Скачать презентацию Космология XXI века устройство и возникновение мира в Скачать презентацию Космология XXI века устройство и возникновение мира в

О мире Нефтегаз-1.ppt

  • Количество слайдов: 61

Космология XXI века: устройство и возникновение мира, в котором мы живем Л. М. Гиндилис Космология XXI века: устройство и возникновение мира, в котором мы живем Л. М. Гиндилис ЛЕКЦИЯ Российский Государственный Университет Нефти и Газа им. И. М. Губкина 18 ноября 2010

Что такое космология? А. Л. Зельманов: Современная космология – это «физическое учение о Вселенной, Что такое космология? А. Л. Зельманов: Современная космология – это «физическое учение о Вселенной, как целом, включающее в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной» Зельманов различал понятия «вселенная в целом» , «вселенная как целое» и «вся вселенная» . Современная космология базируется на достижениях теоретической физики (теория гравитации Эйнштейна, квантовая физика, теория суперструн) и внегалактической астрономии.

Космология и космогония Древнейшие космологические представления нашли отражение в мифологии. Мифология рассматривала устройство и Космология и космогония Древнейшие космологические представления нашли отражение в мифологии. Мифология рассматривала устройство и происхождение мира. Современная космология также рассматривает происхождение Вселенной. Странное раздвоение понятий. Происхождение космических объектов и систем (Земли, планет, солнца, звезд, планетных систем) изучается космогонией, которая рассматривается как часть астрономии. А изучение Вселенной в целом (и ее крупномасштабной структуры) относится к компетенции космологии. В метанаучном знании такого разделения нет, происхождение Вселенной рассматривается в рамках космогенеза.

Что такое Вселенная? Отложим до знакомства с ее устройством. Что такое Вселенная? Отложим до знакомства с ее устройством.

Космология и мировоззрение В последние десятилетия ХХ века на стыке внегалактической астрономии, космологии и Космология и мировоззрение В последние десятилетия ХХ века на стыке внегалактической астрономии, космологии и теоретической физики сделаны важные открытия, имеющие большое мировоззренческое значение, которые еще не вполне осмыслены наукой. Сюда можно отнести: n n n существование Большой Вселенной (Мультиверс) и ее топологию; роль вакуумной материи в процессе образования Вселенной и ее возможная роль как пограничного состояния между физической материей и миром тонких энергий; наличие во Вселенной небарионной материи неизвестной природы; многомерность Мира; открытие ускоренного расширения Вселенной и возможность ее циклической эволюции; антропный принцип и проблема Конструктора. Эти новые представления расширяют горизонт познания и открывают новые еще более захватывающие перспективы.

Сколько измерений имеет пространство? n Наш обыденный опыт показывает, что пространство, в котором мы Сколько измерений имеет пространство? n Наш обыденный опыт показывает, что пространство, в котором мы живем, трехмерно. Точнее, мы своими органами чувств воспринимаем только три измерения. Представим себе плоские существа, живущие на поверхности сферы. Они своими плоскими органами воспринимают только два измерения, третье они не чувствуют. Так и мы не чувствуем других измерений, кроме трех. И наши многочисленные приборы, которые помогают нам ориентироваться в окружающем нас мире (микроскопы, телескопы, фотокамеры, телевизоры и др) сконструированы таким образом, что они регистрируют только три измерения. Существуют люди очень одаренные, духовно развитые, которые могут ощущать другие измерения Космоса. Они свободно ориентируются в четырехмерном мире, как мы с вами в привычном нам трехмерном мире. Но такие люди пока встречаются крайне редко.

А как считает наука? n Современная научная картина мира до самого последнего времени основывалась А как считает наука? n Современная научная картина мира до самого последнего времени основывалась на представлении о трехмерности пространства. Правда, математика давно работает с многомерными пространствами, однако считалось, что эти пространства представляют собой математические абстракции, не имеющие никакого отношения к действительности. Реальный мир трехмерен, а всякие представления о четвертом и иных измерениях относятся к мистике и оккультизму. Говорить о них было небезопасно для научной репутации. В последнее время положение изменилось. Оказалось, что в рамках трехмерного пространства невозможно построить теорию, объединяющую все физические взаимодействия. Согласно современным теоретическим представлениям, пространство, из которого образуется трехмерная физическая Вселенная, является многомерным. Например, в теории суперструн вводятся шесть дополнительных пространственных измерений. Таким образом, мы имеем 9 -мерное пространство, или 10 -мерный пространственно временной мир. В обобщенной теории суперструн, так называемой М-теории, добавляется еще одно дополнительное измерение, всего пространственных измерений становится 10, а пространственно-временных – 11. Очень важно, что именно геометрия дополнительных измерений определяет физические свойства частиц, которые мы наблюдаем в обычном трехмерном пространстве.

Геоцентрическая система мира античности Сфера солнца совершает оборот в течение года, сферы планет имеют Геоцентрическая система мира античности Сфера солнца совершает оборот в течение года, сферы планет имеют каждая свой период вращения. Небесная сфера, несущая на себе звезды, совершает оборот вокруг оси Мира за сутки, она увлекает за собой все внутренние сферы, и этим объясняются ежедневные заходы и восходы всех светил

Геоцентрическая система мира античности Меня всегда удивляла наивность и вместе с тем сложность этой Геоцентрическая система мира античности Меня всегда удивляла наивность и вместе с тем сложность этой системы, напоминающей шестеренки часового механизма. Удивительна также ее живучесть, ведь среди древних философов были посвященные, которые не могли не знать истинной картины мироздания. Аристах Самосский. Согласно Аристотелю, вокруг Земли располагаются сферы, состоящие из более тонкой «небесной» материи, что соответствует метанучной космологии. Геоцентрическая система относится не к нашему трехмерному миру, а к четырехмерному миру метанаучной космологии и дает положение Солнца и планет в проекции на одну из плоскостей четырехмерного мира,

Соотношение между геоцентрической и гелиоцентрической системами мира n Современная гелиоцентрическая система мира относится к Соотношение между геоцентрической и гелиоцентрической системами мира n Современная гелиоцентрическая система мира относится к трехмерному физическому плану. Система Аристотеля относится к четырехмерному миру метанаучной космологии, но она включает и физический план Бытия. Следовательно, между этими системами должна быть какая-то связь.

