Космологические модели происхождения Вселенной

 

Проблема зарождения и существования Вселенной во все времена занимала человечество. Небо, которое было доступно для его обозрения, очень его интересовало. Недаром астрономия считается одной из самых древних наук. Для изучения Вселенной в целом, в астрономии появилась новая наука-космология.

По определению А.Л. Зейманова, (1913 - 1987) космология – это совокупность накопленных теоретических положений о строении вещества и структуре Вселенной, как цельного объекта, так и отдельные научные знания охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является возможность проведения управляемого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести любое количество экспериментов, и все они приводят к одному результату, то на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т. е. возможными вариантами объяснения.

 

Модель Исаака Ньютона (классическая Ньютоновская космология)

Основные постулаты:

1. Пространство и время Вселенной абсолютны, но они не зависят от материальных объектов и процессов;

2. Пространство и время метрически бесконечны, однородны (свойства одинаковы во всех точках) и изотропны (независимость свойств физических объектов от направления);

3. Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяются системы, но не мир в целом.

Парадоксы модели:

1. Гравитационный: если Вселенная бесконечна, с бесконечным числом небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая и Вселенная в результате должна сколлапсировать;

2. Фотометрический: если существует бесконечное число небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, а этого нет.

 

Модель конечной, но безграничной Вселенной А. Эйнштейна

Наиболее общепринятой в космологии является модель конечной, но безграничной Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1917 году. В основе этой модели лежат следующие предположения:

1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направления (изотропность);

2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы;

3) метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной;

4) материя в мировом пространстве распределена в среднем равномерно, а гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным отталкиванием;

5) наш мир является четырехмерной сферой, объем такой Вселенной может быть выражен конечным числом кубометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном направлении, но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, так как поверхность любой сферы (шара) не имеет границ;

6) время существования Вселенной бесконечно, а пространство безгранично, но конечно.

Космологию, основанную на этих постулатах, называют релятивистской. Важным пунктом данной модели является ее нестационарность, это означает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии.