Сучасна космологія і проблема прихованої маси у Всесвіті

Московський ДержавнийУніверситет Печатки

Концепції сучасного природознавства

Тема:В«Сучасна космологія і

проблема прихованої маси у Всесвіті В»

Здано -В« добре В»

Москва

2003

1. ВСТУП

Прагнення представити структурувсього навколишнього світу завжди було однією з насущних потреблюдства, що розвивається. В«Як улаштований світ? Чому існує? Звідкивзявся? В»- це приклади вічних питань. Їх задавали собі люди і тоді, колисправжньої науки ще не було, і потім, коли зароджується і набирає силу, почало свій нескінченний рух у відшуканні істини. Під час роботинад цією темою була зроблена спроба невеликого аналізу історії космологіїі проблеми прихованої маси у Всесвіті.

На кожному історичному етапі у людейбули різні пануючі уявлення про Всесвіт. Ці уявленнявідображали той рівень знань і досвід вивчення природи, який досягався навідповідному етапі розвитку суспільства. У міру того як розширилисяпросторові (і тимчасові) масштаби пізнаної людиною частини Всесвіту,мінялися і космологічні уявлення. Першою космологічною моделлю, що маєМатематичне обгрунтовування, можна рахувати геоцентричну систему миру К.Птолемея (II століття н. Е..). В системі Птолемея в центрі Всесвіту була нерухомакуляста Земля, а навкруги неї звертався Місяць, Сонце, планети, рухоміскладною системою кіл - В«епіциклівВ» і В«диферентівВ», і, нарешті, всіце було укладено в сферу нерухомих зірок. Тобто система претендувала наопис всього матеріального світу, тобто була саме космологічною системою.Як би наївно з нашої сьогоднішньої точки зору не виглядав цей В«весь світВ»,необхідно відзначити, що в ній було раціональне зерно - дещо ця системаописувала в основному правильно. Звичайно, правильний опис торкався не всьогосвіту, всього Всесвіту, а тільки маленької його частини. Що ж у цій системібуло правильним? Правильним було уявлення про нашу планету як прокулясте тіло, вільно що висить в просторі; правильним було те, щоМісяць обертається навколо Землі. Все інше, як з'ясувалося, не відповідалодійсності. Наука тоді була ще в такому стані, що, за виняткомокремих геніальних припущень, не могла вийти за рамки системи Земля - ​​̳сяць.Система миру Птолемея панувала в науці близько 1,5 тисяч років. Потім їїзмінила геліоцентрична система світу Н. Коперника (XVI століття і. е..).

Революція, виробленав науці навчанням Коперника, зв'язана в першу чергу з тим, що наша Земля булавизнана рядовою планетою. Зникло всяке зіставлення В«земногоВ» іВ«НебесногоВ». Система Коперника також вважалася системою В«всього світуВ». У центрімиру було Сонце, навкруги якого зверталися планети. Все це охоплювала сферанерухомих зірок.

Як ми знаємо тепер, внасправді система Коперника була зовсім не В«системою мируВ», а схемоюбудови Сонячної системи, і в цьому значенні була правильною.

Надалі незвичайнерозширення масштабів дослідженого миру завдяки винаходу і вдосконаленнютелескопів привело до уявлення про зоряний Всесвіт. Нарешті, на початку XXстоліття виникло уявлення про Всесвіт як про світ галактик (метагалактики). Прирозгляді цього історичного ланцюжка змін космологічних уявлень яснопростежується наступний факт. Кожна В«система мируВ» по суті була моделлюнайбільшої достатньо добре вивченої на той час системи небесних тіл.Так, модель Птолемея правильно відображала будову системи Земля - ​​̳сяць, системаКоперника була моделлю Сонячної системи, ідеї моделі зоряного миру В.Гершеля і ін відображали деякі риси будови нашої зоряної системи -Галактики. Але кожна з цих моделей претендувала свого часу на описбудови В«всього ВсесвітуВ». Ця ж тенденція на новому рівні простежується, якми побачимо, і в розвитку сучасної космології в XX столітті.

2. ТРОХИ істо

Розглянемо дуже стисло,які етапи пройшов розвиток науки про Всесвіт вже у наш час. Сучаснакосмологія виникла на початку XX століття після створення А. Ейнштейномрелятивістської теорії тяжіння (загальної теорії відносності).

