Семья и дом — женский журнал Owoman.ru » Энциклопедия для ребенка от А до Я

Что такое Вселенная и Галактика?

Что такое Вселенная?

Вселенная — это пространство, включающее в себя абсолютно все: Солнце, планеты, нашу Галактику, миллиарды других галактик Ученых полагают, что начало Вселенной положил взрыв колоссальной силы, получивший название Большого нарыва, который произошел 15 млрд. лет назад. Тогда-то и родилась материя, энергия, пространство и время. Вселенная на раннем этапе развития имела вид невероятно горячего и плотного шара, который стал стремительно расширяться и положил начало всему. Во Вселенной все постоянно меняется, рождаются и умирают звезды, а сама Вселенная продолжает расширяться во внешнее пространство.

Глядя в прошлое

Галактику, которая находится от нас на расстоянии 5 млрд. световых лет, астрономы такой, какой она была 5. Следовательно, изучение чрезвычайно удаленных объектов дает нам возможность увидеть Вселенную намного моложе, чем она есть сейчас.

Наиболее удаленные объекты, которые когда-либо удавалось наблюдать, — это новорожденные галактики или галактики, все еще находящиеся в стадии формирования. Информацию, поступающую к нам с еще более далеких расстояний и соответствующую еще более  древним временам, астрономы могут только в виде слабых радиоволн, которые приходят изо всех уголков космоса. Это дают о себе знать остывшие остатки огненного шара, который взорвался во время Большого взрыва.

Что такое Галактика?

Галактика — огромное скопление звезд, удерживаемых силой тяготения. Солнце — лишь одна из 200 млрд. звезд галактики Млечный Путь, в которую входит Земля.

Вероятно, галактик во Вселенной более миллиарда. По структуре они делятся на 3 основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.

Ядро

Центральную часть галактики называют ядром. Здесь звезды расположены плотнее друг к другу, чем на окраинах. Современные считают, что в центре крупных, гик находятся большие черные дыры. Вероятно, черная дыра есть и в центре нашей галактики.

Световые годы

Галактики удалены друг от друга на огромные расстояния. Туманность Андромеды — ближайшая к Млечному Пути крупная галактика — находится примерно в 2 млн. световых лет от Земли. Это самый далекий объект, который можно разглядеть невооруженным глазом.

Скопления галактик

Галактики образуют во Вселенной скопления, которые входят в сверхскопления.

Туманность Андромеды крупнейшие члены небольшого скопления примерно 30 галактик, называемого Местным скоплением галактик. Оно, в свою очередь, составляет небольшую часть Местного сверхскопления.

Галактики с активными ядрами

Галактики могут излучать самое разное количество энергии. Так называемые галактики с активными ядрами излучают намного больше энергии, чем способны дать составляющие их звезды. Полагают, что источником дополнительной энергии служит материя, попадающая в черную дыру, которая находится в центре такой галактики.

Эллиптические гиганты

Эллиптические галактики сферической или овальной формы содержат мало газа и пыли. Они бывают разных размеров — от гигантских до карликовых. Эллиптические гиганты могут включать до 10 трлн. звезд; это крупнейшие из всех известных галактик.

Млечный путь

Млечный Путь — большая спиральная галактика диаметром около 100 тыс. световых лет (световой год равен 9,46 трлн км). Ее возраст — около 14 млрд лет, а один оборот она совершает за 225 млн лет. Как и все спиральные галактики, она содержит газ и пыль, из которых образуются новые звезды. Плотное ядро — старейшая часть галактики, где уже не осталось газа для формирования новых звезд.

ВСЕЛЕННАЯ (от греч. «ойкумена» – населенная, обитаемая земля) – «все существующее», «всеобъемлющее мировое целое», «тотальность всех вещей»; смысл этих терминов многозначен и определяется концептуальным контекстом. Можно выделить по крайней мере три уровня понятия «Вселенная».

1. Вселенная как философская идея имеет смысл, близкий понятию «универсум», или «мир»: «материальный мир», «сотворенное бытие» и др. Она играет важную роль в европейской философии. Образы Вселенной в философских онтологиях включались в философские основания научных исследований Вселенной.

2. Вселенная в физической космологии, или Вселенная как целое, – объект космологических экстраполяций. В традиционном смысле – всеобъемлющая, неограниченная и принципиально единственная физическая система («Вселенная издана в одном экземпляре» – А.Пуанкаре); материальный мир, рассматриваемый с физико-астрономической точки зрения (А.Л.Зельманов). Разные теории и модели Вселенной рассматриваются с этой точки зрения как неэквивалентные друг другу одного и того же оригинала. Такое понимание Вселенной как целого обосновывалось по-разному: 1) ссылкой на «презумпцию экстраполи-руемости»: космология претендует именно на репрезентацию в системе знания своими концептуальными средствами всеобъемлющего мирового целого, и, пока не доказано обратное, эти претензии должны приниматься в полном объеме; 2) логически – Вселенная определяется как всеобъемлющее мировое целое, и других Вселенных не может существовать по определению и т.д. Классическая, Ньютонова космология создала образ Вселенной, бесконечной в пространстве и времени, причем бесконечность считалась атрибутивным свойством Вселенной. Общепринято, что бесконечная гомогенная Вселенная Ньютона «разрушила» античный космос. Однако научные и философские образы Вселенной продолжают сосуществовать в культуре, взаимообогащая друг друга. Ньютоновская Вселенная разрушила образ античного космоса лишь в том смысле, что отделяла человека от Вселенной и даже противопоставляла их.

