Меню

Что такое статичность вселенной

Что такое статичность вселенной

Эта книга посвящена космологии – науке, недавно отпраздновавшей свое столетие. Она объясняет, почему мы уверены, что у Вселенной есть начало, где и когда произошел Большой взрыв, что означает разбегание галактик, как образовалось все, что нас окружает, от атомов до галактик, каково будущее Вселенной, существуют ли миры с другими физическими законами, что такое черные дыры и многое другое. Подробно рассказывается про то, что нам известно и что неизвестно про две таинственные сущности, которые вместе составляют более 95 % содержимого Вселенной – темную материю и темную энергию. Кроме того, показаны физические основы общей теории относительности и предсказанные ею эффекты.

Книга ориентирована на широкий круг читателей, но некоторые ее разделы, в которых излагаются элементы нерелятивисткой космологии, требуют знания математики на уровне начальных курсов университета. Эту часть можно рассматривать как своеобразный учебник, в котором основные космологические решения получены без использования математического аппарата общей теории относительности.

Книга: Как работает Вселенная: Введение в современную космологию

2.1. Статическая Вселенная Эйнштейна

2.1. Статическая Вселенная Эйнштейна

Итак, с помощью ОТО Эйнштейну удалось объяснить ряд известных астрономических фактов: например, прецессию перигелия Меркурия, которую нельзя было объяснить в рамках ньютоновской механики. Кроме того, он сделал предсказание об искривлении лучей света в гравитационном поле массивных тел, которое было блестяще подтверждено наблюдениями положений звезд во время полного солнечного затмения 1919 г., которые проводила экспедиция Артура Эддингтона.

Но Эйнштейн не ограничился применением своей теории к эффектам на масштабах Солнечной системы. Впервые в истории науки он попытался применить законы физики ко всей Вселенной сразу. Хотя статья, написанная им в 1917 г., была посвящена применению ко Вселенной уравнений ОТО, в ней в качестве иллюстрации рассматривается также и ньютоновская гравитация. При этом Эйнштейн рассматривал Вселенную, равномерно заполненную материей.

Первый же результат, полученный Эйнштейном, состоял в том, что под действием взаимного притяжения материя, заполняющая Вселенную, должна собраться вместе. Но так как Вселенная, рассмотренная Эйнштейном, была бесконечной, это выражалось не в уменьшении заполненной материей части, а в увеличении плотности в каждой точке Вселенной. Поскольку Эйнштейн, как и любой ученый начала XX в., был уверен в том, что Вселенная статична, т. е. не меняется со временем, ему нужна было найти силу отталкивания, которая компенсировала бы силу гравитационного притяжения.

Эту силу Эйнштейн ввел искусственно, добавив в полученные им уравнения ОТО дополнительное слагаемое, содержащее космологическую постоянную. Сам Эйнштейн обозначил ее ?, а сейчас ее принято обозначать ?, поэтому соответствующее слагаемое в уравнении Эйнштейна называется лямбда-членом. Космологическая постоянная была предложена Эйнштейном, не опираясь на эмпирические факты, только как следствие гипотезы о том, что Вселенная должна быть статической. Космологическая постоянная обеспечивала вдобавок к ньютоновскому притяжению некую силу отталкивания между любыми телами во Вселенной. При определенной плотности материи эти силы взаимно компенсировались, что и обеспечивало статичность Вселенной. Гипотеза статической Вселенной была отброшена уже через несколько лет, но она важна тем, что дала начало новой науке – космологии.

Однако очень быстро было показано, что статическая Вселенная Эйнштейна является неустойчивой. Области с большей плотностью начинают притягивать к себе окружающую материю, тем самым еще более увеличивая свою плотность, а области с пониженной плотностью становились еще более разреженными. Это – одно из проявлений так называемой гравитационной неустойчивости. Кроме того, вся статическая Вселенная в целом тоже неустойчива. Если ее размеры чуть увеличатся, то силы отталкивания станут сильнее сил притяжения и Вселенная начнет расширяться до бесконечных размеров. Если размеры чуть уменьшатся, то притяжение станет сильнее отталкивания и Вселенная начнет сжиматься, в конце концов коллапсируя в точку. Это обстоятельство привело к тому, что Эйнштейн потерял интерес к этому решению.

Читайте также:  Микален томас рождение вселенной

Источник

Статическая вселенная — Static universe

Составные части
  • Лямбда-CDM модель
  • Барионная материя
    • Экзотическая материя
  • Энергия
  • Отрицательная энергия
  • Нулевая энергия
    • Энергия вакуума
  • Радиация
    • Фоновое излучение
  • Темная энергия
    • Квинтэссенция
    • Фантомная энергия
  • Темная материя
    • Холодная темная материя
    • Теплая темная материя
    • Смешанная темная материя
    • Горячая темная материя
    • Светлая темная материя
    • Самовзаимодействующая темная материя
    • Скалярное поле темная материя
  • Темное излучение
  • Темная жидкость
  • Зеркальная материя
Структура
  • Форма вселенной
  • Реионизация·Формирование структуры
  • Формирование галактики
  • Крупномасштабная конструкция
  • Большая группа квазаров
  • Нить галактики
  • Сверхскопление
  • Скопление галактик
  • Группа галактик
  • Местная группа
  • Галактика
    • Ореол темной материи
  • Звездное скопление
  • Солнечная система
  • Планетная система
  • Пустота
  • Категория
  • Астрономический портал

В космологии , A статической Вселенной (также упоминается как стационарной , бесконечной , статической бесконечной или статической вечной ) представляет собой космологическая модель , в которой Вселенная является как пространственно и во времени бесконечно, и пространство не является ни расширяется и не сжимается. Такая вселенная не имеет так называемой пространственной кривизны ; то есть «плоский» или евклидов . Статическая бесконечная Вселенная была впервые предложена английским астрономом Томасом Диггесом (1546–1595).

В отличие от этой модели, Альберт Эйнштейн в 1917 году в своей статье « Космологические соображения в общей теории относительности» предложил бесконечную во времени, но пространственно конечную модель в качестве своей любимой космологии .

После открытия отношения красного смещения к расстоянию (выведенного обратной корреляцией яркости галактики с красным смещением) американскими астрономами Весто Слайфером и Эдвином Хабблом астрофизик Жорж Леметр интерпретировал красное смещение как свидетельство всемирного расширения и, следовательно, Большого взрыва , тогда как швейцарцы астроном Фриц Цвикки предположил, что красное смещение было вызвано тем, что фотоны теряли энергию при прохождении через материю и / или силы в межгалактическом пространстве. Предложение Цвикки получило название « усталый свет » — термин, изобретенный главным сторонником Большого взрыва Ричардом Толменом .

Содержание

Вселенная Эйнштейна

В течение 1917 года Альберт Эйнштейн добавил положительную космологическую константу к своим уравнениям в общей теории относительности , чтобы противодействовать привлекательные эффекты гравитации на обычной материи, которая в противном случае вызвать статическую, пространственно конечную Вселенную в любой коллапс или расширяться вечно . Эта модель Вселенной стала известна как Мир Эйнштейна или статическая вселенная Эйнштейна .

Эта мотивация исчезла после предложения астрофизика и римско-католического священника Жоржа Лемэтра о том, что Вселенная кажется не статичной, а расширяющейся. Эдвин Хаббл исследовал данные наблюдений, сделанных астрономом Весто Слайфер, чтобы подтвердить связь между красным смещением и расстоянием , которая составляет основу современной парадигмы расширения , введенной Леметром. По словам Джорджа Гамова, это побудило Эйнштейна объявить эту космологическую модель, и особенно введение космологической постоянной, его «самой большой ошибкой».

Статическая Вселенная Эйнштейна замкнута (т.е. имеет гиперсферическую топологию и положительную пространственную кривизну) и содержит однородную пыль и положительную космологическую постоянную с точным значением , где — постоянная тяготения Ньютона, — плотность энергии вещества во Вселенной и — скорость свет . Радиус кривизны пространства Вселенной Эйнштейна равна Λ E знак равно 4 π г ρ / c 2 <\ displaystyle \ Lambda _ = 4 \ pi G \ rho / c ^ <2>> г <\ displaystyle G> ρ <\ displaystyle \ rho> c <\ displaystyle c>

р E знак равно Λ E — 1 / 2 знак равно c 4 π г ρ . <\ displaystyle R_ = \ Lambda _ ^ <- 1/2>= >>.>

