Модели Вселенной

Классическая ньютоновская космология

• Вселенная – это весь существующий материальный мир, включая и тот, который находится за пределами планеты земля и не известен человеку. Космология познает мир таким, каким он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания;

• Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материаьных объектов и процессов;

• Пространство и время метрически бесконечны;• Пространство и время однородны;• Вселенная стационарна, не претерпевает

эволюции. Изменяться могут конкурентные космические системы, но не мир в целом.

Современная релятивистская космология Наиболее общепринятой в космологии является модель:• однородной •изотропной •нестационарной •горячей •расширяющейся Вселенной Построенная Эйнштейном в 1916 г., на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения.

Решение уравнений А.А. Фридмана • Если средняя плотность излучения во

Вселенной равна некоторой критической величине, моровое пространство оказывается Евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния;

Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией

Лобачевского и также неограниченно расширяется;

• Если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается Римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.

Космология Большого взрыва Г.А. Гамова

• Согласно теоретическим расчетам Жоржа Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 1096 г/см3.

• В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров.

• От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого Взрыва.

Космология Большого взрыва

• эра адронов – тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия. В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов;

• эра лептонов – легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейронами;

• фотонная эра – продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы – энергии Вселенной – приходится на фотоны. Главную роль играет излу-чение, которое в конце эры отделяется от вещества.

• звездная эра – наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.

Теория возникновения Вселенной

Инфляционная гипотеза • начало Вселенной определяется как состоянии квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10-50 см.

• Основные события в ранней Вселенной разыгрывались за ничтожно малый промежуток времени от 10-45 до 10-30 с.;

• стадия инфляции – в результате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и в соответствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспоненциональному закону.

• В этот период инфляционной стадии продолжительностью 10-34 с Вселенная раздулась от невообразимо малых квантовых размеров 10-33 см до невообразимо больших 101000000 см, что на много порядков превосходит размер наблюдаемой Вселенной не было ни вещества, ни излучения;

•переход от инфляционной стадии к фотонной – состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения (света), осветившего космос;

•этап отделения вещества от излучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным для излучения, контакт между веществом и излучением пропал

Экспериментальные данные о Вселенной•В 1929 г. Американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависи-мости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, - система галактик расширяется.

•Закон Хаббла

•Н- постоянная Хаббла – км/с/Мпк или просто 1/с

HRV

•Она показывает, насколько в относитель-ных единицах расширяется пространство в единицу времени

• Величина, обратная постоянной Хаббла, приблизительно разна возрасту Вселенной

•Расстояние до границы наблюдаемой Вселенной примерно:

• RМ = c / H0 = 1.3·1026 м

•Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения :

в видимой части спектра линии смещаются к красному диапазону.

•Причины для изменения длины волны:

Эффект Допплера (взаимное движение источника и наблюдателя) - при взаимном удалении источника и наблюдателя возникает красное смещение, при сближении – фиолетовое смещение.

Созвездие Пегаса (красное смещение)

Красное смещение

Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовый фон (реликтовое излучение).

• Реликтовое   излучение  было предсказано Георгием Гамовым,

•Р. Альфером и Р. Германом в 1948 году на основе теории горячего Большого взрыва вычислена температура релик-тового излучения, они смогли устано-вить, что температура реликтового излучения должна составлять 3- 5 К.

•Результаты работ Г. Гамова и Р. Альфера и Р. Германа широко не обсуждались и были молоизвестны.

• В 1964 году был создан радиометр Дикке для измерения реликтового излучения . (Принстонский университет).

•В 1965 году А. Пензиас и Р. В. Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили прибор, аналогичный радиометру Дикке.

•А. Пензиас и Р. В. Вильсон намеревались использовать прибор не для поиска реликтового излучения , а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций.

•При калибровке установки выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К.

•Таким образом было экспериментально ус-тановлено наличие реликтового излучения .

• В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё открытие получили Нобелевскую премию.

• Наиболее подробную карту реликтового  излучения  удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.

• 14 мая 2009 года был произведён запуск спутника миссии Планк Европейского космического агентства

Телескоп Планк

•Теория тепловой смерти Вселенной (Р.Клазиус) базируется на на втором начале термодинамики.

•Согласно этому закону физики , тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому.

•Поэтому если два соприкасающихся тела находятся в замкнутом пространстве , то тепло начнет перераспределятся между этими телами и окружающим пространством таким образом, что в конечном счете станет одинаковым в любой точке замкнутого пространства.

•Если считать Вселенную таким замкнутым пространством , не имеющим внешнего притока тепла или оттока тепла, то действие энтропии должно с течением времени привести к выравниванию температуры во всех уголках Вселенной и прекращению всякого движения и излучения .

•Такое состояние Вселенной и называется тепловой смертью.

•Опровержение данной теории состоит в том , что под действием сил притяжения и отталкивания во Вселенной всегда будут возникать очаги концентрации вещества , в которых под действием гравитации начнутся изменения температуры , что, в свою очередь , будет постоянно нарушать процесс выравнивания температуры.