Hipoteza višelisnog modela univerzuma. Model univerzuma. Stacionarni univerzum Općeprihvaćeni model univerzuma

3. Prostor oko Zemlje ispunjen je mikrotalasnom pećnicom u pozadini

4. Starost Zemlje, meteorita i najstarijih zvijezda nije mnogo

5. U cijelom vidljivom svemiru, od obližnjih zvijezda do najudaljenijih galaksija, na svakih 10 atoma vodonika dolazi 1 atom helijuma. Čini se nevjerovatnim da lokalni uslovi mogu svuda biti tako identični. Snaga Model Velikog praska je upravo to što predviđa isti omjer između helijuma i vodonika posvuda.

6. U područjima svemira koja su prostorno i vremenski udaljena od nas, aktivnijih galaksija i kvazara ima više nego u našoj blizini. Ovo ukazuje na evoluciju Univerzuma i protivreči teoriji stacionarnog Univerzuma.

U takvim uslovima nezamislivo visoke temperature i gustine došlo je do rođenja Univerzuma. Štaviše, ovo bi moglo biti rođenje u doslovnom smislu: neki kosmolozi (recimo, Ya.B. Zeldovich u SSSR-u i L. Parker u SAD) vjerovali su da su čestice i fotoni gama zraka rođeni u toj eri od strane gravitacionog polja . Sa stanovišta fizike, ovaj proces bi se mogao odvijati ako je singularnost anizotropna, tj. gravitaciono polje je bilo neujednačeno. U ovom slučaju, plimne gravitacione sile bi mogle da „izvuku“ prave čestice iz vakuuma, stvarajući tako materiju Univerzuma.

Proučavajući procese koji su se dogodili neposredno nakon Velikog praska, razumijemo da su naše fizičke teorije još uvijek vrlo nesavršene. Toplinska evolucija ranog svemira ovisi o stvaranju masivnih elementarnih čestica, hadrona, o kojima nuklearna fizika još uvijek malo zna. Mnoge od ovih čestica su nestabilne i kratkog vijeka. Švicarski fizičar R. Hagedorn vjeruje da može postojati veliki broj adrona sve veće mase, koji bi se mogli formirati u izobilju na temperaturi od 10

Prema drugoj tački gledišta, broj tipova masivnih elementarnih čestica je ograničen, pa je temperatura i gustina tokom ere adrona trebalo da dostigne beskonačne vrednosti. U principu, to bi se moglo provjeriti: ako su komponente hadronskih kvarkova bile stabilne čestice, onda je iz te vruće ere trebao biti sačuvan određeni broj kvarkova i antikvarkova. Ali potraga za kvarkovima bila je uzaludna; najverovatnije su nestabilni. Cm . također ELEMENTARNE ČESTICE.

Nakon prve milisekunde širenja Univerzuma, jaka (nuklearna) interakcija je prestala da igra odlučujuću ulogu u tome: temperatura je toliko pala da su atomska jezgra prestala da kolabiraju. Dalji fizički procesi određeni su slabom interakcijom, odgovornom za stvaranje lakih čestica leptona (tj. elektrona, pozitrona, mezona i neutrina) pod uticajem termičko zračenje. Kada je tokom ekspanzije temperatura zračenja pala na otprilike 10

Sljedeću fazu ekspanzije, fotonsku eru, karakterizira apsolutna dominacija toplinskog zračenja. Za svaki sačuvani proton ili elektron postoji milijarda fotona. U početku su to bili gama kvanti, ali kako se svemir širio, gubili su energiju i postali rendgenski, ultraljubičasti, optički, infracrveni i, konačno, sada su postali radio kvanti, koje prihvatamo kao pozadinski (reliktni) radio crnog tijela. emisija.

1. Problem singularnosti: mnogi sumnjaju u primjenjivost opšte teorije relativnosti, koja daje singularnost u prošlosti. Predlažu se alternativne kosmološke teorije bez singularnosti.

2. Problem izotropije Univerzuma usko je povezan sa singularitetom. Čini se čudnim da se ekspanzija koja je započela iz singularnog stanja pokazala tako izotropnom. Moguće je, međutim, da je prvobitno anizotropno širenje postupno postalo izotropno pod utjecajem disipativnih sila.

3. Homogen na najvećim skalama, na manjim skalama Univerzum je veoma heterogen (galaksije, jata galaksija). Teško je razumjeti kako bi sama gravitacija mogla dovesti do pojave takve strukture. Stoga kosmolozi istražuju mogućnosti nehomogenih modela Velikog praska.

4. Na kraju, može se zapitati kakva je budućnost Univerzuma? Da biste odgovorili, morate znati prosječnu gustinu materije u Univerzumu. Ako pređe određenu kritičnu vrijednost, tada je geometrija prostor-vremena zatvorena, a u budućnosti će se Univerzum sigurno sužavati. Zatvoreni Univerzum nema granica, ali njegov volumen je konačan. Ako je gustoća ispod kritične, tada je Univerzum otvoren i zauvijek će se širiti. Otvoreni Univerzum je beskonačan i ima samo jedan singularitet na početku. Do sada, zapažanja se bolje slažu sa modelom otvorenog univerzuma.

Najradikalniji je da je na početku bio haos. Širenje ranog svemira bilo je izuzetno anizotropno i nehomogeno, ali su zatim disipativni procesi izgladili anizotropiju i približili širenje Friedmann-Lemaitreovom modelu. Sudbina nehomogenosti je vrlo čudna: ako je njihova amplituda bila velika, onda su se neizbježno morale srušiti u crne rupe s masom određenom trenutnim horizontom. Njihovo formiranje moglo je početi upravo od Plankovog vremena, tako da je Univerzum mogao imati mnogo malih crnih rupa s masama do 10

Primarni haos može sadržati poremećaje bilo koje skale i amplitude; najveći od njih, u obliku zvučnih valova, mogao je preživjeti od ere ranog svemira do ere radijacije, kada je materija još bila dovoljno vruća da emituje, apsorbira i raspršuje zračenje. Ali sa krajem ove ere, ohlađena plazma se rekombinovala i prestala da interaguje sa zračenjem. Pritisak i brzina zvuka u plinu su opali, uzrokujući da se zvučni valovi pretvaraju u udarne valove, komprimiraju plin i uzrokuju kolaps u galaksije i jata. U zavisnosti od vrste početnih talasa, proračuni predviđaju veoma različitu sliku, koja ne odgovara uvek posmatranoj. Za izbor između mogućih opcija kosmoloških modela važna je jedna filozofska ideja poznata kao antropski princip: od samog početka, Univerzum je trebao imati takva svojstva koja omogućavaju formiranje galaksija, zvijezda, planeta i inteligentnog života na njima. Inače ne bi bilo ko da proučava kosmologiju.

Alternativno gledište je da se o izvornoj strukturi svemira ne može naučiti ništa više od onoga što pružaju zapažanja. Prema ovom konzervativnom pristupu, mladi Univerzum se ne može smatrati haotičnim, jer je sada vrlo izotropan i homogen. Ona odstupanja od uniformnosti koja opažamo u obliku galaksija mogu rasti pod uticajem gravitacije iz malih početnih nehomogenosti gustine. Međutim, čini se da studije o distribuciji galaksija velikih razmjera (uglavnom koje je sproveo J. Peebles na Princetonu) ne podržavaju ovu ideju. Još jedna zanimljiva mogućnost je da bi nakupine crnih rupa nastale tokom ere adrona mogle postati početne fluktuacije za formiranje galaksija.

Da bi Univerzum bio zatvoren, prosječna gustina materije u njemu mora premašiti određenu kritičnu vrijednost. Procjena gustine vidljive i nevidljive materije je vrlo blizu ovoj vrijednosti.

Raspodjela galaksija u svemiru je vrlo heterogena. Naša lokalna grupa galaksija, koja uključuje Mliječni put, Andromedu i nekoliko manjih galaksija, leži na periferiji ogromnog sistema galaksija poznatog kao Superjato Djevice, čiji se centar poklapa sa jatom galaksija Djevica. Ako je prosječna gustoća svijeta visoka, a Univerzum zatvoren, onda treba uočiti snažno odstupanje od izotropnog širenja uzrokovano privlačenjem naše i susjednih galaksija u centar Superjata. U otvorenom svemiru ovo odstupanje je beznačajno. Opažanja su konzistentnija sa otvorenim modelom.

Od velikog interesa za kosmologe je sadržaj u kosmičkoj materiji teškog izotopa vodikovog deuterijuma, koji je nastao tokom nuklearne reakcije u prvim trenucima nakon Velikog praska. Pokazalo se da je sadržaj deuterijuma bio izuzetno osjetljiv na gustinu materije u toj eri, a time i u našoj. Međutim, “deuterijumski test” nije lako izvesti, jer je potrebno ispitati primarnu supstancu, koja nije bila u utrobi zvijezda od trenutka kosmološke sinteze, gdje deuterijum lako gori. Proučavanje ekstremno udaljenih galaksija pokazalo je da sadržaj deuterija odgovara niskoj gustoći materije i stoga otvoreni model Univerzum.

1. Model, simetričan u odnosu na materiju i antimateriju, pretpostavlja jednako prisustvo ova dva tipa materije u Univerzumu. Iako je očigledno da naša galaksija praktično ne sadrži antimateriju, susedni zvezdani sistemi bi se mogli u potpunosti sastojati od nje; Štaviše, njihovo zračenje bi bilo potpuno isto kao i zračenje normalnih galaksija. Međutim, u ranijim epohama ekspanzije, kada su materija i antimaterija bili u bližem kontaktu, njihovo uništenje je trebalo da proizvede snažno gama zračenje. Zapažanja ga ne otkrivaju, što čini simetrični model malo vjerojatnim.

2. Model hladnog velikog praska pretpostavlja da je ekspanzija počela na temperaturi apsolutna nula. Istina, u ovom slučaju mora doći do nuklearne fuzije koja će zagrijati materiju, ali mikrovalno pozadinsko zračenje više ne može biti direktno povezano s Velikim praskom, već se mora objasniti na neki drugi način. Ova teorija je privlačna jer je materija u njoj podložna fragmentaciji, a to je neophodno da bi se objasnila heterogenost univerzuma velikih razmera.

3. Stacionarni kosmološki model pretpostavlja kontinuirano rađanje materije. Glavno načelo ove teorije, poznato kao Idealni kosmološki princip, kaže da je Univerzum oduvijek bio i ostat će takav kakav je sada. Zapažanja to opovrgavaju.

4. Razmatraju se modifikovane verzije Ajnštajnove teorije gravitacije. Na primjer, teorija K. Brunsa i R. Dickea sa Princetona je općenito konzistentna sa zapažanjima unutar Sunčevog sistema. Bruns-Dickeov model, kao i radikalniji F. Hoyleov model, u kojem se neke fundamentalne konstante mijenjaju s vremenom, imaju skoro iste kosmološke parametre u našoj eri kao i model Velikog praska.

5. Na osnovu modifikovane Einsteinove teorije, J. Lemaitre je 1925. godine izgradio kosmološki model koji kombinuje Veliki prasak sa dugom mirnom fazom, tokom koje se mogu formirati galaksije. Ajnštajn se zainteresovao za ovu mogućnost da opravda svoj omiljeni kosmološki model statičkog univerzuma, ali kada je otkriveno širenje svemira, javno ga je napustio.

