Вселенная – зарождение, развитие, структура и состав

Строение и эволюция Вселенной

Вселенная — это необъятные просторы, в которых находиться черная материя, триллионы галактик и звездных скоплений. У нее нет границ ни в пространстве, ни во времени. Огромные космические просторы таят в себе много тайн, для разгадки которых важно определить принципы эволюции и строение Вселенной.

Совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, а также межгалактической среды, образует Вселенную.

Эволюция Вселенной

Самым главным свойством Вселенной является её постоянное расширение. Впервые гипотезу о расширении Вселенной выдвинул Альберт Эйнштейн, однако строгих расчётов им предложено не было.

В 1920 году русский учёный Александр Александрович Фридман занялся анализом десяти сложнейших уравнений теории относительности и пришёл к фундаментальному выводу: ни при каких условиях их решение не может быть единственным. Это означало, что невозможно точно ответить на вопрос о том, какой формой обладает Вселенная, каков её радиус кривизны и вообще, стационарна она или нет.

Но тем не менее Фридманом было получено три возможные модели нестационарной Вселенной: две из них описывали монотонно расширяющуюся Вселенную. А третья модель предполагала периодичность Вселенной, то есть радиус кривизны её пространства сначала возрастает от нуля до некоторого значения, а затем вновь уменьшается до нуля.

Всё это говорило о том, что Вселенная не может находится в стационарном состоянии, она должна расширяться и сжиматься под действием гравитационных сил.

Но почему же Вселенная расширяется?

Ответ на этот вопрос впервые предложили бельгийский священник Жорж Леметр и советско-американский физик Георгий Антонович Гамов. Итак, согласно их теории, Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяется, и охлаждается.

До взрыва не было ничего: ни материи, ни пространства, ни времени. Четыре фундаментальных взаимодействия объединены в одно. А сама Вселенная представляла собой некую субстанцию с бесконечно малым объёмом и бесконечно большой плотностью.

Такое состояние материи принято называть сингулярностью.

Этапы формирования Вселенной

Теория Большого взрыва позволила ученым создать точную модель эволюции Мироздания. И сегодня мы неплохо знаем, какие процессы происходили в молодой Вселенной. Исключение составляет лишь самый ранний этап творения, который по-прежнему остается предметом яростных обсуждений и споров.

В настоящее время наукой выделяются следующие этапы после Большого взрыва:

Самый ранний из известных нам периодов называется Планковской эрой, он занимает отрезок от 0 до 10-43 секунд. В это время вся материя и энергия Вселенной была собрана в одной точке, а четыре основных взаимодействия были едины;
Эпоха Великого объединения (с 10−43 по 10−36 секунд). Она характеризуется появлением кварков и разделением основных видов взаимодействий. Главным событием этого периода считается выделение гравитационной силы. В эту эру начали формироваться законы Вселенной. Сегодня мы имеем возможность для подробного описания физических процессов этой эпохи;
Третий этап творения называется Эпохой инфляции (с 10−36 по 10−32). В это время началось стремительное движение Вселенной со скоростью, значительно превосходящей световую. Она становится больше, чем современная видимая Вселенная. Начинается охлаждение. В данный период окончательно разделяются фундаментальные силы мироздания;
В период с 10−32по 10−12 секунды появляются «экзотические» частицы типа бозона Хиггса, пространство заполнила кварк-глюонная плазма. Промежуток с 10−12 по 10−6 секунды называется эпохой кварков, с 10−6 по1 секунду – адронов, в 1 секунду после Большого взрыва начинается эра лептонов;
Фаза нуклеосинтеза. Она длилась примерно до третьей минуты от начала событий. В этот период во Вселенной из частиц возникают атомы гелия, дейтерия, водорода. Продолжается охлаждение, пространство становится прозрачным для фотонов;
Через три минуты после Большого взрыва начинается эра Первичной рекомбинации. В этот период появилось реликтовое излучение, которое астрономы изучают до сих пор;
Период 380 тыс. – 550 млн лет называют Темными веками. Вселенная в это время заполнена водородом, гелием, различными видами излучения. Источников света во Вселенной не было;
Через 550 млн лет после Сотворения появляются звезды, галактики и прочие чудеса Вселенной. Первые звезды взрываются, освобождая материю для образования планетных систем. Данный период называется Эрой реионизации;
В возрасте 800 млн лет во Вселенной начинают образовываться первые звездные системы с планетами. Наступает Эра вещества. Вселенная стала похожа на то, что мы видим сейчас. В этот период формируется и наша родная планета.

Недостатки теории Большого взрыва

Некоторые ученые отмечают в теории Большого взрыва слабые места. Если бы мироздание образовалось мгновенно из одной небольшой точки, то должно было существовать неоднородное распределение вещества, чего мы не наблюдаем. Также данная модель не может объяснить, куда подевалась антиматерия, количество которой в «момент творения» не должно было уступать обычной барионной материи. Однако сейчас число античастиц во Вселенной мизерно. Но самый весомый недостаток данной теории – ее неспособность объяснить феномен Большого взрыва, он просто воспринимается как свершившийся факт. Мы не знаем, как выглядела Вселенная до момента сингулярности.

Предпринимались попытки улучшить существующую теорию Большого взрыва. Например, существует гипотеза о цикличности Вселенной, согласно которой, рождение из сингулярности – не более чем ее переход из одного состояния в другое. Правда, такой подход противоречит второму закону термодинамики.

Существуют и другие гипотезы зарождения и дальнейшей эволюции мироздания. Долгие годы была популярна модель стационарной Вселенной. Ряд ученых придерживались мнения, что в результате квантовых флуктуаций она возникла из вакуума. В их числе был и знаменитый Стивен Хокинг.

Ли Смолин выдвинул теорию о том, что наша, как и другие Вселенные, образовались внутри черных дыр.

Строение Вселенной

Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной. Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, как неизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяются деревья.

Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 — 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир — это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.

Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной — космология.

Структура Вселенной довольно сложна и имеет несколько уровней организации, которые мы можем классифицировать в соответствии с масштабом объектов:

Астрономические тела во Вселенной обычно группируются в системы. Звезды нередко образуют пары или входят в состав скоплений, которые содержат десятки, а то и сотни светил. В этом отношении наше Солнце довольно нетипично, так как оно не имеет «двойника»;
Следующей ступенью организации являются галактики. Они могут быть спиральными, эллиптическими, линзовидными, неправильными. Ученые пока не до конца понимают, почему галактики обладают разной формой. На этом уровне мы обнаруживаем такие чудеса Вселенной, как черные дыры, темную материю, межзвездный газ, двойные звезды. Кроме звезд, в их состав входит пыль, газ, электромагнитное излучение. В известной Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов галактик.
Несколько галактик образуют Местную группу. В нашу, кроме Млечного пути, входит Туманность Треугольника, Туманность Андромеды и еще 31 система. Скопления галактик – самые крупные из известных устойчивых структур Вселенной, их удерживает воедино гравитационная сила и еще какой-то фактор. Ученые подсчитали, что одного лишь притяжения явно недостаточно для поддержания стабильности этих объектов. Научного обоснования данного феномена пока не существует;
Следующим уровнем структуры Вселенной являются сверхскопления галактик, каждая из которых содержит десятки, а то и сотни галактик и скоплений. Однако тяготение их уже не удерживает, поэтому они следуют за расширяющейся Вселенной;
Последним уровнем организации мироздания являются ячейки или пузыри, стенки которых формируют сверхскопления галактик. Между ними находятся пустотные области, именуемые войдами. Эти структуры Вселенной имеют масштабы около 100 Мпк. На этом ярусе наиболее заметны процессы расширения Вселенной, также с ним связано реликтовое излучение – отголосок Большого взрыва.

Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование с таинственной структурой.

Сегодня мы гораздо лучше понимаем устройство Вселенной, но каждое полученное знание лишь рождает новые вопросы. Исследование атомных частиц в коллайдере, наблюдение за жизнью в дикой природе, высадку межпланетного зонда на астероиде также можно назвать изучением Вселенной, ибо данные объекты входят в ее состав. Человек тоже часть нашей прекрасной звездной Вселенной. Изучая Солнечную систему или далекие галактики, мы больше узнаем о самих себе.

Размеры Вселенной

Говоря о размерах Вселенной, мы имеем ввиду ее видимую часть, называемую еще Метагалактикой. Чем больше результатов наблюдений мы получаем, тем дальше раздвигаются границы Вселенной. Причем происходит это одновременно по всем направлениям, что доказывает ее сферическую форму.

Космическая карта Вселенной

Наш мир появился около 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва – события, породившего звезды, планеты, галактики и другие объекты. Эта цифра является реальным возрастом Вселенной.

Исходя из скорости света можно предположить, что ее размеры также составляют 13,8 млрд световых лет. Однако на самом деле они больше, ибо с момента рождения Вселенная непрерывно расширяется. Часть движется со сверхсветовой скоростью, из-за чего значительное количество объектов во Вселенной останутся невидимыми навеки. Данный предел называются сферой или горизонтом Хаббла.

Диаметр Метагалактики составляет 93 млрд световых лет. Мы не знаем, что находится за пределами известной Вселенной. Может быть, существуют и более далекие объекты, недоступные сегодня для астрономических наблюдений. Значительная часть ученых верит в бесконечность Вселенной.

Возраст Вселенной неоднократно проверялся с использованием различных методик и научных инструментов. Последний раз его подтвердили с помощью орбитального телескопа «Планк». Имеющиеся данные полностью соответствуют современным моделям расширения Вселенной.

Будущее Вселенной

Наше мироздание началось с маленькой точки. Быстрое развитие и расширение границ привело к образованию необъятных космических просторов. Но, будет ли остановлено расширение? Возможен ли обратный вариант развития, то есть сжатия в ту же исходную плотную точку?

Модели будущего Вселенной

В 1990-х годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего Вселенной.

“Сжатие” космических просторов возможно! При достижении максимальных размеров, она может разрушиться. Плотность черной материи может достичь критических показателей, из-за чего будет сжиматься.

Также, существует предположение, что причиной разрушения мироздания могут стать черные дыры. Все звездные скопления могут прекратить передачу энергии и преобразоваться в черные дыры. Если температура космического пространства приблизиться к нулю, возможно их испарение. В результате чего, все разрушиться и наступит логичный конец.

Интересные факты о Вселенной

10.От минус 270 градусов по Цельсию До 50 миллионов градусов по Цельсию.

В космосе буквально везде встречаются довольно экстремальные условия. Температура сверхновой может достигать более 50 миллионов градусов по Цельсию, т. е. в пять раз выше температуры ядерного взрыва. С другой же стороны, в открытом космосе температура составляет минус 270 градусов по Цельсию.

9.Наши тела состоят из звезд

Ваше и любое другое тело во Вселенной состоит из звезд, точнее, мертвых звезд. В самом начале существовали только простые элементы, такие как водород и гелий. Потом эти элементы соединились и сформировали первые звезды, которые в свою очередь образовали новые элементы, такие как железо и золото. Через какое-то время первые звезды погибли, и их взрывы сформировали новые элементы. Наши тела состоят из практически всех элементов, которые есть во Вселенной – конечно, большую часть составляют элементы вроде водорода и кислорода, но в нас также содержатся небольшие порции таких элементов, как золото!

8. Когда вы смотрите на небо, вы смотрите в прошлое

Звезды, которые вы видите – вовсе не звезды, а свет, который они излучали много лет назад. Из-за того, что свету требуется определенное время, чтобы достичь нас, мы видим его таким, каким он был какое-то время назад. Один световой год – это расстояние, которое свет преодолевает за год. Так что, если вы смотрите на звезду, которая находится на расстоянии 1000 световых лет, вы видите ее такой, какой она выглядела 1000 лет назад.

7.Парадокс Ферми.Инопланетная жизнь.

Ученые настолько заинтересованы инопланетной жизнью, что придумали десятки различных интересных техник, направленных на ее поиск. Например, проект SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), чтобы ускорить обнаружение инопланетян, использует свои методы для поиска космического мусора, ближайших звезд, искусственных объектов, радиоволн и радиации.

Вселенная настолько огромная и старая, что есть очень большие шансы на обнаружение других планет, похожих на Землю. Однако, согласно парадоксу Ферми, высокая вероятность внеземной жизни в космосе противоречит отсутствию видимых доказательств, подтверждающих это. На данный момент люди даже не уверены, что страшней: тот факт, что они не одиноки во Вселенной или то, что рядом есть кто-то еще.

6. Во Вселенной как минимум 10 миллиардов триллионов звезд

Хотя ученые не могут прийти к единому согласию в этом вопросе, самой достоверной цифрой в нашем распоряжении является 10 миллиардов триллионов. Каждая звезда отличается по размеру и может быть в сотни раз меньше или больше нашего Солнца. Вдобавок, каждую звезду окружают звездные тела, вроде планет, которых может быть от 4 до 12.

5. Вселенных может быть больше

Да, наша Вселенная может быть лишь одной из многих других, отличных от нашей. Малейшие изменения в принципах науки могут превратить другие Вселенные в нечто, о чем мы даже не мечтали. Все зависит от того факта, может ли большой взрыв, который положил начало нашей Вселенной, произойти в других местах. Если так, то существование бесчисленного количества других миров действительно возможно.

4. Черные дыры тоже умирают

Черные дыры – тела различных размеров, которые мы не можем видеть. Они обладают немыслимой силой притяжения, которую не способен преодолеть даже свет, и они питаются пойманным светом, чтобы выжить.

Однако Стивен Хокинг утверждает, что если черные дыры «голодают» слишком долго, через какое-то время они могут умереть.

3. Вселенная растет

До 1920-х люди считали, что Вселенная стоит на месте, но астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что она расширяется. Многие годы люди ошибались, исходя из предположения, что гравитация замедляет Вселенную, но такой факт был бы верен только в том случае, если бы гравитация была сильнее. Более того, в 1998 году телескоп «Хаббл» зафиксировал, что сверхновые звезды в прошлом расширялись медленнее, чем сейчас, что только подтверждает теорию Хаббла.

2. Вселенная полна невидимых вещей

Существует мнение, что мы видим и знаем только 4% Вселенной, так как 96% может состоять из темной материи и темной энергии, которые мы все еще не можем обнаружить. Эти неизвестные сущности предположительно расталкивают видимую материю, что приводит к расширению Вселенной и другим возможным эффектам, которые пока нам неизвестны.

1. Наши предки знали о Вселенной больше, чем мы знаем сейчас

Наши предки были куда умнее, чем думают многие. Хотя они не строили небоскребы и не создавали компьютеры, они много знали о растениях и травах, географии и астрономии. Не будем забывать о Стоунхендже, пирамидах Гизы, линиях Наски и сотнях других известных мест, которые наши предки предположительно использовали для наблюдения за небом. Они полагали, что изменения в небе играли большую роль в их жизни, поэтому делали точные космологические расчеты. Полученная информация помогала им определять, когда лучше всего было выращивать еду, путешествовать в опасные земли, заключать союзы и принимать важные решения.

Видео

Вселенная: что это такое, описание, строение, происхождение, фото и видео

Вселенная представляет для ученых бескрайний простор для исследований. Несмотря на то, что космические аппараты уже несколько десятилетий бороздят межпланетное пространство, человечеству до сих пор не удалось изучить и процента от его количества. Во вселенной существует множество галактик, в недрах которых скрываются миллиарды планет. И люди могут догадываться, что находится на них. Однако тех данных, которые уже известны, хватает, чтобы составить общие данные о Вселенной.

Что такое Вселенная?

Вселенная появилась миллиарды лет назад, и люди до сих пор не смогли доказать истинные причины ее образования. Она представляет собой все существующее пространство. Галактики, звезды, планеты – все это часть необъятной Вселенной.

