Космология

Космологические данные

Под космологическими данными понимаются результаты исследований, которые имеют отношение к изучаемой Вселенной в целом в широком диапазоне пространства и времени.

Основным источником данных для космологии являются астрономические наблюдения.

Интерпретировать полученные данные помогла разработанная Альбертом Эйнштейном в 1915 году теория относительности.

Альберт Эйнштейн (1879- 1955) – физик-теоретик, заложивший основы современной теоретической физики. Он создал в 1915 году общую теорию относительности, в которой описывались универсальные пространственно-временные свойства наблюдаемых физических процессов.

Направления космологии

В настоящее время сложилось два направления в космологии:

1. Представители эмпирического направления ограничивают свои исследования полученными при помощи наблюдения данными. Они не распространяют разработанные ими модели на неизвестные пока области.
2. Представители теоретического направления пытаются объяснить исследуемую Вселенную на основе наиболее логичных и простых теорий. Наибольшей популярностью в настоящее время используется теория Большого взрыва.

В разное время эта теория развивалась и дополнялась различными специалистами.

На основе теории относительности А. Эйнштейна развивали теорию Большого взрыва такие специалисты как В. де Ситтер, бельгийский аббат и ученый Леметр, советские ученые А. А. Фридман и Г. А. Гамов и многие другие.

В результате возникла, в частности, космологическая модель Фридмана – Леметра. Согласно ей наша Вселенная возникла в момент Большого взрыва, который произошёл около 20 миллиардов лет назад. При этом расширение Вселенной продолжается и по сей день, в тоже время постоянно замедляясь. В первое мгновение после взрыва материя Вселенной имела бесконечную плотность и температуру. Такое состояние специалисты называют сингулярностью.

Стационарная же модель Вселенной считает нашу Вселенную постоянной и неизменной как в прошлом, так и в будущем. Согласно данной модели возраст Вселенной бесконечен, а в ходе ее расширения рождается новое вещество.

Космология и объяснение Вселенной

Космологические модели существования и развития Вселенной должны объяснить следующие шесть основных фактов полученные с помощью наблюдений.

1. Вселенная в своих больших масштабах имеет однородный и изотропный характер. Изотропный характер означает, что галактики и их скопления в нашей Вселенной распределены равномерно. А характер их движения не имеет четкого направления, то есть изотропно. Таким образом, исследователи-астрономы считают Вселенную однородной на всём её протяжении. Исключением считаются небольшие неоднородности в распределении галактик и их скоплений.

2. Расширение Вселенной. Согласно наблюдениям американского астронома Эдварда Хаббла, сделанным им ещё в 1929 году, Вселенная расширяется, а Галактики удаляются друг от друга.

   Замечание 1

   Согласно закону Хаббла, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется от нас.

   Однако, это явление не означает, что наша Солнечная система находится в центре Галактики. Поскольку наблюдатели из другой галактики, если они есть, видят то же самое. Современные наблюдения при помощи более технически совершенных телескопов подтвердили исследования американского астронома.

3. Реликтовое излучение. В 1965 году было открыто фоновое микроволновое радиоизлучение. Это сделали американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон. Это радиоизлучение, как и галактики, стали главными объектами космологии. Термин реликтовое предложил советский астрофизик И. С. Шкловский.

   Основным свойством этого излучения является его изотропность, то есть однородность. Эта особенность указывает на его связь с далёкими областями Вселенной, что говорит о высокой однородности этих областей.

   Доказательством того, что данное излучение является реликтовым и осталось от прежней Вселенной является тот факт, что исследуемое излучение имеет высшую степень однородности и обладает спектром абсолютно черного тела с температурой около 3К. Если же это было бы излучением нашей Галактики, то оно отражало бы её структуру.

   Таким образом, фоновое микроволновое радиоизлучение является свидетельством существования молодой и горячей, но сильно остывшей в результате расширения Вселенной.

4. Возраст Вселенной. Возраст Вселенной можно оценить по постоянной Хаббла Н. Под этим понятием имеется в виду одинаковая скорость расширения Вселенной. Сама постоянная основана на законе Хаббла, согласно которому Вселенная на всём своём протяжении расширяется с одинаковой скоростью. Исследователи оценивают возраст Вселенной как 1/Н. В настоящий момент, исследования возраста Вселенной показывают цифру около 20 млрд. лет.

5. Одинаковые условия во Вселенной. Согласно наблюдениям во всей обозримой специалистами Вселенной на каждые десять атомов водорода приходится 1 атом гелия. Таким образом, сильной стороной теории Большого взрыва считается то, что она может объяснить одинаковое соотношение между водородом и гелием.
6. Доказательство эволюции Вселенной. Развитие Вселенной и несоответствие стационарной теории наблюдаемой действительности подтверждает тот факт, что в удалённых от нашей планеты областях Вселенной больше активных галактик и квазаров, чем поблизости от нас.