Как устроена Вселенная Опустимся с высот метанаучной космологии в наш трехмерный физический мир, который Как устроена Вселенная Опустимся с высот метанаучной космологии в наш трехмерный физический мир, который изучает современная наука «Охватим взором всю ширь ночного неба, облетим мыслью все бесчисленные миры и тайники бесконечного пространства. » (Е. И. Рерих)

Земля → Солнечная система → Галактика (200 млрд. звезд) → скопления галактик (от сотен Земля → Солнечная система → Галактика (200 млрд. звезд) → скопления галактик (от сотен до тысяч галактик) сверхскопления → (десятки скоплений) Метагалактика (10 млрд. галактик) → Вселенная. →

Структура Метагалактики n n Как распределены сверхскопления галактик, заполняют ли они равномерно всё пространство Структура Метагалактики n n Как распределены сверхскопления галактик, заполняют ли они равномерно всё пространство наблюдаемой Вселенной или образуют скопления сверхскоплений и т. д. ? Оказалось ни то, ни другое. Крупномасштабная структура Вселенной состоит из сети объемных ячеек, что-то наподобие гигантских пчелиных сот с размером ребра порядка 100 Мпк. Стенки ячеек образованы свехскоплениями галактик, а внутри ячеек галактик почти нет. На пересечении стенок расположены длинные тонкие волокна толщиной около 10 Мпк. Эти волокна представляют собой наиболее мощные свехскопления. А на пересечении волокон, в вершинах ячеистой структуры, располагаются самые крупные, самые богатые скопления галактик.

Ячеистая структура n n Подобные ячеистые структуры широко распространены на Земле, в минеральном царстве Ячеистая структура n n Подобные ячеистые структуры широко распространены на Земле, в минеральном царстве и в живой природе. На Солнце мы встречаемся с ними в явлениях фотосферной грануляции и хомосферной сетки. И, наконец, они появляются на самых верхних этажах структурной лестницы Вселенной. Это свидетельствует о том, что во Вселенной, в явлениях самых различных масштабов - от молекул до сверхскоплений галактик - действуют одни и те же законы организации материи. Важно подчеркнуть, что ячеистая структура Вселенной НЕ собирается в более крупные образования, а в среднем равномерно заполняет пространство наблюдаемой Вселенной.

Масштаб Шкловского Уменьшим мысленно земную орбиту до размеров первой боровской орбиты атома водорода ( Масштаб Шкловского Уменьшим мысленно земную орбиту до размеров первой боровской орбиты атома водорода ( 0, 5 х 10– 8 см). В этом масштабе: n n n n n расстояние до ближайших звезд → сотые доли миллиметра; расстояние до центра Галактики → 10 см; размер нашей Галактики → 30 см; расстояние до ближайшей галактики - Туманности Андромеды → около 7 м; до скопления галактик в Деве → 200 м; размер среднего скопления галактик → несколько десятков метров; толщина волокон ячеистой структуры → 100 м; линейный размер ячейки порядка 1 км. Границы наблюдаемой Вселенной → около 10 км. Объем Метагалактики в сотни раз превышает объем ячейки крупномасштабной структуры.

Метагалактика и Вселенная Что такое Вселенная? Метагалактика – наблюдаемая ЧАСТЬ Вселенной. Вселенная включает и Метагалактика и Вселенная Что такое Вселенная? Метагалактика – наблюдаемая ЧАСТЬ Вселенной. Вселенная включает и ненаблюдаемую часть. Существуют ли другие вселенные? Дискуссия 1960 -70 годов. Физики (А. Л. Зельманов): Вселенная включает в себя ВСЁ, весь Мир, всё СУЩЕЕ, других вселенных нет и быть не может. Философы (В. В. Казютинский): Всё сущее – понятие не физическое, а философское. Всё сущее в физике рассматривается с позиций данной теории. Наша вселенная обладает определенными свойствами, в ней действуют определенные законы природы. Но могут быть другие вселенные, с другими свойствами, в которых действуют другие законы природы. Антропный принцип. Квантовая космолгия – Мультиверс. «Современная космология: философские горизонты» , М. : 2011

Время и расстояние По мере совершенствования астрономических наблюдений, границы наблюдаемой Вселенной всё более раздвигаются. Время и расстояние По мере совершенствования астрономических наблюдений, границы наблюдаемой Вселенной всё более раздвигаются. Может ли этот процесс продолжаться бесконечно? Наблюдая далекие галактики, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет тому назад. Таким образом, проникая всё дальше и дальше в просторы Вселенной, мы погружаемся всё глубже и глубже в пучины времени. Двигаясь к границам Метагалактики, мы как бы получаем развертку событий во времени. Это обстоятельство, как мы увидим дальше, кладет практический предел нашему проникновению в пространство, устанавливает своего рода горизонт, за пределы которого мы поникнуть не можем. Это связано с расширением Вселенной

Вселенная расширяется n n n Если спросить - какова главная черта Вселенной, то придется Вселенная расширяется n n n Если спросить - какова главная черта Вселенной, то придется признать: главная черта ее состоит в том, что она не остается неизменной во времени, Вселенная развивается, эволюционирует. Веками господствовало представление о стабильности Вселенной. В отличие от мира земной природы, Небеса представлялись эталоном неизменяемости, царством непреходящего порядка, существующего от Вечности. ХХ век покончил с этой традицией, на долю его выпало обосновать эволюционную точку зрения для мира как целого. Всё началось с открытия расширения Вселенной. Вначале оно было предсказано теоретически, а потом обнаружено из наблюдений.

