"Мы надеемся уложить все мироздание в простую и короткую формулу, которую можно будет печатать на майках". Л.Лердман

Все попытки создать физическую модель происхождения Вселенной основаны на трех постулатах: Все явления природы могут быть исчерпывающе описаны физическими законами, выраженными в математической форме; Эти физические законы универсальны и не зависят от времени и места; Все основные законы природы просты.

Фридман Александр Александрович Фридман в и Жорж Леметр в 1927 г. сумели доказать, что уравнения Эйнштейна допускают и такое решение: первоначально вся Вселенная была сосредоточенна в одной точке, (названной условно "папой-атомом") а затем начинает расширяться, и так появляются галактики и звезды в них.

Хаббл Эдвин В 1929 году сумел подтвердить на практике теории Фридмана и Леметра. Однако это удалось сделать в 1929 году выдающемуся астроному Эдвину Хабблу. Своими тщательными измерениями он доказал, что давно известные туманности, ранее считавшиеся всего лишь облаками газа, на самом деле являются галактиками. И что самое интересное, эти галактики движутся, удаляясь от нас со скоростями, тем большими, чем дальше они отстоят.

Неправильная галактика Сигара в созвездии Большая Медведица (M82) (наверху) и спиральная галактика в созвездии Треугольник (M33) (внизу), которые ошибочно принимали за туманности в начале ХХ века до того, как Хаббла доказал, что на самомо деле это галктики. (фото сделано позднее).

Гамов Георгий Антонович Гамов доказал, папа-атом не просто вдруг начал расширяться во всю Вселенную (так называемая "холодная модель"), он должен был взорваться. Модель эту он называет "Big Bang" ом" (очень простонародное по тому времени отношении к иностранному языку), Большим Взрывом, и излагает ее сначала в заметке 1946 года, а потом статье 1948 года "Происхождение химических элементов", написанной вместе с учеником Ральфом Альфером.

Главный вопрос в теориях Гамова был следующий: если такой взрыв имел место быть, то уже на довольно ранних стадиях должно было возникнуть пронизывающее весь мир электромагнитное излучение, распределение которого должно было соответствовать температуре в момент излучения (многие миллиарды градусов). Но по мере расширения Вселенной частоты этого первичного (его назвали "реликтовым") излучения должны были вследствие эффекта Доплера убывать, и к настоящему времени, по оценкам Гамова, соответствовать температуре около трех-четырех градусов по Кельвину, т.е. быть сосредоточены в районе длин волн в несколько сантиметров. В 1965 году А.Пензиас и Р.Вильсон, конструировавшие антенны для радиоэлектроники, обнаруживают равномерно идущее во всех направлениях электромагнитное излучение, соответствующее температуре в 3 Кельвина! Как выяснилось, это вовсе не сбой аппаратуры, а именно то излучение, о котором говорил Гамов! Но Нобелевскую премию Дали Пензиасу и Вильсону, а не Гамову.

Данные от зонда NASA - WMAP, который завис в точке Лагранжа (точке гравитационного равновесия Солнца и Земли) на расстоянии 1,5 млн. км от нас. Полученная "картинка" фактически представляет собой снимок послесвечения Большого взрыва, образованный распределением температуры космического микроволнового фона.

Хоукинг Стивен р.1942 На сегодняшний день теория в последствии была много раз интерпретирована, переложена и дополнена многими учеными. Основной вклад в решении проблем Теории Большого Взрыва внес Стивен Хоукинг, причем вклад не теоретический, а весьма практический – более двух тысяч страниц вычислений и уравнений, посвященных описанию появления частиц и галактик.

Теория большого взрыва Время – млрд. лет назад. Изначальная плотность кг/м 3. Объем «папы-атома» был бесконечно мал.

Понижение температуры T в зависимости от времени t. Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и античастицу с массой m o и энергией покоя m o c 2, ему необходимо обладать энергией 2 m o c 2. В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов hn кинетической энергией частиц kT Или…

10 32 10 32 18 Развитие Вселенной: догалактический период Время после Большого Взрыва Характерные температуры (K) Характерные расстояния (см) Этап/ Событие 10 32 10 32 10 32 10 32 title="Развитие Вселенной: догалактический период Время после Большого Взрыва Характерные температуры (K) Характерные расстояния (см) Этап/ Событие 10 32

