Космологические моделі всесвіту

Космологические моделі вселенной

Что таке космология?

Современная космологія — це астрофізична теорія структури та динаміки зміни Метагалактики, куди входять у себе та певне розуміння властивостей всієї Всесвіту. Космологія полягає в астрономічних спостереженнях Галактики і інших зоряних систем, загальної теорії відносності, фізиці микропроцессов і високих плотностей енергії, релятивістської термодинаміці та інших новітніх фізичних теорий.

Данное визначення космології бере як предмет цієї науки лише Метагалактику. Це з тим, що дані, якими володіє сучасна наука, ставляться лише у кінцевої системі - Метагалактиці, і вчені невпевнені, що з простий екстраполяції властивостей цієї Метагалактики на весь Всесвіт отримають істинні результати. У цьому, безумовно, судження про властивості усього Всесвіту є необхідною складовою космології. Космологія сьогодні є фундаментальної наукою. І більша за діаметром, ніж будь-яка інша фундаментальна наука, пов’язані з різними філософськими концепціями, по-різному які розуміють пристрій мира.

Космология бере початок у поданнях древніх, зокрема у давньогрецької міфології, з дуже докладно і систематизування розповідають про створенні світу та її устрої. Втім, міфологія кожного народу, досить розвиненого у тому, щоб створювати космологічні міфи, чи може похвалитися щонайменше цікавими ідеями. І це випадково. Величезний світ можна завжди хвилював людини. Разом із давнини намагався збагнути, як влаштований той інший світ, що таке в цьому світі Сонце, зірки, планети, як утворилися. Це — з розряду тих питань, які заведено називати «вічними», людина будь-коли перестане шукати відповіді них.

После того як з’явилася філософія, яка прийшла разом із наукою змінюють міфології, у відповідь ці питання стали ис-кать переважно у рамках філософських концепцій, причому майже кожен філософ вважав за свій обов’язок торкнутися их.

Общепризнанным результатом античної космології стала геоцентрична концепція Птолемея, що проіснувала протягом усього Средневековья.

С приходом Нового часу філософія поступилася своєю першістю у створенні космологічних моделей науці, яка домоглася особливо великих б у XX столітті, перейшовши від різних здогадок у цій галузі до досить обгрунтованим фактам, гіпотезам і теоріям. У цьому далеко ще не все вчені згодні з вищенаведеним визначенням космології, багато хто вважає її вченням Всесвіт загалом, тобто вченням про всім, що существует.

Отвечая на закономірне запитання, звідки ми можемо знати, що відбувається у масштабах Всесвіту, вони виходили з дуже популярної методологічної установки, яка передбачає, що у різних рівнях існування природи повторюються одні й самі закони, один і той ж пристрій матеріальних систем. Відмінності може бути лише масштабах. Така, наприклад, космологія Фурнье Дальба, англійського фізика, що з’явилася 1911 року. Його Всесвіт чимось справляє враження мотрійку: «Всесвіти існують один на інший, менші всередині великих, й у устрої виявляються одні й самі правила. На той час вже було відкрито перші елементарні частинки й створена планетарна модель атома. То було не припустити, що ядро атома — це сонце, а електрони — планети, у яких навіть можуть жити люди. І де гарантія, що світ перестав бути той самий елементарної часткою для Мегамира.

Тем щонайменше, всю грандіозність цієї ідеї, Всесвіт, влаштована у цій принципу, досить нудна і одноманітна. У разі вона становить собою нескінченну сукупність однакових предметов.

Реальная природа значно складніше і різноманітніше. Перехід від самих масштабів решти, якщо такий перехід досить великий, супроводжується і корінними якісними змінами. Мікросвіт, про яку ми вже казали, виявився не схожим на те, що, вивчають астрономи. Що ж до Мегамира, попри природну обмеженість наших ж розмірів та знань, є підстави стверджувати, що з переходом до космічним масштабам нам нерідко доводиться чи з чимось принципово новим, невідомим в земної людської практике.