Модель Эйнштейна n n n Первую модель Вселенной построил А. Эйнштейн в 1917 г. Модель Эйнштейна n n n Первую модель Вселенной построил А. Эйнштейн в 1917 г. Он исходил из господствовавших в то время представлений о неизменности Вселенной и искал стационарное решение, при котором расстояние между любыми двумя точками в пространстве и другие параметры Вселенной не меняются со временем. Однако уравнения общей теории относительности не давали такого решения. Чтобы избежать этой "неприятности" Эйнштейн ввел в свои уравнения дополнительную величину, так называемый Λ-член (лямбда-член), который описывает гипотетические силы отталкивания. Мир Эйнштейна оказался стационарным, но он обладал необычными геометрическим свойствами. Мир этот безграничен: мы можем двигать в нем в любом направлении сколь угодно долго, но никогда не обнаружим его границ, никогда не выйдем за пределы этого Мира. Тем не менее, он конечен - имеет конечный объем. Как это может быть - безграничен, но конечен? Дело в том, что геометрия Евклида в этом Мире не применима, здесь действует другая геометрия - геометрия Римана. Это замкнутый мир - мир постоянной положительной кривизны. Аналогом такого трехмерного мира может служить двумерная сферическая поверхность. Модель Эйнштейна, как выяснилось позднее, неустойчива. Подобные системы не могут реализоваться в Природе. Поэтому Эйнштейн сам отказался от своей модели и даже считал ее самой большой ошибкой в своей жизни. Но введенные им силы отталкивания сыграли (и продолжают играть) очень важную роль в космологии, хотя значение их не сразу было оценено.

Космология А. А. Фридмана В общем виде задача об эволюции Вселенной, в рамках общей Космология А. А. Фридмана В общем виде задача об эволюции Вселенной, в рамках общей теории относительности, была решена советским математиком А. А. Фридманом. Основной вывод, который вытекает из полученного им решения космологических уравнений, состоит в следующем: Вселенная в целом не может находиться в покое, она может либо расширяться, либо сжиматься, n Вселенная не стационарна. Расширение Вселенной было обнаружено в 1929 г. Э. Хабблом. Измерив лучевые скорости галактик, он установил, что взаимное расстояние между двумя любыми галактиками с течением времени увеличивается - галактики удаляются друг от друга, причем скорость их взаимного удаления пропорциональна расстоянию между ними (Закон Хаббла). n

Как расширяется Вселенная? n n n Динамика Вселенной, характер ее расширения зависит от соотношения Как расширяется Вселенная? n n n Динамика Вселенной, характер ее расширения зависит от соотношения между начальной скоростью и силами тяготения. Величина сил тяготения определяются средней плотностью вещества во Вселенной. Средняя плотность вещества определяет также и геометрию Мира. Если плотность не превышает некоторого критического значения (ρ < ρ кр ), то силы тяготения не в состоянии остановить расширение, и Вселенная будет расширяться неограниченно долго. Пространство такой Вселенной подчиняется законам геометрии Лобачевского, это гиперболическое пространство постоянной отрицательной кривизны. Если средняя плотность в точности равна критической (ρ = ρ кр ), то расширение будет происходит более медленно, но всё же силы тяготения будет недостаточно, чтобы остановить расширение. Вселенная, как и в предыдущем случае будет расширяться неограниченно долго. Но пространство ее будет обладать уже другими свойствами. Это будет евклидово пространство (с нулевой кривизной), для которого справедлива геометрия Евклида. Наконец, если плотность больше критической (ρ > ρкр ), то силы тяготения в некоторой момент времени останавливают расширение, после чего Вселенная начинает сжиматься. Пространство такой Вселенной подчиняется законам геометрии Римана, это замкнутое пространство постоянной положительной кривизны. Размер такой вселенной конечен. Соответствующая модель получила название замкнутой, а две другие - открытыми. Замкнутая модель открывает еще одну интересную возможность. Начав сжатие, Вселенная сжимается до сингулярного состояния, после чего может последовать новый цикл расширения Вселенной и т. д. Получаем пульсирующую модель Вселенной, как в древних космогониях.

Возраст Вселенной Ω = ρ/ρкр 1. Ω ‹ 1; 2. Ω = 1; 3. Возраст Вселенной Ω = ρ/ρкр 1. Ω ‹ 1; 2. Ω = 1; 3. Ω › 1. __________ Т = 13, 5 млрд. лет Буддийская и индуистская Хронология: Махакальпа = 3 х1014 лет Год Брамы = 3 х1012 лет День Брамы = 4 320 000 лет Т ≈ 3 Дня Брамы

Горизонт Вселенной n n n Расширение Вселенной приводит к существованию горизонта, за который невозможно Горизонт Вселенной n n n Расширение Вселенной приводит к существованию горизонта, за который невозможно проникнуть с помощью любых самых совершенных телескопов. Чем дальше от нас находится наблюдаемый объект, тем ближе к началу расширения Вселенной относится момент времени, когда был испущен свет, достигающий наблюдателя в настоящее время. Точки пространства, от которых до нас доходит свет, излученный в момент начала расширения (t = 0) образуют горизонт Вселенной. За пределы его проникнуть невозможно, ибо это означало бы увидеть то, что было до начала расширения. Горизонт представляет собой сферическую поверхность радиуса R = ct (c - скорость света). Со временем радиус горизонта увеличивается, и те области пространства, которые мы не можем видеть сегодня, будут видны в будущем.

