Почему небо тёмное ночью?

Фотометрический парадокс, или парадокс темного ночного неба, заключающийся в том, что в бесконечной Вселенной существует нескончаемое количество звезд, сумма яркостей которых должна образовывать бесконечную яркость. Иными словами, ночное небо было бы полностью покрыто яркими звездами, а в реальности оно тёмное, так как количество звезд и галактик исчислимо.

С открытием общей теории относительности А.Эйнштейном, в которой обобщил теорию тяготения И. Ньютона для массивных тел и скоростей движения вещества, сравнимых со скоростями света. Согласно этой теории времяне имеет абсолютного характера, а движение и распределение материи в пространстве нельзя рассматривать в отрыве от геометрических свойствпространства и времени.Гравитационное поле представляет собой искривление пространства – времени, создавая массивными телами.

Впервые космологическую модель Вселенной в рамках ОТО рассмотрел советский математик А.Фридман.

ВселеннаяФридмана одна из космологических моделей, удовлетворяющих полевым уравнениям ОТО, первая из нестационарных моделей Вселенной. Модель Фридмана в 1922г. описывает однородную изотропную в общем случае нестационарную Вселенную с веществом, обладающую положительной, нулевой или отрицательной постоянной кривизной. Эта работа учёного стала первым основным теоретическим развитием ОТО после работ Эйнштейна 1915—1917гг.

При расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорционально расстояниям до них - выводподтверждённый Э. Хабблом, открытием красного смещения в спектрах галактик.

Критическое значение плотности вещества,от которой зависит характер движения и геометрия Вселенной. Равна

G - гравитационная постоянная, а Н -постоянная Хаббла.

Помня, что 1 пк = 3,08 • 10¹³км и поэтому 1 Мпк = = 3,08 • 10¹⁹км, найдем Н = 2,4 • 10^-18с^-1. Тогда согласно формуле критическая плотность вещества:

илиρ_кр= 10^-29г/см³.

Если средняя плотность Вселенной больше критической (ρ>ρ_кр), то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при средней плотности, равной или меньшей критической (ρ≤ρ_кр), расширение не прекратится.Средняя плотность вещества, сосредоточенная в виде звезд в галактиках, равна приблизительно 2•10^-30кг/см³, что почти в 5 раз меньше критической. Мы не знаем средней плотности вещества во всей Вселенной. Но учёные могут подсчитать в доступной ее части –в метагалактики.

Делать окончательные выводы о бесконечном расширении Вселенной пока преждевременно, так как некоторые астрономы высказывают предположение о существовании в галактиках вещества, которое пока еще не обнаружено. Эта «скрытая масса» может изменить оценку принятой сейчас средней плотности вещества во Вселенной. Поэтому точного ответа на вопрос о будущем Вселенной в настоящее время не имеется.

Радиус Вселенной легко оценить с помощью закона Хаббла. Так как максимальная скорость не может превышать скорости света, то максимальное расстояние R, до которого мы можем наблюдать небесные тела, соответствует скорости разбегания галактик с =3•10⁵км/с, откуда

или R = 1,24 • 10²⁶м.

Наблюдение за возрастом Вселенной пока не позволяют нам с определенностью сказать о характере будущего расширения Вселенной, то время, когда в прошлом это расширение началось, можно с помощью закона Хаббла.

Действительно, если наблюдаемая нами галактика удаляется со скоростью v и сейчас после начала расширения находится на расстоянии r от Земли, то свое удаление она начала в момент

Эти рассуждения применимы для любой галактики. Таким образом, около 13 млрд. лет назадвсе вещество метагалактикибыло сосредоточено в небольшом объемеи плотность вещества была настолько высокой, что ни галактик, ни звезд не существовало.

Пока не ясны ни физические процессы, протекавшие до этого сверхплотного состояния вещества, ни причины вызвавшие расширение Вселенной. Ясно одно, что со временем расширение привело к значительному уменьшению плотности вещества и на определенном этаперасширения стали формироваться галактики и звезды.

Некоторые видят в наблюдаемом разбегании галактик аналогию с разлетом вещества во время взрыва, поэтому описанная теория расширения Вселенной получила название теории Большого взрыва, а время

Tв=1/Н=13 млрд. лет,

 прошедшее с начала этого взрыва, называютвозрастом Вселенной.

Расширение Вселенной и связанное с ним наблюдение разбегающихся галактик объясняет отсутствие фотометрического парадокса.Светдалёких галактик и звёзд испытывает красное смещение. Энергия световых квантов уменьшается, меньше света проходит от этих галактик. Этим объясняется,что небо ночью тёмное.