Представления о вселенной оказались ошибочными

У этого термина существуют и другие значения, см. Космология (значения).
Космоло́гия

(
космос
+
логос
) — раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия.

История космологии

Ранние формы космологии представляли собой религиозные мифы о сотворении (космогония) и уничтожении (эсхатология) существующего мира.

Китай

Археологические находки позволяют утверждать, что прообразом космоса мог считаться панцирь сухопутной черепахи, щитки которого делят плоскость земли на квадраты.

В наиболее ранней из текстологически представленных моделей китайской космологии считалось, что Земля прикрыта небом подобно пологу на колеснице, и этот полог вращается в горизонтальной плоскости, как зонт (т. н. модель гайтянь

蓋天, называемая тж.
Чжоуби
— по названию математического трактата, описывающего вычисления согласно этой модели). К сер. династии Хань эта модель оспаривалась астрономическими наблюдениями. Ей на смену пришло представление о сферичности космоса, окружавшего Землю (модель
хуньтянь
浑天). Ок. 180 г. н. э. Цай Юн упоминает также третью модель,
сюанье
宣夜 — однако о ней уже к его времени не сохранилось сведений.

Европейская античность

См. также: Астрономия Древней Греции

Большинство древнегреческих учёных поддерживали геоцентрическую систему мира, согласно которой в центре Вселенной находится неподвижная шарообразная Земля, вокруг которой обращаются пять планет, Солнце и Луна. Предложенная Аристархом Самосским гелиоцентрическая система мира, по-видимому, не получила поддержки большинства древнегреческих астрономов.

Мир считался ограниченным сферой неподвижных звёзд[1]. Иногда добавлялась ещё одна сфера, отвечающая за прецессию. Предметом споров был вопрос о том, что находится за пределами мира: перипатетики вслед за Аристотелем полагали, что вне мира нет ничего (ни материи, ни пространства), стоики считали, что там находится бесконечное пустое пространство, атомисты (Левкипп, Демокрит, Метродор, Эпикур, Лукреций) полагали, что за пределами нашего мира находятся другие миры. Особняком стоят взгляды Гераклида Понтийского, согласно которому звёзды являются далёкими мирами, включающими в себя землю и воздух; он, как и атомисты, полагал Вселенную бесконечной. На закате античности появилось религиозно-мистическое учение герметизм, согласно которому вне мира может находиться область нематериальных существ — духов[2].

Многие досократики полагали, что движением светил управляет гигантский вихрь, давший начало Вселенной. Однако после Аристотеля большинство античных астрономов считали, что планеты переносятся в своём движении материальными сферами, состоящими из особого небесного элемента — эфира, свойства которого не имеют ничего общего с элементами земли, воды, воздуха и огня, составляющих «подлунный мир». Широко было распространено мнение о божественной природе небесных сфер или светил, их одушевлённости.

Средневековье

См. также: Астрономия исламского Средневековья и Космология в иудаизме

В Средние века в астрономии и философии как христианских, так и мусульманских стран доминировала космология Аристотеля, дополненная птолемеевой теорией движения планет, вместе с представлением о материальных небесных сферах. Некоторые философы XIII—XIV вв. считали, что бесконечно всемогущий Бог мог создать, помимо нашего, и другие миры[3][4]; тем не менее, эта возможность считалась сугубо гипотетической: хотя Бог и мог создать другие миры, он не сделал этого. Некоторые философы (например, Томас Брадвардин и Николай Орем) считали, что за пределами нашего мира находится бесконечное пространство, служащее обителью Бога (модификация космологии герметистов, также полагавших внемировое пространство относящимся к духовной сфере[5]).

Эпоха Возрождения

См. также: Гелиоцентрическая система мира и Космология Джордано Бруно

Новаторский характер носит космология Николая Кузанского, изложенная в трактате Об учёном незнании

. Он предполагал материальное единство Вселенной и считал Землю одной из планет, также совершающей движение; небесные тела населены, как и наша Земля, причём каждый наблюдатель во Вселенной с равным основанием может считать себя неподвижным. По его мнению, Вселенная безгранична, но конечна, поскольку бесконечность может быть свойственна одному только Богу. Вместе с тем, у Кузанца сохраняются многие элементы средневековой космологии, в том числе вера в существование небесных сфер, включая внешнюю из них — сферу неподвижных звёзд. Однако эти «сферы» не являются абсолютно круглыми, их вращение не является равномерным, оси вращения не занимают фиксированного положения в пространстве. Вследствие этого у мира нет абсолютного центра и чёткой границы (вероятно, именно в этом смысле нужно понимать тезис Кузанца о безграничности Вселенной)[6].

Первая половина XVI века отмечена появлением новой, гелиоцентрической системы мира Николая Коперника. В центр мира Коперник поместил Солнце, вокруг которого вращались планеты (в числе которых и Земля, совершавшая к тому же ещё и вращение вокруг оси). Вселенную Коперник по-прежнему считал ограниченной сферой неподвижных звёзд; по-видимому, сохранялась у него и вера в существование небесных сфер[7].

Модификацией системы Коперника была система Томаса Диггеса, в которой звёзды располагаются не на одной сфере, а на различных расстояниях от Земли до бесконечности. Некоторые философы (Франческо Патрици, Ян Ессенский) заимствовали только один элемент учения Коперника — вращение Земли вокруг оси, также считая звёзды разбросанными во Вселенной до бесконечности. Воззрения этих мыслителей несут на себе следы влияния герметизма, поскольку область Вселенной за пределами Солнечной системы считалась ими нематериальным миром, местом обитания Бога и ангелов[8][9][10].

Решительный шаг от гелиоцентризма к бесконечной Вселенной, равномерно заполненной звёздами, сделал итальянский философ Джордано Бруно. Согласно Бруно, при наблюдении из всех точек Вселенная должна выглядеть примерно одинаково. Из всех мыслителей Нового времени он первым предположил, что звёзды — это далёкие солнца и что физические законы во всем бесконечном и безграничном пространстве одинаковы[11]. В конце XVI века бесконечность Вселенной отстаивал и Уильям Гильберт. В середине — второй половине XVII века эти взгляды поддержали Рене Декарт, Отто фон Герике и Христиан Гюйгенс.

Возникновение современной космологии

В 1922 году А. А. Фридман предложил нестационарное решение уравнения Эйнштейна, в котором изотропная Вселенная расширялась из начальной сингулярности. Подтверждением теории нестационарной вселенной стало открытие в 1929 году Э. Хабблом космологического красного смещения галактик. Таким образом, возникла общепринятая сейчас теория Большого взрыва.

Возраст Вселенной

Основная статья: Возраст Вселенной

Возраст Вселенной — время, прошедшее с момента Большого взрыва. Согласно современным научным данным (результаты WMAP9), оно составляет 13,830 ± 0,075 млрд лет[12]. Новые данные, полученные с помощью мощного телескопа-спутника «Планк», принадлежащего Европейскому космическому агентству, показывают, что возраст Вселенной составляет 13,798 ± 0,037 миллиарда лет (68%-й доверительный интервал)[13][14][15].