 «Судьба существа зависит от судьбы Вселенной. Поэтому всякое разумное существо должно проникнуться историей «Судьба существа зависит от судьбы Вселенной. Поэтому всякое разумное существо должно проникнуться историей Вселенной» . К. Э. Циолковский

Теория горячей Вселенной рассматривает эволюцию первоматерии физического плана, начиная с момента времени t= 10— Теория горячей Вселенной рассматривает эволюцию первоматерии физического плана, начиная с момента времени t= 10— 36 – 10– 34 сек. от условного момента t = 0 начала расширения Вселенной. При t = 3 х10— 34 с радиус Метагалактики составлял 30 см (!), плотность материи 1074 г/см 3, а температура Т = 1027 К. При таких условиях обычное вещество существовать не может. Материя Вселенной представляла собой смесь фотонов, элементарных частиц и античастиц. Поведение их изучает физика высоких энергий. Поэтому космология ранней Вселенной очень тесно связана с микрофизикой - физикой высоких энергий и элементарных частиц. Космология предоставляет физикам-теоретикам наблюдательный материал, который невозможно получить ни в одной земной лаборатории. А физические теории помогают понять процессы, протекавшие в ранней Вселенной. Поэтому в космологии работают очень много физиков-теоретиков.

Эволюция Вселенной t ≤ 10— 34 c ; Т ≥ 1027 К. n При Эволюция Вселенной t ≤ 10— 34 c ; Т ≥ 1027 К. n При этой температуре стирается различие между тремя видами взаимодействий - электромагнитным, слабым и сильным, и во Вселенной действует одна сила, объединяющая эти три (взаимодействие великого объединения). Адроны распадаются на кварки. Вселенная состоит из кварков, лептонов и фотонов. Все частицы находятся в равновесии, кварки свободно переходят в лептоны и наоборот, частицы переходят в античастицы. По мере расширения Вселенной температура ее падает. n При t >10 --34 с; Т ‹ 1027 К. Кварки не могут превращаться в лептоны, взаимодействие Великого объединения разделяется на сильное и электрослабое. И здесь же происходит еще один важный процесс: нарушается равновесие между кварками и антикварками, возникает избыточный барионный заряд - число барионов на одну миллиардную часть превосходит число антибарионов. На миллиард антибарионов всего один лишний барион! Но именно благодаря этой ничтожной ассиметрии существуем мы с вами и весь окружающий нас Мир. Основная масса Вселенной в этот период сосредоточена в адронах. Поэтому этот период получил название адронная эра. Она длилась до момента t = 10 --4 с. n

Эволюция Вселенной. Лептонная эра n n n При t > 10 --4 с, температура Эволюция Вселенной. Лептонная эра n n n При t > 10 --4 с, температура падает ниже 1012 К. При этом, во-первых, кварки объединяются в ядерные частица - образуются протоны и нейтроны, а во-вторых, происходит аннигиляция барионов и антибарионов (нуклонов и антинуклонов), при этом остаются только те избыточные нуклоны, для которых не хватило античастиц. Из-них то впоследствии и образовалось всё вещество Вселенной. Если до аннигиляции основная масса Вселенной была сосредоточена в адронах, то после аннигиляции она сосредоточивается в лептонах. Соответствующий период в развитии Вселенной получил название лептонная эра. Длилась она до момента, когда от начала расширения прошло 100 секунд.

Эволюция Вселенной. Эра изучения и эра вещества n n n Когда температура упала до Эволюция Вселенной. Эра изучения и эра вещества n n n Когда температура упала до 3 миллиардов градусов, происходит аннигиляция электронов и позитронов, которые превращаются в кванты электромагнитного излучения. Теперь основная масса Вселенной сосредоточивается в фотонах - началась эра излучения. Она длилась долго, около 300 000 лет. В самом начале эры излучения, приблизительно через 5 минут после начала расширения Вселенной, когда температура упала ниже 109 К, начались ядерные реакции, образовалось первичное вещество Вселенной; на 75% оно состояло из ядер водорода и на 25% из ядер гелия. Вещество находилось в ионизованном состоянии и в равновесии с излучением. Когда прошло 200 000 лет, температура упала ниже 4000 К, произошла рекомбинация - образовалось нейтральное вещество (водород и гелий). Вселенная продолжала расширяться, плотность вещества и излучения падала, но плотность излучения падала быстрее. Через 100 000 лет после рекомбинации плотность вещества превысила плотность излучения. Началась эра вещества, которая длится до настоящего времени.

Реликтовое излучение n Теория горячей Вселенной была предложена российско-американским физиком Джорджем (Георгием Антоновичем) Гаммовым Реликтовое излучение n Теория горячей Вселенной была предложена российско-американским физиком Джорджем (Георгием Антоновичем) Гаммовым в 1948 г. Он стремился объяснить происхождение всех химических элементов ядерными реакциями в ранней Вселенной. Для этого ему нужна была высокая температура. Этот посыл оказался неверным. Сегодня мы знаем, что элементы тяжелее гелия образуются в звездах. Но сама идея горячей Вселенной оказалась верной и очень плодотворной. Так бывает в истории науки. n Один из выводов теории Гамова состоял в том, что во Вселенной, наряду с веществом, должно существовать реликтовое излучение. Как мы уже знаем в течение эры излучения горячая плазма находилась в равновесии с электромагнитным излучением. При взаимодействии протонов и электронов образовывались нейтральные атомы водорода, но они тут же разрушались под действием квантов электромагнитного излучения. Процессы ионизации уравновешивались процессами рекомбинации, и вся эта горячая плазма вместе с излучение участвовала в общем расширении Вселенной. Но когда с момента расширения прошло 300 тысяч лет, и температура упала ниже 4000 К, энергии квантов стало уже недостаточно, чтобы ионизовать вещество. Равновесие нарушилось, процессы рекомбинации стали преобладать над процессами ионизации – образовалось нейтральное вещество, началась эра вещества.

Реликтовое излучение n n После рекомбинации излучение практически перестало взаимодействовать с веществом, оно как Реликтовое излучение n n После рекомбинации излучение практически перестало взаимодействовать с веществом, оно как бы отделилось от вещества и стало эволюционировать самостоятельно. Вещество и излучение продолжали расширяться, но с разной скоростью. По мере расширения температура излучения падала, и к настоящему времени достигла нескольких градусов. Гамов не надеялся, что его можно обнаружить, так как полагал, что оно полностью маскируется суммарным излучением звезд. Так оно и есть. Однако в 1964 г. советские астрофизики А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков показали, что в сантиметровом и миллиметровом диапазоне радиоволн это излучение значительно превышает излучение всех других источников. Этот вывод еще не был в достаточной степени осознан, как в 1965 г. оно было случайно обнаружено американскими радиофизиками Р. Вилсоном и А. Пензиасом при исследовании 7 - м рупорной антенны, предназначенной для наблюдения спутника «Эхо» . Название. И. С. Шкловский: реликтовое. На Западе: микроволновое фоновое излучение.

Реликтовое излучение Открытие реликтового излучения стало выдающимся научным достижением. Нобелевская премия, 1978. Ce la Реликтовое излучение Открытие реликтового излучения стало выдающимся научным достижением. Нобелевская премия, 1978. Ce la vie! n С открытием реликтового излучения теория горячей Вселенной получила экспериментальное подтверждение. И сейчас детальное исследование реликтового излучения продолжает давать важные сведения об условиях и эволюции ранней Вселенной. n Температура реликтового излучения Т = 2, 7 К, в одном куб. см содержится 500 фотонов. Это в миллиард раз больше чем частиц вещества. На каждый атом вещества приходится миллиард фотонов. n Почему это отношение столь велико? Ведь вначале было равновесие. А почему, вообще, существует вещество? Почему не произошло полной аннигиляции частиц и античастиц? Причина – избыточный барионный заряд (нарушение симметрии частиц и античастиц), которое возникло еще в адронную эру. n

Почему расширяется Вселенная? Начало расширения Вселенной образно называют Большим Взрывом. Значит ли это, что Почему расширяется Вселенная? Начало расширения Вселенной образно называют Большим Взрывом. Значит ли это, что причиной взрыва была высокая температура и высокое давление? Важно не давление, а его перепад – градиент давления. Бомба в атмосфере. n Высокое давление не могло быть причиной расширения. Тогда что? Э. Глинер, 1960 -е годы: В начале расширения материя находилась в вакуумном состоянии. Позднее такое состояние стали называть инфлантон. n n Уравнение состояния p = f(ρ). Для идеального газа: p = (ρ/μ)T Для инфлантона: p = – ε = – ρc 2 Отрицательное давление создает отрицательную гравитацию – антигравитацию, или силу отталкивания. Она и дает тот первичный импульс, который является причиной расширения Вселенной. Это и есть та самая сила отталкивания, которую Эйнштейн ввел в свои уравнения

Инфляция После первотолчка Вселенная начала расширяться с постоянным ускорением, все быстрей и быстрей, размер Инфляция После первотолчка Вселенная начала расширяться с постоянным ускорением, все быстрей и быстрей, размер ее увеличивался по экспоненте. Это чрезвычайно быстрое экспоненциальное расширение Вселенной было названо инфляцией. n Все началось в момент времени t = 10– 43 сек. , так называемое планковское время. Размер Вселенной составлял 10– 33 см (планковская длина). Плотность чудовищная: 1093 г/см 3. Полная масса 10– 5 г. Вселенная быстро расширялась, и вот тут возникает интересный момент. n Поразительное свойство вакуума состоит в том, что при расширении его плотность практически не меняется. Итак, плотность не меняется, а объем быстро растет. Следовательно, масса Вселенной увеличивается. Откуда она берется? И как быть с законом сохранения массы и энергии? Вместе с массой рождалось и тяготение. Но энергия тяготения отрицательна! По абсолютной величине она увеличивалась, но, будучи отрицательной, компенсировала возрастающую положительную энергию материи. Так что закон сохранения энергии соблюдался. n

Конец инфляции n n Квантовая материя неустойчива. Через 10– 36 сек. Инфлантон распался и Конец инфляции n n Квантовая материя неустойчива. Через 10– 36 сек. Инфлантон распался и превратился в горячую плазму, т. е. обычную материю. Это и был процесс рождения горячей Вселенной. За время инфляции Вселенная невероятно раздулась, размер ее увеличился в 101 млрд раз! (10 в миллиардной степени, единица с миллиардом нулей! – представить невозможно). Это неизмеримо больше, чем та часть Вселенной, которую мы можем наблюдать и исследовать сегодня.

