Закон хаббла модели вселенной фридмана

4. 2. 013 Расширяющаяся Вселенная Фридмана

4.2 Астрономия, космология

4.2.013 Расширяющаяся Вселенная Фридмана

Математик, механик, физик, геофизик, астроном, космолог, инженер, метеоролог, популяризатор теории относительности; профессор Пермского и Петроградского университетов; сотрудник Аэрологической обсерватории в Павловске под Петербургом; участник Первой мировой войны, летчик-наблюдатель, один из организаторов аэронавигационной и аэрологической службы на Северном и других фронтах; создатель и первый директор завода «Авиаприбор» в Москве; директор Главной геофизической обсерватории; главный редактор «Журнала геофизики и метеорологии»; лауреат премии им. В.И. Ленина (посмертно) — Александр Александрович Фридман (1888—1925) знаменит в мире как создатель теории нестационарной Вселенной, ставшей основным теоретическим развитием общей теории относительности А. Эйнштейна.

Один из важных разделов современной астрономии — космология — изучает свойства и эволюцию Вселенной в целом. Занимаются этой наукой математики, физики, астрономы, философы, богословы, а ее возникновение связано с жаждой человечества иметь полное описание Вселенной, в которой оно обитает.

По словам знаменитого астронома Э. Хаббла, «стремление к знаниям древнее истории. Оно не удовлетворено, его нельзя остановить». Из русских ученых наибольший вклад в развитие космологии внес А.А. Фридман. Собственно, с него и начался современный этап развития этой науки. Более того, научное сообщество считает открытие Фридманом расширяющейся Вселенной одним из великих интеллектуальных переворотов XX в.

Несколько слов об авторе этой теории.

Несмотря на то, что Фридман прожил всего 37 лет (он скончался от брюшного тифа в 1925 г.), Александр Александрович успел раскрыть в полную силу свой талант в нескольких науках.

Собраны еще не все публикации математика, разбросанные в редких изданиях и малодоступных журналах, тем не менее главные сочинения Фридмана можно сгруппировать по трем областям знания.

Во-первых, это фундаментальные труды ученого по физике атмосферы и по динамической метеорологии (геофизической гидродинамике). Разработав теорию атмосферных вихрей и порывистости ветра, теорию разрывов непрерывности в атмосфере, теорию атмосферной турбулентности, исследовав вертикальные течения и изменения температуры с высотой, выведя общее уравнение для определения вихря скорости, Фридман заложил основы теории изучения погоды и ее прогнозирования. Многие теоретические выводы математика нашли практическое применение в аэронавигации.

В другом важном направлении научной деятельности — гидромеханике и гидродинамике ученый исследовал кинематические свойства движения и вихри в сжимаемой жидкости, определил условия возможных движений этой жидкости при воздействии на нее определенных сил, построил основы статистической теории турбулентности и стал одним из создателей новой теории, изложенной в работе «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости» (1922).

Практическая метеорология и гидротехника из абстрактных уравнений в частных производных Фридмана по сию пору черпает нужные ей сведения.

И наконец, релятивистская космология. Устойчивый интерес к астрономии, проявленный Александром еще в школе, привел Фридмана к созданию космологической теории. Совмещая в начале 1920-х гг. работу в Главной физической обсерватории с преподаванием в ряде Петроградских вузов, математик увлекся общей теорией относительности (ОТО), обнародованной А. Эйнштейном в 1915—1916 гг., — одной из многочисленных теорий гравитации.

Эйнштейн, базируясь на работах своих предшественников, начиная с неэвклидовой геометрии Н.И. Лобачевского, рассмотрел гравитацию как проявление искривления пространства-времени, т.е. как некий геометрический эффект и отождествил гравитационное поле (поле тяготения) с тензорным метрическим полем или метрикой четырехмерного пространства-времени. Свои уравнения физик распространил и на описание Вселенной.