Современная оценка возраста Вселенной построена на основе одной из распространённых моделей Вселенной, так называемой стандартной космологической ΛCDM-модели.

Основные этапы развития Вселенной

Большое значение для определения возраста Вселенной имеет периодизация основных протекавших во Вселенной процессов. В настоящее время принята следующая периодизация[16]:

• Самая ранняя эпоха, о которой существуют какие-либо теоретические предположения, — это планковское время (10−43
  после Большого взрыва). В это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий. По современным представлениям, эта эпоха квантовой космологии продолжалась до времени порядка
  10−11 с
  после Большого взрыва.
• Следующая эпоха характеризуется рождением первоначальных частиц кварков и разделением видов взаимодействий. Эта эпоха продолжалась до времён порядка 10−2 с
  после Большого взрыва. В настоящее время уже существуют возможности достаточно подробного физического описания процессов этого периода.
• Современная эпоха стандартной космологии началась через 0,01 секунды после Большого взрыва и продолжается до сих пор. В этот период образовались ядра первичных элементов, возникли звёзды, галактики, Солнечная система.

Важной вехой в истории развития Вселенной в эту эпоху считается эра рекомбинации, когда материя расширяющейся Вселенной стала прозрачной для излучения. По современным представлениям, это произошло через 380 тыс. лет после Большого взрыва. В настоящее время это излучение мы можем наблюдать в виде реликтового фона, что является важнейшим экспериментальным подтверждением существующих моделей Вселенной.

WMAP

Основная статья: WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) — космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва в момент зарождения Вселенной.

Собранная WMAP информация позволила учёным построить самую детальную на сегодняшний день карту флуктуаций температуры распределения микроволнового излучения на небесной сфере. Ранее подобную карту удалось построить по данным аппарата НАСА COBE, однако её разрешение существенно — в 35 раз — уступало данным, полученным WMAP.

Данные WMAP показали, что распределение температуры реликтового излучения по небесной сфере соответствует полностью случайным флуктуациям с нормальным распределением. Параметры функции, описывающей измеренное распределение, согласуются с моделью Вселенной, состоящей:

• на 4 % из обычного вещества,
• на 23 % из так называемой тёмной материи (возможно, из гипотетических тяжёлых суперсимметричных частиц) и
• на 73 % из ещё более таинственной тёмной энергии, вызывающей ускоренное расширение Вселенной.

Данные WMAP позволяют утверждать, что тёмная материя является холодной (то есть состоит из тяжёлых частиц, а не из нейтрино или каких-либо других лёгких частиц). В противном случае лёгкие частицы, движущиеся с релятивистскими скоростями, размывали бы малые флуктуации плотности в ранней Вселенной.

Среди других параметров, из данных WMAP определены (исходя из ΛCDM

-модели, то есть фридмановской космологической модели с Λ-членом и холодной тёмной материей англ. Cold Dark Matter)[17]:

• возраст Вселенной: (13.73 ± 0.12)·109 лет;
• постоянная Хаббла: 71 ± 4 км/с/Мпк;
• плотность барионов в настоящее время: (2,5 ± 0,1)·10−7 см−3;
• параметр плоскостности Вселенной (отношение общей плотности к критической): 1,02 ± 0,02;
• суммарная масса всех трёх типов нейтрино: <0,7 эВ.

По данным обзора Planck TT, TE, EE+lensing+BAO+JLA+H0

• 100θMC
  = 1.04077 ± 0.00032
• Ωbh2= 0.02225 ± 0.00016
• Ωch2= 0.1198 ± 0.0015
• τ=0.079 ± 0.017
• ln(1010As)=3.094 ± 0.034
• ns= 0.9645 ± 0.0049
• H0 = 67.27 ± 0.66
• Ωm=0.3089 ± 0.0062
• ΩΛ= 0.6911 ± 0.0062
• Σmv [eV]< 0.17
• Ωk=0.0008−0.0039+0.0040
• w=
  −1.019−0.08+0.075

Тема 1: Научный метод познания (стр. 11 )

практически изотропно

полностью изотропно

сильно анизотропно

имеет в основном зеленоватый цвет

Решение:

Реликтовое излучение – это тепловое излучение молодой Вселенной. В его свойствах отпечаталось состояние Вселенной той далекой эпохи (13 миллиардов лет назад), когда она была горячей и непрозрачной (плотной). Поэтому свойства реликтового излучения так важны для космологов.

Условный цвет на карте не следует путать с реальным цветовым ощущением, которого реликтовое излучение не создает, ведь оно сосредоточено в радиодиапазоне электромагнитных волн.

Поскольку на карте присутствует не более десятка разных цветов, это означает, что интенсивность реликтового излучения, приходящего с разных направлений небесной сферы, различается не более, чем на десять миллионных долей от ее среднего значения. Таким образом, интенсивность реликтового излучения практически не зависит от направления или, в научной терминологии, реликтовое излучение практически изотропно. Это означает, что в эпоху отделения излучения от вещества, то есть 13 миллиардов лет назад, Вселенная тоже была практически изотропной, а те неоднородности, которые мы наблюдаем сейчас (галактики, их скопления и сверхскопления) сформировались позднее, в ходе эволюции Вселенной.

3. Суть открытия, сделанного американским астрономом-наблюдателем Э. Хабблом в 20-х годах XX века и ставшего эмпирической основой для становления научной космологии, заключалась в том, что галактики …

удаляются друг от друга тем быстрее, чем больше расстояние между ними

преимущественно удаляются друг от друга, а не сближаются

сближаются тем быстрее, чем больше расстояние между ними

преимущественно сближаются друг с другом, а не удаляются

Решение:

Еще до работы Хаббла, вышедшей в 1929 г., было известно (по крайней мере, с 1912 г.), что в спектрах большинства галактик наблюдается красное смещение, то есть они удаляются от нашей Галактики (и друг от друга). Заслуга Хаббла заключается в наблюдательном выяснении того факта, что скорость удаления галактик друг от друга v пропорциональна расстоянию l между ними (закон Хаббла): Из этого закона немедленно следует, что Вселенная как целое расширяется из некоторого особого начального состояния, что блестяще подтвердило теоретические соображения и других первых космологов.

