5 циклов жизни вселенной: на каком этапе мы живём?

‡аключение

‚след за эпохой нуклеосинтеза следует стадиЯ, играющаЯ
немаловажную роль в космологии – эпоха доминированиЯ
(преобладаниЯ) скрытой массы, котораЯ в
зависимости от типа носителЯ скрытой материи наступает примерно при
температуре
T≈105 Љ. ЌачинаЯ с этой
эпохи растут малые возмущениЯ плотности вещества, которые к нашему
времени увеличиваютсЯ настолько, что поЯвлЯютсЯ галактики, звезды и
планеты.

‡атем наступает эпоха рекомбинации водорода, в процессе которой
протоны и электроны объединЯютсЯ и образуетсЯ водород – самый
распространенный элемент во ‚селенной. ќпоха рекомбинации совпадает
с эпохой «просветлениЯ» ‚селенной: плазма исчезает и вещество
становитсЯ прозрачным. ’емпература этой эпохи известна очень хорошо
из лабораторной физики
T≈4500-3000 Љ. Џосле
рекомбинации фотоны доходЯт до наблюдателЯ, практически не
взаимодействуЯ с веществом по дороге, составлЯЯ реликтовое
излучение, энергетический спектр которого
соответствует в настоЯщее времЯ спектру абсолютно черного тела,
нагретого до температуры 2,75 Љ. ђазница в температурах
~3000 и ~3 Љ обусловлена тем, что с эпохи просветлениЯ ‚селенной
ее размеры увеличились примерно в 1000 раз.

‚ промежутке между эпохой рекомбинации и нашим временем
расположена еще одна важнаЯ эпоха – образование крупномасштабной
структуры ‚селенной или образование сверхскоплений
галактик.
“словно эта эпоха приходитсЯ на красное
смещение
z≈10, когда температура
реликтовых фотонов падает до 30 Љ. ‚ промежутке от
z≈10 до
z≈0 лежит эпоха нелинейной
стадии эволюции внегалактических объектов, то есть эпоха обычных
галактик, квазаров, скоплений и сверхскоплений галактик. Ќо все это
уже за рамками настоЯщей статьи.

Как возникли галактики?

Мы так и не выяснили, как появилась галактика, где мы живём. Что уж там – мы даже не успели выяснить, в каком именно месте Вселенной мы живём, наш космический адрес. Для начала вернёмся к моменту, когда водород начал скапливаться в некоторых местах. Иногда водород образовывал дисковые скопления вещества, которые сформировали протогалактические структуры, а уже в этих структурах начинался процесс фрагментации вещества и образования из него звёзд. Возникли первые галактики спустя 400 миллионов лет после Большого Взрыва. Например, наша галактика возникла спустя 420 миллионов лет после зарождения мира.

Делятся галактики на спиральные, эллиптические и неправильные.  – спиральная галактика типа SBbc, или галактика с перемычкой.

Диаметр Млечного пути – 100000 световых лет (то есть, свету необходимо 100000 лет, чтобы пройти через нашу галактику). Количество звёзд в нём – от 100 до 400 миллиардов. Наша Солнечная система делает один оборот вокруг центра галактики за 220 миллионов лет. Но галактика – далеко не самая крупная единица в Вселенной. Наша галактика является центром подгруппы Млечного пути, содержащей в себе нашу галактику и 14 её гравитационных спутников. В свою очередь, она входит в состав Местной группы галактик, включающей в себя подгруппу Андромеды, подгруппу Треугольника и подгруппу Млечного Пути (в общей сложности – 50 галактик). Местная группа галактик входит в состав Местного листа галактик – плоского облака галактик с диаметром 23 миллиона световых лет. Местный лист галактик – часть сверхскопления Девы, которое содержит около 30000 галактик и имеет радиус в 200 миллионов световых лет. А оно, в свою очередь, входит в состав Ланиакеи с диаметром в 520 миллионов световых лет. Центром притяжения Ланиакеи является Великий Аттрактор – огромное сверхскопление галактик, весящее в 100000 раз больше Млечного Пути. На данный момент известно 38 таких сверхскоплений. Но и это ещё не всё. Самые большие структуры во Вселенной – галактические нити и стены. Мы с вами пока не входим в состав какой-либо стены или нити, но учёными уже была предложена Местная Великая Стена, которая включала бы в себя сверхскопление Девы. Самой же большой структурой из известных нам является Великая стена Геркулес-Северная Корона, имеющая диаметр около 10 миллиардов световых лет. Размер наблюдаемой Вселенной равен 46 миллиардам световых лет. А из-за того, что Вселенная расширяется быстрее скорости света, и свет от самых удалённых её объектов до нас просто не дошёл, никто не знает, какой размер она имеет на самом деле.