Перша релятивістськакосмологічна модель, заснована на новій теорії тяжіння і що претендує наопис всього Всесвіту, була побудована А. Ейнштейном в 1917 р. Проте вонаописувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні нагляди,виявилася невірною.

У 1922-1924 рр.. радянськимматематиком А. А. Фрідманом були одержані загальні рішення рівнянь Ейнштейна,застосованих до опису всього Всесвіту. Виявилося, що в загальному вигляді ці рішенняописують Всесвіт, змінну з часом. Зоряні сис-теми,заповнюють простір, не можуть знаходитися в середньому на незмінних відстаняходин від одного. Вони повинні або віддалятися, або зближуватися. Ми уви-дим далі,що це є неминучим слідством наявності сил тяжіння, якіочолюють в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвітповинна або розширюватися, або стискатися. Висновок цей означав коріннуперебудову наших найзагальніших уявлень про Всесвіт і далеко не відразу бувзрозумів і прийнятий навіть самим передовим розумом людства. У 1929 р. аме-ріканськийастроном Е. Хаббл за допомогою астрофізичних наглядів відкрив розширенняоточуючого нас світу галактик, відкрив розширення Всесвіту, підтверджуючеправильність висновків А.А. Фрідмана. Моделі Фрідмана є основою всьогоподальшого розвитку космології. Як ми побачимо далі, ці моделі описувалимеханічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальнуструктуру. Якщо колишні Космологічні побудови були покликані описуватиголовним чином саме спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним всередньому рухом світів в ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними,зв'язували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. ВЗокрема, з цієї теорії виходило, що у далекому минулому Всесвіт був зовсімсхожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл,ні їх систем, вся речовина була майже однорідною, дуже щільною і швидкорозширювалося. Тільки значно пізніше з цієї речовини виникли галактики іїх скупчення. Починаючи з кінця 40-х років нашого століття вся більша увага в космологіїпривертає фізика процесів на різний етапах космологічного розширення.

У цей час Г. Гамовим була висунута так звана теорія гарячого Всесвіту. У цій теорії розглядалисяядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дужещільній речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини булавелика (звідси і назва теорії) і падала з розширенням. Хоча в першихваріантах теорії і були ще істотні недоліки (згодом вони булиусунені), вона зробила два важливі прогнози, які могли бути перевіреніспостереженнями. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалисяперші зірки і галактики, повинна складатися головним чином з водню(Приблизно на 75%) і гелію (близько 25%), домішка інших хімічних елементівнезначна. Інше виведення теорії полягало в тому, що в сьогоднішньому Всесвітіповинне існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохивеликої густини і температури речовини. Це випромінювання, що остигнуло в ходірозширення Всесвіту, було названо радянським астрофізиком І. С. Шкловськимреліктовим випромінюванням. Обидва прогнози теорії блискуче підтвердилися.

До цього ж часу (кінець 40-х років)відноситься поява принципово нових наглядових можливостей в космології.Виникла радіоастрономія, а потім після початку космічної ери розвинулася рентгенівська,гамма-астрономія і ін Нові можливості з'явилися і у оптичної астрономії.Зараз різними методами Всесвіт досліджується аж до відстаней в декількамільярдів парсеків (парсек - одиниця відстані, що використовується астрономами ірівна зразково трьом світловим рокам або 3 • 10 18 див.).

У 1965 р. американські фізики А.Пензіас і Р. Вилсон відкрили реліктове випромінювання, за що в 1978 р. вонибули удостоєні Нобелівської премії. ...Це відкриття довело справедливість теоріїгарячого Всесвіту.

Сучасний етап урозвитку космології характеризується інтенсивним дослідженням проблеми початкукосмологічного розширення, коли густина матерії і енергії частинок була величезною.Керівними ідеями тут є нові теоретичні відкриття у фізицівзаємодії елементарних частинок при дуже великих енергіях. Іншою важливоюпроблемою космології є проблема виникнення структури Всесвіту -скупчень галактик, самих галактик і т.д. з первинно майже однорідноїрозширюється речовини.

Сучасна космологія побудованапрацями багатьох учених всього світу. Можна відзначити важливу роль наукових шкіл,створених в нашій країні академіками В.Л. Гінзбургом, Я. Зельдовічем, Є. М.Лівшицем, М.А. Марковим, І.М. Халатниковим.

