Die Konzepte "Universum" und "Metagalaxie" sind sehr naheliegende Konzepte: Sie charakterisieren dasselbe Objekt, jedoch in unterschiedlichen Aspekten. Der Begriff "Universum" bezieht sich auf die gesamte existierende materielle Welt; das Konzept der "Metagalaxie" ist dieselbe Welt, aber vom Standpunkt ihrer Struktur aus - als geordnetes System von Galaxien.

In der klassischen Wissenschaft gab es die sogenannte Theorie des stationären Zustands des Universums, nach der das Universum immer fast so war, wie es jetzt ist. Die Astronomie war statisch: Die Bewegungen von Planeten und Kometen wurden untersucht, Sterne wurden beschrieben, ihre Klassifikationen erstellt, was natürlich sehr wichtig war. Aber die Frage nach der Entwicklung des Universums wurde nicht gestellt.

In diesem Testarbeit die Hauptsache kosmologische Modelle Das Universum.

1.1 Moderne kosmologische Modelle des Universums: A. Einsteins Modell, A.A. Friedman

Moderne kosmologische Modelle des Universums basieren auf der Allgemeinen Relativitätstheorie von A. Einstein, nach der die Metrik von Raum und Zeit durch die Verteilung der Gravitationsmassen im Universum bestimmt wird. Seine Gesamteigenschaften werden durch die durchschnittliche Dichte der Materie und andere spezifische physikalische Faktoren bestimmt.

Einsteins Gravitationsgleichung hat nicht eine, sondern viele Lösungen, was das Vorhandensein vieler kosmologischer Modelle des Universums erklärt. Das erste Modell wurde 1917 von A. Einstein selbst entwickelt. Er lehnte die Postulate der Newtonschen Kosmologie über die Absolutheit und Unendlichkeit von Raum und Zeit ab. Nach A. Einsteins kosmologischem Modell des Universums ist der Weltraum homogen und isotrop, Materie ist darin im Mittel gleichmäßig verteilt, die Anziehungskraft der Massen wird durch die universelle kosmologische Abstoßung kompensiert.

Die Existenzzeit des Universums ist unendlich, das heißt, es hat weder Anfang noch Ende, und der Raum ist unendlich, aber natürlich.

Das Universum in A. Einsteins kosmologischem Modell ist stationär, zeitlich unendlich und räumlich unbegrenzt.

Im Jahr 1922 lehnte der russische Mathematiker und Geophysiker A. A. Fridman das Postulat der klassischen Kosmologie von der Stationarität des Universums ab und fand eine Lösung der Einstein-Gleichung, die das Universum mit "ausdehnendem" Raum beschreibt.

Das Verhältnis der durchschnittlichen Dichte des Universums zur kritischen wird bezeichnet mit

Es gibt drei kosmologische Modelle, je nach ihrem Schöpfer namens Friedman. Diese Modelle berücksichtigen nicht die Vakuumenergie (kosmologische Konstante).

Ich Friedman-Modell,. Die Expansion des Universums wird ewig dauern, und die Geschwindigkeiten der Galaxien werden nie gegen Null gehen. Der Raum in einem solchen Modell ist unendlich, weist eine negative Krümmung auf und wird durch die Geometrie von Lobatschewski beschrieben. Durch jeden Punkt eines solchen Raums können Sie eine unendliche Reihe von Geraden parallel zu einem bestimmten zeichnen, die Summe der Winkel des Dreiecks beträgt weniger als 180 °, das Verhältnis von Umfang zu Radius ist größer als 2π.

II Friedman-Modell,. Die Expansion des Universums wird ewig sein, aber im Unendlichen wird seine Geschwindigkeit gegen Null gehen. Der Raum in einem solchen Modell ist unendlich, flach, beschrieben durch die Geometrie von Euklid.

III Friedman-Modell,. Die Expansion des Universums wird durch Kontraktion, Kollaps ersetzt und endet damit, dass das Universum zu einem einzigen Punkt zusammenschrumpft (Big Crunch). Der Raum in einem solchen Modell ist endlich, hat eine positive Krümmung, hat die Form einer dreidimensionalen Hypersphäre und wird durch die sphärische Geometrie von Riemann beschrieben. In einem solchen Raum gibt es keine parallelen Geraden, die Summe der Winkel des Dreiecks beträgt mehr als 180 °, das Verhältnis von Umfang zu Radius beträgt weniger als 2π. Die Gesamtmasse eines solchen Universums ist null.

Nach modernen Daten .

1.2 Alternative kosmologische Modelle des Universums

außer Standardmodell Beim Urknall gibt es prinzipiell alternative kosmologische Modelle:

1. Das bezüglich Materie und Antimaterie symmetrische Modell geht davon aus, dass diese beiden Arten von Materie im Universum gleichermaßen vorhanden sind. Obwohl es offensichtlich ist, dass unsere Galaxie praktisch keine Antimaterie enthält, könnten benachbarte Sternsysteme durchaus daraus bestehen; in diesem Fall wäre ihre Strahlung genau die gleiche wie bei normalen Galaxien. In früheren Expansionsepochen jedoch, als Materie und Antimaterie in engerem Kontakt standen, hätte ihre Vernichtung starke Gammastrahlen erzeugen müssen. Beobachtungen erkennen es nicht, was ein symmetrisches Modell unwahrscheinlich macht.