Люди стараются изучать космос, но им предстоит проделать титаническую работу, прежде чем они смогут составить полное представление о его устройстве. Ежедневно астрономы из разных стран изучают новые области, но не могут добраться до границ мира. Причем исследования ведутся в разных направлениях: изучение Солнечной системы, соседних галактик, попытки установить общий размер Вселенной, подсчет космических объектов и т.д. Даже спустя десятки лет упорной работы 100%-е изучение внеземного пространства кажется недостижимой целью.

Вселенная постоянно меняется, что усложняет процесс ее исследования и составления описаний определенных ее частей. Но одно можно сказать точно: ее границы так так велики, что недоступны для изучения.

Строение вселенной

Звезды, которые видит человек, являются частью галактики. Солнце тоже входит в ее состав и находится на большом расстоянии от других светил. Если взглянуть на Млечный Путь со стороны, то он будет напоминать гигантский диск с большим скоплением звезд в центральной части. И таких галактик во Вселенной большое множество.

Звезды распределены в галактиках неравномерно, в разных частях имеются плотные скопления, напоминающие шар. Также есть пространства, где на протяжении многих световых лет нет ни одного светила.

Вокруг большинства звезд находятся планеты, обладающие уникальным внешним видом, атмосферой и другими особенностями. Также вокруг некоторых имеются спутники – небольшие космические объекты, удерживаемые за счет притяжения.

Галактик во Вселенной огромное множество, и многие имеют спиралевидную форму, которую хорошо заметно благодаря расположению светил. Такой тип называется протогалактиками. Ученые предполагают, что во время своего образования они вращались по кругу с большой скоростью, и постепенно замедлились. Другие галактики из-за сильного сжатия водородного газа не начали движение вокруг центральной оси и остались в форме эллипса.

Межгалактическое пространство помимо пустоты может содержать различные объекты: пояса астероидов, кометы, карликовые планеты и т.д.

Все вышеперечисленные объекты являются частью необъятной Вселенной. Причем регулярно рождаются новые звезды и планеты, из-за чего космос постоянно меняется.

Определение Вселенной

В первом веке до нашей эры римский философ Цицерон использовал латинское слово “universum”, чтобы единым термином охарактеризовать все пространство вокруг. Это настолько понравилось другим мыслителям, что они позаимствовали у него выражение и начали использовать в аналогичном контексте.

Словом “universum” называли все известные объекты: Землю, Солнце, далекие звезды, планеты, живых созданий и т.д. Сейчас термин потерял латинское окончание и звучит на английском как “universe“, что означает “вселенная”.

И пока римляне придумывали, как охарактеризовать пространство вокруг, греки тоже старались от них не отставать. Они ввели термин “космос”, что переводится как “мир”. Со временем оба слова начали использоваться для описания пространства вокруг. Однако под “Вселенной” больше подразумеваются галактики, звезды и планеты, а под “космосом” пространство между ними.

Доказательства, что Вселенная имеет возраст

Если верить теории Большого взрыва, то отсчет жизни Вселенной начинается в ту секунду, когда сжатая до микроскопических размеров сингулярность моментально расширилась. Со временем это пространство заполнили галактики и постепенно приняли тот вид, который люди наблюдают из телескопов.

Вселенная проделала долгий путь, на который ушли даже не миллионы, а миллиарды лет. Впервые о том, что у нее есть возраст, люди начали задумываться примерно в XVIII веке. Когда Земля была достаточно изучена, они обратили внимание к звездам и начали стремиться узнать как можно больше о них.

Средневековая модель Вселенной

Изначально полагалось, что Вселенная бесконечна и не имеет возраста, являясь вечной. Но открытие законов термодинамики как минимум опровергло отсутствие возраста. Согласно им, тепло от горячих объектов переходит к более холодным, пока между ними не установится температурное равновесие. И если бы Вселенная существовала вечно, планеты, звезды и другие космические тела были бы одной температуры. Благодаря таким умозаключениям ученые того времени установили, что пространство вокруг имеет определенный возраст.

Доказать наличие возраста у Вселенной иным способом удалось в XX веке. Астроном Леметр выдвинул гипотезу, что пространство вокруг не бесконечно, имеет границы и постоянно увеличивается. Эдвин Хаббл поддержал его, поскольку заметил, что соседние галактики постепенно отдаляются от Млечного Пути. И если перемещаться назад во времени, можно оказаться во мгновении, когда размеры Вселенной были минимальными и еще не начали расти. Именно в этот момент и произошло ее рождение, соответственно она имеет возраст.

Сколько вселенной лет?

Эдвин Хаббл, прекрасно понимая, что пространство вокруг расширяется, вычислил константу, характеризующую скорость этого процесса. В 1958 году ученый Сэндидж использовал эту величину в своих расчетах и установил, что Вселенной должно быть примерно 20 миллиардов лет.

Позже астрономы открыли реликтовое излучение – свет от Большого взрыва, который до сих пор заметен на границах пространства. Это помогло выявить более точные размеры космоса. На основе полученных данных ученые смогли подсчитать примерный возраст Вселенной. Он оказался равен 13,824 млрд. лет.

Как возникла Вселенная

На данный момент теория Большого взрыва является наиболее логичным предположением о том, как возникла Вселенная. Она объясняет появление объектов, физических законов, материй и всего того, что находится в космосе.

Предположительно, все началось с небольшой сингулярности огромной плотности, для которой не существовало времени. В определенный момент она начала расти с огромной скоростью, порождая пространство, физические законы, гравитацию и т.д. Долгое время температура внутри была настолько высокой, что образование каких-либо частиц было невозможным.

Через 380 тыс. лет она снизилась до 3000К, и тогда начали формироваться субатомные частицы, которым на смену вскоре пришли полноценные атомы. А через миллиарды лет из пылевых облаков они превратились в звезды, планеты, астероиды.

Эволюция Вселенной

Спустя миллиарды лет, когда в пространстве появились атомы и молекулы, под действием гравитации они начали перемещаться относительно друг друга. Этот период ученые назвали Структурной Эпохой.

Уже в первые мгновения после расширения, в пространстве появились простейшие частицы, имеющие световую природу. Примерно через год начинает появляться темная материя. А еще через 380 тыс. лет после снижения температур появляются молекулы, способные образовывать разные вещества.

Эволюция Вселенной

Постепенно частицы сбились в газовые облака огромных масштабов, а еще через некоторое время начали формироваться звезды и планеты, которые обладают взаимным притяжением. Первые галактики образовались спустя 300 млн. лет с момента Большого взрыва. Однако современный вид они приобрели лишь через 10 млрд. лет.

На данный момент Вселенной примерно 13,82 млрд. лет, и ее эволюция далека от завершения. Ученые не сомневаются, что галактики и общая карта пространства еще не раз поменяются, пока не придут к своей конечной форме.

Доказательством того, что эволюция Вселенной еще далека от завершения, является реликтовое излучение. Если оно заметно на границах пространства, значит, еще не иссякла энергия, выделенная в момент Большого взрыва. Соответственно, космос продолжает расширяться.

Структура и форма Вселенной

Утверждение того, что реликтовое излучение находится на самом краю Вселенной, довольно спорное. Доказано, что пространство расширяется быстрее скорости света, поэтому реальные края космоса уходят дальше мест, куда успела добраться световая энергия от Большого взрыва. По предварительным оценкам, сейчас размер Вселенной составляет примерно 91 миллиард световых лет, и это число постоянно растет.

Ученые со всего мира пытаются определить точную структуру пространства вокруг. Совершенно ясно, что космос состоит из галактик, между которыми находится пустота, пылевые облака, скопления астероидов и прочие объекты. Однако какую он имеет форму и структуру?