Model univerzuma. Stacionarni univerzum. Sadržaj Model Univerzuma 1 Stacionarni Univerzum 2 Posljedice 3 Teorija polja elementarnih čestica 4 Interakcije fotona i neutrina 5 Crveni pomak 6 Zaključak 7 Modeli svemira U 20. stoljeću su se nadmetale dvije kosmološke teorije - teorija širenja Univerzuma (početna stanje iz kojeg je nastao Univerzum bilo je toliko vruće i gusto da su mogle postojati samo elementarne čestice i zračenje; zatim se svemir širio i hladio, formirajući zvijezde i galaksije) i teorija stacionarnog Univerzuma (Univerzum je oduvijek postojao, uočeno razrjeđivanje materije se nadoknađuje njenim kontinuiranim stvaranjem). Stacionarni univerzum Ajnštajn je koristio univerzalne jednačine iz opšte teorije relativnosti i povezao zakrivljenost prostor-vremena sa materijom Univerzuma. On je proizvoljno uveo "kosmičko odbijanje", koje je bilo vrlo malo, ali je spriječilo da se Univerzum steže do određene točke. Teorija stacionarnog Univerzuma ne poriče širenje Univerzuma. Ideje o kontinuiranom stvaranju materije javljale su se iznova. Tako je 1948. godine grupa naučnika sa Univerziteta Kembridž (G. Bond, T. Gold i F. Hojl) došla do hipoteze o stacionarnom Univerzumu. Sasvim je moguće da je stvaranje nove materije ono što dovodi do širenja Univerzuma, a ne obrnuto. Opšte doba stacionarnog univerzuma je besmislen koncept. Da bi gustina u Univerzumu ostala konstantna, nove čestice se moraju stalno formirati. Zakon održanja materije i energije važi samo za konačne zapremine, a pošto je svaka 3 atoma vodonika stvorena u 1 m uravnotežena sa istim atomom koji napušta ovu zapreminu, zakon održanja nije narušen. Zakon o očuvanju može se provjeriti samo u ograničenom prostoru. Pristalica ovog mišljenja, švedski astrofizičar, dobitnik Nobelove nagrade za 1970. H. Alphen, smatra da je međuzvjezdani prostor ispunjen dugim "filamentima" i drugim strukturama koje se sastoje od plazme. Sile koje tjeraju plazmu da formira takve figure također je prisiljavaju da formira galaksije, zvijezde i zvjezdane sisteme. On smatra da se Univerzum širi pod uticajem energije koja se oslobađa prilikom anihilacije čestica i antičestica, ali se to širenje odvija nešto sporije. Posljedice Posljedice istraživanja: 1) kvazari imaju malu snagu zračenja, a ne nekoliko redova magnitude veću od snage zračenja čitavih galaksija, kako se uobičajeno vjeruje u modernoj kosmologiji; 2) u kvazarima se materija raspršuje brzinom do svjetlosti, a superluminalne vrijednosti se dobijaju kao rezultat precjenjivanja veličine Univerzuma. Razlog za starenje (crvenilo) kvanta vidi u gravitacionom pomaku frekvencije zračenja, koja nije proporcionalna udaljenosti do izvora svjetlosti, već kvadratu udaljenosti. U ovom slučaju, veličina vidljivog dijela Univerzuma nije 15 milijardi svjetlosnih godina, već 5. Izjave o "konačnom dokazu" vrućeg porijekla Univerzuma i brze prirode kosmološkog crvenog pomaka su kontroverzne. E. Hubble, koji je otkrio zakon kosmoloških crvenih pomaka 1929. godine, 1936. godine objavio je prve opservacijske dokaze o pogrešnosti ideja o recesiji galaksija. Konkretno, utvrđeno je da su empirijske zavisnosti dobijene statističkom obradom oko stotinu kataloga ekstragalaktičkih objekata u skladu sa originalnim teorijskim odnosima izvedenim na osnovu ideja o stabilnosti Univerzuma i „starenju“ fotona. Generalno, oni su u nepomirljivim kontradikcijama sa kosmološkim modelima teorije Velikog praska za bilo koju kombinaciju parametara ovih modela. "...Temeljno proučavanje mogućih izvora grešaka pokazuje da se čini da su zapažanja u skladu s idejama o prirodi crvenih pomaka bez brzine. ... U teoriji, relativistička ekspanzija Univerzuma još uvijek traje, iako zapažanja nisu omogućavaju nam da utvrdimo prirodu širenja.Dakle, istraživanje svemira je završeno na noti neizvesnosti,ali tako bi i trebalo biti.Mi smo po definiciji u samom centru posmatranog regiona.Poznajemo naše najbliže komšije , možda, sasvim dobro. Kako se udaljenost povećava, naše znanje se smanjuje, i brzo opada. Na kraju krajeva, naše mogućnosti su ograničene granicama naših teleskopa. A onda promatramo sjene i tražimo orijentire među greškama mjerenja koje teško da su stvarnije. 2 Proučavanje će se nastaviti. Dok se ne iscrpe mogućnosti empirijskog pristupa, ne treba uranjati u iluzorni svijet spekulativnih konstrukcija." (Hubble "The World of Nebulae", 1936.) Teorija polja elementarnih čestica Trenutno je teorija polja elementarnih čestica uspostavila mehanizam za gubitak dijela energije fotonima dok prolaze kroz Univerzum, alternativu Dopleru efekat i hipoteza Velikog praska. - Ovo su foton-neutrino interakcije zanemarene standardni model. Shodno tome, crveni pomak se ne može smatrati dokazom Velikog praska i crveni pomak se ne može koristiti za procjenu brzine kretanja udaljenih objekata. Stoga je ideja o stacionarnom svemiru dobila neočekivanu podršku i stoga se sada ne može odbaciti. Interakcije fotona i neutrina Prema teoriji polja elementarnih čestica, elektronski neutrino (kao i svaka druga elementarna čestica) ima konstantnu električnu i magnetsko polje i naizmjeničnog elektromagnetnog polja. Prema klasičnoj elektrodinamici, ova elektromagnetna polja će biti u interakciji sa drugim elektromagnetnim poljima, uključujući i elektromagnetno polje fotona. Dakle, prolazak fotona kroz elektronski neutrino (izbačen u gigantskim količinama od strane zvijezda) ili njegovo molekularno jedinjenje (νe2) neće proći nezapaženo od strane potonjeg - čak i ako je riječ o vrlo slaboj promjeni ili smanjenju energije fotona , ali to će se dogoditi. I što više foton na svom putu naiđe na elektronske neutrine ili njihove molekularne spojeve, to će više energije izgubiti i, shodno tome, crveni pomak će biti jači. Jedna je stvar kada foton leti paralelno s elektronskim neutrinom (koji se kreće brzinom svjetlosti) na istom kursu, kada ih oba emituje Sunce, a sasvim druga stvar kada se foton sudari sa neutrin elektrona u mirovanju, sa vezanim stanjem dva elektronska neutrina (νe2), ili sa elektronskim neutrina koje oslobađa druga zvijezda (koji se kreće u drugom smjeru). Energija koju foton izgubi u interakciji sa elektronskim neutrina zavisi od orijentacije spina elektronskog neutrina, putanje duž koje foton prolazi kroz elektronski neutrin, kao i od energije samog fotona. Ovo nije lako izračunati, ali se može izmjeriti pomoću svemirskih letjelica i lasera. 3 Treba napomenuti da ova interakcija ne odgovara standardnom modelu, jer potonji daje elementarnim česticama koje učestvuju u njoj različite vrste fundamentalnih interakcija:  Neutrino - hipotetička slaba interakcija,  Foton - elektromagnetna interakcija. Stoga se zaključak o recesiji galaksija donosi na jednostranoj interpretaciji crvenog pomaka u korist Doplerovog efekta. - Nasuprot tome, teorija polja elementarnih čestica je utvrdila prisustvo elektromagnetnih polja u svim elementarnim česticama, uključujući i tako neuhvatljivu elementarnu česticu kao što je elektronski neutrino. Posljedično, foton i elektronski neutrino, koji imaju zajedničke elektronske interakcije, prema klasičnoj elektrodinamici, trebali bi međusobno komunicirati, a hipoteza o "starenju svjetlosti" ima saveznika - teoriju polja elementarnih čestica. A ako odbacimo standardni model, za koji je već dokazano da je pogrešan, onda to automatski svodi “teoriju velikog praska” na nivo jednostavne hipoteze koja je u suprotnosti sa zakonima prirode. Crveni pomak Tokom vekova, različiti kosmološki modeli su smenjivali jedni druge, ali se smatralo apsolutno nepokolebljivim da je Univerzum beskonačan u vremenu i prostoru. Zvezdano nebo iznad glave bilo je simbol večnosti i nepromenljivosti. Ali 1929. godine, na osnovu posmatranja spektra galaksija, Edvin Habl je formulisao svoj zakon, iz kojeg sledi da se Univerzum širi. Zvuči ovako: brzina kojom se galaksije udaljavaju raste proporcionalno udaljenosti do njih: v = Hr gdje je v brzina kojom se galaksija udaljava od nas, r je udaljenost do nje, a H je Hubble konstanta. H= 70 km/(s Mpc). Hubbleov zakon uopće ne znači da je naša Galaksija centar iz kojeg dolazi do širenja. Posmatrač bilo gdje u Univerzumu vidjet će istu sliku: sve galaksije bježe jedna od druge. Zato kažu da se sam prostor širi. Širenje Univerzuma je najveći prirodni fenomen koji je poznat čovječanstvu. Što se galaksija brže udaljava od nas, to će se linije u njenom spektru više pomjerati prema crvenoj, prema Doplerovom efektu. 4 Efekat je nazvan po Kristijanu Andreasu Dopleru, koji je predložio prvi poznati fizičko objašnjenje fenomen 1842. Hipotezu je testirao i potvrdio za zvučne talase holandski naučnik Christoph Hendrik Diederik Buys' Ballot 1845. Dopler je tačno predvideo da bi se fenomen trebao primeniti na sve talase, a posebno je predložio da se promenljive boje zvezda mogu pripisuje njihovom kretanju u odnosu na Zemlju. Ovaj fenomen se naziva "crveni pomak" - smanjenje frekvencija zračenja uočeno za sve udaljene izvore (galaksije, kvazare), što ukazuje na dinamičku udaljenost ovih izvora jedan od drugog, a posebno od naše Galaksije, tj. o nestacionarnosti (širenje) Metagalaksije. Crveni pomak se također opaža u emisijama bilo koje druge frekvencije, na primjer u radio opsegu. Suprotan efekat, povezan sa višim frekvencijama, naziva se ljubičasti pomak. Najčešće se izraz "crveni pomak" koristi za označavanje dva fenomena - kosmološke i gravitacijske. Kosmološki crveni pomak je uočeno pomicanje spektralnih linija prema dužim valnim dužinama iz udaljenog kosmičkog izvora (kao što je galaksija ili kvazar) u svemiru koji se širi, u poređenju sa talasnom dužinom istih linija mjerenom iz stacionarnog izvora. Crveni pomak je također mjera vremena koje protekne od trenutka kada se svemir počne širiti do trenutka kada se svjetlost emituje u galaksiji. Dakle, prema savremenim astronomskim podacima, prve galaksije su nastale u trenutku koji odgovara crvenom pomaku 5, odnosno nakon otprilike 1/15 moderno doba Univerzum. To znači da je svjetlosti iz ovih galaksija trebalo otprilike 8,5 milijardi godina da stigne do nas. Sve do početka ovog stoljeća, naučnici su vjerovali da su glavni objekti u svemiru nepomični jedni u odnosu na druge. Zatim je 1913. američki astronom West Melvin Slipher počeo proučavati spektre svjetlosti koja dolazi iz desetak poznatih maglina i zaključio da se one udaljavaju od Zemlje brzinom koja dostiže milione milja na sat. Kako je Slifer došao do tako neverovatnog zaključka? Tradicionalno, astronomi su koristili spektrografsku analizu za određivanje hemijski elementi, prisutan u zvijezdama. Znalo se da je spektar svjetlosti povezan s određenim elementima, pokazujući karakteristične šare linija koje su služile kao neka vrsta poslovna kartica element. Slipher je primijetio da su u spektrima galaksija koje je proučavao linije određenih elemenata pomjerene prema crvenom kraju spektra. Ovaj neobičan fenomen nazvan je "crveni pomak". 5 Stoga se vjeruje da je crveni pomak za galaksije prvi otkrio W. Slipher, a 1929. E. Hubble je otkrio da je crveni pomak za udaljene galaksije veći nego za obližnje galaksije i raste otprilike proporcionalno udaljenosti ( Hubbleov zakon). Predložena su različita objašnjenja za uočene pomake u spektralnim linijama. Takva je, na primer, hipoteza o raspadanju svetlosnih kvanta tokom perioda od miliona i milijardi godina, tokom kojih svetlost udaljenih izvora stiže do zemaljskog posmatrača; Prema ovoj hipotezi, tokom raspada energija opada, što je povezano sa promjenom frekvencije zračenja. Međutim, ova hipoteza nije podržana zapažanjima. Konkretno, crveni pomak u različitim dijelovima spektra istog izvora, u okviru hipoteze, trebao bi biti različit. U međuvremenu, svi opservacijski podaci pokazuju da crveni pomak ne ovisi o frekvenciji. Relativna promjena frekvencije Z = (fo - f")/fo je apsolutno ista za sve frekvencije zračenja, ne samo u optičkom, već iu radio opsegu datog izvora (fo je frekvencija određene linije od izvorni spektar, f" je frekvencija iste linije koju snima prijemnik). U teoriji relativnosti, Doplerov crveni pomak se smatra rezultatom usporavanja protoka vremena u pokretnom referentnom okviru (efekat specijalne teorije relativnosti). Fotografisanje spektra slabih (udaljenih) izvora za merenje crvenog pomaka, čak i korišćenjem najvećih instrumenata i osetljivih fotografskih ploča, zahteva povoljne uslove posmatranja i duge ekspozicije. Za galaksije, pomaci Z = 0,2 su pouzdano izmjereni, što odgovara brzini V = 60.000 km/sec i udaljenosti od preko 1 milijarde komada. Na takvim brzinama i udaljenostima Hablov zakon je primenljiv u svom najjednostavnijem obliku (greška je oko 10%, tj. ista je greška u određivanju H). Kvazari su u prosjeku stotinu puta svjetliji od galaksija i stoga se mogu promatrati na deset puta većim udaljenostima (ako je prostor euklidski). Za kvazare se stvarno bilježi Z = 2 i više. Pri pomacima Z = 2, brzina V = 240000 km/sec. Vjeruje se da se pri takvim brzinama već dešavaju specifični kosmološki efekti – ne stacionarnost i zakrivljenost prostor-vremena; posebno, koncept jedne nedvosmislene udaljenosti postaje neprimjenjiv (jedna od udaljenosti, udaljenost crvenog pomaka, je očigledno R = V/H = 4,5 milijardi. ps). Stoga se vjeruje da crveni pomak ukazuje na širenje cijelog vidljivog dijela Univerzuma; ovaj fenomen se obično naziva širenjem (astronomskog) Univerzuma. Gravitacijski crveni pomak se smatra posljedicom usporavanja brzine vremena zbog gravitacionog polja (efekat opšte teorije relativnosti). Ovaj fenomen (koji se naziva i Einsteinov efekat, generalizovani Doplerov efekat) je predvidio A. Ajnštajn 1911. godine, a posmatra se od 1919. godine, prvo u zračenju Sunca, a potom i nekih drugih zvezda. Gravitacijski crveni pomak se obično karakteriše 6 konvencionalnom brzinom V, izračunatom formalno koristeći iste formule kao u slučajevima kosmološkog crvenog pomaka. Uvjetne vrijednosti brzine: za Sunce V = 0,6 km/sec, za gustu zvijezdu Sirius V = 20 km/sec. Godine 1959. prvi put je bilo moguće izmjeriti crveni pomak zbog Zemljinog gravitacionog polja, koje je vrlo malo: V = 7,5 × 10^-5 cm/sec (eksperiment Pound-Rebka). U nekim slučajevima (na primjer, tokom gravitacionog kolapsa) treba promatrati oba tipa crvenog pomaka (kao neto efekat). Prisustvo crvenog pomaka (z) u galaksijama omogućava nam da odredimo udaljenosti do njih sa velikom preciznošću koristeći formulu: R=zc/H. Neki kvazari imaju veliki crveni pomak. Takvi se objekti udaljavaju brzinom bliskom brzini svjetlosti. Crveni pomaci su izmjereni za stotine hiljada galaksija. Najudaljeniji od njih nalaze se na udaljenosti od 12 milijardi svjetlosnih godina. Zaključak o širenju Univerzuma slijedio je iz Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, ali je čak i sam Ajnštajn to u početku doživljavao sa skepticizmom, jer je to bila ideja progresivne evolucije i u njoj je postojao početak, ili kako danas kažu , trenutak rođenja, što je, naravno, u potpunosti protivrečilo postojećim konceptima Univerzuma beskonačnog u vremenu i prostoru. Međutim, ova ideja je potvrđena posmatranjem i sada je opšteprihvaćena u naučnom svetu. Georgy Gamow i njegove kolege su 1946. godine razvili fizičku hipotezu za početnu fazu širenja Univerzuma (teorija vrućeg Univerzuma), koja ispravno objašnjava prisustvo hemijskih elemenata u njemu, u određenim razmerama, njihovom sintezom u veoma visoke temperature. visoke temperature i pritisak. Stoga je, prema Gamowovoj teoriji, početak širenja Univerzuma nazvan "Veliki prasak". U svojoj osnovi, ova teorija pretpostavlja da je u početku sva materija u Univerzumu bila koncentrisana unutar beznačajno male zapremine beskonačno visoke temperature i pritiska. Zatim je, prema scenariju, eksplodirala monstruoznom snagom. Ova eksplozija je stvorila pregrijani jonizirani plin ili plazmu. Ova plazma se jednoliko širila sve dok se nije ohladila do tačke u kojoj je postala običan gas. Unutar ovog rashladnog oblaka gasa koji se širi, formirale su se galaksije, a generacije zvijezda su rođene unutar galaksija. Tada su se oko zvijezda formirale planete, poput naše Zemlje. Ali malo ljudi je svjesno činjenice da je čak i iz najmoćnijih teleskopa nemoguće vidjeti kretanje galaksija s nas. Slike koje vidimo su nepomične, a naučnici se ne pretvaraju da pokazuju njihovo vidljivo kretanje, čak i ako se posmatranja traju vekovima. 