Что было до инфляции? Об этом мало что известно. Это был период квантового существования Что было до инфляции? Об этом мало что известно. Это был период квантового существования Универсума. Промежутки времени, более короткие, чем 10– 43 сек. , и размеры меньше чем 10– 33 см нельзя рассматривать как непрерывное пространство и время. Пространство и время в этом период распались на отдельные кванты, и все это находилось в состоянии «кипения вакуума» . Квантовые флуктуации приводили к тому, что пространство менялось самым причудливым образом, менялась его размерность и геометрические (топологические) свойства. n

Мультиверс n n n Итак, наша Вселенная рождается из вакуумной материи. из «кипящего вакуума» Мультиверс n n n Итак, наша Вселенная рождается из вакуумной материи. из «кипящего вакуума» . В момент рождения она имеет размер 10 --33 см (планковская длина, или квант пространства). Важный вывод теории состоит в том, что в кипящей вакуумной пене, вследствие квантовых флуктуаций, рождается множество таких образований. Большая часть из них возвращается обратно в кипящий вакуум, а часть начинает расширяться и превращаются в расширяющиеся вселенные. Таким образом, из вакуумной пены возникает не одна а МНОЖЕСТВО ВСЕЛЕННЫХ. Это важнейший вывод современной космологии. Современная картина Мироздания возвращает нас (конечно, на новом этапе) к представлениям древних о вечно существующем Универсуме. Мы теперь видим, что существует бесконечное (вообще говоря, многомерное) пространство, заполненное вакуумной материей. В этой вечно кипящей пене образуется множество вселенных. Причем разные вселенные могут иметь разные физические свойства, в них могут действовать различные законы, и они могут развиваться по-разному. Все вместе они образуют Большую Вселенную, или Мультиверс, который существует вечно.

Мультиверс (по А. Линде) Мультиверс (по А. Линде)

Проверка теории n Во Вселенной имеются следы той ранней эпохи. Это, прежде всего, реликтовое Проверка теории n Во Вселенной имеются следы той ранней эпохи. Это, прежде всего, реликтовое излучение. Оно содержит сведения о первых моментах расширения Вселенной. Наблюдаются чрезвычайно слабые вариации интенсивности реликтового излучения, порядка 10 --5 от среднего значения. Они дают сведения о неоднородностях в распределении материи, которые возникли вследствие квантовых процессов при рождении Вселенной

Сахаровские осциляции Изучая зависимость между амплитудой неоднородностей реликтового излучения и их угловыми размерами, можно Сахаровские осциляции Изучая зависимость между амплитудой неоднородностей реликтового излучения и их угловыми размерами, можно определить параметры Вселенной. n Из анализа этой кривой следует, что Ω = ρ/ρкр = 1. (или очень близка к 1) Значит: 1) общая плотность материи во Вселенной равна критической, 2) кривизна пространства равна (или близка к) нулю, мы живем в Евклидовом (или почти евклидовом) мире. n

Темная материя и темная энергия n n Одна из самых интригующих загадок современной астрономии Темная материя и темная энергия n n Одна из самых интригующих загадок современной астрономии (а может быть всей современной науки) связана с проблемой так называемой "темной" материи, или скрытой массы. Если взять все планеты, звезды, галактики, межзвездную и межгалактическую среду и равномерно распределить их массу по всей Метагалактике, то получим среднюю плотность вещества во Вселенной примерно равную 3 х10 -31 г/см 3. Это много меньше, чем следует из анализа движения звезд и галактик. И меньше чем критическапя плотность, к которой близка средня плотность материи во Вселенной. Значит, кроме «видимой» , непосредственно наблюдаемой (в виде звезд, галактик и. т. д. ) материи, существует еще невидимая материя.

Темная материя и темная энергия n На рис. Показана доля различных видов материи во Темная материя и темная энергия n На рис. Показана доля различных видов материи во Вселенной. Наблюдаемая физическими приборами так называемая «видимая» (или зримая) материя, состоящая из обычного вещества, составляет приблизительно 1% всей материи во Вселенной. Еще примерно 3% это – тоже обычное вещество, состоящее из атомов или известных элементарных частиц, которое однако не регистрируется никакими приборами. Эта невидимая материя (или «скрытая масса» ) может быть обнаружена только по гравитационному воздействию, которое она оказывает на «видимую» , регистрируемую материю. Таким образом, в сумме обычное вещество, или барионная материя составляет всего 4% материи Вселенной. А остальные 96% приходятся на так называемое темное вещество (24%-25%) и темную энергию, или космологический вакуум (71%-72%).

Темное вещество n Природа этой невидимой материи до конца не ясна. Считается, что темное Темное вещество n Природа этой невидимой материи до конца не ясна. Считается, что темное вещество состоит из очень массивных слабо взаимодействующих частиц. Но пока эти частицы не обнаружены, и вопрос о природе темного вещества остается открытым. Рассматриваются и более экзотические возможности: темное вещество – это остатки первичных черных дыр или «зеркальное» вещество, состоящее из гипотетических «зеркальных» частиц, восстанавливающих симметрию «левое» - «правое» в процессах, связанных со слабым взаимодействием. Темное вещество распределено в пространстве неравномерно и, по-видимому, является той матрицей, на которой строятся структуры, состоящие из обычной (барионной) материи.

Темная энергия n В отличие от темного вещества, темная энергия равномерно заполняет пространство физической Темная энергия n В отличие от темного вещества, темная энергия равномерно заполняет пространство физической Вселенной, и пронизывает все формы материи. Она ничего не поглощает и не излучает и проявляет себя только гравитационно. Повидимому, это какоето поле (или совокупность полей), обладающее отрицательным давлением, которое порождает антигравитацию. Уравнение состояния темной энергии имеет вид: p = – Wε n При W = 1 уравнение состояния совпадает с уравнением состояния вакуумной материи, т. е. темная энергия является вакуумной материей. При W ‹ 1 темную энергию называют квинтэссенцией, а при W › 1 фантомной энергией. Из наблюдений следует, что W ≈ 1, причем с повышением точности определения W этот коэффициент становится все ближе и ближе к 1. Скорее всего, темная энергия это особый вид вакуума. Совпадает ли он с физическим вакуумом квантовой физики неизвестно. Его называют космологическим вакуумом. Свойство этого вакуума описываются Λ-членом, введенным Эйнштейном в уравнения ОТО (самая большая ошибка Эйнштейна!).

