Модели Вселенной
Глава 3| § 1| § 2 | § 3

В астрономии, как и в других науках, для изучения того или иного объекта или сложного явления создается его теоретическая модель. Она опирается на данные, полученные в результате эксперимента или наблюдений и на фундаментальные законы. Так, существует модели Земли, планет, звезд и галактик, описывающие основные физические свойства этих объектов. Любая модель – это только приближение к действительности. В процессе развития модели могут уточняться, изменяться или заменяться новыми.

Существуют две  космологические   теории, на основе которых были созданы модели Вселенной:  

1. Теория расширяющейся Вселенной (начальное состояние, из которого возникла Вселенная, было горячим и плотным, что могли существовать только элементарные частицы и излучение; затем Вселенная расширялась и охлаждалась, образуя звезды и галактики).

2. Теория стационарной Вселенной (Вселенная существовала всегда, наблюдаемое разряжение вещества компенсируется его непрерывным творением).

 

Ньютоновская модель Вселенной содержала в себе три основных постулата:

  • - стационарность, неизменность Вселенной во времени;
  • - однородность и изотропность, отсутствие привилегированных направлений;
  • - евклидовость пространства.

Эйнштейн искал статические решения для Вселенной. При обобщении ньютоновской теории всемирного тяготения, приведя ее в соответствие с принципом относительности, Эйнштейн приходит к выводу, что геометрия мира неевклидова. Присутствие тел большой массы – звезд, галактик – искривляет пространство.

Однако Эйнштейн оставляет постулат о стационарности и неизменности Вселенной, введя в свои уравнения, которые показывают, как метрика пространства зависит от распределения и движения масс.

Одним из фактов, противоречащих теории стационарной Вселенной, был парадокс Ольберса. Если Вселенная бесконечна и вечна, то в ней содержится бесконечное количество звезд. Куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд непременно уперся бы в звезду. Пусть отдельные звезды будут неразличимы, но небо должно было бы сиять сплошным заревом. И, тем не менее, ночью небо темное.

 

Для решения этого парадокса требовалась модель расширяющейся Вселенной, и в 1922 году молодой советский ученый Александр Фридман создает ее. Он предлагает математический расчет изменения плотности материи для однородной и изотропной Вселенной, начиная с состояния с очень высокой плотностью – так называемого сингулярного состояния вещества (по современным оценкам эта плотность равна ρ = 5∙1096 кг/м3). Решив уравнения Эйнштейна, Фридман показал, что наш мир не может быть стационарным: Вселенная либо расширяется, либо сжимается.  В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл подтвердил рассуждения Фридмана о расширении видимой части Вселенной. В начале XX века Весто Слайфер, исследовав спектры нескольких галактик, заметил, что у большинства из них спектральные линии смещены в красную сторону. Это означало, что они удаляются от нашей Галактики.

Модель расширяющейся Вселенной

Красное смещение

Существуют разные модели Вселенной: “Вселенная Леметра”, “Вселенная Наана”, “Вселенная Зельманова”. В этих моделях предполагается, что вещество однородной структуры распределено по всей Вселенной, так что в ней все области или направления совершенно равноправны. Поэтому такие модели называют однородными и изотропными. Реальная Вселенная сложнее любой модели.

Модель молодой Вселенной

Георгий Гамов в 1946 году разработал модель горячей Вселенной, которую назвал "космологией Большого Взрыва". Вместе со своими учениками он произвел необходимые расчеты развития событий для получения нужных соотношений между химическими элементами во Вселенной в настоящее время из ядерных реакций в ранней горячей Вселенной. Теория получила подтверждение после открытия фонового излучения, которое осталось со времени "Большого Взрыва" и было названо реликтовым.

Хотя открытие реликтового излучения подтвердило модель Большого Взрыва, Ф. Гамов считал возможным модернизировать свою модель для объяснения этого излучения. Модель "Горячей Вселенной" или "Большого Взрыва", в общих чертах объясняет многое факты, однако, некоторые ученые подвергают сомнениям ее основные положения.

Больше всего ученые "доверяют" модели Фридмана.