7 Dakle, da bismo saznali da li se Univerzum širi ili ne, potrebno je razmotriti svjetlost i druge vrste zračenja koje dopiru do nas, prelazeći područja međuzvjezdanog prostora. Slike nastale iz ovih emisija ne pokazuju direktno širenje Univerzuma, ali suptilne karakteristike zračenja uvjerile su naučnike da se to širenje dešava. Naučnici prave prvu pretpostavku da se zemaljski zakoni fizike primjenjuju bez promjena svuda u Univerzumu. Zatim pokušavaju da shvate kako procesi koji poštuju ove zakone proizvode svetlost koju posmatraju. Da bismo razumeli kako naučnici koriste ovaj način da analiziraju svetlost da bi zaključili da se Univerzum širi, pogledajmo istoriju astronomije i astrofizike. Astronomi su, posmatrajući nebo, odavno primetili da pored pojedinačnih zvezda i planeta na nebu ima mnogo slabo svetlećih tela. Zvali su ih "magline". To je latinska riječ koja znači "oblak" ili "maglica". A kasnije, s razvojem njihovog koncepta, ovi objekti su nazvani galaksijama. Veća po veličini od punog mjeseca i toliko tamna da je jedva vidljiva golim okom, pojavljuje se susjedna galaksija Andromeda. Početkom ovog stoljeća, astronomi su okrenuli nove moćne teleskope na ovu i druge galaksije i otkrili da su to ogromna ostrva od milijardi zvijezda. Na velikim udaljenostima otkrivena su čitava jata galaksija. Prije otkrića zvijezda u Andromedi, smatralo se da se sva nebeska tijela nalaze unutar granica naše galaksije. Ali razvojem koncepta i otkrićem drugih, udaljenijih galaksija, sve se promijenilo. Veličina svemira se proširila izvan granica razumijevanja. Otkrivši fenomen “crvenog pomaka”, V. Slifer ga je počeo objašnjavati Doplerovim efektom, iz čega možemo zaključiti da se galaksije udaljuju od nas. Ovo je bio prvi veliki korak ka ideji da se cijeli Univerzum širi. Doplerov efekat se često objašnjava na primeru zviždaljke voza, koja menja visinu tona kako voz prolazi pored nas. Ovaj fenomen je prvi naučno proučavao 1842. godine austrijski fizičar Christian Johann Doppler. Pretpostavio je da intervali između zvučnih talasa emitovanih iz objekta koji se kreće prema posmatraču, komprimovani, podižu visinu zvuka. Isto tako, produžavaju se intervali između zvučnih talasa koji dopiru do posmatrača iz izvora koji se od njega udaljava, a time se smanjuje visina zvuka. Objavljeno je da je Dopler testirao ovu ideju postavljanjem trubača na željezničku platformu koju je pokretala lokomotiva. Muzičari su, savršenog tona, pažljivo slušali kako trubači prolaze pored njih i potvrdili Doplerovu analizu. 8 Dopler je predvideo sličan efekat za svetlosne talase. Za svjetlost, povećanje valne dužine odgovara pomaku prema crvenom kraju spektra. Zbog toga spektralne linije objekat koji se udaljava od posmatrača treba da se pomeri prema crvenom kraju spektra. Slifer je odabrao Doplerov efekat da tumači svoja zapažanja galaksija. Primijetio je crveni pomak i odlučio da se galaksije sigurno udaljavaju od nas. Još jedan korak koji je doveo do vjerovanja da se svemir širi dogodio se 1917. godine, kada je Ajnštajn objavio svoju teoriju relativnosti. Prije Ajnštajna, naučnici su uvijek pretpostavljali da se prostor proteže beskonačno u svim smjerovima i da je geometrija prostora euklidska i trodimenzionalna. Ali Einstein je sugerirao da bi prostor mogao imati drugačiju geometriju - četverodimenzionalni zakrivljeni zatvoreni prostor-vrijeme. Prema Ajnštajnovoj teoriji, postoji mnogo oblika koje prostor može poprimiti. Jedan od njih je zatvoreni prostor bez granica, sličan površini sfere; drugi je negativno zakrivljeni prostor koji se proteže beskonačno u svim smjerovima. I sam Ajnštajn je mislio da je svemir statičan i prilagodio je svoju jednačinu da to prilagodi. Ali, gotovo u isto vrijeme, danski astronom William de Sitter pronašao je rješenje Ajnštajnove jednačine, koja je predviđala brzo širenje Univerzuma. Ova geometrija prostora se mora mijenjati tokom vremena. De Sitterov rad izazvao je interesovanje među astronomima širom svijeta. Među njima je i Edvin Habl. Bio je prisutan na konferenciji Američkog astronomskog društva 1914. godine kada je Slifer izvijestio o svojim temeljnim otkrićima o kretanju galaksija. Godine 1928., u poznatoj opservatoriji Mount Wilson, Hubble je krenuo u rad u pokušaju da spoji de Sitterovu teoriju o širenju svemira sa Cypherovim zapažanjima galaksija koje se povlače. Hubble je razmišljao otprilike ovako: U svemiru koji se širi, trebali biste očekivati ​​da se galaksije udaljavaju jedna od druge. I, udaljenije galaksije će se brže udaljavati jedna od druge. To bi značilo da sa bilo koje tačke, uključujući i Zemlju, posmatrač treba da vidi sve druge galaksije kako se udaljavaju od njega, a u proseku bi se udaljenije galaksije trebale kretati brže. Hubble je mislio da ako je ovo istina i da se zaista promatra, izgleda da postoji proporcionalna veza između udaljenosti do galaksije i stepena crvenog pomaka u njenom spektru. On je primijetio da su spektri većine galaksija crveni pomak, a galaksije na većim udaljenostima od nas imaju veći crveni pomak. Hubble nije znao koliko je neka galaksija udaljena od nas, pa je predložio korištenje ove ideje: „Možemo početi procjenjivati ​​udaljenosti do najbližih zvijezda koristeći različite metode. Zatim, korak po korak, 9 možemo konstruirati „ljestve kosmičke udaljenosti“ koje će nam dati procjenu udaljenosti do nekih galaksija. Ako možemo procijeniti intrinzičnu svjetlinu galaksija, tada možemo pronaći omjer udaljenosti do nepoznate galaksije i udaljenosti do poznate galaksije mjerenjem prividnog sjaja galaksije. Ova zavisnost se pridržava zakona inverznog korijena. Ovdje nećemo ulaziti u detalje složene procedure koja se koristi za opravdanje ljestvice udaljenosti. Napomenimo samo da ovaj postupak uključuje mnoga teorijska tumačenja, u kojima ima mnogo sumnjivih mjesta, a koja su podvrgnuta reviziji, često na neočekivanim mjestima. Ovo će se pojaviti kako priča bude napredovala." Hubble je, koristeći svoju metodu aproksimacije udaljenosti, potkrijepio proporcionalni odnos, sada poznat kao Hubbleov zakon, između veličine crvenog pomaka i udaljenosti do galaksije. Vjerovao je da je jasno pokazao da najudaljenije galaksije imaju najveće crvene pomake i da se stoga najbrže udaljuju od nas. On je to prihvatio kao dovoljan dokaz da se Univerzum širi. Vremenom se ova ideja toliko učvrstila da su astronomi počeli da je primenjuju obrnuto: ako je udaljenost proporcionalna crvenom pomaku, onda se udaljenost do galaksija može jednostavno izračunati iz izmerenog crvenog pomaka. Ali kao što smo primijetili, Hubble udaljenosti nisu određene direktnim mjerenjem udaljenosti do galaksija. Naprotiv, oni se dobijaju indirektno, iz merenja prividnog sjaja galaksija. Dakle, model svemira koji se širi ima dvije potencijalne mane: prvo, sjaj nebeskih objekata može ovisiti o drugim faktorima osim udaljenosti, pa stoga udaljenosti izračunate iz prividnih svjetlina galaksija mogu biti nevažeće; drugo, moguće je da crveni pomak nije povezan sa brzinom. U stvari, brojni astronomi tvrde da neki crveni pomaci nisu uzrokovani Doplerovim efektom. I dalje se postavlja pitanje ispravnosti koncepta Univerzuma koji se širi. Astronom koji je doveo u pitanje tumačenje da su svi crveni pomaci uzrokovani Doplerovim efektom je Halton Arp. U Palomaru je uočio mnoge primjere nekonzistentnih crvenih pomaka koji nisu bili pokorni Hubbleovom zakonu. Analizirajući ih, sugerirao je da bi crveni pomaci u opštem slučaju mogli biti uzrokovani mehanizmima koji nisu Doplerovi efekti. Ovo postavlja pitanje zašto naučnici tumače crvene pomake isključivo kao Doplerov efekat. Možda je tačno da 10 Doplerov efekat uzrokuje crveni pomak, ali kako možemo sa sigurnošću znati da je crveni pomak uzrokovan Doplerovim efektom? Jedan od glavnih razloga za ovaj zaključak je da, prema modernoj fizici, crveni pomak može biti uzrokovan samo snažnim gravitacijskim poljem, isključujući Doplerov efekat. Ako se svjetlost kreće prema gravitacionom polju, gubi dio svoje energije i doživljava crveni pomak. Međutim, astronomi ne smatraju ovo objašnjenje prihvatljivim za zvijezde i galaksije jer gravitacijsko polje mora biti nevjerovatno jako da bi izazvalo uočeni crveni pomak. Arp izvještava da je pronašao objekt visokog crvenog pomaka u neposrednoj blizini drugog objekta niskog crvenog pomaka. Prema standardnoj teoriji svemira koji se širi, objekt s malim crvenim pomakom trebao bi nam biti relativno bliži, a objekt s velikim crvenim pomakom dalje. Dakle, dva objekta koja su blizu jedan drugom treba da imaju približno iste crvene pomake. Međutim, Arp daje sljedeći primjer: Spiralna galaksija NGC 7603 povezana je sa susjednom galaksijom svjetlosnim mostom, a ipak susjedna galaksija ima crveni pomak za 8000 kilometara u sekundi veći od spiralne galaksije. Sudeći po razlici u njihovim crvenim pomacima, galaksije bi trebale biti na značajnim udaljenostima jedna od druge, svakako bi susjedna galaksija trebala biti udaljena 478 miliona svjetlosnih godina - to je već čudno, budući da su dvije galaksije dovoljno blizu za fizički kontakt. Upoređujući ih, naša galaksija zaostaje za svojim najbližim susjedom, galaksijom Andromeda, za samo 2 miliona svjetlosnih godina. Postoje, naravno, zagovornici standardnog gledišta koji se snažno ne slažu sa Arpovom interpretacijom. Oni vjeruju da se objekti zapravo nalaze daleko jedan od drugog, a njihova prividna blizina je samo prividna. Takozvani svjetleći most postoji, ali udaljenija galaksija se samo našla iza mosta duž naše vidne linije. Međutim, Arp primjećuje značajnu površnost u obrazloženju protivnika njegove ideje: „Galaksija koju oni prikazuju je u svakom slučaju neobična. Sjajni most do zvijezde je jednostavno jedan od njenih normalnih spiralnih krakova." Međutim, u Arpovom primjeru, most je neobična struktura, a ne norma u takvim galaksijama. Vjerovatnoća da će dvije galaksije ovog tipa biti smještene u takvoj konfiguraciji je mnogo manja od vjerovatnoće da će se zvijezda Mliječnog puta poravnati sa običnom galaksijom. Arp je pronašao mnoge druge primjere koji su u suprotnosti s tradicionalnim razumijevanjem crvenog pomaka. Evo jednog od najkontroverznijih otkrića. Kvazar Makarian 205, blizu spiralne galaksije NGC 4319, vizuelno je povezan sa galaksijom preko svetlećeg mosta. Galaksija ima crveni pomak od 11.800 kilometara u sekundi, što odgovara udaljenosti od oko 107 miliona svjetlosnih godina. Kvazar ima crveni pomak od 21.000 kilometara u sekundi, što bi značilo da je udaljen 1,24 milijarde svjetlosnih godina. Ali Arp je sugerirao da su ovi objekti definitivno povezani i to pokazuje da je standardna interpretacija crvenog pomaka u ovom slučaju pogrešna. (Usput, može se primijetiti činjenica da astronomi izražavaju crveni pomak u kilometrima u sekundi. To pokazuje njihovu privrženost ideji da se crveni pomak objašnjava Doplerovim efektom.) Kritičari su rekli da nisu pronašli spojni most prikazan na Arpova slika na fotografiji galaksije NGC 4319. Drugi su izvestili da je most "lažni fotografski efekat". Ali kasnije je Jack M. Sulentic sa Univerziteta u Alabami napravio opsežna fotometrijska istraživanja dva objekta i zaključio da je most veze stvaran. Još jedan primjer kontroverznog crvenog pomaka koji je primijetio Arp je otkriće vrlo neobičnog lanca galaksija nazvanog Voroncov-Velyamov 172, po ruskom otkriću. U ovom lancu galaksija, manji, kompaktniji član ima crveni pomak dvostruko veći od ostalih. Pored nekoliko galaksija s nedosljednim crvenim pomacima, Arp je primijetio nešto još čudnije - ispostavilo se da kvazari i galaksije mogu eruptirati druge kvazare i galaksije. Evo nekoliko primjera: Eksplodirajuća galaksija NGC 520 ima naizgled mali crveni pomak. Četiri slaba kvazara smještena duž duž , krećući se jugoistočno od galaksije. Arp je dokazao da su ovi slabi kvazari jedini u ovoj regiji. Može li biti obična koincidencija da su se postrojili gotovo u liniji od galaksije? Arp je tvrdio da je takva šansa izuzetno mala i sugerirao je da su kvazari eruptirali iz eksplodirajuće galaksije. Zanimljivo je da kvazari imaju crveni pomak mnogo veći od galaksije koja je izgleda njihov roditelj. Zanimljivo, prema standardnoj teoriji crvenog pomaka, kvazari bi trebali biti mnogo dalje od galaksije. Arp tumači ovaj i druge slične primjere da sugerira da se novoeruptirani kvazari rađaju pri visokim crvenim pomacima i da se njihov crveni pomak postepeno smanjuje s vremenom. Neki naučnici postavljaju pitanje da li je realno da galaksija eruptira druge masivne objekte, kao što su galaksije ili kvazari. Kao odgovor, Arp pokazuje na upečatljivu fotografiju džinovske galaksije M87 koja izbacuje mlaz materije. Kada pogledamo eliptične galaksije u regionu oko galaksije M87 (takođe eliptičnog tipa), vidimo da sve padaju u pravcu eruptivnog toka materije. Astronomi sugerišu, kao i Arp, da su ove galaksije eruptirane iz M87. 12 Kako jedna galaksija može emitovati drugu galaksiju? Ako je galaksija "ostrvski univerzum" koji se sastoji od ogromnog agregata zvijezda i plina, kako može emitovati drugu galaksiju koja je isti agregat zvijezda i plina? Vjerovatno bi radio astronomija mogla dati trag. Nedavno su radio astronomi tvrdili da bi ogromna područja radio-emisije mogla biti eruptirana iz galaksija. Ove oblasti emisije postoje u parovima sa svake strane nekih galaksija. Da bi to objasnili, astronomi postuliraju postojanje gigantskih rotirajućih crnih rupa u centru galaksije, koje proždiru obližnje zvijezde i izbacuju materiju u oba smjera duž ose rotacije. Međutim, ako je Arpova analiza tačna, ona ne objašnjava samo područja emisije koja se mogu sastojati od tankog plina, već i činjenicu da unutrašnjost galaksije ili galaksije prethodnika mogu biti izbačene. Vraćajući se crvenim pomacima takvih izbačenih galaksija i kvazara, Arp je otkrio sljedeće: eruptirani objekti imaju mnogo veći crveni pomak od svojih roditelja, iako su mu u neposrednoj blizini. Arp to objašnjava samo činjenicom da njihovi crveni pomaci nisu uzrokovani Doplerovim efektom. Dakle, ono što astronomi mjere nije brzina kojom se objekt udaljava. Najvjerovatnije je crveni pomak povezan sa stvarnim fizičkim stanjem objekta. Međutim, pravi zakoni fizike ne daju odgovor na pitanje kakvo bi to stanje moglo biti. Oni i dalje misle da se galaksija sastoji od pojedinačnih zvijezda plus oblaka plina i prašine. Koje kvalitete može imati da rezultira crvenim pomakom koji nije uzrokovan Doplerovim efektom ili gravitacijom? Ovo se ne može objasniti poznatim fizičkim zakonima. Naravno, Arpovi nalazi su vrlo kontroverzni, a mnogi astronomi sumnjaju da takva veza između galaksija i kvazara zaista može biti stvarna. Ali ovo je samo jedan od dokaza koji sugeriraju da se standardna interpretacija crvenih pomaka galaksija može promijeniti. Zaključak Hipoteza velikog praska i dalje ostaje nedokazana pretpostavka (ili jednostavno rečeno, to je bajka), a ideja o stacionarnom svemiru treba dalje istraživanje. Koja će se teorija pojaviti sljedeće - vrijeme će pokazati. Univerzum nije tako prazan kao što se čini. U njemu se odvijaju procesi transformacije i prijenosa energije (uključujući i iste neutrine - nevidljive nosioce energije) i fizika 13 sve to mora razumjeti, opisati i objasniti, a ne izmišljati sve vrste uvjerljivih matematičkih bajki. Sada fizika ne može nedvosmisleno reći koja je stvarna starost Univerzuma i može li se to nekako izmjeriti. Ali sada je potpuno jasno da je prije 13,7 milijardi godina postojao svemir, postojale su galaksije sa zvijezdama u njemu, zvijezde su imale planete, neke od planeta su imale život, neke su imale inteligentan život, a onda su se misleća bića također pitala šta je stvarno starost je bila. 14

