Современные космологические модели Вселенной.
Человек издавна интересуется вопросами, что такое Вселенная и в истории развития науки сформировались следующие теории о Вселенной.
1. Теория стационарного состояния Вселенной в классической науке
- Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции, изменяются лишь ее отдельные части, а в целом нет.
- Вселенная - это весь окружающий мир, он существует сам по себе, независимо от познания его людьми.
- Пространство и время Вселенной абсолютны, не зависят от материальных объектов и процессов.
- Пространство и время бесконечны, однородны и изотропны.
- Материя состоит из атомов. Атомы – вечны, прочны и неделимы. Источник звезд неизвестен, изучались движения планет и комет, описывались звезды. Ньютон объяснял светимость неба со ссылкой на творца (Бога).
Два парадокса не были объяснены этой теорией: а) гравитационный парадокс – Вселенная бесконечна и в ней бесконечное число небесных, поэтому сила тяготения должна быть бесконечно большой, в результате Вселенная должна сколлапсировать; б) фотометрический – бесконечно число небесных тел, должны обеспечить бесконечную светимость неба, что не наблюдалось.
2. Теория эволюционирующей Вселенной.
Эти парадоксы были объяснены новой теорией. Теория эволюционирующей Вселенной основано на основном уравнении тяготения Эйнштейна, введенной в ОТО и связывает геометрию пространства с плотностью и распределением материи в пространстве. Теперь Вселенная стала рассматриваться наукой как физический объект, имеющей массу, плотность, размер, температуру. Уравнение тяготения имеет множество решений.
Первое решение (в 1917 г. предложено Эйнштейном), отсюда следовало:
- Пространство однородно и изотропно, материя распределена равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется силами отталкивания.
- Вселенная стационарна, пространство не зависит от времени, следовательно она бесконечна во времени, то есть у Вселенной нет ни начала, ни конца.
- Пространство безгранично, но конечно.
3. Теория расширяющейся Вселенной.
Другое решение предложил в 1917 г. Виллем Де Ситтер. Если в свободной от материи Вселенной появлялись массы, то между массами возникало отталкивание, что удаляло их друг от друга. По Ситтеру, тенденция к расширению возникало на очень больших расстояниях.
В 1922 г. Александр Фридман (русский математик и геофизик) отбросил постулат о стационарности Вселенной и получил решение уравнения Эйнштейна, описывающую Вселенную с расширяющимся пространством. В зависимости от средней плотности вещества и излучения Вселенная либо расширяется, либо сжимается.
В 1927 г. Ж. Леметр (бельгийский ученый и аббат) связал расширение пространства с астрономическими наблюдениями и ввел понятие «начало Вселенной» как сингулярности (сверхплотное состояние) и рождение Вселенной в результате Большого взрыва.
В 1929 г. Эдвин Хаббл (американский астроном) обнаружил странную зависимость между расстоянием и скоростью галактик: галактики движутся от нас со скоростью возрастающей пропорционально расстоянию (υ=HL, где υ – скорость удаления галактик, L – расстояние до галактики, измеряемое в парсеках 1 пк ≈ 3,1·1016 м, H – постоянная Хаббла 75-80 км/с·106 пк), то есть система галактик расширяется (на сегодняшний день – это научно установленный факт). Чем дальше от нас та или иная галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Центра разбегания нет, а расширяется межгалактическая среда в целом.
Выбрать в пользу той или иной модели не представляется возможным.