Доклад: «Модели эволюции Вселенной»

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

При ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ

Специалитет: Экономическая безопасность

 

Кафедра экономики и математики

 

Баллы «____________»

 

Подпись преподавателя_______

 

«___»____________ 20__г.

Доклад: «Модели эволюции Вселенной»

Выполнила: Сумина А.В

Студентка 1 курса группы ЭкБ-512

Проверил:

 

Екатеринбург 2017

Хоть и всем людям кажется, что Вселенная является неподвижной, а звездное небо – неизменным, но это не так. Существует множество галактик, кроме нашей, и все они находятся в постоянном движении, постоянно отдаляются одна от другой. И дело тут не в самих галактиках. Вселенная сама является подвижной. Эволюция Вселенной по сей день изучается такой наука, как космология. Она включает в себя и астрономию, и физику. В ее основе лежит такое предположение, что те законы, которые действуют в известной нам части Вселенной, распространяются и на все другие области.

Вселенная - это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов. Существуют разные модели Вселенной: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Леметра», «Вселенная Зельманова», соответствующие разным представлениям о ней как в целом.

1) Рассмотрим первую модель Вселенной: «Модель Эйнштейна». Модель была создана в 1917 г. Ее основу составила релятивистская теория тяготения — общая теория относительности (объекты, которые движутся с постоянной скоростью по отношению друг к другу). Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Он считал, что «Большой Взрыв» - причина происхождения Вселенной. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании проведенных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу. Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном направлении.

2) Вторя модель Вселенной: «Модель Фридмана». Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик и математик Александр Александрович Фридман на основе строгих расчетов показал, что Вселенная Эйнштейна не может быть стационарной, неизменной. При этом Фридман опирался на сформулированный им космологический принцип, который строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Фридман на основе космологического принципа доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и другие, нестационарные решения, согласно которым Вселенная может либо расширяться, либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверждения. Однако в 1929 г. американский астроном Э. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра). Это было истолковано как следствие эффекта Допплера. «Красное смещение» было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием. Согласно последним измерениям увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/сна каждый миллион парсек.В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, что Вселенная — это мир галактик, что наша Галактика — не единственная в ней, что существует множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Вместе с тем Хаббл пришел к выводу, что межгалактические расстояния не остаются постоянными, а увеличиваются. Таким образом, в космологии появилась концепция расширяющейся Вселенной.Разъясняя характер эволюции Вселенной,расширяющейся начиная с сингулярного состояния, Фридман особо выделял два случая:

а) радиус кривизны Вселенной с течением времени постоянно возрастает, начиная с нулевого значения;

б) радиус кривизны меняется периодически: Вселенная сжимается в точку (в ничто, сингулярное состояние), затем снова из точки, доводит свой радиус до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку, и т.д.

Когда Э. Хаббл показал, что далекие галактики разбегаются друг от друга со все возрастающей скоростью, был сделан однозначный вывод о том, что наша Вселенная расширяется. Но расширяющаяся Вселенная — это изменяющаяся Вселенная, мир со всей своей историей, имеющий начало и конец. Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что оно не менее 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет. Таков приблизительный возраст нашей Вселенной.Как и любая другая научная концепция, теория Фридмана приближенна и имеет границы своей применимости. В частности, ее заведомо нельзя использовать в области очень малых пространственно-временных масштабов, где важны не учитываемые ею квантовые эффекты. Здесь космологическая модель Фридмана может приводить к парадоксальным результатам, например, к выводу о рождении Вселенной “из ничего” - из абсолютной, безразмерной точки.

3) Модель третья: «Модель Леметра». До бельгийца Жоржа Анри Леметра, изучавшего астрофизику в Массачусетском технологическом институте, дошли слухи, что Хаббл вплотную подошел к революционному открытию — доказательству разбегания галактик. В 1927 году, вернувшись на родину, Леметр опубликовал (а в последующие годы уточнил и развил) модель Вселенной, образовавшейся в результате взрыва сверхплотной материи, расширяющейся в соответствии с уравнениями ОТО (Общая теория относительности). Он математически доказал, что их радиальная скорость должна быть пропорциональна расстоянию от Солнечной системы. Он первым предложил рассматривать процесс расширения Вселенной от состояния "первичного атома", в то время как Эйнштейн всё ещё был сторонником теории статической Вселенной.

4) Модель четвертая: «Модель Зельманова».Зельманов в своей статье отмечал, что, скорее, чем допускать однородность и изотропность Вселенной, необходимо отметить возможность существования неоднородной и анизотропной Вселенной[1038]. Согласно космологическому принципу, отмечал Зельманов, каким бы ни было искривление пространства (положительным, отрицательным, нулевым), оно должно оставаться постоянным, так как искривление вызывается количеством, распределением и движением материи; если допустить однородную везде Вселенную, то результирующее искривление будет константой независимо от своего знака.Утверждая существование неоднородной анизотропной Вселенной, Зельманов мог предложить много видов локальных пространственно-временных континуумов, включая как замкнутые, так и бесконечные. Более того, тот факт, что пространство (рассматриваемое отдельно) может быть бесконечным в пространственно-временном континууме, не означает, что в целом этот континуум заполняет всю Вселенную. Как писал Зельманов, «пространственно-временной мир, бесконечный во времени и пространстве, может и не охватывать собой всей Вселенной: он может быть и частью другого пространственно-временного мира, пространственно конечного или бесконечного. Пространственно-временной мир, охватывающий собой всю Вселенную, напротив, может не быть бесконечным в пространстве и, вместе с тем, содержать пространственно бесконечные мировые области…"

Вселенная эволюционирует, бурные процессы происходили в прошлом, происходят сейчас, и будут происходить в будущем. Мир становится все сложнее, усложняются и появляются новые теории. И наука не стоит на месте, появляются новые взгляды, гипотезы, учения, поскольку «природа не раскрывает свои тайны раз и навсегда» (Л.А. Сенека).

Если нашей Вселенной грозит смерть, то, может быть появится возможность в будущем перелететь до другой Вселенной. Из общей теории относительности следует возможность существования пространственно-временных тоннелей и перехода в другие Вселенные.Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И её расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение «скрытой» массы? И наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют. Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них.

 

Источники

 

1) http://www.o8ode.ru/article/timy/orrery/allmir/covremennaa_model_evolucii_vcelennoi.htm

2) https://sites.google.com/site/teoriistroeniavselennoj/model-rassirausejsa-vselennoj

3) http://studbooks.net/1281950/meditsina/model_lemetra

4) https://www.popmech.ru/science/5446-zabytyy-sopernik-bolshogo-vzryva-mirnaya-alternativa/

5) https://history.wikireading.ru/260321

6) http://www.mysterylife.ru/modeli-vselennoj/rasshiryayushhayasya-vselennaya.html