Начало наукової космологии

Основателем наукової космології вважається Микола Коперник, який помістив Сонце до центру Всесвіту роздивилися й звів Землю до становища рядовий планети Сонячної системи. Звісно, він був дуже далекий до правдивого розуміння світобудови. Так, по його переконання, за орбітами п’яти відомих у той час планет розташовувалася сфера нерухомихзірок. Зірки в цій сфері вважалися равноудаленными від поверхні Сонця, а природа їхня була неясною. Коперник бачив у яких тіл, подібних «Сонцю, і, будучи служителем церкви, схилявся думці, що з сферою нерухомих зірок перебуває «емпірей», чи «житло блаженних» — обитель надприродних тіл і существ.

В одному Коперник був переконаний — радіус сфери нерухомих зірок мав бути дуже високий. Інакше було б навіть важко пояснювати, чому з що просувалася навколо Сонця Землі зірки здаються неподвижными.

Поставьте перед обличчям вказівний палець й подивіться нею поперемінно то правим, то лівим оком — палець зміщуватиметься па тлі далекі предметів, наприклад, стіни. Таке позірна усунення предмета за зміни позиції спостерігача називається параллактическим зміщенням. Відстань між крайніми точками спостереження називається базисом. Чим більший базис, тим більше й параллактическое усунення. Що далі від нас спостережуваний предмет, тим менше параллактическое усунення. Відсуньте палець від імені і це легко у тому убедитесь.

Хотя відстань від Землі до Сонця у період Коперника з точністю був відомо, багато факти казали про те, що його дуже велике. Здається, у своїй зірки повинні описувати на небі маленькі окружності - своєрідне відбиток дійсного обертання Землі навколо Сонця. Але такі параллактические усунення зірок явно були відсутні, із чого Коперник і зробив висновок щодо колосальних розмірах сфери нерухомих звезд.

Вселенная по Копернику — світ шкаралупі. У цьому моделі легко знайти чимало пережитків середньовічного світогляду. Але знову пройшло лише кілька десятиліть, і Джордано Бруно розбив коперниковскую «шкаралупу» нерухомих звезд.

Д. Бруно вважав зірки далекими сонцями, согревающими незліченні планети інших планетних систем. Бруно вважав ідіотом того, хто міг думати, що могутні чудові світові системи, які у безмежному просторі, позбавлені живих істот. Так пролунала безмежно смілива на той час думка про просторової нескінченності Всесвіту. Він вважає, що Всесвіт нескінченна, що є незліченну число світів, подібних світу Землі. Він вважав, що 3, емля є світило, і їй подібні Місяць та інші світила, кількість яких нескінченно, і всі ці небесні тіла утворюють нескінченність світів. Він уявляв нескінченну Всесвіт, заключающую у собі безліч миров.

Идеи Бруно набагато обігнали його століття. Але не міг призвести жодного факту, який би підтверджував його космологіюкосмологію безкінечною, вічної і населеній Вселенной.

Прошло всього десятиліття, і Галілео Галілей в винайдений їм телескоп побачив у небі те, що досі залишалося що від ока. Гори на Місяці наочно доводили, що Місяць у самому справі є світ, схожий на Землю. Супутники Юпітера, що кружляють навколо вели-чайшей з планет, нагадували наочне подобу Сонячної системи. Зміна фаз Венери не залишала сумнівів, що ця освітлена Сонцем планета справді звертається навколо неї. Нарешті, безліч невидимих оком зірок і особливо дивовижна зоряна розсип, складова Чумацький Шлях, — хіба усе це не підтверджувало вчення Бруно про незліченних сонцях і землях? З іншого боку, темні плями, побачені Галилеем на Сонце, спростовували вчення Аристотеля та інших древніх філософів про недоторканної чистоті небес. Небесні тіла виявилися схожими на Землю, і ця подібність земного і небесного змушувало поступово відмовитися від помилкового ставлення до Сонце як центрі всього Мироздания.