Modeli stacionarnog univerzuma. Jedinstvenost Univerzuma to ne dozvoljava eksperimentalna verifikacija postavljaju hipoteze i podižu ih na nivo teorija, pa se evolucija Univerzuma može posmatrati samo u okviru modela.

Nakon stvaranja klasična mehanika naučna slika svijet se zasnivao na njutnovskim idejama o prostoru, vremenu i gravitaciji i opisivao konstantu u vremenu, tj. stacionarni, beskonačni Univerzum koji je stvorio Kreator.

U 20. veku pojavile su se nove teorijske osnove za stvaranje novih kosmoloških modela.

Prije svega, moramo spomenuti kosmološki postulat, prema kojem oni uspostavljeni u ograničenom dijelu Univerzuma fizički zakoni važe za ceo Univerzum. Osim toga, homogenost i izotropija velike distribucije materije u Univerzumu smatra se aksiomom. U ovom slučaju, evolucijski model mora odgovarati takozvanom antropskom principu, tj. predvidjeti mogućnost da se posmatrač (razumna osoba) pojavi u određenoj fazi evolucije.

Budući da je gravitacija ta koja određuje interakciju masa na velikim udaljenostima, teorijsko jezgro kosmologije dvadesetog vijeka. postala relativistička teorija gravitacije i prostor-vremena – opšta teorija relativnosti. Prema ovoj teoriji, distribucija i kretanje materije je determinisano geometrijska svojstva prostor-vrijeme i istovremeno sami zavise od njih. Gravitaciono polje se manifestuje kao "zakrivljenost" prostor-vremena. U prvom Ajnštajnovom kosmološkom modelu, stvorenom na osnovu opšte teorije relativnosti 1916. godine, Univerzum je takođe stacionaran. Neograničen je, ali zatvoren i ima konačne dimenzije. Prostor se zatvara sam od sebe.

Friedmanovi modeli nestacionarnog univerzuma. Ajnštajnov model stacionarnog univerzuma opovrgnut je u radovima ruskog naučnika A.A. Friedman (1888 - 1925), koji je 1922. pokazao da zakrivljeni prostor ne može biti stacionaran: mora se ili širiti ili skupljati. Moguća su tri različita modela promene poluprečnika zakrivljenosti Univerzuma, u zavisnosti od prosečne gustine materije u njemu, i to u dva od njih se Univerzum širi beskonačno, a u trećem se radijus zakrivljenosti periodično menja (Univerzum pulsira).

Iako je E. Hubbleovo otkriće zakona o zavisnosti brzine uklanjanja galaksija od udaljenosti do njih potvrdilo širenje Univerzuma, trenutno je poređenje eksperimentalno procijenjene gustine materije sa kritičnom vrijednošću ovog parametra, koji određuje prijelaz iz ekspanzije u pulsiranje, ne omogućava nedvosmislen odabir scenarija za dalju evoluciju. Ispostavilo se da su ove dvije vrijednosti bliske, ali eksperimentalni podaci nisu bili dovoljno pouzdani.

Proširenje Univerzuma je trenutno dobro utemeljena i općeprihvaćena činjenica koja nam omogućava da procijenimo starost Univerzuma. Prema najčešćim procjenama, to je 10 18 s (18 milijardi godina). Stoga moderni modeli pretpostavljaju "početak" Univerzuma. Kako je počela njegova evolucija?

Model vrućeg svemira. U srži moderne ideje o početnim fazama evolucije Univerzuma leži model „vrućeg svemira“, ili „Velikog praska“, čiji su temelji postavljeni 40-ih godina XX veka. Ruski naučnik koji radi u SAD, G.A. Gamov (1904 – 1968). U najjednostavnijoj verziji ovog modela, čini se da je Univerzum nastao spontano kao rezultat eksplozije iz supergustog i supervrućeg stanja sa beskonačnom zakrivljenošću prostora (stanje singularnosti). “Vrućinu” početnog singularnog stanja karakterizira prevlast elektromagnetnog zračenja u njemu nad materijom. Ovo potvrđuje eksperimentalno otkriće izotropnog elektromagnetnog “reliktnog zračenja” iz 1965. od strane američkih astrofizičara Penziasa (rođen 1933.) i Vilsona (rođen 1936.). Moderne fizičke teorije omogućavaju da se opiše evolucija materije počevši od trenutka t= 10 -43 s. Sami početni trenuci evolucije Univerzuma su još uvijek iza fizičke barijere. Samo počevši od trenutka t= 10 -10 s nakon Velikog praska, naše ideje o stanju materije u ranom svemiru i procesima koji se u njemu odvijaju mogu se eksperimentalno testirati i teorijski opisati.

Kako se svemir širi, gustoća materije u njemu opada i temperatura opada. U ovom slučaju dolazi do procesa kvalitativnih transformacija čestica materije. Na 10 -10 s, materija se sastoji od slobodnih kvarkova, leptona i fotona (vidi odjeljak III). Kako se svemir hladi, formiraju se hadroni, zatim se pojavljuju jezgra lakih elemenata - izotopi vodonika, helijuma, litijuma. Sinteza jezgri helijuma trenutno prestaje t= 3 min. Tek nakon stotina hiljada godina jezgra se kombinuju sa elektronima i nastaju atomi vodonika i helijuma i od tog trenutka supstanca prestaje da deluje elektromagnetno zračenje. „Reliktno“ zračenje je nastalo upravo u tom periodu. Kada je veličina Univerzuma bila oko 100 puta manja nego u sadašnjoj eri, nakupine plina su nastale zbog nehomogenosti plina vodonika i helijuma, koje su se fragmentirale i dovele do pojave zvijezda i galaksija.

Pitanje ekskluzivnosti Univerzuma kao objekta kosmologije ostaje otvoreno. Uz široko rasprostranjeno gledište da je cijeli Univerzum naša Metagalaksija, postoji suprotno mišljenje da se Univerzum može sastojati od mnogih metagalaksija, a ideja ​​jedinstvenosti Univerzuma je istorijski relativna, određena nivoom nauke i prakse.

Uvod. Struktura svemira u antici

3Heliocentrični model univerzuma. Kosmološki modeli Univerzum

1Kosmologija

2Stacionarni model svemira

3Nestacionarni model univerzuma

4Savremena proučavanja kosmoloških modela Univerzuma. nobelova nagrada za otkriće ubrzanog širenja Univerzuma

5Tamna materija

6Tamna energija

Zaključak

Književnost

Uvod

Univerzum u cjelini predmet je posebne astronomske nauke - kosmologije, koja ima drevnu istoriju. Njegovo porijeklo seže u antiku. Kozmologija je dugo bila pod značajnim uticajem religioznog pogleda na svet, budući da nije bila toliko predmet znanja koliko vere.

Od 19. vijeka. Kosmološki problemi nisu stvar vjere, već predmet naučnog saznanja. Oni se rješavaju uz pomoć naučnih koncepata, ideja, teorija, kao i instrumenata i instrumenata koji nam omogućavaju da shvatimo kakva je struktura svemira i kako je nastao. U 20. veku Ostvaren je značajan napredak u naučnom razumijevanju prirode i evolucije Univerzuma u cjelini. Naravno, razumijevanje ovih problema još je daleko od potpunog i, nesumnjivo, budućnost će dovesti do novih velikih revolucija u trenutno prihvaćenim pogledima na sliku svemira. Međutim, važno je napomenuti da se ovdje radi o nauci, sa racionalno znanje, a ne vjerovanjima i vjerskim uvjerenjima.