Пространство в четырех измерениях

Вселенная подвластна четырем измерениям: координатам XYZ и времени. На основе этого ученые составили три варианта структур, которым может подчиняться пространство вокруг:

Открытая по форме похожа на седло и не имеет границ, такая структура не может растягиваться в пространстве бесконечно и должна обязательно остановиться;
Плоская представляет собой квадрат, который может увеличиваться бесконечно;
Закрытая похожа на замкнутую сферу, которая не может расти бесконечно, однако исследователи отмечают, что это может произойти через “неограниченное” количество времени.

Ученые пока не решили, какая структура Вселенной является достоверной. Однако все три варианта позволяют спрогнозировать ее форму.

Будущее Вселенной

Если Вселенная имеет возраст, и миллиарды лет назад произошло ее рождение, то значит, наступит время, когда ее не станет. Еще с 90-х ученые, изучающие космос, пытаются прогнозировать его будущее и установить, что произойдет, когда он перестанет существовать.

Все предположения строятся на обязательном условии, что теория Большого взрыва верна. Это дает начальные данные о вселенной, помогает построить представление об устройстве пространства и спрогнозировать, что произойдет дальше.

Пример большого сжатия и рождения новой Вселенной

Сейчас существует три теории будущего Вселенной:

Большое сжатие. После того, как пространство расширится до определенного размера, оно начнет сжиматься. Это возможно, если плотность пространства будет выше допустимого. Тогда границы Вселенной начнут уменьшаться, ровно как и расстояние между объектами. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока она не превратится в небольшую сингулярность, существовавшую до Большого взрыва.
Большое замораживание. Если плотность не привысит максимальную, то Вселенная продолжит расширяться до неограниченных размеров. Однако постепенно в ней израсходуется запас энергии и газа. Нейтронные звезды превратятся в черные дыры, остальные, потратив все тепло, станут белыми карликами. Постепенно температура в пространстве начнет падать, пока не установится на отметке абсолютного нуля.
Большой разрыв. Все объекты во Вселенной притягиваются, но это не мешает галактикам постепенно отодвигаться друг от друга. Ученые полагают, что при определенных обстоятельствах объекты в пространстве смогут отдалиться на такие расстояния, что сила притяжения станет равна нулю.

Каким в итоге окажется будущее Вселенной, пока неизвестно. Поскольку она еще не закончила процесс формирования, конец для нее наступит через миллиарды лет.

Сколько звезд во Вселенной?

Любой, кто интересуется космосом, рано или поздно задумывается: а сколько звезд во Вселенной? Она состоит из галактик, внутри которых может быть огромное количество светил, причем для наблюдения некоторых требуется специальное оборудование. Поскольку звезды делятся на белых гигантов, красных карликов и т.д., они обладают определенными свойствами и видимостью.

Если для наблюдения за звездным небом использовать бинокль, то количество звезд, доступных взгляду, существенно возрастет и станет равно 200 тысячам. А если под рукой окажется телескоп средней мощности, то общая численность светил на небе увеличится до 15 миллионов. Более того, с помощью этого устройства человек сможет наблюдать отдаленные галактики, которые выглядят как небольшие пятна.

Нетрудно догадаться, что с использованием подручных средств человек способен увидеть звезды в относительной близости. Но сколько их существует во Вселенной?

Во Млечном Пути, где расположена Солнечная система, находится примерно 400 млрд. звезд. Данная цифра является очень большой, но она невелика по отношению ко Вселенной. Существуют спиральные галактики, насчитывающие 100 триллионов светил.

По подсчетам, минимальное количество звезд во Вселенной равно септиллиону (10 в 24-й степени). Все они находятся в пределах 46 млрд. световых лет относительно Земли. Именно такая область поддается наблюдению. Однако дальше этого расстояния могут находиться и другие галактики, скрытые от глаз человека. Соответственно, общее количество звезд во Вселенной может быть гораздо больше септиллиона.

Есть ли у Вселенной конец?

Пока ученые не могут с уверенностью ответить на данный вопрос. Человечество не обладает достаточными технологиями, чтобы заглянуть в бесконечную даль и убедиться в наличии или отсутствии краев у пространства. Однако некоторые обсерватории непрерывно работают в этом направлении. У ответа на этот вопрос может быть два варианта: Вселенная конечна, либо она бесконечна.

Если принимать за действительность первый вариант, то установить теоретические края мироздания помогает реликтовое излучение. Свет, оставшийся после Большого взрыва, протянулся на расстоянии примерно в 93 млрд. лет. Это и можно считать за границу Вселенной.

Вольное изображение границ Вселенной

Второй вариант указывает на то, что космос бесконечен. Тогда, если человек отправится в любом направлении на большой скорости, то ему встретится бесконечное количество галактик, звезд и планет. Более того, ученые убеждены, что в этом случае где-то может существовать идентичная Солнечная система с Землей, которую населяют точно такие же люди. Ведь если пространство безгранично, и в нем существует неограниченное количество планет, вероятность того, что где-то существует клон Земли, стремится к бесконечности.

Возможно, в будущем люди смогут узнать наверняка, имеет ли Вселенная конец. Но на данный существуют лишь теории.

Гипотезы происхождения Вселенной

Помимо Большого взрыва существует масса теорий появления Вселенной. Вот наиболее интересные:

религиозная уверяет, что все вокруг создал Бог, в каждой вере процесс творения Вселенной описывается по разному;
стационарная говорит, что Вселенная не меняется в размерах и была всегда;
циклическая – космос находится в непрерывном цикле, рождаясь и уничтожаясь бесконечное количество раз;
космологическая утверждает, что Вселенная бесконечна;
теория струн гласит, что внутри уже имеющейся вселенной может образоваться новая за счет квантовых колебаний и достаточного количества энергии.

Несмотря на большое количество теорий, объясняющих происхождение Вселенной, ученые отдают предпочтение Большому взрыву. Эта гипотеза поясняет образование веществ и материи и содержит в себе гораздо меньше белых пятен. Из-за этого ученым легче с ней работать и делать логические заключения.

История изучения Вселенной

Четыре тысячи лет назад люди уже пытались изучать Вселенную. Карты созвездий и рисунки звездного неба составлялись еще в Древнем Вавилоне. Вплоть до 16 века астрономы считали Землю центром мироздания, но Галилео Галилей после изобретения телескопа сумел доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Также ученый обнаружил на небе множество галактик, подобных Млечному Пути. Это расширило представление людей о Вселенной.

На протяжении нескольких веков астрономы изучали космические объекты, а в 1929 году Хаббл подтвердил, что галактики отдаляются друг от друга, а пространство расширяется. Сейчас люди используют современные технологии, чтобы получать о космосе как можно больше данных.

Интересное видео о Вселенной

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вселенная — зарождение, развитие, структура и состав

Древнейшая наука астрономия занимается изучением Метагалактики, однако даже она не может строго ответить на вопрос, что такое Вселенная. Это понятие имеет две ипостаси — философскую и материальную. Их можно различать, как две разные сущности или рассматривать в совокупности. Если считать, что наблюдаемая Вселенная — это обозначение всего пространства, то эквивалентным ей термином будет космос.

Определение в космологии и важные факты

Определением Вселенной в космологии будет область мира, за которой можно наблюдать. Именно в этом смысле синонимичным ей понятием является Метагалактика. За этим широким определением кроется множество секретов, ведь космические эксперименты начались очень давно, продолжаются до сих пор и нет никаких оснований предполагать, что завершатся в ближайшем будущем.

Во время научных изысканий было открыто несколько фактов о Вселенной, которые подтверждены с высокой долей вероятности.

Среди них:

Химический состав. Космическое пространство на три четверти состоит из водорода, также в нём присутствует гелий с кислородом, углеродом и другими более редкими примесями.
Вселенная линейно расширяется, а все объекты, соответственно, удаляются друг от друга. Из-за этого у Метагалактики нет чётко обозначенного центра (как у надуваемого воздушного шара). Приблизительно 5 миллиардов лет назад этот процесс стал ускоряться, поэтому учёные строят различные гипотезы о том, что может произойти с ней в ближайшем будущем.
Метагалактику равномерно заполняет тепловое излучение, называемое реликтовым фоном. Однозначные причины его существования неизвестны, поскольку исследователи не нашли массовых источников, которые бы могли его вызвать. Однако есть предположение, что излучение было высвобождено в момент образования атомов водорода.
Пространственное распределение галактик Вселенной можно представить как ячеистую структуру. Однако из-за того, что в ней постоянно происходит движение, сеть постепенно растягивается.
Самые яркие в видимой области объекты (квазары) характеризуются многократным повторением спектра Лаймана. Изучение этого явление дало возможность смоделировать крупномасштабную структуру Вселенной.