2. Das Modell des kalten Urknalls geht davon aus, dass die Expansion beim absoluten Nullpunkt begann. Zwar muss in diesem Fall auch eine Kernfusion stattfinden und die Substanz aufheizen, aber die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung kann nicht mehr direkt mit dem Urknall in Verbindung gebracht werden, sondern muss auf andere Weise erklärt werden. Diese Theorie ist attraktiv, weil die Materie darin einer Fragmentierung unterliegt, die notwendig ist, um die großräumige Inhomogenität des Universums zu erklären.

3. Das stationäre kosmologische Modell geht von der kontinuierlichen Entstehung von Materie aus. Die grundlegende Prämisse dieser Theorie, bekannt als das Ideale kosmologische Prinzip, besagt, dass das Universum immer so war und bleiben wird, wie es heute ist. Beobachtungen widerlegen dies.

4. Es werden modifizierte Versionen von Einsteins Gravitationstheorie betrachtet. Zum Beispiel stimmt die Theorie von K. Bruns und R. Dicke aus Princeton im Allgemeinen mit Beobachtungen innerhalb Sonnensystem... Das Brans-Dicke-Modell sowie das radikalere Hoyle-Modell, bei dem sich einige fundamentale Konstanten im Laufe der Zeit ändern, haben in unserer Zeit fast dieselben kosmologischen Parameter wie das Urknall-Modell.

5. 1927 verband der belgische Abt und Wissenschaftler J. Lemaitre die "Ausdehnung" des Weltraums mit den Daten astronomischer Beobachtungen. Lemaitre führte das Konzept des Beginns des Universums als Singularität (d. h. eines superdichten Zustands) und die Geburt des Universums als Urknall ein. Auf der Grundlage der modifizierten Einstein-Theorie baute J. Lemaitre 1925 ein kosmologisches Modell, das Urknall mit einer langen Ruhephase, in der sich Galaxien bilden könnten. Einstein interessierte sich für diese Gelegenheit, sein bevorzugtes kosmologisches Modell eines statischen Universums zu untermauern, aber als die Expansion des Universums entdeckt wurde, gab er es öffentlich auf.

ΛCDM (sprich "Lambda-CDiM") - kurz für Lambda-Cold Dark Matter, das moderne kosmologische Standardmodell, bei dem das räumlich flache Universum neben gewöhnlicher baryonischer Materie mit dunkler Energie (beschrieben durch die kosmologische Konstante Λ in Einsteins Gleichungen) und kalte dunkle Materie (englisch Cold Dark Matter). Nach diesem Modell beträgt das Alter des Universums Milliarden von Jahren.

Da die durchschnittliche Dichte der Materie im Universum unbekannt ist, wissen wir heute nicht, in welchem ​​dieser Räume des Universums wir leben.

Im Jahr 1929 entdeckte der amerikanische Astronom E.P. Hubble die Existenz einer seltsamen Beziehung zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit von Galaxien: Alle Galaxien entfernen sich von uns und mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Entfernung zunimmt - das Galaxiensystem dehnt sich aus.

Die Ausdehnung des Universums gilt als wissenschaftlich belegte Tatsache. Nach theoretischen Berechnungen von J. Lemaitre betrug der Radius des Universums in seinem ursprünglichen Zustand 10-12 cm, was dem Radius eines Elektrons nahe kommt, und seine Dichte betrug 1096 g / cm3. In einem singulären Zustand war das Universum ein Mikroobjekt von vernachlässigbarer Größe. Ausgehend vom ursprünglichen singulären Zustand expandierte das Universum infolge des Urknalls weiter.

Retrospektive Berechnungen bestimmen das Alter des Universums auf 13-20 Milliarden Jahre. GA Gamov vermutete, dass die Temperatur der Materie hoch war und mit der Expansion des Universums sank. Seine Berechnungen zeigten, dass das Universum in seiner Entwicklung bestimmte Stadien durchläuft, in denen die Bildung chemischer Elemente und Strukturen stattfindet. In der modernen Kosmologie wird der Klarheit halber das Anfangsstadium der Evolution des Universums in "Epochen" unterteilt.

Bei der Beurteilung der Unermesslichkeit des Universums stellt sich immer die klassische philosophische Frage: Ist das Universum endlich oder unendlich? Der Begriff der Unendlichkeit wird hauptsächlich von Mathematikern und Philosophen verwendet. Experimentalphysiker, die sich mit experimentellen Methoden und Messtechniken auskennen, erhalten immer die Endwerte der Messgrößen. Die enorme Bedeutung der Wissenschaft und vor allem moderne Physik liegt darin, dass mittlerweile viele quantitative Eigenschaften von Objekten nicht nur des Makro- und Mikrokosmos, sondern auch der Megawelt gewonnen wurden.

Die räumlichen Maßstäbe unseres Universums und die Abmessungen der wichtigsten materiellen Formationen, einschließlich der Mikroobjekte, können aus der folgenden Tabelle dargestellt werden, in der die Abmessungen in Metern angegeben sind (der Einfachheit halber sind nur Zahlenreihenfolgen angegeben, d Zahlen innerhalb einer Größenordnung):

Kosmologischer Horizontradius

oder das Universum sehen wir 10 26

Der Durchmesser unserer Galaxie beträgt 10 21

Entfernung von der Erde zur Sonne 10 11

Durchmesser der Sonne 10 9

Personengröße 10 0

Sichtbares Licht Wellenlänge 10 -6 - 10 -8

Virusgröße 10 -6 -10 -8

Wasserstoffatomdurchmesser 10 -10

Atomkerndurchmesser 10 -15

Mindestabstand,

heute verfügbar zu unseren Maßen 10 -18

Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass das Verhältnis der größten zur kleinsten verfügbaren Größe für das heutige Experiment 44 Größenordnungen beträgt. Mit der Entwicklung der Wissenschaft hat diese Einstellung ständig zugenommen und wird weiter wachsen, wenn neues Wissen über die Welt um uns herum angesammelt wird. Denn „unsere Welt ist nur eine Schule, in der wir lernen lernen“, sagte der französische humanistische Philosoph Michel Montaigne (1533-1592).

