Модели Вселенной
Описание существующих моделей нашей Вселенной от статистической Вселенной Эйнштейна до Теории Большого взрыва и Горячей Вселенной
В настоящее время доминирующими моделями Вселенной считаются: Теория большого взрыва (модель горячей Вселенной), которая описывает химический состав Вселенной и модель расширяющейся Вселенной (модель Фридмана). Инфляционная модель, описывающая причины расширения, вызывает больше споров в ученом мире.
Модель «Холодной вселенной»
Столкнувшись с некоторыми нерешаемыми вопросами моделью «горячей вселенной» ученые стали искать иные физические модели «начала». В 1961 году академик Я.Б. Зельдович выдвинул альтернативную холодную модель Вселенной, согласно которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных (с температурой ниже абсолютного нуля) вырожденных частиц — протонов, электронов и нейтрино. [далее…]
Инфляционная модель Вселенной
Инфляционная модель Вселенной – научная космологическая теория о законе и состоянии расширения Вселенной на раннем этапе Большого взрыва. В отличие от стандартной модели горячей Вселенной, данная теория предполагает ускоренный период расширения Вселенной на раннем этапе при температуре выше 1028 Кельвинов. [далее…]
Теория Большого взрыва
Модель «Горячей вселенной» и теория Большого взрыва
Как известно, в 1929 американский астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) открыл, что большинство галактик удаляется от нас, причем тем быстрее, чем дальше расположена галактика (закон Хаббла). Это было интерпретировано как всеобщее расширение Вселенной, начавшееся примерно 15 млрд. лет назад. Встал вопрос о том, как выглядела Вселенная в далеком прошлом, когда галактики только начали удаляться друг от друга, и даже еще раньше. [далее…]
Модель расширяющейся Вселенной (Вселенная Фридмана, нестационарная Вселенная)
В 1922 году советский физик и математик А. Фридман на основе строгих расчетов показал, что Вселенная Эйнштейна не может быть стационарной, неизменной. При этом Фридман опирался на сформулированный им космологический принцип, который строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной: мы можем проводить наблюдения в любой из них и везде увидим изотропную Вселенную. [далее…]
Релятивистская модель Вселенной Эйнштейна (статистическая)
Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения — общая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. [далее…]
Читать онлайн
книги о тайнах и загадках истории, а также о необъяснимых явлениях на нашем сайте
Источник
Стационарные нестационарные модели вселенной
418 Модели Вселенной
Для изучения общих закономерностей развития. Вселенной создаются космологические модели. Основанием для их создания является уравнения общей теории относительности (ОТО), которую обосновал. Эйнштейн в 1916 году. Впрочем, было установлено, что основные характеристики космологических моделей можно получить также, исходя из классических уравнений, выражающих (в дифференциальной форме) законы сохранения массы, импульса и е нергии. Всего создано более двух десятков моделей, которые делятся на две большие группы — стационарные и нестационарные модели. Рассмотрим основные из ни них.
. Стационарные модели. В этих теориях, кроме первого космологического принципа, используется так называемый второй космологический принцип, по которому. Вселенная остается неизменным независимо от того, когда мы его наблюдаем. Нэз зависимость состояния. Вселенной от времени и стала причиной появления прилагательного»стационарный»в названии моделеей.
1. Модель. Эйнштейна. Уравнение. ОТО дают возможность обосновать модели. Вселенной однородные и изотропные, но не стационарные. Для того, чтобы компенсировать гравитационную силу притяжения, действующая между любыми тела ами во. Вселенной,. Эйнштейн предложил новую силу — силу»космического отталкивания»Эйнштейн доказал, что такой. Вселенная может быть стационарным, если он конечен, но в то же время и безграничноежний.
Может объект быть конечным и не иметь границ? е, что мы пытаемся себе представить, математики называют трехмерной границей (гиперсферы) четырехмерной гиперкулулі.
У этого пространства нет границ. Точно так же, как двигаясь по поверхности обычной сферы вдоль любого круга, мы наконец попадем в исходную точку, так и во. Вселенной. Эйнштейна, двигаясь по прямой, мы по овернемося в исходное положениея.
