На головну

Швидкість світла у вакуумі є величина постійна, яка не залежить від руху джерела світла або спостерігача. 1 сторінка

  1. 1 сторінка
  2. 1 сторінка
  3. 1 сторінка
  4. 1 сторінка
  5. 1 сторінка
  6. 1 сторінка
  7. 1 сторінка

Цей постулат є узагальненням експериментальних даних: при вивченні обертових систем подвійних зірок астрономи встановили, що швидкість світла, що йде до нас від обох зірок, - і від тієї, що видаляється, і від тієї, що наближається до нас - абсолютно однакова. Вона не залежить від руху джерела світла, що характерно для хвиль.

Обидва ці постулати майже в тому ж вигляді були відомі до Ейнштейна і, взяті окремо, особливого подиву не викликають. Разом же, з точки зору класичної фізики, вони здаються такими, що суперечать один одному.

Дійсно, приймаючи принцип відносності, ми як би визнаємо закон складання швидкостей. Так, швидкість візки, яка котиться по трюму вищезгаданого корабля зі швидкістю V1, Складається зі швидкістю самого корабля V0 щодо води. Те ж стосується, зрозуміло, і до всіх інших предметів в трюмі. Їх швидкості щодо корабля, як і швидкості відносно один одного, виявляються незалежними від V0. Зауважимо також, що додавання постійної величини V0 ніяк не впливає на зміну швидкості візка, тобто на її прискорення, але ж всі закони механіки записані для сил і пов'язаних з їх дією прискорень. Таким чином, вивчаючи рух візка з корабля, неможливо встановити сам факт руху корабля.

Але, згідно з другим постулату, для світла немає складання швидкостей, тому що його швидкість не залежить від руху джерела! Взагалі кажучи, ця властивість характерна для хвиль - не можна збільшити швидкість звукової хвилі, переміщаючи джерело звуку. Але звук поширюється в деякому середовищі, і за допомогою звукових хвиль можна встановити швидкість власного руху в нерухомому повітрі, порівнюючи час поширення звукового сигналу в напрямку "проти зустрічного вітру" і "за вітром". Але светоностной середовища (ефіру) немає, це доведено дотепними дослідами Майкельсона, і власну швидкість в ній за допомогою світла визначити неможливо. З парадоксальних принципів Ейнштейна слідують парадоксальні для буденної свідомості слідства.

§ Відносність одночасності.

Дві події відбуваються одночасно, якщо інформація про них (тобто світлові сигнали як найбільш швидкий спосіб сигналізації) прийшла до рівновіддаленості від місця обох подій спостерігачеві в один і той же час. Це визначення цілком природно, якщо відмовитися від нездійсненною надшвидкої сигналізації. Саме так розумів одночасність Ейнштейн. Покажемо тепер, що дві події, які для одного спостерігача відбуваються одночасно, можуть бути неодночасними для іншого.

Уявімо собі космічний корабель великої довжини, що летить з околосветовой швидкістю. На носі корабля в точці А і на кормі в точці В відбуваються сигнальні спалаху, одночасні з точки зору капітана, Що знаходиться посередині корабля. Нехай в момент, коли світло від спалахів досяг капітана, капітан разом з кораблем пролітає повз нерухомого спостерігача. До цього спостерігача світло від спалахів теж дійшов одночасно - адже він знаходиться поруч з капітаном і бачить те саме, що і той. Але, на відміну від капітана, спостерігач власне в момент спалахів знаходився не посередині між ними, а ближче до точки А: поки світло йшло до спостерігача, корабель встиг просунутися вперед. Таким чином, на шляху до спостерігача світло від точки В пройшов більшу відстань, ніж світло від точки А, а прийшли обидва сигналу одночасно. Тому, з точки зору цього спостерігача, Спалах в точці В на кормі сталася раніше!

Отже, безглуздо говорити про одночасність просторово віддалених подій, якщо не вказано, як рухається щодо них система відліку. Поняття одночасності щодо, як відносні поняття "попереду", "ззаду", "зліва" і "справа".

§ Відносність просторових інтервалів.