Strukturalität ist dem Universum auf verschiedenen Ebenen inhärent, von herkömmlichen Elementarteilchen bis hin zu riesigen Superhaufen von Galaxien. Die moderne Struktur des Universums ist das Ergebnis der kosmischen Evolution, bei der Galaxien aus Protogalaxien, Sterne aus Protosternen und Planeten aus einer protoplanetaren Wolke entstanden sind.

1.3 Heißexplosionsmodell

Nach dem kosmologischen Modell von Friedmann-Lemaitre entstand das Universum zum Zeitpunkt des Urknalls - vor etwa 20 Milliarden Jahren, und seine Expansion setzt sich bis heute fort und verlangsamt sich allmählich. Im ersten Moment der Explosion hatte die Materie des Universums unendliche Dichte und Temperatur; dieser Zustand wird Singularität genannt. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitation keine reale Kraft, sondern eine Krümmung der Raumzeit: Je größer die Dichte der Materie, desto stärker die Krümmung. Im Moment der anfänglichen Singularität war auch die Krümmung unendlich. Man kann die unendliche Krümmung der Raumzeit mit anderen Worten ausdrücken, indem man sagt, dass im ersten Moment überall im Universum Materie und Raum gleichzeitig explodierten. Wenn das Raumvolumen des expandierenden Universums zunimmt, nimmt die Dichte der Materie darin ab.

S. Hawking und R. Penrose bewiesen, dass es in der Vergangenheit sicherlich einen singulären Zustand gab, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie auf die Beschreibung physikalischer Prozesse im sehr frühen Universum anwendbar ist. Um eine katastrophale Singularität in der Vergangenheit zu vermeiden, ist es notwendig, die Physik erheblich zu verändern, indem man beispielsweise die Möglichkeit einer spontanen kontinuierlichen Entstehung von Materie wie in der Theorie eines stationären Universums annimmt. Aber astronomische Beobachtungen liefern dafür keine Grundlage. Je früher Ereignisse wir betrachten, desto kleiner war ihr räumlicher Maßstab; Nähert man sich dem Beginn der Expansion, zieht sich der Horizont des Beobachters zusammen (Abb. 1).

Reis. 1. Illustration von Urknallmodellen

In den allerersten Momenten ist der Maßstab so klein, dass wir nicht mehr das Recht haben, die Allgemeine Relativitätstheorie anzuwenden: Um Phänomene auf einem so kleinen Maßstab zu beschreiben, braucht es die Quantenmechanik. Aber die Quantentheorie der Gravitation existiert noch nicht, daher weiß niemand, wie sich die Ereignisse bis zum Moment 10-43 s, der sogenannten Planck-Zeit (zu Ehren des Vaters der Quantentheorie), entwickelt haben. In diesem Moment erreichte die Dichte der Materie einen unglaublichen Wert von 1090 kg / cm 3 , der nicht nur mit der Dichte der uns umgebenden Körper (weniger als 10 g / cm 3), sondern sogar mit der Dichte der Atomkern (ca. 1012 kg / cm 3) - die höchste im Labor verfügbare Dichte. Daher ist für die moderne Physik der Beginn der Expansion des Universums die Planck-Zeit.

Es gibt drei Haupttypen von Big Bang-Modellen: das offene Standardmodell, das geschlossene Standardmodell und das Lemaitre-Modell. Die Zeit wird horizontal aufgetragen, während die vertikale der Abstand zwischen zwei Galaxien ist, die ausreichend voneinander entfernt sind (um ihre Wechselwirkung auszuschließen). Der Kreis markiert unsere Zeit. Wenn sich das Universum immer mit der aktuellen Geschwindigkeit ausdehnt, die durch die Hubble-Konstante H ausgedrückt wird, dann würde es vor etwa 20 Milliarden Jahren beginnen und wie durch die diagonale gestrichelte Linie gezeigt fortschreiten. Verlangsamt sich die Expansion, wie in einem offenen Modell einer räumlich unbegrenzten Welt oder in einem geschlossenen Modell einer begrenzten Welt, dann beträgt das Alter des Universums weniger als 1 / H. Das geschlossene Modell hat das geringste Alter, dessen Expansion sich schnell verlangsamt und der Kompression weicht. Das Modell von Lemaitre beschreibt ein Universum, das deutlich älter als 1 / H ist, da es in seiner Geschichte einen langen Zeitraum gibt, in dem es fast keine Expansion gab. Das Lemaitre-Modell und das offene Modell beschreiben ein Universum, das sich immer ausdehnt.

Unter solchen Bedingungen von unvorstellbar hoher Temperatur und Dichte fand die Geburt des Universums statt. Darüber hinaus könnte es eine Geburt im wörtlichen Sinne sein: Einige Kosmologen (z. B. Ya B Zeldovich in der UdSSR und L. Parker in den USA) glaubten, dass Teilchen und Gammaphotonen in dieser Zeit durch das Gravitationsfeld geboren wurden. Aus physikalischer Sicht könnte dieser Vorgang ablaufen, wenn die Singularität anisotrop wäre, d.h. das Gravitationsfeld war inhomogen. In diesem Fall könnten die Gravitationskräfte der Gezeiten reale Teilchen aus dem Vakuum „ziehen“ und so die Substanz des Universums erschaffen. Wenn wir die Prozesse untersuchen, die unmittelbar nach dem Urknall stattfanden, verstehen wir, dass unsere physikalischen Theorien noch sehr unvollkommen sind. Die thermische Entwicklung des frühen Universums hängt von der Produktion massiver Elementarteilchen ab - Hadronen, über die die Kernphysik noch wenig weiß. Viele dieser Teilchen sind instabil und kurzlebig.

