Visatos struktūra ir jos susidarymas
5 (100%) 1 vote

Visatos struktūra ir jos susidarymas

Visatos struktūra ir jos susidarymas

Tolimiems mūsų proseneliams astronominiai reiškiniai ir patys dangaus šviesuliai buvo tik dalis gamtos. Toje tolimoje epochoje, kai žmonės buvo visiškai bejėgiai prieš gamtą, atsirado tikėjimas antgamtinėmis jėgomis, kurios tariamai sukūrusios pasaulį ir jį valdančios. Daugelį amžių buvo dievinami Mėnulis ir Saulė, juos garbindavo kaip gyvas ir galingas būtybes.

Pirmieji pasaulio sandaros vaizdiniai buvo labai naivūs. Jie buvo persipynę su religiniais įsitikinimais, kurių pagrindą sudarė pasaulio padalijimas į dvi dalis – žemiškąjį ir dangiškąjį. Be to žemiškoji dalis buvo priešpastatoma dangiškajai. Buvo manoma, kad Žemę gaubia tvirtas dangaus skliautas, prie kurio prisegtos žvaigždės, o Žemė buvo laikoma nejudančiu visatos centru.

Žemės kaip visatos centro vaizdinys vėliau sudarė geocentrinės pasaulio sistemos pagrindą. Buvo manoma, kad žemė nejuda, o planetos ir žvaigždės esančios pritvirtintos prie krištolinių sferų, kurios sukasi apie Žemę. Geocentrinę pasaulio sistemą daugelį amžių rėmė bažnyčios autoritetas.

Tikrą revoliuciją astronomijos moksle padarė M. Kopernikas. Jo nauja heliocentrinė pasaulio sistema buvo pagrįsta teiginiu, kad Žemė sukasi apie ašį ir skrieja aplink Saulę. Pasaulio centre atsiranda ne Žemė, o Saulė. Apie Žemę skrieja tik Mėnulis. Koperniko mokslas smogė triuškinantį smūgį geocentrinei pasaulio sistemai. Koperniko atradimas galingai pastūmėjo visą gamtos mokslą ir materialistinės filosofijos raidą.

1609m. G.Galilėjus pirmasis dangui tirti panaudojo teleskopą. Jam priklauso atradimai, patvirtinantys Koperniko mokslo teisingumą.

Nors bažnyčia engė ir baudė heliocentrizmo šalininkus, tai negalėjo sulaikyti šio mokslo idėjų plitimo. Austrijoje J. Kepleris, atradęs planetų judėjimo dėsnius, išplėtė Koperniko mokslą. Didysis Niutonas paskelbė savo garsųjį visuotinės traukos dėsnį. Koperniko mokslą drąsiai palaikė M. Lomonosovas, kuris 1761m. atrado Veneros atmosferą, gynė idėją, kad gali būti daug gyvenamų pasaulių.

Prieš dvidešimt milijardų metų…….Didysis sprogimas

Nieko. Tuo metu nebuvo netgi laiko. Tačiau iš tos nebūties turėjo prasidėti viskas. Žmonės visuomet bandė atskleisti pasaulio atsiradimo paslaptį, dar netgi neturėdami tam žinių ir technikos. Jį savaip nupasakoti bandė visos civilizacijos, visos religijos. Šiandien astronomai turi savą paaiškinimą, vadinamą „ Didžiuoju sprogimu“. Tai serija mokslinių hipotezių, kurias patvirtina stebėjimai…..

Astronomijos šaka, tirianti Visatos objektų kilmę ir raidą, vadinama kosmologija.

Pirmosios akimirkos

Mūsų visata atsirado iš Didžiojo sprogimo. Prieš tai nebuvo nieko. Visiška nebūtis, nesuvokiama žmogaus protui. Ir staiga milžiniška energijos koncentracija. Nuo to laiko praėjo 20 milijardų metų. Per keletą sekundės dalelyčių energija virsta materija. Neįtikėtinas tankis: visa mūsų visata- „siuvimo pirštelyje“. Temperatūra: keli milijardai milijardų milijardų laipsnių. Sprogimo paveikta, materija pradeda sklaidytis, toldama nuo pradinio taško. Prasideda visatos plėtimasis… ir ji dar nesibaigė. Vieni mano, jog šiam plėtimuisi nebus galo. Kiti- kad plėtimosi jėga, atsiradusi iš Didžiojo sprogimo, susilpnės ir sustiprės trauka, kuria visatos centras veikia galaktikas. Tuomet mūsų Visata susitrauks, sugniuš. Tai bus atvirkštinis Didysis sprogimas: „ Didysis susitraukimas“. O po jo- kodėl gi ne?- vėl Didysis sprogimas… Ši amžino pasikartojimo teorija prieštarauja nenutrūkstamo plėtimosi teorijai. Bet nė viena jų nepadeda atsakyti į vienintelį tikrą klausimą: kaip visa tai prasidėjo?