Происхождение и эволюция

Расширение космического пространства удаляет друг от друга звёзды, галактики и их скопления. В связи с этим существует теория, согласно которой в далёком прошлом они не просто располагались ближе друг к другу, а вообще были перемешаны и сжаты в единое вещество. Однако оно было настолько плотным и горячим, что началось общее расширение, в итоге и приведшее к образованию Вселенной.

С тех пор прошло приблизительно 14 миллиардов лет. За это время совершилось такое развитие:

сформировалось гравитационное взаимодействие;
зародились первые фундаментальные частицы;
материя стала прозрачной для излучения;
образовались ядра первичных элементов;
появились звёзды, галактики, планетарные системы.

В итоге Вселенная сформировалась такой, какой человечество знает её сейчас. Её краткая модель выглядит следующим образом:

4,9% обычного вещества, знакомого на Земле.
26,8% тёмной материи, состоящей из тяжёлых частиц. Она не испускает электромагнитное излучение, что делает её прямое наблюдение практически неосуществимым.
68,3% тёмной энергии, инициирующей расширение пространства.

Образованная этими компонентами структура имеет гигантскую территорию. Реальный размер Вселенной современной наукой не установлен. Многие учёные настаивают на том, что она бесконечна. Однако если за условную границу принять расстояние до самого далёкого от Земли видимого объекта, то её масштабы составляют 45,7 миллиарда световых лет. Эта величина носит название радиуса Хаббла. Он не тождественен понятию конца мироздания, а только обозначает, что при прохождении этого расстояния быстрота удаления объекта от наблюдателя начинает превышать скорость света.

Исчерпывающей информации нет и о форме Метагалактики. Последние измерения астрономического спутника Планк позволяют сделать вывод, что она плоская, но исследования на этом этапе ещё не заканчиваются, и, возможно, в ближайшем будущем откроются новые факты, противоречащие всему тому, что известно людям сейчас.

Внутреннее устройство

Несмотря на всю необъятность, строение Вселенной представляется достаточно простым. Она однородна по плотности, изменяется во времени по строго определённым законам, поэтому однозначно постоянной считаться не может.

Вселенная многолика. Она включает в себя множество разнообразных компонентов, проявляющихся в разных формах. Самыми крупными структурами в ней считаются галактические нити, совместно с космическими пустотами, формирующие «стены».

В них группируются галактики Вселенной. Они представлены в огромном количестве порядка двух триллионов. Человечество проживает в Млечном пути, который расположен в стене, называемой комплексом сверхскоплений Рыб-Кита. Другие звёздные системы расположены чрезвычайно далеко от этой галактики. Тем не менее несколько из них можно рассмотреть невооружённым глазом. Они носят следующие названия:

Туманность Андромеды ближе всех расположена к Млечному пути и содержит звёзд в несколько раз больше, чем в нём. Её можно увидеть на небе, если находиться на северном полушарии Земли.
Магеллановы Облака — две своеобразные галактики-спутники Млечного пути. Они просматриваются в южном полушарии.
Галактика Треугольника меньше Млечного Пути и по массе, и по диаметру. Так же, как и Туманность Андромеды, видна на северном полушарии.

Все они, как и Млечный путь, относятся к спиральному классу. Также во Вселенной есть эллиптические и неправильные галактики.

Методы изучения

Так как же была получена вся эта интересная информация о тайнах Вселенной? Учёные пользуются сразу несколькими методами изучения мироздания:

Оптический, с помощью телескопа. Устройство собирает свет — один из самых информативных источников сведений о космических процессах, и это позволяет наблюдать отдалённые объекты.
Спектральный анализ. В этом методе также используется телескоп, но на сей раз усовершенствованный спектрографом. Прибор разлагает спектр на составные части, расшифровав которые, можно получить данные о химическом составе объекта и скорости его движения, а также определить температуру источников излучения.
Космическое радиоизлучение. Для такого метода необходим телескоп, регистрирующий радиоволны. Их посылают объекты из самых удалённых областей Вселенной, а также ионизированный горячий газ и нейтральный водород межзвёздного пространства. По данным радиотелескопа делаются выводы о расстоянии до небесных тел и скорости их движения.
Нейтринная астрофизика. В рамках этого метода нейтринные телескопы регистрируют частицы малой энергии, рождающиеся во время термоядерных реакций, которые являются источником энергии Солнца. Вычисление величины потока нейтрино позволяет определять характер физических процессов, протекающих в недрах звезды.
Внеатмосферная астрономия. Её отличие от других методов заключается в том, что вся аппаратура выносится в межпланетное пространство. Это позволяет устранить атмосферные помехи в виде неоднородностей, вызывающих дрожание изображения в телескопе, и довести пространственное разрешение прибора до дифракционных значений.
Инфракрасная, ультрафиолетовая, рентгеновская и гамма-астрономия. Соответствующие телескопы устанавливаются на ракеты и спутники Земли, так как данные виды излучения поглощаются атмосферой планеты и зарегистрировать их на её поверхности не представляется возможным. С их помощью изучаются тусклые остывшие звёзды, экзопланеты, молекулярные облака, скопления галактик, чёрные дыры и другие объекты.

Возможно, вскоре будут открыты и другие методы изучения Вселенной. Человечество узнает о ней что-то совсем необычное, и это навсегда перевернёт представления о мироздании.

Но даже предположить трудно, чтобы когда-нибудь люди смогли полностью изучить космическое пространство. На его территории колоссальных размеров, кажется, всегда будет оставаться место для тайн.

Состав, строение и происхождение Вселенной

Вселенная – это весь окружающий нас бесконечный мир. Это другие планеты и звёзды, наша планета Земля, её растения и животные, в том числе и то, что находится за пределами Земли- космическое пространство, планеты, звёзды. Это материя без конца и края, принимающая самые разнообразные формы своего существования..

Некоторые астрономы считают, что вначале Вселенная представляла собой тугой сгусток очень плотного вещества. А потом, около 15 миллиардов лет назад, это вещество взорвалось. Произошел Большой взрыв. Первичная материя взорвалась и начала расширятся. Прошло много времени, и из этого облака раскалённых газов образовались звёзды и галактики. Галактики и по сей день отдаляются друг от друга, удаляясь от центра во всех направлениях, а значит, Вселенная продолжает расширятся. Даже самые современные астрономические средства не могут охватить всю Вселенную

Есть и другая теория происхождения Вселенной. Согласно ей, происхождение Вселенной, есть разумный творческий акт, осуществленный Богом, природа которого непостижима человеческим разумом.

Некоторые ученые предложили теорию так называемой “бесконечно пульсирующей Вселенной”. В соответствии с этой теорией, Вселенная расширяется, а затем сжимается до сингулярности, затем вновь расширяется и снова сжимается. У нее нет ни начала, ни конца. Это снимает вопрос о происхождении Вселенной – она ниоткуда не возникает, а существует вечно.

Антропный (человеческий) принцип первым сформулировал в 1960 году Иглис Г.И. , но он является как бы неофициальным его автором. А официальным автором был ученый по фамилии Картер. Антропный принцип говорит о том, что в начале вселенной был план мироздания, венцом этого плана является возникновение жизни , а венцом жизни- человек. Антропный принцип очень хорошо укладывается в религиозную концепцию программирования жизни. Антропный принцип утверждает, что вселенная такая, какая она есть потому, что есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития

Современные гипотезы о происхождении Вселенной

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад из некоторого начального сингулярного состояния с гигантскими температурой и плотностью и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. В последнее время ученым удалось определить, что скорость расширения Вселенной, начиная с определённого момента в прошлом, постоянно увеличивается, что уточняет некоторые концепции теории Большого взрыва.

