9.1.7. Бесконечность Вселенной
Планеты, звёзды, созвездия, галактики, сверхгалактики, метагалактики – составные части Вселенной. Их размеры бесконечно велики в сравнении со средой обитания человека и бесконечно малы в сравнении с размерами Вселенной. По современным представлениям, Вселенная безгранична и состоит из бесчисленного множества небесных тел и их объединений (галактики и пр.). Вселенная состоит из материи, безграничной во времени – она была всегда и будет всегда; постоянно меняет свою форму, отжившие миры сменяются новыми, которые проходят свой цикл жизни и распадаются.
Учёные полагают, что на определённом этапе развития форма материи усложняется и достигает своего высшего выражения – появления разумных существ.
По мере развития науки раздвигаются и рамки наших представлений о бесконечности Вселенной, её устройстве и эволюции.
9.1.8. Космология. Закон Хаббла
Космология – раздел астрономии, изучающий свойства Вселенной как единого целого.
В основе современной космологии лежат работы Эйнштейна, Александра Александровича Фридмана (1888–1925, Россия), Эдвина Хаббла (1889–1953, США) и два явления (п.9.1.5):
1) вещество галактик равномерно распределено по Вселенной;
3) красное смещение спектров всех галактик.
Рассматривая красное смещение как
эффект Доплера, и, с учётом
(п.7.5.7), можно полагать, что скорость
удаления галактик
v =
(0 – 2)0
= 0 (*).
Из
(п.7.3.1) и (*)
.
Хаббл установил, что отношение
,
определяемое по спектру галактики,
пропорционально расстоянию R
до неё, т. е. v
R или
– закон Хаббла, где Н – постоянная
Хаббла, т. е. галактики удаляются от
Земли со скоростями, пропорциональными
расстоянию до них.
;
Принимают 
;
Н показывает, что скорость удаления
галактик возрастает на 100 км/с при
удалении на 1 Мпк (106 пк). Величина
лет известна как возраст Вселенной.
Нестационарность Вселенной можно понять, опираясь на механику Ньютона – согласно закону всемирного тяготения все объекты Вселенной притягиваются друг к другу. Чтобы не происходило увеличения средней плотности вещества к центру Вселенной, объекты должны удаляться друг от друга, т. е. Вселенная должна расширяться. Этот вывод уточнён появлением теории относительности.
9.2. Возникновение и эволюция небесных тел
9.2.1. Звёзды
По вопросам возникновения и эволюции звёзд существует ряд гипотез, общепринятая из которых опирается на заключение учёных ХХ в. о том, что процесс возникновения звёзд непрерывный, он происходит сегодня так же, как и сотни миллионов лет назад.
Суть гипотезы в том, что в некоторых областях пространства межзвёздная пыль и газ сгущаются в плотные образования, которые под действием гравитации сильно сжимаются и нагреваются до свечения и возникновения термоядерных реакций. Давление горячих газов уравновешивает силы гравитации. Всё описанное выше занимает по времени от нескольких млн. до нескольких сотен млн. лет. Стадия термоядерного свечения звезды зависит от её массы и длится от нескольких млн. (звёзды-гиганты) до 10–15 млрд. лет (Солнце и т. п.), причём, чем больше масса звёзды, тем быстрее она сгорает.
Основная реакция – протонно-протонный цикл (п.9.1.3). Происходит выгорание водорода, термоядерная реакция идёт только в наружной части ядра и не препятствует его гравитационному сжатию. При этом возрастает плотность ядра, светимость и радиус звезды, она превращается в красный гигант (её температура уменьшается).
В результате сильного сжатия температура ядра (теперь из гелия) вновь поднимается (до 100–150 млн. К), начинается термоядерная реакция превращения гелия в углерод. Расчёты показали, что Солнце превратится в красный гигант через 8 млн. лет и будет им в течение нескольких сот млн. лет, при этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус – в десятки раз по сравнению с современным.
Красные гиганты быстро истощают запасы ядерного топлива, теряют часть массы и на заключительной стадии развития превращаются в белые карлики (по массе сравнимые с Солнцем), представляющие собой центральную плотную часть звезды, в которой уже прекратились термоядерные реакции. Они постепенно остывают, их размеры меньше размеров Земли и при такой массе они в миллионы раз плотнее воды.
Помимо вышеизложенного, существуют катастрофические процессы эволюции звезды – в её недрах происходит взрывная вспышка сверхновой звезды с образованием особых туманностей, испускающих радиоизлучение большой мощности. Если масса оставшейся части звезды превышает 1,5 массы Солнца, то она не может стать белым карликом – гравитационные силы сжимают её до значительно меньших размеров (около 10 км в диаметре) и плотности около 1018 кг/м3 (выше плотности атомного ядра). При такой плотности протоны и электроны сливаются в нейтроны и образуется нейтронная звезда. Теоретически существование нейтронных звёзд в 1930 г. предсказал Лев Давыдович Ландау (1908–1968, СССР), а обнаружены они были в 1967 г.
Если на последней стадии эволюции (после завершения термоядерной реакции) масса звезды превышает 3 массы Солнца, то она будет сжиматься с огромной скоростью. При очень малых размерах и огромной массе гравитационное поле такой звезды начинает втягивать в себя окружающую материю, звезда ничего не испускает, поглощает всё – даже свет и становится чёрной дырой.
Согласно расчётам, если бы Земля превратилась в чёрную дыру, то её радиус был бы 0,9 см.
Чёрные дыры можно обнаружить лишь косвенным путём по регистрации коротковолнового, ультрафиолетового и рентгеновского излучений, сопровождающих втягивание межзвёздной материи.
Учёные делают попытки обнаружить чёрные дыры методом поиска двойных звёзд, связанных тяготением и обращающихся вокруг общего центра масс (одна из двух звёзд – видимая, другая – чёрная дыра).