Лекция № 10
Космология бүтіндей Әлемнің құрылысы туралы ғылым. Космология қарастыратын мәселелердің ең негізгілері, - кеңістік пен уақыттың геометриялық құрылымы, Әлемнің дамуы, Әлемдегі әртүрлі объектілердің пайда болуы мен дамуы. Космология эмпирикалық мәліметтерді галактикадан тыс астрономия зерттеулерінен алады, ал оның теориялық негіздері физиканың ең жалпы заңдылықтарына сүйенеді.
Әлемді тұтастай алып сипаттағанда астрономиялық бақылаулардың қазіргі әдістерімен Метагалактика деп аталатын Әлемнің шектеулі бөлігін ғана зерттеуге болатындығын ескеру керек. Метагалактика өлшемі 6000 Мпс құрайды.
Салыстырмалық теориясы үлкен массаның болуы кеңістік пен уақыт қасиеттеріне әсер етеді деген қорытындыға әкеледі, яғни үлкен масса маңында кеңістік «қисаяды».
Олай болса кеңістік қисаюынан Күнге жақын жерде күн сәулесі өзінің бағытын өзгертуі керек. Барлық галактикалардың гравитациялық массаларының қосынды әсері кеңістікті белгілі бір шамаға қисайтуы мүмкін, ол оның қасиеттеріне әсер етеді, сондықтан Әлемнің дамуына да әсер етеді. Массалардың кез-келген таралуында кеңістік пен уақыт қасиеттерін анықтау өте қиын мәселе. Сондықтан Әлемнің космологиялық модельдері деп аталатын жуықтап алынған схемалар қарастырылады.
Ондай модельдердің ең қарапайымы үлкен масштабтағы Әлемдегі заттар бірдей таралған (Әлмнің біркелкілігі), ал қасиеттері барлық бағытта бірдей (Әлемнің біртектілігі) деген болжамдарға негізделген. Бұндай кеңістіктің белгілі бір қисықтығы болады, ал оған сйкес модель Әлемнің біртекті изотропты моделі деп аталады.
Біртекті изотропты модель жағдайында Эйнштейн тартылыс теңдеулері шешімдері жекелеген біркелкісіздік араларындағы қашықтық тұрақты сақталмайтындығын көрсетеді: Әлем не сығылуы немесе кеңеюі керек. Кез келген екі дене ара қашықтығы үлкен болған сайын, олардың қашықтау жылдамдығы да үлкен болады.
Кез келген қос дене ара қашықтығы уақыт функциясы болып табылады. Бұл функцияның түрі кеңістік қисықтығы таңбасына байланысты болады. Егер қисықтық теріс болса, онда Әлем барлық уақытта ұлғая береді. Қисықтық нөлге тең болғанда ұлғаю өте жай өтеді, және ұлғаю жылдамдығы нөлге ұмтылады. Ақырында ұлғаюшы Әлем қисықтығы оң болып бір кезеңде сығылумен ауысады. Сығылу кезінде кеңістік шекті, яғни кез келген уақыт мезетінде белгілі бір көлемі, белгілі бір жұлдыздар, галактикалар және т.с.с. болуы керек. Бірақ Әлемнің еш уақытта «шегі» болмайды.
Біртекті изотропты модельде кеңістік қисықтығы заттардың орташа тығыздығына байланысты болады. Егер тығыздық қандайда бір шектік тығыздықтан кіші болса онда Әлем ұлғаяды. Тығыздық шекті мәнге тең болғанда қисықтық нөлге тең, ал тығыздық шектік мәннен үлкен болғанда Әлем сығылады.
Тығыздықтың
шектік мәні Н.Хаббл f гравитациялық
тұрақтылығымен өрнектеледі.
kp
=
егер
H =55
болса, онда
kp
= 5∙10-30
Метагалактикадағы
белгі барлық масса бойынша орташа
тығыздық жуықтап
5∙10-30
.
Алайда бұл ең төменгі
шек, себебі галактика аралық көрінбейтін
массалар белгісіздігінен. Сондықтан
тығыздықтың бұл мәні кеңістік қисықтығы
нақты таңбасы туралы айтуға негіз бола
алмайды. Қазіргі заманғы бақылаулар
кеңістік қисықтығы таңбасы туралы нақты
айтуға жеткіліксіз. Әлем кеңістігі
қисықтығы нолге жуықтау деп айтуға
болады.
1965 жылы ашылған радиосәуле интесивтілігі барлық бағытта бірдей. Бұндай сәулені реликті деп атайды.
Реликті деп аталуы ол Әлемнің өте үлкен тығыздықтағы кезеңінен қалған қалдық сәуле болуы мүмкін. Есептеулер ол ρ> 10-20 болғанда, яғни қазіргі кездегіден миллиард есе үлкен болғанда болатындығын көрсетеді. Қазіргі кезде толқын ұзындығы λ=1мм сәуле, ертеде сәулелену максимумы 30000К температурада λ=1мк сәйкес келеді. Бұдан реликті сәуле Әлемнің тығыздығы өте үлкен болғандығын ғана көрсетпейді, сонымен қатар оның температурасының да жоғарылығын (ыстық Әлем моделі) көрсетеді.
Космология Әлемнің құрылысы мен дамуы туралы жалпы түсінік алуға мүмкіндік береді. Бұдан астрономияның бұл бөлімі дүниеге материалистік көзқарас қалыптасуында үлкен роль атқаратындығын түсінуге болады. Сондықтан Космология зерттеу мәселелері тек астрономия мен физика үшін маңызды емес, сонымен қатар материалдық дүние заңдылықтарын қорытындылау үшін философияға да көлемді материалдар береді.