Relevantnost ovog rada je posljedica, s jedne strane, velikog interesovanja za strukturu Univerzuma u moderna nauka, s druge strane, njen nedovoljan razvoj, kao i pažnja prema Univerzumu u savremeni svet.

Predmet proučavanja: Univerzum.

Predmet istraživanja: modeli strukture Univerzuma.

Svrha rada: razmotriti savremene kosmološke modele Univerzuma.

Za postizanje ovog cilja potrebno je riješiti sljedeće zadatke:

)Analizirajte literaturu o predmetu opšta fizika i astronomije, u vezi sa izborom predmeta studija.

)Pratite istoriju kosmoloških istraživanja.

)Razmotrite moderne kosmološke modele.

)Odaberite ilustrativni materijal.

Nastavni rad se sastoji od uvoda, tri poglavlja, zaključka i bibliografije. Poglavlje 1 posvećeno je istoriji strukture Univerzuma, Poglavlje 2 ispituje kosmološke modele Univerzuma, Poglavlje 3 otvara savremena proučavanja kosmoloških modela i u zaključku sumira obavljeni rad.

Poglavlje 1. Struktura svemira u antici

.1 Pirocentrični model univerzuma

Put do razumijevanja položaja naše planete i čovječanstva koji na njoj živi u Univerzumu bio je vrlo težak, a ponekad i vrlo dramatičan. U davna vremena, bilo je prirodno vjerovati da je Zemlja nepomična, ravna i u središtu svijeta. Činilo se da je cijeli svijet stvoren radi čovjeka. Takve ideje nazivaju se antropocentrizmom (od grčkog anthropos - čovjek). Mnoge ideje i misli koje su se kasnije odrazile u modernim naučnim idejama o prirodi, posebno u astronomiji, nastale su u staroj Grčkoj, nekoliko vekova pre naše ere. Teško je nabrojati imena svih mislilaca i njihova briljantna nagađanja. Izvanredni matematičar Pitagora (6. vek pre nove ere) bio je uveren da „broj vlada svetom“. Vjeruje se da je Pitagora prvi iznio ideju da Zemlja, kao i sva druga nebeska tijela, ima sferni oblik i da se nalazi u svemiru bez ikakvog oslonca. Pitagorejci su predložili pirocentrični model svemira, u kojem se zvijezde, Sunce, Mjesec i šest planeta okreću oko Centralne vatre (Hestije). Da bi se postigao sveti broj sfera - deset - šesta planeta je proglašena za Kontra-Zemlju (Antichthon). I Sunce i Mjesec, prema ovoj teoriji, sijali su reflektiranom svjetlošću Hestije. Ovo je bio prvi matematički sistem svijeta - ostali drevni kosmogonisti su radili više s maštom nego logikom. Udaljenosti između sfera svjetiljki kod Pitagorejaca odgovarale su muzičkim intervalima u ljestvici; kada se rotiraju, zvuči „muzika sfera“, nama nečujna. Pitagorejci su vjerovali da je Zemlja sferna i da se rotira, zbog čega dolazi do promjene dana i noći. Pitagorejci su prvi nastali koncept etra. Ovo je najviši, čisti i prozirni sloj zraka, mjesto boravka bogova.

1.2 Geocentrični model univerzuma

Drugi jednako poznati antički naučnik, Demokrit - osnivač koncepta atoma, koji je živio 400 godina prije nove ere - vjerovao je da je Sunce mnogo puta više od Zemlje da sam Mesec ne sija, već samo reflektuje sunčevu svetlost, a Mlečni put se sastoji od ogromnog broja zvezda. Sumirajte sva saznanja koja su akumulirana do 4. vijeka. BC e., smog, izvanredan filozof antički svijet Aristotel (384-322 pne).

Rice. 1. Geocentrični sistem svijeta Aristotela-Ptolomeja.

Njegove aktivnosti pokrivale su sve prirodne nauke - informacije o nebu i Zemlji, o obrascima kretanja tela, o životinjama i biljkama, itd. Aristotelova glavna zasluga kao naučnika enciklopediste bila je stvaranje unificirani sistem naučna saznanja. Gotovo dvije hiljade godina njegovo mišljenje o mnogim pitanjima nije dovodilo u pitanje. Prema Aristotelu, sve teško teži centru Univerzuma, gdje se akumulira i formira sfernu masu - Zemlju. Planete su postavljene na posebne sfere koje se okreću oko Zemlje. Takav sistem svijeta nazvan je geocentrični (od grčkog naziva za Zemlju - Gaia). Aristotel nije slučajno predložio da se Zemlja smatra nepokretnim centrom svijeta. Kada bi se Zemlja pomerila, tada bi, prema poštenom mišljenju Aristotela, bila primetna redovna promena relativnu poziciju zvijezde na nebeskoj sferi. Ali niko od astronoma nije primetio ništa slično ovome. Samo unutra početkom XIX V. Konačno je otkriveno i izmjereno pomicanje zvijezda (paralaksa) koje je rezultat kretanja Zemlje oko Sunca. Mnoge Aristotelove generalizacije bile su zasnovane na zaključcima koji se tada nisu mogli potvrditi iskustvom. Stoga je tvrdio da se kretanje tijela ne može dogoditi ako na njega ne djeluje sila. Kao što znate iz vašeg kursa fizike, ove ideje su opovrgnute tek u 17. veku. u doba Galileja i Njutna.

1.3 Heliocentrični model univerzuma

Među drevni naučnici Aristarh sa Samosa, koji je živeo u 3. veku, ističe se po smelosti svojih nagađanja. BC e. On je prvi odredio udaljenost do Mjeseca i izračunao veličinu Sunca, koje se, prema njegovim podacima, pokazalo da je po zapremini više od 300 puta veće od Zemlje. Vjerovatno su ovi podaci postali jedna od osnova za zaključak da se Zemlja, zajedno sa drugim planetama, kreće oko ovog najvećeg tijela. Danas su Aristarha sa Samosa zvali „Kopernik antičkog sveta“. Ovaj naučnik je uveo nešto novo u proučavanje zvezda. Vjerovao je da su oni nemjerljivo dalje od Zemlje od Sunca. Za to doba, ovo otkriće je bilo veoma važno: iz udobnog malog doma, Univerzum se pretvarao u ogroman džinovski svijet. U ovom svijetu, Zemlja sa svojim planinama i ravnicama, sa šumama i poljima, s morima i okeanima postala je sićušna zrnca prašine, izgubljena u grandioznom praznom prostoru. Nažalost, radovi ovog izuzetnog naučnika praktički nisu stigli do nas, a više od hiljadu i po godina čovječanstvo je bilo sigurno da je Zemlja nepokretni centar svijeta. To je u velikoj mjeri olakšano matematičkim opisom vidljivo kretanje luminaries, koji je za geocentrični sistem svijeta razvio jedan od izuzetni matematičari antika - Klaudije Ptolomej u 2. veku. AD Najteži zadatak bio je objasniti kretanje planeta u obliku petlje.

Ptolomej je u svom poznatom djelu "Matematički traktat o astronomiji" (poznatiji kao "Almagest") tvrdio da se svaka planeta ravnomjerno kreće duž epicikla - malog kruga, čiji se centar kreće oko Zemlje duž deferenta - velikog kruga. Tako je mogao objasniti posebnu prirodu kretanja planeta, koja ih je razlikovala od Sunca i Mjeseca. Ptolomejev sistem je dao čisto kinematski opis kretanja planeta - nauka tog vremena nije mogla ponuditi ništa drugo. Već ste vidjeli da korištenje modela nebeske sfere za opisivanje kretanja Sunca, Mjeseca i zvijezda omogućava vam da izvršite mnoge proračune korisne u praktične svrhe, iako u stvarnosti takva sfera ne postoji. Isto važi i za epicikle i deferente, na osnovu kojih se sa određenim stepenom tačnosti mogu izračunati položaji planeta.

Rice. 2. Kretanje Zemlje i Marsa.

Međutim, s vremenom su se zahtjevi za preciznošću ovih proračuna stalno povećavali, pa je za svaku planetu trebalo dodavati sve više novih epicikla. Sve je to zakomplikovalo Ptolomejev sistem, čineći ga nepotrebno glomaznim i nezgodnim za praktične proračune. Ipak geocentrični sistem ostao nepokolebljiv oko 1000 godina. Uostalom, nakon procvata antičke kulture u Evropi, započeo je dug period tokom kojeg nije napravljeno nijedno značajno otkriće u astronomiji i mnogim drugim naukama. Tek u doba renesanse počinje uspon u razvoju znanosti, u kojem je astronomija postala jedna od vodećih. Godine 1543. objavljena je knjiga istaknutog poljskog naučnika Nikole Kopernika (1473-1543) u kojoj je obrazložio novo - heliocentrični - sistem svijeta. Kopernik je pokazao da se dnevno kretanje svih zvijezda može objasniti rotacijom Zemlje oko svoje ose, a petljasto kretanje planeta činjenicom da se sve one, uključujući i Zemlju, okreću oko Sunca.

Na slici je prikazano kretanje Zemlje i Marsa u periodu kada, kako nam se čini, planeta opisuje petlju na nebu. Obilježeno stvaranje heliocentričnog sistema nova faza u razvoju ne samo astronomije, već i svih prirodnih nauka. Posebno važnu ulogu odigrala je Kopernikova ideja da iza vidljive slike pojava, koja nam se čini istinita, moramo tražiti i pronaći suštinu ovih pojava, nedostupnu direktnom posmatranju. Heliocentrični sistem svijet, potkrijepljen, ali ne i dokazan Kopernikom, potvrđen je i razvijen u radovima izvanrednih naučnika kao što su Galileo Galilei i Johannes Kepler.

Galileo (1564-1642), jedan od prvih koji je uperio teleskop u nebo, protumačio je otkrića kao dokaz u korist Kopernikanske teorije. Otkrivši promjenu faza Venere, došao je do zaključka da se takav slijed može uočiti samo ako se okreće oko Sunca.

Rice. 3. Heliocentrični sistem svijeta.

Četiri satelita planete Jupiter koje je otkrio također su opovrgla ideju da je Zemlja jedini centar na svijetu oko kojeg druga tijela mogu rotirati. Galileo nije samo vidio planine na Mjesecu, već je čak i izmjerio njihovu visinu. Zajedno sa nekoliko drugih naučnika, on je takođe posmatrao sunčeve pjege i uočio njihovo kretanje preko solarnog diska. Na osnovu toga je zaključio da se Sunce rotira i da, prema tome, ima onu vrstu kretanja koju je Kopernik pripisao našoj planeti. Dakle, došlo se do zaključka da Sunce i Mjesec imaju određenu sličnost sa Zemljom. Konačno, posmatranje mliječni put a izvan njega ima mnogo slabih zvijezda nedostupnih golim okom, Galileo je zaključio da su udaljenosti do zvijezda različite i da ne postoji nikakva "sfera fiksnih zvijezda". Sva ova otkrića postala su nova faza u razumijevanju položaja Zemlje u svemiru.

Poglavlje 2. Kosmološki modeli Univerzuma

.1 Kosmologija

U prijevodu s grčkog, kosmologija znači “opis svjetskog poretka”. Ovo je naučna disciplina osmišljena da pronađe najopštije zakone kretanja Materije i izgradi razumijevanje Univerzuma kao harmonične cjeline. U idealnom slučaju, u njemu ne bi trebalo biti mjesta za slučajnost (u kosmološkoj teoriji), ali bi se sve pojave koje se promatraju u Kosmosu trebale pojaviti kao manifestacije općih zakona kretanja Materije. Dakle, kosmologija je ključ za razumijevanje svega što se događa i u makrokosmosu iu mikrokosmosu.

Kosmologija je grana astronomije i astrofizike koja proučava porijeklo, strukturu velikih razmjera i evoluciju Univerzuma. Podaci za kosmologiju se uglavnom dobijaju iz astronomskih posmatranja. Za njihovo tumačenje trenutno se koristi opšta teorija relativnosti A. Einsteina (1915). Stvaranje ove teorije i provođenje odgovarajućih zapažanja omogućili su početkom 1920-ih da se kosmologija svrsta među egzaktne nauke, dok je prije toga bila prije polje filozofije. Sada su se pojavile dvije kosmološke škole: empiristi se ograničavaju na interpretaciju opservacijskih podataka, bez ekstrapolacije svojih modela u neistražena područja; teoretičari pokušavaju da objasne vidljivi svemir koristeći neke hipoteze odabrane zbog jednostavnosti i elegancije. Danas je nadaleko poznat kosmološki model Velikog praska, prema kojem je širenje Univerzuma počelo prije nekog vremena iz vrlo gustog i vrućeg stanja; Takođe se govori o stacionarnom modelu Univerzuma u kojem on postoji zauvek i nema ni početak ni kraj.

2.2 Stacionarni model univerzuma

Početak nove teorije o poreklu svemira položen je objavljivanjem djela Alberta Ajnštajna „Osnove opšte teorije relativnosti“ 1916.

