Характеристики стационарной вселенной эйнштейна

Поскольку слоев бесконечно много, то и света должно быть бесконечно много. Ночью должно быть светло, как днем — вот о чем говорит парадокс Ольберса.

Что же делать? Опять ждать гения? Но может быть, стоит и самим чуточку подумать?

Исходные посылки: Вселенная бесконечна, изотропна, однородна и постоянна.
Изотропность и однородность установлены точно и здесь ничего изменить нельзя.

Делаем вывод, что либо Вселенная не бесконечна, либо Вселенная изменяется со временем.

И здесь на помощь приходит еще один гений — американский астроном Хаббл

В 1929 г. Хаббл измерял скорости движения галактик. Для этого он определял так называемое “красное смещение” — наблюдаемый в спектрах излучения галактик сдвиг спектральных линий, присущих определенным химическим элементам, в сторону более длинных волн по сравнению с их нормальными.
И он получил следующую картину:

Скорость (v) удаления галактик в зависимости от их расстояния (R) от нашей Галактики описывается простым выражением (Э. Хаббл, 1929)
v=HR

Постоянная Н называется постоянной Хаббла и ее современное значение составляет около 70 км/с Мпк.

Наблюдаемое Хабблом красное смещение означает, что объект удаляется от наблюдателя.

Итак, существующая Вселенная нестационарна, галактики убегают от нас.

Ура (ликуют все жители Земли), значит, Земля (точнее, наша галактика) является центром Вселенной?

Ликование было недолгим, потому что опять вмешивается наш разум и приводит простую аналогию с воздушным шариком.

Будем надувать воздушный шарик с нарисованными на нем точками 1, 2, 3.

Происходит “разбегание” точек 1, 2 и 3 по поверхности шара при увеличении его размеров.

Так и во Вселенной. Все галактики разбегаются друг от друга, и конечно, возникает вопрос, почему?

На помощь снова приходит гениальный ученый – теперь это русский ученый Фридман

В начале 20-х годов он предложил модель нестационарной Вселенной.

Если сейчас галактики разбегаются, то вчера они были ближе, а позавчера еще ближе друг к другу, а значит был момент времени t=0, когда все началось из какой-то точки. Обратите внимание, что здесь самое главное – это временная шкала, мы приходим к выводу о моменте рождения Вселенной.

Конечно, мы получаем также свидетельство, что Вселенная была в точке (в математическом смысле, а вспомните, что есть точка в математике?), но реально никакой точки не было.

Но почему галактики разбегаются. Предположим, что в начальный момент времени уже были галактики и занимали какое-то пространство.

Предположим также, что в начальный момент галактики были в покое, т.е. их скорость v=0. Тогда галактики будут притягиваются друг к другу и Вселенная будет сжиматься.
Но если в начальный момент скорости были большими и направлены таким образом, что галактики удалялись друг от друга, то мы получим, что и в настоящее время галактики удаляются друг от друга (правда, с меньшей скоростью, поскольку тяготение «тормозит» их движение).
Время рождения Вселенной грубо можно оценить из закона Хаббла: зная расстояние между галактиками и скорость их расхождения, можно из S=vt найти время t. После введения поправок на замедление расширения получаем время рождения Вселенной — примерно 15 млрд лет тому назад.
Итак, был начальный момент, когда произошел «Большой Взрыв»

(Детский вопросик – Что, где и когда взорвалось?)

Иными словами, после «взрыва» частицы получают огромную начальную скорость и начинают разлетаться во все стороны. Если силы притяжения, которые стремятся собрать частицы воедино, малы, то частицы все время будут разлетаться. Однако если силы притяжения велики, то через некоторое время они изменят знак скорости движения частиц на противоположный и частицы начнут сближаться. Ясно, что гравитационные силы зависят от плотности частиц в объеме Вселенной — чем больше плотность, тем больше силы F тяг . Из приведенных условий ясно, что сценарий развития Вселенной зависит от плотности вещества в современную эпоху, т.е. существует критическая величина плотности r Вселенной. Открытая модель соответствует r r кр . Обратное неравенство справедливо для закрытой модели. По современным данным, критическая плотность вещества составляет r кр = 5х10 -30 г/см 3 . Примерно такое же значение дают оценки плотности вещества во Вселенной.
Изменение размера R Вселенной с течением времени t для Вселенной с разной плотностью.

Строгое решение задачи об эволюции (развитии) Вселенной показывает:

Неужели все так просто и ясно? Что же еще ученым надо, и что они делали после этого еще 70 лет?
Однако в последнее время появились новые астрономические данные, проливающие свет на современное состояние Вселенной и на ее будущее. Подробнее см. тему 5.

Спасибо, что осилили сложную тему.
Мне кажется, что теперь вы в состоянии создать такую фигуру:

Источник

Статическая вселенная — Static universe

• 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>= >>.>

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