Уравнение. Эйнштейна позволяют определить размеры. Вселенной: при плотности вещества 
г/см3 радиус гипереферы R = 3,3 • 
см
2. Модель де. Ситтера. Буквально через два месяца после опубликования модели. Эйнштейна появилась статья нидерландского астронома. Виллема де. Ситтера, в которой утверждалось, что существует еще одно решение, как ке соответствует стационарном замкнутом. Вселенной. В этой модели привлекали три момента. Первое: скорость фотона здесь зависит от расстояния фотона до точки, в которой находится наблюдатель, и поэтому спос теригач никогда не сможет узнать, что происходит дальше, за пределами какой-то расстояния. Второе: модель предполагает эффект красного смещения. И, наконец, третье: материальные частицы»розбигатимуть ся»одна от однойоднієї.
3. Модель. Хойла. В этой модели. Вселенная представляет собой гиперплоскость, которая расширяется. Плотность остается постоянной за счет»рождения вещества»из особого энергетического поля
Теории стационарной. Вселенной можно проверить, поскольку из них вытекает утверждение о неизменности всех статических параметров, например, неизменность числа галактик в единице объема в дальних и близкие их частях. Вселенной, неизменность средней продолжительности жизни галактик и и.
Удаленные части. Вселенной современные наблюдатели видят такими, какими они были в далеком прошлом. Далекие участки выглядят»младшими», чем наши ближайшие соседи по космосу, так как свет от них и идет значительно дольше бы удалось обнаружить, что цвет галактик или их яркость изменяются в зависимости от расстояния, то такое открытие опровергало бы теории стационарного. Вселеннаяту.
. Нестационарные модели. Нестационарные модели имеют общее название»моделей. Фридмана»Важнейшие из них:
1. Пульсирующая модель. Стадия расширения. Вселенной сменяется стадией сжатия, и наоборот. После того, как. Вселенная расширится до определенного объема, начинается сжатие. Оно продолжается до тех пор, пока плотность материи й не достигнет некоторого предельного значения, после чего снова начинается новое расширение, и так до бесконечности. Расширение. Вселенной началось 15-18 млрд лет назад в результате так называемого»Большого. Вы бухубуху».
2. Гиперболическая модель. В этой модели стадия расширения продолжается сколь угодно долго. Обе модели принципиально не отличаются друг от друга, и при их рассмотрении напрашивается аналогия с движением тела, падающего на землемлі.
Если единственной силой в этих космологических моделях есть гравитация, под действием которой объект сжимается, а не расширяется, то как же удалось. Фридману создать модели. Вселенной, расширяется? и стать ответ на этот вопрос, понаблюдаем за ребенком, подбрасывает мячик вверх. Хотя сила притяжения тянет мячик вниз, он некоторое время летит вверх. Происходит это потому, что мальчик. Алеша на дал мячику начальной скорости, направленной вверх и подниматься вверх мячик будет до тех пор, пока его кинетическая энергия не иссякнет. Аналогично, несмотря на наличие гравитации,. Вселенная расширяется ся том, что на начальном этапе — во время. Великого. Взрыва — он приобрел колоссальный кинетической энергииргії.
бы не было гравитации, скорости разбегания галактик оставались неизменно большими. Однако, гравитация во. Вселенной существует, и она вызывает замедление разбегания — аналогично тому, как за счет земн ного притяжения замедляется полет мяча вверху.
Вернемся к нашему. Алеши. Он подбросил мячик вверх, мячик теряет скорость, останавливается, меняет направление движения и летит вниз, ударяется о землю, отскакивает вверх и тд, то есть движение мяча циклический. Гипотетически возможна и другая ситуация: начальная скорость мяча настолько велика, что он преодолевает силу земного притяжения и никогда больше не возвращается на. Землю. Для. Вселенной ситуация совершенно аналогична. Здесь также имеет значение критический параметр, от величины которого зависит, будет ли. Вселенная вечно расширяться, хотя со скоростью, уменьшаться, расширение прекратится и начнется сжатие. П ричому после фазы сжатия снова может наступить фаза расширения, т.е.. Вселенная может»пульсироватьсувати».
Таким параметром является критическая плотность. Вселенной
. Если плотность. Вселенной р меньше критической то. Вселенная открытый, то есть все время расширяется. Если же плотность
, то. Вселенная закрыт — наступает фаза сжатия. К сожалению, точно ответить на этот вопрос ученые пока не могут. По современным расчетам, плотность. Вселенной немного меньше критической, т.е.. Вселенная эт должен быть открытым, но не учтены так называемые»скрытые массы», которые могут повлечь существенные изменения в плотности. Вселеннойу 
, тогда она может оказаться большей критической (). При таком условии. Вселенная не будет расширяться вечно
Источник
Как устроена Вселенная. Часть I.
Невозможно представить, насколько ниже в
своем развитии оказалось бы человечество,
если бы оно никогда не видело звездного неба.