Несмотря на ряд революционных идей, Эйнштейн был верен традиционному представлению о стационарности Вселенной. Для этого ученый специально внес в уравнения т.н. космологическую постоянную — «антигравитационную» силу, которой он наделил структуру пространства-времени.

По мысли Эйнштейна, такой подход примирял непрерывное расширение пространства-времени (уравновешиваемое притяжением всей остальной материи) с вечностью и неизменностью Вселенной в пространстве и во времени. Однако получить стационарное решение уравнений ОТО Эйнштейну не удалось.

Фридман, став одним из первых апологетов и популяризаторов ОТО в нашей стране, тем не менее критически отнесся к идее стационарности Вселенной. Предположив, что Вселенная изотропна — т.е. одинакова в любом из наблюдаемых направлений, даже в случае наблюдений «со стороны», ученый предложил нестационарное решение уравнений ОТО, согласно которому Вселенная расширяется.

Основополагающий вывод новой концепции сводился к «началу времен» — к тому моменту, когда Вселенная имела ничтожно малый объем с бесконечной плотностью вещества. Тем самым Фридман доказал несостоятельность воззрений «отца» ОТО и использования им космологической постоянной.

Поначалу Эйнштейн резко возражал против теории русского ученого, пытался найти в ней противоречия, но, в конце концов, вынужден был признать ее справедливость.

Интерпретаторы теории расширяющейся Вселенной любят уподоблять модель Фридмана с разбегающимися друг от друга галактиками с надуваемым шариком, на котором нанесены точки. При надувании отрезки между любыми двумя точками увеличиваются, хотя ни одна из точек и не является центром расширения. Чем больше расстояние между точками, тем быстрее они разбегаются.

Этот теоретический вывод был подтвержден в 1929 г. открытием американского ученого Э. Хаббла т.н. красного смещения света от отдаленных галактик, свидетельствующего об их удалении от нашей галактики со скоростью, которая пропорциональна их расстоянию от нас.

Астрофизик католический священник Ж. Леметр, не зная о работах Фридмана, объединил ОТО с данными Хаббла и также пришел к выводу, что Вселенная расширяется во времени из состояния «первичного атома», из состояния т.н. «Большого Взрыва».

Нестационарная Вселенная до 1960-х гг. называлась именем бельгийского аббата, а после того, как из забвения было вызвано имя основоположника релятивистской космологии Фридмана получило имя модели Фридмана-Леметра.

В 1946—1956 гг. ученик Фридмана советский и американский физик-теоретик Г.А. Гамов уточнил концепцию «Большого взрыва и расширяющейся Вселенной»: предложил модель «горячей Вселенной» и разработал теорию образования химических элементов путем последовательного нейтронного захвата — нуклеосинтеза. В рамках этой теории было предсказано существование фонового микроволнового (реликтового) излучения, открытого в 1965 г.

P.S. По прочтении статьи у читателей возникли некоторые вопросы и предложения.

В теории расширения Вселенной заложен парадокс, который ставит Землю в Центр Вселенной. «Чем ни дальше от «НАС» находится объект тем у него большее смещение спектр. линий в сторону красного спектра.
НО почему от нас ,МЫ что «ПУП» Вселенной. (Никола Новиков).

Никакого парадокса нет: при наблюдении из ЛЮБОЙ точки вселенная будет (в больших масштабах) выглядеть одинаково. И выделенного центра как не было, так и нет.
Мне кажется, что можно внести уточнения.
1. Фридман вовсе не создал теории расширяющейся вселенной. Он лишь нашел решения для ОТО применительно к вселенной и показал, что они нестационарны, вселенная «обязана» либо расширяться, либо сжиматься.
2. Эйнштейн первоначально посчитал результаты Фридмана ошибочными, о чем и сообщил в одной из своих статей. Позже он признал правоту Фридмана и публично в научной периодике сообщил об этом.
3. Попытка ввести лямбда-член в уравнения ОТО была попыткой «спасти мир» и делалась именно под влиянием впечатления от результатов Фридмана.
4. Работы Гамова вовсе не являются развитием работ Эйнштейна или Фридмана: его результаты, если не ошибаюсь, могли быть получены на основе классических представлений, не прибегая к ОТО. Главное в них — «начальные условия», в результате которых реализовался тот мир, в котором и живем.
. Такие люди, как Фридман, заслуживают того, чтобы о них знали. тем более, что Фридман — наш соотечественник, фигура не только колоссального масштаба, но и трагическая в чем-то. (Алексей Степанов 5).