Космологический вакуум n n n Космологический вакуум является причиной того импульса, который привел к Космологический вакуум n n n Космологический вакуум является причиной того импульса, который привел к расширению Вселенной. При этом возникает любопытная ситуация. Порождая расширение Вселенной и определяя характер этого расширения, а, значит, и эволюцию вещественной Вселенной, сам вакуум остается неизменным в своих свойствах. При расширении Вселенной его плотность (и давление) не меняются. А. Д. Чернин: «на вакуум ничто, нигде и никогда не влияет. Он действует на вещество своим антитяготением, он влияет на свойства пространства-времени, или даже полностью их определяет. А сам не испытывает ни обратного влияния вещества, ни обратного влияния геометрии мира. Он оказывает действие, но не испытывает противодействия. Это единственный известный в физике пример, когда действие не равно противодействию – вопреки третьему закону Ньютона » . [10, с. 54 -55]. Будучи всегда неизменным, вакуум в любой системе отсчета выглядит абсолютно одинаково. Следовательно, он не может служить системой отсчета, покой и движение относительно вакуума неразличимы. Похоже, вакуум не принадлежит «миру сему» . По своему месту в Мироздании и своим свойствам он, в какой-то мере, напоминает эфир классической физики.

Ускоренное расширение Вселенной Согласно космологии Фридмана, во всех ее трех моделях, т. е. при Ускоренное расширение Вселенной Согласно космологии Фридмана, во всех ее трех моделях, т. е. при любой геометрии Мира, Вселенная расширяется с замедлением, ибо силы тяготения тормозят ее расширение. n В самом конце прошлого столетия, на рубеже веков (19981999) было сделано неожиданное открытие: оказалось, что в современную эпоху Вселенная расширяется ускоренно. Это одно из выдающихся открытий века. n Ускоренное расширение вселенной обусловлено космологическим вакуумом. В ранней Вселенной плотность материи была очень велика, силы тяготения превосходили силы антигравитации вакуума, и Вселенная расширялась замедленно. Но по мере расширения Вселенной плотность вещества (темного и обычного) падала, а плотность вакуума оставалась неизменной. Соответственно силы тяготения убывали, а сила антитяготения оставалась неизменной. Когда она превысила силы тяготения, началось ускоренное расширение Вселенной. Это произошло спустя несколько миллиардов лет после начала расширения. n Ускоренное расширение вселенной убедительно свидетельствует о существовании темной энергии, или космологичекого вакуума n

 «Незримый Мир» n n n А. М. Черепащук: «Современная астрономия ставит серьезные задачи «Незримый Мир» n n n А. М. Черепащук: «Современная астрономия ставит серьезные задачи перед фундаментальной наукой. Благодаря астрономии человечество в последние годы осознало огромную меру незнания окружающего нас мира» . Принимая во внимание, что подавляющая доля материи во Вселенной принадлежит невидимым компонентам – темному веществу и темной энергии – уместно поставить вопрос: не есть ли это та самая незримая материя, о которой говорит метанаучная космология? Не эта ли материя образует тот самый незримый мир (или, по крайней мере, часть его), признание которого до сих пор остается камнем преткновения современной науки? Мы видим, что сейчас физика приблизилась к незримому миру и остановилась перед ним, не решаясь сделать последний шаг. Следует иметь в виду (и это надо подчеркнуть), что незримый мир метанаучной космологии беспределен и неисчерпаем не только вширь, но и вглубь. Его глубинные составляющие весьма далеки от тех видов материи, которые изучает (или к которым подходит) современная физика. Если можно говорить, что она приблизилась к незримому миру, то это относится к самым грубым сферам его, наиболее близким к физическому плану. Возможно, темная материя (темное вещество и темная энергия) – лишь промежуточное звено на пути к незримому миру метанаучной космологии – своего рода надводная часть айсберга в трехмерном мире, подводная часть которого находится в иных измерениях.

Почему Мультиверс, а не Вселенная? n n n Мультиверс обозначает всё Сущее, почему же Почему Мультиверс, а не Вселенная? n n n Мультиверс обозначает всё Сущее, почему же не назвать его Вселенная? И почему вселенные, входящие в состав Мультиверса, называются вселенными, а не как-то иначе? Слово «матагалактика» уже занято. Например, Суперметагалактика? Мини-вселенные образуют совершенно обособленные системы. У них свое пространство, свое время. В них могут действовать свои законы природы. Они никак не связаны между собой. Стоп! Не связаны ли?

Кротовые норы Связаны ли между собой различные вселенные – это зависит от топологии пространства Кротовые норы Связаны ли между собой различные вселенные – это зависит от топологии пространства Большой Вселенной – Мультиверса. При определенной топологии мини-вселенные могут быть соединены между собой топологическими туннелями (их называют также мостами Эйнштейна. Розена, горловинами Шварцшильда, кротовыми или червячными норами), через которые возможно перемещение вещества и излучения из одной минивселенной в другую. n Согласно общей теории относительности, кротовая нора – это сильно искривленное пространство в виде тоннеля, соединяющего две области – вход и выход. Через вход можно войти в тоннель, через выход выйти из него в другой вселенной. n Топологические туннели могут соединять не только различные мини-вселенные в Большой Вселенной, но и различные (сколь угодно отдаленные) области нашей Вселенной (Метагалактики). n

Кротовые норы Кротовые норы

Образование кротовых нор n n Как и черные дыры, кротовые норы образуются в процессе Образование кротовых нор n n Как и черные дыры, кротовые норы образуются в процессе коллапса (катастрофического сжатия) массивных объектов. Но при этом помимо обычной барионной материи должна присутствовать еще особая экзотическая материя, обладающая отрицательным давлением (какой-то вид темной энергии). Возможно, кротовые норы существовали на самых ранних стадиях эволюции нашей Вселенной. Эти, так называемые первичные кротовые норы могут составлять темную материю. А может быть, они образовались еще в эпоху «кипения вакуума» и представляют собой связи, оставшиеся от той эпохи. Сквозь такие тоннели материя и информация могут перетекать из одной вселенной в другую.