Современник і друг Галілея, Йоганн Кеплер, уточнив закони руху планет, а великий Ісаак Ньютон довів, що це тіла у Всесвіті незалежно від розмірів, хімічного складу, будівлі та інших властивостей взаємно тяжіють друг до друга. Космологія Ньютона разом із успіхами астрономії XVIII і XIX століть визначила то світогляд, яке називають класичним. Він став результатом початкового етапу розвитку наукової космологии.

Эта класична модель є досить простою і зрозуміла. Всесвіт вважається безкінечною у просторі й часі, інакше кажучи, вічної. Основним законом, управляючим рухом та розвитком небесних тіл, є закон всесвітнього тяжіння. Простір неможливо пов’язані з які у ньому тілами і відіграє пасивну роль вмістилища тих тіл. Зникни раптом усе ці тіла, простір та палестинці час збереглися б незмінними. Кількість зірок, планет і зоряних систем у Всесвіті нескінченно велике. Кожне небесне тіло проходить тривалий життєвий шлях. І зміну загиблим, точніше, погаслим зіркам спалахують нові, молоді світила. Хоча деталі виникнення і відтак загибелі небесних тіл залишалися неясними, переважно ця модель здавалася стрункої і логічно несуперечливої. У такому вигляді ця класична модель панувала у науці до початку XX века.

Бесконечности Всесвіту у просторі гармонійно відповідала її вічність у часі. Нині, мільярд років як розв’язано, мільярди у майбутньому залишиться, по суті, однієї й тієї ж. Незмінність космосу ніби підкреслював тлінність, мінливість всього земного.

Космологические парадоксы

Первая пролом у цієї спокійній класичної космології була пробито ще у вісімнадцятому в. У 1744 р. астроном Р. Шезо, відомий відкриттям незвичайної «пятихвостой» комети, висловив сумнів щодо просторової нескінченності Всесвіту. На той час про існування зоряних систем і підозрювали, тому міркування Шезо стосувалися лише звезд.

Если припустити, стверджував Шезо, що у нескінченому Всесвіті існує незліченну кількість зірок і вони розподілені у просторі рівномірно, то тоді з кожному напрямку погляд земного спостерігача неодмінно наражався б у будь-яку зірку. Легко підрахувати, що небосхил, всуціль усіяний зірками, мав би таку поверхневу яскравість, що й Сонце з його Тлі начебто чорним плямою. Незалежно від Шезо в 1823 р. до таких самих висновків прийшов відомий німецький астроном Ф.Ольберс. Це парадоксальне твердження отримала астрономії найменування фотометрического парадоксу Шезо-Ольберса. Таким був перший космологічний парадокс, поставив під нескінченність Вселенной.

Устранить цей парадокс вчені намагалися різними шляхами. Можна припустити, наприклад, що зірки розподілені у просторі нерівномірно. Але тоді деяких напрямах на зоряне небо було б зрозуміло мало зірок, а інших, якщо зірок незліченну кількість, їхній сукупний яскравість створювала б нескінченно яскраві плями, чого, як известно,.нет.

Когда відкрили, що міжзоряний простір не порожньо, а заповнене разреженными газово-пылевыми хмарами, деякі вчені почали вважати, такі хмари, поглинаючи світло зірок, роблять із невидимими нам. Однак у 1938 р. академік У. Р. Фесенков довів, що, поглинувши світло зірок, газо-во-пылевые туманності знову переизлучают поглинуту ними енергію, але це не рятує нас від. фотометрического парадокса.

В кінці в XIX ст. німецький астроном До. Зеелигер звернув увага фахівців і в інший парадокс, неминуче що з поглядів на нескінченності Всесвіту. Він дістав назву гравітаційного парадоксу. Неважко порахувати, що у нескінченому Всесвіті з рівномірно розподіленими у ній тілами сила тяжіння із боку всіх тіл Всесвіту па дане чоло виявляється нескінченно великий чи невизначеною. Результат залежить від способу обчислення, причому відносні швидкості небесних тіл були нескінченно великими. Оскільки нічого схожого у космосі не спостерігається, Зеелигер дійшов висновку, що його небесних тіл обмежена, а отже, Всесвіт не бесконечна.

Эти космологічні парадокси залишалися невирішеними до двадцятих років нашого століття, коли змінюють класичної космології прийшла теорія кінцевої і розширення Вселенной.

Мы згадували про засадах термодинаміки та деякі виводах з них. Світ сповнений енергії, яка підпорядковується найважливішим закону природи — закону збереження енергії. За всіх своїх перетвореннях вже з виду на другий енергія жевріє і виникає з нічого. Загальна кількість енергії постійний. Здається, від цього закону неминуче випливає вічний круговорот матерії у Всесвіті. У насправді, тоді як Природі попри всі змінах матерії вона зникає і виникає з нічого, а лише переходить з однієї форми існування до іншої, то Всесвіт вечна, и матерія, її складова, досі у вічному круговерті. Таким чином, згаслі зірки знову перетворюються на джерело світла, і тепла. Ніхто, звісно, не знав. як, але переконання у цьому, що Всесвіт загалом завжди сама й той самий, був у у минулому столітті майже всеобщим.

Тем несподіванішим пролунав вихід із другого закону термодинаміки, відкритого минулого століття англійцем У. Кельвіном і німецьким фізиком Р. Клаузиусом. За всіх перетвореннях різні види енергії зрештою переходить до тепло, яке, будучи надано собі, прагне стану термодинамічної рівноваги, тобто розсіюється у просторі. Оскільки такий процес розсіювання тепла необоротний, то рано чи пізно всі зірки погаснуть, псу активні процеси в Природі припиняться і Всесвіт перетвориться на похмуре замерзле цвинтарі. Настане «теплова смерть Вселенной».

Ошеломляющее враження, виготовлене натуралістів уже минулого століття другим початком термодинаміки, було надто сильно ще й тому, що навколо себе, у навколишній нас Природі вони бачили фактів, його опровергающих. Навпаки, все, здавалося, підтверджувало похмурі прогнози Клаузиуса.

Конечно, є у Природі і антиэнтропийные процеси, у яких безладдя, отже, і ентропія зменшуються. Такі процеси, які у органічному світі, в людської діяльності. Але у глибшому розгляді ситуації завжди виявляється, що зниження безладдя щодо одного місці неминуче супроводжується його збільшенням й інші. Понад те, що виник з вини людини безладдя значно перевищує той порядок, зроблений ним в Природу, отож у кінцевому підсумку ентропія і продовжує расти. Встать на позицію Клаузнуса — це значитпризнать, чтоВселенная мала колись початок і неминуче матиме кінець. Справді, щоб у минулому Всесвіт існувала вічно, то ній давно настало б стан теплової смерті, бо як цього немає, то переконання Клаузиуса і багатьох інших сучасників, Всесвіт була створена порівняно недавно. На майбутньому, а то й станеться якесь диво. Всесвіт чекає теплова смерть.

На спростування другого початку термодинаміки кинули сили всіх матеріалістично мислячих учених. Так було в 1895 р. Людвіг Больцман запропонував свою імовірнісного трактування другого початку. За його гіпотезі, зростання ентропії тому, що стан безладдя завжди імовірніше, ніж статки порядку. Але це означає, що згадані процеси протилежного характеру, тобто самовільні з зменшенням ентропії, абсолютно неможливі. Вони у принципі можливі, хоч і вкрай маловероятны.

Всюду ми спостерігаємо, як тепло з більш гарячого тіла переходить до більш холодного. Проте у принципі можливий інший: шматок льоду, кинутий в піч, збільшить її жар. Не виключене й таку страхову подію, що це молекули повітря на нашій кімнаті зберуться раптом у одному її розі, а ви загинете від ядухи й інші. Нарешті, можливо, що мавпа, посадженого за друкарську машинку, випадково выстучит пальцем сонет Шекспіра. Всі ці події можливі, але ймовірність їх близька нанівець. Така ж, по Больцману, ймовірність існування нас вами.

Больцман не сумнівався, що Всесвіт нескінченна у просторі і часу. Здебільшого і майже завжди вона може теплової смерті. Проте інколи в деяких її районах виникають вкрай малоймовірні відхилення (флуктуації) від звичайного стану Всесвіту. До однієї з їх належать Земля й усе видимий нами космос. А загалом Всесвіт — неживий мертвий океан з певним кількістю острівців жизни.

Гипотеза Больцмана хоч і піддала сумніву загальність і сувору обов’язковість другого початку, окремо не змогла задовольнити оптимістично мислячих учених. До того і розрахунки показали, що можливість появи такого гігантського флуктуації у просторі практично дорівнює нулю.

Были та інші спроби пояснити цей термодинамічний парадокс, але вони ж ми увінчалися успехом.

Три космологічних парадоксу: фотометричний, гравітаційний і термодинамічний — змусили учених серйозно поставити під сумнів нескінченності та вічності Всесвіту. Самевони змусили А. Ейнштейна в 1917 р. із гіпотезою про кінцевої, а безмежній Вселенной.

Предположим, що речовина, що становить планети, зірки й зоряні системи, рівномірно розсіяно з усього світовому простору. Тим самим було ми допускаємо, що Всесвіт скрізь однорідна і при цьому изотропна, тобто за всіма напрямами має однакові властивості. Вважатимемо, що сьогодні середня щільність речовини у Всесвіті вище так званої критичної щільності. Якщо всі ці вимоги дотримані, світове простір, як і довів Ейнштейн, замкнуто і становить четырехмерную сферу, на яку правильна не звична шкільна геометрія Евкліда, а геометрія Римана.

Неевклидовы геометрии

Мы звикли, що у двомірному просторі, цебто в площині, є своє, притаманна лише площині геометрія. Так, сума кутів у кожному трикутнику дорівнює 180°. Через точку, що лежить поза прямий, можна навести тільки один пряму, паралельну даної. Це — постулати Евклідовій геометрії. За аналогією передбачається, як і реальне тривимірне простір, у якому із Вами існуємо, є евклидово простір. І всі аксіоми площинною геометрії залишаються правильними для простору трьох вимірів. Такий висновок уже багато століть не піддавалася сумніву. Лише у минулому столітті незалежно друг від друга російський математик Микола Лобачевський і «німецький математик Георг Ри-ман засумнівалися в загальновизнаному думці. Вони довели, що може існувати й інші геометрії, які від евклідовій, але ж внутрішньо непротиворечивые.

Итак, п’ятий постулат Евкліда стверджує, що за точку поза прямий можна навести лише одну пряму, паралельну даної. Логічно міркуючи, легко побачити ще возможности:

— через точку поза прямий не можна провести жодної прямий, паралельної даної (постулат Римана);

— через точку поза прямий можна навести незліченну кількість прямих, паралельних даної (постулат Лобачевского).

На перший погляду ці твердження звучать абсурдно. На площині вони й у насправді неправильні. Однак можуть існувати й інші поверхні, де мають місце постулати Рімана і Лобачевского.

Представьте собі, наприклад, поверхню сфери. Тут найкоротший відстань між двома точками відраховується за прямий (лежить на поверхні сфери прямих пет), а, по дузі великим колом (так називають окружності, радіуси яких рівні радіусу сфери). На земній кулі подібними кратчайшими, чи, як називають, геодезичними, лініями служать меридіани. Усі меридіани, як відомо, перетинаються в полюсах, і з на них можна вважати прямий, паралельної даному меридіану. На сфері виконується своя, сферична геометрія, у якій слушне твердження: сума кутів трикутника більше 180°. Уявіть собі на сфері трикутник, створеного двома меридіанами і дугою екватора. Кути між меридіанами і екватором рівні 90°, а до сумі додається кут між меридіанами з вершиною в полюсі. На сфері, в такий спосіб, немає непересічних прямых.

Существуют і такі поверхні, котрим справджується постулат Лобачевського. До них належить, наприклад, седловидная поверхню, що називається псевдосферой. Тут сума кутів трикутника менше 180°, неможливо провести жодної прямий, паралельної данной.

После того, як Ріман і Лобачевський довели внутрішню несуперечність своїх геометрий, виникли законні сумніви щодо евклідовому характері реального тривимірного простору. Не чи є воно викривленому на кшталт сфери чи псевдосферы? Звісно, наочно уявити искривленность тривимірного простору неможливо. І лише розмірковувати за аналогією. Тому, якщо реальне простір не евклидово, а сферичне, годі було уявляти його як деякою звичайній сфери. Сферичне простір є сфера, але сфера четырехмерная, не піддатлива наочному уявленню. За аналогією можна дійти невтішного висновку, що міра таких теренів конечен, як кінцева поверхню будь-якого кулі - яку можна висловити кінцевим числом квадратних сантиметрів. Поверхня будь-якої четырехмерной сфери також виявляється у кінцевому кількості кубометрів. Таке сферичне простір немає кордонів Шотландії й у сенсі - безмежно. Летячи у тому просторі за одним напрямку, ми дізнаємося наприкінці кінців повернемося в вихідну точку. Також і муха, що повзе поверхнею кулі, ніде не знайде кордонів. У цьому сенсі і поверхню будь-кого кулі безмежна, хоч і кінцева. Тобто безмежність і нескінченність — різні понятия.

Модель розширення вселенной

Итак, повернемося до Ейнштейна, з розрахунків якого передбачалося, що світ є четырехмерной сферою. Обсяг такий Всесвіту може бути виражений хоча й великим, але не всі ж кінцевим числом кубометрів. У принципі так можливо облетіти всю замкнуту Всесвіт, рухаючись постійно тому самому напрямку. Таке уявне подорож подібно земним кругосветным подорожам. Але кінцева але обсягу Всесвіт до того ж час безмежна, як і має кордонів поверхню будь-який сфери. Всесвіт за Эйнштейном, містить хоч і велике, та все ж кінцеве число зірок і зоряних систем, тож до неї фотометричний і гравітаційний парадокси просто неприйнятні. У той самий час привид теплової смерті тяжіє і над Всесвіту Ейнштейнатака Всесвіт, кінцева у просторі, неминуче йде до свого кінцю у часі. Вічність їй не присуща.

Пять років через, в 1922 р., радянський фізик Олександр Фрідман виходячи з суворих розрахунків показав, що Всесвіт Ейнштейна ще може бути стаціонарної, незмінною, як і вважав Ейнштейн. Всесвіт неодмінно має розширюватися, причому йдеться про розширення самого простору, себто збільшенні всіх відстаней світу. Всесвіт Фрідмана нагадувала раздувающийся мильні бульбашки, у якого і радіус, і його площа поверхні безупинно увеличиваются.

Идея Фрідмана спочатку видалася Ейнштейну занадто сміливою і необгрунтованої. Навіть запідозрив помилку в обчисленнях. Але, ознайомившись із ними, він публічно визнав, що ми живемо в розширення Вселенной.

Из розрахунків Фрідмана витікали три можливих следствия:

Вселенная і його простір розширюються плином времени;

Вселенная стискається; у Всесвіті чергуються через великі часові відтинки цикли стискування і расширения.

Доказательства на користь моделі розширення Всесвіту були отримані 1926 р., коли американський астроном Еге. Хаббл відкрив для дослідження спектрів далеких галактик (існування яких неможливо було доведено 1923 р. тим самим Хабб-лом) червоне усунення спектральних ліній (усунення ліній до червоного кінцю спектра), було витлумачено як наслідок ефекту Допплера (зміна частоти коливань чи довжини хвиль через руху джерела випромінювання та спостерігача по відношенню друг до друга) — видалення цих галактик друг від друга зі швидкістю, яка зростає відстанню. По останнім вимірам, це кошти швидкості розширення становить приблизно 55 км/с за кожен мільйон парсек. Після цього відкриття висновок Фрідмана про нестаціонарність Всесвіту отримав підтвердження й у космології утвердилася модель розширення Вселенной.