Ovaj rad je osnova relativističke teorije gravitacije, koja je, zauzvrat, osnova moderne kosmologije. Opća teorija relativnosti primjenjuje se na sve referentne sisteme (a ne samo na one koji se kreću konstantnom brzinom jedni u odnosu na druge) i izgleda matematički mnogo složenije od one posebne (što objašnjava jedanaestogodišnji razmak između njihovog objavljivanja). To uključuje oboje poseban slučaj specijalna teorija relativnosti (a samim tim i Newtonovih zakona). Istovremeno, opća teorija relativnosti ide mnogo dalje od svih svojih prethodnika. Konkretno, daje novo tumačenje gravitacije. Opšta teorija relativnosti čini svijet četverodimenzionalnim: vrijeme se dodaje na tri prostorne dimenzije. Sve četiri dimenzije su neodvojive, pa više ne govorimo o prostornoj udaljenosti između dva objekta, kao što je to slučaj u trodimenzionalnom svijetu, već o prostorno-vremenskim intervalima između događaja, koji kombinuju njihovu udaljenost jedan od drugog - oba u vremenu i prostoru. To jest, prostor i vrijeme se smatraju četverodimenzionalnim prostor-vremenskim kontinuumom ili, jednostavno, prostor-vrijeme. Već 1917. sam Ajnštajn je predložio model prostora, izveden iz njegovih jednačina polja, danas poznat kao Ajnštajnov model univerzuma. U svojoj osnovi, to je bio stacionarni model. Kako ne bi bio u sukobu sa statičnošću, Einstein je modificirao svoju teoriju uvodeći takozvanu kosmološku konstantu u jednačine. On je uveo novu „antigravitaciju“ silu, koju, za razliku od drugih sila, nije proizveo nijedan izvor, već je ugrađena u samu strukturu prostor-vremena. Ajnštajn je tvrdio da se samo prostor-vreme uvek širi i da ovo širenje tačno balansira privlačnost sve druge materije u Univerzumu, tako da kao rezultat Univerzum ispada statičan.

Uzimajući u obzir kosmološku konstantu, Einsteinove jednadžbe imaju oblik:

Gdje ? - kosmološka konstanta, g ab - metrički tenzor, R ab - Ricci tenzor, R - skalarna krivina, T ab - tenzor energije i impulsa, c - brzina svjetlosti, G - Njutnova gravitaciona konstanta.

„Svemir, kako ga opisuje Ajnštajnova teorija relativnosti, je poput mehura od sapunice koji se naduvava. Ona nije njegova nutrina, već film. Površina balona je dvodimenzionalna, ali mehur univerzuma ima četiri dimenzije: tri prostorne i jednu vremensku”, napisao je nekada istaknuti engleski fizičar Džejms Džins. Ovaj moderni naučnik (umro je 1946.) kao da je oživeo staru ideju ​Platonovih i Pitagorinih sledbenika da je sve okolo čista matematika, a bog koji je stvorio ovaj matematički univerzum bio je i sam veliki matematičar.

Ali Ajnštajn je bio i veliki matematičar. Njegove formule nam omogućavaju da izračunamo radijus ovog Univerzuma. Kako njegova zakrivljenost zavisi od mase tijela koja ga sačinjavaju, potrebno je znati prosječnu gustinu materije. Astronomi su proveli godine proučavajući iste male delove neba i mukotrpno prebrojavajući količinu materije u njima. Ispostavilo se da je gustina otprilike 10 -30 g/cm 3 . Ako ovu cifru zamijenimo Einsteinovim formulama, tada, prvo, dobivamo pozitivnu vrijednost za zakrivljenost, odnosno naš Univerzum je zatvoren! - i, drugo, njegov radijus je 35 milijardi svetlosnih godina. To znači da iako je Univerzum konačan, on je ogroman - zrak svjetlosti, koji juri duž Velikog kosmičkog kruga, vratit će se u istu tačku nakon 200 milijardi zemaljskih godina!

Ovo nije jedini paradoks Ajnštajnovog univerzuma. Ona nije samo konačna, već i neograničena, ona je i nestalna. Albert Ajnštajn je svoju teoriju formulisao u obliku deset veoma složenih, takozvanih nelinearnih diferencijalne jednadžbe. Međutim, nisu ih svi naučnici tretirali kao deset zapovesti, dozvoljavajući samo jedno tumačenje. To nije iznenađujuće - uostalom, moderna matematika ne može precizno riješiti takve jednadžbe, a može postojati mnoga približna rješenja.

2.3 Nestacionarni model Univerzuma

Prve fundamentalno nove revolucionarne kosmološke posledice opšte teorije relativnosti otkrio je istaknuti sovjetski matematičar i teorijski fizičar Aleksandar Aleksandrovič Fridman (1888-1925).

Fundamentalne jednačine opšte relativnosti su Ajnštajnove „svjetske jednačine“, koje opisuju geometrijska svojstva, ili metriku, četverodimenzionalnog zakrivljenog prostor-vremena.

Njihovo rješavanje nam u principu omogućava konstruiranje matematički model Univerzum. Prvi takav pokušaj napravio je sam Ajnštajn. Smatrajući radijus zakrivljenosti prostora konstantnim (tj. na osnovu pretpostavke da je Univerzum u cjelini stacionaran, što se činilo najrazumnijim), došao je do zaključka da Univerzum treba da bude prostorno konačan i da ima oblik četvorodimenzionalni cilindar. Godine 1922-1924. Friedman je kritizirao Ajnštajnove zaključke. Pokazao je neosnovanost svog početnog postulata - o stacionarnosti, nepromjenjivosti u vremenu Univerzuma. Analizirajući svjetske jednačine, Friedman je došao do zaključka da njihovo rješenje ni pod kojim okolnostima ne može biti jednoznačno i ne može odgovoriti na pitanje o obliku Univerzuma, njegovoj konačnosti ili beskonačnosti.

Na osnovu suprotnog postulata - o mogućoj promjeni polumjera zakrivljenosti svjetskog prostora u vremenu, Friedman je pronašao nestacionarna rješenja "svjetskih jednačina". Kao primjer takvih rješenja konstruirao je tri moguća modela Univerzuma. U dva od njih, polumjer zakrivljenosti prostora se monotono povećava, a Univerzum se širi (u jednom modelu - od tačke, u drugom - počevši od određenog konačnog volumena). Treći model je naslikao sliku pulsirajućeg Univerzuma s periodično promjenjivim polumjerom zakrivljenosti.

Friedmanov model se zasniva na ideji izotropnog, homogenog i nestacionarnog stanja Univerzuma:

Ø Izotropija ukazuje da u Univerzumu ne postoje različite točke usmjerenja, odnosno da njegova svojstva ne zavise od smjera.

Ø Homogenost Univerzuma karakteriše distribuciju materije u njemu. Ova uniformna distribucija materije može se opravdati prebrojavanjem broja galaksija do date prividne veličine. Prema zapažanjima, gustina materije u delu prostora koji vidimo je u proseku ista.

Ø Nestacionarnost znači da Univerzum ne može biti u statičkom, nepromjenljivom stanju, već se mora ili širiti ili skupljati

U modernoj kosmologiji ove tri tvrdnje nazivaju se kosmološkim postulatima. Kombinacija ovih postulata je osnovni kosmološki princip. Kosmološki princip direktno sledi iz postulata opšte teorije relativnosti. A. Fridman je, na osnovu postulata koje je izneo, stvorio model strukture Univerzuma u kojem se sve galaksije udaljuju jedna od druge. Ovaj model je sličan gumenoj lopti koja se ravnomjerno napuhava, čije se sve točke udaljavaju jedna od druge. Rastojanje između bilo koje dvije točke se povećava, ali nijedna od njih se ne može nazvati centrom širenja. Štaviše, što je veća udaljenost između tačaka, to se brže udaljuju jedna od druge. Sam Friedman je razmatrao samo jedan model strukture Univerzuma, u kojem se prostor mijenja prema paraboličkom zakonu. Odnosno, u početku će se polako širiti, a zatim će se, pod utjecajem gravitacijskih sila, širenje zamijeniti kompresijom do prvobitne veličine. Njegovi sljedbenici su pokazali da postoje najmanje tri modela za koja su sva tri kosmološka postulata zadovoljena. Parabolički model A. Friedmana je jedan od moguće opcije. Nešto drugačije rješenje problema pronašao je holandski astronom W. de Sitter. Prostor Univerzuma u njegovom modelu je hiperboličan, odnosno širenje Univerzuma se dešava sa povećanjem ubrzanja. Brzina širenja je toliko visoka da gravitacijski utjecaj ne može ometati ovaj proces. On je zapravo predvidio širenje Univerzuma. Treću opciju za ponašanje Univerzuma izračunao je belgijski sveštenik J. Lemaitre. U njegovom modelu, Univerzum će se širiti do beskonačnosti, ali će se brzina širenja stalno smanjivati ​​- ova ovisnost je logaritamska. U ovom slučaju, brzina ekspanzije je dovoljna da se izbjegne kontrakcija na nulu. U prvom modelu prostor je zakrivljen i zatvoren sam u sebe. To je sfera, pa su njene dimenzije konačne. U drugom modelu prostor je drugačije zakrivljen, u obliku hiperboličnog paraboloida (ili sedla), prostor je beskonačan. U trećem modelu sa kritičnom stopom širenja, prostor je ravan, a samim tim i beskonačan.

U početku su ove hipoteze percipirane kao incident, uključujući i A. Einsteina. Međutim, već 1926. godine dogodio se epohalni događaj u kosmologiji, koji je potvrdio ispravnost proračuna Friedmanna - De Sittera - Lemaitrea. Takav događaj, koji je utjecao na konstrukciju svih postojećih modela svemira, djelo je američkog astronoma Edwina P. Hubblea. 1929. godine, dok je vršio opservacije najvećim teleskopom u to vrijeme, otkrio je da je svjetlost koja dolazi na Zemlju iz udaljenih galaksija pomjerena prema dugovalnom dijelu spektra. Ovaj fenomen, nazvan “Efekat crvenog pomaka”, zasniva se na otkrivenom principu poznati fizičar K. Doppler. Doplerov efekat kaže da se u spektru izvora zračenja koji se približava posmatraču, spektralne linije pomeraju na kratkotalasnu (ljubičastu) stranu, dok se u spektru izvora koji se udaljava od posmatrača, spektralne linije pomeraju na crvena (dugotalasna) strana.

Efekat crvenog pomaka ukazuje da se galaksije udaljavaju od posmatrača. Sa izuzetkom čuvene magline Andromeda i nekoliko nama najbližih zvezdanih sistema, sve ostale galaksije se udaljavaju od nas. Štaviše, pokazalo se da brzina širenja galaksija nije ista u različitim dijelovima Univerzuma. Što su dalje locirani, brže se udaljavaju od nas. Drugim riječima, ispostavilo se da je vrijednost crvenog pomaka proporcionalna udaljenosti do izvora zračenja - to je striktna formulacija otvorenog Hubble zakona. Prirodni odnos između brzine uklanjanja galaksija i udaljenosti do njih opisan je pomoću Hubble konstante (N, km/sec na 1 megaparsec udaljenosti).

V = Hr ,

gdje je V brzina uklanjanja galaksija, H je Hubble konstanta, r je udaljenost između njih.

Vrijednost ove konstante još uvijek nije definitivno utvrđena. Razni naučnici ga definiraju u rasponu od 80 ± 17 km/sec za svaki megaparsec udaljenosti. Fenomen crvenog pomaka objašnjen je u fenomenu “recesije galaksije”. S tim u vezi, u prvi plan dolaze problemi proučavanja širenja Univerzuma i određivanja njegove starosti na osnovu trajanja ovog širenja.

Većina modernih kosmologa ovu ekspanziju shvata kao širenje čitavog zamislivog i postojećeg Univerzuma... Nažalost, njegova rana smrt nije dozvolila briljantnom teoretičaru Univerzuma A. A. Friedmanu, čije ideje vode misao kosmologa više od pola veka , da učestvuje u daljem revolucionarnom razvoju procesa i sam ažurira kosmološku sliku sveta. Iskustvo istorije razvoja znanja o svetu, međutim, sugeriše da je savremena relativistička kosmološka slika sveta, koja je rezultat ekstrapolacije znanja o ograničenom delu Univerzuma na celokupnu zamislivu „celinu“, neizbežno netačno. Stoga se može misliti da on prije odražava svojstva ograničenog dijela Univerzuma (koji se može nazvati Metagalaksija), i, možda, samo jednu od faza njegovog razvoja (što relativistička kosmologija dozvoljava i koja može postati jasnija s pojašnjenje prosječne gustine materije u Metagalaksiji). U ovom trenutku, međutim, u ovom trenutku slika svijeta ostaje neizvjesna.

Poglavlje 3. Savremena istraživanja kosmoloških modela Univerzuma

.1 Nobelova nagrada za otkriće ubrzanog širenja svemira

Savremena kosmologija je složen, integrisan i brzo razvijajući sistem prirodno-naučnog (astronomija, fizika, hemija, itd.) i filozofskog znanja o Univerzumu kao celini, zasnovan na podacima posmatranja i teorijskim zaključcima koji se odnose na deo svemira koji je obuhvaćen. astronomskim posmatranjima.

Nedavno je u polju moderne kosmologije došlo do otkrića koje bi u budućnosti moglo promijeniti naše ideje o nastanku i evoluciji našeg svemira. Naučnici koji su dali ogroman doprinos razvoju ovog otkrića dobili su Nobelovu nagradu za svoj rad.

Nobelovu nagradu dobili su Amerikanac Saul Perlmutter, Australac Brian Schmidt i Amerikanac Adam Rees za otkriće ubrzanog širenja svemira.