Слід підкреслити визначальну рольастрофізичних наглядів в розвитку сучасної космології. Її висновки тависновки перевіряються прямими або непрямими спостереженнями. Сьогодні ми можемосудити про будову і еволюцію спостережуваного нами Всесвіту з тим же ступенемнадійності, з якою ми судимо про будову і еволюцію зірок, про природу іншихнебесних тіл.

На даному етапі вважається, щозоряні системи - галактики - складаються з сотень мільярдів зірок. Їх розміричасто досягають десятків тисяч парсеків. Галактики у свою чергу зібрані вгрупи і скупчення. Розміри крупних скупчень - декілька мільйонів парсеків(Мпк). Є і ще більші по масштабах згущування і розрідження врозподілі галактик. Однак, починаючи з масштабами в декілька сотеньмільйонів парсеків в більше розподіл речовини у Всесвіті можна вважатиоднорідним.

3. МОДЕЛЬ ВСЕСВІТУ

Що значить, побудувати модельВсесвіту? Найбільший загальний відповідь на це питання така: необхідно знайти рівняння,яким підкоряються параметри, що характеризують властивості Всесвіту, і потімвирішити ці рівняння. Але як можна писати якісь рівняння для всьогоВсесвіту? У цьому і наступних розділах ми покажемо, як це робиться. Зрозумілопід словом В«модельВ» мається на увазі виділення якісь основних властивостей,цікавлять дослідників в першу чергу. Наперед очевидно, що кожнеявище нескінченно багатоманітне і всі його риси не може описати ніякасистема рівнянь. Сказане тим більше справедливе для Всесвіту. Томузвичайний метод моделювання якого-небудь явища - це виділення в ньомуголовного, ти-типові.

Коли ми говоримо про Всесвіт, нас впершу чергу цікавить розподіл речовини в найбільших масштабах і їїрух. Значить, нам належить побудувати математичну модель, що описуєрозподіл речовини в просторі і його рух. Що стосуєтьсярозподілу речовини у великих масштабах, то, як вже було сказано, його можназ хорошою точністю вважати однорідним по простору. Немає у Всесвіті інебудь виділених напрямів. Як кажуть, наш Всесвіт однорідний іізотропна. Що визначає рух речовини в космічних масштабах? Звичайнож, це, в першу чергу, сили всесвітньою тяжіння - вони очолюють уВсесвіту. Їх називають також силами гравітації.

Отже, для побудови моделі Всесвітунеобхідно скористатися рівняннями тяжіння. Закон всесвітнього тяжіннябув встановлений І. Ньютоном. Його справедливість підтверджувалася протягомстоліть найрізноманітнішими астрономічними спостереженнями і лабораторнимиекспериментами. Однак А. Ейнштейн показав, що закон тяжіння Ньютонасправедливий лише в порівняно слабких полях тяжіння. Для сильних же полівнеобхідно застосовувати релятивістську теорію гравітації - загальну теоріювідносності. Які ж поля слід вважати достатньо сильними? Відповідьтака: якщо поле тяжіння розгонить падаючі в ньому тіла до швидкостей, близькихдо швидкості світла, то це сильне поле. Яка сила гравітаційного поля підВсесвіту? Легко показати, що поля там повинні бути величезними.

А. А. Фрідман скористався дляпобудови моделі Всесвіту рівняннями Ейнштейна. Проте багато років опісляз'ясувалося, що для побудови механіки руху мас в однорідному Всесвітінемає необхідності використовувати найскладніший математичний апарат теоріїЕйнштейна. Це було показано в 1934 р. Е. Милном і В. Маккрі. При-чина цієїдивної можливості полягає в наступному. Сферично-симетричнаматеріальна оболонка не створює ніякого гравітаційного поля у всій внутрішнійпорожнини.

Тепер звернемося дорозгляду сил тяжіння у Всесвіті. У великих масштабах розподілречовини у Всесвіті можна вважати однорідним. Розглянемо спочатку сили тяжіння,створювані на поверхні кулі тільки речовиною самої кулі, і не будемо покирозглядати всі решта речовини Всесвіту. Хай радіус кулі вибраний незанадто великим, так що поле тяжіння, створюване речовиною кулі,відносно слабке і застосовна теорія Ньютона для обчислення сили тяжіння.Тоді галактики, що знаходяться на граничній сфері, притягуватимуться до центрукулі з силою, пропорційною масі кулі, і обернено пропорційною квадратуйого радіусу.

Тепер згадаємо про всерешту речовини Всесвіту зовні кулі і спробуємо врахувати сили тяжіння, нимстворювані. Для цього будемо розглядати послідовно сферичніоболонки все більшого і більшого радіусу, охоплюючі кулю. Але, як булосказано вище, що сферично-симетричні шари речовини ніяких гравітаційнихсил усередині порожнини не створюють. Отже, всі цісферично-симетричні оболонки (тобто вся решта речовини Всесвіту)нічого не додадуть до сили тяжіння, яке випробовує галактика на поверхнікулі до його центру . Такий же висновок справедливий в загальній теоріївідносності. Тепер ясно, чому для виведення законів руху мас воднорідному Всесвіті можна скористатися теорією Ньютона, а не Ейнштейна.

Ми вибрали кулю достатньомалим, щоб була застосовна теорія Ньютона для обчислення гравітаційних сил,створюваних його речовиною. Маси решти Всесвіту, що оточують кулю, на силигравітації в даній кулі ніяк не вплинуть. Але ніяких інших сил в однорідномуВселен-ної взагалі немає. Дійсно, це могли б бути тільки сили тискуречовини. Але навіть якщо тиск є (а у далекому минулому тиск уВсесвіті був величезним), то воно не створює гідродинамічної сили. Адже такасила виникає тільки при перепаді тиску від місця до місця. Згадаймо, що мине відчуваємо ніякої сили від великого тиску нашої атмосфери через те, щоусередині нас повітря створює точно такий же тиск. Ніякого перепаду немає - немаєі сили. Але наш Всесвіт однорідний. Значить, в будь-який момент часу ігустина, і тиск (якщо воно є) скрізь однакові, і ніякого перепадутиску бути не може.

Отже, для визначеннядинаміки речовини нашої кулі істотне тільки тяжіння його маси, визначуванепо теорії Ньютона. Але Всесвіт однорідний. Це означає, що всі області їїеквівалентні. Якщо визначити рух речовини в даній кулі, можна знайти,як міняються в ньому густина, тиск, то тим самим знайдемо зміну цихвеличин і в будь-якому іншому місці, у всьому Всесвіті.

4. ПЕРШАКосмологічні моделі Всесвіту - модель Ейнштейна

Перша космологічна модель була побудованаА. Ейнштейном в 1917 р. незабаром після створення ним Загальної теорії відносності.Як і все тоді, він вважав, що Всесвіт повинен бути стаціонарна, вона неможе направлений еволюціонувати. Ця модель створювалася більш ніж за десятьроків до відкриття Е. Хаббла. А. Ейнштейн, мабуть, нічого не знав про великішвидкості деяких галактик, які на той час вже були виміряні. До тогож у той час не було ще надійних доказів, що галактики - дійснодалекі зоряні системи. Висловлюючи свою Модель, Ейнштейн писав: В«найважливіше зівсе, що вам відомо з досвіду про розподіл матерії, полягає в тому,що відносні швидкості зірок дуже малі в порівнянні з швидкістю світла.Тому я вважаю, що на перших порах в основу наших міркувань можнапокласти наступне наближене допущення: є координатна система,щодо якої матерію можна розглядати знаходиться протягомтривалого часу у спокої В».

Виходячи з таких міркувань, Ейнштейнввів космічну силу відштовхування, яка робила світ стаціонарним. Ця силауніверсальна: вона залежить не від маси тіл, а тільки від відстані, їхрозділяє. Прискорення, яке ця сила повідомляє будь-які тіла, рознесенимна відстань , по...винно бути пропорційно відстані. Силивідштовхування, якщо вони, звичайно, існують у природі, можна було б виявитив достатньо точних лабораторних дослідах. Проте крихта величини робить задачуїї лабораторного виявлення абсолютно безнадійної. Дійсно, цеприскорення пропорційно відстані і в малих масштабах нікчемне. Легкопідрахувати, що при вільному падінні тіла на поверхню Землі додатковеприскорення в 10 30 разів менше самого прискорення вільного падіння.Навіть в масштабі Сонячної системи або всієї нашої Галактики ці сили нікчемномалі в порівнянні з силами тяжіння .. Зрозуміло, це відштовхування ніяк непозначається на русі тіл Сонячної системи і може бути знайдене тількипри дослідженні рухів самих найвіддаленіших спостережуваних галактик.

Так, в рівнянняхА.

5.Протягомособливості.Тоді

АлеНіяких

розмірами.