Успешное объяснение ряда явлений с помощью модели Большого взрыва привело к тому, что, как правило, не вызывает сомнения реальность происхождения микроволнового фонового излучения из расширяющегося первичного огненного шара в тот момент, когда вещество Вселенной стало прозрачным. Возможно, однако, что это слишком простое объяснение. В 1978 г., пытаясь найти обоснование для наблюдаемого соотношения фотонов и барионов (барионы – «тяжелые» элементарные частицы, к которым, в частности, относятся протоны и нейтроны) – 108:1, – М.Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результатом «эпидемии» образования массивных звезд, начавшейся сразу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достиг 1 млрд. лет. Продолжительность жизни этих звезд не могла превышать 10 млн. лет; многим из них было суждено пройти стадию сверхновых и выбросить в пространство тяжелые химические элементы, которые частично собрались в крупицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, нагретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красного смещения, вызванного расширением Вселенной, наблюдается сейчас как микроволновое фоновое излучение.

Согласно новой модели формирования вселенной, предложенной астрофизиком Государственного университета Нью-Йорка Кеннетом Ланцеттой, на протяжении почти полумиллиарда лет после Большого Взрыва, формально считающегося моментом ее рождения, все в мире было погружено во мрак. И “разорвал” этот мрак гигантский звездный “взрыв”, в результате которого вселенная начала приобретать тот вид, который мы наблюдаем в наши дни.

Эта теория полностью опровергает уже устоявшееся мнение о том, что формирование звезд шло постепенно после Большого Взрыва и достигло своего пика примерно 5 миллиардов лет назад. На основании анализа данных, полученного в результате наблюдений за зонами “глубокого космоса”, Ланцетта сделал вывод о том, что процесс формирования звезд начался гораздо раньше Большого взрыва и проходил очень стремительно. Причем, чем процесс происходил тогда и происходит в настоящее время тем интенсивнее, чем ближе проходил у гипотетических “краев вселенной”.

Согласно одной из альтернативных теорий (так называемой «бесконечно пульсирующей Вселенной»), мир никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по другому рождается и умирает бесконечное количество раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета после которой мир строится заново (она же обозначает и конец мира.

Строение Вселенной

Вселенная предстаёт перед нами всюду одинаковой – «сплошной» и однородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662) говорил, что мир – это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал однородность мира.

У Вселенной есть и ещё одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находиться в движении – она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.

Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 – 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир – это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.

Фридман открыл подвижность звёздной Вселенной. Это было теоретическое предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 – 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.

Он обнаружил, что далёкие галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.

Если Вселенная расширяется, то, значит, в далёком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, что пятнадцать – двадцать миллиардов лет назад ни звёзд, ни галактик ещё не было и всё вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем её сейчас.

Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной – космология.

Строение Вселенной

С чего началось мироздание?
Эволюция
Эпоха сингулярности
Эпоха инфляции
Эпоха охлаждения
Иерархическая эпоха
Основные элементы строения
“Звездные дома”: классификация и особенности
Будущее Вселенной

Вселенная — это необъятные просторы, в которых находиться черная материя, триллионы галактик и звездных скоплений. У нее нет границ ни в пространстве, ни во времени.

Огромные космические просторы таят в себе много тайн, для разгадки которых важно определить принципы эволюции и строение Вселенной.

С чего началось мироздание?

Сегодня трудно в это поверить, но огромное космическое пространство 14 млрд лет было всего лишь точкой. Небольшой шар состоял из плотного и горячего протовещества. В один момент, эта “точка” взорвалась и мельчайшие элементы разлетелись. Эта гипотеза происхождения Вселенной называется Теорией Большого Взрыва. Это наиболее логичное предположение, из-за чего является основным.

Все частицы, которые были образованы в результате взрыва, удалились от эпицентра происшедшего и со временем начали взаимодействовать между собой. С рассеянной материи сформировались сгустки, которые впоследствии преобразовались в звезды. Под воздействием центробежных и гравитационных сил были образованы галактики.

Процесс расширения Вселенной и формирование новых “уплотнений” происходит ежесекундно. Именно поэтому, ученым трудно указать границы мироздания.

Эволюция

Полагаясь на достоверность Теории Большого взрыва, ученые предполагают, что эволюция Вселенной происходила в такой последовательности:

Эпоха сингулярности

Это наиболее ранний период развития мироздания. Небольшая точка, которая состоит из протонов и нейтронов, “взрывается”. Время такого “Бума” составляет всего 0,0001 секунды. После этого, стартовал процесс синтезирования частиц, за счет чего образуется водород и гелий. Из-за высочайшей температуры в миллиарды градусов, этот процесс происходит быстро, что приводит к расширению космического пространства.

Эпоха инфляции

В этот период, просторы Вселенной заполнила энергия одинаково высокой плотности, невероятно высокой температуры и давления. Это приводит к быстрому расширению и постепенному охлаждению. Эпоха знаменательна столкновением и разрушением частиц и античастиц. Это приводит к превосходству материи над антиматерией.

Эпоха охлаждения

Уменьшение плотности и температуры на космических просторах стало причиной минимизации энергии в каждой частице. Эти процессы происходили до того момента, как все элементарные частицы преобразовались в современные формы. В этот период, плотная материя была равномерно распространена по просторам космоса.

Иерархическая эпоха

На протяжении нескольких миллиардов лет, наиболее плотные участки начали соединяться между собой, образуя газовые облака, звезды и галактики. В нашей Вселенной начали образовываться структурные формирования, которые мы можем наблюдать сейчас.

Основные элементы строения

Крупномасштабная структура Вселенной поможет определить состав и строение мироздания. В огромных вселенских просторах можно увидеть волокна и пустоты, которые образуют сверхскопления, галактики и звезды. Начальный этап структурирования мироздания начинается с образования водородного газа. Под воздействием гравитационных сил, он преобразовывается в плотные, тяжелые сгустки. Их масса в тысячи раз превышает массу любой из галактик. В тех участках, где было наибольшее скопление водородного газа сформировались мегагалактики. На участках с меньшим количеством газа образовались меньшие звездные дома, наподобие нашего Млечного пути.

Протогалактики, которые вращались слишком быстро, со временем преобразовались в спиральные звездные дома. А на тех участках, где наблюдалось медленное вращение, происходило сжатие водородного газа и сформировались неправильные, эллиптические галактики.

В этот же период, звездные дома образовывали сверхскопления, края которых соприкасались. В каждом из таких формирований находились звезды, туманности, космическая пыль. Но основным объектом является черная материя.

“Звездные дома”: классификация и особенности

Точная информация о видах и границах галактик стала известна после проведенных исследований Эдвином Хабллом. Астрофизик предложил следующую классификацию:

Спиральные. Это наиболее распространенные “звездные дома”. Они представлены в виде своеобразных спиралей, которые собраны вокруг ядра либо исходят от галактической “перемычки”. Наш Млечный путь относится к этому виду. Еще одним популярным представителем спиральных галактик является наша “соседка” — Андромеда. Она стремительно мчится по направлению к нам, из-за чего оба звездных дома могут столкнуться.
Эллиптические. Они обладают нестандартной формой. На вселенских просторах их много, но они не выразительны из-за отсутствия космической пыли и звездного газа. В “эллипсах” находятся исключительно звездные скопления.
Неправильные. Объекты, которые относятся к этому типу, не имеют четких границ и определенной формы. В их составе находятся облака газа и космическая пыль. Такие “звездные дома” могут поглощаться более крупными объектами.

Каждый из вселенских объектов — это уникальное формирование с таинственной структурой.

Будущее Вселенной

В 1990-х годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего Вселенной.

