Rasshirenie Vselennoi
23.08.2000 19:16 | S. B. Popov, D. V. Bizyaev
Pozhalui samym vazhnym i udivitel'nym yavleniem, otkrytym sovremennoi astronomiei, yavlyaetsya rasshirenie Vselennoi (v etoi glave pod terminom "Vselennaya" my budem podrazumevat' Metagalaktiku, t.e. dostupnuyu dlya nablyudenii chast' Vselennoi). Chto eto oznachaet? Pri nablyudeniyah eto v pervuyu ochered' proyavlyaetsya v tom, chto rasstoyaniya mezhdu vsemi galaktikami, nesvyazannymi drug s drugom v edinuyu sistemu siloi vsemirnogo tyagoteniya, postoyanno uvelichivaetsya, galaktiki "razbegayutsya". Vselennaya rasshiryaetsya!
"Razbeganie" galaktik bylo otkryto v nachale 20 veka v osnovnom usiliyami E.Habbla. Vo vtorom desyatiletii 20 veka V.M.Slaifer, poluchiv i issledovav mnozhestvo spektrov galaktik, zametil, chto u bol'shinstva iz nih linii v spektre smesheny v krasnuyu storonu. Soglasno effektu Doplera eto bylo ob'yasneno udaleniem etih galaktik ot nashei s bol'shoi skorost'yu (poryadka soten km/sek). Stepen' smeshennosti linii v spektre vyrazhaetsya s pomosh'yu t.n. krasnogo smesheniya, kotoroe oboznachayut bukvoi Z. Dlya istochnikov, kotorye priblizhayutsya k nablyudatelyu, krasnoe smeshenie otricatel'no. V 1929 g. posle ogromnoi raboty po polucheniyu i izucheniyu spektrov galaktik, a takzhe po opredeleniyu razlichnymi metodami rasstoyanii do etih galaktik E.Habbl nadezhno ustanovil fakt rasshireniya Vselennoi. On pokazal, chto v "razbeganii" galaktik sushestvuet zamechatel'naya zakonomernost'. Chem dal'she ot nas nahoditsya galaktika, tem s bol'shei skorost'yu ona udalyaetsya, t.e. tem bol'she ee krasnoe smeshenie. Prichem zakon imeet predel'no prostuyu lineinuyu formu: v=HR, gde v - skorost' galaktiki, R - rasstoyanie do nee, a N - koefficient proporcional'nosti, nazyvaemyi postoyannoi Habbla. Itak, posle polucheniya krasnyh smeshenii galaktiki predstali pered nami udalyayushimisya ot nashei Galaktiki, prichem skorost' udaleniya rastet s uvelicheniem rasstoyaniya. Oznachaet li eto, chto nasha galaktika yavlyaetsya centrom, iz kotorogo proishodit eto rasshirenie? Vovse net. Nablyudatel' v lyuboi galaktike uvidel by tochno takuyu zhe kartinu: vse galaktiki, nesvyazannye gravitacionno s rodnoi galaktikoi nablyudatelya, imeli by krasnye smesheniya, proporcional'nye rasstoyaniyu mezhdu galaktikami. Deistvitel'no, uvelichivaetsya rasstoyanie mezhdu vsemi galaktikami. Prostranstvo "razduvaetsya".
Rasshirenie Vselennoi mozhno proillyustrirovat' zamechatel'nym primerom. Predstav'te sebe dvumernyh sushestv, dvumerikov, zhivushih na poverhnosti vozdushnogo sharika. Narisuem na nem galaktiki i poselim v nih etih dvumerikov. Pust' oni mogut nablyudat' v svoi teleskopy sosednie galaktiki. Nachnem teper' naduvat' sharik. Kazhdyi dvumerik-nablyudatel' v svoei galaktike budet videt', chto drugie galaktiki udalyayutsya ot nego. Sam zhe centr rasshireniya na poverhnosti sharika, t.e. v Metagalaktike dvumerikov, otsutstvuet.
No ved', esli Vselennaya rasshiryaetsya, to segodnya my vidim ee ne takoi, kakoi ona byla nedelyu nazad. A eshe cherez nekotoroe vremya ona opyat' izmenitsya. Vselennaya evolyucioniruet. Ona nestacionarna. Eto chrezvychaino vazhnyi fakt, prinyat' kotoryi bylo ne legko. Chto bylo s nashei Vselennoi v proshlom? Chto budet proishodit' s nei v budushem?
Teoriya goryachei Vselennoi byla pervonachal'no razrabotana G.A.Gamovym i sotrudnikami dlya ob'yasneniya nablyudaemogo himicheskogo sostava Vselennoi. Ved' pervonachal'no vse veshestvo predstavlyalo soboi v osnovnom vodorodnuyu plazmu, a zatem v epohu t.n. nukleosinteza obrazovalis' yadra bolee tyazhelyh himicheskih elementov - razlichnyh izotopov geliya i litiya. K yadram vodoroda, kotorye predstavlyayut soboi odinochnye protony, primeshalis' takzhe bolee slozhnye yadra deiteriya - tyazhelogo izotopa vodoroda. Tak v nashem mire poyavilos' raznoobrazie himicheskih elementov. Odnako proidet eshe nemalo vremeni, prezhde chem obrazuyutsya pervye zvezdy, v kotoryh v processe evolyucii roditsya vse mnogoobrazie himicheskih elementov, nablyudaemyh segodnya.
Nukleosintez stal eshe odnim shagom k "nashemu", privychnomu miru. Eto proizoshlo, kogda Vselennoi bylo "uzhe" 100 sekund. K tomu vremeni nash mir prodolzhal rasshiryat'sya i ostyvat'. Veshestvo sushestvovalo v forme plazmy, kogda elektrony otdeleny ot yader atomov. Privychnyi nam vid veshestvo vo Vselennoi prinyalo v tak nazyvaemuyu epohu rekombinacii. Eta epoha oznamenovalas' zamechatel'nym sobytiem - temperatura upala nizhe 10000 gradusov i plazma prevratilas' v obychnyi, neitral'nyi gaz. Pri etom veshestvo osvobodilos' ot "bremeni" izlucheniya, i stalo razvivat'sya uzhe po-svoemu. Delo v tom, chto kogda veshestvo nepreryvno vzaimodeistvuet s izlucheniem, ionizuetsya im, ne obrazuyutsya kondensacii veshestva i slozhnye struktury v nem. Buduchi "svobodnym", veshestvo v otdel'nosti nachinaet razbivat'sya na oblaka, "skuchivat'sya". Eti sgusheniya sluzhat "dedushkami" toi slozhnoi struktury, kotoruyu my seichas nablyudaem.
Izluchenie, takzhe osvobodivsheesya ot veshestva, poluchilo vozmozhnost' prakticheski besprepyatstvenno dvigit'sya po vsei Vselennoi. Blagodarya etomu my seichas mozhem poimat' drevnie kvanty elektromagnitnogo izlucheniya i v principe pronablyudat' vse sobytiya v razvivayusheisya Vselennoi posle epohi rekombinacii. No kak zhe togda obrazovalis' bolee tyazhelye elementy v prirode, v tom chisle i te, iz kotoryh sostoit nasha Zemlya i chelovecheskoe telo? Bolee tyazhelye elementy obrazovalis' v nedrah zvezd. Elementy legche zheleza obrazovalis' v rezul'tate termoyadernogo sinteza v zvezdah, a tyazhelee zheleza - v rezul'tate vspyshek sverhnovyh.
Vselennaya rasshiryalas', obrazovyvalis' novye himicheskie elemnty, nebol'shie pervonachal'nye fluktuacii evolyucionirovali, iz nih obrazovalis' galaktiki i skopleniya galaktik, v galaktikah obrazovalis' zvezdy, vokrug nih - planety i, nakonec, poyavilsya chelovek. A chto budet proishodit' so Vselennoi dal'she, cherez milliony, milliardy i milliardy milliardov let? Otvet zavisit ot velichiny plotnosti nashei Vselennoi, kotoraya poka izvestna lish' priblizitel'no. Esli plotnost' bol'she kriticheskoi, to rasshirenie smenitsya szhatiem, v protivopolozhnom sluchae - Vselennaya budet vechno rasshiryat'sya. Poka nablyudeniya pokazyvayut, chto plotnost' nemnogo men'she kriticheskoi, hotya i ochen' blizka k nei (odnako, sushestvovanie bol'shogo kolichestva "temnoi meterii" mozhet izmenit' situaciyu), poetomu posmotrim, chto budet proishodit', esli v techenii po-krainei mere ochen' bol'shogo promezhutka vremeni rasshirenie ne smenitsya szhatiem. Zvezdy ne vechny. Oni rozhdayutsya i umirayut. Rozhdayutsya oni iz mezhzvezdnogo gaza (podobno rozhdeniyu Afrodity iz peny morskoi). Umiraya, zvezdy mogut vybrasyvat' chast' veshestva, vozvrashaya ego t.o. v mezhzvezdnyi gaz. A iz drugoi chasti veshestva zvezdy obrazuetsya kompaktnyi ob'ekt: belyi karlik, neitronnaya zvezda ili chernaya dyra (v zavisimosti ot pervonachal'noi massy zvezdy). V konce koncov gaz ischerpaetsya i ostanutsya lish' eti kompaktnye ob'ekty, planety i malomassivnye zvezdy, kotorye evolyucioniruyut kraine medlenno. Chernye dyry tozhe smertny: angliiskie uchenye Penrouz i Houking otkryli vozmozhnost' "ispareniya" chernyh dyr. V ee okrestnosti obrazuyutsya kvanty izlucheniya, a energiya na ih obrazovanie cherpaetsya iz massy chernoi dyry, kotoraya t.o. umen'shaetsya. Process "ispareniya" vnachale idet medlenno, a zatem po mere umen'sheniya massy chernoi dyry vse bystree i bystree. Poslednie kvanty izluchayutsya v moshnoi vspyshke. Itak, cherez nekotoroe vremya vse chernye dyry "isparyatsya".
Massa "obychnogo" veshestva v osnovnom zaklyuchena v protonah. V svete sovremennyh fizicheskih teorii proton yavlyaetsya nestabil'noi chasticei, no s ochen' bol'shim periodom poluraspada, kotoryi prevyshaet 1033let (vpervye ideyu o raspade protona vydvinul A.D.Saharov). Cherez takoi ogromnyi promezhutok vremeni polovina protonov vo Vselennoi raspadutsya i process raspada budet prodolzhat'sya i dalee. V ramkah rassmotrennoi nami kartiny u Vselennoi imeyutsya nezavidnye perspektivy. Cherez 10100let Vselennaya budet sostoyat' iz smesi elektoronov i pozitronov. Oznachaet li eto, chto vsya Vselennaya obrechena na beskonechnoe prozyabanie vo t'me vremen? Ili v kakoi-to ee chasti povtoritsya vozniknovenie mnogoobraziya slozhnyh struktur i zhizni?
Sergei Popov
Dmitrii Bizyaev
(GAISh MGU)
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
effekt Dopplera - Rasshirenie Vselennoi - Metagalaktika - vsemirnoe tyagotenie - Kosmologiya - krasnoe smeshenie - zakon Habbla - Postoyannaya Habbla - himicheskii sostav - nukleosintez - rekombinaciya
Publikacii so slovami: effekt Dopplera - Rasshirenie Vselennoi - Metagalaktika - vsemirnoe tyagotenie - Kosmologiya - krasnoe smeshenie - zakon Habbla - Postoyannaya Habbla - himicheskii sostav - nukleosintez - rekombinaciya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
Mneniya chitatelei [26]
