Модели мегамира отражены в космологических моделях Вселенной. Космология рассматривается как наука об устройстве и развитии Вселенной. В истории имели место разные модели Вселенной. Долгое время преобладающей выступала модель стационарного состояния Вселенной, согласно которой последняя не имеет эволюционных процессов. Классическая ньютоновская космология исходила именно из такого подхода, по которому меняться могут конкретные космические системы, но не Вселенная в целом. Первую концепцию эволюционирующей Вселенной построил Кант. Он выдвинул гипотезу о рождении и развитии космических тел, звезд и их скоплений, Солнечной системы и входящих в нее тел. Современник Канта — П. Лаплас предложил свою концепцию иерархической Вселенной, во многом развивающую представления великого немецкого философа. Обе гипотезы в XIX веке были объединены в небулярную теорию Канта—Лапласа.
Эйнштейн при работе над общей теорией относительности исходил из идеи стационарной Вселенной. Он отказался от ньютоновских постулатов абсолютности пространства и времени и обосновал идею, что метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Эйнштейн считал, что пространство однородно и изотропно, а плотность материи во Вселенной распределена равномерно. По его мнению, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космическим отталкиванием. Ученый предполагал, что время существования Вселенной бесконечно, а само пространство — безгранично, но конечно.
Уравнения, полученные Эйнштейном на основе своих представлений, были подробно исследованы В. де Ситтером и А. Фридманом. Де Ситтер предложил иную модель Вселенной. Он рассмотрел модель пустой Вселенной, в которой два объекта расположены на столь большом расстоянии, что можно пренебречь притяжением между ними. Стационарность мира требовала нарушения равновесия — галактики должны начать удаляться друг от друга с ускорением. Фактически де Ситтер предсказал расширение Вселенной.
В 1922 году российский ученый А. Фридман отбросил постулат стационарности Вселенной и сформулировал принятое в настоящее время решение космологической проблемы. Причем возможны три варианта уравнений Фридмана.
1. Если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым, и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния.
2. Если плотность меньше критической, пространство описывается геометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется.
3. Если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, а расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.
По современным представлениям, критическая плотность ρ ≈10-26 кг/м3. В настоящее время для средней плотности получено значение ρ ≈10-28 кг/м3, что соответствует открытой модели.
В 1929 году американский астроном Э. Хаббл установил, что свет, идущий от далеких галактик, смещается в сторону красного конца спектра. Это явление, получившее название красного смещения, согласно принципу Доплера, свидетельствовало об удалении галактик от наблюдателя. Заметим, что в этом случае мы должны считать Вселенную не только безграничной, но и пространственно бесконечной. Но сменится ли расширение сжатием и когда это произойдет? Сейчас ответы на эти вопросы могут рассматриваться только как гипотезы.
Но если галактики разбегаются, то что было до их разбегания? На это отвечает теория «Большого взрыва», разработанная Г. Гамовым. Суть ее такова: 15 — 20 миллиардов лет назад все вещество Вселенной находилось в сверхплотном состоянии (r ≈ 10-33 см, ρ ≈ 1093 г/см3, Т ≈ 1034 К) — состоянии «сингулярности». Затем произошел взрыв, в итоге каждая частица материи устремилась прочь от другой. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, протоны и нейтроны. Спустя 100 сек. после взрыва протоны и нейтроны начали объединяться в ядра легких элементов (в основном тяжелого водорода и гелия, в меньшем числе лития и бериллия). По истечении несколько часов после Большого взрыва закончилось образование ядер элементов. Далее (по истечении нескольких сотен тысяч и более лет) образовались атомы и молекулы, химические элементы, планеты.
В 1964 году А. Пензиас и Р. Вильсон открыли во Вселенной новое радиоизлучение, названное И. Шкловским реликтовым, которое представляет собой излучение горячей плазмы. Открытое в известной мере случайно (хотя теоретически оно было предсказано в 1948 году Г. Гамовым) при изучении радиопомех, оно явилось доказательством справедливости теории «Большого взрыва». Однако и данная теория требует дальнейшего уточнения.
Несмотря на подтверждение модели Большого взрыва, разрабатываются и новые модели, разрешающие некоторые ее трудности. Среди них — гипотеза Альфвена (считающего, что электромагнитные силы играли более существенную роль в формировании Вселенной, чем гравитационные).
Поможем написать любую работу на аналогичную тему