Лінійні розміри системи, що рухається виявляються різними для внутрішнього і зовнішнього спостерігачів: з точки зору нерухомого спостерігача, відбувається скорочення відстаней в напрямку руху системи.

Як виміряти довжину відрізка? Потрібно зафіксувати координати початку і кінця і відняти одне з іншого. Причому вимірювати координати початку і кінця відрізка потрібно одночасно. Але ми тільки що з'ясували, що поняття одночасності відносно. Вимірюючи, скажімо, довжину того ж космічного корабля, спостерігач (з точки зору пасажирів корабля) спочатку виміряє координати точки А на носі корабля, а потім - координати корми. Оскільки за час між вимірами корабель встигне просунутися кормою ближче до спостерігача, отримана в результаті довжина корабля буде менше, ніж виміряна екіпажем. Але з точки зору самого спостерігача все виміри виконані абсолютно одночасно, і геометричні розміри корабля в напрямку руху дійсно скорочуються, тобто спостережуване зменшення розміру не є оптичною ілюзією [24].

§ Відносність тимчасових інтервалів.

З точки зору рухається щодо даної системи спостерігача все інтервали часу (t'), що характеризують процеси в цій системі, збільшується порівняно з інтервалами, які спостерігаються в самій цій системі (t).

Нехай в нашій системі відліку відстань між пунктами А і В становить 100 світлових років (світловий рік - це відстань, яку промінь світла долає за земний рік). Скільки часу знадобиться космічному кораблю, що летить зі швидкістю, близькою, для цієї подорожі? Відповідь очевидна: не набагато більше 100 років, оскільки швидкість корабля трохи менше швидкості світла. Але з точки зору пасажирів корабля внаслідок відносності просторових інтервалів довжина відрізка АВ становить значно менше 100 світлових років, наприклад, 1 світловий рік. І це відстань корабель пройде, природно, за 1 рік. Таким чином, тривалість одного і того ж процесу - в даному випадку космічної подорожі - виявляється величиною відносної, що залежить від відносних швидкостей руху систем відліку. Час на даному кораблі для нас як би сповільнюється в 100 раз [25].

§ неможливість передачі сигналів і матерії зі швидкостями, що перевищують швидкість світла.

Розмістимо на нашому космічному кораблі замість лампочок двох дуелянтів: Онєгін - на носі, а Ленський - на кормі корабля. Нескладні міркування показують, що при швидкостях кулі або корабля, рівних швидкості світла, постріл Онєгіна і смерть Ленського для зовнішнього спостерігача відбудуться одночасно (тобто куля одночасно знаходиться в стовбурі пістолета Онєгіна і в грудях Ленського), а при більшій швидкості Ленський помре до пострілу! Таким чином, якщо допустити можливість руху матерії або інформації з надсвітовою швидкістю, то міркування, подібні наведеним вище, приведуть до неймовірного висновку: для деяких спостерігачів наслідок може наступити раніше причини.

Гарантувати безумовне виконання принципу причинності для всіх спостерігачів можна тільки одним способом - заборонити передачу сигналів і дій зі швидкостями, що перевищують швидкість світла. Це обмеження - ще один наслідок з постулатів спеціальної теорії відносності.

§ відносність маси тіла.

З вищесказаного випливає, що розігнати тіло до швидкості світла не вдається. Поки швидкість мала, строго дотримується другий закон Ньютона: прискорення тим більше, чим більше прикладена сила і менше маса тіла. Але в міру наближення до швидкості світла розганяти тіло стає все важче, для цього потрібна все більша сила, а ефект (прискорення) стає все менше, тобто тіло стає більш інерційним. Це означає, що у нього зростає інертна маса. Таким чином, маса теж відносна. Релятивістська маса m визначається відповідно до виразу:

m = m0 / O (1-v2/ c2).

тут m0 - маса спокою, Тобто маса, виміряна нерухомим щодо тіла спостерігачем (v= 0). З формули випливає, що, купуючи енергію руху, тіло одночасно набуває додаткової масу.

