1.1. Современная модель Вселенной

Строение и эволюцию Вселенной изучает наука космология. Современная космология возникла в начале ХХ века с созданием Энштейном общей теории относительности, в уравнениях которой были описаны фундаментальные свойства материи, пространства и времени. Однако эта первая релятивистская модель Вселенной, описывала тогда статистическую Вселенную. В 1922 – 1924 гг. советский математик Александр Фридман (1888 – 1925), основываясь на законах Энштейна, высказал гениальную идею о том, что Вселенная не может быть стационарной: из-за наличия сил тяготения, которые главенствуют в космических масштабах, звездные системы не могут находиться на неизменном расстоянии друг от друга, они должны либо удаляться, либо сближаться. Он предложил общие уравнения для описания Вселенной, меняющейся с течением времени. Теоретические рассуждения Фридмана ученые не связывали с реальным миром, пока в 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл (1889 – 1953) с помощью астрономических наблюдений не подтвердил расширение видимой части Вселенной. Он использовал эффект Доплера, смысл которого заключается в том, что линии в спектре движущегося источника смещаются на величину, пропорциональную скорости его удаления или приближения, поэтому скорость Галактик можно вычислить по изменению положения ее спектральных линий. Несколько раньше американский астроном Весто Слайфер определил, что у большинства Галактик, которые он исследовал, спектральные линии смещены в красную сторону. Это означало, что они удаляются от нашей Галактики. Хаббл по красному смещению спектральных линий определил расстояние (r) до некоторых Галактик и установил, что Галактики удаляются друг от друга, и чем дальше находятся Галактики, тем с большей скоростью они удаляются (закон Хаббла). Своими работами Хаббл не только подтвердил вывод Фридмана о нестационарной Вселенной, но и доказал, что происходит расширение Вселенной. Следовательно, Вселенная нестационарна и расширяется.

Модели Фридмана послужили основной всего последующего развития космологии, поскольку по своей сути они описывают механическую картину движения огромных масс Вселенной с неизменным в среднем движением в ней миров, то есть, отражают эволюционный характер развития Вселенной, утверждая то, что в далеком прошлом Вселенная была не такой, как сегодня. Расстояние между нашей и другими Галактиками непрерывно увеличивается. Однако Галактики не разлетаются в разные стороны от нашей Галактики, она не является центром расширения, а происходит взаимное удаление всех Галактик. Это удаление часто сравнивают с удалением друг от друга нарисованных картинок на надуваемом шарике.

Согласно общей теории относительности, наиболее общепринятой в космологии является модель однородной, изотропной, нестационарной, горячей, расширяющейся Вселенной. Эта модель говорит о том, что свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках: однородность характеризует распределение в среднем вещества во Вселенной, а изотропность указывает на то, что во Вселенной не существует каких-либо выделенных точек и направлений. Это означает, что у нашей Вселенной нет пространственного центра, то есть все ее свойства эквивалентны. Кривизна пространства – времени Вселенной связана с плотностью масс и гравитационное поле описывается уравнением Эйнштейна. Это релятивистская космологическая модель Вселенной.

В зависимости от кривизны пространства различают: открытую модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю, и замкнутую модель с положительной кривизной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, так как двигаясь по ней, нельзя достичь какой-либо границы.

Итак, в современном понимании Вселенная – это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, охваченная астрономическим наблюдениями, называется Метагалактикой, или нашей Вселенной. В состав Метагалактики входят наша Галактика, которую мы видим в виде Млечного Пути, и другие Галактики, например, ближайшие к нам Туманность Андромеды и Магелановые Облака, т.е. Метагалактика – это более высокая структурная организация, чем Галактика. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологичекого горизонта составляет 15-20 млрд. световых лет.