Visatos evoliucijos etapai:.

• Vos įvykus Didžiajam sprogimui visata panaši į karštą materijos ir energijos sriubą. Prasideda plėtimasis. Per milijardines sekundės dalelytes temperatūra krinta keliais milijardais laipsnių.

• Nepertraukiamas slėgio bei temperatūros kitimas sukelia elementariųjų materijos ir energijos dalelių pokyčius.

• Visata sparčiai pučiasi.

• Dėl gravitacijos( visuotinės traukos) plėtimasis ima lėtėti.

• Milijoninė sekundės dalelytė po Didžiojo sprogimo: pasirodo pirmosios elementarios materijos „plytos“- kvarkai(elementariosios dalelės, panašios į mažučius kamuoliukus).

• Kiek vėliau susijungia du protonai ir du neutronai: atsiranda pirmasis atomo branduolys. Tai helio branduolys. Temperatūra jau „tik“ 3 milijonai laipsnių.

• Minutė po Didžiojo sprogimo: dėl svaiginamu greičiu mažėjančio tankio elektronai ima laisvai suktis apie atomų branduolius. Susidaro pirmi vandenilio, po to helio atomai. Šių atomų visatoje liks gausiausia: vandenilis ir helis sudaro 99% visatos materijos.

• Praėjus penkioms pirmoms minutėms visata plečiasi ir vėsta jau lėčiau: tai materijos era. Per 1 milijoną metų temperatūra nukrinta iki 3000 laipsnių. Susidaro palankios sąlygos žvaigždėms atsirasti.

• Praėjus 500 000 metų po Didžiojo sprogimo, visatos vandenilis ir helis telkiasi į milžiniškus gumulus.

• Praeina dar 500 000 metų: šiuose gumuluose kondensuojasi žvaigždės ir telkiasi į spiečius.

• Dar po 3 milijardų
metų tie žvaigždžių spiečiai jungiasi, sudarydami progalaktikas, kurios dėl gravitacijos poveikio taps mums žinomomis galaktikomis.

Visatos struktūros užuomazgos atsirado Planko eroje. Vieningoji sąveika išsiskirstė į atskiras sąveikas. Visata vystėsi visomis kryptimis vienodai, tačiau buvo ir netolygumų dėl manoma gravitacinės sąrangos.

Visatos modeliai

Stacionari ir begalinė visata

Tai begalinė laike ir erdvėje, stacionari ir tolydinė Visata. Erdvė joje trimatė, euklidinė. Tokią Visatą- tolygiai užpildytą žvaigždėmis ir galaktikomis euklidinę erdvę- nesunku įsivaizuoti, nors begalybės suvokimas ir sukelia kai kurių sunkumų. Iš pirmo žvilgsnio čia sunkumai atrodė daugiau psichologinio, negu fizinio pobūdžio. Tačiau nuodugnesnė analizė atskleidė tris tokias Visatos ypatybes, kurių niekaip nebuvo galima suderinti su stebėjimų duomenimis. Tai vadinamieji stacionarios, begalinės Visatos paradoksai.

Olberso fotometrinis paradoksas

Nesudėtingi skaičiavimai verčia manyti, kad dangus naktį turėtų švytėti,kaip ištisinis Saulės diskas, nes begalinėje Visatoje žvilgsnis bet kuria kryptimi turėtų remtis į žvaigždės paviršių. Užsidangstymas dujų- dulkių debesimis paradokso nepanaikina, nes per baigtinį laiko tarpą tie debesys, įkaitę nuo krintančios į juos spindulių energijos, patys pradėtų švytėti.

Neimano gravitacinis paradoksas

Yra analogiškas savo prigimtimi fotometriniam paradoksui, tik čia sumuojasi begalybės žvaigždžių gravitacijos jėga. Bet kurioje erdvės dalyje ji turėtų formuoti neapibrėžtą begalinę traukos jėgą, kurios tikrumoje nėra.

Termodinaminis paradoksas

Jeigu Visatos egzistavimas praeityje yra begalinis, tada, taikant antrąjį termodinamikos dėsnį, gaunamas pats netikėčiausias sprendimas. Tokiu atveju šiandien turėtų būti išnykusios visos žvaigždžių sistemos, subyrėjusios pačios žvaigždės, planetos ir kiti dangaus kūnai. Vadinasi, šiandieninis mūsų egzistavimas taptų „neįteisintu“.

