Эйнштейн рассмотрел Вселенную, которая также была стационарной, изотропной и однородной (как у Ньютона). Чтобы уравновесить силы притяжения, ввел новую силу - силу отталкивания.
Теперь Вещество во Вселенной удерживается двумя силами - притяжения и отталкивания.
Строгое математическое решение сфоомулированной задачи показало нетривиальный результат:
Вселенная может быть стационарной, но если только она (Вселенная) имеет конечные размеры, но неограниченна.
Как же тело может быть конечным, но не иметь границ? Возьмите сферу - площадь ее конечна, но как определить границу сферы? Ее нет. По аналогии можно представить себе, что существует некое четырехмерное пространство (какой-то гипершар), где наша Вселенная служит трехмерной границей гипершара. Если на Земле вы, двигаясь по меридиану из любой точки, вернетесь в ту же точку, то и во Вселенной Эйнштейна, двигаясь “по прямой”, вы окажетесь в исходной точке.
Но что это за таинственные силы отталкивания и нужны ли они?
Что знали ученые о Вселенной в 20-х годах XX века? Результаты наблюдательной астрономии позволили ученым утверждать, что Вселенная в целом однородна и изотропна.
|
|
Но если это так, то почему ночью темно, а не светло как днем?
Количество звезд N в слое : N~4pr2.
Но светимость Q ~1/r2.
Два слоя на расстоянии r1 и r2 от Земли.
В первом слое: N1 и общая светимость Q1~N1/r12,
Светимость второго слоя Q2~N2/r22. Ясно, что Q1=Q2,
Поскольку слоев бесконечно много, то и света должно быть бесконечно много. Ночью должно быть светло, как днем - вот о чем говорит парадокс Ольберса.
Что же делать? Опять ждать гения? Но может быть, стоит и самим чуточку подумать?
Исходные посылки: Вселенная бесконечна, изотропна, однородна и постоянна.
Изотропность и однородность установлены точно и здесь ничего изменить нельзя.
Делаем вывод, что либо Вселенная не бесконечна, либо Вселенная изменяется со временем.
А здесь на помощь приходит еще один гений - Американский астроном Хаббл
В 1929 г. Хаббл измерял скорости движения галактик. Для этого он определял так называемое “красное смещение” - наблюдаемый в спектрах излучения галактик сдвиг спектральных линий, присущих определенным химическим элементам, в сторону более длинных волн по сравнению с их нормальными.
И он получил следующую картину:
Наблюдаемое Хабблом красное смещение означает, что объект удаляется от наблюдателя.
Скорость (v) удаления галактик в зависимости от их расстояния (R) от нашей Галактики описывается простым выражением (Э. Хаббл, 1929)
v=HR
Постоянная Н называется постоянной Хаббла и ее современное значение составляет 66 км/с Мпк.
Итак, существующая Вселенная нестационарна, галактики убегают от нас.
Ура (ликуют все жители Земли), значит, Земля (точнее, наша галактика) является центром Вселенной?
Ликование было недолгим, потому что опять вмешивается наш разум и приводит простую аналогию с воздушным шариком.
Будем надувать воздушный шарик с нарисованными на нем точками 1, 2, 3.
|
|
Происходит “разбегание” точек 1, 2 и 3 по поверхности шара при увеличении его размеров.
Так и во Вселенной. Все галактики разбегаются друг от друга, и конечно, возникает вопрос, почему?
На помощь снова приходит гениальный ученый – теперь это русский ученый Фридман
В начале 20-х годов он предложил модель нестационарной Вселенной.
Если сейчас галактики разбегаются, то вчера они были ближе, а позавчера еще ближе друг к другу, а значит был момент времени t=0, когда все началось из какой-то точки. Обратите внимание, что здесь самое главное – это временная шкала, мы приходим к выводу о моменте рождения Вселенной.
Конечно, мы получаем также свидетельство, что Вселенная была в точке (в математическом смысле, а вспомните, что есть точка в математике?), но реально никакой точки не было.
Но почему галактики разбегаются. Предположим, что в начальный момент времени уже были галактики и занимали какое-то пространство.
Если в этот начальный момент скорости были большими и направлены таким образом, что галактики удалялись друг от друга, то мы получим, что и в настоящее время галактики удаляются друг от друга по инерции (правда, с меньшей скоростью, поскольку тяготение “тормозит” их движение).
Итак, был начальный момент, когда произошел «Большой Взрыв».
(Детский вопросик – Что, где и когда взорвалось?)
Иными словами, после “взрыва” частицы получают огромную начальную скорость и начинают разлетаться во все стороны. Если силы притяжения, которые стремятся собрать частицы воедино, малы, то частицы все время будут разлетаться. Однако если силы притяжения велики, то через некоторое время они изменят знак скорости движения частиц на противоположный и частицы начнут сближаться. Ясно, что гравитационные силы зависят от плотности частиц в объеме Вселенной - чем больше плотность, тем больше силы Fтяг. Из приведенных условий ясно, что сценарий развития Вселенной зависит от плотности вещества в современную эпоху, т.е. существует критическая величина плотности Вселенной. Открытая модель соответствует r<rкр. Обратное неравенство справедливо для закрытой модели. По современным данным, критическая плотность вещества составляет rкр=5х10-30 г/см3. Примерно такое же значение дают оценки плотности вещества во Вселенной.
|
Изменение размера R Вселенной с течением времени t (tc - наше время) для Вселенной с разной плотностью. |
Строгое решение задачи об эволюции (развитии) Вселенной показывает:
1. С течением времени изменяются расстояния между галактиками.
2. В прошлом был момент “t=0”, когда радиус шара был равен нулю, а значит плотность r®¥ (момент сингулярности).
3. При t=0 произошел “Большой взрыв”, в результате которого образовалась Вселенная.
Неужели все так просто и ясно? Что же еще ученым надо, и что они делали после этого еще 70 лет?
Об этом – в следующей теме.
Спасибо, что осилили новую тему.
Мне кажется, это было не сложнее, чем создать такую фигуру:
Поможем написать любую работу на аналогичную тему