Критическая плотность вселенной чему равна

КРИТИ́ЧЕСКАЯ ПЛО́ТНОСТЬ ВСЕЛЕ́ННОЙ

В книжной версии

Том 16. Москва, 2010, стр. 66

Скопировать библиографическую ссылку:

• 
• 
• 
• 
• 

КРИТИ́ЧЕСКАЯ ПЛО́ТНОСТЬ ВСЕЛЕ́Н­НОЙ, один из осн. па­ра­мет­ров в ре­ше­нии урав­не­ний Фрид­ма­на; зна­че­ние плот­но­сти ве­ще­ст­ва, оп­ре­де­ляе­мое вы­ра­же­ни­ем $ρ_c=3H^2/(8πG)$ , где $H$ – по­сто­ян­ная Хабб­ла, $G$ – гра­ви­тац. по­сто­ян­ная. То­по­ло­гич. свой­ст­ва од­но­род­ной и изо­троп­ной Все­лен­ной с рав­ной ну­лю кос­мо­ло­гич. по­сто­ян­ной за­ви­сят от от­но­ше­ния ср. плот­но­сти Все­лен­ной $ρ$ к К. п. В. Ес­ли $ρ/ρ_c=1$ (ср. плот­ность Все­лен­ной рав­на К. п. В.), то трёх­мер­ное про­стран­ст­во яв­ля­ет­ся евк­ли­до­вым (пло­ским). Ес­ли $ρ/ρ_c (ср. плот­ность Все­лен­ной мень­ше К. п. В.), то трёх­мер­ное про­стран­ство об­ла­да­ет гео­мет­ри­ей Ло­ба­чев­ско­го и ха­рак­те­ри­зу­ет­ся от­ри­ца­тель­ной кри­виз­ной и бес­ко­неч­ным объ­ё­мом. В обо­их слу­ча­ях Все­лен­ная рас­ши­ря­ет­ся бес­ко­неч­но. Ес­ли $ρ/ρ_c>1$ (ср. плот­ность Все­лен­ной боль­ше К. п. В.), то трёх­мер­ное про­стран­ст­во име­ет по­ло­жи­тель­ную кри­виз­ну, яв­ля­ет­ся замк­ну­тым и его объ­ём ог­ра­ни­чен. В та­кой мо­де­ли рас­ши­ряю­щая­ся Все­лен­ная дос­ти­га­ет не­ко­то­ро­го макс. ра­диу­са, а за­тем её рас­ши­ре­ние сме­ня­ет­ся сжа­ти­ем. Ди­на­ми­ка Все­лен­ной, час­тич­но за­пол­нен­ной тём­ной энер­ги­ей (т. е. в слу­чае, ко­гда кос­мо­ло­гич. по­сто­ян­ная не рав­на ну­лю), опи­сы­ва­ет­ся бо­лее ши­ро­ким клас­сом ре­ше­ний. Совр. ис­сле­до­ва­ния по­ка­зы­ва­ют, что зна­че­ние ср. плот­но­сти Все­лен­ной рав­но К. п. В. в пре­де­лах ошиб­ки из­ме­ре­ний.

Источник

КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

— значение плотности вещества во Вселенной, определяемое выражением где Н — постоянная Хаббла (см. Хаббла закон), G — постоянная тяготения Ньютона. В однородных изотропных моделях Вселенной (см. Космологические модели )с равной нулю космологической постоянной величина r с является критич. значением плотности, отделяющим модель замкнутой Вселенной где r — реальная ср. плотность всех видов материи) от модели открытой Вселенной

В случае тяготение материи достаточно велико, оно сильно замедляет расширение Вселенной, и в будущем её расширение должно смениться сжатием. Трёхмерное пространство в рассматриваемых моделях при имеет положит. кривизну, замкнуто, объём его конечен.

При тяготение недостаточно для того, чтобы остановить расширение, и Вселенная в этих условиях неограниченно расширяется в будущем. Трёхмерное пространство в рассматриваемых моделях имеет отрицат. кривизну, объём его бесконечен (в простейшей топологии).

Постоянная Хаббла H известна из астрономич. наблюдений со значит. неопределённостью: Н— (50-100) км/(с*Мпк). Отсюда возникает неопределённость в значении К. п. В. r c = (5*10 -30 -2*10 -29 ) г/см 3 . С др. стороны, наблюдения показывают, что усреднённая плотность вещества входящего в состав галактик, по-видимому, существенно меньше К. п. В. Однако, возможно, во Вселенной имеются труднонаблюдаемые формы материи, т. н. скрытые массы. Кол-во скрытой массы неизвестно, поэтому вопрос о соотношении между полной плотностью материи во Вселенной и К. п. В. остаётся открытым.