Наблюдаемое нами розбігання галактик наслідком розширення всього простору замкнутої кінцевої Всесвіту. За такої розширенні простору все відстані у Всесвіту збільшуються аналогічно, як ростуть відстані між порошинами на поверхні раздувающегося мильної бульки. Отож кожну з таких порошин, як і кожну з галактик, з повне право вважати центром расширения.

Дальнейшее розвиток модель розширення Всесвіту отримало повоєнні роки і особливо за останні десятиліття завдяки дослідженням відомих вітчизняних космологів Зельдовича і Новикова. Уточнені величини, що характеризують швидкість розширення Всесвіту, розглянуті різні варіанти моделей Всесвіту залежно середньої щільності речовини у просторі, досить докладно намічено хід еволюції Всесвіту від початку її расширения.

Какое ж майбутнє чекає наш Всесвіт? Ми згадували, що розрахунки Фрідмана допускали три варіанта розвитку подій. За яким їх йде еволюція Всесвіту, залежить від відносини гравітаційної енергії до кінетичною енергії разлетающегося речовини. Це ставлення можна зводити до відношенню щільності речовини у Всесвіті до критичної щільності речовини, яку ми вже упоминали.

Если кінетична енергія розльоту речовини переважає над гравітаційної енергією, котра перешкоджає розлітання, то сила тяжіння не зупинять розбігання галактик і розширення Всесвіту має незворотний характер. Це виявляється умовою р1 р^ -< 1, (де р — щільність речовини у Всесвіті, р ^ - критична щільність речовини). Цього варіанта динамічною моделі Всесвіту називають «відкритої Всесвіту». Якщо ж переважає гравітаційна взаємодія, чому відповідає умова р/ р^ >, то темп розширення згодом сповільниться до зупинки, після чого розпочнеться стиснення речовини до повернення Всесвіту у початковий стан сингулярності (точковий обсяг із неймовірно величезною щільністю). Для спостерігача сигналом переходу від розширення до стиску стане зміна червоного усунення ліній хімічних елементів в спектрах віддалених галактик на фіолетове усунення. Такий варіант моделі названо «закритою Всесвіту». Що стосується, коли сили гравітації точно рівні кінетичним силам, то є коли р/ р, = 1, розширення не припиниться, та його швидкість згодом може сягнути нулю. За кілька десятків мільярдів багатьох років після початку розширення Всесвіту настане стан, що можна назвати квазистационарным. Теоретично можлива й пульсація Вселенной.

Возникает природне запитання: який із трьох варіантів реалізується у нашого Всесвіту? Відповідь нею залишається поза спостережної астрономією, які мають оцінити сучасну середню щільність речовини у Всесвіті і уточнити значення постійної Хаббла (швидкість розширення галактик). Поки надійні оцінки цих величин відсутні. З сучасних даних складається враження, що середня щільність речовини у Всесвіті близька до критичного значенням, вона або значно більше, або трохи менше. Але що від цього «трохи» залежить майбутнє Всесвіту, щоправда, досить приблизне. Постійна Хаббла дозволяє оцінити час, протягом якого триває процесу розширення Всесвіту. Виходить, що його незгірш від 10 млрд. і 19 млрд. років. Найбільш імовірним часом існування розширення Всесвіту вважають 15 млрд. лет.

Некоторые труднощі гіпотези розширення вселенной

Все, що саме досі було зазначено, — це тільки гіпотези, засновані що на деяких реальні факти. Проте ті ж факти можна трактувати і иначе.