В итоге наш космический адрес выглядит так:

Земля – Солнечная Система – Млечный Путь – подгруппа Млечного Пути – Местная группа галактик – Местный лист галактик – сверхскопление Девы – Ланиакея – Местная Великая Стена (но это не точно) – Вселенная.

Модификации

Возникновение галактик

Маленькая Вселенная стала колоссальной, и все стало однородным. Но как же быть с галактиками? Оказалось, что в ходе экспоненциального расширения Вселенной маленькие квантовые флуктуации, существующие всегда, даже в пустом пространстве, из-за квантово-механического принципа неопределенности, растягивались до колоссальных размеров и превращались в галактики. Согласно инфляционной теории, галактики — это результат усиления квантовых флуктуаций, т. е. усиленный и замерзший квантовый шум.

Впервые на эту поразительную возможность указали сотрудники ФИАН Вячеслав Федорович Муханов и Геннадий Васильевич Чибисов в работе, основанной на модели, предложенной в 1979 г. Старобинским. Вскоре после этого, аналогичный механизм был обнаружен в новом инфляционном сценарии и в теории хаотической инфляции.

Вечная и бесконечная

Посмотрим еще раз на рисунок, показывающий простейший потенциал скалярного поля (см. выше). В области, где скалярное поле мало, оно осциллирует, и Вселенная не расширяется экспоненциально. В области, где поле достаточно велико, оно медленно спадает, и на нем возникают маленькие флуктуации. В это время происходит экспоненциальное расширение и идет процесс инфляции. Если бы скалярное поле было еще больше (на графике отмечено голубым цветом), то за счет огромного трения оно бы почти не уменьшалось, квантовые флуктуации были бы огромны, и Вселенная могла стать фрактальной.

Представим, что Вселенная быстро расширяется, а в каком-то месте скалярное поле, вместо того чтобы катиться к минимуму энергии, из-за квантовых флуктуаций подскакивает вверх (см. выше). В том месте, где поле подскочило, Вселенная расширяется экспоненциально быстрее. Низкорасположенное поле вряд ли подскочит, но чем выше оно будет находиться, тем больше вероятность такого развития событий, а значит, и экспоненциально большего объема новой области. В каждой из таких ровных областей поле тоже может подскочить наверх, что приводит к созданию новых экспоненциально растущих частей Вселенной. В результате этого, вместо того чтобы быть похожей на один огромный растущий шар, наш мир становится похожим на вечно растущее дерево, состоящее из многих таких шаров.

Инфляционная теория дает нам единственное известное сейчас объяснение однородности наблюдаемой части Вселенной. Парадоксальным образом эта же теория предсказывает, что в предельно больших масштабах наша Вселенная абсолютно неоднородна и выглядит как огромный фрактал.

На рисунке схематически показано, как одна раздувающаяся область Вселенной порождает все новые и новые ее части. В этом смысле она становится вечной и самовосстанавливающейся.

Свойства пространства-времени и законы взаимодействия элементарных частиц друг с другом в разных областях Вселенной могут быть различны, равно как и размерности пространства, и типы вакуума.