4. Сходство между Большим Взрывом (процессом, в ходе которого образовалась и приобрела свои свойства наша Вселенная) и обычным взрывом артиллерийского снаряда состоит в том, что …

расстояния между галактиками с течением времени увеличиваются, подобно тому, как разлетаются в разные стороны осколки взорвавшегося снаряда

и осколки снаряда, и галактики разлетаются по направлению от определенной точки в пространстве – центра взрыва

движущей силой расширения и Вселенной, и продуктов взрыва снаряда является давление раскаленных газов

расширение происходит только в ограниченной области (которую успела охватить ударная волна от взрыва), а за пределами этой области никакого расширения нет

Решение:

Термин «Большой взрыв» несколько неудачен в том смысле, что он сильно дезориентирует широкую публику относительно сущности космологических процессов. Между взрывом снаряда и Большим взрывом нет практически ничего общего. Космологическое расширение охватывает всю бесконечную Вселенную, а не какую-то ограниченную область, как расширение газов при обычном взрыве. Движущей силой разбегания галактик служит изменение геометрических свойств пространства (точнее, пространства-времени), а не действие (давление) какой-то силы со стороны какого-то тела или среды. У расширения Вселенной нет центра – из любой

ее точки наблюдатель увидит одну и ту же картину удаляющихся
от него
галактик. Лишь в том, что расстояния между галактиками с течением времени растут, можно провести аналогию с разлетающимися после взрыва осколками снаряда. И то, аналогия эта будет довольно условной, поскольку разлетающиеся осколки движутся относительно неизменного пространства, в то время как галактики, грубо говоря, уносит друг от друга растяжение разделяющего их пространства.

5.
Расширение Вселенной происходит …
однородно, без какого-либо особого или выделенного центра расширения

во все стороны от центра Большого взрыва, произошедшего в нашей Галактике

быстрее в плоскости Галактики, чем в перпендикулярном направлении

со скоростью, которая за все время существования Вселенной не изменилась

Решение:

Согласно современным представлениям, расширение Вселенной происходит однородно и изотропно, то есть одинаково во всех ее частях и во всех направлениях. Скорость же расширения с течением времени менялась. В частности, сейчас Вселенная переживает эпоху перехода от расширения с замедлением к расширению с ускорением.

6.
Согласно современным космологическим представлениям, расширение Вселенной …
ускоряется и будет происходить, чем дальше, тем быстрее

за всю историю Вселенной не изменило свою скорость и не изменит ее в будущем

замедляется и будет продолжаться, пока скорость расширения не упадет практически до нуля

в настоящее время замедляется и вскоре (по космическим масштабам) сменится сжатием

Решение:

Классические космологические модели говорили, что расширение Вселенной должно постепенно тормозиться за счет взаимного притяжения находящейся в ней массивных тел (галактик и звезд). Однако в последние годы выяснилось, что более половины всей материи во Вселенной – это так называемая «темная энергия», равномерно заполняющая пространство и создающая своеобразную силу всемирного отталкивания. В настоящее время эта сила уже несколько превосходит совокупную силу тяготения обычной материи, и потому расширение Вселенной начинает ускоряться. Факт ускоряющегося расширения Вселенной уже получил ряд наблюдательных подтверждений.

Тема 21: Общая космогония

1.По современным представлениям, примерно через 5 миллиардов лет Солнце исчерпает основные запасы своего термоядерного горючего и …

превратится в белый карлик

станет голубым гигантом

взорвется как Сверхновая

провалится внутрь себя, оставив черную дыру

Решение:

Одиночные звезды солнечной массы заканчивают свой эволюционный путь спокойно – сначала раздуваясь и охлаждаясь, а затем, после сброса внешних слоев, превращаясь в белых карликов.

2. Космогония изучает происхождение …

небесных тел и их систем

жизни на Земле и других планетах

Вселенной в целом

человека в процессе антропогенеза

Решение:

По определению, космогония – это научная дисциплина, изучающая происхождение и эволюцию небесных тел и их систем. Предметом ее интереса служат астероиды, кометы, планеты с их спутниками, звезды с их планетными системами, галактики, скопления галактик и космические структуры больших масштабов. Но происхождение Вселенной – это уже не космогоническая, а космологическая проблема.

3. Обязательным атрибутом звезды служит(-ат) …

термоядерные реакции в ее недрах в настоящем, прошлом или будущем

гигантские размеры звезды, измеряемые миллионами километров

пребывание вещества звезды в газообразном состоянии

химический состав, включающий только водород и гелий

Решение:

Звезды бывают не только гигантских, но и небольших размеров – например, белые карлики (размером с планету) или нейтронные звезды, от 15 до 300 км в диаметре.

Вещество большинства звезд – это, в основном, плазма, чьи свойства довольно сильно отличаются от свойств газа. А вот нейтронные звезды, как предполагается, могут иметь твердое ядро, окруженное нейтронной жидкостью, которая в свою очередь покрыта кристаллической железной корой.

Водород и гелий – самые распространенные в составе звезд элементы. Но химический состав звезды не исчерпывается ими: содержание других элементов может достигать нескольких процентов и даже более. Нейтронные звезды опять стоят особняком: поскольку в них все атомные ядра разрушены чудовищным давлением, понятие химического элемента для них теряет смысл.

И только протекание термоядерных реакций слияния легких ядер в более тяжелые имеет место в настоящем, прошлом и будущем любой звезды, какой бы экзотической она ни была.

4.
Существовать в привычном нам виде Солнце будет …
примерно столько же, сколько уже существует, то есть несколько миллиардов лет

совсем недолго, поскольку оно уже практически полностью исчерпало запасы водорода

пока существует Вселенная, поскольку Солнце – очень молодая звезда

неизвестное время, поскольку его превращение в Сверхновую – процесс принципиально случайный

Решение:

Солнце в настоящее время – нормальная, не очень массивная и не очень горячая звезда («желтый карлик»). Стадия спокойного термоядерного «горения» водорода у таких звезд длится около 10 миллиардов лет. Сформировалось Солнце около 5 миллиардов лет назад, то есть еще на несколько миллиардов лет запасов водородного горючего в нем хватит. А в Сверхновую Солнце не превратится никогда – не хватит массы. В любом случае, вспышка Сверхновой – явление закономерное и предсказуемое.

5.
Эволюционный путь звезды не может окончиться ее превращением в …
нормальную звезду главной последовательности

белый карлик

нейтронную звезду

черную дыру

Решение:

Звезды главной последовательности (на диаграмме Герцшпрунга–Рессела), согласно современным представлениям, находятся в середине своего эволюционного пути.

Тема 22: Происхождение Солнечной системы

1.Планеты Солнечной системы …

сформировались из того же газопылевого облака, что и Солнце

были захвачены одиноким Солнцем из межзвездной среды

сформировались из вещества протуберанцев, изверженных Солнцем

были вырваны из Солнца пролетавшей близко к нему огромной кометой

Решение:

Предположение о том, что планеты сформировались из вещества Солнца, не согласуется с разным химическим и изотопным составом Солнца и планет. Гипотеза о захвате планет из межзвездной среды отстаивалась в середине XX века, но не выдержала натиска противоречащих фактов. Современная теория происхождения Солнечной системы исходит из того, что формирование Солнца и планет происходило из одного и того же первичного газопылевого облака, отчасти параллельно, хотя Солнце и сформировалось немного быстрее.