1998. godine naučnici su otkrili da se Univerzum širi ubrzano. Do otkrića je došlo proučavanjem supernove tipa Ia. Supernove su zvijezde koje s vremena na vrijeme sjajno bljesnu na nebu, a zatim prilično brzo potamne. Zahvaljujući vašem jedinstvena svojstva ove zvijezde se koriste kao markeri za određivanje kako se kosmološke udaljenosti mijenjaju tokom vremena. Supernova je trenutak u životu masivne zvijezde kada doživi katastrofalnu eksploziju. Supernove dolaze u različitim tipovima ovisno o specifičnim okolnostima koje su prethodile kataklizmi. Tokom posmatranja, vrsta baklje je određena spektrom i oblikom svetlosne krive. Supernove, označene kao Ia, nastaju u termonuklearnoj eksploziji bijelog patuljka čija je masa premašila prag od ~1,4 solarne mase, nazvan Chandrasekhar granica. Sve dok je masa belog patuljka ispod granične vrednosti, gravitaciona sila zvezde je uravnotežena pritiskom degenerisanog elektronskog gasa. Ali ako u bliskom binarnom sistemu materija teče na njega iz susjedne zvijezde, tada se u određenom trenutku ispostavi da je pritisak elektrona nedovoljan i zvijezda eksplodira, a astronomi bilježe još jednu eksploziju supernove tipa Ia. Budući da su granična masa i razlog zbog kojeg bijeli patuljak eksplodira uvijek isti, takve supernove pri maksimalnom sjaju trebale bi imati isti, i to vrlo visok, sjaj i mogu poslužiti kao “standardna svijeća” za određivanje međugalaktičkih udaljenosti. Ako prikupimo podatke o mnogim takvim supernovama i uporedimo udaljenosti do njih sa crvenim pomacima galaksija u kojima su se dogodile eksplozije, možemo utvrditi kako se brzina širenja Univerzuma mijenjala u prošlosti i odabrati odgovarajući kosmološki model.

Proučavajući udaljene supernove, naučnici su otkrili da su one najmanje za četvrtinu tamnije nego što teorija predviđa - što znači da su zvijezde predaleko. Tako su izračunali parametre širenja Univerzuma, naučnici su ustanovili da se ovaj proces ubrzava.

3.2 Tamna materija

Tamna materija je slična običnoj materiji u smislu da se može skupljati (veličine, recimo, galaksije ili skupa galaksija) i učestvuje u gravitacionim interakcijama na isti način kao i obična materija. Najvjerovatnije se sastoji od novih čestica koje još nisu otkrivene u zemaljskim uvjetima.

Pored kosmoloških podataka, u prilog postojanja Crna materija služe kao mjerenja gravitacionog polja u jatama galaksija iu galaksijama. Postoji nekoliko načina za mjerenje gravitacijskog polja u jatama galaksija, od kojih je jedan gravitacijsko sočivo, ilustrovan na Sl. 4.

Rice. 4. Gravitaciono sočivo.

Gravitaciono polje jata savija zrake svetlosti koje emituje galaksija koja se nalazi iza jata, odnosno gravitaciono polje deluje kao sočivo. U ovom slučaju, ponekad se pojavljuje nekoliko slika ove daleke galaksije; na lijevoj polovini sl. 7 su plave. Savijanje svjetlosti ovisi o raspodjeli mase u klasteru, bez obzira na to koje čestice stvaraju tu masu. Ovako obnovljena raspodjela mase prikazana je na desnoj polovini Sl. 7 plava; jasno je da se veoma razlikuje od raspodele svetleće supstance. Mase galaktičkih jata izmjerene na ovaj način su u skladu s činjenicom da tamna materija doprinosi oko 25% ukupne gustine energije u Univerzumu. Podsjetimo da se isti taj broj dobija poređenjem teorije formiranja struktura (galaksija, klastera) sa zapažanjima.

Tamna materija takođe postoji u galaksijama. Ovo opet slijedi iz mjerenja gravitacionog polja, sada u galaksijama i njihovoj okolini. Što je gravitacijsko polje jače, zvijezde i oblaci plina se brže rotiraju oko galaksije, pa nam mjerenje brzina rotacije u zavisnosti od udaljenosti do centra galaksije omogućava rekonstrukciju raspodjele mase u njoj.

Šta su čestice tamne materije? Jasno je da ove čestice ne bi trebale da se raspadnu na druge, lakše čestice, inače bi se raspale tokom postojanja Univerzuma. Sama ta činjenica ukazuje na to da u prirodi djeluje novi, još neotkriveni zakon očuvanja koji zabranjuje raspad ovih čestica. Ovdje je analogija sa zakonom održanja električnog naboja: elektron je najlakša čestica s električnim nabojem i zato se ne raspada na lakše čestice (na primjer, neutrine i fotone). Nadalje, čestice tamne materije izuzetno slabo djeluju s našom materijom, inače bi već bile otkrivene u zemaljskim eksperimentima. Tada počinje područje hipoteza. Čini se da je najvjerovatnija (ali daleko od jedine!) hipoteza da su čestice tamne materije 100-1000 puta teže od protona i da je njihova interakcija sa običnom materijom uporediva po intenzitetu sa interakcijom neutrina. U okviru ove hipoteze moderna gustoća tamne materije nalazi jednostavno objašnjenje: čestice tamne materije su se intenzivno rađale i uništavale u vrlo ranom svemiru na ultravisokim temperaturama (oko 1015 stepeni), a neke od njih su preživjele. do ovog dana. Uz naznačene parametre ovih čestica, njihov trenutni broj u Univerzumu ispada upravo onoliko koliko je potrebno.

Možemo li očekivati ​​otkriće čestica tamne materije u bliskoj budućnosti u zemaljskim uslovima? Budući da danas ne znamo prirodu ovih čestica, nemoguće je odgovoriti na ovo pitanje potpuno nedvosmisleno. Međutim, izgledi su vrlo optimistični.

Postoji nekoliko načina za traženje čestica tamne materije. Jedan od njih je povezan s eksperimentima na budućim visokoenergetskim akceleratorima - sudaračima. Ako su čestice tamne materije zaista 100-1000 puta teže od protona, onda će se roditi u sudarima običnih čestica ubrzanih na sudaračima do visokih energija (energije postignute na postojećim sudaračima nisu dovoljne za to). Neposredne perspektive ovdje su povezane s Velikim hadronskim sudaračem (LHC), koji se gradi u međunarodnom centru CERN u blizini Ženeve, koji će proizvoditi sudarajuće snopove protona energije 7x7 teraelektronvolta. Mora se reći da su, prema danas popularnim hipotezama, čestice tamne materije samo jedan predstavnik nove porodice elementarnih čestica, tako da se uz otkriće čestica tamne materije može nadati otkriću čitave klase novih čestice i nove interakcije na akceleratorima. Kosmologija sugerira da je svijet elementarnih čestica daleko od toga da je iscrpljen danas poznatim "građevnim blokovima"!

Drugi način je da otkrijemo čestice tamne materije koje lete oko nas. Nikako ih nije mali broj: sa masom koja je 1000 puta veća od mase protona, trebalo bi da bude 1000 ovih čestica ovde i sada. kubni metar. Problem je u tome što one izuzetno slabo djeluju s običnim česticama; supstanca je za njih prozirna. Međutim, čestice tamne materije se povremeno sudaraju atomska jezgra, i nadamo se da se ovi sudari mogu snimiti. Potraga u ovom pravcu vrši se pomoću brojnih visokoosjetljivih detektora smještenih duboko pod zemljom, gdje je pozadina kosmičkih zraka naglo smanjena.

Konačno, još jedan način je povezan sa snimanjem proizvoda anihilacije čestica tamne materije među sobom. Ove čestice treba da se akumuliraju u centru Zemlje iu centru Sunca (materija je za njih skoro providna i mogu da padnu u Zemlju ili Sunce). Tamo se međusobno poništavaju, a u tom procesu nastaju druge čestice, uključujući neutrine. Ovi neutrini slobodno prolaze kroz debljinu Zemlje ili Sunca, a mogu se snimiti posebnim instalacijama - neutrinskim teleskopima. Jedan od ovih neutrino teleskopa nalazi se u dubinama Bajkalskog jezera, drugi (AMANDA) se nalazi duboko u ledu na Južni pol. Postoje i drugi pristupi traženju čestica tamne materije, na primjer, traženje proizvoda njihovog uništenja u središnjem dijelu naše Galaksije. Vrijeme će pokazati koji će od svih ovih puteva prvi dovesti do uspjeha, ali u svakom slučaju, otkriće ovih novih čestica i proučavanje njihovih svojstava bit će najvažnije naučno dostignuće. Ove čestice će nam reći o svojstvima Univerzuma 10-9 s (milijarditi dio sekunde!) nakon Velikog praska, kada je temperatura Univerzuma bila 1015 stepeni, a čestice tamne materije intenzivno su interagirale sa kosmičkom plazmom.

3.3 Tamna energija

Tamna energija je mnogo čudnija supstanca od tamne materije. Za početak, ne skuplja se u grudvice, već je ravnomjerno „rasprostranjen“ po Univerzumu. Ima ga u galaksijama i jatama galaksija koliko i izvan njih. Najneobičnije je da tamna energija, u određenom smislu, doživljava antigravitaciju. Već smo rekli da moderne astronomske metode ne mogu samo izmjeriti trenutnu brzinu širenja Univerzuma, već i odrediti kako se ona mijenjala tokom vremena. Dakle, astronomska zapažanja pokazuju da se danas (i u nedavnoj prošlosti) Univerzum širi ubrzano: brzina širenja raste s vremenom. U tom smislu možemo govoriti o antigravitaciji: obično gravitaciono privlačenje bi usporilo povlačenje galaksija, ali u našem Univerzumu ispada da je suprotno.

heliocentrični svemir kosmološka gravitacija

Rice. 5. Ilustracija tamna energija.

Ova slika, općenito govoreći, nije u suprotnosti s općom teorijom relativnosti, ali za to tamna energija mora imati posebno svojstvo - negativni pritisak. To ga oštro razlikuje od običnih oblika materije. Nije pretjerano reći da je priroda tamne energije glavna misterija fundamentalne fizike 21. stoljeća.

Jedan od kandidata za ulogu tamne energije je vakuum. Gustoća energije vakuuma se ne mijenja kako se Univerzum širi, a to znači negativan pritisak vakuuma. Drugi kandidat je novo super-slabo polje koje prožima cijeli Univerzum; za to se koristi izraz "kvintesencija". Ima i drugih kandidata, ali u svakom slučaju, tamna energija je nešto sasvim neobično.

Drugi način da se objasni ubrzano širenje Univerzuma je pretpostaviti da se sami zakoni gravitacije mijenjaju na kosmološkim udaljenostima i kosmološkim vremenima. Ova hipoteza je daleko od bezazlene: pokušaji generalizacije opšte teorije relativnosti u ovom pravcu suočavaju se sa ozbiljnim poteškoćama. Očigledno, ako je takva generalizacija uopće moguća, ona će biti povezana s idejom o postojanju dodatnih dimenzija prostora, pored tri dimenzije koje opažamo u svakodnevnom iskustvu.

Nažalost, sada se ne vidi direktan put eksperimentalno istraživanje tamne energije u zemaljskim uslovima. To, naravno, ne znači da se nove briljantne ideje u ovom smjeru ne mogu pojaviti u budućnosti, ali danas se nada u razjašnjenje prirode tamne energije (ili, šire, razloga ubrzanog širenja Univerzuma) povezuje isključivo sa astronomskim posmatranjima i dobijanjem novih, tačnijih kosmoloških podataka. Moramo detaljno naučiti kako se Univerzum širio u relativno kasnoj fazi svoje evolucije, a to će nam, nadamo se, omogućiti da napravimo izbor između različitih hipoteza.

Zaključak

U ovom rad na kursu Ispitivao sam kosmološke modele Univerzuma. Analizirajući literaturu iz predmeta opšte fizike i astronomije, pratio sam istoriju kosmoloških istraživanja, ispitivao savremene kosmološke modele Univerzuma i odabrao ilustrativni materijal za temu istraživanja. Dok sam dokazao relevantnost odabrane teme, sumirao sam obavljeni rad.

Književnost

1.Berry A. Pripovijetka astronomija. Prevod S. Zaimovsky. - M., L.: GITL, 1946.

.Veselovsky I.N. Aristarh sa Samosa - Kopernik antičkog svijeta. Povijesna i astronomska istraživanja. - M.: Nauka, 1961. Broj 7, str.44.

.Efremov Yu.N., Pavlovskaya E.D. Određivanje epohe posmatranja zvjezdanog kataloga Almagest korištenjem vlastitih kretanja zvijezda. -- Istorijska i astronomska istraživanja. M.: Nauka, 1989, br. 18.

.I. G. Kolchinsky, A. A. Korsun, M. G. Rodriguez. Astronomi. 2. izdanje, Kijev, 1986.

.Karpenkov S.Kh. Koncept modernih prirodnih nauka: Udžbenik za univerzitete / M.: Academic Prospect, 2001.

.Klimishin I.A. Otkriće svemira. - M.: Nauka, 1987.

.Matvievskaya G.P. As-Sufi. - Istorijska i astronomska istraživanja. M.: Nauka, 1983, broj 16, str. 93--138.

.Pannekoek A. Istorija astronomije. - M.: Nauka, 1966.

.S. Shapiro, S. Tyukalski. Crne rupe, bijeli patuljci i neutronske zvijezde. Moskva, Mir, 1985

.Samygina S.I. “Koncepti moderne prirodne nauke”/Rostov n/D: “Feniks”, 1997.

.Fizika svemira: mala enciklopedija. M.: Sov. enciklopedija, 1986.

.Hawking S. Kratka istorija vremena: od Velikog praska do crnih rupa. M.: Mir, 1990.

.E.V.Kononovich, V.I.Moroz. Opći kurs astronomije. Moskva, 2002.

.Einstein A. Evolucija fizike / M.: Održivi svijet, 2001.

Tutoring

Trebate pomoć u proučavanju teme?

Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite svoju prijavu naznačivši temu upravo sada kako biste saznali o mogućnosti dobivanja konsultacija.