Этот факт заслуживает более детального объяснения. Согласно простейшей теории с одним минимумом потенциальной энергии, скалярное поле катится вниз к этому минимуму. Однако более реалистические версии допускают множество минимумов с разной физикой, что напоминает воду, которая может находиться в разных состояниях: жидком, газообразном и твердом. Разные части Вселенной также могут пребывать в разных фазовых состояниях; это возможно в инфляционной теории даже без учета квантовых флуктуаций.

Следующим шагом, основанным на изучении квантовых флуктуаций, является теория самовосстанавливающейся Вселенной. В этой теории учитывается процесс постоянного воссоздания раздувающихся областей и квантовые скачки из одного вакуумного состояния в другое, перебирающие разные возможности и размерности.

Так Вселенная становится вечной, бесконечной и многообразной. Вся Вселенная никогда не сколлапсирует. Однако это не означает, что отсутствуют сингулярности. Напротив, значительная часть физического объема Вселенной все время находится в состоянии, близком к сингулярному. Но так как различные объемы проходят его в разное время, единого конца пространства-времени, после которого все области исчезают, не существует. И тогда вопрос о множественности миров во времени и в пространстве приобретает совершенно другое звучание: Вселенная может самовоспроизводиться бесконечно во всех своих возможных состояниях.

Это утверждение, в основе которого лежали работы Линде сделанные им в 1986 году, прибрело новое звучание несколько лет назад, когда специалисты по теории струн (лидирующий кандидат на роль теории всех фундаментальных взаимодействий) пришли к выводу что в этой теории возможно 10100–101000 различных вакуумных состояний. Эти состояния отличаются за счет необычайного разнообразия возможного устройства мира на сверхмалых расстояниях.

В совокупности с теорией самовосстанавливающейся инфляционной Вселенной, это означает, что Вселенная во время инфляции разбивается на бесконечно много частей с невероятно большим количеством разных свойств. Космологи называют этот сценарий теорией вечной инфляционной мультивселенной (multiverse), а специалисты по теории струн называют это струнным ландшафтом.

Линейка автомобилей ГАЗ-53

Поскольку конструкция машины оказалась крайне удачной, инженеры ГАЗ её активно модифицировали для большего соответствия конкретным задачам. Среди модификаций, получивших наибольшее распространение среди потребителей, целесообразно упомянуть следующие версии:

• Ф — модификация, оснащенная форсированным двигателем;
• А — модернизированная версия с грузоподъемностью 4 тонны;
• Н — военная разновидность, оснащенная дополнительными элементами и топливным баком увеличенной емкости;
• 53-19 — версия, работающая на сжиженном газе.

Также заслуживает упоминания ГАЗ53 Б самосвального типа, а также ассенизаторская машина на основе модели. При этом существует и множество других, менее распространенных модификаций, которые имеют узкую специализацию либо выпускались небольшим тиражом.

Пересмотр теории ранней Вселенной

Ответ на большую часть перечисленных вопросов удалось получить только после возникновения инфляционной теории.

Инфляционная теория имеет долгую историю. Первую теория такого типа предложил в 1979 году член-корреспондент РАН Алексей Александрович Старобинский. Его теория была довольно сложной. В отличие от последующих работ, она не пытались объяснить, почему Вселенная большая, плоская, однородная, изотропная. Тем не менее, она имела многие важные черты инфляционной космологии.

В 1980 г. сотрудник Массачусетского технологического института Алан Гус (Alan Guth) в статье «Раздувающаяся Вселенная: возможное решение проблемы горизонта и плоскостности» изложил интересный сценарий раздувающейся Вселенной. Основным его отличием от традиционной теории Большого взрыва стало описание рождения мироздания в период с 10–35 до 10–32 с. Гус предположил, что в это время Вселенная была в состоянии так называемого «ложного» вакуума, при котором ее плотность энергии была исключительно велика. Поэтому расширение происходило быстрее, чем по теории Большого взрыва. Эта стадия экспоненциально быстрого расширения и была названа инфляцией (раздуванием) Вселенной. Затем ложный вакуум распадался, и его энергия переходила в энергию обычной материи.