Der Schweizer Physiker R. Hagedorn glaubt, dass es sehr viele Hadronen mit zunehmender Masse geben könnte, die bei einer Temperatur in der Größenordnung von 10 12 K im Überfluss gebildet werden könnten, wenn die gigantische Strahlungsdichte zur Bildung von Hadronenpaaren führte, die aus ein Teilchen und ein Antiteilchen. Dieser Prozess müsste den Temperaturanstieg in der Vergangenheit begrenzen. Nach einem anderen Gesichtspunkt ist die Zahl der Arten massiver Elementarteilchen begrenzt, so dass Temperatur und Dichte während der Hadronenzeit unendliche Werte erreichen mussten. Im Prinzip ließe sich dies verifizieren: Wären die konstituierenden Hadronen – Quarks – stabile Teilchen, dann müsste eine gewisse Anzahl von Quarks und Antiquarks aus dieser heißen Ära überlebt haben. Aber die Suche nach Quarks war vergeblich; sie sind höchstwahrscheinlich instabil.

Nach der ersten Millisekunde der Expansion des Universums spielte die starke (Kern-)Wechselwirkung dabei keine entscheidende Rolle: Die Temperatur sank so stark, dass Atomkerne nicht mehr zerstört wurden. Weitere physikalische Prozesse wurden durch die schwache Wechselwirkung bestimmt, die für die Produktion von Lichtteilchen verantwortlich ist - Leptonen (also Elektronen, Positronen, Mesonen und Neutrinos) unter der Einwirkung Wärmestrahlung... Als im Zuge der Expansion die Strahlungstemperatur auf etwa 10 10 K absinkte, wurden keine Leptonenpaare mehr erzeugt, fast alle Positronen und Elektronen vernichtet; aus der vorigen Epoche waren nur Neutrinos und Antineutrinos, Photonen und einige wenige Protonen und Neutronen erhalten. Damit endete die Leptonen-Ära. Die nächste Expansionsphase – das Photonenzeitalter – ist durch die absolute Dominanz der Wärmestrahlung gekennzeichnet. Auf jedes verbleibende Proton oder Elektron kommen eine Milliarde Photonen. Zuerst waren dies Gamma-Quanten, aber als sich das Universum ausdehnte, verloren sie Energie und wurden zu Röntgen-, Ultraviolett-, optischen, Infrarot- und schließlich zu Radioquanten, die wir als Schwarzkörper-Hintergrund-(Relikt-)Radioemission betrachten .

1.4 Ungelöste Probleme der Urknall-Kosmologie

Es gibt 4 Probleme, mit denen das kosmologische Modell des Urknalls jetzt konfrontiert ist.

1. Das Problem der Singularität: Viele Menschen bezweifeln die Anwendbarkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie, die eine Singularität in der Vergangenheit ergibt. Alternative kosmologische Theorien frei von Singularitäten werden vorgeschlagen.

2. Eng verbunden mit der Singularität ist das Problem der Isotropie des Universums. Es erscheint seltsam, dass sich die Expansion, die mit einem singulären Zustand begann, als so isotrop herausstellte. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die anfänglich anisotrope Expansion unter Einwirkung dissipativer Kräfte allmählich isotrop wurde.

3. Auf den größten Skalen homogen, auf kleineren Skalen ist das Universum sehr heterogen (Galaxien, Galaxienhaufen). Es ist schwer zu verstehen, wie die Schwerkraft allein eine solche Struktur erzeugt haben könnte. Kosmologen untersuchen daher die Möglichkeiten inhomogener Urknallmodelle.

4. Abschließend kann man sich fragen, wie sieht die Zukunft des Universums aus? Um dies zu beantworten, müssen Sie die durchschnittliche Dichte der Materie im Universum kennen. Überschreitet er einen bestimmten kritischen Wert, dann ist die Geometrie der Raumzeit geschlossen, und das Universum wird in Zukunft sicherlich schrumpfen. Das geschlossene Universum hat keine Grenzen, aber sein Volumen ist endlich. Wenn die Dichte unter dem kritischen Wert liegt, ist das Universum offen und wird sich für immer ausdehnen. Das offene Universum ist unendlich und hat am Anfang nur eine Singularität. Bisher stimmen die Beobachtungen besser mit dem Modell des offenen Universums überein. Der Ursprung der großräumigen Struktur. Kosmologen haben zwei gegensätzliche Ansichten zu diesem Problem. Am radikalsten ist, dass am Anfang Chaos war. Die Expansion des frühen Universums war extrem anisotrop und inhomogen, aber dann glätteten dissipative Prozesse die Anisotropie und brachten die Expansion näher an das Friedmann-Lemaitre-Modell. Das Schicksal der Inhomogenitäten ist sehr kurios: Wenn ihre Amplitude groß war, mussten sie zwangsläufig in Schwarze Löcher mit einer durch den aktuellen Horizont bestimmten Masse kollabieren. Ihre Entstehung könnte bereits in der Planck-Zeit beginnen, so dass das Universum viele kleine Schwarze Löcher mit Massen von bis zu 10-5 g haben könnte, S. Hawking zeigte jedoch, dass "Mini-Löcher" beim Strahlen ihre Masse verlieren sollten, und vor unserer Epoche konnten nur Schwarze Löcher mit Massen von mehr als 10 16 g überleben, was der Masse eines kleinen Berges entspricht.