Источник

А. Фридман – Э. Хаббл. Расширяющаяся Вселенная. «Разбегание галактик»

Предположения и основания современных космологических концепций о расширяющейся Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями ее области. Эффект «красного смещения» и «разбегания галактик» нестационарной Вселенной.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ПРАВОСУДИЯ

факультет подготовки специалистов для судебной системы

По дисциплине: «Концепции современного естествознания»

Тема: «А. ФРИДМАН — Э. ХАББЛ. РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ. «РАЗБЕГАНИЕ ГАЛАКТИК»»

Студент 1 курса

1 группы выходного дня

заочной формы обучения

(второе высшее образование)

Зав. кафедры Правовой информатики,

информационного права и математики

Д.т.н., профессор Ловцов Д.А.

Дата представления работы: 27.12.2008

Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого — космология.

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень философских предпосылок, философских оснований.

Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов на планете Земля, могут быть экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете — на всю Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы в пространстве и времени относится к уровню философских оснований современной космологии.

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения — общей теории относительности Эйнштейном (1916). Из уравнений Эйнштейна общей теории относительности следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии).

Применив общую теорию относительности ко Вселенной в целом, Эйнштейн обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала не меняющаяся со временем Вселенная, не существует. Однако Эйнштейн представлял себе Вселенную как стационарную. Поэтому он ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.

В начале 20-х годов советский математик А.А. Фридман впервые решил уравнения общей теории относительности применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности.

Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, должна расширяться или сжиматься. Полученные Фридманом уравнения лежат в основе современной космологии.

В 1929 году американский астроном Э. Хаббл опубликовал статью «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей», в которой пришел к выводу: «Далекие галактики уходят от нас со скоростью, пропорциональной удаленности от нас. Чем дальше галактика, тем больше ее скорость» (коэффициент пропорциональности получил название постоянной Хаббла).

Этот вывод Хаббл получил на основе эмпирического установления определенного физического эффекта — красного смещения, т.е. увеличения длин волн линий в спектре источника (смещения линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров, обусловленного эффектом Допплера, в спектрах галактик.

Открытие Хабблом эффекта красного смещения, разбегания галактик лежит в основе концепции расширяющейся Вселенной.

В соответствии с современными космологическими концепциями, Вселенная расширяется, но центр расширения отсутствует: из любой точки Вселенной картина расширения будет представляться той же самой, а именно, все галактики будут иметь красное смещение, пропорциональные расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается.

Если на воздушном шарике нарисовать галактики и начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причем тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что нарисованные на шарике галактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звездные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем из-за сил гравитации. расширяющая вселенная смещение галактика

Факт установлен для всех известных и достаточно удалённых от нашей галактики галактик. Установлен рост скорости убегания с расстоянием (так называемый закон Хаббла). Закон Хаббла качественно соответствует модели вселенной Эйнштейна-де Ситтера (модель пространства-времени с постоянной кривизной). Метод определения относительной скорости убегания галактик основан на эффекте Доплера, широко применяется в современной технике, в частности, постовая служба ГАИ использует именно его для выявления нарушителей скоростного режима на дорогах. Для поиска объяснения закона Хаббла, в науке описываются все возникавшие сомнения в правильности принятой в науке интерпретации «красного смещения».