С Адронная эра. Рождение и аннигиляция адронов и лептонов с Лептонная эра. Рождение и аннигиляция лептонов с2· Отделение нейтрино. Вселенная становится прозрачной для нейтрино (антинейтрино) с~ Дозвездный синтез гелия. 10 с лет Радиационная эра. Доминирование излучения над веществом лет Начало эры Вещества. Вещество начинает доминировать над излучением лет3· Разделение вещества и излучения. Вселенная становится прозрачной для излучения. Время после Большого Взрыва Характерные температуры (K) Характерные расстояния (см) Этап/ Событие

Современная космология имеет три пути решения проблем Теории Большого Взрыва: Полностью отказаться от Теории Большого Взрыва. Использовать для развития Теории огромное количество человеческих, машинных и денежных ресурсов. Найти принципиально новую (и достоверную) альтернативу, представляющую собой измененный вариант Теории Большого Взрыва.

Можно указать три разные модели, для которых выполняются оба фундаментальных предположения Фридмана. В модели первого типа (открытой самим Фридманом) Вселенная расширяется достаточно медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и в конце концов прекращалось. После этого галактики начинают приближаться друг к другу, и Вселенная начинает сжиматься. На рис. 1 показано, как меняется со временем расстояние между двумя соседними галактиками. Оно возрастает от нуля до некоего максимума, а потом опять падает до нуля. В модели второго типа расширение Вселенной происходит так быстро, что гравитационное притяжение хоть и замедляет расширение, не может его остановить. На рис. 2 показано, как изменяется в этой модели расстояние между галактиками. Кривая выходит из нуля, а в конце концов галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью. Есть, наконец, и модель третьего типа, в которой скорость расширения Вселенной только-только достаточна для того, чтобы избежать сжатия до нуля (коллапса). В этом случае расстояние между галактиками тоже сначала равно нулю (рис. 3), а потом все время возрастает. Правда, галактики «разбегаются» все с меньшей и меньшей скоростью, но она никогда не падает до нуля. Можно указать три разные модели, для которых выполняются оба фундаментальных предположения Фридмана. В модели первого типа (открытой самим Фридманом) Вселенная расширяется достаточно медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и в конце концов прекращалось. После этого галактики начинают приближаться друг к другу, и Вселенная начинает сжиматься. На рис. 1 показано, как меняется со временем расстояние между двумя соседними галактиками. Оно возрастает от нуля до некоего максимума, а потом опять падает до нуля. В модели второго типа расширение Вселенной происходит так быстро, что гравитационное притяжение хоть и замедляет расширение, не может его остановить. На рис. 2 показано, как изменяется в этой модели расстояние между галактиками. Кривая выходит из нуля, а в конце концов галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью. Есть, наконец, и модель третьего типа, в которой скорость расширения Вселенной только-только достаточна для того, чтобы избежать сжатия до нуля (коллапса). В этом случае расстояние между галактиками тоже сначала равно нулю (рис. 3), а потом все время возрастает. Правда, галактики «разбегаются» все с меньшей и меньшей скоростью, но она никогда не падает до нуля.

Факты, твердо и навсегда установленные и доказанные Теорией Большого Взрыва: В момент "рождения" вся материя вселенной была сконцентрирована в одной точке, которая имела бесконечной большую массу и бесконечно малый объем; В результате расширения (или взрыва) этой точки начали образовываться сначала элементарные частицы, а потом – первые материальные макротела.

Факты, доказывающие Теорию Большого Взрыва: Удаление друг от друга галактик, со скоростями все большими, чем дальше они друг от друга отстоят, которое открыл Хаббл; Реликтовое излучение, открытое Пензиасом и Вильсоном; Математические расчеты формирования веществ, выведенные С. Хоукингом и другими математиками; Общая теория относительности Эйнштейна.

Теория Большого Взрыва утверждает, что вся физическая вселенная – материя, энергия и даже 4 измерения пространства и времени возникли из состояния бесконечных значений плотности, температуры и давления. Вселенная возникла из объема меньшего, чем точка и продолжает расширяться. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром.

К концу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной.

Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной.

Это изображение показывает предположение о том, как выглядела очень молодая вселенная (меньше чем 1 миллиард лет), когда начиналось формирование звезд, преобразовывая исходный водород в бесчисленные звезды.

начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной

Большое Магелланово Облако - галактика, которая сопровождает нашу собственную. Она видима невооруженным взглядом как туманная, удлиненная область неба. Оно расположено на расстоянии в 160,000 световых лет и охватывает область в 20,000 световых лет. Его видимая часть - десятая часть Млечного пути

Молодая планетарная туманность удаленная от нас приблизительно на 8000 световых лет. Изображение принималось в трех различных длинах волн, чтобы отразить газовый состав туманности. Азот показан красным цветом, водород - зеленым и вдвойне ионизированный кислород - синим. Точный процесс формирования пока неясен

1 из 12

Презентация на тему: Теория большого взрыва

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Теория Большого Взрыва утверждает, что вся физическая вселенная – материя, энергия и даже 4 измерения пространства и времени возникли из состояния бесконечных значений плотности, температуры и давления. Вселенная возникла из объема меньшего, чем точка и продолжает расширяться. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

№ слайда 3

Описание слайда:

Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад. Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд после Большого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. К концу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной. Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной.

№ слайда 4

Описание слайда:

№ слайда 5

Описание слайда:

Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной Большое Магелланово Облако - галактика, которая сопровождает нашу собственную. Она видима невооруженным взглядом как туманная, удлиненная область неба. Оно расположено на расстоянии в 160,000 световых лет и охватывает область в 20,000 световых лет. Его видимая часть - десятая часть Млечного пути

№ слайда 6

Описание слайда:

Туманность Песочных часов - молодая планетарная туманность удаленная от нас приблизительно на 8000 световых лет. Изображение принималось в трех различных длинах волн, чтобы отразить газовый состав туманности. Азот показан красным цветом, водород - зеленым и вдвойне ионизированный кислород - синим. Точный процесс формирования пока неясен

№ слайда 7

Описание слайда:

Туманность Краба является одним из наиболее интересных объектов в небе. Это - остатки огромного звездного взрыва. Она была отображена во всех длинах волны от радио до гамма-лучей. Центральная звезда - пульсар - быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она вращается настолько быстро, что импульс замечен каждые 0.033 секунды. В оптических длинах волны эта центральная звезда имеет 16-ую величину и находится вне досягаемости всех кроме наиболее мощных телескопов

№ слайда 8

Описание слайда:

Млечный Путь - это наша собственная галактика, видимая изнутри. Галактика представляет собой гигантскую звездную систему, состоящую приблизительно из 200 миллиардов звезд галактика Млечного пути - имеет приблизительно 100 000 световых лет в поперечнике и содержит более чем 100 миллиардов звезд. Галактика имеет форму линзы диаметром 80 тысяч световых лет и толщиной ~ 30 тысяч световых лет

№ слайда 9

Описание слайда:

Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность - её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, - и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных сил - трудно даже вообразить, какими они должны были быть при бесконечно огромной плотности «первовещества"! Что было до Большого взрыва?

№ слайда 12

Описание слайда:

Загадки теории Большого взрыва 1.Как гласит теория большого взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. 2. Теория большого взрыва не может объяснить существование галактик. Современные версии космологических теорий предсказывают только появление однородного облака газа. 3. Проблема “недостающей массы”. Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Путем, можно приблизительно определить массу нашей галактики. Она равняется массе ста миллиардов Солнц. Однако, изучая закономерности взаимодействия того же Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды, мы обнаружим, что наша галактика притягивается к ней так, как будто весит в десять раз больше

Теория Большого взрыва

Теория Большого Взрыва утверждает, что вся физическая вселенная – материя, энергия и даже 4 измерения пространства и времени возникли из состояния бесконечных значений плотности, температуры и давления. Вселенная возникла из объема меньшего, чем точка и продолжает расширяться. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад. Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд после Большого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. К концу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной. Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной.

Начало звездообразования Это изображение показывает предположение о том, как выглядела очень молодая вселенная (меньше чем 1 миллиард лет), когда начиналось формирование звезд, преобразовывая исходный водород в бесчисленные звезды.

Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной Большое Магелланово Облако - галактика, которая сопровождает нашу собственную. Она видима невооруженным взглядом как туманная, удлиненная область неба. Оно расположено на расстоянии в 160,000 световых лет и охватывает область в 20,000 световых лет. Его видимая часть - десятая часть Млечного пути

Туманность Песочных часов - молодая планетарная туманность удаленная от нас приблизительно на 8000 световых лет. Изображение принималось в трех различных длинах волн, чтобы отразить газовый состав туманности. Азот показан красным цветом, водород - зеленым и вдвойне ионизированный кислород - синим. Точный процесс формирования пока неясен

Туманность Краба является одним из наиболее интересных объектов в небе. Это - остатки огромного звездного взрыва. Она была отображена во всех длинах волны от радио до гамма-лучей. Центральная звезда - пульсар - быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она вращается настолько быстро, что импульс замечен каждые 0.033 секунды. В оптических длинах волны эта центральная звезда имеет 16-ую величину и находится вне досягаемости всех кроме наиболее мощных телескопов

Млечный Путь - это наша собственная галактика, видимая изнутри. Галактика представляет собой гигантскую звездную систему, состоящую приблизительно из 200 миллиардов звезд галактика Млечного пути - имеет приблизительно 100 000 световых лет в поперечнике и содержит более чем 100 миллиардов звезд. Галактика имеет форму линзы диаметром 80 тысяч световых лет и толщиной ~ 30 тысяч световых лет

На этом снимке показана спиральная галактика Эллиптические галактики образуются в результате столкновений между спиральными галактиками.

Столкновение нашей Галактики Примерно через три миллиарда лет наша Галактика столкнётся с Андромедой, так как вот уже почти столетие, как астрономы знают, что обе галактики приближаются друг к другу со скоростью 500 000 километров в час.

Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность - её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, - и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью. В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных сил - трудно даже вообразить, какими они должны были быть при бесконечно огромной плотности «первовещества"! Что было до Большого взрыва?

Загадки теории Большого взрыва 1.Как гласит теория большого взрыва, Вселенная возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. 2. Теория большого взрыва не может объяснить существование галактик. Современные версии космологических теорий предсказывают только появление однородного облака газа. 3. Проблема “недостающей массы”. Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Путем, можно приблизительно определить массу нашей галактики. Она равняется массе ста миллиардов Солнц. Однако, изучая закономерности взаимодействия того же Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды, мы обнаружим, что наша галактика притягивается к ней так, как будто весит в десять раз больше

Теория Большого Взрыва утверждает, что вся физическая вселенная – материя, энергия и даже 4 измерения пространства и времени возникли из состояния бесконечных значений плотности, температуры и давления. Вселенная возникла из объема меньшего, чем точка

и продолжает расширяться. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную

и существование космического фонового излучения.

Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад. Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд после Большого Взрыва.

В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром.

К концу этого периода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной.

Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной.

Первые

галактики

начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной

Большое Магелланово Облако - галактика, которая сопровождает нашу собственную. Она видима невооруженным взглядом как туманная, удлиненная область неба. Оно расположено на расстоянии в 160,000 световых лет и охватывает область в 20,000 световых лет. Его видимая часть - десятая часть Млечного пути

Туманность Песочных часов

Молодая планетарная туманность удаленная от нас приблизительно на 8000 световых лет.

Изображение принималось в трех различных длинах волн, чтобы отразить газовый состав туманности. Азот показан красным цветом, водород - зеленым и вдвойне ионизированный кислород - синим. Точный процесс формирования пока неясен

Туманность Краба

является одним из наиболее интересных объектов в небе. Это - остатки огромного звездного взрыва. Она была отображена во всех длинах волны от радио до гамма- лучей. Центральная звезда - пульсар - быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она вращается настолько быстро, что импульс замечен каждые 0.033 секунды. В оптических длинах волны эта центральная звезда имеет 16-ую величину и находится вне досягаемости всех кроме наиболее мощных телескопов

Млечный Путь

Это наша собственная галактика, видимая изнутри. Галактика представляет собой гигантскую звездную систему, состоящую приблизительно из 200 миллиардов звезд галактика Млечного пути - имеет приблизительно 100 000 световых лет в поперечнике и содержит более чем 100 миллиардов звезд. Галактика имеет форму линзы диаметром 80 тысяч световых лет и толщиной ~ 30 тысяч световых лет

Эллиптические галактики образуются в результате столкновений между спиральными галактиками.

На этом снимке показана спиральная галактика

Столкновение

Галактики

Примерно через три миллиарда лет наша Галактика столкнётся с Андромедой, так как вот уже почти столетие, как астрономы знают, что обе галактики приближаются друг к другу со скоростью 500 000 километров в час.

Что было до Большого взрыва?

Согласно этой теории, всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всё вещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто - спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромную плотность - её практически невозможно себе представить, она выражается числом, в котором после единицы стоят 96 нулей, - и столь же невообразимо высокую температуру. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью.

В силу каких-то причин это удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационных сил - трудно даже вообразить, какими они должны были быть при бесконечно огромной плотности «первовещества"!