Теории происхождения и развития Вселенной

Что такое Вселенная — определение

Вселенная — это совокупность галактик, звезд, планет, астероидов, комет, космической пыли, газов и всего, что находится за пределами Земли.

На самом деле люди не знают, что представляет собой Вселенная. Согласно одним теориям, она похожа на шар диаметром 93 млрд световых лет. Согласно другим — на диск того же размера.

Термин «Вселенная» является основополагающим не только в астрономии, но и в философии. В рамках философских направлений под Вселенной понимают весь мир в том размере, который способен охватить человеческий разум.

Как возникла, теории происхождения

Существует несколько версий о происхождении Вселенной. Основной из них принято считать теорию о Большом взрыве, случившемся 13,7 млрд лет назад. Ученые полагают, что в результате этого взрыва возникли пространство, время и материя.

Остальные версии гласят, что:

современное состояние Вселенной — результат ее постепенного расширения, при этом причины и момент начала расширения не уточняются;
Вселенная существовала всегда — факт взрыва опровергается;
возникновение Вселенной происходит циклически каждый триллион лет.

Кроме того, существуют теории о «большом скачке», «черных и белых дырах», большом количестве Мультивселенных. Все они пока могут расцениваться лишь как гипотезы, так как ни одна версия не имеет достоверных, практически и научно доказанных оснований.

Строение, основные этапы эволюции

Если вернуться к модели Большого Взрыва, выступающей продуктом физической космологии, то эволюция происходила в несколько этапов:

Планковская эпоха — самый ранний период, основными характеристиками которого считаются исключительно малые размеры пространства, стремящиеся к бесконечности плотность и температура, преобладание гравитации над физическими взаимодействиями.
Эпоха Великого объединения — период отделения гравитации от остальных взаимодействий, возникновение частиц и античастиц, начало их взаимодействия.
Эпоха космической инфляции — быстрое экспоненциальное расширение, скорость которого в несколько раз превысила скорость света.
Электрослабая эпоха — преимущество частиц над античастицами, возможность описать состояние пространства законами физики высоких энергий.
Первичный нуклеосинтез — снижение температуры, преобразование ядер атомов химических элементов.
Первичная рекомбинация — превращение плазмы в прозрачный нейтральный газ.
Темные века — остывание материи, отсутствие света, преимущество водорода и гелия.

Постепенно в нейтральном газе начали формироваться газовые туманности, а затем галактики и звезды. Этот процесс назвали реионизацией.

Начальный этап формирования еще называют сингулярностью. Это состояние, при котором плотность и температура характеризуются бесконечностью.

Основоположником теории Большого взрыва считается Стивен Хокинг — английский астрофизик и космолог.

Современное состояние космического пространства, его строение и структуру ученые представляют так:

Имеется ли что-то за пределами Вселенной и как оно может выглядеть, астрономы пока не знают. Но зато им удалось определить примерный возраст Вселенной.

Доказательства, что Вселенная имеет возраст

Первым доказательством стали результаты изучения особенностей излучения белых карликов.

Белые карлики — это звезды из электронно-ядерной плазмы без источников термоядерной энергии, излучающие свет благодаря своей тепловой энергии. Остывают постепенно, в течение миллиардов лет.

Более старые белые карлики светятся слабо. Более молодые — значительно ярче. Сравнив между собой показатели обеих категорий, ученым удалось выяснить примерный возраст старейших: 12,7 млрд лет.

Второе доказательство — совокупность данных о расширении пространства. Ее составляют:

сведения об изменении расстояния между космическими объектами;
показатели динамики яркости звезд;
состав межпланетного пространства.

Собрав эти данные воедино, ученые получили цифру в 13,8 млрд лет.

Точный возраст не известен. Астрономы разных стран и разных школ по-прежнему спорят о нем, выдвигая различные гипотезы, строя все новые и новые теории.

Есть ли у Вселенной границы, сколько в ней звезд

Сегодня границами считается область, удаленная от нас на 15 миллиардов световых лет — настолько далеко видят самые мощные из существующих телескопов. Но это не значит, что именно там пролегает настоящая граница или то, что она вообще есть.

В той части, что доступна для наблюдения сегодня, астрономы зафиксировали септиллион звезд разного возраста и размера. В пределах нашей галактики Млечный путь их насчитывается примерно 100 миллиардов.

Происхождение Вселенной: 7 различных теорий

Как появилась Вселенная, которую мы знаем? И как мы объясним ее происхождение? Несомненно, все остальные свидетельства и данные, собранные за эти годы космологами, указывают на то, что все это могло начаться с “большого взрыва”. Но что, если есть еще?

В 1927 году бельгийский астроном Жорж Леметр стал первым, кто предложил теорию расширяющейся Вселенной (позже подтвержденную Эдвином Хабблом). Он предположил, что расширяющаяся Вселенная может быть прослежена до особой точки, которую он назвал “первичным атомом”, назад во времени. Это заложило основу современной теории Большого Взрыва.

Что такое теория большого взрыва?

Теория Большого взрыва – это объяснение, основанное в основном на математических моделях, того, как и когда возникла Вселенная.

Космологическая модель Вселенной, описанная в теории Большого взрыва, объясняет, как она первоначально расширилась из состояния бесконечной плотности и температуры, известного как изначальная (или гравитационная) сингулярность. За этим расширением последовала космическая инфляция и резкое падение температуры. Во время этой фазы Вселенная раздувалась с гораздо большей скоростью, чем скорость света (в 10 26 раз).

Впоследствии Вселенная была разогрета до такой степени, что элементарные частицы (кварки, лептоны и так далее) до постепенного понижения температуры (и плотности) привели к образованию первых протонов и нейтронов.

Через несколько минут после расширения протоны и нейтроны объединяются, образуя первичные ядра водорода и гелия-4. Предполагаемый радиус наблюдаемой Вселенной в течение этой фазы составлял 300 световых лет. Первые звезды и галактики появились примерно через 400 миллионов лет после этого события.

Важнейшим элементом модели Большого Взрыва является космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение (Реликтовое излучение), представляющий собой электромагнитное излучение, оставшееся со времен зарождения Вселенной. Реликтовое излучение остается самым убедительным доказательством большого взрыва.

Хотя теория остается широко признанной во всем научном спектре, несколько альтернативных объяснений – таких, как стационарная Вселенная и вечная инфляция, приобрели привлекательность с годами.

7. Теория вечной инфляции

Понятие инфляции было введено космологом Аланом Гутом в 1979 году, чтобы объяснить, почему Вселенная плоская, чего не хватало в первоначальной теории Большого взрыва.

Хотя идея Гута об инфляции объясняет плоскую Вселенную, она создала сценарий, который не позволяет Вселенной избежать этой инфляции. Если бы это было так, не произошло бы повторного нагрева Вселенной, равно как и образования звезд и галактик.

Эта конкретная проблема была решена Андреасом Альбрехтом и Полем Штайнхардтом в их «новой инфляции». Они утверждали, что быстрое расширение Вселенной произошло всего за несколько секунд, прежде чем прекратиться. Он продемонстрировал, как Вселенная может быстро раздуваться и при этом нагреваться.

Концепция «вечной инфляции», или теория хаотической инфляции, была введена Андреем Линде, профессором Стэнфордского университета. Он был основан на предыдущих работах Штейнхардта и Александра Виленкина.

Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом. Другими словами, космическая инфляция продолжается в одних частях Вселенной и прекращается в других. Это приводит к сценарию мультивселенной, в котором пространство разбивается на пузыри. Это как вселенная внутри вселенной.

В мультивселенной в разных вселенных могут действовать разные законы природы, физики. Итак, вместо единого расширяющегося космоса наша Вселенная могла бы быть инфляционной мультивселенной с множеством маленьких вселенных с различными свойствами.

Однако Пол Стейнхардт считает, что его теория «новой инфляции» ни к чему не приводит и не предсказывает, и утверждает, что понятие мультивселенной является «фатальным недостатком» и неестественным.