Анри Пуанкаре.
Нестационарная Вселенная Фридмана.
Идея о том, что рождение Вселенной началось с взрыва, была высказана российским ученым Александром Фридманом. В 1922 году журнал «Zeitschrift fur Physik» опубликовал статью «О кривизне пространства», автором которой оказался петербургский математик Фридман- имя это мало что говорило физикам-теоретикам Запада.
Хотя Александр Александрович Фридман к началу 20-х годов вовсе не был безвестным начинающим ученым. Просто он ранее никогда не занимался теоретической физикой, поскольку являлся крупным специалистом по теоретической метеорологии, динамике атмосферы и весьма известным математиком.
Он отличался невероятной дотошностью, умением глубоко проникать в суть изучаемого предмета, влезать в его тонкости. Не случайно, когда Фридман заинтересовался теорией относительности, его друзья заявили: «Теперь мы будем, наконец, знать теорию относительности».
Несмотря на неизвестность автора в кругу физиков-теоретиков, статья сразу же обратила на себя внимание. И не удивительно. В скромном по объему сообщении утверждалось, что кривизна нашего пространства должна изменяться, и стационарная Вселенная, которую отстаивал Эйнштейн, невозможна
Давайте вспомним. Вселенная Ньютона была бесконечной и населенной бесконечным количеством звезд. Такой подход Ньютона понятен; если бы число звезд было конечным, то, по расчетам, сила взаимного притяжения стянула бы их воедино в гигантский звездный клубок.
В модели Вселенной Ньютона есть два парадокса, необъяснимых с точки зрения его теории. Судите сами: если число звезд бесконечно, то они должны создавать яркую и равномерную освещенность неба. А этого на самом деле нет.
Кроме того, в бесконечной Вселенной само тяготение должно возрастать бесконечно, и это должно вызвать огромные скорости движения звезд. А на опыте ничего подобного не наблюдалось.
Ньютон обнаружил эти несоответствия в своей модели, но решил эту проблему достаточно просто, придя к выводу, что Бог всегда присутствует во Вселенной и исправляет эти несообразности [1].
Пытаясь понять, что представляет собой Вселенная, Эйнштейн столкнулся с теми же трудностями, которые рождает бесконечность. В своей работе «Вопросы космологии и общая теория относительности» он пишет: «Мне не удалось установить граничные условия для пространственной бесконечности… Если бы можно было рассматривать мир в его пространственной протяженности как замкнутый, то подобного рода граничные условия были бы вообще не нужны» [2].
Натолкнувшись на идею конечной Вселенной, Эйнштейн все свои силы сосредоточил на поиски доказательств правильности – или хотя бы возможности — ее существования.
Чтобы избавиться от пороков бесконечности, Эйнштейн заменил бесконечную «плоскую» ньютонову Вселенную конечной. Конечное пространство по необходимости должно быть замкнутым и искривленным, подобно тому, как обязательно искривлена любая замкнутая поверхность.
Далее Эйнштейн предположил, что средняя плотность материи во Вселенной постоянна и настолько велика, что обеспечивает положительную кривизну. Надо сказать, что только при положительной кривизне пространство замкнуто и конечно.
Исходя из факта малых звездных скоростей, Эйнштейн предположил, что Вселенная должна быть стационарной, что ее структура и кривизна не должны меняться со временем.
Однако из его теории вытекала новая проблема: под действием гравитационных сил замкнутая Вселенная должна сжиматься. Получалось, что, избавляясь от неприятностей, связанных с бесконечностью Вселенной, Эйнштейн наткнулся на неприятности, вызванные именно конечностью, замкнутостью нашего мира.
Чтобы выйти из трудного положения, и сохранить стационарность Вселенной, Эйнштейн был вынужден ввести в свои уравнения поля тяготения так называемый космологический член. Иными словами, он ввел новую «антигравитационную силу», которая удерживает звезды на расстоянии друг от друга и препятствует стягиванию Вселенной. Поддерживает стационарность Вселенной.
«Не от хорошей жизни» ввел он эту постоянную. «Для того, чтобы придти к этому свободному от противоречий представлению, мы должны были все же ввести новое расширение уравнений поля тяготения, не оправдываемое нашими действительными знаниями о тяготении» [2].
Ему была необходимо стационарность Вселенной. Поэтому он утверждал, что пространство-время само по себе всегда расширяется и этим расширением уравновешивается притяжение всей остальной материи во Вселенной, так что в результате Вселенная оказывается статической.
Вселенная.
