Элементы космологии



Скачать 497.1 Kb.
страница2/11
Дата05.05.2018
Размер497.1 Kb.
ТипКурс лекций
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Космология
1. Парадоксы простейшей модели Вселенной

Космология изучает строение и эволюцию Вселенной как целого. Часть Вселенной, доступная наблюдениям, называется Метагалактикой. В космологии проходится экстраполировать на всю Вселенную то. что нам известно о метагалактике, а также предполагать, что физические законы, которые установлены на Земле, применимы ко всей Вселенной.

Приступая к исследованию Вселенной, естественно начать с простейших вариантов ее устройства. Так, огромные времена, характерные для астрофизических процессов, наталкивают на предположение о стационарности Вселенной. Можно также принять, что вещество во Вселенной распределено однородно и изотропно. Вообще говоря, второе допущение неочевидно. Напротив, даже невооруженным глазом видно, что звезды распределены в пространстве неизотропно и, как показывают исследования, неоднородно. Однако идея об однородном и изотропном распределении вещества в больших масштабах (существенно бóльших не только размеров галактик, но и расстояний между ними) является весьма привлекательной. В нашем веке этот постулат нашел свое подтверждение.

Отметим, что предположение о стационарности Вселенной означает, что она существует бесконечно долго. Естественно далее допустить, что Вселенная неограниченная.

Эта простейшая модель приводит к двум чрезвычайно сложным парадоксам: фотометрическому и гравитационному. Остановимся на них.

Суть первого состоит в том, что освещенность любой точки пространства должна быть бесконечной. В самом деле, при однородном распределении источников количество их в сферическом слое радиуса r и толщиной dr равно 4nr2dr (n  концентрация источников). Поскольку освещенность от точечного источника падает как r2, то суммарная освещенность в центре от сферического слоя пропорциональна 4ndr. Интегрируя по r от нуля до бесконечности, получаем бесконечную освещенность. На самом деле ничего подобного нет. Не спасает здесь предположение о поглощающей материи или о перекрытии источников. Этот парадокс был сформулирован еще в XVIII веке.

Гравитационный парадокс заключается в том, что сила гравитации, действующая на любое тело со стороны всех остальных объектов Вселенной, в этой модели не может иметь определенного значения. В самом деле, пусть в некоторой точке А располагается пробное тело массы m. Вырежем во Вселенной шар произвольного радиуса а так, чтобы точка А лежала на его поверхности. Сила гравитации, действующая на пробное тело со стороны шара равна (4/3)Gam, где   плотность вещества во Вселенной. Остальная часть Вселенной оказывает нулевое воздействие. В самом деле, если все пространство разбить на сферические слои с центром в точке 0, то сила, действующая на пробное тело со стороны вещества, лежащего за пределами радиуса а, равна нулю. И остается только сила, действующая на пробное тело со стороны шара радиуса а. Однако в силу произвольности радиуса а, эта сила имеет произвольное значение.

В чем причина происхождения этих парадоксов? Неправильная модель? А может нельзя применять использованные выше законы, в частности, теорию тяготения Ньютона?

Обобщением ньютоновской теории является общая теория относительности (ОТО), созданная А. Эйнштейном. Эйнштейн применил свою теорию к описанию Вселенной, заложив прежние постулаты об ее однородности и изотропности, а также и о стационарности Вселенной. При этом оказалось, что для выполнения требования стационарности Вселенной необходимо еще постулировать наличие силы отталкивания (так называемый космологический -член в уравнениях ОТО), которая не связана с материей, а есть свойство вакуума. Эта сила должна расти пропорционально расстоянию между двумя точками.

Иную модель предложил в начале 20-х годов наш соотечественник А.М. Фридман. Он отказался от требования стационарности Вселенной, но оставил условие об однородности и изотропности распределения вещества. Согласно решению Фридмана Вселенная должна расширяться. В 1929 г. Хаббл с помощью наблюдений установил закон разбегания галактик, что явилось подтверждением теории Фридмана.

Отказ от стационарности Вселенной, идея о ее расширении указывает путь, на котором могут быть решены сформулированные выше парадоксы. В самом деле, эта идея означает, что Вселенная имеет конечный возраст tВ. Учитывая далее тот факт. что никакие сигналы не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света, (скорость распространения возмущений гравитационного поля тоже равна скорости света), приходим к выводу о том, что мы в принципе не можем видеть или ощущать по гравитационному воздействию объекты, удаленные от нас на расстояния, больше сtВ. Кроме того, вследствие красного смещения энергия, излучаемая удаленными объектами, смещается в невидимую область спектра.

Так решаются фотометрический и гравитационный парадоксы.



Каталог: web
web -> Литература Древняя Русь в «Слове о полку Игореве»
web -> Рабочая программа специальность 351500 математическое обеспечение и администрирование информационных систем статус дисциплины
web -> Проблемы становления и развития социального диалога на региональном уровне
web -> Форум образовательных инициатив национальный наблюдательный центр юневок центр кыргызстан
web -> Социальное партнерство в России: специфика или подмена понятий? Термины «социальное партнерство»
web -> История философии тема Философия как наука: предмет, социальная роль и место в культуре


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница