33. Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.

Классическое естествознание говорило, что вселенная появилась по законам Классич. ньютоновской механики

Согласно концепции лапласовского детерминизма зная одно начало составления вселенной можно решив уравнение движения предсказать любое другое движение.

Ньютоновская Вселенная бесконечна, вечна, изотропна.

Эти свойства оказались тесно связаны с законами сохранения энергии, момента импульса.

Такие представления привели к парадоксам, которые не могла разрешить классическая наука:

1. Гравитационный парадокс – бесконечность вселенной противоречит ее вечности.

2. Фотометрический – ночью небо должно быть белым от звезд – их бесконечное множество.

Во вселенной бесконечное кол-во звёзд. Значит любой луч зрения будет упираться в какую-либо звезду, значит ночное небо должно ярко светиться как солнце.(то есть небо не может быть тёмным)

В 1915 году Эйнштейн закончил разработку ОТО(теории объёдинения гравитации с геометрией). Согласно этой теории материя искривляет пространство-время, а оно в свою очередь определяет условия для движения материи.

В 1917 году Эйнштейн применил уравнение ОТО ко всей Вселенной в целом. Из уравнения ОТО следовало, что Вселенная должна либосжиматься, либорасширяться. Но Эйнштейн этот ввод не принял, он говорил о статичной Вселенной. Эйнштейн предложил ввести уравнение (космологического отталкивания), ввёл - свойство простр- врем.

В 20-х годах 20 века нестационарность Вселенной, которая вытекает из уравнений ОТО, объяснил советский математик Александр Фридман(1925) Уравнение, описывающее развитие во времени однородной и изотропной вселенной (вселенной Фридмана) в рамкой ОТО. Свойства вселенной одинаковы во всех точках и во всех направлениях, то есть Вселенная однородна и изотропна.

Фридман рассмотрел три различные модели Вселенной в зависимости от плотности вещ-ва

1.было до и что будет после - наши теории сказать не могут. Вселенная неограниченно расширяется.

Гравитация должна ост-ть неогранич. расширение.

2.недостаточно гравитации.

3.кривизна нулевая, пространство плоское, евклидово.

Выводы Фридмана о расширении Вселенной подтвердил эксперимент. В 1929 году амер. Астроном Хаббл обнаружил так называемое красное смещение спектральных линий излучения приходящего от далёких галактик.

Был сформулирован закон Хаббла. V=HL, H-постоянная Хабла

«Галактики удаляются от нас со скоростью пропорциональной расстоянию от нас до галактики.»

34Современная космология о ранних стадиях эволюции Вселенной.

Из уравнений ОТО вселенная расширяется. 10-20 млрд лет- возраст Вселенной.

В 1927 году Ж. Леметр предположил, что в начальный момент времени, вселенная представляла собой космическое яйцо. Это микрообъект размером с электрон примерно 10^-12 см и с плотностью примерно 10 ⁹⁶ г/см^3. Космическое яйцо было неустойчиво и произошёл взрыв.

Дополнил и уточнил Дж. Гамов . Он занимался проблемой распространения Элементов по вселенной.

Он предположил, что вселенная была горячей. По этой версии большой взрыв произошёл примерно 15-20 млрд лет назад.

В момент времени t=0, кривизна пространства времени и плотность вселенной была бесконечна. Такое начальное состояние вселенной называют сингулярным.

Кривая бесконечно стремится к оси Ох и Оу

Предполагают, что в момент зарождения вселенной было лишь единое фундаментальное взаимодействие. Через 10^-43 с температурой 10³² с из единого взаимодействия выделилась гравитация.

Расчёты показываю, что через промежуток 10^-35 с выделилось сильное взаимодействие.(симметрия взаимодействия нарушилась)

Около 10^-10 с Т приблизит= 10¹⁵ К Слабое взаимодействие отделилось от магнитного.(все 4 взаимодействия разделились)

• Период 10^-12 с - 10^-6 с-эпоха кварков и глюонов.

• Период 10^-6 с - 10^-2 с _ эпоха нуклонов и антинуклонов. В это время кварки объединялись  p и n их античастицы.Предполагалось, что именно в этот период осталось лишнее кол-во нуклонов из которых образовалась вселенная.

• Период 10^-2 с - 10² с эпоха липтонов. В составе вселенной преобладали электроны, пазитроны и нейтрины.

• Период 10² с - 10³ с эпоха ядерных образований. Вселенная состоит из 74% водорода, 25% гелия и 1% тяжёлых металлов.

• Период 10³ с - 10¹³ с эпоха ионов. Вселенная представляет собой однородную, непрозрачную плазму.

• Период 10⁵ лет - 10⁸ лет-эпоха атомов. Вселенная становится прозрачной, температура упала до 10³-10⁴ К, электроны замедлились и стали взлетать с ядрами, образуя электрически нейтральные ядра. В этот период фотоны не могли пролететь далеко. Учёные зафиксировали то, что наз. Реликтовым излучением, это перемещались фотоны.

• Период 10⁸ лет по сег. Дни Эпоха звёзд и галактик.

Календарь Г.Сагана

1 космич. Год= 15 млрд. лет 1с=500 лет

В этот космич. Год.

1 января 00 ч. 00 мин.-Большой взрыв 10 января –Образование галактики 9 сентября-образование солнечной системы

14 сентября – образование Земли 25 сент-жизнь на земле

19 дек-первые рыбы 24 дек-динозавры

26 дек-первые млекопитающие 27 дек-первые птицы

29 дек-первые приматы 31 дек 22 ч 30 мин первые люди

В 1965 году у гипотез « большого взрыва» появилось экспериментальное подтверждение: было обнаружено, предсказанное Гамовым реликтовое излучение. Гипотеза «большого взрыва» общепринята, но у неё есть недостатки, особенно при описании ранних стадий. Поэтому появилась гипотеза «ранней инфляции». Впервые о существовании стадии инфляции написал в 1979 году Старобинский. Линде и Гут её создали. Гипотеза внесла поправки 10^-34-10^-36 с Вселенная вела себя иначе. В этот период вселенная пережила период очень быстрого взрывоподобного расширения. Вселенная в результате инфляции, стремительного раздувания, расширения её размер увеличился в 10³⁰ раз. Возникает огромная сила отталкивания, которая вызывает мгновенное раздувание(образовывается пузырь) и теория предполагает, что такой пузырь не один. В настоящее время говорят о прорыве в космологии. Последние исследования говорят, что адекватная модель нашего пространства - Евклидово пространство. Расширение вселенной будет продолжаться неограниченно и с ускорением. В составе вселенной 3 основных компонента: 4-5% от всего обычное в-во, состоящее из электронов, «тёмная холодная материя», состоящая из очень тяжёлых частиц, очень сложно реагирующих с в-вом 21-25%, «квинтэссенция»(тёмная энергия, вакуумный конденсатор скалярных частиц) 70-75%