С большим трудом, преодолевая огромные препятствия, Эйнштейн, наконец, построил модель мира, которая достаточно хорошо отражала мир реальный. Во всяком случае, в известных тогда науке границах.
И вот теперь какой-то Фридман заявляет, что Вселенная нестационарна.
А что, собственно, сделал Фридман?
Оказывается, он нашел общее решение системы уравнений тяготения, и пришел к выводу: Вселенная нестационарна, ее кривизна меняется. Решение Эйнштейна является лишь частным случаем.
Решение Фридмана открывало две возможности: монотонное в одном направлении, например, непрерывное расширения, или периодическое возрастание и уменьшение кривизны. Во втором случае Вселенная, словно сердце, должна была то расширяться, то сжиматься.
Прочитав статью Фридмана, Эйнштейн тот час же отреагировал на нее, написав ответ под названием «Замечания к работе А. Фридмана». Он писал: «Результаты относительно нестационарного мира , содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными».
Фридман устоял перед силой авторитета. Он заново произвел все вычисления, причем решил систему уравнений без всяких упрощений и дополнительных космологических членов, и попросил своего товарища, физика Краткова, ехавшего в Берлин, передать их Эйнштейну.
Спустя несколько месяцев в том же журнале появилась еще одна маленькая заметка. Вот она целиком. «К работе А. Фридмана “О кривизне пространства”. В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу. Однако, моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщенного мне господином Крутковым, основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты г. Фридмана правильными, и проливающими новый свет. Оказывается , что уравнения поля допускают наряду со статическими также и динамические (т.е. переменные относительно времени) центрально-симметричные решения для структуры пространства» [3].
Эйнштейн не был бы Эйнштейном, не появись этого публичного признания своей неправоты.
Но вернемся к нестационарной Вселенной Фридмана. В своих исследованиях Фридман сделал исходное предположение: Вселенная одинакова во всех направлениях и остается таковой, откуда бы мы ее ни рассматривали. Долгое время считалось, что предположение об одинаковости Вселенной является грубым приближением к реальной Вселенной. В модели Фридмана все галактики удаляются друг от друга. Это вроде бы как надутый шарик, на который нанесены точки, и если его все больше надувать, расстояние между точками увеличивается. При этом ни одну из точек нельзя назвать центром расширения.
Словом, Фридман в 1922 году доказал, что Вселенная не должна быть статической. Это произошло за несколько лет до открытия Хаббла.
В 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не является единственной. Существует много галактик, разделенных огромными областями пустого пространства. Если бы наблюдатель увидел нашу Галактику извне, то он обнаружил бы, что она имеет вид спирали и медленно вращается. Звезды в ее спиральных рукавах делают примерно один оборот вокруг ее центра каждые несколько сотен миллионов лет. Наше Солнце представляет собой обычную желтую звезду средней величины, расположенную на внутренней стороне одного из спиральных рукавов.
Продолжив свои исследования, в 1929 году Хаббл, фотографируя спектры далеких галактик, получил неопровержимые доказательства того, что Вселенная расширяется. Это открытие Хаббла явилось триумфом Фридмана, до которого Фридман не дожил, скончавшись от холеры в 1925 году в возрасте 36 лет.
Сегодня известно, что Вселенная расширяется за каждую тысячу миллионов лет на 5-10%. Все галактики удаляются от нас, причем, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется.
Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальные переворотов двадцатого века.
Лауреат Нобелевской премии физик-теоретик Стивен Хокинг пишет: «Имеющиеся данные говорят о том, что Вселенная, вероятно, будет расширяться вечно. Единственное, в чем можно быть совершенно уверенным, так это в том, что если сжатие Вселенной все-таки произойдет, то никак не раньше, чем через десять миллионов лет, ибо, по крайней мере, столько времени она уже расширяется. Но это не должно нас тревожить: к тому времени, если мы не переселимся за пределы Солнечной системы, человечества давно уже не будет — оно угаснет вместе с Солнцем» [4].
В соответствии с теорией Фридмана, которая дает удивительно точное описание нашей Вселенной, пространство-время, наполненное чрезвычайно плотной материей, появилось в результате чудовищного взрыва из точки и начало неудержимо расширяться.
1. Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. «Научно-эзотерические основы Мироздания». лекция № 11
2.Эйнштейн А. Сборник научных трудов. Т.I-IV.: Наука, 1966.
3. Ливанова А.Три судьбы постижения мира М.: Знание, 1969.
4.Хокинг С. Краткая история времени. СПб.: Амфора, 2005.
Источник