Отже, у фізиці Ейнштейна немає абсолютного математичного часу, а є незліченні для всіх рухів власні часи, виміряні нерухомим щодо годин спостерігачем, і незліченні релятивістські часи, виміряні спостерігачем, який рухається відносно годин рівномірно і прямолінійно. Подібним же чином відносними виявляються і просторові інтервали.

Простір і час виявляються існуючими лише в нерозривній єдності, взаємозв'язку один з одним. Абсолютною є саме цей взаємозв'язок, математично виражається в понятті просторово-часового інтервалу S:

S2 = l2 - c2 t2.

У кожній системі відліку довжина тіла і часовий проміжок будуть різними, а ця величина залишиться незмінною:

l2 - c2 t2 = l'2 - c2 t'2.

З останнього рівності неважко отримати знамениті формули, звані перетвореннями Лоренца. Для двох систем відліку, рівномірно рухаються один щодо одного по прямим паралельним шляхах, релятивістські тривалості явищ і поздовжні релятивістські довжини даються виразами:

t'= t / O (1-v2/ c2)

l'= l O (1-v2/ c2).

тут t'- Релятивістська тривалість, t - Власна тривалість, l'- Релятивістська довжина, l - Власна довжина, с - швидкість світла, v - Відносна швидкість систем відліку. З формул легко бачити, що релятивістські ефекти помітно проявляються лише тоді, коли відносні швидкості близькі до швидкості світла.

2. Загальна теорія відносності і неевклидова геометрії

Загальна теорія відносності, опублікована Ейнштейном в 1916 році, вразила сучасників своєю новизною і парадоксальністю ще більше, ніж спеціальна. У цій теорії Ейнштейн розширює принцип відносності, поширюючи його на неінерційні системи.

Як приклад такої системи розглянемо атракціон "Сюрприз" - гігантське колесо, швидко обертається навколо своєї осі.

нехай спостерігач A знаходиться на нерухомою осі колеса. При досить великому розмірі колеса точки на його ободі рухатимуться повз нерухомого спостерігача практично прямолінійно і, згідно спеціальної теорії відносності, відчуватимуть релятивістські ефекти (Тобто виміряні відрізки будуть скорочуватися в напрямку руху, а хід часу буде сповільнюватися в порівнянні з часом спостерігачів, які перебувають на самому обіді). До речі, в даний час точними вимірами доведено уповільнення часу на краю звичайної грамплатівки.

З іншого боку, спостерігач B, Що знаходиться на спиці колеса поруч з нерухомою віссю, не рухається відносно обода - адже спиця і обід пов'язані один з одним. Проте, цей спостерігач повинен бачити те саме, що і A, Оскільки знаходиться поруч з ним. Він теж зафіксує релятивістські ефекти, але змушений пояснити їх не великою швидкістю руху спостережуваних об'єктів (адже точки на ободі нерухомі щодо нього), а їх доцентрові прискоренням. Це прискорення створюється доцентровою силою, яка створюється спицею і весь час згортає об'єкти на обід з прямого шляху. При цьому створюється також відцентрова сила інерції (перевантаження), яка для спостерігача на обід буде відрізнити від гравітації.

З останнього прикладу можна зробити висновок:

§ в поле інерційних сил, що виникають при прискорених рухах, відбувається зміна часу і простору.

Розглядаючи поле інерційних сил, Ейнштейн звернув увагу на те, що всі процеси в космічному кораблі, що рухається під час відсутності гравітації з прискоренням, наприклад, 9.81 м / с2, Будуть протікати так само, як і на поверхні Землі, де прискорення вільного падіння, яке має ту ж величину, викликається силою тяжіння. Наприклад, траєкторія м'ячика, кинутого в цьому кораблі перпендикулярно напрямку руху, повторить траєкторію такого ж м'ячика, кинутого горизонтально над поверхнею Землі. В обох випадках траєкторії будуть однаково викривлені, але в першому випадку - через відставання інерційного м'ячика від прискореного корабля (дія сили інерції), а в другому - під впливом сили тяжіння. Це дозволило Ейнштейну сформулювати принцип еквівалентності: ніяким фізичним (в тому числі і оптичним) досвідом, проведеним в деякій системі відліку, не можна встановити, рухається ця система прямолінійно і рівноприскореному за відсутності гравітаційного поля або покоїться в гравітаційному полі. Іншими словами, в кожній точці простору дію гравітації еквівалентно дії сил інерції.