Примечания

1. Furley, 1981.
2. Gatti, 1999, p. 103.
3. McColley, 1936.
4. Grant, 1994.
5. О влиянии герметической литературы на Брадвардина см. работу Grant, 1969.
6. Койре, 2001, с. 2—17 и особенно с. 14.
7. Barker, 1990.
8. Койре, 2001.
9. Gatti, 1999, p. 105—106.
10. Granada, 2008.
11. Койре, 2001, с. 31—45.
12. WMAP Cosmological Parameters (англ.). NASA. Goddard Space Flight Center. Проверено 22 марта 2013. Архивировано 22 марта 2013 года.
13. N° 7-2013: PLANCK REVEALS AN ALMOST PERFECT UNIVERSE (англ.).
14. Planck Collaboration.
    Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters (англ.) // ArXiv/astro-ph. — 2013. — Bibcode: 2013arXiv1303.5076P. — arXiv:1303.5076.
15. P. A. R. Ade et al
    . (Planck Collaboration) (22 March 2013). «Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results».
    Astronomy and Astrophysics1303
    : 5062. arXiv:1303.5062. DOI:10.1051/0004-6361/201321529. Bibcode: 2013arXiv1303.5062P. Проверено 2015-07-13.
16. Краткая история Вселенной. Архивировано 30 сентября 2008 года.
17. D.N. Spergel, R. Bean, O. Dore et al.
    Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology. Astrophysics, abstract astro-ph/0603449.

Развитие классической модели Вселенной

Происхождение Вселенной – это вопрос, которым задавалось человечество с незапамятных времен. Устройство Вселенной интересовало уже древних ученых, их взгляды и идеи были основополагающими компонентами философских систем. Такие космологические идеи, возникшие в древности и сохранившиеся до наших дней в форме легенд и мифов, были основаны на астрономических наблюдениях. Жрецы древних цивилизаций в процессе астрономических наблюдений сумели точно определить продолжительность года, цикл повторения затмений, а также выявить две группы небесных тел – подвижные и неподвижные.
Неподвижными, по мнению древних астрономов, являлись звезды, а подвижными – Солнце, Луна и пять планет, известных на то время:

• Меркурий,
• Венера,
• Марс,
• Юпитер,
• Сатурн.

Замечание 1
В честь подвижных небесных тел неделя была разделена на семь дней, каждый из дней связан с одним подвижным небесным телом. В процессе наблюдения видимого движения Солнца по небесной сфере были открыты двенадцать так называемых зодиакальных созвездий.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Космологические модели Вселенной 490 руб.
• Реферат Космологические модели Вселенной 240 руб.
• Контрольная работа Космологические модели Вселенной 240 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

С появлением философии и науки, сменивших мифологию, ответы на подобные вечные вопросы стали искать в рамках философских концепций. Таким образом, в период античности появились космологические модели Вселенной, предложенные Платоном, Демокритом, Пифагором, и первые гелиоцентрические модели Вселенной.

Идея о том, что Земля вращается вокруг Солнца, была выдвинута Аристархом Самосским, однако гелиоцентрические идеи не были признаны. Признанным итогом космологии в период античности, просуществовавшей и в весь период Средневековья, стала геоцентрическая модель Вселенной, предложенная Аристотелем и доработана Птолемеем. Геоцентрическая концепция была весьма сложной ввиду необходимости введения деферентов и эпициклов, что требовалось для компенсации видимого движения планет.

В период Нового времени первенство в создании идей космологии перешло науке, философия отошла на второй план. Особенно большие успехи были достигнуты в ХХ в., когда был совершен переход от догадок к подтвержденным фактам, обоснованным теориям, гипотезам.

Лень читать?

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

Задать вопрос

В 16 в. Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель Вселенной, согласно которой центром Вселенной является Солнце, а планеты вращаются вокруг него.

17-19 вв. для космологии и космогонии ознаменовались созданием полицентрической картины мира, которая явилась началом развития научной космологии. Принципы полицентрической модели Вселенной выглядят следующим образом:

• Вселенная вечна, она бесконечна в пространстве и времени
• движением и развитием небесных тел управляет закон всемирного тяготения
• пространство не связано с объектами, находящимися в нем
• время независимо от материи, время – универсальная длительность всех природных явлений и объектов
• исчезновение всех тел не приведет к изменениям в пространстве и времени, то есть пространство и время постоянны.
• во Вселенной бесконечное множество звезд, планет и звездных систем. Все небесные тела проходят жизненный путь, погасшие звезды сменяются новыми.

Эта модель, казавшаяся логически стройной и лишенной противоречий, существовала до ХХ в.

В этой модели Вселенной было несколько недостатков. Для объяснения непонятных явлений было предположено существование божественного первотолчка, вмешательством Бога объяснялась и коррекция космических тел, то есть данная модель Вселенной не могла дать научного объяснения происхождению Вселенной. Вследствие этого появились космологические парадоксы.