В неклассической, релятивистской космологии была впервые построена теория Вселенной. Ее свойства оказались совершенно отличными от ньютоновских. Согласно теории расширяющейся Вселенной, развитой Фридманом, Вселенная как целое может быть и конечной, и бесконечной в пространстве, а во времени она во всяком случае конечна, т.е.

имела начало. А.А.Фридман считал, что мир, или Вселенная как объект космологии, «бесконечно уже и меньше мира-вселенной философа». Напротив, подавляющее большинство космологов на основе принципа единообразия отождествляло модели расширяющейся Вселенной с нашей Метагалактикой. Начальный момент расширения Метагалактики рассматривался как абсолютное «начало всего», с креационистской точки зрения – как «сотворение мира». Некоторые космологи-релятивисты, считая принцип единообразия недостаточно обоснованным упрощением, рассматривали Вселенную как всеобъемлющую физическую систему большего масштаба, чем Метагалактика, а Метагалактику – лишь как ограниченную часть Вселенной.

Релятивистская космология коренным образом изменила образ Вселенной в научной картине мира. В мировоззренческом плане она вернулась к образу античного космоса в том смысле, что снова связала человека и (эволюционирующую) Вселенную. Дальнейшим шагом в этом направлении явился антропный принципв космологии.

Современный подход к интерпретации Вселенной как целого основывается, во-первых, на разграничении философской идеи мира и Вселенной как объекта космологии; во-вторых, это понятие релятивизируется, т.е. его объем соотносится с определенной ступенью познания, космологической теорией или моделью – в чисто лингвистическом (безотносительно к их объектному статусу) или же в объектном смысле. Вселенная интерпретировалась, напр., как «наибольшее множество событий, к которому могут быть применены наши физические законы, экстраполированные тем или иным образом» или «могли бы считаться физически связанными с нами» (Г.Бонди).

Развитием этого подхода явилась концепция, согласно которой Вселенная в космологии – это «все существующее» не в каком-то абсолютном смысле, а лишь с точки зрения данной космологической теории, т.е. физическая система наибольшего масштаба и порядка, существование которой вытекает из определенной системы физического знания. Это относительная и преходящая граница познанного мегамира, определяемая возможностями экстраполяции системы физического знания. Под Вселенной как целым не во всех случаях подразумевается один и тот же «оригинал». Напротив, разные теории могут иметь в качестве своего объекта неодинаковые оригиналы, т.е. физические системы разного порядка и масштаба структурной иерархии. Но все претензии на репрезентацию всеобъемлющего мирового целого в абсолютном смысле остаются бездоказательными. При интерпретации Вселенной в космологии следует проводить различие между потенциально и актуально существующим. То, что сегодня считается несуществующим, завтра может вступить в сферу научного исследования, окажется существующим (с точки зрения физики) и будет включено в наше понимание Вселенной. Так, если теория расширяющейся Вселенной описывала по сути нашу Метагалактику, то наиболее популярная в современной космологии теория инфляционной («раздувающейся») Вселенной вводит понятие о множестве «других вселенных» (или, в терминах эмпирического языка, внеметагалак-тических объектов) с качественно различными свойствами. Инфляционная теория признает, т.о., мегаскопическое нарушение принципа единообразия Вселенной и вводит дополнительный ему по смыслу принцип бесконечного многообразия Вселенной. Тотальность этих вселенных И.С.Шкловский предложил назвать «Метавселенной». Инфляционная космология в специфической форме возрождает, т.о., идею бесконечности Вселенной (Метавселенной) как ее бесконечного многообразия. Объекты, подобные Метагалактике, в инфляционной космологии часто называют «минивселенными». Минивселенные возникают путем спонтанных флуктуаций физического вакуума. Из этой точки зрения вытекает, что начальный момент расширения нашей Вселенной, Метагалактики не обязательно должен считаться абсолютным началом всего. Это лишь начальный момент эволюции и самоорганизации одной из космических систем. В некоторых вариантах квантовой космологии понятие Вселенной тесно увязывается с существованием наблюдателя («принцип соучастия»). «Порождая на некотором ограниченном этапе своего существования наблюдателей-участников, не приобретает ли, в свою очередь, Вселенная посредством их наблюдений ту осязаемость, которую мы называем реальностью? Не есть ли это механизм существования?» (А.Дж.Уилер). Смысл понятия Вселенной и в этом случае определяется теорией, основанной на различении потенциального и актуального существования Вселенной как целого в свете квантового принципа.

3. Вселенная в астрономии (наблюдаемая, или астрономическая Вселенная) – область мира, охваченная наблюдениями, а сейчас отчасти и космическими экспериментами, т.е. «все существующее» с точки зрения имеющихся в астрономии наблюдательных средств и методов исследования. Астрономическая Вселенная представляет собой иерархию космических систем возрастающего масштаба и порядка сложности, которые последовательно открывались и исследовались наукой. Это – Солнечная система, наша звездная система, Галактика (существование которой было доказано В.Гершелем в 18 в.), Метагалактика, открытая Э.Хабблом в 1920-х гг. В настоящее время наблюдению доступны объекты Вселенной, удаленные от нас на расстоянии ок. 9–12 млрд световых лет.

 На протяжении всей истории астрономии вплоть до 2-й пол. 20 в. в астрономической Вселенной были известны одни и те же типы небесных тел: планеты, звезды, газопылевое вещество. Современная астрономия открыла принципиально новые, ранее не известные типы небесных тел, в т.ч. сверхплотные объекты в ядрах галактик (возможно, представляющие собой черные дыры). Многие состояния небесных тел в астрономической Вселенной оказались резко нестационарными, неустойчивыми, т.е. находящимися в точках бифуркации. Предполагается, что подавляющая часть (до 90–95%) вещества астрономической Вселенной сосредоточена в невидимых, пока ненаблюдаемых формах («скрытая масса»).