Istorijski gledano, ideje o Univerzumu su se uvijek razvijale u okviru mentalnih modela Univerzuma, počevši od antičkih mitova. U mitologiji gotovo svakog naroda značajno mjesto zauzimaju mitovi o Univerzumu - njegovom nastanku, suštini, strukturi, odnosima i mogući razlozi kraj . U većini drevnih mitova, svijet (Univerzum) nije vječan, stvorile su ga više sile iz nekog temeljnog principa (supstancije), obično iz vode ili iz haosa. Vrijeme je u antičkim kosmogonijskim idejama najčešće ciklično, tj. događaji rođenja, postojanja i smrti Univerzuma slijede jedan za drugim u krugu, kao i svi objekti u prirodi. Univerzum je jedinstvena cjelina, svi njegovi elementi su međusobno povezani, dubina ovih veza varira do mogućih međusobnih transformacija, događaji slijede jedan za drugim, smjenjujući jedni druge (zima i ljeto, dan i noć). Ovaj svjetski poredak je suprotstavljen haosu. Prostor svijeta je ograničen. Više sile (ponekad bogovi) djeluju ili kao kreatori Univerzuma ili kao čuvari svjetskog poretka. Struktura Univerzuma u mitovima pretpostavlja višeslojnost: uz otkriveni (srednji) svijet, postoje gornji i donji svijet, os Univerzuma (često u obliku Svjetskog drveta ili planine), centar svijet - mjesto obdareno posebnim svetim svojstvima, postoji veza između pojedinih slojeva svijeta. Postojanje svijeta koncipirano je na regresivan način – od “zlatnog doba” do propadanja i smrti. Čovjek u drevnim mitovima može biti analog cijelog Kosmosa (cijeli svijet je stvoren od gigantskog stvorenja sličnog divovskom čovjeku), što jača vezu između čovjeka i Univerzuma. U drevnim modelima, čovjek nikada nije u središtu pozornosti. U VI-V vijeku. BC. Stvoreni su prvi prirodno-filozofski modeli svemira, koji su najrazvijeniji u staroj Grčkoj. Krajnji koncept u ovim modelima je Kosmos kao jedinstvena cjelina, lijepa i konzistentna sa zakonom. Pitanje kako je svijet nastao upotpunjeno je pitanjem od čega je svijet napravljen i kako se mijenja. Odgovori se više ne formulišu figurativnim, već apstraktnim, filozofskim jezikom. Vrijeme u modelima je najčešće i dalje ciklično po prirodi, ali je prostor konačan. Supstanca djeluje kao pojedinačni elementi (voda, zrak, vatra - u Milezijskoj školi i kod Heraklita), mješavina elemenata i jedinstveni, nedjeljivi, nepomični Kosmos (kod Eleatika), ontologizirani broj (kod Pitagorejaca), nedjeljiv strukturne jedinice- atomi koji osiguravaju jedinstvo svijeta - kod Demokrita. To je Demokritov model univerzuma koji je beskonačan u svemiru. Prirodni filozofi su odredili status kosmičkih objekata - zvijezda i planeta, razlike među njima, njihovu ulogu i relativni položaj u Univerzumu. U većini modela pokret igra značajnu ulogu. Kosmos je izgrađen po jednom zakonu – Logosu, a i čovjek je podložan istom zakonu – mikrokosmosu, smanjenoj kopiji Kosmosa. Razvoj pitagorejskih pogleda, koji su geometrizovali Kosmos i po prvi put ga jasno predstavili u obliku sfere koja se okreće oko centralne vatre i okružena njome, oličen je u kasnijim Platonovim dijalozima. Vjekovima se Aristotelov model, matematički obradio od strane Ptolemeja, smatrao logičnim vrhuncem antičkih pogleda na Kosmos. U donekle pojednostavljenom obliku, ovaj model, podržan od strane crkvenog autoriteta, trajao je oko 2 hiljade godina. Prema Aristotelu, Univerzum: o je sveobuhvatna cjelina, koja se sastoji od ukupnosti svih opaženih tijela; o jedinstvena; o prostorno konačan, ograničen do ekstrema nebeska sfera, iza toga „nema ni praznine ni prostora“; o vječno, bespočetno i beskrajno u vremenu. Istovremeno, Zemlja je nepomična i nalazi se u centru Univerzuma, zemaljsko i nebesko (supralunarno) su apsolutno suprotne po svom fizičko-hemijskom sastavu i prirodi kretanja. U 15.-16. veku, tokom renesanse, ponovo su se pojavili prirodno-filozofski modeli univerzuma. Karakterizira ih, s jedne strane, povratak širini i filozofskim pogledima antike, as druge stroga logika i matematika naslijeđena iz srednjeg vijeka. Kao rezultat teorijskih istraživanja, Nikolaj Kuzanski, N. Kopernik, G. Bruno predlažu modele Univerzuma sa beskonačnim prostorom, nepovratnim linearnim vremenom, heliocentričnom Solarni sistem i mnogim svetovima se sviđa. G. Galileo je, nastavljajući ovu tradiciju, istraživao zakone kretanja – svojstvo inercije i bio je prvi koji je svjesno koristio mentalne modele (konstrukte koji su kasnije postali osnova teorijske fizike), matematički jezik, koji je smatrao univerzalnim jezikom Univerzum, kombinacija empirijskih metoda i teorijske hipoteze koju iskustvo treba da potvrdi ili opovrgne, i, konačno, astronomska posmatranja pomoću teleskopa, što je značajno proširilo mogućnosti nauke. G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler postavili su temelje modernih fizičkih i kosmogonijskih ideja o svijetu, kako na njihovoj osnovi, tako i na osnovu zakona mehanike koje je Njutn otkrio u krajem XVII V. Formiran je prvi naučni kosmološki model Univerzuma, nazvan klasični Njutnov model. Prema ovom modelu, Univerzum: O je statičan (stacionaran), tj. prosječna konstanta tokom vremena; O je homogeno - sve njegove tačke su jednake; O je izotropno - svi pravci su jednaki; o je vječan i prostorno beskonačan, a prostor i vrijeme su apsolutni - ne zavise jedno od drugog i od pokretnih masa; O ima gustinu materije različitu od nule; O ima strukturu koja je potpuno razumljiva jezikom postojećeg sistema fizičkog znanja, što znači beskonačnu ekstrapolabilnost zakona mehanike, zakona univerzalne gravitacije, koji su osnovni zakoni za kretanje svih kosmičkih tijela. Osim toga, u Univerzumu je primjenjiv princip dalekometnog djelovanja, tj. trenutno širenje signala; Jedinstvo Univerzuma osigurava jedna struktura - atomska struktura materije. Empirijska osnova ovog modela bili su svi podaci dobijeni astronomskim opservacijama, a za njihovu obradu korišten je savremeni matematički aparat. Ova konstrukcija bila je zasnovana na determinizmu i materijalizmu racionalističke filozofije Novog doba. Uprkos nastalim kontradiktornostima (fotometrijski i gravitacioni paradoksi - posledice ekstrapolacije modela u beskonačnost), ideološka privlačnost i logička doslednost, kao i heuristički potencijal, učinili su Njutnov model jedinim prihvatljivim za kosmologe do 20. veka. Potreba za revizijom pogleda na Univerzum bila je potaknuta brojnim otkrićima u 19. i 20. stoljeću: prisustvo svjetlosnog pritiska, djeljivost atoma, defekt mase, model strukture atoma, neplanarni geometrije Rimanna i Lobačevskog, ali tek sa pojavom teorije relativnosti nova kvantna relativistička teorija postala je mogući model Univerzuma. Iz jednačina specijalne (STR, 1905) i opšte (GTR, 1916) teorije relativnosti A. Einsteina proizilazi da su prostor i vrijeme međusobno povezani u jednu metriku i zavise od tvari koja se kreće: pri brzinama bliskim brzini svjetlosti, prostor je komprimiran, vrijeme rastegnuto, a blizu kompaktnih moćnih masa prostor-vrijeme je zakrivljeno, čime je model Univerzuma geometrizovan. Bilo je čak i pokušaja da se cijeli Univerzum zamisli kao zakrivljeni prostor-vrijeme, čiji su čvorovi i defekti tumačeni kao mase. Einstein je, rješavajući jednadžbe za Univerzum, dobio model koji je bio ograničen u prostoru i stacionaran. Ali da bi održao stacionarnost, morao je u rješenje uvesti dodatni lambda termin, koji nije bio ničim empirijski podržan, a bio je po svom djelovanju ekvivalentan polju koje se suprotstavlja gravitaciji na kosmološkim udaljenostima. Međutim, 1922-1924. AA. Friedman je predložio drugačije rješenje ovih jednačina, iz kojih je bilo moguće dobiti tri različita modela Univerzuma u zavisnosti od gustine materije, ali su sva tri modela bila nestacionarna (evoluirajuća) - model sa ekspanzijom praćen kompresijom, oscilirajući model i model sa beskonačnim širenjem. U to vrijeme, odbacivanje stacionarnosti Univerzuma bio je istinski revolucionaran korak i naučnici su ga prihvatili s velikom mukom, jer se činilo da je u suprotnosti sa svim utvrđenim naučnim i filozofskim pogledima na prirodu, što je neminovno dovelo do kreacionizma. Prva eksperimentalna potvrda nestacionarne prirode Univerzuma dobijena je 1929. godine - Hubble je otkrio crveni pomak u spektrima udaljenih galaksija, koji je, prema Doplerovom efektu, ukazivao na širenje Univerzuma (nisu svi kosmolozi dijelili ovo tumačenje na tog vremena). Godine 1932-1933 Belgijski teoretičar J. Lemaitre predložio je model Univerzuma sa “vrućim početkom”, takozvanim “Velikim praskom”. Ali još u 1940-im i 1950-im. Predloženi su alternativni modeli (sa rađanjem čestica iz c-polja, iz vakuuma), čuvajući stacionarnu prirodu Univerzuma. Godine 1964. američki naučnici - astrofizičar A. Penzias i radio astronom K. Wilson otkrili su homogeno izotropno reliktno zračenje, što jasno ukazuje na "vrući početak" Univerzuma. Ovaj model je postao dominantan i prihvaćen od strane većine kosmologa. Međutim, upravo ova tačka “početka”, tačka singularnosti, izazvala je mnoge probleme i sporove kako u vezi sa mehanizmom “Velikog praska” tako i zbog toga što se ponašanje sistema (Univerzuma) u njegovoj blizini nije moglo opisati unutar okvir poznatog naučne teorije(beskonačno visoka temperatura i gustina su se morale kombinovati sa beskonačno malim dimenzijama). U 20. veku Predloženi su mnogi modeli Univerzuma - od onih koji su odbacivali teoriju relativnosti kao osnovu, do onih koji su promijenili neki faktor u osnovnom modelu, na primjer, "ćelijsku strukturu Univerzuma" ili teoriju struna. Dakle, da bi se otklonile kontradikcije povezane sa singularnošću, 1980-1982. Američki astronom P. Steinhart i sovjetski astrofizičar A. Linde predložili su modifikaciju modela svemira koji se širi - model sa fazom inflacije (model "naduvavanja svemira"), u kojem su prvi trenuci nakon "Velikog praska" dobili novo tumačenje . Ovaj model je kasnije nastavio da se usavršava; otklonio je niz značajnih problema i kontradikcija u kosmologiji. Istraživanja ne prestaju danas: hipoteza koju je postavila grupa japanskih naučnika o poreklu primarnih magnetnih polja dobro se slaže sa gore opisanim modelom i omogućava nam da se nadamo da ćemo dobiti nova saznanja o ranim fazama postojanja Univerzum. Kao predmet proučavanja, Univerzum je previše složen da bi se proučavao deduktivno; metode ekstrapolacije i modeliranja pružaju priliku da se napreduje u njegovom znanju. Međutim, ove metode zahtijevaju striktno pridržavanje svih procedura (od formulacije problema, odabira parametara, stepena sličnosti između modela i originala, do interpretacije dobijenih rezultata), pa čak i ako su svi zahtjevi idealno ispunjeni, rezultati istraživanja će biti fundamentalno vjerovatnoće prirode. Matematizacija znanja, koja značajno unapređuje heurističke sposobnosti mnogih metoda, opšti je trend u nauci 20. veka. Kosmologija nije bila izuzetak: nastala je vrsta mentalnog modeliranja - matematičko modeliranje, metoda matematičke hipoteze. Njegova suština je da se prvo rješavaju jednačine, a zatim se traži fizička interpretacija rezultirajućih rješenja. Ovaj postupak, netipičan za nauku prošlosti, ima ogroman heuristički potencijal. Upravo je ova metoda dovela Friedmana do stvaranja modela svemira koji se širi; na taj način je otkriven pozitron i mnoga važnija otkrića u nauci krajem 20. stoljeća. Računarski modeli, uključujući i one koji se koriste za modeliranje Univerzuma, rođeni su razvojem kompjuterske tehnologije. Na osnovu njih su poboljšani modeli Univerzuma sa inflatornom fazom; početkom 21. veka. obrađene su velike količine informacija dobijenih od svemirske sonde i kreiran je model razvoja Univerzuma, uzimajući u obzir „tamnu materiju“ i „tamnu energiju“. Vremenom se mijenjala interpretacija mnogih fundamentalnih koncepata. Fizički vakuum se više ne shvata kao praznina, ne kao etar, već kao složeno stanje sa potencijalnim (virtuelnim) sadržajem materije i energije. Istovremeno je otkriveno i ono što je poznato modernoj nauci kosmička tela a polja čine mali postotak mase Univerzuma, pri čemu je većina mase sadržana u indirektno detektivoj „tamnoj materiji“ i „tamnoj energiji“. Istraživanja posljednjih godina pokazao da značajan dio ove energije djeluje na širenje, rastezanje, kidanje Univerzuma, što može dovesti do fiksnog ubrzanja širenja)