Литература

• Бакина В. И.
  Космологическое учение Гераклита Эфесского // Вестник Московского университета. Сер.7. Философия.. 1998.№ 4. С.42-55.
• Бакина В. И.
  Космологические учения раннегреческих философов: Учеб. пособие. М., Изд-во Моск. ун-та. 1999. −104 с.
• Вайнберг С.
  Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000, 272 с. ISBN 5-93972-013-7
• Гаврюшин Н. К.
  Византийская космология в XI веке // Историко-астрономические исследования. — М.: «Наука», 1983. Выпуск XVI. С.325-338.
• Гаврюшин Н. К.
  Космологический трактат XV века как памятник древнерусского естествознания // Памятники науки и техники. 1981. М.: Наука, 1981, С. 183—197.
• Лорен Грэхэм
  Глава XII Космология и космогония из книги Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе
• Житомирский С. В.
  Гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Самосского и античная космология. // Историко-астрономические исследования. М., 1986. Вып. 18. С. 151—160.
• Идлис Г. М. Революции в астрономии, физике и космологии. М., 1985.-232 с.
• Койре А.
  От замкнутого мира к бесконечной вселенной. — 2001..
• Космологические произведения в книжности Древней Руси. Ч. II: Тексты плоскостно-комарной и других космологических традиций» // Серия «Памятники древнерусской мысли». Вып. IV(2) / Отв. ред.: В. В. Мильков, С. М. Полянский. СПб.: Издат. дом «Міръ», 2008 (640 с. (50Б7 а.л.).
• Лебедев А. В. Фалес и Ксенофан (Древнейшая фиксация космологии Фалеса) // Античная философия в интерпретации буржуазных философов. М., 1981.
• Лупандин И. В. Аристотелевская космология и Фома Аквинский // Вопросы истории естествознания и техники. 1989. № 2. С.64-73.
• Макеев В. А. Древняя философская космография в современной культуре стран Востока. -М.: РУДН, 1993
• Мочалова И. Н. О двух космологических традициях в Ранней Академии // Вестник Ленинградского государственного университета имени А. С. Пушкина (серия философия). 2007.- № 3 (6).- С.26-34.
• Нагирнер Д. И. Элементы космологии. — СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001.
• Павленко А. Н. Современная космология: проблема обоснования // Астрономия и научная картина мира. М. ИФРАН, 1996;
• Павленко А. Н. Европейская космология: основания эпистемологического поворота, М.- ИНТРАДА, 1997;
• Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. URSS. 2002. 240 с
• Семушкин А. В. Умозрительный культ космоса в раннегреческой философии // Религия в изменяющемся мире. — М.: Изд-во РУДН, 1994. — С.27-39.
• Турсунов А. Философия и современная космология. М., 1977.
• М. Л. Фильченков, С. В. Копылов, В. С. Евдокимов Курс общей физики: дополнительные главы.
• Фролов Б. Число в архаической космологии // Астрономия древних обществ. М., 2002.С.61-68.
• Чернин А. Д. Звезды и физика. Изд.2. URSS. 2004. 176 с.
• Barker P.
  Copernicus, the orbs, and the equant. — Synthese. — 1990. — Т. 83, вып. 2. — P. 317—323.
• C. Bonneau, S. Brunier. Une sonde defie l’espace et le temps. Science&Vie, № 1072, Janvier 2007, p. 43
• Furley, David J.
  The Greek Theory of the Infinite Universe // Journal of the History of Ideas. — 1981. — Т. 42, № 4 (Oct. — Dec.). — P. 571–585..
• Gatti H.
  Giordano Bruno and Renaissance Science. — Cornell Univercity Press, 1999..
• Gombrich, R. F. «Ancient Indian Cosmology.» In Ancient Cosmologies, edited by Carmen Blacker and Michael Loewe, 110—142. London: Allen and Unwin, 1975.
• Granada, Miguel A.
  Kepler and Bruno on the Infinity of the Universe and of Solar Systems // Journal for the History of Astronomy. — 2008. — Т. 39, № 4. — P. 469—495.
• Grant E.
  Medieval and Seventeenth-Century Conceptions of an Infinite Void Space Beyond the Cosmos // Isis. — 1969. — Т. 60, № 201. — P. 39—60..
• Grant E.
  Planets, Stars, and Orbs: The Medieval Cosmos, 1200—1687. — Cambridge, 1994..
• Henderson, John B. The Development and Decline of Chinese Cosmology. Neo-Confucian Studies Series. New York: Columbia University Press, 1984.—>
• McColley G.
  The seventeenth-century doctrine of a plurality of worlds // Annals of Science. — 1936. — № 1. — P. 385–430..
• Sircar D.S. Cosmography and Cosmology in Early Indian Literature. Calcutta, 1976 (1 ed.: Calcutta,1967)

Войти на сайт

Вселенная Фридмана—одна из космологических моделей,

удовлетворяющих полевым уравнениям общей теории относительности, первая из нестационарных моделей Вселенной. Модель Фридмана описывает однородную изотропную Вселенную с веществом, обладающую положительной, нулевой или отрицательной постоянной кривизной.

Нестационарность Вселенной была подтверждена открытием зависимости красного смещения галактик от расстояния. Независимо от Фридмана, описываемую модель позднее разрабатывали Леметр, Робертсон и Уокер, поэтому решение полевых уравнений Эйнштейна, описывающее однородную изотропную Вселенную с постоянной кривизной, называют моделью Фридмана-Леметра-Робертсона-Уокера.

Теорию Большого Взрыва предложили в 20-х годах нашего века ученые Фридман и Леметр, в сороковых годах ее дополнил и переработал Гамов. Согласно этой теории, когда-то давным-давно наша Вселенная представляла собой бесконечно малый сгусток, сверхплотный и раскаленный до немыслимых температур. Это нестабильное образование внезапно взорвалось, пространство быстро расширилось, а температура разлетающихся частиц, обладающих высокой энергией, начала снижаться. Примерно после первого миллиона лет атомы двух самых легких элементов, водорода и гелия, стали стабильными. Под действием сил притяжения начали концентрироваться облака материи. В результате сформировались галактики, звезды и другие небесные тела. Звезды старели, взрывались сверхновые, после чего появлялись более тяжелые элементы. Они формировали звезды более позднего поколения, такие, как наше Солнце.

В 1922 г. советский математик А. А. Фридман, анализируя уравнения общей теории относительности Эйнштейна, пришёл к выводу, что Вселенная не может находиться в стационарном состоянии — она должна либо расширяться, либо пульсировать. В дальнейшем выводы Фридмана получили подтверждение в астрономических наблюдениях, обнаруживших в спектрах галактик так называемое красное смещение спектральных линий, что соответствует взаимному удалению этих звездных систем. [1, с. 44]

(1. Зельдович Я.Б., И.Д. Новиков. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1989. – 736 с.)

Модели Фридмана

Уравнения общей теории относительности, описывающие эволюцию Вселенной, слишком сложны, чтобы решить их в деталях. А потому Фридман предложил вместо этого принять два простых допущения: (1) Вселенная выглядит совершенно одинаково во всех направлениях; (2) это условие справедливо для всех ее точек. На основе общей теории относительности и этих двух простых предположений Фридману удалось показать, что мы не должны ожидать от Вселенной стационарности. На самом деле он в 1922 г. точно предсказал то, что Эдвин Хаббл открыл несколько лет спустя.

Предположение о том, что Вселенная выглядит одинаковой во всех направлениях, конечно же, не совсем отвечает реальности. Например, звезды нашей Галактики составляют на ночном небе отчетливо видимую светящуюся полосу, называемую Млечным Путем. Но если мы обратим свой взгляд

на далекие галактики, число их, наблюдаемое в разных направлениях, окажется примерно одинаковым. Так что Вселенная, похоже, сравнительно однородна во всех направлениях, если рассматривать ее в космических масштабах, сопоставимых с расстояниями между галактиками.

Несмотря на то что модель Фридмана была удачной и оказалась соответствующей результатам наблюдений Хаббла, она долгое время оставалась почти неизвестной на Западе. О ней узнали лишь после того, как в 1935 г. американский физик Говард Робертсон и английский математик Артур Уокер разработали сходные модели для объяснения открытого Хабблом однородного расширения Вселенной.

Хотя Фридман предложил только одну модель, на основе двух его фундаментальных предположений можно построить три разные модели. В первой из них (именно ее и сформулировал Фридман) расширение происходит настолько медленно, что гравитационное притяжение между галактиками постепенно еще больше замедляет его, а потом и останавливает.

Галактики тогда начинают двигаться друг к другу, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала возрастает от нуля до некоторого максимума, а затем вновь уменьшается до нуля.

Во втором решении скорость расширения столь велика, что тяготение никогда не может его остановить, хотя и несколько замедляет. Разделение соседних галактик в этой модели начинается с нулевого расстояния, а затем они разбегаются с постоянной скоростью.

Наконец, существует третье решение, в котором скорость расширения Вселенной достаточна лишь для того, чтобы предотвратить обратное сжатие, или коллапс. В этом случае разделение также начинается с нуля и возрастает бесконечно. Однако скорость разлета постоянно уменьшается, хотя и никогда не достигает нуля.

