Модели Вселенной

1. Модели Вселенной

2.

Классическая ньютоновская космология
Вселенная – это весь существующий
материальный мир, включая и тот, который
находится за пределами планеты земля и не
известен человеку. Космология познает мир таким,
каким он существует сам по себе, безотносительно
к условиям познания;
Пространство и время Вселенной абсолютны, они
не зависят от материаьных объектов и процессов;
Пространство и время метрически бесконечны;
Пространство и время однородны;
Вселенная стационарна, не претерпевает
эволюции. Изменяться могут конкурентные
космические системы, но не мир в целом.

3. Современная релятивистская космология

Наиболее общепринятой в космологии
является модель:
• однородной
•изотропной
•нестационарной
•горячей
•расширяющейся Вселенной
Построенная Эйнштейном в 1916 г., на
основе общей теории относительности и
релятивистской теории тяготения.

4. Решение уравнений А.А. Фридмана

• Если средняя плотность излучения во
Вселенной равна некоторой критической
величине, моровое пространство
оказывается Евклидовым и Вселенная
неограниченно расширяется от
первоначального точечного состояния;

5. Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется;

6.

• Если плотность больше критической,
пространство Вселенной оказывается
Римановым, расширение на некотором этапе
сменяется сжатием, которое продолжается
вплоть до первоначального точечного состояния.

7. Космология Большого взрыва Г.А. Гамова

• Согласно теоретическим расчетам Жоржа
Леметра, радиус Вселенной в
первоначальном состоянии был 10-12 см, что
близко по размерам к радиусу электрона, а
ее плотность составляла 1096 г/см3.
• В сингулярном состоянии Вселенная
представляла собой микрообъект
ничтожно малых размеров.
• От первоначального сингулярного состояния
Вселенная перешла к расширению в
результате Большого Взрыва.

8. Космология Большого взрыва

9.

• эра адронов – тяжелых частиц, вступающих в
сильные взаимодействия. В конце эры происходит
аннигиляция частиц и античастиц, но остается
некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов;
• эра лептонов – легких частиц, вступающих в
электромагнитное взаимодействие. Основную роль
играют легкие частицы, принимающие участие в
реакциях между протонами и нейронами;
• фотонная эра – продолжительность 1 млн. лет.
Основная доля массы – энергии Вселенной –
приходится на фотоны. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества.
• звездная эра – наступает через 1 млн. лет после
зарождения Вселенной. В звездную эру начинается
процесс образования протозвезд и протогалактик.

10.

11. Теория возникновения Вселенной

12. Инфляционная гипотеза

начало Вселенной определяется как состоянии
квантовой супергравитации с радиусом
Вселенной в 10-50 см.
• Основные события в ранней Вселенной
разыгрывались за ничтожно малый промежуток
времени от 10-45 до 10-30 с.;
• стадия инфляции – в результате квантового
скачка Вселенная перешла в состояние
возбужденного вакуума и в соответствие в ней
вещества и излучения интенсивно расширялась по
экспоненциональному закону.
• В этот период инфляционной стадии
продолжительностью 10-34 с Вселенная раздулась
от невообразимо малых квантовых размеров 10-33
см до невообразимо больших 101000000 см, что на
много порядков превосходит размер наблюдаемой
Вселенной не было ни вещества, ни излучения;

13.

• переход от инфляционной стадии к
фотонной – состояние ложного вакуума
распалось, высвободившаяся энергия пошла
на рождение тяжелых частиц и античастиц,
которые, проаннигилировав, дали мощную
вспышку излучения (света), осветившего
космос;
• этап отделения вещества от излучения:
оставшееся после аннигиляции вещество
стало прозрачным для излучения, контакт
между веществом и излучением пропал

14. Экспериментальные данные о Вселенной

• В 1929 г. Американский астроном Э.П. Хаббл
обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью
галактик: все галактики движутся от нас,
причем со скоростью, которая возрастает
пропорционально расстоянию, - система
галактик расширяется.
• Закон Хаббла
V HR
• Н- постоянная Хаббла – км/с/Мпк или просто
1/с

15.

•Она показывает, насколько в относитель-ных
единицах расширяется пространство в
единицу времени
• Величина, обратная постоянной Хаббла,
приблизительно разна возрасту Вселенной
•Расстояние до границы наблюдаемой
Вселенной примерно:
• RМ = c / H0 = 1.3·1026 м

16.

•Красное смещение – это понижение
частот электромагнитного излучения :
в видимой части спектра линии
смещаются к красному диапазону.
•Причины для изменения длины волны:
Эффект Допплера (взаимное
движение источника и наблюдателя) при взаимном удалении источника и
наблюдателя возникает красное
смещение, при сближении –
фиолетовое смещение.

17. Созвездие Пегаса (красное смещение)

18. Красное смещение

19.

Отделившееся от вещества излучение и
составляет современный реликтовый
фон (реликтовое излучение).
• Реликтовое излучение было
предсказано Георгием Гамовым,
•Р. Альфером и Р. Германом в 1948 году
на основе теории горячего Большого
взрыва вычислена температура реликтового излучения, они смогли установить, что температура реликтового
излучения должна составлять 3- 5 К.

20.

• Результаты работ Г. Гамова и Р. Альфера и
Р. Германа широко не обсуждались и были
молоизвестны.
• В 1964 году был создан радиометр Дикке
для измерения реликтового излучения .
(Принстонский университет).
• В 1965 году А. Пензиас и Р. В. Вильсон из Bell
Telephone Laboratories в Холмдейле (штат
Нью-Джерси) построили прибор, аналогичный
радиометру Дикке.

21.

• А. Пензиас и Р. В. Вильсон намеревались
использовать прибор не для поиска
реликтового излучения , а для экспериментов
в области радиоастрономии и спутниковых
коммуникаций.
• При калибровке установки выяснилось, что
антенна имеет избыточную температуру в
3,5 К.
• Таким образом было экспериментально установлено наличие реликтового излучения .
• В 1978 году Пензиас и Вильсон за своё
открытие получили Нобелевскую премию.

22.

• Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось
построить в результате работы американского космического
аппарата WMAP.
• 14 мая 2009 года был произведён запуск спутника миссии
Планк Европейского космического агентства

23. Телескоп Планк

24.

•Теория тепловой смерти Вселенной
(Р.Клазиус) базируется на на втором начале
термодинамики.
•Согласно этому закону физики , тепло всегда
переходит от более нагретого тела к менее
нагретому.
•Поэтому если два соприкасающихся тела
находятся в замкнутом пространстве , то
тепло начнет перераспределятся между
этими телами и окружающим пространством
таким образом, что в конечном счете станет
одинаковым в любой точке замкнутого
пространства.

25.

•Если считать Вселенную таким
замкнутым пространством , не имеющим
внешнего притока тепла или оттока
тепла, то действие энтропии должно с
течением времени привести к
выравниванию температуры во всех
уголках Вселенной и прекращению
всякого движения и излучения .

26.

•Такое состояние Вселенной и
называется тепловой смертью.
•Опровержение данной теории состоит в
том , что под действием сил притяжения
и отталкивания во Вселенной всегда
будут возникать очаги концентрации
вещества , в которых под действием
гравитации начнутся изменения
температуры , что, в свою очередь ,
будет постоянно нарушать процесс
выравнивания температуры.