Теория Гуса была основана на теории фазовых переходов в ранней Вселенной развитой Киржницем и Линде. В отличие от Старобинского, Гус ставил своей целью с помощью одного простого принципа объяснить, почему Вселенная большая, плоская, однородная, изотропная, а также почему монополей нет. Стадия инфляции могла бы решить эти проблемы.

К сожалению, после распада ложного вакуума в модели Гуса Вселенная оказывалась либо очень неоднородной, либо пустой. Дело в том, что распад ложного вакуума, как кипение воды в чайнике, происходил за счет образования пузырьков новой фазы. Для того чтобы выделяемая при этом энергия перешла в тепловую энергию Вселенной, необходимо было столкновение стенок огромных пузырей, а это должно было бы приводить к нарушению однородности и изотропности Вселенной после инфляции, что противоречит поставленной задаче.

Несмотря на то, что модель Гуса не работала, она стимулировала разработку новых сценариев раздувающейся Вселенной.

3.3. Фотонная эра.

На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

 Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 см3, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hν всех фотонов, присутствующих в 1 см3, то мы получим плотность энергии излучения Er. Сумма энергии покоя всех частиц в 1 см3 является средней энергией вещества Em во Вселенной.

 Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно «устают» со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во Вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие, то есть (Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период «Большого взрыва». Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

Аналоги и модификации

Что такое реликтовое излучение?

Диапазон его частот – от 500 МГц до 500 Ггц. Длина наибольшей волны – 60 сантиметров, а наименьшей – 0,6 миллиметров. Имея такие параметры, реликтовое излучение – оно же микроволновый внегалактический фон – несет в себе огромное количество информации о том, как проходила эволюция Вселенной до того, как начали образовываться галактики и квазары, а также многие другие объекты.

Как показало изучение изотропии, источником излучения не является ни некие точки, ни центр галактик, ни какое-либо место в Солнечной Системе, из чего был сделан вывод, что оно имеет внегалактическое происхождение. Этот факт, к слову, подтвердил гипотезу «горячей Вселенной», что позволяет развивать теорию об эволюции, как она и была принята, далее.

Аэролодка Нерпа 644Б Классик

Загадки ночной стороны Венеры

Как эти аномалии сказываются на самой Венере? С точки зрения человека — весьма прискорбно. Из-за столь медленного вращения одна половина планеты получает огромную дозу солнечного тепла и радиации, пока наконец ее не сменит ночная сторона.

Международная группа ученых, используя данные, полученные с помощью космического исследовательского аппарата Venus Express, запущенного в космос ESA, недавно обнаружила, что между дневной и ночной сторонами Венеры также наблюдаются весьма существенные различия. Впервые в истории астрономы подробно описали ночную сторону планеты, уникальные облачные структуры и даже загадочные смещения атмосферных слоев, которые удалось разглядеть лишь во мраке ночи.

Хотя сама планета вращается невероятно медленно, ветры в венерианской атмосфере дуют в 60 раз быстрее этого — такой феномен получил название «супервращение». Благодаря столь бурным ветрам облака на Венере тоже движутся в атмосфере с высокой скоростью, достигая пика на высокогорье (на высотах от 65 до 72 км).

Изучать их было непросто: как известно, наблюдение за ночной стороной Венеры осложняется многочисленными факторами. Перальта объясняет, что облака можно увидеть с орбиты только с помощью их собственного теплового излучения, однако контраст на инфракрасных изображениях был слишком низким, и ученым никак не удавалось составить из них динамическую карту атмосферы.

В результате, Venus Express с помощью технологии Visible и инфракрасного тепловизионного спектрометра (VIRTIS) сделал буквально сотни ИК-фотографий на различных длинах волн, что в конечном итоге и позволило исследователям добиться желаемых результатов.

На вооружении

• Австрия Австрия

  40 «Леопард 2A4»

   на 2016 год:

• Германия Германия на 2017 год
  • 286 «Леопард 2A6
  • 20 «Леопард 2A7
  • 41 «ARV 3 Buffel»
• Греция Греция на 2016 год:
  • 170 «Леопард 2A6HEL»
  • 183 «Леопард 2A4»
  • 12 BPz Buffel
  • 8 Panzerschnellbrucke Leguan
• Дания Дания

  34 «Леопард 2A4/5

  на 2017 год:

• Индонезия Индонезия на 2016 год:
  • 96 «Леопард 2SG»
  • 61 «Леопард Revolution»
  • 41 «Леопард 2A4»
• Испания Испания на 2016 год:
  • 108 «Леопард 2A4»
  • 223 «Леопард 2A5E»
  • 16 «Леопард REC»
• Канада Канада на 2016 год
  • 20 Leopard 2A4M на модернизации
  • 42 Leopard 2A4 в качестве обучающих
  • 20 «Леопард 2A6M» (приобретены из состава ВС Нидерландов)
  • 2 BPz-3 Buffel
  • 3 единицы инженерных машин Leopard 2 AEV
  • 11 БРЭМ Leopard 2 ARV
• Катар Катар

  около 30 «Леопард 2A7», всего заказано 62 единицы в 2013 году, поставки начаты в 2015г.

  на 2017 год:

• Нидерланды Нидерланды

  12 BPz Buffel

  на 2016 год:

• Норвегия Норвегия

  52 «Леопард 2A4»

  на 2016 год:

• Польша Польша на 2017 год
  • 142 «Леопард 2A4»
  • 105 «Леопард 2A5»
• Португалия Португалия

  37 «Леопард 2A6»

  на 2016 год:

• Сингапур Сингапур на 2016 год:
  • 96 «Леопард 2SG»
  • некоторое количество BPz Buffel
• Турция Турция

  325 «Леопард 2A4» (298 единиц поставлено из состава ВС Германии в 2006-2008г, по контракту заключенному в 2005г.)

  на 2016год:

• Уганда Уганда

  20 BPz Buffel

  на 2016 год:

• Финляндия Финляндия на 2016 год:
  • 100 «Леопард 2A4»
  • 20 «Леопард 2A6» (в 2014 году заключен контракт на поставку 100 «Леопард 2A6», поставки начаты в 2015 году)
  • 6 «Леопард 2R»
  • 6 «Леопард 2L»
• Шри-Ланка Шри-Ланка

  31 BPz Buffel

  на 2016 год:

• Чили Чили на 2016 год

  131 «Леопард 2A4» (118 единиц и 22 единицы на запчасти поставлены из состава ВС Германии)

  :

• Швейцария Швейцария на 2016 год:
  • 134 «Леопард 2» (Pz 87)
  • 25 BPz Buffel
• Швеция Швеция на 2010 год:
  • 9 «Леопард 2A4» (Strv-121)
  • 120 «Леопард 2А5» (Strv 122)
• Саудовская Аравия Саудовская Аравия

  неизвестное количество «Леопард 2A7» (Германия согласилась поставить Саудовской Аравии 600—800 танков)

  на 2016 год:

Бывшие

• Нидерланды Нидерланды по состоянию на 2016 год

  60 «Леопард 2A6» 8 мая 2011 списаны все стоявшие на вооружении танки

  :

• США США

  Лицензию на производство «Леопард 2» в США получила корпорация FMC одновременно с контрактом на изготовление предсерийных моделей. «Леопард 2» американского производства составлял конкуренцию XM1 (будущему «Абрамсу») в 1976—1977 гг., проходил полигонные испытания, но по итогам соревнований был признан уступающим последнему и на вооружение не принимался

Глава 2. Строение Галактик и Вселенной

Звезды во Вселенной объединены
в гигантские Звездные системы, называемые
галактиками. Звездная система. В составе 
которой, как рядовая звезда находится
наше Солнце, называется Галактикой.