Литература:

1. Фридман А.А. Избр. труды. М., 1965;

2. Бесконечность и Вселенная. М., 1970;

3. Вселенная, астрономия, философия. М, 1988;

4. Астрономия и современная картина мира. М., 1996;

5. Bondy H. Cosmology. Cambr., 1952;

6. Munitz M. Space, Time and Creation. N.Y., 1965.

В.В.Казютинский

 

Слово вселенная

Слово вселенная английскими буквами(транслитом) — vselennaya

Слово вселенная состоит из 9 букв: а в е е л н н с я


Значения слова вселенная. Что такое вселенная?

Вселенная

ВСЕЛЕННАЯ (от греч. “ойкумена” — населенная, обитаемая земля) —“все существующее”, “всеобъемлющее мировое целое”, “тотальность всех вещей”; смысл этих терминов многозначен и определяется концептуальным контекстом.

Философская энциклопедия

Вселе́нная — строго не определяемое понятие астрономии и философии. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем.

ru.wikipedia.org

Вселенная Весь материальный мир, безграничный в пространстве и развивающийся во времени. Когда говорят о Вселенной, обычно понимают под этим словом окружающий нас макромир — небесные тела, их системы, космическое пространство и все то…

Словарь по астрономии

Вселенная — всё сущее, что было, есть и будет. Понятие, не имеющее научного определения. Вселенная в эмоциональном плане есть нечто загадочное, могущественное, необъятное, непостижимое, ни с чем несравнимое и не укладывающееся в сознании…

vocabulary.ru

Вселенная — всё сущее, что было, есть и будет. Понятие, не имеющее научного определения. Вселенная в эмоциональном плане есть нечто загадочное, могущественное, вселяющее мистическое чувство, так как она не имеет ни начала, ни конца, ни пределов.

Жмуров В.А. Большой толковый словарь терминов по психиатрии

Барионная асимметрия Вселенной

Барионная асимметрия Вселенной — экстраполяция на Вселенную в целом наблюдаемого преобладания вещества над антивеществом в нашем локальном скоплении галактик.

Астрономический глоссарий "Астронет"

БАРИОННАЯ АСИММЕТРИЯ ВСЕЛЕННОЙ — экстраполяция на Вселенную в целом наблюдаемого преобладания вещества над антивеществом в нашем локальном скоплении галактик.

Физическая энциклопедия. — 1988

Барио́нная асимметри́я Вселе́нной — наблюдаемое преобладание в видимой части Вселенной вещества над антивеществом.

Этот наблюдательный факт не может быть объяснён ни в рамках Стандартной модели…

ru.wikipedia.org

Крупномасштабная структура Вселенной

Крупномасштабная структура Вселенной в космологии — структура распределения материи на самых больших наблюдаемых масштабах. Уже в начале XX века было известно, что звёзды группируются в звёздные скопления, которые, в свою очередь, образуют галактики.

ru.wikipedia.org

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ — термин, введённый для обозначения строения Вселенной в масштабах от неск. Мпк до нсск. сотен Мпк (в первую очередь пространственного распределения галактик, их скоплений и сверхскоплений; рис.).

Физическая энциклопедия. — 1988

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ – структура, образуемая гигантскими звездными островами – галактиками и их системами на различных пространственных масштабах.

Энциклопедия Кругосвет

Модель горячей Вселенной

Модель горячей Вселенной. Предполагает, что на ранних стадиях расширения Вселенная характеризовалась не только высокой плотностью, по и высокой темп-рой вещества.

Астрономический глоссарий "Астронет"

Теория горячей Вселенной — современная теория физических процессов в расширяющейся Вселенной, согласно которой в прошлом Вселенная имела значительно б?льшую, чем сейчас, плотность вещества и очень высокую температуру.

Матвеева Е.Ю.

Концепции современного естествознания. — Новосибирск, 2007

Моде́ль горя́чей Вселе́нной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

ru.wikipedia.org

Расширение Вселенной

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной проявляется в виде выполнения закона Хаббла…

ru.wikipedia.org

Расширение Вселенной Анализируя результаты наблюдений галактик и реликтового излучения, астрономы пришли к выводу, что распределение вещества во Вселенной (область исследуемого пространства превышала 100 Мпс в поперечнике) является однородным и…

Словарь по астрономии

Расширение Вселенной. Увеличение средних расстояний между галактиками или их скоплениями. Проявляется в том, что далекие галактики обладают красными смещениями, свидетельствующими об их удалении от наблюдателя…

Астрономический глоссарий "Астронет"

Русский язык

Вселе́нн/ая, -ой.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

Тепловая смерть Вселенной

Тепловая смерть — термин, описывающий конечное состояние любой замкнутой термодинамической системы, и Вселенной в частности. При этом никакого направленного обмена энергией наблюдаться не будет, так как все виды энергии перейдут в тепловую.

ru.wikipedia.org

"Тепловая смерть" Вселенной, ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной…

БСЭ. — 1969—1978

"ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ" ВСЕЛЕННОЙ — гипотеза, выдвинутая Р. Клаузиусом (R. Clausius, 1865) как-экстраполя-ция второго начала термодинамики на всю Вселенную.

Физическая энциклопедия. — 1988

Энтропия Вселенной

ЭНТРОПИЯ ВСЕЛЕННОЙ -величина, характеризующая степень неупорядоченности и тепловое состояние Вселенной. Количественно оценить полную Э. В. как энтропию Клаузиуса (см. Энтропия)нельзя, поскольку Вселенная не является термодинамич. системой.

Физическая энциклопедия. — 1988

Энтропия Вселенной — величина, характеризующая степень неупорядоченности и тепловое состояние Вселенной. Классическое определение энтропии и способ ее вычисления не подходят для Вселенной…

ru.wikipedia.org


Примеры употребления слова вселенная

Еще совсем недавно принято было считать: Вселенная по всем направлениям однородна.

В некоторых сериях Star Trek появляется альтернативная вселенная, параллельная реальной.

Разумнее представить, что вселенная состоит из почти всех локальных мирозданий.

Чайковского состоится концерт Х Международного музыкального фестиваля "Вселенная звука".

Что же это за вселенная такая, и почему нам может быть любопытно ее посетить?

Рядом с тобой Вселенная скорбит от собственного несовершенства!

Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная образовалась примерно 13,7 млрд лет назад.


Содержание

Введение.. 3

Изучение вселенной.. 3

Образование Вселенной.. 4

Эволюция Вселенной.. 5

Галактики и структура Вселенной.. 5

Классификация галактик.. 6

Структура Вселенной. 8

Заключение.. 10

Введение

Многие религии, такие как, Еврейская, Христианская и Исламская, считали, что Вселенная создалась Богом и довольно недавно. Например, епископ Ушер вычислил дату в четыре тысячи четыреста лет для создания Вселенной, прибавляя возраст людей в Ветхом Завете. Фактически, дата библейского создания не так далека от даты конца последнего Ледникового периода, когда появился первый современный человек.

С другой стороны, некоторые люди, например, греческий философ Аристотель, Декарт, Ньютон, Галилей предпочли верить в то, что Вселенная, существовала, и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно. А в 1781 философ Иммануил Кант написал необычную и очень неясную работу «Критика Чистого Разума». В ней он привел одинаково правильные доводы, что Вселенная имела начало, и что его не было. Никто в семнадцатых, восемнадцатых, девятнадцатых или ранних двадцатых столетиях, не считал, что Вселенная могла развиваться со временем. Ньютон и Эйнштейн оба пропустили шанс предсказания, что Вселенная могла бы или сокращаться, или расширяться.

Изучение вселенной

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры, и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания. Кант попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях, начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод, исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной.

Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Образование Вселенной

Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был настолько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

Существует несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация.

По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет остановка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

Однако стоит отметить и еще одну теорию (принцип).

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 утверждает, что Вселенная такая, какая она есть потому, что есть наблюдатель или же он должен появиться на определенном этапе развития. В доказательство создатели этой теории приводят очень интересные факты. Это критичность фундаментальных констант и совпадение больших чисел. Получается, что они полностью взаимосвязаны и их малейшее изменение приведет к полному хаосу. То, что такое явное совпадение и даже можно сказать закономерность существует, дает этой, безусловно интересной теории шансы на жизнь.

Эволюция Вселенной

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

Галактики и структура Вселенной

Галактики стали предметом космогонических исследований с 20-х годов нашего века, когда была надежно установлена их действительная природа. И оказалось, что это не туманности, т.е. не облака газа и пыли, находящиеся неподалеку от нас, а огромные звездные миры, лежащие на очень больших расстояниях от нас. Открытия и исследования в области космологии прояснили в последние десятилетия многое из того, что касается предыстории галактик и звезд, физического состояния разряженного вещества, из которого они формировались в очень далекие времена. В основе всей современной космологии лежит одна фундаментальная идея — идея гравитационной неустойчивости. Вещество не может оставаться однородно рассеянным в пространстве, ибо взаимное притяжение всех частиц вещества стремится создать в нем сгущения тех или иных масштабов и масс. В ранней Вселенной гравитационная неустойчивость усиливала первоначально очень слабые нерегулярности в распределении и движении вещества и в определенную эпоху привела к возникновению сильных неоднородностей: «блинов» — протоскоплений.

Распад слоев протоскоплений на отдельные сгущения тоже происходил, по-видимому, из-за гравитационной неустойчивости, и это дало начало протогалактикам. Многие из них оказывались быстро вращающимися благодаря завихренному состоянию вещества, из которого они формировались. Фрагментация протогалактических облаков в результате их гравитационной неустойчивости вела к возникновению первых звезд, и облака превращались в звездные системы — галактики. Протогалактики, у которые обладали быстрым вращением превращались, в Спиральные галактики, у которых же вращение было медленное или вовсе отсутствовало, превращались в эллиптические или неправильные галактики. Параллельно с этим процессом происходило формирование крупномасштабной структуры Вселенной — возникали сверхскопления галактик, которые, соединяясь своими краями, образовывали подобие пчелиных сот.

Классификация галактик

Эдвин Пауэлла Хаббл (1889-1953), выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду.

И нужно сказать, что хотя в последствии другими исследователями были внесены разумные предположения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по-прежнему остаётся основой классификации галактик.

В 20-30 гг. XX века Хаббл разработал основы структурной классификации галактик — гигантских звездных систем, согласно которой различают три класса галактик.

Спиральные галактики

Спиральные галактики «spiral» — характерны двумя сравнительно яркими ветвями, расположенными по спирали. Ветви выходят либо из яркого ядра (обозначаются — S), либо из концов светлой перемычки, пересекающей ядро (обозначаются — SB).

Спиральные галактики являются, может быть, даже самыми живописными объектами во Вселенной. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающиеся сходным симметричным образом и теряющиеся в противоположных областях периферии. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны — одна значительно более развита, чем вторая. В спиральных галактиках поглощающее свет пылевое вещество имеется в большем количестве. Оно составляет от нескольких тысячных до сотой доли полной их массы. Вследствие концентрации пылевого вещества к экваториальной плоскости, оно образует темную полосу у галактик, повернутых к нам ребром и имеющих вид веретена.

Представитель — галактика М82 в созвездии Б. Медведицы, не имеет четких очертаний, и состоит в основном из горячих голубых звезд и разогретых ими газовых облаков. М82 находится от нас на расстоянии 6.5 миллионов световых лет. Возможно, около миллиона лет тому назад в центральной ее части произошел мощный взрыв, в результате которого она приобрела сегодняшнюю форму.

Эллиптические галактики

Эллиптические галактики «elliptical» (обозначаются — Е) — имеющие форму эллипсоидов. Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Космической пыли в них, как правило, нет, чем они отличаются от спиральных галактик, в которых поглощающее свет пылевое вещество имеется в большом количестве. Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием.


 

Что такое Вселенная?

И.Л.Генкин

 

«… там, за горизонтом.»

Р.Рождественский

Вселенная, мир, космос — что означают эти слова? Не синонимы ли это? Конечно же, синонимы. Но, как и большинство синонимов, область их употребления неодинакова или не всегда одинакова, а потому у каждого имеются свои дополнительные оттенки. Ниже мы будем говорить о сути терминов, и это является главной целью написания данной статьи, но сначала все же стоит немного углубиться в происхождение слов.

В газетах можно прочесть об открытии и работе совещания по мировым ценам на нефть, но было бы странно, если бы обсуждались «вселенские» цены. С другой стороны, в тех же газетах можно встретить эти синонимы в связи с определенными церковными проблемами. Из перечисленных, слово мир употребляется наиболее широко и чаще всего в чисто земных, даже житейских смыслах. Так, выражение «во всем мире» эквивалентно другому — «на всем белом свете» . Кстати, в английском языке Новый свет (т. е. Америка) пишется the New World, т. е. Новый Мир, а «тот свет» — the next or the other world, т. е. «мир иной» , как иногда говорим и мы. Ниже нам еще придется обращаться к словарям, поскольку личные симпатии или взгляды авторов кому-то могут показаться неубедительными.

Слово мир употребляется также в смысле «совокупность, область интересов или изучения» . Так, мы говорим «мир элементарных частиц» , «мир фантазий» , «мир занимательных фактов» . Из этих выражений первое имеет уже не бытовой, а научный оттенок. В физике различают понятия микромир и макромир — соответственно как область физических исследований микрочастиц и привычных нам объектов природы, с которыми обычно сталкивается человек. В последние десятилетия широко употребляется термин мегамир для удаленных от нас объектов физического мира, недоступных прямому физическому эксперименту, но изучаемых лишь с помощью наблюдений (с соответствующей теоретической интерпретацией, которая, естественно, необходима и при изучении объектов микро- и макромира). Можно представить себе, что в сверхбольших масштабах астрофизики столкнутся с принципиально новыми физичеcкими законами, или необычными проявлениями старых, или же, наконец, с мирами иных пространственно-временных соотношений (размерностью, топологическими свойствами и т. п.). Для такого гипотетического мира уже готово несколько названий (инфрамир, Метавселенная). Нам кажется наиболее подходящим термин К.Х.Рахматулина гипермир, поскольку он стоит этимологически и системно как раз в ряду других подобных понятий. Соответственно, для мира сверхмалых масштабов Рахматулин предлагает термин гипомир, в котором можно себе представить неметрическое пространство, квантованное время и т. п. особенности, которые пока не обнаружены, но о возможности существования которых говорят не так уж и редко. Добавим, что сами понятия «малое» и «большое» тоже требуют здесь анализа, поскольку в неметрических пространствах они могут иметь другой смысл или не иметь его вообще!

Будем считать (за невозможностью сделать сейчас что-то другое), что с термином мир мы разобрались. Слово «вселенная» возникло как калька греческого термина «ойкумена» , т. е. заселенная земля (вспомним народную песню «Всю-то я вселенную проехал» ). Уже здесь видна его первоначальная равнозначность выражению «весь свет» или «мир» . Но такое понимание вселенной давно устарело. Любопытно, что Советский энциклопедический словарь (СЭС) и английская энциклопедия Хатчинсона для термина «вселенная» дают дословно совпадающие определения — «весь существующий материальный мир…» Можно привести для сравнения немецкий эквивалент das Weltall, чешский Vesmir и др. Но вообще в европейских языках дополнительно и преимущественно используют латинский термин «универсум» , тоже означающий «все сущее» . Отметим нюанс. Как астрономический объект в последние годы слово Вселенная пишут с большой буквы. Вслед за А.М.Мостепаненко, А.Турсуновым и другими мы под Вселенной будем понимать совокупность физических и астрономических уровней организации материи, так сказать, физический «срез» мира. За словом же «мир» оставим скорее философское значение, включающее и другие возможные «срезы» .

Обратим внимание на слово «существующий» в определении вселенной (или Вселенной). Казалось бы, это слово должно быть всем понятным, если использовано в определении основного термина.

На самом деле мы здесь встречаемся с очередными «сепульками» *. Углубление в этимологию и онтологию приводят нас к выходу на более сложные понятия — «бытие» , «объективная реальность» , «материя» и т. д. Проблеме существования посвящена обширная литература (Например [2-5]). Мы также посвятим этой проблеме оставшуюся часть статьи. Однако пока вернемся к терминологии, имея в виду, что мы не разъяснили понятие «космос» . В греческом языке это слово означало порядок, красивый строй и т. д. Закономерное движение светил входило в это понятие. Таким образом, с одной стороны, космос противопоставлялся хаосу, с другой — плохо устроенной Земле. Впоследствии греческий космос стал считаться эквивалентом латинского «универсум» . В античной философии использовался также термин макрокосм как эквивалент универсума и микрокосм (не микромир!) — для человека как отражения символа макрокосма Вселенной. Подробное рассмотрение увело бы нас слишком далеко от целей и темы настоящей статьи. Интересующихся можно отослать к книге А.Турсунова [1] и специальным философским изданиям (статья [6] и др.).

Вопрос о существовании тесно связан с вопросом о познаваемости. Существуют даже специальные теории познания — гносеология или эпистемология. Мы разделяем точку зрения, согласно которой разум может с течением времени, в принципе, познать любые, пока еще не познанные вещи и явления. Но чей разум? Представим себе часть Вселенной, с которой мы не можем обмениваться информацией в силу каких-то ограничений на распространение сигналов. В тех частях Вселенной могут жить разумные, познающие мир существа. Но мы никогда не получим сведений от этой части мира, и сам вопрос о ее существовании или несуществовании не может быть решен всей мощью разума нашей части Вселенной. Здесь в принципе не работает критерий истины — практика наших возможностей.

В качестве простейшего примера напомним о мирах иного, чем наш, числа измерений. Для наглядности можно воспользоваться неоднократно применявшимся А.Пуанкаре рассмотрением двумерного мира, населенного разумными двумерными существами. Такой мир мог бы существовать (только в воображении) независимо от дополнительного, им недоступного, третьего пространственного измерения. Например, сила взаимодействия между двумя электронами, находящимися в плоскости, убывала бы обратно пропорционально первой степени расстояния, если бы третьего измерения не было и весь пучок силовых линий был сосредоточен в плоскости. В случае реального существования третьего измерения сила притяжения в плоскости была бы лишь некоторой проекцией закона Кулона на плоскость. Очевидно и мы, трехмерные существа, из факта существования закона Кулона можем сказать, что иных пространственных измерений (макроскопических!) нет.

Эти рассуждения Пуанкаре достаточно много критиковались [7], поскольку можно себе представить и более сложные геометрию и физику, в которых дальнодействующие силы проявляют себя лишь в подпространстве трех измерений, в других же проявляют себя как-то иначе или совсем не проявляют. Есть даже пример, подтверждающий такую возможность. Силы между кварками не убывают при их растаскивании (по некоторым данным даже растут!), что означает одномерность пучка силовых линий. Разумеется, этот пример не очень убедителен. Не исключено, что в случае с кварками мы вторгаемся в гипомир с его совсем иными, пока совершенно неизвестными нам закономерностями. Тем не менее, возможность нестандартных ситуаций, о которых Пуанкаре лишь подозревал, сейчас достаточно вероятна.

Возвращаясь к двумерным существам в стандартном макроскопическом подходе, подчеркнем принципиальную невозможность установить физическими приборами их связь с жителями параллельной плоскости. Двумерные существа, будучи соответствующим образом искривленными, могли бы жить на искривленной поверхности, например на сфере, центр которой недоступен для наблюдений их двумерными приборами. Они могли бы построить модель Вселенной как целого, безграничную, но конечную, т. е. содержащую конечное количество квадратных километров. Модель охватывала бы все, доступное их чувствам и физическим приборам, но с точки зрения сверхнаблюдателя их мир — лишь часть чего-то более обширного. Очевидно, вопрос, интересующий «двумерок» , состоит в том, можно ли считать внутренность сферы с центром и охватывающее сферу внешнее пространство реально существующими, если до сих пор они себя никак не проявляли в сферическом мире и, может быть, никогда и не проявят? Нарисованная картина без особых проблем может быть перенесена и на трехмерные сферы, находящиеся в пустом (а пустом ли?) неискривленном (или даже искривленном) пространстве большего числа измерений.

Как известно, масса и электрический заряд полностью замкнутого трехмерного мира равны нулю для гипотетического внешнего наблюдателя, находящегося в другом трехмерном подпространстве. Это значит, что находящиеся в многомерном пространстве трехмерные сферы, населенные подобными нам разумными существами, не только не имеют возможности связаться друг с другом, но с точки зрения многомерного наблюдателя вообще не взаимодействуют — во всяком случае, с помощью сил гравитации или электромагнитных.

Еще раз скажем, что замкнутые миры вполне реальны для своих жителей. Но имеем ли мы право считать их существующими, реальными для нас, если они, по существу, «вымышлены» . Возможность таких домыслов безгранична. Принцип «бритвы Оккама» диктует нам остановиться и не заниматься химерами нашего воображения. Но… джин сомнений выпущен из бутылки и загнать его туда обратно можно лишь с помощью хитрости. Кажется, мы не достаточно хитры, чтобы это сделать, и не достаточно умны, чтобы решить вопрос окончательно. И природа самого мира может быть такой, что мы, в принципе, в этом отношении не поумнеем, поскольку всегда останемся трехмерными.

В принципе, есть возможность узнать о существовании таких миров случайно, если при относительном движении и (или) расширении произойдет их столкновение и взаимное проникновение. Мы не знаем, возможно ли это в принципе (известно, что два электрона не могут столкнуться так, чтобы произошло их разрушение). Но если объединение двух пространств произойдет, это приведет, как минимум, к нарушению закона сохранения энергии в каждой из частей в макроскопических масштабах. Появление дополнительных масс вещества «ниоткуда» (и внезапно!) может привести к самым неожиданным следствиям в зависимости от масштабов и места явления. Вспоминаются идеи Джинса о поступлении вещества в центры галактик из миров других измерений и гипотеза Хойла о возникновении в нашей Вселенной «из ничего одного атома водорода в кубическом метре за 106 лет» . Хойловское «из ничего» могло бы быть завуалированным «из другой вселенной» , трехмерное пространство которой практически соприкасается с нашим пространством.

Космология Хойла, кажется, не подтверждается данными наблюдений. Но это могло бы быть и не так? Все же пока честнее будет сказать, что достаточных свидетельств нарушения законов сохранения мы не имеем…

Выше была рассмотрена ситуация с гипотетическими пространственными измерениями (макроскопическими), поскольку проблема числа измерений в микромире сейчас актуальна, широко обсуждается, но пока окончательно не решена. Рассмотрим более простую задачу об устройстве нашего трехмерного пространства. В настоящее время разработано большое число моделей Вселенной как целого. Напомним о том, что в 1917 году В. де Ситтер построил стационарную, но нестатическую модель Вселенной, которая, как оказалось, может описывать ситуацию в нестационарном мире. Считают, что до фридмановской стадии расширения была кратковременная (может быть, и не одна) стадия сверхбыстрого «раздувания» , причем свойства мира в это время лучше всего описываются именно де-ситтеровской моделью. Топологические особенности при расширении не изменяются, поэтому данная модель может иметь отношение и к ситуации нынешнего дня.

В модели де Ситтера свойства пространства остаются одинаковыми с течением времени, но находящиеся в нем галактики разбегаются под действием дополнительных космологических сил. Модель устроена так, что темп течения времени зависит от расстояния до наблюдателя. В наиболее удаленных точках время вообще останавливает свой ход — там находится горизонт видимости, который лучи света преодолеть не могут (с нашей точки зрения). Локально скорость света везде и всегда одинакова и равна 300 000 км/с. Что находится за горизонтом? Де Ситтер считал свою модель эллиптической. В этом случае горизонт — это наиболее удаленная от нас поверхность. Сейчас в космологии обычно рассматривают сферическую топологию. У трехмерной сферы в четырехмерном пространстве нет наиболее удаленной поверхности, но есть наиболее удаленная точка на расстоянии R, где R — радиус кривизны.

Расстояние до горизонта вдвое меньше. Таким образом, горизонт, как экватор, делит сферическое пространство на две части, мегадубликаты друг друга. Объем каждой из частей равен 2R3.

Не нужно думать, что на горизонте имеется какая-то физическая особенность. Находящийся там наблюдатель определит свой горизонт как поверхность, проходящую через нас. Наше время покажется ему остановившимся: вселенная де Ситтера однородна и изотропна и из любого места выглядит одинаково. Удаляясь от нас, житель горизонта попадет в недоступную нашему изучению половину сферического мира. Если же мир эллиптичен, наблюдатель, пройдя горизонт, начнет к нам приближаться. Локальные метрические свойства ("метрика» ) обоих миров совершенно одинаковы, но глобальные ("топология» ), как видим, совершенно различны. На обычной двумерной сфере связка меридианов в районе одного полюса повторяет картину вблизи другого. В эллиптической геометрии меридианы пересекаются только один раз, расходясь веером в разные стороны. Каждый меридиан (вдвое более короткий, чем на сфере при том же R) имеет свою наиболее удаленную точку, совокупность которых образует наиболее удаленную окружность — экватор. Трехмерную аналогию построить и представить труднее, но теоретический анализ эллиптического мира в ряде отношений проще, чем сферического. Мнение самого де Ситтера об эллиптичности своей модели мира, по существу, основано именно на соображениях простоты. В действительности мы вновь столкнулись с проблемой выбора при отсутствии реальных механизмов или физических способов решения задачи!

Однако проблема оказалась еще запутаннее. Для описания раздувания Вселенной в дофридмановскую эру вводят нестационарную, сопутствующую разбегающемуся веществу (в эту эпоху ни галактик, ни звезд еще не было) систему отсчета. В этой системе пространство оказывается бесконечным, хотя целиком заключено внутри горизонта мира де Ситтера! Этот результат был получен в 1959 г. А.Л.Зельмановым задолго до появления теории раздувания. Очевидно, с точки зрения движущихся наблюдателей говорить о пространстве «за горизонтом» не имеет смысла! И все же: что там за бесконечностью, куда отодвигается де-ситтеровский горизонт в сопутствующих координатах? (В сопутствующих координатах есть свой горизонт, но смысл его несколько иной, чем у де-ситтеровского).