Путешествие через кротовые норы n n По своим свойствам горловины кротовой норы напоминает черную Путешествие через кротовые норы n n По своим свойствам горловины кротовой норы напоминает черную дыру, поэтому отличить их непросто. Астрономы ищут признаки, по которым их можно отличить и тем самым обнаружить кротовые норы. Одной из особенностей кротовой норы является наличие у нее монопольного магнитного поля. Идея путешествия через кротовые норы использована в научно-фантастическом романе «Контакт» известного американского астрофизика Карла Сагана. Согласно Сагану, в Галактике существует целая система таких тоннелей, построенных неизвестными Строителями.

Космический Разум n n Метанаучная философия и космогония рассматривают Разум как основную творческую, творящую Космический Разум n n Метанаучная философия и космогония рассматривают Разум как основную творческую, творящую Силу Космоса. Роль разумных сил во Вселенной подчеркивалась основоположниками космического мышления К. Э. Циолковским и В. И. Вернадским. Начиная со второй половины ХХ века, эти идеи все более явно начинают проникать в науку. Этому способствовали три обстоятельства: изучение возможностей связи с внеземными цивилизациями, неожиданное обнаружение тесной зависимости между фундаментальными свойствами Вселенной и наличием в ней жизни и разума (антропный принцип) и, наконец, возникновение квантовой космологии.

Роль Космического Разума во Вселенной n n n n Отто Струве: в средине ХХ Роль Космического Разума во Вселенной n n n n Отто Струве: в средине ХХ века наука достигла такого уровня в изучении Вселенной, когда «наряду с классическими законами физики, необходимо принимать во внимание деятельность разумных существ» [20]. Фред Хойл: «Здравая интерпретация фактов дает возможность предположить, что в физике, а также в химии и биологии экспериментировал “сверхинтеллект”, и что в природе нет слепых сил, заслуживающих доверия» [21, с. 164]). Г. М. Идлис, изучая проявление универсальных законов природы, приходит к выводу о существовании Высшего Разума [22]. Н. С. Кардашев в связи проблемой поиска внеземных цивилизаций высказывал мысль о том, что расширение наблюдаемой Вселенной может быть «результатом сознательной деятельности суперцивилизаций» [23]. В современных моделях космических цивилизаций (Л. В. Лесков, С. Лем и др. ) рассматриваются различные варианты космокреатики, то есть творения миров, включая фундаментальную перестройку структуры материального мира, изменения его пространственно-временных свойств и некоторых основных законов [24, 25]. Учитывая, что в момент возникновения физической Вселенной она имеет ничтожные размеры 10– 33 см современные ученые начинают вполне серьезно рассматривать вопрос о том, как можно создать Вселенную в лаборатории! [26]. Но если наши ученые пока делают это на бумаге, то другие более развитые Разумные Существа могли бы сделать это на практике.

Космический Разум n n Для существ, обитающих в такой Вселенной, сотворивший их Разум предшествует Космический Разум n n Для существ, обитающих в такой Вселенной, сотворивший их Разум предшествует эволюции, точнее – предшествует их эволюции. Но он сам является плодом эволюции предыдущих циклов. Ю. Н. Ефремов: «Нельзя исключить, что широко известные объекты, и даже субъекты, вроде нас с вами, могут быть, в конце концов, результатом целенаправленной активности других цивилизаций, итогом длинной эволюционной цепи событий, в начале которых стоит акт творения – но осуществленный не внеприродной сущностью, а высокоразвитыми, далекими от нас во времени и пространстве существами. Впрочем, если эти существа обитали в других вселенных, можно с определенной долей условности считать их и внеприродными» [27, с. 557].

Конструктор Вселенной n n n Антропный принцип Дж. Уилер: «Не замешан ли человек в Конструктор Вселенной n n n Антропный принцип Дж. Уилер: «Не замешан ли человек в проектировании Вселенной более радикальным образом, чем мы это себе представляем? » [28]. Впоследствии он развил эту идею, исходя из принципа участия – участия человека как наблюдателя в создании Вселенной, если рассматривать последнюю как квантовую систему. Квантовая космология А. Д. Линде: Не может ли быть так, что без учета сознания описание Вселенной будет принципиально неполным? Может быть, при дальнейшем развитии науки изучение Вселенной и изучение сознания будут неразрывно связаны друг с другом, так что окончательный прогресс в одной области будет невозможен без прогресса в другой [29]. Мартин Рис: Идеи, связанные с Мультиверсом, приводят к не вполне обычному заключению, что «мы являемся порождениями некоторой высшей или сверхъестественной силы» . А это «стирает грань между физикой и идеалистической философией, между естественным и сверхъестественным» [30].

Заключение n n Мы живем в очень необычное время. Жизнь меняется очень быстро. Меняются Заключение n n Мы живем в очень необычное время. Жизнь меняется очень быстро. Меняются наши представления о Мире. Наука делает фундаментальные открытия, которые не успевает осмыслить. Мы стоим на пороге радикального изменения научной парадигмы.

КОНЕЦ Спасибо за внимание КОНЕЦ Спасибо за внимание