Лит. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Пиблс П., Физическая космология, пер. с англ.. М., 1975.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое «КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ» в других словарях:

Критическая плотность Вселенной — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование галактик … Википедия

КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ — плотн. в ва во Вселенной, определяющая геом. свойства пространства в космологич. моделях, построенных на основе общей теории относительности. Определяется выражением: р = = ЗН2/(8п(пи)С), где Н постоянная Хаббла, С гравитац. постоянная;… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Критическая плотность (космология) — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Инфляционная модель Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Расширение Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Форма Вселенной — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование … Википедия

Крупномасштабная структура Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Возраст Вселенной — Космология Изучаемые объекты и процессы … Википедия

Возраст вселенной — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование … Википедия

Дата возникновения Вселенной — Космология Возраст Вселенной Большой взрыв Содвижущееся расстояние Реликтовое излучение Космологическое уравнение состояния Тёмная энергия Скрытая масса Вселенная Фридмана Космологический принцип Космологические модели Формирование … Википедия

Источник

Критическая плотность вселенной чему равна

§ 7. Будущее расширяющейся Вселенной. Критическая плотность

Расширение Вселенной протекает с замедлением, и для будущего есть две возможности.

Замедление, как мы видели в § 6, пропорционально плотности вещества во Вселенной. С расширением плотность падает, уменьшается замедление. Возможна ситуация, когда при сегодняшней скорости расширения плотность вещества достаточно мала и замедление мало. Тогда расширение будет протекать неограниченно. На рис. 9,а показан такой случай. Расстояние между любой парой галактик неограниченно возрастает.

Рис. 9. а) Зависимость расстояния между галактиками от времени для плотности вещества во Вселенной меньше критической. Вселенная расширяется неограниченно, б) Такая же зависимость для плотности вещества больше критической Расширение Вселенной сменяется сжатием

Но возможно, что плотность достаточно велика, а значит, велико замедление расширения. В результате расширение прекращается и сменяется сжатием. Изменение расстояния между галактиками в этом случае показано на рис. 9, б.

Ситуация здесь полностью аналогична той, когда ракета, разогнанная до определенной скорости, должна покинуть небесное гело. Так, скорость в 12 км /_сек достаточна, чтобы покинуть Землю и улететь в космос, ибо эта скорость больше «второй космической» скорости для Земли. Однако эта скорость недостаточна для тою, чтобы покинуть поверхность Юпитера, где «вторая космическая» скорость 61 км/сек. На поверхности Юпитера тело, брошенное со скоростью 12 км /_сек вверх, после подъема снова упадет на Юпитер.

Рассмотрим теперь галактику А на границе сферы на рис. 2. Скорость, с которой галактика удаляется от центра О, определяется законом Хаббла v = HR. Если эта скорость больше второй космической для шара радиуса R, то галактика будет неограниченно удаляться от О, Вселенная будет неограниченно расширяться (рис. 9, а), если v меньше второй космической, то расширение сменится сжатием (рис. 9, б). Скорость v = HR определена законом Хаббла и какой случай — 9, а или 9, б — будет иметь место, определяется массой шара, т. е. зависит от плотности ρ.

Итак, для Вселенной при нынешней скорости расширения (сегодняшней постоянной Хаббла 75 км /_сек*Мnс) и при малой плотности характерно неограниченное расширение, при большой плотности — расширение, сменяющееся сжатием. Существует критическое значение плотности вещества ρ_крит отделяющее один случай от другого.

Несложно определить это критическое значение плотности. Действительно, известно, что вторая космическая скорость для шара массы М записывается следующим образом:

Подставляя в (13) выражения для массы , а вместо скорости v = HR, находим

или, выражая отсюда плотность ρ,

Итак, критическое значение средней плотности во Вселенной зависит от постоянной Хаббла Н. При постоянной Хаббла Н = 75 км /_сек*Мnс для ρ_крит получаем

Мы видим, что от величины фактической средней плотности всех видов материи во Вселенной зависит будущая история Вселенной.

Мы уже упоминали кратко в § 6, что для вещества, входящего в галактики, устредненная плотность составляет около ρ_гал = 3*10 -31 г /_{см 3} , т. е. много меньше критического значения ρ_крит. Но, возможно, имеется много трудно наблюдаемого вещества между галактиками. Вопрос этот чрезвычайно важен. В следующих параграфах мы несколько ближе познакомимся с основными структурными единицами Вселенной — галактиками и их скоплениями, — и с проблемой межгалактической материи.

Источник

КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ

— значение плотности вещества во Вселенной, определяемое выражением где Н — постоянная Хаббла (см. Хаббла закон), G — постоянная тяготения Ньютона. В однородных изотропных моделях Вселенной (см. Космологические модели )с равной нулю космологической постоянной величина r _с является критич.значением плотности, отделяющим модель замкнутой Вселенной где r — реальная ср. плотность всех видов материи) от модели открытой Вселенной

В случае тяготение материи достаточно велико, оно сильно замедляет расширение Вселенной, и в будущем её расширение должно смениться сжатием. Трёхмерное пространство в рассматриваемых моделях при имеет положит. кривизну, замкнуто, объём его конечен.

При тяготение недостаточно для того, чтобы остановить расширение, и Вселенная в этих условиях неограниченно расширяется в будущем. Трёхмерное пространство в рассматриваемых моделях имеет отрицат. кривизну, объём его бесконечен (в простейшей топологии).

Постоянная Хаббла H известна из астрономич. наблюдений со значит. неопределённостью: Н— (50-100) км/(с*Мпк). Отсюда возникает неопределённость в значении К. п. В. r_c= (5*10 -30 -2*10 -29 ) г/см 3 . С др. стороны, наблюдения показывают, что усреднённая плотность вещества входящего в состав галактик, по-видимому, существенно меньше К. п. В. Однако, возможно, во Вселенной имеются труднонаблюдаемые формы материи, т. н. скрытые массы. Кол-во скрытой массы неизвестно, поэтому вопрос о соотношении между полной плотностью материи во Вселенной и К. п. В. остаётся открытым.

Лит. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Пиблс П., Физическая космология, пер. с англ.. М., 1975.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Источник

Критическая плотность Вселенной

Крити́ческая пло́тность Вселе́нной ρ_с — выделенное значение плотности материи (вещества и энергии) Вселенной, от которого зависят глобальные геометрические свойства вселенной в космологических моделях.

В частности, если средняя плотность Вселенной меньше или равна критической, то реализуется бесконечная вселенная. Если же плотность больше критической — то пространство Вселенной оказывается конечным:

• ρ — пространство с отрицательной кривизной, открытая вселенная;
• ρ = ρ_с — плоская, открытая вселенная;
• ρ > ρ_с — положительная кривизна пространства, вселенная замкнута.

По данным WMAP, наблюдаемая Вселенная является плоской (в пределах погрешности). Исходя из этого, согласно модели Фридмана, средняя плотность Вселенной равна критической: ρ = ρ_с с точностью порядка 1 %.

Барионная (обычная, доступная прямым наблюдениям) материя даёт в эту плотность довольно малый вклад: лишь (4,54±0,01) %, или 0,25 атома водорода на кубический метр. Два других компонента, дающих гораздо больший вклад в плотность, — тёмная материя (22,6 %) и тёмная энергия (73 %). Вклад релятивистских частиц [1] , то есть фотонов микроволнового фона, в настоящее время крайне мал: 0,0050 %. [2]

Численное значение [ | ]

Значение критической плотности ρ c <\displaystyle \rho _> зависит от значения постоянной Хаббла:

,>

При записи критической плотности (и других космологических параметров) часто используют безразмерную постоянную Хаббла h , определённую как h = H /(100 (км/с)/Мпк) . В этих обозначениях [3]

ρ_с = 1,88·10 −26 h 2 кг/м 3 = 1,05·10 −5 h 2 ГэВ/см 3 ,

причём коэффициенты в этих выражениях не зависят от времени, в отличие от H и h .

При значении постоянной Хаббла в современную эпоху H₀ = 70,4±2,5 (км/с)/Мпк (или 2,282⋅10 −18 c −1 ), наилучшим образом описывающем доступные на 2012 год наблюдательные данные [3] [4] , критическая плотность ρ_с равна 9,31⋅10 −27 кг/м 3 (или 5,20⋅10 −6 ГэВ/см 3 ). С учётом того, что масса нуклона (и масса атома водорода) примерно равна 0,94 ГэВ, критическая плотность соответствует 5,5 атома водорода на кубический метр.

Источник