створені.міркувань.Окремі

7.щільності.Такагалактик.

галактики.щільність.

галактик.цьому напрямку, пророблені зтих пір, підтвердили його результат. Якщо у Всесвіті немає помітних кількостейматерії між галактиками, яка чого-небудь не видна, то і Всесвіт завждибуде розширюватися.

Однак, є підстави вважати, щоспостережувані нами галактики ще далеко не все, що є уВсесвіту. Більш того, невидима маса, ймовірно, складає основну частинуВсесвіту. Таким чином, цілком можливо, що безпосередньо спостережувані втелескопи прекрасні узори гігантських галактичних світів - це лише мала видима частина істинної невидимої структури миру. Невидимі масиВсесвіту одержали назву прихованої маси.

8. Прихована маса

Існуючі у Всесвіті тіла іскупчення речовини астрономи знаходять в основному по їх випромінюванню. Цеможе бути видимий спектр або інші види електромагнітних хвиль - все одноє ознаки випромінювання, що дозволяють їх реєструвати. Саме таким спо-собомвстановлено, що велика частина видимої речовини Всесвіту зосереджена взірках. Окрім них є розріджений міжзоряний галактичний газ, пил,тіла планетного типу поблизу зірок.

Однак, не від всіх космічнихоб'єктів можна прийняти випромінювання. Наприклад, із Землі не можна розглянутимасивні, але дуже маленькі елементи подвійних систем. А чорні дірипринципово не відпускають ніякого випромінювання. Наявність подібних тіл вдаєтьсявстановити тільки по їх гравітаційній дії на сусідів. Застосуваннятакого непрямого методу привело учених до переконання, що насправді УВсесвіту міститься набагато більше речовина, ніж то, яке доступне прямимспостереженнями.

Як виникли підозри проіснування прихованої маси? Найважливіші наглядові дані про це зводяться донаступного. За допомогою радіотелескопів спостерігаються рухи супутників окремихгалактик (ними є маленькі галактики) або руху газових хмар. Ціоб'єкти часто рухаються на відстанях далеко за видимою межею галактики(Окресленої масою зірок, що світяться), де, здавалося б, ніякої матерії впомітних кількостях вже немає. Тим не менш, обчислена за цими спостереженнямимаса тієї або іншої галактики, навкруги якої спостерігалися такі рухи,виявлялася іноді раз в десять більше, ніж визначена по руху зірок навидимій межі галактики. Це значить, що навкруги видимого тіла галактикиє якась невидима корона, що містить величезні маси. Тяжіння цихмас ніяк не позначається на рухи зірок глибоко усередині корони на краювидимої галактики, оскільки ми знаємо, що сферична оболонка усередині себетяжіння не створює, але ці маси впливають своїм тяжінням на рух тіл наокраїнах корони і зовні неї.

Ще більші приховані маси є вміжгалактичному просторі в скупченнях галактик. В таких скупченняхгалактики рухаються хаотично. Тому астрофізики спочатку вимірюють швидкостіокремих галактик, а, потім, після знаходження середньої швидкості, обчислюютьповну масу скупчення, що створює загальне поле тяжіння, яке розгонитьрухаються в ньому галактики. Зрозуміло, ця маса включає всю речовину - івидиме, і невидиме. І ось виявляється, що іноді повна маса в багатодесятки разів перевищує сумарну світиться масу всіх галактик в скупченні.

Вперше про приховану масу заговорили в 30-хрр.. ХХ ст. Швейцарський астроном Фріц Цвіккі, вимірюючи по червоному зсувушвидкості галактик з скупчення в сузір'ї Волосся Вероніки, одержавнесподіваний результат. Променеві швидкості цих галактик виявилися дужевисокими і не відповідали загальній масі скупчення, визначеній по числуспостережуваних галактик (тобто по видимому речовині). Тоді Цвіккі видві-нулсміливу гіпотезу, що в скупченні присутня невидима, прихована маса, вона-тоі є причиною великих швидкостей галактик. Але найдивнішим було те,що, згідно розрахункам, ця невидима маса у багато разів перевищувала масу видиму.Та ж картина спостерігалася і в багатьох інших скупченнях галактик

З тих пір гіпотеза про існуванняневидимої речовини неодноразово притягувалася для інтерпретаціїастрономічних спостережень, і перш за все, для пояснення особливостейруху зірок і газових хмар по орбітах в дисках галактик. Якщо босновна маса галактики була зосереджена в зірках, їх орбітальні швидкостізменшувалися б у міру віддалення від центру. У дійсності вони не тільки незменшуються, але у ряді випадків навіть зростають. Те ж саме відбувається і внашій Галактиці. Щоб пояснити це явище, потрібно припустити, що далеко замежами видимих ​​меж галактики тягнеться несветящегося, темна матерія.Зазвичай її називають темним гало. З його обліком маса гігантських спіральних системтипу Чумацького Шляху виявляється рівною приблизно 10 12 масам Сонця,тоді як речовини, укладеного в зірках, у декілька разів менше.