Читайте также:  Вселенная желание за других

Вселенная Эйнштейна является одним из решений Фридмана уравнения поля Эйнштейна для пыли с плотностью , космологической постоянной и радиусом кривизны . Это единственное нетривиальное статическое решение уравнений Фридмана. ρ <\ displaystyle \ rho> Λ E <\ displaystyle \ Lambda _ > р E <\ displaystyle R_ >

Поскольку Вселенная Эйнштейна вскоре была признана нестабильной по своей природе, в настоящее время от нее отказались как от жизнеспособной модели Вселенной. Она нестабильна в том смысле, что любое небольшое изменение значения космологической постоянной, плотности материи или пространственной кривизны приведет к тому, что Вселенная либо расширится и ускорится навсегда, либо снова схлопнется до сингулярности.

После того, как Эйнштейн отказался от своей космологической постоянной и принял модель расширяющейся Вселенной Фридмана-Лемэтра, большинство физиков двадцатого века предположили, что космологическая постоянная равна нулю. Если это так (при отсутствии какой-либо другой формы темной энергии ), расширение Вселенной будет замедляться. Однако после того, как в 1998 году Сол Перлмуттер , Брайан П. Шмидт и Адам Г. Рисс представили теорию ускоряющейся Вселенной , положительная космологическая постоянная была возрождена как простое объяснение темной энергии .

В 1976 году Ирвинг Сигал возродил статическую Вселенную в своей хронометрической космологии . Подобно Цвикки, он приписал красное смещение далеких галактик искривлению космоса. Хотя он утверждал, что это подтверждается астрономическими данными, другие находят результаты неубедительными.

Требования статической бесконечной модели

Чтобы статическая модель бесконечной Вселенной была жизнеспособной, она должна объяснить три вещи:

Во-первых, он должен объяснить межгалактическое красное смещение . Во-вторых, он должен объяснить космическое микроволновое фоновое излучение . В-третьих, он должен иметь механизм для воссоздания материи (особенно атомов водорода ) из излучения или других источников, чтобы избежать постепенного «истощения» Вселенной из-за преобразования вещества в энергию в звездных процессах . Без такого механизма Вселенная состояла бы из мертвых объектов, таких как черные дыры и черные карлики .

Источник

Статическая вселенная — Static universe

Составные части
  • Лямбда-CDM модель
  • Барионная материя
    • Экзотическая материя
  • Энергия
  • Отрицательная энергия
  • Нулевая энергия
    • Энергия вакуума
  • Радиация
    • Фоновое излучение
  • Темная энергия
    • Квинтэссенция
    • Фантомная энергия
  • Темная материя
    • Холодная темная материя
    • Теплая темная материя
    • Смешанная темная материя
    • Горячая темная материя
    • Светлая темная материя
    • Самовзаимодействующая темная материя
    • Скалярное поле темная материя
  • Темное излучение
  • Темная жидкость
  • Зеркальное дело
Состав
  • Форма вселенной
  • Реионизация·Формирование структуры
  • Формирование галактики
  • Крупномасштабная конструкция
  • Большая группа квазаров
  • Нить галактики
  • Сверхскопление
  • Скопление галактик
  • Группа галактик
  • Местная группа
  • Галактика
    • Ореол темной материи
  • Звездное скопление
  • Солнечная система
  • Планетная система
  • Пустота
  • Категория
  • Астрономический портал

В космологии , A статической Вселенной (также упоминается как стационарной , бесконечной , статической бесконечной или статической вечной ) представляет собой космологическая модель , в которой Вселенная является как пространственно и во времени бесконечно, и пространство не является ни расширяется и не сжимается. Такая вселенная не имеет так называемой пространственной кривизны ; то есть «плоский» или евклидов . Статическая бесконечная Вселенная была впервые предложена английским астрономом Томасом Диггесом (1546–1595).

В отличие от этой модели, Альберт Эйнштейн в 1917 году в своей статье « Космологические соображения в общей теории относительности» предложил бесконечную во времени, но пространственно конечную модель в качестве своей любимой космологии .

После открытия отношения красного смещения к расстоянию (выведенного обратной корреляцией яркости галактики с красным смещением) американскими астрономами Весто Слайфером и Эдвином Хабблом астрофизик Жорж Леметр интерпретировал красное смещение как доказательство универсального расширения и, следовательно, Большого взрыва , тогда как швейцарцы астроном Фриц Цвикки предположил, что красное смещение было вызвано тем, что фотоны теряли энергию при прохождении через материю и / или силы в межгалактическом пространстве. Предложение Цвикки получило название « усталый свет » — термин, изобретенный главным сторонником Большого взрыва Ричардом Толменом .

Читайте также:  Человек паук через вселенные гвен стейси прическа

Содержание

Вселенная Эйнштейна

В течение 1917 года Альберт Эйнштейн добавил положительную космологическую константу к своим уравнениям в общей теории относительности , чтобы противодействовать привлекательные эффекты гравитации на обычной материи, которая в противном случае вызвать статическую, пространственно конечную Вселенную в любой коллапс или расширяться вечно . Эта модель Вселенной стала известна как Мир Эйнштейна или статическая вселенная Эйнштейна .

Эта мотивация исчезла после предложения астрофизика и римско-католического священника Жоржа Лемэтра о том, что Вселенная кажется не статичной, а расширяющейся. Эдвин Хаббл исследовал данные наблюдений астронома Весто Слайфера, чтобы подтвердить связь между красным смещением и расстоянием , которая составляет основу современной парадигмы расширения , введенной Леметром. По словам Джорджа Гамова, это побудило Эйнштейна объявить эту космологическую модель, и особенно введение космологической постоянной, его «самой большой ошибкой».

Статическая Вселенная Эйнштейна замкнута (т.е. имеет гиперсферическую топологию и положительную пространственную кривизну) и содержит однородную пыль и положительную космологическую постоянную с точным значением , где — постоянная тяготения Ньютона, — плотность энергии вещества во Вселенной и — скорость свет . Радиус кривизны пространства Вселенной Эйнштейна равна Λ E знак равно 4 π грамм ρ / c 2 <\ displaystyle \ Lambda _ = 4 \ pi G \ rho / c ^ <2>> грамм <\ displaystyle G> ρ <\ displaystyle \ rho> c <\ displaystyle c>

р E знак равно Λ E — 1 / 2 знак равно c 4 π грамм ρ . <\ displaystyle R_ = \ Lambda _ ^ <- 1/2>= >>.>

Вселенная Эйнштейна является одним из решений Фридмана уравнения поля Эйнштейна для пыли с плотностью , космологической постоянной и радиусом кривизны . Это единственное нетривиальное статическое решение уравнений Фридмана. ρ <\ displaystyle \ rho> Λ E <\ displaystyle \ Lambda _ > р E <\ displaystyle R_ >

Поскольку Вселенная Эйнштейна вскоре была признана нестабильной по своей сути, от нее отказались как от жизнеспособной модели Вселенной. Она нестабильна в том смысле, что любое небольшое изменение значения космологической постоянной, плотности материи или пространственной кривизны приведет к тому, что Вселенная либо расширяется и ускоряется вечно, либо снова схлопывается до сингулярности.

После того, как Эйнштейн отказался от своей космологической постоянной и принял модель расширяющейся Вселенной Фридмана-Лемэтра, большинство физиков двадцатого века предположили, что космологическая постоянная равна нулю. Если это так (при отсутствии какой-либо другой формы темной энергии ), расширение Вселенной будет замедляться. Однако после того, как в 1998 году Сол Перлмуттер , Брайан П. Шмидт и Адам Г. Рисс представили теорию ускоряющейся Вселенной , положительная космологическая постоянная была возрождена как простое объяснение темной энергии .

В 1976 году Ирвинг Сигал возродил статическую Вселенную в своей хронометрической космологии . Подобно Цвикки, он приписывал красное смещение далеких галактик искривлению космоса. Хотя он утверждал, что это подтверждается астрономическими данными, другие находят результаты неубедительными.

Требования статической бесконечной модели

Чтобы статическая модель бесконечной Вселенной была жизнеспособной, она должна объяснить три вещи:

Во-первых, он должен объяснить межгалактическое красное смещение . Во-вторых, он должен объяснить космическое микроволновое фоновое излучение . В-третьих, он должен иметь механизм для воссоздания материи (особенно атомов водорода ) из излучения или других источников, чтобы избежать постепенного «истощения» Вселенной из-за преобразования вещества в энергию в звездных процессах . Без такого механизма Вселенная состояла бы из мертвых объектов, таких как черные дыры и черные карлики .

Источник