Замечательной особенностью первого типа модели Фридмана является то, что Вселенная не бесконечна в пространстве, но пространство не имеет границ. Гравитация в этом случае настолько сильна, что пространство искривляется, замыкаясь само на себя наподобие поверхности Земли. Путешествующий по земной поверхности в одном направлении никогда не встречает непреодолимого препятствия и не рискует свалиться с «края Земли», а попросту возвращается в исходную точку. Таково пространство в первой модели Фридмана, но вместо присущих земной поверхности двух измерений оно имеет три. Четвертое измерение — время — обладает конечной протяженностью, но его можно уподобить линии с двумя краями или границами, началом и концом.

https://studfiles.net/preview/2968626/

Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции

Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд, звезд и звездных систем — галактик; системы галактик — Метагалактики.

Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами и диффузной материей. Диффузная материя существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований — гигантских облаков пыли и газа — газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной, наряду с диффузными образованиями, занимает материя в виде излучения. Следовательно, космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.

1) Звездная форма бытия космической материи.

На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97 % вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих, если не у большинства других галактик, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9 % их массы.

В недрах звезд при температуре порядка 10 млн град, и при очень высокой плотности атомы находятся в ионизированном состоянии: электроны почти полностью или абсолютно все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения являются источником колоссального количества энергии, уносимой излучением звезд.

Звезды не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы — так называемые кратные системы, состоящие из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых кратных систем окружены общей оболочкой диффузной материи, источником которой, по-видимому, являются сами звезды, выбрасывающие ее в пространство и виде мощного потока газа. Звезды объединены также в еще большие группы — звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотен отельных звезд, шаровые скопления — многие сотни тысяч.

Перечисленные звездные системы являются частями более общей системы — Галактики, включающей в себя помимо звезд и диффузную материю. По своей форме галактики разделяются на три основных типа: эллиптические, спиральные и неправильные. В неправильных галактиках наблюдаются вихревые движения газов и тенденция к вращению, вероятно, ведущие к образованию спиральных ветвей. В настоящее время астрономы насчитывают около 10 млрд галактик.

Большинство галактик имеет эллиптическую или спиралевидную форму. Галактика, внутри которой расположена Солнечная система, является спиральной системой, состоящей приблизительно из 120 млрд звезд. Она имеет форму утолщенного диска. Наибольший диаметр равен 100 тыс. световых лет.

Наша Галактика состоит из звезд и диффузной материи. Ее звезды разделяются различными способами на подсистемы. В ней насчитывается приблизительно 20 тыс. рассеянных и около 100 шаровых скоплений звезд. Кроме того, можно выделить звезды, концентрирующиеся в галактической плоскости и образующие плоскую систему и сферическую форму пространственного распределения звезд, образующую ядро галактики.

По радиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что наша Галактика имеет четыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой является туманность Андромеды, находящаяся от нас на расстоянии 2 700 000 световых лет. Нашу Галактику и туманность Андромеды можно причислить к самым большим из известных в настоящее время галактик.

Галактики, как правило, встречаются в виде так называемых «облаков» или «скоплений галактик». Эти «облака» содержат до нескольких тысяч отдельных систем. Распределение галактик в пространстве указывает на существование определенной упорядоченной системы — Метагалактики. Метагалактика, или система галактик, включает в себя все известные космические объекты.

Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними. В газово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило, начинают вращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды эволюционируют от протозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и с низкой температурой, к звездам — плотным плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов. Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюцию вещества во Вселенной.

Огромная энергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов, происходящих внутри звезд.

Ассоциации, или скопления звезд, также не являются неизменно или вечно существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

2) Планеты.

Особый теоретический, а также практическим интерес имеет для обитателей Земли вопрос о возникновении космических объектов, имеющих размеры планет.

Отличительной чертой планетоподобных несветящихся тел является величина их массы. Все различия между звездами и планетами являются следствием различия их масс. Особенности планет как объектов мегамира можно понять в рамках общего космогонического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникает система планет — вращающихся вокруг них темных небесных тел.

Первые теории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта — Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга.

И. Кант выдвинул гипотезу, согласно которой перед образованием планет Солнечной системы пространство, где теперь она существует, было заполнено рассеянной материей, находившейся во вращательном движении вокруг уже возникшего в виде центрального сгущения Солнца. С течением времени вследствие притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности) возникли планеты. И. Кант впервые выдвинул предположение, что Солнечная система не существовала вечно. Процесс ее возникновения он связывал с существованием сил взаимодействия, присущих частицам туманности. При этом гипотеза И. Канта не противоречила наблюдаемому расположению орбит планет Солнечной системы приблизительно и одной плоскости и существованию спутников.

Приблизительно через 50 лет после этого П. С. Лаплас выдвинул свою гипотезу, во многом сходную с предположением И. Канта. Космогоническая гипотеза П. С. Лапласа основывалась на том, что Солнечная система образовалась из уже вращающейся газовой туманности. По теории И. Канта, Солнечная система также возникла из газовой туманности, но она не имела предварительного вращения. В этом случае появлялась непреодолимая трудность, невозможно было объяснить, как могло образоваться правильное вращательное движение небесных тел. Гипотеза П. С. Лапласа получила широкое признание в первой половине XIX в., но потом оказалось, что ряд фактов не укладывается в ее рамки. Например, нельзя объяснить, почему Солнце теперь вращается вокруг своей оси относительно медленно, хотя во время сжатия оно должно было вращаться столь быстро, что от него за счет центробежной силы происходило бы отделение вещества.

Началом следующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотеза английского физика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этой теории.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы. Согласно современным представлениям, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде — Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях — как раз там где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав таким образом системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

3) Современные космологические модели Вселенной.

Как указывалось в предыдущей главе, в классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты:

· Вселенная — это всесуществующая, «мир в целом». Космология познает мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.

· Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов.

· Пространство и время метрически бесконечны.

· Пространство и время однородны и изотропны.

· Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами. Современная релятивистская космология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А. Эйнштейном в общей теории относительности. Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель была разработана самим Л. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической моде лью Вселенной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием.

Эта модель казалась в то время вполне удовлетворительной, поскольку она согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А. Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблеме решительно изменился.

В том же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер предложил другую модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае «пустой» Вселенной, свободной oт материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некоторого рода космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга и растворить всю систему. Тенденция к расширению, по В. де Ситтеру, становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

В 1922 г. российский математик и геофизик Л. А. Фридман о (бросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и дал принятое в настоящее время решение космологической проблемы.

