Космология и космологические модели вселенной

Космология («космос» – вселенная; «логос» - закон, учение) – это астрофизическая теория структуры и динамики изменения вселенной. Современная космология – это раздел астрономии, в котором объединены данные физики, математики и универсальные философские принципы, то есть космология является фундаментальной наукой.

Космологические исследования развиваются от теории к практике, от модели к эксперименту. Важнейший постулат космологии заключается в том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части вселенной, могут быть распространены на гораздо широкие области и в результате на всю вселенную. Космология берёт начало в античные времена, итогом развития античной космологии стало геоцентрическая концепция Птолемея и, которая просуществовала до средневековья. Основателем научной космологии является Н. Коперник. Он разработал модель, в которой солнце является центром вселенной, а Земля – рядовая планета солнечной системы. По его мнению, за орбитами, известных к тому времени планет, располагалась сфера, на которой закреплены неподвижные звёзды. В нач. 17в. Галилей при помощи телескопа совершил астрономическое открытие, обнаружив спутники Сатурна и Юпитера. Современник Галилея Кеплер установил законы движения планет солнечной системы, а Ньютон доказал, что все тела во вселенной притягиваются друг к другу. Основным законом, управляющим движением небесных тел, является закон всемирного тяготения. Все эти открытия привели к созданию астрофизики. Гравитационное взаимодействие является доминирующим на мега-уровне организации материи

Космологические модели Вселенной.

Космологические модели вселенной строятся в соответствии с требованиями теории относительности на основе наблюдаемых астрофизических явлениях. К таким явлениям относятся: 1. Однородность и изотропность космического пространства. 2. Конечная интенсивность светового потока, приходящего из космоса. 3. Красное смещение в световых спектрах излучения далёких звёзд.

1)Классическая модель.в 18-19 веке создана полицентрическая картина мира - основа научной космологии. В этой модели, вселенная бесконечна в пространстве и времени, т.е. она вечная. Основной закон движения небесных тел - закон всемирного тяготения. Пространство не связано с космическими телами. Время яв-ся универсальной длительностью и не зависит от материи. Количество звездных систем и звезд, планет во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит опред. длит. Жизненный путь, а на смену погасшим звездам приходят новые.

Классическая модель просуществовала до конца 19в., в конце 19в появились космологические парадоксы: а)фотометрический парадокс.

б) Гравитациооный парадокс.

в) Т/Д парадокс.

2)Релятивистская модель. Эта модель была предложена А. Эйнштейном в 1917г. В основу этой модели составила релятивистская теория тяготения. Эйн. отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, но сохранил принцип неизменности Вс. Вселенная с его точки зрения не измена во времени и конечна в пространстве. Св-ва Вс. в этой модели опред. распред. в ней гравитационных масс. Вс. безгранична, но при этом замкнута в пространстве. - согласно этой модели, пространство однородно (одинакого по составу) и изотропно (одинаково во всех направлениях); материя распред. равномерно; -время бесконечно, а его течение не влияет на св-ва Вс. Объем такой Вс. может быть конечным числом кубометров, но каждая по объему Вс. безгранична – это сфера (поверхность любой сферы). Вс. Эйн. содержит ограниченное число звезд и звездных систем. Парадоксы не применимы к этой модели, но тепловая смерть Вс. не отсекается.

3)Модель расширения вселенной. В 1922 Александр Фридман установил, что вселенная не может быть стационарной. Используя уравнение Эйнштейна он доказал, что вселенная может расширяться или сжиматься, таким образом, радиус и площадь поверхности вселенной изменяется. В 1929 году Хаббс обнаружил эффект красного смещения спектральных линий. Красное смещение было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстояние. Он обосновал представление, согласно которому, вселенная – множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Работы Хаббла могут служить эмпирическим подтверждением модели расширяющейся вселенной. Исходя из предположений, Фридмана рассматривал 2 модификации Вс: 1) Замкнутая модель. Вс. расширяется затем расширение останавливается и изменяется сжатием до конечного объема и бесконечной плотности. Пространство образует сферу. В этой модели Вс- замкнута, её кривизна «+», т.е. Вс. конечна и безгранична – сфера. Кривизна «+», если центр искривл. Поверхности нах-ся внутри. Если центр кривизны нах-ся вне системы, то такая кривизна «-». 2) Открытая модель. Вс. расширяется, темп расширения вначале падает, а потом стабилизируется. Вс. – безгранична, в этой модели, не замкнута. И кривизна пространства отрицательна. По какому из этих вариантов идет эволюция Вс. зависит от соотношения гравитационной и кинетической Е вещ-ва. Если Ек>Е гравитационной, то процесс расширения будет необратимым- открытая.. Если Ек< Еграв., то расширение Вс сменится сжатием. Если Ек = Еграв, то достигаем равновесие, расширение не прекратиться, а его  стабилизируется.