Primäres Chaos kann Störungen jeder Größenordnung und Amplitude enthalten; die größte davon in Form von Schallwellen könnte von der Ära des frühen Universums bis zur Ära der Strahlung überlebt haben, als die Materie noch heiß genug war, um Strahlung auszusenden, zu absorbieren und zu streuen. Aber mit dem Ende dieser Ära rekombinierte das abgekühlte Plasma und hörte auf, mit Strahlung zu interagieren. Der Druck und die Schallgeschwindigkeit im Gas sanken, wodurch sich die Schallwellen in Stoßwellen verwandelten, das Gas komprimierte und zu Galaxien und Haufen kollabierte. Je nach Art der Ausgangswellen prognostizieren die Berechnungen ein ganz anderes Bild, das nicht immer dem beobachteten entspricht. Die Wahl zwischen Möglichkeiten kosmologischen Modellen ist eine philosophische Idee wichtig, das sogenannte anthropische Prinzip: Das Universum sollte von Anfang an solche Eigenschaften haben, die es Galaxien, Sternen, Planeten und intelligentem Leben ermöglichten, sich darin zu bilden. Sonst gäbe es niemanden, der sich mit Kosmologie beschäftigt. Eine alternative Sichtweise ist, dass man über die ursprüngliche Struktur des Universums nichts mehr erfahren kann als das, was Beobachtungen ergeben. Nach diesem konservativen Ansatz kann das junge Universum nicht als chaotisch angesehen werden, da es jetzt sehr isotrop und homogen ist. Die Abweichungen von der Uniformität, die wir in Form von Galaxien beobachten, könnten unter dem Einfluss der Schwerkraft aus kleinen anfänglichen Dichteunregelmäßigkeiten gewachsen sein. Studien über die großräumige Verteilung von Galaxien (hauptsächlich von J. Peebles in Princeton) scheinen diese Idee jedoch nicht zu unterstützen. Eine weitere interessante Möglichkeit ist, dass Cluster von Schwarzen Löchern, die in der hadronischen Ära geboren wurden, die anfänglichen Fluktuationen für die Bildung von Galaxien gewesen sein könnten. Ist das Universum offen oder geschlossen? Die nächsten Galaxien entfernen sich mit einer Geschwindigkeit von uns, proportional zum Abstand; aber die weiter entfernten folgen dieser Abhängigkeit nicht: Ihre Bewegung zeigt an, dass sich die Expansion des Universums mit der Zeit verlangsamt. In einem geschlossenen Modell des Universums unter Einwirkung der Schwerkraft stoppt die Expansion zu einem bestimmten Zeitpunkt und wird durch eine Kontraktion ersetzt (Abb. 2), aber Beobachtungen zeigen, dass die Abbremsung von Galaxien immer noch nicht so schnell ist, dass es jemals zu einem vollständigen Stillstand kommt.

Die horizontalen Linien markieren die charakteristischen Momente der Evolution, und die von ihnen abgeschnittenen Dreiecke zeigen die Region des Universums, die dem Beobachter in diesem Moment zugänglich ist. Je mehr Zeit seit Beginn der Erweiterung vergangen ist, desto größer wird der Beobachtungsbereich. Derzeit kommt Licht von Sternen, Quasaren und Galaxienhaufen, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind, zu uns, aber in frühen Epochen konnte ein Beobachter eine viel kleinere Region des Universums sehen. In verschiedenen Epochen dominierten verschiedene Formen der Materie: Obwohl die Materie der Atomkerne (Nukleonen) dominiert, dominierte vorher, als das Universum heiß war, Strahlung (Photonen), und noch früher - leichte Elementarteilchen (Leptonen) und schwere (Hadronen). ).

Abbildung 2 - Das Standard-Urknallmodell: Die Zeit wird vertikal aufgetragen und die Entfernungen werden horizontal aufgetragen.

Damit das Universum geschlossen werden kann, muss die durchschnittliche Dichte der Materie darin einen bestimmten kritischen Wert überschreiten. Die Dichteschätzungen für sichtbare und unsichtbare Materie liegen diesem Wert sehr nahe. Die Verteilung von Galaxien im Weltraum ist sehr heterogen. Unsere Lokale Gruppe von Galaxien, zu der die Milchstraße, der Andromeda-Nebel und mehrere kleinere Galaxien gehören, liegt an der Peripherie eines riesigen Galaxiensystems, das als Virgo-Superhaufen bekannt ist und dessen Zentrum mit dem Virgo-Galaxienhaufen zusammenfällt. Wenn die durchschnittliche Dichte der Welt hoch ist und das Universum geschlossen ist, dann sollte eine starke Abweichung von der isotropen Expansion beobachtet werden, verursacht durch die Anziehung unserer und benachbarter Galaxien zum Zentrum des Superhaufens. In einem offenen Universum ist diese Abweichung unbedeutend. Die Beobachtungen stimmen eher mit dem offenen Modell überein. Von großem Interesse für Kosmologen ist der Gehalt des schweren Isotops Wasserstoff - Deuterium in der kosmischen Materie, das während Kernreaktionen in den ersten Momenten nach dem Urknall. Es stellte sich heraus, dass der Deuteriumgehalt in dieser Zeit und damit in unserer Zeit äußerst empfindlich auf die Dichte der Materie reagierte. Der "Deuterium-Test" ist jedoch nicht einfach durchzuführen, da es notwendig ist, die Primärmaterie zu untersuchen, die sich seit dem Moment der kosmologischen Synthese nicht mehr im Inneren von Sternen befindet, wo Deuterium leicht verglüht. Die Untersuchung extrem weit entfernter Galaxien hat gezeigt, dass der Deuteriumgehalt der geringen Materiedichte und damit dem offenen Modell des Universums entspricht.