6. Конформная циклическая модель

Роджер Пенроуз, 6 ноября 2005 года

Модель конформной циклической космологии (англ. conformal cyclic cosmology или CCC) предполагает, что Вселенная проходит через повторяющиеся циклы большого взрыва и последующих расширений. Общая идея состоит в том, что “большой взрыв” был не началом Вселенной, а скорее переходной фазой. Его разработал физик-теоретик и математик Роджер Пенроуз.

В качестве основы для своей модели Пенроуз использовал множественные метрические последовательности FLRW (Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера). Он утверждал, что конформная граница одной последовательности FLRW может быть присоединена к границе другой.

Метрика FLRW – это наиболее близкое приближение к природе Вселенной и часть модели Лямбда-CDM. Каждая последовательность начинается с большого взрыва, за которым следует инфляция и последующее расширение.

Циклическая или осциллирующая модель, в которой Вселенная повторяется снова и снова в неопределенном цикле, впервые оказалась в центре внимания в 1930-х годах, когда Альберт Эйнштейн исследовал идею «вечной» Вселенной. Он считал, что по достижении определенной точки Вселенная начинает коллапсировать и заканчивается Большим хрустом перед тем, как пройти через Большой отскок.

Прямо сейчас существует четыре различных варианта циклической модели Вселенной, одна из которых – конформная циклическая космология.

5. Мираж четырехмерной черной дыры

Исследование, проведенное группой исследователей в 2013 году, предположило, что наша Вселенная могла возникнуть из обломков, выброшенных из коллапсировавшей четырехмерной звезды или черной дыры.

По мнению космологов, участвовавших в исследовании, одно из ограничений теории Большого взрыва – объяснение температурного равновесия, обнаруженного во Вселенной.

Хотя большинство ученых согласны с тем, что инфляционная теория дает адекватное объяснение того, как маленький участок с однородной температурой быстро расширится и превратится во Вселенную, которую мы наблюдаем сегодня, группа сочла это неправдоподобным в силу хаотичной природы Большого взрыва.

Для решения этой проблемы команда предложила модель космоса, в которой наша трехмерная Вселенная является мембраной и плавает внутри четырехмерной “объемной вселенной”. Они утверждали, что если в четырехмерной “объемной вселенной” есть четырехмерные звезды, то, скорее всего, они обрушатся в четырехмерные черные дыры. Эти четырехмерные черные дыры будут иметь трехмерный горизонт событий (точно так же, как трехмерные имеют двухмерный горизонт событий), который они назвали “гиперсферой”.

Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют 3-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий. Наша Вселенная могла бы быть одной из таких мембран.

Модель “четырехмерной черной дыры” космоса действительно объясняет, почему температура во Вселенной почти равномерна. Она также может дать ценную информацию о том, что именно спровоцировало космическую инфляцию через несколько секунд после ее возникновения. Однако недавнее наблюдение, проведенное спутником Planck ЕКА, выявило небольшие вариации температуры космического микроволнового фона (CMB). Эти спутниковые показания отличаются от предложенной модели примерно на четыре процента.

4. Теория плазменной Вселенной

На наше нынешнее понимание Вселенной в основном влияет гравитация, в частности Общая теория относительности Эйнштейна, с помощью которой космологи объясняют природу Вселенной. По совпадению, как и большинство других вещей, ученые на протяжении многих лет рассматривали альтернативу гравитации.

Космология плазмы (или теория плазменной Вселенной) предполагает, что электромагнитные силы и плазма играют очень важную роль во Вселенной вместо гравитации. Хотя у этого подхода много разных вариантов, основная идея остается той же; каждое астрономическое тело, включая Солнце, звезды и галактики, является результатом какого-либо электрического процесса.

Первая выдающаяся теория плазменной Вселенной была предложена лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альвеном в конце 1960-х годов. Позже к нему присоединился шведский физик-теоретик Оскар Клейн для разработки модели Альфвена – Клейна.

Модель построена на предположении, что Вселенная поддерживает равные количества материи и антивещества (это не так, согласно современной физике элементарных частиц). Границы этих двух областей отмечены космическими электромагнитными полями. Таким образом, взаимодействие между ними приведет к образованию плазмы, которую Альфвен назвал «амбиплазмой».

Согласно теории, такая плазма должна образовывать большие участки вещества и антивещества по всей Вселенной. Кроме того, было высказано предположение, что наше текущее местоположение в космосе должно быть в той части, где материи гораздо больше, чем антивещества, – таким образом решается проблема асимметрии материи и антивещества.

3. Теория медленного замораживания

Десятилетия математического моделирования и исследований привели космологов к обоснованному выводу, что наша Вселенная возникла из одной точки с бесконечной плотностью и температурой, называемой сингулярностью. Последующее расширение Космоса позволило ему остыть, что привело к образованию галактик, звезд и других астрономических объектов.
Однако, как мы знаем, стандартная модель Большого взрыва не осталась незамеченной, и одна из таких сложных теорий была предложена Кристофом Веттерихом, профессором Гейдельбергского университета в Германии.

Веттерих утверждал, что Вселенная, которую мы знаем сегодня, на самом деле могла начаться как холодная и разреженная, пробудившаяся от долгого замораживания. Со временем фундаментальные частицы в ранней Вселенной стали тяжелее, а гравитационная постоянная уменьшилась.

Кроме того, он объяснил, что если массы частиц увеличиваются, излучение из ранней Вселенной может заставить пространство казаться более горячим и удаляться друг от друга, даже если это не так.

Основная идея космической модели Медленного Замораживания Веттериха состоит в том, что у Вселенной нет ни начала, ни будущего. Вместо горячего Большого взрыва теория защищает холодную и медленно эволюционирующую Вселенную. Согласно Веттериху, теория объясняет флуктуации плотности в ранней Вселенной (первичные флуктуации) и то, почему в нашем нынешнем космосе преобладает темная энергия.

2. Индуистская космология

Религия и наука были лучшими врагами, по крайней мере со времен Коперника и Галилея. Возможно, нет места науке, когда мы говорим о религии и наоборот. Однако есть одна религия, космологические верования которой хорошо согласуются с современной моделью Вселенной.

Теории творения в индуистской мифологии широко рассматриваются как одна из самых древних и значимых из всех других религиозных аналогий. На протяжении многих лет выдающиеся физики и космологи, включая Карла Сагана и Нильса Бора, восхищались индуистскими космологическими верованиями за их близкое сходство с временными линиями в стандартной космологической модели Вселенной.

Согласно индуистской мифологии, Вселенная следует бесконечной циклической модели. Это означает, что на смену нашей нынешней Вселенной придет бесконечное количество вселенных. Каждая повторение Вселенной делится на две фазы – “калпа” (или день Брахмы) и “пралая” (ночь Брахмы), и каждая из них длится 4,32 миллиарда лет. Согласно индуистской мифологии, возраст Вселенной (8,64 миллиарда лет) превышает расчетный возраст Солнечной системы.

1. Стационарная Вселенная

Стационарная модель утверждает, что наблюдаемая Вселенная остается неизменной в любом месте и в любое время. Во Вселенной, которая вечно расширяется, материя непрерывно создается, чтобы заполнить пространство.

Согласно модели, галактики и другие крупные астрономические тела рядом с нами должны казаться похожими на те, что находятся далеко. Однако Большой взрыв говорит нам, что далекие галактики должны выглядеть моложе, чем находящиеся в непосредственной близости (при наблюдении с Земли), поскольку свету требуется гораздо больше времени, чтобы добраться до нас.

Идея стационарного состояния была впервые предложена в 1948 году космологами Германом Бонди, Фредом Хойлом и Томасом Голдом. Она исходила из совершенного космологического принципа, который сам по себе утверждает, что Вселенная, где бы ты ни смотрел, одинакова, и она всегда будет одинаковой.

Теория стационарных состояний получила широкую популярность в начале и середине XX века. Однако к 1960-м годам она была в основном отвергнута научным сообществом в пользу Большого взрыва после открытия космического микроволнового фона.