Да, действительно наука проверяла возможности «старения кванта света», рассеяние фотонов на межгалактических скоплениях материи и др. Но… отвергла эти возможности. Однако, основываясь только на этих сомнениях, сделан вывод о том, что «…сегодня уже можно утверждать определённо, что красное смещение не связано с расширением Вселенной». Демонстрируя тем самым другую особенность метода доказательства истины, — использование сомнения в качестве орудия «по зачистке» научных пространств, и для провозглашения «самоочевидных» и «философски верных» истин. Нужно сказать, что подобный метод, со времен Рене Декарта, его провозгласившего, в современной науке признанием больше не пользуется.

Опровержение других фактов (процентное содержание водорода и гелия во Вселенной, реликтовое излучение, пространственное расположение квазаров, эволюция галактик, присутствие урана и других актиноидов в земной коре), их интерпретация в интересах apriori принятой концепции о «вечной и бесконечной» Вселенной демонстрируют применение того же картезианского метода.

В заключение считаю необходимым упомянуть о «зашедшей в тупик» современной космологии и, соответственно, ОТО. Что здесь имеется в виду? Если в данном утверждении присутствует неудовлетворенность от множественности моделей Вселенной, то подобная же неудовлетворенность присутствует и среди специалистов в квантовой физике — по той же самой причине (открытие новых элементарных частиц чуть ли не каждый день).

Если же в качестве доказательства «зашедшей в тупик» физики указывается на сложность её понимания, без применения самых абстрактных разделов математического знания, или на ограниченную возможность какого-либо наглядного представления физической реальности (что является результатом применения той же математики в физике), то всё это верно.

Можно согласиться, также с тем, что цена такого «понимания» вряд ли является приемлемой даже для многих и многих специалистов. Но — опять-таки — и это обстоятельство не служит признаком «тупика». Большое количество физиков ропщут и ностальгируют об ушедшем «золотом веке» физики, когда открытия делались с помощью мотка медной проволоки и с использованием — в качестве электрической изоляции — шнурка из ботинок. Но, к сожалению, возврат к старым (простым) физическим представлениям об окружающей нас реальности уже невозможен.

1. Интернет: www.yandex.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Космология — учение о Вселенной как едином целом и об охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого, раздел астрономии. Идеи Вернадского о биосфере и ноосфере пронизаны духом космизма, относясь к русской космической мысли.

доклад [14,5 K], добавлен 07.01.2009

Теория Большого Взрыва. Понятие реликтового излучения. Инфляционная теория физического вакуума. Основы модели однородной изотропной нестационарной расширяющейся Вселенной. Сущность моделей Леметра, де Ситтера, Милна, Фридмана, Эйнштейна-де Ситтера.

реферат [27,5 K], добавлен 24.01.2011

Вселенная как понятие и объект познания. Начало космологии, фридмановские космологические модели, разбегание галактик и расширение Вселенной. Гипотеза «большого взрыва». Космологический горизонт и крупномасштабная (ячеистая) структура Вселенной.

реферат [340,5 K], добавлен 07.01.2010

Основные гипотезы мироздания: от Ньютона до Эйнштейна. Теория «большого взрыва» (модель расширяющейся Вселенной) как величайшее достижение современной космологии. Представления А. Фридмана о расширении Вселенной. Модель Г.А. Гамова, образование элементов.

реферат [45,1 K], добавлен 24.02.2012

Революция в естествознании, возникновение и дальнейшее развитие учения о строении атома. Состав, строение и время мегамира. Кварковая модель адронов. Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд. Современная картина происхождения Вселенной.

курсовая работа [39,3 K], добавлен 16.07.2011

Представление о Большом Взрыве и расширяющейся Вселенной. Теория горячей Вселенной. Особенности современного этапа в развитии космологии. Квантовый вакуум в основе теории инфляции. Экспериментальные основания для представления о физическом вакууме.

презентация [2,7 M], добавлен 20.05.2012

Представление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой. Теории, гипотезы и модели происхождения галактик. Допущения для объяснения расширения Вселенной. «Большой взрыв»: его причины и хронология. Стадии и следствия эволюции.

реферат [30,8 K], добавлен 10.04.2015

Источник