Abschluss

Kosmologische Modelle führen zu dem Schluss, dass das Schicksal des expandierenden Universums nur von der durchschnittlichen Dichte der es füllenden Substanz und vom Wert der Hubble-Konstanten abhängt. Wenn die durchschnittliche Dichte einer kritischen Dichte entspricht oder darunter liegt, wird die Expansion des Universums für immer andauern. Wenn sich herausstellt, dass die Dichte höher als die kritische ist, wird die Expansion früher oder später aufhören und durch Kompression ersetzt werden.

In diesem Fall wird das Universum auf die Größe schrumpfen, die es angeblich bei seiner Entstehung hatte, und einem Phänomen namens Große Kompression weichen.

Lassen Sie uns die grundlegenden Modelle des Universums auflisten: De Sitters Modell: das 1917 vorgeschlagene Modell des expandierenden Universums, in dem es weder Materie noch Strahlung gibt. Diese unrealistische Hypothese war dennoch historisch bedeutsam, da sie als erste die Idee eines sich ausdehnenden und nicht eines statischen Universums aufstellte; Lemaitre-Modell: Ein Modell des Universums, das mit einem Urknall beginnt, gefolgt von einer statischen Phase, gefolgt von einer unendlichen Expansion. Das Modell ist nach J. Lemaitre (1894-1966) benannt,

Ein Modell eines expandierenden Universums ohne allgemeine Relativitätstheorie, das 1948 von Edward Milne vorgeschlagen wurde. Es ist ein expandierendes, isotropes und homogenes Universum. keine Substanz enthalten. Es hat eine negative Krümmung und ist nicht geschlossen.

Friedman-Modell: Ein Modell des Universums, das nach innen kollabieren kann. 1922 analysierte der sowjetische Mathematiker A. A. Friedman (Alexander Friedmann, 1888-1925) die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie

Friedmanns Universum kann geschlossen werden, wenn die Dichte der Materie darin groß genug ist, um die Expansion zu stoppen. Diese Tatsache führte zur Suche nach der sogenannten fehlenden Masse. Anschließend wurden Friedmans Schlussfolgerungen in astronomischen Beobachtungen bestätigt, die die sogenannte Rotverschiebung von Spektrallinien in den Spektren von Galaxien aufdeckten, die dem gegenseitigen Abstand dieser Sternsysteme entspricht.

Einstein-de-Sitter-Modell: Das einfachste moderne kosmologische Modell, bei dem das Universum keinen Druck, keine Krümmung (d. h. flache Geometrie) und unendliche Ausdehnung hat und seine Ausdehnung räumlich und zeitlich nicht begrenzt ist. Dieses 1932 vorgeschlagene Modell ist ein Sonderfall (bei der Krümmung Null) des allgemeineren Friedman-Universums.

2. Was ist das Wesen von Selbstorganisationsprozessen in der belebten und unbelebten Natur?

Alle Objekte belebter und unbelebter Natur können in Form bestimmter Systeme mit spezifischen Merkmalen und Eigenschaften dargestellt werden, die ihren Organisationsgrad charakterisieren. Unter Berücksichtigung der Organisationsebene kann die Hierarchie der Organisationsstrukturen von materiellen Objekten belebter und unbelebter Natur betrachtet werden. Eine solche Hierarchie von Strukturen beginnt mit Elementarteilchen, die die anfängliche Organisationsebene der Materie darstellen, und endet mit lebenden Organisationen und Gemeinschaften - den höchsten Organisationsebenen.

Derzeit werden im Bereich der grundlegenden theoretischen Physik Konzepte entwickelt, nach denen die objektiv existierende Welt nicht auf die materielle Welt beschränkt ist, die von unseren Sinnen oder physikalischen Geräten wahrgenommen wird. Die Autoren dieser Konzepte kamen zu folgendem Schluss: Neben der materiellen Welt gibt es eine Realität höherer Ordnung, die im Vergleich zur Realität einen grundlegend anderen Charakter hat materielle Welt.

Das Studium der Materie und ihrer Strukturebenen ist eine notwendige Bedingung für die Bildung einer Weltanschauung, unabhängig davon, ob sie sich letztlich materialistisch oder idealistisch herausstellt.

Es ist ganz offensichtlich, dass die Rolle, den Begriff der Materie zu definieren, den letzteren als unerschöpflich für die Konstruktion zu verstehen wissenschaftliches Bild der Welt, Lösung des Problems der Realität und Erkennbarkeit von Objekten und Phänomenen der Mikro-, Makro- und Megawelten.

Unter der Organisation des Systems verstehen wir die Veränderung der Struktur des Systems, die ein konsistentes Verhalten sicherstellt, oder die Funktion des Systems, die von äußeren Bedingungen bestimmt wird.