Так, вже були спроби витлумачити червоне усунення не як слідство ефекту Доннлера і Всесвіту, та зменшення енергії і власної частоти фотонів на своєму шляху їх протягом багатьох мільйонів років у межгалактическом просторі, внаслідок взаємодії з гравітаційними полями, тлом нейтрино, не що спостерігається поки матерією. Такі спроби відкидалися з тієї причини, що вони виникли на допущенні деякого невідомого ще закону природи й феномена взаємодії випромінювання коїться з іншими видами материи.

Но річ у тому, що прийняття червоного усунення як слідства ефекту Допплера веде до слідством, які, якщо їх прийняти, грунтуються на сукупності ще більше незрозумілих і невідомих законів природи, причому їх кількість набагато більше, ніж у зазначеної гіпотезі. Сьогодні є дані спостережень квазарів. Спектральні лінії квазарів мають аномальне високе червоне усунення — 2,5 — 2,8. Це означає, що якби це червоне усунення зумовлювалося ефектом Допплера, то швидкість видалення квазарів в 2,5 — 2,8 рази перевищувало б швидкість світла, що організувати неможливо. Звідси випливає, що більшість червоного усунення квазарів обумовлена надзвичайно потужним полем тяжіння, тобто є гравітаційним. Якщо інших галактиках є такі об'єкти, їх гравітаційне червоне усунення буде істотно проводити загальне червоне усунення, унаслідок чого картина динаміки галактик і відстаней перед тим виявиться інший проти суто кинематической трактуванням червоного усунення. Адже сьогодні виявлено надзвичайно віддалені галактики, червоному зміщення яких відповідає, за ефективністю Допплера, швидкість взаємного видалення в 150 тис. км/с, і, певне, ця швидкість далі зростає ще більше, наближаючись до швидкості світла, поки галактики не зникають за обрієм принципової спостережливості. Така жахлива кінетична енергія, порівнянна з енергією маси спокою галактик, неспроможна бути виведено ні з яких фізичних законов.

Также необгрунтовано твердження про можливість переходу всієї матерії в крапкову сингулярність. Адже в релятивістської астрофізиці допускається існування не однієї, а дуже багатьох відносних сингулярностей в центрах чорних дір, які, проте, мають кінцеву протяжність й безліч, взаємодіють із оточенням і навіть поступово «випаровуються» внаслідок просочування частинок у зовнішнє простір через потенційний барьер.

Возникают протиріччя, та в поясненні самого феномена розширення. Якщо розширення є дійсним фізичним процесом, воно відбувається поза рахунок «вторгнення» розширення Всесвіту або у вакуум типу псевдоевклидова простору, або у простір інших космічних систем Всесвіту. Існування абсолютного вакууму не можна дозволити, бо простір є атрибутом матерію та за її межами немає. Залишається визнати розширення у внутрішнє простір інших матеріальних систем, які самі можуть як стискатися, і розширюватися, розвиваючись за власними законами. Але тоді сучасна космологічна теорія охоплюватиме лише Метагалактику.

Можно, щоправда, стати в іншу думку та допустити, що розширення Всесвіту справді відбувається, але ніякого зовнішнього объемлющего простору й інших космічних систем немає; просто саме простір хіба що створюється у процесі розширення Всесвіту, тому, що з часом збільшується відстань між будь-якими точками змінюється геометрія пространства.

Но така точка зору укладає у собі внутрішні суперечності. Якби було розширення простору самого собою, то відбувалося б підвищення розміру всіх матеріальних систем: елементарних частинок, атомів, молекул, планет, зірок, галактик, причому у тієї ж пропорції, як і збільшення відстаней між галактиками. Тим більше що нічого такого у світі немає, є розширення лише у масштабах Метагалактики.

В літератури з космології можна почути думку, що різні космологічні моделі Всесвіту, висунуті його основі рівнянь загальної теорії відносності, можуть характеризувати непросто одну наш Всесвіт, але різні стану Всесвіту різні періоди її існування у минулому і майбутньому, аналогічно потенційно можливим світам в концепції Лейбніца. Усі, що ні заборонено законами природи, десь і коли-небудь то, можливо реализовано.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.