3. Космологічний принцип. Всесвіт Ейнштейна. Всесвіт Фрідмана

Отже, сучасна космологія бере початок з відкриття, що Земля не є центром Всесвіту. Розвінчання особливої ролі нашої планети породило космологічний принцип, який стверджує, що в цілому Всесвіт виглядає однаково, в якому б місці ми його не спостерігали.

Слова "в цілому" означають, що ми повинні досліджувати область Всесвіту діаметром порядку в декілька мільйонів світлових років. Усі наявні дані спостережень узгоджуються з такою робочою гіпотезою. Космологічний принцип необхідний також і з менш шляхетних причин: без нього було б неможливо вирішити найскладніші рівняння теорії поля Ейнштейна, що описують еволюцію Всесвіту.

Приступаючи до побудови космології, заснованої на тільки що створеній ним загальній теорії відносності, Ейнштейн дотримувався певних загальних поглядів на Всесвіт: він вважав, що Всесвіт у цілому повинен бути однорідним. Однорідність означає рівноправність усіх його "місць", або, як кажуть математики, усіх точок його простору. Ейнштейн припускав також ізотропію Всесвіту, тобто рівноправність усіх його напрямків.

Ці висновки не випливали довільно ні із жодного принципу фізики, ні з теорії відносності. Не було тоді і ніяких конкретних астрономічних відомостей про великомасштабні властивості Всесвіту. Це були традиційні інтуїтивні уявлення про загальні властивості Всесвіту, що сягали корінням ідей Коперника й Бруно. Подальший розвиток спостережної астрономії цілком їх підтвердив: Всесвіт як цілісність справді виявився однорідним й ізотропним.

Однорідність та ізотропність — це просторові властивості Всесвіту, який ми спостерігаємо. А які його часові властивості?

Слід зазначити, що стосовно часових властивостей Всесвіту теж існувала традиція, якої дотримувався Ейнштейн. Він вважав, що Всесвіту цілому перебуває в незмінному стані й зовсім не залежить від плину часу. Звичайно, тут і там у світах можуть народжуватися й вмирати зірки чи навіть галактики. Але, власне, сам Всесвіт як такий не зазнає змін. Якщо згасли якісь зірки чи навіть галактики, то замість них виникають інші, але картина світу у загальному масштабі залишається однаковою Так не змінюється й залишається самим собою ліс, хоч покоління дерев у ньому змінюються.

Ейнштейн уявляв Всесвіт статичним, тобто нерухомим, вічним і незмінним у часі. Будь-якої миті Всесвіт однаковий. Із таких однакових нерозрізнених миттєвостей складається загальний час Всесвіту. На початку XX століття такі уявлення про Всесвіт і його час здавалися природними і навіть очевидними.

У 1922 році радянський фізик і математик Олександр Фрідман, спираючись на рівняння Ейнштейна, показав, що речовина у Всесвіті не може перебувати в спокої, тобто Всесвіт не може бути стаціонарним, незмінним. Він повинен або стискатися, або розширюватися як ціле. Причому мова йде про розширення самого простору, тобто про збільшення всіх відстаней Світу. "Всесвіт Фрідмана" нагадував мильну бульбашку що роздувається, в якої і радіус, і площа поверхні невпинно збільшуються.

Ідея Фрідмана про Всесвіт, що розширюється, спочатку здалася Ейнштейну занадто сміливою і необґрунтованою. Він навіть мав підозру, що Фрідман помилився у своїх обчисленнях. Однак, ознайомившись з ними більш уважно, Ейнштейн привселюдно визнав, що Фрідман має рацію, і ми, очевидно, справді живемо у Світі, що розширюється.