Решение уравнений А. А. Фридмана, допускает три возможности. Если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния. Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и так же неограниченно расширяется. И, наконец, если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния. По современным данным, средняя плотность материи во Вселенной меньше критической, так что более вероятной считается модель Лобачевского, т. е. пространственно бесконечная расширяющаяся Вселенная. Не исключено, что некоторые виды материи, которые имеют большое значение для величины средней плотности, пока остаются неучтенными. В связи с этим делать окончательные выводы о конечности или бесконечности Вселенной пока преждевременно.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом. Первым к поискам данных о движении спиральных галактик обратился В. де Ситтер. Обнаружение эффекта Доплера, свидетельствовавшего об удалении галактик, дало толчок дальнейшим теоретическим исследованиям и новым улучшенным измерениям расстояний и скоростей спиральных туманностей.

В 1929 г. американский астроном Э. П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию,— система галактик расширяется.

Но то, что в настоящее время Вселенная расширяется, еще не позволяет однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели.

4) Этапы космической эволюции.

Как бы ни решался вопрос о многообразии космологических моделей, очевидно, что наша Вселенная расширяется, эволюционирует. Время ее эволюции от первоначального состояния оценивается приблизительно в 20 млрд лет.

Возможно, более подходящей является аналогия не с элементарной частицей, а со сверхгеном, обладающим огромным набором потенциальных возможностей, реализующихся в процессе эволюции. В современной науке выдвинут гак называемый антропный принцип в космологии. Суть его заключается в том, что жизнь во Вселенной возможна только при тех значениях универсальных постоянных, физических констант, которые в действительности имеют место. Если значение физических констант имело бы хоть ничтожное отклонение от существующих, то возникновение жизни было бы в принципе невозможно. Это значит, что уже в начальных физических условиях существования Вселенной заложена возможность возникновения жизни.

От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва, заполнившего все пространство. В итоге каждая частица материи устремилась прочь от любой другой.

Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 000 млн град, по Кельвину. При такой температуре (выше температуры центра самой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и нейтроны Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 с после взрыва была огромной — в 4 000 млн paз больше, чем у воды

В конце первых тpеx минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд град. При этой все еще очень высокой температуре начали образовываться ядра атомов, в частности, ядра тяжелого водорода и гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино.

Космологический кризис: представления о Вселенной могут быть ошибочными

Мы живем внутри пространства, которое называем Вселенной, однако до сих пор точно не знаем, что оно из себя представляет, откуда возникло, как будет развиваться в будущем, и существуют ли другие аналогичные (или не похожие на нашу) вселенные.

Команда ученых под руководством космолога Манчестерского университета Элеоноры Ди Валентино (Eleonora Di Valentino) решилась поставить под сомнение фундаментальную характеристику Вселенной – ее форму. Исследование ученых, предупреждающее о «космологическом кризисе», было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Как известно, большинство имеющихся данных астрономических наблюдений говорят в пользу модели плоской Вселенной, свет в которой двигается по прямой линии. Тем не менее, авторы нового исследования говорят о том, что окружающее нас космическое пространство может быть искривлено и замкнуто наподобие гигантской сферы, а лучи света обрамляют это пространство по кругу и возвращаются в исходную точку.

Выводы ученых основаны на опубликованных в прошлом году новых данных миссии «Планк» — астрономического спутника Европейского космического агентства (ЕКА), находившемся в космосе с 2009 по 2013 годы.

Выводы в пользу замкнутой Вселенной «представляют новую проблему для современной космологии», — говорится в докладе ученых. При этом команда отмечает, что наблюдения «необходимо серьезно изучить, поскольку они указывают на кардинальное переосмысление существующей согласованной космологической модели».

Аппарат «Планк» был разработан с целью изучения и составления карты самого старого света во Вселенной — реликтового микроволнового излучения. Появившийся более 13 миллиардов лет назад, этот свет является отголоском Большого Взрыва, который считается началом расширения Вселенной.

Согласно опубликованным в 2020 году данным «Планка», реликтовое излучение подвергается явлению под названием гравитационное линзирование, причем, гораздо сильнее, чем предполагалось. Эффект линзирования происходит, когда гравитационные поля объектов изгибаются, искривляются и даже увеличивают свет из источников, расположенных за ними.

Амплитуду линзирования реликтового излучения измеряли многие космические обсерватории, в том числе космический аппарат НАСА WMAP, Телескоп Южного полюса и Атакамский космологический телескоп. Однако, по мнению одного из авторов исследования, космолога Римского университета Александро Мелчиорри (Alessandro Melchiorri), наиболее точный анализ был представлен спутником «Планк».

««Планк» оптимизирует существующие измерения, благодаря улучшенному угловому разрешению и общей чувствительности детекторов», — говорит Мелчиорри.

Именно здесь возникает главный вопрос: согласно измерениям «Планка», гравитационное линзирование реликтового излучения намного больше, чем предполагалось. Одним из возможных объяснений этого является то, что в структуре пространства-времени присутствует искривление, то есть наша Вселенная может иметь замкнутую форму.

«Физическим подтверждением этого эффекта может быть закрытая Вселенная, поскольку космические микроволновые фоновые спектры «Планка» теперь предпочитают положительное искривление с вероятностью, превышающей 99%», — говорится в исследовании.

Несомненно, это провокационный результат, который существенно усложняет общепринятую теорию о форме Вселенной. Однако авторы подчеркивают, что для подтверждения их предположения необходимо провести большое количество исследований.

«Теоретически, ответить на этот вопрос смогут следующие эксперименты с реликтовым излучением (…)», — говорит Мелчиорри.

«Я считаю, что нам необходима новая миссия по изучению реликтового излучения, наподобие «Планка» с улучшенными детекторами, — добавляет он, — на самом деле, чтобы получить четкий ответ, возможно, нам придется подождать еще несколько лет».

На сегодняшний день доминирующей моделью окружающего нас космического пространства остается плоская Вселенная. Однако по мере того, как мы будем лучше узнавать таинственный расширяющийся мир, в котором живем, нас ждет множество новых и удивительных открытий.

Источник

Космология —

раздел современной астрономии, изучающий происхожде­ние, свойства и эволюцию Вселенной как единого целого. Физическая кос­мология занимается наблюдениями, которые дают информацию о Вселенной в целом, а теоретическая космология — разработкой моделей, которые долж­ны описывать наблюдаемые свойства Вселенной в математических терминах. Космология в самом широком смысле охватывает физику, астрономию, фи­лософию и теологию. Действительно, она стремится представить картину мира, объясняющую, почему Вселенная имеет именно те свойства, которые она имеет. Уже греческая космология стремилась построить математическую модель движения планет. Современная космология целиком базируется на законах физики и математических конструкциях.