Galimas dalykas,kad antrojo termodinamikos dėsnio iš viso negalima taikyti visai Visatai, tačiau daugelis kitų bandymų išvengti minėtų pradoksų šiuo metu nebeturi prasmės, nes stebėjimų duomenys nenuginčijamai sugriovė begalinės ir stacionarios Visatos modelį.

Einšteino ir Fridmano Visatos modeliai

Sekantis žingsnis kosmologijoje buvo Einšteino priedas prie reliatyvumo teorijos- stacionarios ir baigtinės Visatos modelis. Visų pirma Einšteinas atsisakė begalybės, o vietoj jos į savo lygtis įvedė Λ konstantą. Šios konstantos fizikinė prasmė apytiksliai paaiškėja, išreiškus ją jėga, priešinga gravitacijos. Skirtumas tik tas, kad ši jėga ne tiek veikia atskirus dangaus kūnus, kiek stengiasi išplėsti pačią erdvę. Kadangi pagal reliatyvumo teoriją erdvė yra neatskiriama nuo materijos, Einšteino modelyje susidaro pusiausvyra tarp gravitacinės jėgos ir Λ jėgos. Tačiau tuomet erdvė nebetenka euklidinio plokštumo- trimatė erdvė įgyja teigiamą kreivumą ir sudaro uždarą trimatę sferą su kreivumo spinduliu.

Einšteino trimatė erdvė yra bekraštė, kaip bekraštis yra dvimatis sferos paviršius, bet, panašiai kaip pastarasis, yra riboto paviršiaus. Taigi tokia erdvė yra baigtinė pagal tūrį ir pagal joje esantį materijos kiekį. Uždaros trimatės bekraštės erdvės įsivaizduoti nesugebame, šį reiškinį galima apibūdinti tik matematiniais jo parametrų santykiais. Nepriklausomai nuo gana realaus vidutinio materijos tankumo Visatoje, kurį prognozavo Einšteino Visatos modelis, jis neatitinka tikrovės, nes mus supanti Visata nėra stacionari. Jos savybės, laikui bėgant, keičiasi.

1922- 1924 metais tarybinis matematikas F. Fridmanas išsprendė reliatyvistinės erdvės lygtis be Λ nario ir pirmą kartą gavo nestacionarios Visatos modelius. Įdomu, kad pačios galaktikos su savo žvaigždėmis ir planetomis nesiplečia. Priešingu atveju mes iš viso negalėtume pastebėti Visatos modelio pasikeitimo.

Stebėjimai ir visatos modeliai

1929 m. stebėjimais buvo gautas pirmas fundamentalus argumentas, patvirtinantis Visatos plėtimosi hipotezę. Tai buvo empirinis Hablo dėsnis

υ ═ HR. Savo laiku buvo bandoma paaiškinti raudonąjį galaktikų spektrų poslinkį fotonų sąveika su tarpgalaktine medžiaga; spontaniniu fotonų skilimu, atiduodant energiją neutrino- antineutrino porai ar tarpgalaktinei medžiagai; fotonų senėjimu ir kt. tačiau nė vienas šių teiginių nebuvo iki galo pagrįstas, o dabar visa eilė naujų tiesioginių ir netiesioginių įrodymų byloja apie doplerinę raudonojo poslinkio kilmę ir Visatos plėtimąsi. Tokiais įrodymais galima laikyti:

1) empirinio Hablo dėsnio universalumą visai mus supančiai erdvei;

2) raudonojo poslinkio sutapimą optiniame ir radijo spinduliavimo diapazonuose;

3) Visatos amžiaus derinimąsi su seniausių žvaigždžių amžiumi;

4) reliktinį spinduliavimą;

Statistiškai nustatyti pagal šviesumus arba kampinius skersmenis galaktikų spiečių atstumai labai gerai derinasi su Hablo dėsniu visomis dangaus sferos kryptimis. Tai byloja apie visuotinį galaktikų tolimą nuo mūsų. Tačiau tai nereiškia. kad mes esame Visatos plėtimosi centre. Bet kurios galaktikos gyventojai stebėtų tą patį tariamo centro efektą. Tai nesunku pastebėti, matuojant atstumus tarp taškų, sudėliotų
besiplečiančio baliono paviršiaus.Visatos amžius

Jeigu Visata pradėjo plėstis nuo singuliarinio taško, tai šiuo metu turėtų galioti nelygybė: T0 daugiau arba lygu Tžv; ( čia T0- šiandieninis Visatos amžius nuo singuliarinio taško, o T žv- seniausių žvaigždžių amžius.)

Visatos amžių būtų nesunku apskaičiuoti pagal Hablo konstantą, nes: H0 ═ h1 ═ ŕab ⁄ ŕab ; ( čia rab- atstumas dviejų Visatos taškų, ŕab- pirmos eilės laiko išvestinė arba greitis).

Pastaruoju metu buvo įprasta manyti, kad Hablo konstanta lygi 75km ⁄ s Mps. Tačiau pastarieji amerikiečio Aleno Sendidžo darbai rodo, kad šią konstantą tenka sumažinti iki 50,3 km ⁄ s Mps. Kadangi gana daug astronomų palaikė Hablo konstantos sumažinimo tendenciją, o ir A..Sendidžo darbo tikslumas bei eksperimentinės medžiagos gausumas bylojo jo išvadų naudai, tolesniuose skaičiavimuose ir mes taikome H0 konstanos reikšmę. Pagal formulę: T0 ═ 1 ⁄ H0, nes 1 ⁄ H0 ═ rab ⁄ ŕab ═ T0.

Visatos amžius pagal šią formulę lygus 19 • 10 ( devintame) metų.

Tačiau yra gana daug netiesioginių duomenų, o pati plėtimosi teorija byloja, kad Visatos plėtimasis nevyko pastoviu greičiu ir Hablo konstanta to plėtimosi metu taip pat keitėsi.

Žinant galaktikų sklaidymosi greičius, galima apskaičiuoti, kada prasidėjo Visatos plėtimasis. Maždaug prieš 20 milijardų metų visa Visatos materija buvo susitelkusi singuliariniame taške, kuriam sprogus prasidėjo Visatos evoliucija. Už didžiojo sprogimo hipotezę byloja stebėjimai. 1965m. JAV radiofizikai Robertas Vilsonas ir Arnas Penzijas aptiko iš visų pusių vienodai sklindantį 7,3 bangos ilgio foninį kosminį radijo spinduliavimą. Šis spinduliavimas nesusijęs su jokiais dangaus kūnais, jo priežastis negali būti kuris nors žinomas fizikinis procesas. Tačiau šis atradimas nuostabiai gerai derinosi su didžiojo sprogimo hipoteze – jį jau seniau teoriškai buvo numatę astrofizikai. Taip turėjo spinduliuoti atsiradusi po sprogimo medžiaga, iš kurios dar nebuvo susidariusios žvaigždės ir galaktikos. Per 20 milijardų metų spinduliai plėtėsi kartu su besiplečiančia Metagalaktika ir, pasklidę lygiai į visas puses, tebeklajoja Visatos erdvėje. Atrastasis spinduliavimas buvo pavadintas reliktiniu ( lot. relictus- paliktas). Reliktiniai spinduliai sklinda iš visų dangaus pusių, o ne iš vienos – sprogimo- pusės todėl, kad jie daugybę kartų keitė kryptį, atsispindėdami nuo elementariųjų dalelių, ir tokiu būdu tolygiai pasiskirstė po visą erdvę. Reliktinės radijo bangos mus pasiekia tarsi prieš milijardus metų įvykusio sprogimo aidas. Jų atsiradimas buvo svarus argumentas, patvirtinantis didžiojo sprogimo ir Visatos plėtimosi hipotezę.

Už reliktinio spinduliavimo atradimą R. Vilsonas ir A. Penzijas 1978m. apdovanoti Nobelio premija.

Visatos sandara

Nuo aplinkinių žvaigždžių visumos Saulė 16 km ⁄ s greičiu lekia Heraklio žvaigždyno link. Be mūsų galaktikos, Visatoje yra daugybė panašių žvaigždžių sistemų. Jų buvimą 1920 m. Įrodė JAV astronomas Edvinas Hablas.

Pro galingus šiuolaikinius teleskopus matyti milijonai įvairiausių formų galaktikų, nutolusių nuo mūsų milijonų ir milijardų šviesmečių atstumu. Ir į didžiausius tolius erdvėje žvelgdamas, žmogus mato joje pasklidos medžiagos debesis ir galaktikas. Šios sistemos nepaprastai didelės, bet atstumai tarp jų dar didesni. Visata visų pirma tuštuma. Kad pereitų šią tuštumą ir pasiektų mus, žvaigždžių šviesai, nors sklinda ji nepaprastu greičiu, reikia milijardų metų. Vadinasi, juo toliau akis skverbiasi į erdvę, juo į senesnius laikus žmogus patenka. Pavyzdžiui, šviesa iki šiol nematytos žvaigždės, kuri sprogo prieš 170 000 metų, Žemę pasiekė tik 1987 metais.Priklausomybė nuo žemės metų laikų sudarė prielaidas, kas šviesa sklinda baigtiniu greičiu. Artimiausios žvaigždės, iki kurių šviesa sklinda 4 metus. Plika akimi Lietuvoje matoma vienintelė galaktika- Didysis Andromedos ūkas, arba Andromedos galaktika.

Šiuo metu Jūs matote 31% šio straipsnio.
Matomi 2171 žodžiai iš 7030 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.