Цикл "Космологические модели". Часть 2. Как Вечность сменилась движением?

Предыдущая часть цикла здесь (там про расширение Вселенной). Так же мы затрагивали вопрос про рождение Вселенной.

Давайте в этой части разберемся с тем, как теория Большого Взрыва оказалась более жизнеспособной по сравнению с теорией Стационарной Вселенной.

Прежде всего нужно ввести одно понятие.

Космологический принцип

Вообще это аксиома при построении теорий о происхождении и развитии Вселенной. Он несложен и напрашивается сам собой. И сформулирован он просто: "Глобальные характеристики Вселенной не зависят от точки с которой ведется наблюдение". Проще говоря не важно, откуда и куда вы смотрите, общие принципы Вселенной должны сохранятся.

Стационарная модель Вселенной

Нет, больница тут не причем. Начнем с более ранней модели, которую пытался описать Эйнштейн, а доработана она была сэром Фредом Хойлом, называется она - "Стационарная модель Вселенной". В общем смысле её положения звучат так:

1. Вселенная существовала и будет существовать вечно.
2. Вселенная расширяется за счет появления новой материи. (Да,да из пустоты. В этом смысле Теория Большого Взрыва, тоже звучит неполно).
3. Стационарная Вселенная остается в одном и том же состоянии. Значит не будет никакого конца Вселенной, и нынешнее состояние будет сохранятся вечно.

Звучит как идеи какой-то злой империи...

Сама концепция была популярная аж до 50-х годов 20-ого века. На то были основания, а именно:

• Уравнения Общей теории относительности Эйнштейна имели стационарные решения, то есть были одинаковы при одинаковы условиях.
• Космологический принцип не нарушался.
• Проводились эксперименты по созданию материи.
• Закон Хаббла не нарушался.

Но научное сообщество поддерживало, еще и идею Большого взрыва, то есть теории не появились друг за другом, а были конкурентами.

Иллюстрация того, как расширяется Стационарная Вселенная. Спойлер - это не так работает.

Что же происходило с теорией Большого Взрыва?

В 1920 году Фридман (петербуржец кстати), допустил, что уравнения Общей Теории Относительности решаются динамично, то есть у вселенной не статичный радиус (а это за 15 лет до Хаббла). И сумел , выдвинуть теорию о том, что Вселенная имела начальную точку отсчета. И сделать очень важное предположение о том, что пространство не имеет ограничений, а вот сама Вселенная имеет какой-то растущий радиус.

Взрыв сингулярности. Почему-то она мне напоминает пространственный прыжок из Звездных войн -_-.

Дальше эту теорию дорабатывали Леметр, Робертсон и Уокер . И вся теория свелась к трем возможным теориям возможного развития Вселенной. Давайте посмотрим на них поближе:

1. Расширение происходит настолько медленно, что гравитация в конечном итоге галактики отдалившись на какое-то расстояние, начнут сближаться и Вселенная начнёт сжиматься обратно в Сингулярность (очень интересные выводы на основе этой модели, сделает Теория Струн. Мы с ней еще разберемся в следующих частях, не пропусти).
2. Расширение происходит быстрее, чем действует гравитация, и на определенном пределе, расширение уже невозможно будет остановить, это событие и называется тепловая смерть Вселенной (потому что она остынет, в связи с такими событиями).
3. Расширение происходит только для того, чтобы Вселенная не сколлапсировала обратно в Сингулярность или в пустое пространство. В общем смысле все находится в динамическом равновесии.

Эти три модели до сих пор объект активных дискуссий среди астрофизиков и отличная почва для научной фантастики.

Фред Хойл придумал термин Большой Взрыв, дабы посмеяться над учеными вроде Фридмана, но название закрепилось.

Когда понял, что шутка вышла из под контроля. Это сэр Фред Хойл.

И продолжалось соперничество двух теорий, но у теории Стационарной Вселенной что-то пошло не так...

Во-первых, никак не получалось синтезировать материю в лабораторных условиях, это значило, что вся материя появилась в момент взрыва сингулярности.

Во-вторых, Леметр смог сопоставить данные уравнений Фридмана с ядерными реакциями в первые секунды зарождения Вселенной. И получалась весьма убедительная модель горячей Вселенной (уточнение для модели большого взрыва). Дальнейшие проверки смогли дополнить картину развития Вселенной до её нынешнего состояния.

Наконец, "убийцей" стационарной модели Вселенной можно считать открытие реликтового излучения. Излучения, оставшееся с еще первых реакций водорода, происходивших почти сразу после Взрыва.

Ныне у стационарной Вселенной практически нет сторонников. Саму модель Большого взрыва назвали в честь её создателей модель Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера (хоть и для этого потребовалось 30 лет, что поделать ученым свойственно долго сомневаться). Но это еще ранняя нестационарная космологическая модель, которая не отвечает на вопросы: "Почему Вселенная расширяется? Как произошло появление вещества? ". С этим мы будем разбираться в следующей части.

Спасибо за внимание! Подписывайся, оценивай, пиши.