Только в XX веке было выработано понимание Вселенной как единого целого. Первый важный шаг был сделан в 1920-х годах, когда ученые при­шли к выводу, что наша Галактика — одна из многих галактик, а Солнце — од­на из миллионов звезд Млечного Пути. Последующее изучение галактик по­казало, что они удаляются от Млечного Пути, причем чем дальше они нахо­дятся, тем больше скорость их удаления. Ученые осознали, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Разбегание галактик происходит в соответствии с законом Хаббла, согласно которому красное смещение галактики пропор­ционально расстоянию до нее. Постоянная пропорциональности, называемая постоянной Хаббла, имеет значение в пределах 60-80 км/с на один Мегапар-сек (1 пк — 3,26 световых года) с погрешностью 20%. Согласно закону Хабб­ла, скорости разбегания удаленных галактик прямо пропорциональны их рас­стояниям от нас — наблюдателей. Темнота ночного неба обусловлена расши­рением Вселенной. Объяснение этого факта является очень важным космоло­гическим наблюдением. Появление в 1950-х годах радиоастрономии позво­лило установить, что большинство радиоисточников (например, квазары и радиогалактики) являются удаленными объектами. Поскольку вычисленные по красному смещению расстояния составляют значительную долю размеров Вселенной, радиоволнам и свету требуется сравнимый с возрастом Вселен­ной промежуток времени, чтобы достичь Земли. В силу этого, наблюдая сла­бые радиоисточники, исследователь видит ранние стадии эволюции Вселен­ной.

Все космологические теории (модели) включают постулат, согласно ко­торому во Вселенной нет выделенных точек и направлений, т. е. все точки и направления равноправны для любого наблюдателя. Обычно, также предпо­лагается, что законы физики и фундаментальные постоянные, в частности постоянная гравитации G, не меняются со временем. Пока нет фактов, указы­вающих на обратное. Общая теория относительности Эйнштейна — отправная точка для большинства космологических моделей. Космологические модели отличаются выбором двух значений — космологической постоянной Эйштейна и плотности, зависящей от количества вещества во Вселенной и от постоянной Хаббла.

В модели стационарной Вселенной,

созданной английскими астронома­ми Ф. Хойлом и Г. Бонди и американским астрономом Т. Голдом, утвержда­ется, что Вселенная одинакова повсюду и в любое время для всех наблюда­телей. Для того чтобы привести эту модель в соответствие с наблюдаемым расширением Вселенной, Ф. Хойл постулировал непрерывное порождение нового вещества С-полем («творящим полем»), которое заполняет пустоты, остающиеся после разбегания уже существующих галактик. Однако модель Хойла-Бонди-Голда не согласовывалась с другими эмпирическими данны­ми, например с реликтовым излучением. Тем не менее эта модель дала суще­ственный толчок развитию теории ядерного синтеза в звездах, поскольку, ес­ли бы не было Большого Взрыва, тяжелые элементы могли образовываться только во взрывающихся звездах. Это положение теории, не связанное с вы­бором космологической модели, полностью осталось в силе.

Вселенная Фридмана —

модель, в которой плотность и радиус Вселенной могут изменяться со временем, т. е. Вселенная находится в состоянии непре­рывного расширения или сжатия. Вселенная Фридмана может быть замкну­той, если плотность вещества в ней достаточно велика, чтобы остановить расширение. Этот факт привел к поиску так называемой недостающей массы, т. е. «темной» материи, заполняющей неизлучающие области Метагалактики. Еще в 1922-1924 годах российский математик А. А. Фридман на основе тео­рии относительности Эйнштейна доказал, что из-за действия сил тяготения материя во Вселенной не может находиться в покое — она нестационарна. Наиболее важным аргументом в пользу этой теории является открытие в 1965 году американскими физиками А. Пензиасом и Р. Уилсоном микровол­нового фонового излучения, эквивалентного излучению абсолютно черного тела с температурой 2,7 К (по Кельвину).

Пульсирующая Вселенная ~

модель Вселенной, в которой она периоди­чески проходит циклы расширения и сжатия до так называемого Большого Хлопка (сдавливания). Каждый цикл сжатия сменяется следующим за ним очередным Большим Взрывом, открывающим новой цикл расширения, и так далее до бесконечности. Если такое происходит, то Вселенная является замк­нутой.

Перемешивающаяся Вселенная —

хаотическая модель ранней Вселенной, в которой в результате гигантских конвульсий и колебаний свет «плавает» вокруг нее и способствует превращению неоднородной Вселенной в одно­родную. Установлено, что эта модель нежизнеспособна.

Открытая Вселенная

— космологическая модель, в которой Вселенная представляется бесконечной в пространстве. Чтобы эта модель была спра­ведлива, расширение Вселенной должно продолжаться или замедляться, но не сменяться сжатием, как в моделях пульсирующей Вселенной. Для этого она должна содержать меньше вещества, чем необходимо для создания дос-таточно сильного гравитационного поля, способного прекратить ее расшире­ние. В настоящее время средняя плотность материи во Вселенной точно не определена, поэтому делать вывод в пользу той или иной модели рано.

Модель расширяющейся Вселенной

— модель эволюции Вселенной, со­гласно которой она возникла в бесконечно плотном горячем состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13 до 20 млрд. лет назад и известно как Большой Взрыв. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излу­чения. Это реликтовое излучение первичного расширяющегося раскаленного шара было предсказано американским физиком русского происхождения Дж. Гамовым в 1948 году. Фоновое излучение было изучено на всех длинах волн от радио- до гамма-диапазона. В последние десятилетия большое вни­мание уделялось изотропии реликтового излучения, дающей информацию о самых ранних стадиях эволюции.

Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в которых находилась Вселенная, на­чиная с 10″43 с (квант времени) после Большого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. К концу этого пе­риода расширение Вселенной заставило температуру опуститься ниже 3000 К: наступила эпоха рекомбинации, т. е. вещество отделилось от излучения, так что протоны и электроны смогли объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала прозрачной для излучения. Плотность веще­ства достигла значения выше, чем значение плотности излучения, хотя рань­ше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселен­ной. Фоновое микроволновое излучение — все, что осталось от сильно охлаж­денного излучения ранней Вселенной. Первые галактики начали формиро­ваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин «Большой Взрыв» может применяться к любой моде­ли расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной.

Особый класс моделей Большого Взрыва составляют инфляционные мо­дели,

или
модели раздувающейся Вселенной.
В этих моделях на ранней ста­дии эволюции Вселенной присутствует конечный период ускоренного рас­ширения. При таких условиях высвободилось бы огромное количество энер­гии, содержащейся до этого в исходном физическом вакууме пространства-времени. В течение некоторого времени горизонт Вселенной расширялся бы со скоростью, намного превышающей скорость света. Эта теория способна удовлетворительно объяснить существующее расширение Вселенной и ее однородность, однако большинство физиков и космологов высказывают со­мнения в возможности осуществления движения со скоростью, превышаю­щей скорость света.

Исходя из представлений о единой природе четырех фундаментальных физических взаимодействий (гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого ядерных), определяющей их взаимоотношения на всех стадиях эволюции Вселенной, начиная с ! 970-х годов космологи и физики пытаются построить теорию великого объединения.

Создание «Теории Всего», как ина­че называет этот грандиозный проект современной науки С. Хокинг1, в зна­чительной степени расширило бы наше понимание Вселенной и ее эволюции.

В настоящее время космология бурно развивается благодаря открытиям физики элементарных частиц и астрономическим наблюдениям различных объектов во Вселенной.