Таким чином, прискоренням можна "створити" тяжкість, тобто інерцію звести до гравітації. З іншого боку, прискорення може і "усунути" тяжкість. Наприклад, в кабіні ліфта, що вільно падає в гравітаційному полі Землі, всі предмети рухаються до Землі з тим же прискоренням, що і сам ліфт, і тому є нерухомими щодо нього. Пасажир такого ліфта не тисне на її стать, тому що і підлогу, і пасажир падають з однаковою швидкістю. В результаті пасажир і всі навколишні його предмети відчувають стан невагомості. Тобто вільне падіння в гравітаційному полі еквівалентно рівномірному і прямолінійного руху під час відсутності гравітації.

Але якщо ніякими способами неможливо відрізнити одне явище від іншого, то ці явища фізично тотожні. І якщо Ньютон не міг пояснити рівність інертної і гравітаційної мас (воно виглядало випадковим збігом), то Ейнштейн пояснив цей факт просто: це - одна і та ж маса.

Всі ці міркування привели до формулювання другого виведення загальної теорії відносності:

§ оскільки сила тяжіння не відрізняється від сили інерції, гравітаційне поле теж здатне змінювати час і простір.

Чим сильніше гравітація, тим сильніше стискається простір і сповільнюється час. Оскільки гравітаційне поле неоднорідне, то на рівні наших ніг, наприклад, всі годинники йдуть трохи повільніше, а все лінійки трохи довше, ніж на рівні голови. Змінюючи простір в кожній точці, сила тяжіння як би викривляє його. Взагалі гравітаційне поле по Ейнштейну - це кривизна простору-часу. Маси речовини здатні "викривляти світ", простір поблизу них стає неевклідовим. Ейнштейн встановив математичну залежність між метричними коефіцієнтами, що відображають кривизну простору-часу, і розподілом мас рухомих тел. В результаті створено математичну теорія тяжіння, в якій відсутнє саме поняття сили тяжіння - Її дію зведено до сил інерції тіл, що рухаються по геодезичним лініях. Поширення світла і вільні рухи фізичних тіл (тобто руху за інерцією) відбуваються по цих лініях кривизни простору. Для математичного опису кривизни використовуються складні формули, що враховують розподіл мас, енергії, імпульсу, кутового моменту, внутрішня напруга в речовині і універсальну гравітаційну постійну.

Причому хід геодезичних ліній, як показано вище, залежить від розподілу і руху мас. Таким чином, матерія вказує простору, як йому викривлятися, а простір вказує матерії, як їй рухатися.

Що ж таке "кривизна простору"?

Класична геометрія Евкліда - це геометрія плоского простору. У цій геометрії під прямий розуміють лінію, яка проходить по найкоротшому шляху між двома точками. Тобто поняття прямизни тісно пов'язане з поняттям відстані. Але відстань завжди відміряється по якійсь поверхні - реальної чи уявної в просторі. А найкоротша відстань між двома точками, проведене, наприклад, по поверхні сфери, буде не прямою лінією, а дугою.

Кривизну сфери і проведеної по ній дуги неважко визначити, поглянувши на них "з боку", тобто вийшовши з двомірної сферичної поверхні в третій вимір. Висновки про кривизну будуть в цьому випадку зроблені на основі порівняння з еталонами прямизни - наприклад, з траєкторією світлового променя. Найважче зробити той же висновок, не виходячи за межі поверхні. В цьому випадку можна вказати кілька геометричних експериментів, здатних вказати на наявність кривизни.

По перше, Це перевірка постулату Евкліда про те, що через точку можна провести тільки одну пряму, паралельну даній. Цей постулат справедливий тільки для площині: на поверхні сфери немає паралельних прямих, а на увігнутій поверхні (на кшталт сідла) їх нескінченно багато.

По-друге, Перевірка суми кутів трикутника. На відміну від плоского випадку, на сфері вона більше, а на сідлі - менше 180 градусів.

По-третє, Перевірка теореми Піфагора про рівність гіпотенузи прямокутного трикутника сумі квадратів катетів. Ця теорема теж виконується тільки на площині: на сфері квадрат гіпотенузи коротше, а на сідлі - довше, ніж сума квадратів катетів.

Все вищесказане відноситься до кривизни двовимірної поверхні. У тривимірному просторі теж можна зробити аналогічні досліди - виміряти суму кутів просторового трикутника, перевірити просторову теорему Піфагора

S2 = x2 + y2 + z2,

де x, yиz-довжини суміжних відрізків, проведених паралельно ортогональних осях координат, а S - Найкоротша відстань між кінцевими точками лінії, утвореної цими відрізками.

російський математик Н. І. Лобачевський показав геометричну можливість існування простору, в якому метричні закономірності, описані Евклидом і Піфагором, не виконуються. У такому просторі неможливо побудувати ідеальну площину або пряму - замість площин вийдуть поверхні мінімальної кривизни, а замість прямих - найліпші лінії (їх називають геодезичними). Як і в двовимірному випадку, неможливо побачити викривлення тривимірного простору, не виходячи за його межі: по геодезичним лініях поширюються світлові промені, рухаються по інерції фізичні тіла, проходять натягнуті нитки і т.д. Простір Лобачевського - гіперболічне, в ньому S22+ y2+ z2,сума кутів трикутника менше 180 градусів. У такому просторі замість площин - сідлоподібні поверхні, замість прямих - гіперболи і через точку можна провести безліч прямих, що не перетинають дану.

німецький математик Ріман запропонував еліптичнугеометричну систему, в якій S2> x2+ y2+ z2,сума кутів трикутника більше 180 градусів. В еліптичному просторі замість площин - поверхні еліпсоїдів обертання (в окремому випадку - поверхня сфери), замість прямих - дуги еліпсів. Всі геодезичні лінії в цьому просторі перетинаються, так що паралельних ліній провести не можна.

Звичайно, після цих геометричних відкриттів вченими були зроблені спроби експериментально перевірити Евклідовому нашого простору. З цією метою німецький математик Ф. Гаусс вимірював суму кутів трикутника, утвореного світловим променем, що з'єднує три альпійські гірські вершини. Точні виміри дали 180 градусів. Лобачевський вимірював кути в "космічному" трикутнику, утвореному Сириусом і діаметрально протилежними точками Земної орбіти і отримав той же результат. Однак ці отримані результати підтверджують лінійність простору тільки в малих масштабах. Крім того, з точки зору теорії відносності експеримент Лобачевського некоректний: адже кути трикутника потрібно вимірювати одночасно, А це в космічних масштабах неможливо - поки світло біжить від Землі до зірки, трикутник "розпадається". Таким чином, в астрономічних масштабах визначити кривизну простору неможливо. Тут ще раз виявляється нерозривний взаємозв'язок простору і часу.

У будь-якому випадку кривизна навколоземного простору-часу невелика. Уявлення про неї можна отримати, розтягнувши дугу висотою 5м на відстань 600000 км. Саме ця незначна неевклідової простору, створена масою Землі, і викликає спостережувані гравітаційні ефекти. Помітне ж викривлення виходить тільки для дуже великих мас або щільності - масивні зірки, "чорні діри" в космосі, Всесвіт в цілому.

висновки

§ Ейнштейн показав, що отримання інформації про лінійних розмірах і інтервалах часу в деякій системі можливо тільки з запізненням, тому що швидкість носія інформації (тобто світла) конечна, і це необхідно враховувати при визначенні розглянутих параметрів.

§ З урахуванням вищесказаного, а також виходячи з принципу відносності і постулату абсолютності швидкості світла, отримані слідства, які спростовують положення класичної фізики про інваріантності лінійних розмірів тіл і інтервалів часу в будь-якій системі відліку. Спеціальна теорія відносності стверджує відносність цих величин, а також маси для інерційних систем відліку, що рухаються з різною швидкістю.

§ Згідно з принципом еквівалентності, в кожній точці простору сили інерції і сили гравітації не відрізняються один від одного, тобто еквівалентні. Загальна теорія відносності розглядає гравітацію як прояв сил інерції в просторі, викривленому масою речовини. Таким чином, усувається необхідність в понятті "гравітаційного поля".

§ Математичний опис викривлених просторів вперше було дано в роботах Рімана і Лобачевського. Їх геометрії на поверхнях позитивної і негативної кривизни настільки ж вірні і несуперечливі, як і класична геометрія на площині, розроблена Евклидом.

§ У просторі, викривленому гравітацією, спостерігаються ті ж релятивістські ефекти, що і передбачені спеціальною теорією відносності: скорочення розмірів і уповільнення часу.

Тема 10. Космологічні моделі

Вступ

Всесвіт є найбільшою з систем, що вивчаються природознавством. Вчення про Всесвіт як єдине ціле і про Метагалактиці (тобто охопленої астрономічними спостереженнями області Всесвіту) як частини цього цілого називається космологією. Висновки космології грунтуються на законах фізики і підтверджуються даними спостережної астрономії. У сучасних космологічних теоріях органічно поєднуються концепції мікросвіту і мегамира, простору і часу, матерії та енергії, проявляючи свою глибоку взаємозв'язок, свою єдність. При цьому народження і розвиток Всесвіту розглядається наукою як синергетичний процес.

1. Розширюється всесвіт

У підставі сучасної космології лежить припущення про те, що закони природи, встановлені на основі вивчення дуже обмеженої частини Всесвіту, найчастіше на основі дослідів на планеті Земля, можна поширити на значно більші області, в кінцевому рахунку - на весь Всесвіт. Це припущення про стійкість законів природи в просторі і часі відноситься до рівня філософських підстав сучасної космології. Необхідність використання філософських передумов обумовлена ??головним чином унікальністю Всесвіту як об'єкта дослідження, а також недоступністю для прямого дослідження більшій її частині внаслідок колосальних просторово-часових масштабів.

Класична модель стаціонарної, нескінченної і однорідної Всесвіту, запропонована Ньютоном, піддавалася критиці з часу свого формування. Дійсно, нескінченна Всесвіт має нескінченну масу, що, відповідно до закону всесвітнього тяжіння, має повсюдно викликати нескінченні гравітаційні сили і відповідні прискорення. А цього, очевидно, не спостерігається (гравітаційний парадокс). Крім того, в такому Всесвіті було б нескінченне число зірок, випромінювання від яких мало б приходити до нас з усіх боків з однаковою щільністю, тобто весь небосхил повинен рівномірно світитися [26]. Цього також немає (фотометричний парадокс). Вирішення цих труднощів вимагало розробки нових, більш досконалих космологічних моделей.

Виникнення сучасної космології пов'язане зі створенням Ейнштейном релятивістської теорії тяжіння - загальної теорії відносності. З рівнянь загальної теорії відносності слід кривизна простору-часу і зв'язок кривизни з щільністю маси (енергії). Застосувавши загальну теорію відносності до Всесвіту в цілому, Ейнштейн виявив, що такого рішення рівнянь, якій би відповідала не змінюється з часом Всесвіт, не існує: вона повинна розширюватися або стискатися. Однак Ейнштейн уявляв Всесвіт як стаціонарну. Тому він ввів в отримані рівняння додаткове складова, що враховує дію деякої "негативної гравітації", що забезпечує стаціонарність Всесвіту. Ця негативна гравітація повинна була мати дивними властивостями, збільшуючи свою інтенсивність з відстанню. Отримане таким чином рішення малювала Всесвіт як стаціонарну пятимерного просторово-часову сферу, Тобто простір з замкнутими на себе в четвертому вимірі геодезичними лініями (п'ятим виміром єдиного просторово-часового континууму є час).

У 1922 році радянський математик А. А. Фрідман вперше вирішив рівняння загальної теорії відносності стосовно до всієї Всесвіту, без внесення умови стаціонарності. Виходячи з припущення про те, що з будь-якої точки і в будь-якому напрямку Всесвіт виглядає однаково (так званий космологічний постулат про однорідність і ізотропності Всесвіту) і не вдаючись до жодних інших положень, він показав, що Всесвіт не може бути статичним. Залежно від величини середньої щільності матерії у Всесвіті її еволюція може бути представлена ??однією з трьох моделей Фрідмана:

1. Якщо середня щільність матерії-енергії у Всесвіті ? менше деякого критичного значення ?кр, То Всесвіт нескінченний; відстані між скупченнями галактик згодом необмежено зростають, тому що простір розширюється з плином часу. Це так звана відкрита модель. У відкритій моделі кривизна тривимірного простору негативною (геометрія Лобачевського).

2. При ?=?кр також реалізується відкрита модель в просторі, властивості якого описуються геометрією Евкліда. Всесвіт розширюється, і це розширення сповільнюється з плином часу.

3. Якщо ?<?кр, То реалізується замкнута модель. Всесвіт пульсує, тобто цикли стиснення і розширення чергуються через великі проміжки часу. Кривизна простору позитивна (геометрія Рімана), Всесвіт кінцева, але так само безмежна, як і у відкритій моделі.

Отримані Фрідманом рівняння лежать в основі сучасної космології. Експериментальне підтвердження висновки Фрідмана отримали в 1929 році, коли американський астроном Е. Хаббл виявив ефект червоного зсуву. Ефект полягає в зміщенні ліній водню в спектрах галактик в сторону червоної частини спектра в порівнянні з лініями еталонних спектрів. Зсув ліній Хаббл пояснив ефектом Доплера, тобто збільшенням довжин хвиль ліній в спектрі удаляющегося джерела. Звідси випливав висновок: "далекі галактики відходять у вічність зі швидкістю, пропорційної віддаленості від нас. Чим далі галактика, тим більше її швидкість" (коефіцієнт пропорційності отримав назву параметра Хаббла). Відкриття ефекту червоного зсуву і розбігання галактик лежить в основі концепції розширення Всесвіту.

Відповідно до сучасних космологічними концепціями, Всесвіт розширюється, але центр розширення відсутня: з точки Всесвіту картина розширення буде представлятися тієї ж самої, а саме, все галактики будуть мати червоне зміщення, пропорційне відстані до них. Саме простір як би роздувається. Як ілюстрацію цього процесу зазвичай призводять повітряну кульку: якщо на ньому намалювати скупчення галактик і почав надувати його, то відстані між ними будуть зростати, причому тим швидше, чим далі вони розташовані один від одного. Різниця лише в тому, що намальовані кульці скупчення галактик і самі збільшуються в розмірах, реальні ж зоряні системи всюди у Всесвіті зберігають свій обсяг через сил гравітації.

На підставі наявних наглядових даних важко зробити вибір між відкритою та замкнутої моделями Фрідмана. Адже можливості прямого виміру кривизни простору в космічних масштабах обмежуються теорією відносності (див. Раніше), а зробити вибір на основі величини ?кр заважає її невизначеність. Причин тому кілька, і одна з них - наявність прихованої маси, тобто невидимого речовини, яке проявляє себе тільки взаємодією з видимим за допомогою сил тяжіння [27]. Сьогодні астрономи впевнені в тому, що Всесвіт в основному заповнена невидимою речовиною, хоча питання про природу прихованої маси далекий від вирішення.

З трьох космологічних моделей найменш вірогідною до останнього часу вважалася друга, з нульовою кривизною простору - адже для її реалізації потрібне строге рівність ?=?кр. До того ж астрофізичні спостереження, проведені до 1998 року, говорили про те, що щільність становить лише третину від критичного значення. Але новітні відкриття спостережної астрономії призводять висновку, що прихованою масою-енергією володіє вакуум, що і дає відсутні до критичної позначки дві третини. До того ж останні дослідження реліктового випромінювання говорять на користь плоскої геометрії.



КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 8 сторінка | Швидкість світла у вакуумі є величина постійна, яка не залежить від руху джерела світла або спостерігача. 2 сторінка

Рекомендації з вивчення теми | Рекомендації з вивчення теми | BIAGFIAFCIHDAF. | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 1 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 2 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 3 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 4 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 5 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 6 сторінка | КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 7 сторінка |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати