Вселенная

Вселенная — это окружающий нас материальный мир, безграничный во времени и пространстве. Границы Вселенной скорее всего будут раздвигаться по мере появления новых возможностей непосредственного наблюдения, т.е. они относительны для каждого момента времени.

Вселенная является одним из конкретно-научных объектов экспериментального исследования. Предполагается, что фундаментальные законы естествознания верны для всей Вселенной.

Состояние Вселенной. Вселенная — это нестационарный объект, состояние которого зависит от времени. Согласно господствующей теории, в настоящее время Вселенная расширяется: большинство галактик (за исключением ближайших к нашей) удаляются от нас и друг относительно друга. Скорость удаления (разбегания) тем больше, чем дальше находится галактика — источник излучения. Эта зависимость описывается уравнением Хаббла:

v = HR,

где v — скорость удаления, км/с; R — расстояние до галактики, св. год; Н — коэффициент пропорциональности, или постоянная Хаббла, Н= 15×10^-6 км/(с×св. год). Установлено, что скорость разбегания возрастает.

Одним из доказательств расширения Вселенной служит «красное смещение спектральных линий» (эффект Доплера): спектральные линии поглощения в удаляющихся от наблюдателя объектах всегда смещаются в сторону длинных (красных) волн спектра, а приближающихся — коротких (голубых).

Спектральным линиям поглощения от всех галактик присуще смещение в красную сторону, а значит, имеет место расширение.

Плотность вещества Вселенной. Распределение плотности вещества в отдельных частях Вселенной различается более чем на 30 порядков. Самая высокая плотность, если не принимать во внимание микромир (например, атомное ядро), присуща нейтронным звездам (около 10¹⁴ г/см³), самая низкая (10^-24 г/см³) — Галактике в целом. По данным Ф.Ю.Зигеля, нормальная плотность межзвездного вещества в пересчете на атомы водорода составляет одну молекулу (2 атома) в 10 см³, в уплотненных облаках — туманностях она достигает нескольких тысяч молекул. Если концентрация превышает 20 атомов водорода в 1 см³, то начинается процесс сближения, перерастающий в аккрецию (слипание).

Вещественный состав. Из общей массы вещества Вселенной только около 1/10 является видимым (светящимся), остальные 9/10 — невидимое (несветящееся) вещество. Видимое вещество, о составе которого можно уверенно судить по характеру спектра излучения, представлено в основном водородом (80—70%) и гелием (20—30%). Других химических элементов в светящейся массе вещества настолько мало, что ими можно пренебречь. Во Вселенной не обнаружено значительного количества антивещества, за исключением малой доли антипротонов в космических лучах.

Вселенная заполнена электромагнитным излучением, которое называют реликтовым, т.е. оставшимся от ранних стадий эволюции Вселенной.

Однородность, изотропность и структурность. Вглобальном масштабе Вселенная считается изотропной и однородной. Признаком изотропности, т.е. независимости свойств объектов от направления в пространстве, является равномерность распределения реликтового излучения. Самые точные современные измерения не обнаружили отклонений в интенсивности этого излучения в разных направлениях и в зависимости от времени суток, что одновременно свидетельствует о большой однородности Вселенной.

Другой особенностью Вселенной является неоднородность и структурность (дискретность) в малом масштабе. В глобальном масштабе в сотни мегапарсек вещество Вселенной можно рассматривать как однородную непрерывную среду, частицами которой являются галактики и даже скопления галактик. При более детальном рассмотрении отмечается структурированность Вселенной. Структурными элементами Вселенной являются космические тела, прежде всего звезды, образующие звездные системы разного ранга: галактика — скопление галактик — Метагалактика, Для них характерны локализация в пространстве, движение вокруг общего центра, определенная морфология и иерархия.

Галактика Млечного Пути состоит из 10¹¹ звезд и межзвездной среды. Она принадлежит к спиралевидным системам, которые имеют плоскость симметрии (плоскость диска) и ось симметрии (ось вращения). Сплюснутость диска Галактики, наблюдаемая визуально, свидетельствует о значительной скорости ее вращения вокруг оси. Абсолютная линейная скорость ее объектов постоянна и равна 220—250 км/с (возможно, что она возрастает для очень удаленных от центра объектов). Период вращения Солнца вокруг центра Галактики составляет 160—200 млн лет (в среднем 180 млн лет) и называется галактическим годом.

Эволюция Вселенной. В соответствии с моделью расширяющейся Вселенной, разработанной А.А.Фридманом на основании общей теории относительности А. Эйнштейна, установлено, что:

1) в начале эволюции Вселенная пережила состояние космологической сингулярности, когда плотность ее вещества равнялась бесконечности, а температура превосходила 10²⁸ К (при плотности свыше 10⁹³ г/см³ вещество обладает неизученными квантовыми свойствами пространства-времени и тяготения);

2) вещество, находящееся в сингулярном состоянии, подверглось внезапному расширению, которое можно сравнить со взрывом («Большой взрыв»);

3) в условиях нестационарности расширяющейся Вселенной плотность и температура вещества убывают во времени, т.е. в процессе эволюции;

4) при температуре порядка 10⁹ К осуществлялся нуклеосинтез, в результате которого произошла химическая дифференциация вещества и возникла химическая структура Вселенной;

5) исходя из этого Вселенная не могла существовать вечно и ее возраст определяют от 13 до 18 млрд лет.