У 70-х рр.. методамирентгенівської астрономії був відкритий гарячий міжгалактичний газ, особливопомітний в скупченнях галактик. Його температура досягає десятків мільйонівградусів. За значенням температури можна оцінити характеристикигравітаційного поля, в якому знаходиться газ, а отже, і повну масуречовини, що є джерелом цього поля. Вже перші результатирентгенівських наглядів гарячого газу в скупченнях галактик підтвердилиприсутність в них прихованої маси, що не входить до складу окремих галактик.

Ще одну пряму вказівку на прихованумасу вдалося одержати при вивченні руху Місцевої групи галактик. (ВМісцевої групи входять наша Галактика і її найближчі сусіди.) У середині 80-хрр.. за результатами дуже успішної місії космічної інфрачервоної обсерваторіїHPAC (IRAS) було встановлено, що рух Місцевої групи в просторінаправлено в ту сторону, де зосереджена велика кількість галактик. У цьомунемає нічого дивного, адже за законом тяжіння велика маса повиннапритягати оточуючі групи галактик. Але виміряна швидкість рухувиявилася надто високою (більш 600км/с), щоб її можна було пояснитигравітаційною дією спостережуваних галактик. Це свідчило проприсутності прихованої маси між галактиками.

Нарешті, спостереження слабких галактик,проведені за допомогою чутливих детекторів випромінювання - ПЗС-матриць, -дозволили не просто підтвердити наявність прихованої маси, але і достатньо точнопозначити її розподіл в скупченнях галактик. Цей метод називаютьгравітаційного лінзування, ідею якого вперше висунув Цвіккі ще в 1937м. Метод цей заснований на тому, що гравітація скупчення галактик діє якзбирала лінза. Вона дозволяє отримати зображення слабких галактик (якправило, 22-28 зоряної величини), що знаходяться далеко за самим скупченням. Прицьому зображення самих галактик стають яскравіше і спотворюються, витягуючись вдуги різної довжини з центром, що збігається з центром скупчення. Аналізуючи такізображення, можна відновити розподіл густини в В«лінзіВ», тобто вскупченні галактик. Виявилося, що створює тяжіння матерія тягнетьсядалеко за межі видимої частини скупчення.

Існування прихованої масикардинально міняє оцінку загальної усередненої густини всіх мас Всесвіту.Можливо, є прихована маса і між скупченнями галактик. Її виявлятиособливо важко. Але якщо це так, то не виключено, що повна середнящільність дорівнює критичної щільності або навіть ...дещо більше. Такимчином, поки не можна сказати, більше чи істинна густина всіх видів речовиниу Всесвіті, ніж критична густина, чи ні. Значить, ми поки не мо-жемсказати точно, чи буде Всесвіт розширюватися необмежено або ж умайбутньому вона почне стискатися.

Що являє собою прихована маса?Треба прямо сказати, що фізична природа прихованої маси поки неясна. Частковоця маса може бути обумовлена ​​величезним числом слабо світяться і томупрактично невидимих ​​здалека зірок або інших несветящегося небесних тіл.Однак імовірніше, що прихована маса є своєрідним реліктом тихфізичних процесів, які протікали в перші миті розширення Всесвіту.Прихована маса, можливо, є сукупністю великого числа елементарнихчастинок, що володіють масою спокою і слабовзаємодіючих зі звичайнимречовиною. Теорія передбачає можливість існування таких частинок. Нимиможуть бути, наприклад, нейтрино, якщо вони володіють масою спокою.

