Разделы учения о вселенной: Астрофизика (строение вселенной), Космология (учение о вселенной в целом), космогония (как зарождались звезды). Расположение планеты солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается около 150 млрд. звезд. Соседние галактики – туманность андромеды, Магеллановы облака. 1 а.е.=150 млн. км – расстояние от солнца до земли. 1 световой год – расстояние, которое проходит луч света за год. Парсек (сокращённо пк, pc) — распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояния (3,2616 световых лет).
Метод параллакс – кажущееся смещение относительно земного наблюдателя. Ключом к изучению вселенной стала физика элементарных частиц. В микромире и мегамире действуют одинаковые законы физики. На звезды действует сила тяготения. Возраст Земли 5 млрд. лет. Типы звезд: нормальная звезда, белый карлик (компактные звёзды с массами, сравнимыми с массой Солнца, но с радиусами приблизительно в 100 и, соответственно, светимостями приблизительно в 10 000 раз меньшими солнечной), красный карлик, черный карлик (остывшие и вследствие этого не излучающие (или слабоизлучающие) в видимом диапазоне белые карлики. Представляет собой конечную стадию эволюции белых карликов). Во вселенной есть звезды разного типа. Этапы эволюции: нормальная звезда - нейтронная звезда (нитрино – частица, которая имеет отрицательный заряд) - черная дыра.
С открытием радиотелескопа обнаружили разные типы звезд: открыли звезды квазар (квазизвездный источник радиоизлучения) космический объект большой удаленности от Солнечной системы, обладающий интенсивным радиоизлучением, источник огромной энергии которого неизвестен), пульсары (космический источник импульсного радиооптического, рентгеновского и гамма-излучения).
Модели Вселенной.
Согласно модели Ньютона, все физические явления происходят в трехмерном пространстве, которое описывается евклидовой геометрией. Как утверждал Ньютон: «Само абсолютное пространство, без учета внешних факторов, всегда остается неизменным и неподвижным… Абсолютное, истинное математическое время по своей сущности течет с постоянной скоростью, не подвергаясь внешним воздействиям».
По представлениям Ньютона, в неподвижном и неизменном пространстве двигаются материальные частицы – атомы, маленькие, твердые и неразрушимые предметы, из которых состоит вся материя.
Итак, основными постулатами модели Ньютона являются:
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 назначения).
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 большой и Вселенная в результате должна сколлапсировать.
2. Фотометрический: если существует бесконечное число небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, а этого нет.
Релятивистская модель Вселенной. Новая модель Вселенной была создана в 1917 году А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. 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 своих расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.
Объем такой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но конечным числом кубометров. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит ограниченное число звезд и звездных систем, и поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Вечность ей не присуща.
Модель расширяющейся Вселенной. В 1922 г., советский геофизик и математик А.А. Фридман на основании строгих расчетов установил, что Вселенная никак не может быть стационарной. Фридман сделал это открытие, опираясь на сформулированный им космологический принцип, строящийся на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной.
Фридман доказал, что уравнения Эйнштейна имеют решения, согласно которым Вселенная может 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.П. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий. Это было истолковано как следствие эффекта Доплера - изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. Красное смещение было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием (примерно 55 км/с на каждый миллион парсек).
В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, согласно которому Вселенная - это множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями.
Фридман предложил три модели Вселенной.
1. Вселенная расширяется медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и, в конце концов прекращалось. После этого Вселенная начинала сжиматься. В этой модели пространство искривляется, образуя сферу.
2. Вселенная расширяется бесконечно, пространство искривлено и бесконечно.
3. пространство плоское и бесконечное.
По какому из этих вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлета вещества.
Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселенной».
Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности. Такой вариант модели назван осциллирующей, или «закрытой Вселенной».
В случае, когда силы гравитации равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю.