Доклад: Геоцентрическая модель Птолемея

1. Центром мироздания является Земля.
2. Пространство Вселенной конечно и ограничено сферой удаленных неподвижных звезд.
3. Вселенная – совершенной творение Бога и неизменная в своих основных чертах (стационарна).

Гелиоцентрическая модель Н. Коперника:

1. В центре мира находится Солнце.
2. Вселенная бесконечна.
3. Вселенная стационарна.

Модель Вселенной И.Ньютона (классическая ньютоновская космология) – теория стационарного состояния Вселенной – Вселенная почти всегда была такой же, как сейчас

1. Вселенная – всесуществующая, это «мир в целом». Космология познает мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.
2. Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов (материи и движения). Пространство подчиняется евклидовой геометрии, в которой кратчайшими расстояниями между двумя точками являются отрезки прямых линий.
3. Пространство и время метрически бесконечны.
4. Пространство и время однородны и изотропны.
5. Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменятся могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

Модель Вселенной А. Эйнштейна – модель однородной изотропной стационарной Вселенной

1. Метрика пространства и времени согласно общей теории относительности определяется распределением гравитационных масс во Вселенной.
2. Свойства Вселенной как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретными физическими факторами.
3. Мировой пространство однородно и изотропно (свойства Вселенной одинаковы во всех направлениях).
4. Материя в целом распределена во Вселенной равномерно.
5. Гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием.
6. Метрика пространства рассматривается как независимая от времени, поэтому Вселенная стационарна.
7. Время существования Вселенной безгранично, т.е. она не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.

Итак, Вселенная в модели А.Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична в пространстве. Ее можно представить как сферу, обладающую постоянным радиусом кривизны.

Модель Вселенной А.А. Фридмана – модель расширяющейся Вселенной (1922 г.)

1. Отброшен постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получено решение уравнений Эйнштейна, описывающее Вселенную с «расширяющимся» пространством.
2. Решение уравнений Фридмана допускает три возможности:

— если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается неевклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния.

— если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского * и также неограниченно расширяется.

— если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым **, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.

Поскольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.

* через точку вне прямой можно провести бесчисленное множество прямых, параллельных данной (постулат Лобачевского).

** точку вне прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной (постулат Римана).

В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал «расширение» пространства с данными астрономических наблюдений. он ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва. Согласно теоретическим расчетам Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва.

В 1929 г. американский астроном Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, — система галактик расширяется.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом, однако однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели в настоящее время не представляется возможным.

Модель горячей Вселенной Г.А. Гамова – космология Большого взрыва

1. Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной в 13 – 20 млрд. лет. Температура вещества была великаи падала с расширением Вселенной.
2. Согласно расчетам, Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходе которых происходит образование химических элементов и структур.

Для наглядности начальную стадию эволюции Вселенной делят на «эры»:

Ø Эра адронов (тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия): продолжительность эры – 0,0001 с, температура 1012 К, плотность 1014 г / см 3 . В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц., но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов.

Ø Эра лептонов (легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие): продолжительность эры – 10 с, температура 1010 К, плотность 104 г / см 3 . Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами.

Ø Фотонная эра: продолжительность эры – 1 млн. лет, температура 1010 К в начале эры и 3000 К – в конце эры, плотность 104 г / см 3 в начале и 10 -21 г/ см3 в конце. Основная доля массы-энергии Вселенной приходится на фотоны. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества.

Ø Звездная эра наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. Начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.

Ø Затем начинается образование структуры Метагалактики.