2

3 Вселенная Джордано Бруно (иллюстрация из книги Кеплера «Краткое изложение коперниковой астрономии», 1618 г.). Символом «М» отмечен наш мир.

4

5

6

7

8

Сценарий событий, последовавших после начала Большого взрыва 9 Космологическое время Событие 0Большой взрыв с Кварки с Протоны и нейтроны 1 с Электроны 1 мин Синтез гелия и дейтерия лет Вещество лет Отделение излучения от вещества 1–2 млрд лет Галактики 4 млрд. лет Звезды

10

11

12

13

14 Процесс поглощения материи одинаков для черных дыр разных размеров. В космосе черная дыра окружена аккреционным диском - материей, которая удерживается силой притяжения дыры. Процесс «питания» дыр заключается в том, что часть материи под действием этой силы падает на поверхность дыры. В качестве основного объекта наблюдения ученые выбрали черную дыру, расположенную в центре галактики M81 на расстоянии около 12 миллионов световых лет от Земли. Масса этой черной дыры составляет 70 миллионов солнечных масс. Она относится к классу сверхмассивных черных дыр. Ее «рацион» составляет газ, заполняющий центр галактики.

15 Внешний вид галактики M81. В ее центре находится сверхмассивная черная дыра, за которой наблюдали ученые. Изображение NASA

16 Первый этап исследования заключался в сборе данных о процессе поглощения материи этой черной дырой. Дело в том, что перед тем как «быть съеденным», космический газ под действием сил гравитации дыры разгоняется до околосветовых скоростей. При этом выделяется электромагнитное излучение. Для наблюдения за различными диапазонами этого излучения ученые использовали шесть различных телескопов, включая орбитальную рентгеновскую обсерваторию Чандра (Chandra), телескопы Хаббл (Hubble), Спитцер (Spitzer), GALEX. В результате были получены очень точные распределения энергии по времени и по частотам. Полученные распределения сравнивались с известными распределениями энергии излучения для черных дыр звездной массы. Это объекты, средняя масса которых составляет около десяти солнечных. Такие дыры обычно вращаются вокруг звезды-компаньона и питаются ее газом. Распределения сверхмассивной дыры и дыр звездной масс совпали, из чего был сделан вывод, что схема питания не зависит от размера черной дыры. Далее авторы построили математическую модель окружения черной дыры, которая хорошо согласуется с полученными данными. Ученые надеются, что, используя эту модель, удастся получить распределение излучения аккреционного диска для загадочного класса черных дыр средней величины. Это черные дыры, масса которых лежит в промежутке от нескольких сотен, до нескольких тысяч масс Солнца. Они являются связующим звеном между сверхмассивными и черными дырами звездной массы.

17 Пространство Время 1. Трехмерно 1. Одномерно 2. Евклидово 3. Однородно 4. Изотропно 4. Необратимо 5. Континуально

18

19

20 Тёмная материя в астрономии и космологии - форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам. Обнаружение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик. Наряду с проблемой темной массы существует проблема темной энергии. Интерпретация данных по анизотропии реликтового излучения дает следующее распределение плотности материи во Вселенной: на долю видимой барионной материи приходится лишь 4 %, на долю темной материи – 22 %, а на долю темной энергии – 74 %. Таким образом, мы еще почти ничего не знаем о природе и свойствах основной части материи в нашей Вселенной.

21

22

23 Антро́пный при́нцип аргумент «Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек». Этот принцип был предложен с целью объяснить, с научной точки зрения, почему в наблюдаемой нами Вселенной имеет место ряд нетривиальных соотношений между фундаментальными физическими параметрами, которые необходимы для существования разумной жизни. Часто выделяют сильный и слабый антропные принципы.

24 Слабый антропный принцип: во Вселенной встречаются разные значения мировых констант, но наблюдение некоторых их значений более вероятно, поскольку в регионах, где величины принимают эти значения, выше вероятность возникновения наблюдателя. Другими словами, значения мировых констант, резко отличные от наших, не наблюдаются, потому что там, где они есть, нет наблюдателей. Сильный антропный принцип: Вселенная должна иметь свойства, позволяющие развиться разумной жизни. Вариантом сильного антропного принципа является АПУ (Антропный принцип участия), сформулированный в 1983 году Джоном Уилером: «Наблюдатели необходимы для обретения Вселенной бытия (Observers are necessary to bring the Universe into being)» Различие этих формулировок можно пояснить так: сильный антропный принцип относится к Вселенной в целом на всех этапах её эволюции, в то время как слабый касается только тех её регионов и тех периодов, когда в ней теоретически может появиться разумная жизнь. Из сильного принципа вытекает слабый, но не наоборот. Формулировка антропного принципа опирается на предположение, что наблюдаемые в наше время законы природы не являются единственными реально существующими (или существовавшими), то есть должны быть реальны Вселенные с иными законами.

25 Физики исследовали несколько вариантов размещения в пространстве и времени альтернативных Вселенных. - Одна Вселенная, в ходе бесконечной эволюции которой физические константы меняются, принимая всевозможные значения. При благоприятном сочетании констант возникает разумный наблюдатель. - Одна Вселенная, разбитая на множество невзаимодействующих пространственных областей с разными физическими законами. В тех областях, где имеется благоприятное сочетание фундаментальных констант, возникает разумный наблюдатель. - Множество параллельных миров (Мультивселенная), реализующих разнообразные законы природы. - Вышеупомянутый АПУ (Антропный принцип участия) Уилера означает, что Вселенные без разумного наблюдателя не обретают статус реальности. Причина этого в том, что только наблюдатель в состоянии осуществить редукцию квантового состояния, переводящую ансамбль возможных состояний в одно, реальное.

26 Термин «антропный принцип» впервые предложил в 1973 году английский физик Брэндон Картер. Впрочем, как обнаружили историки науки, сама идея неоднократно высказывалась и ранее. Первыми её ясно высказали физик А. Л. Зельманов в 1955 году и историк науки Г. М. Идлис на Всесоюзной конференции по проблемам внегалактической астрономии и космологии (1957). В 1961 году ту же мысль опубликовал Р. Дикке. Брэндон Картер в вышеуказанной статье 1973 г. сформулировал также сильный и слабый варианты антропного принципа. Статья Картера привлекла к данной теме всеобщее внимание, свои мнения высказывали не только физики, но и многие другие от журналистов до религиозных философов. В 1986 году вышла первая монография: Дж. Д. Барроу и Ф. Дж. Типлер, «Антропный космологический принцип», где признан приоритет Г. М. Идлиса. В 1988 году в Венеции прошла первая научная конференция, посвящённая антропному принципу, спустя год в СССР состоялся международный семинар «Антропный принцип в структуре научной картины мира: история и современность». В дальнейшем антропный принцип постоянно затрагивался как на специализированных форумах, так и при обсуждении фундаментальных вопросов физики, космологии, философии и теологии.

27

28 Под порядком понимается такое состояние системы, при котором мы располагаем точным знанием относительно расположения и движения входящих в нее объектов. Под хаосом понимается полностью дезорганизованное состояние системы Случайные процессы - абсолютно непредсказуемые процессы. Детерминированные процессы – процессы, протекание которых можно в точности предсказать. Стохастические процессы – процессы, протекание которых можно предсказать с какой-то вероятностью. Стохастичность (греч. στόχος цель или предположение) означает случайность. Стохастический процесс это процесс, поведение которого не является детерминированным, и последующее состояние такой системы описывается как величинами, которые могут быть предсказаны, так и случайными. Однако любое развитие процесса во времени (неважно, детерминированное или вероятностное) при анализе в терминах вероятностей будет стохастическим процессом (иными словами, все процессы, имеющие развитие во времени, с точки зрения теории вероятностей, стохастические).

29 Энтропия – от др. греческого ντροπία - поворот, превращение. Энтропия - это функция состояния, то есть любому состоянию можно сопоставить вполне определенное (с точность до константы - эта неопределенность убирается по договоренности, что при абсолютном нуле энтропия тоже равна нулю) значение энтропии. Пусть имеется некоторая система, состоящая из N = 1 частицы, могущей находиться в W = 2 доступных ей ячейках пространства, например, в ящике с перегородкой, в которой имеется отверстие (см.рис., а). Очевидно, если число частиц в таком ящике увеличить до N = 2, то число возможных состояний системы W = 4 (б). При N = 3 W = 8 (в). Статистическим весом W системы называется величина, равная числу доступных состояний всех частиц, входящих в эту систему или, иначе, числу микросостояний системы.

30 К понятиям статистический вес и энтропия системы

31

32

33

34

35

36