Число
звезд в галактике порядка 1012
(триллиона). Млечный путь, светлая серебристая
полоса звезд опоясывает всё небо, составляя
основную часть нашей Галактики. Млечный
путь наиболее ярок в созвездии Стрельца,
где находятся самые мощные облака звезд.
Наименее ярок он в противоположной части
неба. Из этого нетрудно вывести заключение,
что солнечная система не находится в
центре Галактики, который от нас виден
в направлении созвездия Стрельца. Чем
дальше от плоскости Млечного Пути, тем
меньше там слабых звезд и тем менее далеко 
в этих направлениях тянется звездная
система.

Наша 
Галактика занимает пространство, напоминающее
линзу или чечевицу, если смотреть
на нее сбоку. Размеры Галактики 
были намечены по расположению звезд,
которые видны на больших расстояниях.
Это цефиды и горячие гиганты. Диаметр
Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек
(пк) – расстояние, с которым большая полуось
земной орбиты, перпендикулярная лучу
зрения, видна под углом в 1”. 1 Парсек =
3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013
км.) или 100000 световых лет (световой год
– расстояние пройденное светом в течении
года), но четкой границы у нее нет, потому
что звездная плотность постепенно сходит
на нет.

В
центре галактики расположено ядро
диаметром 1000-2000 пк – гигантское уплотненное
скопление звезд. Оно находится от нас
на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых
лет) в направлении созвездия Стрельца,
но почти целиком скрыто плотной  завесой
облаков, что препятствует визуальным
и фотографическим обычным наблюдениям
этого интереснейшего объекта Галактики.
В состав ядра входит много красных гигантов
и короткопериодических цефид.

Звезды 
верхней части главной последовательности
а особенно сверхгиганты и классические
цефиды, составляют более молодые население.
Оно располагается дальше от центра и
образует сравнительно тонкий слой или
диск. Среди звезд этого диска находится
пылевая материя и облака газа. Субкарлики
и гиганты образуют вокруг ядра и диска
Галактики сферическую систему.

Масса
нашей галактики оценивается 
сейчас разными способами, равна 2*1011
масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030
кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном
газе и пыли. Масса Галактики в Андромеде
почти такова же, а масса Галактики в Треугольнике
оценивается в 20 раз мменьше. Поперечник
нашей галактики составляет 100000 световых
лет. Путем кропотливой работы московский
астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел указания
на спиральную структуру галактики, причем
оказалось, что мы живем между двумя спиральными
ветвями, бедном звездами.

Существует 
два вида звездных скоплений: рассеянные
и шаровые. Рассеянные скопления 
состоят обычно из десятков или сотен 
звезд главной последовательности
и сверхгигантов со слабой концентрацией 
к центру.

Шаровые же скопления состоят из
десятков или сотен звезд главной 
последовательности и красных гигантов.
Иногда они содержат короткопериодические
цефеиды. Размер рассеянных скоплений 
– несколько парсек. Пример их скопления 
Глады и Плеяды в созвездии 
Тельца. Размер шаровых скоплений
с сильной концентрацией звезд к центру
– десяток парсек. Известно более 100 шаровых
и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике
последних должно быть десятки тысяч.

Кроме звезд в состав Галактики 
входит еще рассеянная материя,
чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее
из межзвездного газа и пыли. Оно образует
туманности. Туманности бывают диффузными
(клочковатой формы и планетарными. Светлые
они от того, что их освещают близлежащие
звезды. Пример: газопылевая туманность
в созвездии Ориона и темная пылевая туманность
Конская голова.

Хаббл предложил разделить все 
галактики на 3 вида:

1. Эллиптические – обозначаемые  Е (elliptical);
2. Спиральные (Spiral);
3. Неправильные – обозначаемые (irregular).

ФИЗИКА