НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Расширяющася Вселенная

Расширяющася Вселенная

Введение.

Идея эволюции всей Вселенной представляется вполне естественной и даже

необходимой сегодня. Однако так было не всегда. Как и всякая великая

научная идея, она прошла сложный путь борьбы и становления, пока не

восторжествовала в науке. Сегодня эволюция Вселенной является научным

фактом, всесторонне обоснованным многочисленными астрофизическими

наблюдениями и имеющими под собой прочный теоретический базис всей физики.

Научная физическая космология может считаться детищем XX века. Только в

прошлом веке Альбертом Эйнштейном была создана релятивистская теория

тяготения (общая теория относительности), которая является теоретическим

фундаментом науки о строении Вселенной.

С другой стороны, успехи наблюдательной астрономии начала прошлого века –

установление природы галактик открытие закона красного смещения Хаббла, а в

последние годы успехи радиоастрономии, новые методы физических

исследований, включая методы исследований с помощью космических аппаратов,

создали наблюдательный фундамент космологии.

Началом современного этапа развития космологии является работа ученого

А.А. Фридмана, выполненные в 1922-1924 г.г. На основе теории Эйнштейна он

построил математические модели движения вещества во всей Вселенной под

действием сил тяготения. Фридман доказал, что вещество Вселенной не может

быть стационарной; она должна либо сжиматься, либо расширяться и,

следовательно, плотность вещества во Вселенной должна либо уменьшаться,

либо увеличиваться.

Так теоретически открыта необходимость глобальной эволюции Вселенной.

1. Крупномасштабная однородность и изотопия Вселенной.

Любые попытки построения модели окружающего нас мира начинаются, конечно,

с осмысливания наблюдений.

Что представляет собой наблюдаемая нами Вселенная?

До последнего времени астрономы могли наблюдать непосредственно лишь

светящиеся тела, т.е. звезды, светящийся газ, звездные системы.

В сравнительно небольших масштабах звезды распределены в пространстве

совершенно неравномерно. Это стало ясно с того времени, когда поняли, что

Млечный Путь является гигантским скоплением звезд – Галактикой. По мере

того, как сила телескопов возрастала и совершенствовались методы

астрофизических исследований, выяснилось, что галактик много, что они

распределены неравномерно, и что общая картина Вселенной представляется

совокупностью отдельных скоплений галактик. Размеры скоплений и количество

галактик в них бывают весьма различны. Большие скопления содержат тысячи

галактик и имеют размеры в несколько мегапарсек (1пк=3,1*1018см,

1Мпк=106пк). Среднее расстояние между большими скоплениями около 30 Мпк,

т.е. примерно в 10 раз больше, чем размеры скоплений. Это означает, что

средняя плотность каждой структурной единицы в 100-1000 раз больше, чем та

плотность, которая бы получилась, если бы все вещество равномерно

«размазать» по всему пространству. Имеются и более крупные сгущения –

сверхскопления. Таким образом, в масштабе 30 Мпк имеются отдельные

структурные единицы, и, следовательно, Вселенная неоднородна. Если взять в

10 раз больший масштаб, то в таком кубе, где бы его не помещать, будет

примерно и то же количество скоплений галактик (примерно около 1000), т.е.

в большом масштабе Вселенная приблизительно однородна. Пока исследовались

скопления галактик с помощью оптических телескопов, мы не очень хорошо

представляли их распределение в пространстве.

Точность оптических методов определений распределения галактик в

пространстве не слишком велика и утверждение о том, что мир в среднем

однороден, имело точность около 10-20%. За последние полвека появились

новые методы исследования крупномасштабной однородности и изотопии (так

называют независимость свойств от направления в пространстве) Вселенной.

Они связаны в первую очередь с измерением так называемого реликтового

радиоизлучения, приходящего к нам с огромных расстояний. Самые точные

сегодняшние измерения не обнаружили отклонений в интенсивности такого

излучения в разных направлениях на небе с относительной точностью в 10-14

/ 10-5. Это свидетельствует о том, что свойства Вселенной одинаковы по всем

направлениям, т.е. что Вселенная изотопна с высокой точностью. Но эти

наблюдения свидетельствуют также и о том, что Вселенная с высокой точностью

однородна. Отклонения в плотности распределения вещества до среднего

значения в масштабах 1000 Мпк не превышает трех процентов, а в больших

масштабах эти отклонения еще существенно меньше.

Таким образом, важнейшей наблюдаемой особенностью Вселенной является

неоднородность, структурность в малом масштабе и однородность в большом

масштабе.

В масштабах сотни мегапарсек вещество Вселенной можно рассматривать как

однородную непрерывную среду, «атомами» которой являются галактики,

скопления галактик или даже сверхскопления.

В 19 веке делались попытки построения так называемых иерархических

моделей Вселенной. Согласно таким моделям во Вселенной имеется бесконечная

последовательность систем все более высокого порядка: звезды объединены в

галактики, галактики в скопления галактик, скопления образуют

сверхскопления и т.д. до бесконечности. Наблюдения опровергают такое

предположение.

При рассмотрении крупномасштабной структуры Вселенной надо исходить из

свойств ее однородности и изотопии.

2. Теория предсказывает нестационарность Вселенной.

Посмотрим, к каким выводам ведет факт однородного распределения

вещества во Вселенной.

Важнейшей силой, действующей в мире небесных тел, является сила

всемирного тяготения.

Закон, управляющий этой силой, был установлен И. Ньютоном в XVII веке.

Теория тяготения Ньютона и ньютоновская механика явились величайшим

достижением естествознания. Они позво