Формирование новой модели Вселенной
Модель расширяющейся Вселенной является наиболее известной в современной космологической науке. Данная модель была построена на основе общей теории относительности А. Эйнштейна. Основой модели однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной являются следующие два предположения:
- однородность и изотропность Вселенной. Согласно этому предположению, свойства Вселенной являются одинаковыми во всех точках и во всех направлениях. Данный космологический принцип был определен советским физиком М. Фридманом.
- кривизна пространства и связь кривизны с плотность массы(энергии). Это предположение следует из уравнений Эйнштейна, описывающих гравитационное поле.
Космология, основанная на этих предположениях, называется релятивистской.
Главным принципом модели расширяющейся Вселенной является ее нестационарность. Данный принцип определяется двумя постулатами теории относительности:
- Принципом относительности
- Постоянством скорости цвета, подтвержденным экспериментально.
Принцип относительности заключается в том, что независимо от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга, во всех инерциональных системах все законы сохраняются.
Основываясь на космологический принцип, Фридман пришел к выводу, что уравнения Эйнштейна имеют и другие решения, нестационарные, и это означает, что Вселенная способна сжиматься либо расширяться. То есть, говорится о расширении всего пространства, об увеличении всех расстояний мира. согласно теории Фридмана, Вселенная схожа с мыльным шаром, у которого площадь и радиус постоянно увеличиваются.
Вывод, сделанный Фридманом, не был удостоен внимания и предложенная им модель расширяющейся Вселенной имела чисто теоретический характер ввиду отсутствия экспериментального подтверждения.
«Красное смещение»
Однако, несколько лет спустя, в 1929 году американский астроном выявил эффект «красного смещения». Это явление было объяснено как следствие эффекта Допплера.
Эффект Допплера— изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу.
Удаление галактик друг от друга происходит со скоростью, которая возрастает с расстоянием, этим объяснялось явление «красного смещения». Согласно последним измерениям увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек.
Таким образом, красное смещение было зафиксировано для всех далеких источников света. Чем больше расстояние до источника света, тем больше красное смещение – выяснилось, что оно пропорционально расстоянию до источника. Все это означало, что гипотеза о расширении видимой части Вселенной справедлива.
Теоретическое предположение о нестационарности Вселенной, имеющей размеры около несколько миллиардов парсек в течение, как минимум, нескольких миллиардов лет, было подтверждено красным смещением.
Хаббл, подводя итоги своих исследований, обосновал вывод о том, что Вселенная является миром галактик, и что наша галактика – лишь одна из множества существующих галактик, которые разделены друг от друга большими расстояниями. Вместе с тем, такие расстояния, разделяющие галактики, не являются постоянными, а непрерывно увеличиваются. В результате таких исследований и предположений появилась новая концепция расширяющейся Вселенной.
Эволюция Вселенной прошла путь от сингулярного состояния до расширяющегося. Объясняя такой характер Вселенной, Фридман выделил два случая:
- радиус кривизны вселенной, начиная с нулевого состояния, с течением времени непрерывно увеличивается
- радиус кривизны меняется периодически, то есть Вселенная возвращается в сингулярное состояние, превращаясь в точку, потом из этого состояния увеличивает свой радиус, далее снова, обращается в точку, уменьшив радиус кривизны и так бесконечное количество раз.
Следствием расширения пространства Вселенной является разбегание галактик, наблюдаемое учеными. В результате такого расширения увеличиваются все расстояния во Вселенной.
Э. Хаббл доказал, что галактики разбегаются друг от друга со скоростью, которая постоянно увеличивается, что позволило прийти к выводу о расширении самой Вселенной. Следует иметь в виду, что расширяющаяся Вселенная является изменяющимся миром, которому характерно наличие своей истории, и который имеет начало и конец.
Оценить время, на протяжении которого осуществляется процесс расширения Вселенной, позволяет постоянная Хаббла. Согласно этому, это время составляет не менее 10 миллиардов лет, но не более 19 миллиардов лет, наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считается приблизительно 15 миллиардов лет, то есть таким является примерный возраст нашей Вселенной.
Теория Фридмана является приближенной, имеет свои границы применимости – так же, как и любая другая научная концепция. Использование этой концепции в области очень малых пространственно-временных масштабов невозможно ввиду того, что ею не учитываются квантовые эффекты. В данном случае космологическая модель расширяющейся Вселенной дает парадоксальные результаты, к примеру, вывод, согласно которому Вселенная возникла из безразмерной точки, то есть из ничего.
Существует представление о произошедшем примерно 12-18 миллиардов лет назад Большом взрыве. Это представление является составной частью модели расширяющейся Вселенной. Концепцию Большого взрыва из некого «первобытного атома» впервые предложил Дж. Лемер. Данная концепция не представляет научного интереса, являясь лишь неотъемлемой частью истории развития представления о происхождении Вселенной. Однако, в современную картину мира вошла идея о первоначальном взрывном движении материи и ее последующем эволюционном развитии.