Яка ж природа невидимогоречовини? Можливо, прихована маса створюється не відкритими поки елементарнимичастками. Справа в тому що, згідно сучасної теорії гарячого Всесвіту,максимально можлива маса баріонів (протонів і нейтронів - частинок, з якихскладаються атомні ядра всіх хімічних елементів) не перевищує 10% від маси, необхідноїдля критичної густини, тобто тієї густини, який теоритически повиннаволодіти Всесвіт. Тому залишається або припустити, що у Всесвіті крімзвичайної баріонів (атомної) маси міститься ще дуже багато речовини, нескладається з атомів, або вважати, що порожній простір (вакуум) володієтакими властивостями, що вносить свій внесок в повну густину матерії. В принципінебаріонная прихована маса може бути укладена в легких елементарних частинках(З масою в мільйони разів менше маси спокою електрона), існування якихслід їх сучасній фізичній теорії елементарних частинок. Пошуки такихчастинок посилено ведуться на наймогутніших прискорювачах, але поки не увінчалисяуспіхом.

Однак, частина прихованої маси можливополягає в тілах, що складаються із звичайних атомів. Спостерігаючи речовину, що світиться,можна зробити висновок, що зірки, що містять основну частину видимої матерії, -це лише невелика частина навіть від барионного речовини. Значить у Всесвітінапевно багато невидимих ​​і не відкритих поки об'єктів баріонної природи, швидшевсього газових тіл з масою, проміжною між масою зірок і невеликих планет(Їх називають В«темнимиВ» карликами). Теоретично такими об'єктами можуть бутичорні діри масою близько ста сонячних. Можливо, що ці невидимі об'єкти -частина речовини, що залишилася від епохи утворення галактик, або залишки еволюціїзірок, що існували ще до народження галактик. Хоча таких темних тіл навряд чивистачить для пояснення парадоксу прихованої маси, їх пошуки активно проводяться.Перспективними в цьому відношенні є роботи по гравітаційного мікролінзування.

Досліджуючи ефекти гравітаційногомікролінзування мільйонів зірок в Магелланових хмарах, астрономизареєстрували кілька випадків характерного зміни яскравості далекихслабких зірок. Це може бути пов'язано з існуванням темних об'єктів в галонашої Галак-тики. Однак зі спостережень поки важко остаточно визначити, якучастину маси невидимої речовини вони складають.

9. ВИСНОВОК

Космологія швидко розвивається. Багато новихробіт в цій області з'являється у відкритому друці останніми роками. Алерозповісти про всі неможливо, кожна з них - тема для окремої роботи.

Сьогодні можна досить впевненоукласти: Всесвіт в основному заповнена невидимим речовиною. Воно утворюєпротяжні гало галактик і заповнює міжгалактичний простір,концентруючись в скупченнях галактик.

Отже, спроби розібратися, з чого жскладається Всесвіт, привели у наш час до вельми цікавої ситуації. На початкуХХI сторіччя виявляється, що всі изучавшиеся досі астрономічніоб'єкти становлять лише незначну частку космічної речовини. Цесправжній виклик людському знанню. Залишається сподіватися, що новітні методиастрономії, такі, як метод гравітаційного мікролінзування, дозволять вмайбутньому пролити світло на захоплюючу і загадкову проблему невидимоїречовини в нашій Галактиці і у Всесвіті.

10. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Девіс П. Суперсила: Пер. з англ./Под ред. І з предисл.Е.М. Лейкина. - М.: Мир, 1989. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма ідей у ​​пізнанніприроди (частки, поля, заряди). - М.: Наука. Гол. ред. фіз.-мат. лит.,1988. Чирков Ю.Г. Полювання за кварками. - М.: Мол. Гвардія, 1985. Візгін В.П. Релятивістська теорія тяжіння (витоки таформування). - М.: Наука, 1981. Новиков І.Д. Еволюція Всесвіту. - М.: Наука, 1990. Хокінг С. Від Великого Вибуху до чорних дірок. - М.:Світ, 1990.

11. ЗМІСТ

1. Введення ....................................................................................... 2 2. Трохи історії ............................................................................ 3 3. Модель Всесвіту ......................................................................... 6 4. Перша космологічна модель Всесвіту - модельЕнштейна .................. 8 5. В«ПорожняВ» Всесвіт ......................................................................... 10 6. Гіпотеза В«Великого ВибухуВ» ............................................................. 11 7. В«НепорожнійВ» Всесвіт ..................................................................... 13 8. Прихована маса ................................................................................ 15 9. Висновок .................................................................................... 20 10. список використаної літератури ................................................... 21 11. Зміст ................................................................................. 22

---

Вернуться назад