Сходная ситуация с горизонтом проявляется в популярной сейчас проблеме черных дыр (ЧД). Коллапс массивных звезд, неизбежно наступающий после исчерпания в них ядерных источников энергии, приводит к появлению объекта сверхвысокой плотности, в окрестностях которого напряженность гравитационнного поля невероятно велика. Она вообще стремится к бесконечности, если радиус звезды приближается к некоторому критическому значению, т. н. гравитационному радиусу (rg). Согласно общей теории относительности (ОТО), на сфере радиуса rg время с точки зрения удаленного неподвижного наблюдателя останавливается. Соответственно, останавливаются все другие физические процессы. Коллапсирующая звезда как бы застывает на этой стадии сжатия. Ее поверхность становится невидимой по причине того, что кванты уходящего света формально имеют «нулевую энергию» , что соответствует волнам бесконечно большой длины. Такая поверхность является горизонтом видимости или горизонтом событий (эти два понятия в данном случае совпадают; в ОТО эта поверхность называется также — иногда, но весьма неудачно — сферой Шварцшильда), а в целом область под горизонтом и является черной дырой. Квантовые эффекты, на существенную роль которых обратил внимание С.Хокинг, приводят к появлению слабого излучения и потока частиц от ЧД, так что не так уж она и невидима. По-видимому, квантовое дрожание поверхности ЧД может привести к захвату вещества в непосредственной окрестности от горизонта, в результате чего внешний наблюдатель вместо застывшей звезды «увидит» лишь голый горизонт. Такой (пока гипотетический) объект тоже называют ЧД. В определенном смысле он является аналогом материальной точки ньютоновской физики и, как в последней, можно поставить вопрос о его реальном существовании. Теоретически конструкция с горизонтом, находящимся в пустом пространстве и окружающем некоторую массу в точке r=0, в ОТО изучена, за исключением «самой малости» — не только физического, но и чисто механического состояния движения самого центрального объекта.

Замедление, а потом и остановка падения вещества звезды отсутствуют для свободно падающего наблюдателя. Он и его окружение за конечное собственное время достигают горизонта. Если падение началось с расстояния 1,5rg, то его продолжительность равна приблизительно 2rg/c.

Другими словами, средняя скорость движения составляет четверть скорости света. А непосредственно к сфере наблюдатель подлетает как раз со скоростью света, если падает с достаточно большого расстояния.

Что произойдет с наблюдателем после пересечения горизонта? Ответ на этот вопрос зависит от верности или неверности наших представлений о структуре внутренностей черной дыры. К сожалению, нам здесь не обойтись без небольшого экскурса в область используемых координатных систем. Чаще других в литературе встречается координатная система, которую мы будем называть стандартной, где за основу берется условие, чтобы любая сфера, описанная вокруг центрального (притом единственного в достаточно большой окрестности) сферически симметричного тела или материальной точки, имела величину поверхности, равную 4r2, как в эвклидовой геометрии. Из-за кривизны пространства радиальное расстояние r не является действительным расстоянием до центра симметрии. Это, как говорят, просто некоторая координата, дающая возможность операций с различно расположенными геометрическими и физическими объектами. Реальное расстояние может быть определено с помощью несколько громоздкой процедуры. А именно: измеряют время распространения света от одной точки до другой и обратно, после чего полусумму этих времен умножают на скорость распространения сигнала, т. е. света. Учитывается, если нужно, кривизна пространства на всем пути движения светового сигнала. Очевидно, указанная процедура возможна лишь в стационарных системах отсчета. В нестационарных же понятие об определенном расстоянии между телами теряет четкий смысл. В нашем случае с единичной сферически-симметричной массой система стандартных координат стационарна. Но любая точка внутри горизонта событий не может послать сигнал наружу. Поэтому процедура измерения расстояний до точек внутри черной дыры неизбежно связана с какими-то дополнительными допущениями, в частности, она зависит от интерпретации наблюдений. В теоретических исследованиях реальное, инвариантное относительно преобразований координат, радиальное расстояние определяют, умножая величину r на некоторый метрический фактор. При этом оказывается, что dl>r2-r1, если точки находятся вне горизонта. Внутри горизонта в стандартных координатах метрический фактор оказывается величиной мнимой, что выражает факт отсутствия реальной процедуры измерения там длин (как, впрочем, и времен). Можно определить расстояние внешнего наблюдателя от горизонта, но не от центра симметрии. Тем не менее, формально радиальная координата отсчитывается от центра, где она равна нулю, до rg=2GM/c2 на горизонте. Время падения наблюдателя, измеренное по часам, падающим вместе с ним, равно приблизительно rg/c.

Помимо стандартных широко используют так называемые изотропные координаты. Их продолжение внутрь таково, что при движении к центру величина поверхности сфер не уменьшается, а увеличивается. Горизонт при этом является сферой с минимальной величиной поверхности. Вообще область r < rg в этой координатной системе оказывается определенном смысле вывернутым дубликатом области r>rg.

Попадая внутрь сферы радиуса rg (который численно здесь вчетверо меньше, т. е. равен GM/2c2), падающее тело начинает двигаться с замедлением, затем останавливается, не достигнув точки r=0, и начинает двигаться обратно. После вторичного пересечения сферы тело падает не в прежнее внешнее пространство, а в новый лист многосвязного пространства. Трудно понять причины такого поведения, не очень верится в многосвязность пространства. Тем не менее, решение найдено, и оно совсем не похоже на решение в стандартных координатах. Существует метрика Пенлеве, в которой вообще нет координат, меньших некоторого rmin, в том числе — соответствующих внутренности горизонта. Как и в космологии, ОТО дает нам здесь целый набор решений, удовлетворяющих уравнениям поля, но смысл их не очевиден. Может быть, некоторые из решений попросту нефизичны. Может быть, все решения или несколько описывают разные возможные физические реальности. Уравнения Эйнштейна записаны так, что они справедливы в любой координатной системе. Но все ли системы действительно имеют смысл? В ньютоновской физике и эвклидовой геометрии такие вопросы почти не возникают. Все же нам хотелось бы продемонстрировать на простых примерах возможность нестандартных ситуаций. Рассмотрим обычные полярные координаты (r, v). Оставив угловую v неизменной, заменим радиальную на новую. Пусть r1=r+ln(r-1). При больших r и r1 логарифмом можно пренебречь, так что обе координаты близки друг другу. При r=1,28 имеем начало координат новой системы, r1=0. А в интервале 1

Рубрики: Путешествия

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *