идет за счет слабого взаимодействия, т.е. в 10¹⁸раз медленнее. Это и объясняет долговечность звезд, включая Солнце.

Третье обстоятельство, которое оказалось существенным для темпа эволюции Земли как планеты, а затем и жизни на ней, связано с особенностями образования ядер химических элементов. Самые массивные из них (массивнее ядер железа), в том числе ядра урана и тория, образуются лишь в небольших количествах при взрывах сверхновых звезд. Поэтому концентрация этих элементов в недрах планет достаточно мала. Если бы это было не так, за счет выделения тепла при радиоактивном распаде ядер тяжелых элементов Земля очень быстро прошла бы все стадии своей эволюции, не успев образовать развитую гидросферу, атмосферу и кору и создать условия для бурного развития биосферы.

Человек стремится использовать все виды энергии и формы вещества для создания комфортных условий своего существования, при этом иногда забывая об экологической безопасности биосферы и своего существования на планете Земля. Современная корпускулярно-волновая концепция материи явно пересекается с корпускулярно-волновой моделью феномена Человека и определяет Человека как голограмму всей Вселенной в антропном принципе набора строго заданных параметров фундаментальных взаимодействий и темпа эволюции Вселенной, обусловивших появление разумного наблюдателя на планете Земля.

163