Wenn wir unter einer Änderung der Organisation eine Änderung in der Methode der Verbindung (oder Verbindung) von Teilsystemen verstehen, die ein System bilden, dann kann das Phänomen der Selbstorganisation als eine solche unvermeidliche Änderung des Systems und seiner Funktionen definiert werden, die auftritt außerhalb jeglicher zusätzlicher Einflüsse, aufgrund der Wechselwirkung des Systems mit den Existenzbedingungen und nähert sich einem relativ stabilen Zustand.

Unter Selbstorganisation verstehen wir eine Veränderung der Struktur, die durch das Vorhandensein interner Verbindungen und Verbindungen mit Außenumgebung.

Selbstorganisation ist ein naturwissenschaftlicher Ausdruck des Prozesses der Selbstbewegung der Materie. Die Fähigkeit zur Selbstorganisation besitzen Systeme der belebten und unbelebten Natur sowie künstliche Systeme. Eine bestimmte Konfiguration einer Struktur existiert nur unter streng definierten Bedingungen und zu einem bestimmten Zeitpunkt der "Bewegung" eines komplexen Systems. Die Dynamik der Systementwicklung führt zu einer konsequenten Veränderung ihrer Strukturen.

Die natürliche Veränderung in der Struktur des Systems in Übereinstimmung mit den historischen Veränderungen in der Beziehung zur äußeren Umgebung wird als Evolution bezeichnet.
Veränderung der Struktur eines komplexen Systems im Prozess seiner Interaktion mit Umgebung- dies ist eine Manifestation der Eigenschaft der Offenheit als Steigerung der Möglichkeiten, sich dem Neuen zu nähern. Andererseits führt eine Veränderung der Struktur eines komplexen Systems zu einer Erweiterung der Lebensbedingungen, die mit einer komplexeren Organisation verbunden ist und eine Steigerung der Lebensaktivität, d.h. der Erwerb von Geräten allgemeinerer Bedeutung, die es ermöglichen, Verbindungen zu neuen Aspekten der äußeren Umgebung herzustellen.

Die Selbstorganisation ist gekennzeichnet durch die Entstehung intern koordinierter Funktionen aufgrund interner Verbindungen und Verbindungen mit der äußeren Umgebung. Darüber hinaus sind die Funktions- und Strukturkonzepte des Systems eng miteinander verknüpft; das System ist organisiert, d.h. ändert die Struktur, um die Funktion auszuführen.

Strukturalität und systemische Organisation der Materie gehören zu ihren wichtigsten Attributen, drücken die Geordnetheit der Existenz der Materie und der spezifischen Formen, in denen sie sich manifestiert, aus.

Unter der Struktur der Materie versteht man üblicherweise ihre Struktur im Makrokosmos, d.h. Existenz in Form von Molekülen, Atomen, Elementarteilchen usw. Dies liegt daran, dass ein Mensch ein makroskopisches Wesen ist und ihm makroskopische Skalen bekannt sind, daher wird der Strukturbegriff normalerweise mit verschiedenen Mikroobjekten in Verbindung gebracht.

Betrachten wir aber die Materie als Ganzes, dann umfasst der Begriff der Struktur der Materie auch makroskopische Körper, alle kosmischen Systeme der Megawelt und in beliebig großen Raum-Zeit-Skalen. Aus dieser Sicht manifestiert sich das Konzept der "Struktur" darin, dass es in Form einer unendlichen Vielfalt integraler Systeme existiert, die eng miteinander verbunden sind, sowie in der Ordnung der Struktur jedes Systems. Eine solche Struktur ist quantitativ und qualitativ unendlich.

Die Manifestationen der strukturellen Unendlichkeit der Materie sind:

- Unerschöpflichkeit von Objekten und Prozessen der Mikrowelt;

- Unendlichkeit von Raum und Zeit;

- unendliche Veränderungen und Entwicklung von Prozessen.

Von der ganzen Vielfalt der Formen der objektiven Realität bleibt nur der endliche Bereich der materiellen Welt empirisch zugänglich, der sich nun auf einer Skala von 10 -15 bis 10 28 cm erstreckt, und zwar in der Zeit - bis zu 2 × 10 9 Jahre .

Strukturalität und systemische Organisation der Materie gehören zu ihren wichtigsten Attributen. Sie drücken die Ordnung der Existenz der Materie und ihrer spezifischen Erscheinungsformen aus.

Die materielle Welt ist eins: Wir meinen, dass alle ihre Teile - von unbelebten Objekten bis hin zu Lebewesen, von Himmelskörper zu einer Person als Mitglied der Gesellschaft - irgendwie verbunden sind.

Ein System ist etwas, das in gewisser Weise miteinander verbunden ist und den entsprechenden Gesetzen unterliegt.

Systeme sind objektiv existierend und theoretisch oder konzeptionell, d.h. existiert nur im Kopf einer Person.

Ein System ist ein intern oder extern geordneter Satz miteinander verbundener und interagierender Elemente.

Die Ordnung der Menge impliziert das Vorhandensein regelmäßiger Beziehungen zwischen den Elementen des Systems, die sich in Form von Gesetzen der strukturellen Organisation manifestieren. Alle natürlichen Systeme, die durch das Zusammenwirken von Körpern und die natürliche Selbstentwicklung der Materie entstehen, haben innere Ordnung. Das Äußere ist charakteristisch für vom Menschen geschaffene künstliche Systeme: technisch, produktionstechnisch, konzeptionell usw.

Strukturelle Ebenen der Materie werden aus einer bestimmten Menge von Objekten jeder Klasse gebildet und zeichnen sich durch eine besondere Art der Interaktion zwischen ihren Bestandteilen aus.

Die Kriterien zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Strukturebenen sind folgende Merkmale:

- Raum-Zeit-Skalen;

- eine Reihe der wichtigsten Eigenschaften;

- spezifische Bewegungsgesetze;

- der Grad der relativen Komplexität, der im Prozess entsteht historische Entwicklung Materie in einem bestimmten Gebiet der Welt;

- einige andere Zeichen.

Die derzeit bekannten Strukturebenen der Materie lassen sich anhand der obigen Kriterien in folgende Bereiche unterscheiden.

1. Mikrokosmos. Diese beinhalten:

- Elementarteilchen und Atomkerne - eine Fläche in der Größenordnung von 10 - 15 cm;

- Atome und Moleküle 10 –8 –10 –7 cm.

Der Mikrokosmos besteht aus Molekülen, Atomen, Elementarteilchen - die Welt der extrem kleinen, nicht direkt beobachtbaren Mikroobjekte, deren räumliche Vielfalt von 10 -8 bis 10 -16 cm berechnet wird, und die Lebensdauer - von unendlich bis 10 - 24 Sek.

2. Makrokosmos: makroskopische Körper 10 -6 -10 7 cm.

Makrokosmos ist die Welt der stabilen Formen und Größen, die dem Menschen entsprechen, sowie Kristallkomplexe von Molekülen, Organismen, Gemeinschaften von Organismen; die Welt der Makroobjekte, deren Dimension mit der Skala menschlicher Erfahrung vergleichbar ist: Räumliche Größen werden in Millimeter, Zentimeter und Kilometer und die Zeit - in Sekunden, Minuten, Stunden, Jahren ausgedrückt.

Megaworld ist ein Planet, Sternkomplexe, Galaxien, Metagalaxien - eine Welt mit riesigen kosmischen Skalen und Geschwindigkeiten, deren Entfernung in Lichtjahren gemessen wird und die Lebensdauer kosmischer Objekte - in Millionen und Milliarden von Jahren.

Und obwohl diese Ebenen ihre eigenen spezifischen Gesetze haben, sind Mikro-, Makro- und Megawelten eng miteinander verbunden.

3. Megaworld: Weltraumsysteme und unbegrenzte Maßstäbe bis 1028 cm.

Unterschiedliche Materieniveaus sind gekennzeichnet durch verschiedene Typen Verbindungen.

Auf einer Skala von 10-13 cm - starke Wechselwirkungen wird die Integrität des Kerns durch Kernkräfte sichergestellt.


Die Integrität von Atomen, Molekülen und Makrokörpern wird durch elektromagnetische Kräfte gewährleistet.


1. Im kosmischen Maßstab - Gravitationskräfte.
   

   Mit zunehmender Größe von Objekten nimmt die Wechselwirkungsenergie ab. Wenn wir die Energie der Gravitationswechselwirkung als Einheit nehmen, dann ist die elektromagnetische Wechselwirkung im Atom 1039-mal größer und die Wechselwirkung zwischen Nukleonen – den Teilchen, aus denen der Kern besteht – ist 1041-mal größer. Je kleiner Materialsysteme sind, desto fester sind ihre Elemente miteinander verbunden.
   

   Die Einteilung der Materie in Strukturebenen ist relativ. Auf den verfügbaren Raum-Zeit-Skalen manifestiert sich die Struktur der Materie in ihrer systemischen Organisation, Existenz in Form einer Vielzahl hierarchisch wechselwirkender Systeme, die von Elementarteilchen bis zur Metagalaxie reichen.
   

   In Bezug auf Strukturalität - die innere Zerstückelung des materiellen Lebens - ist festzuhalten, dass das Weltbild der Wissenschaft, egal wie breit es ist, eng mit der Entdeckung immer neuer struktureller Formationen verbunden ist. Wurde zum Beispiel früher der Blick auf das Universum durch die Galaxie verschlossen und dann zu einem System von Galaxien erweitert, wird die Metagalaxie jetzt als spezielles System mit spezifischen Gesetzen, internen und externen Wechselwirkungen untersucht.
   

   In der modernen Wissenschaft ist die Methode weit verbreitet Strukturanalyse, die die Konsistenz der untersuchten Objekte berücksichtigt. Strukturalität ist schließlich die innere Zerstückelung der materiellen Existenz, die Existenzweise der Materie. Die strukturellen Ebenen der Materie werden aus einer bestimmten Menge von Objekten jeglicher Art gebildet und zeichnen sich durch eine besondere Art der Interaktion zwischen ihren Bestandteilen aus. In Bezug auf die drei Hauptsphären der objektiven Realität sehen diese Ebenen wie folgt aus (Tabelle).
   

   Tabelle - Strukturebenen der Materie
   

   Anorganische Natur	Natur leben	Die Gesellschaft
   Submikroelementar	Biologische makromolekulare	Individuell
   Mikroelement	Mobilfunk	Die Familie
   Nuklear	Mikroorganisch	Kollektive
   Atomar	Organe und Gewebe	Große soziale Gruppen (Klassen, Nationen)
   Molekular	Der ganze Organismus	Staat (Zivilgesellschaft)
   Makro Level	Bevölkerungen	Staatensysteme
   Mega-Level (Planeten, Stern-Planeten-Systeme, Galaxien)	Biozönose	Die Menschheit als Ganzes
   Mega-Level (Megalaxie)	Biosphäre	Noosphäre

   Jede der Sphären der objektiven Realität umfasst eine Reihe von miteinander verbundenen strukturellen Ebenen. Innerhalb dieser Ebenen dominieren Koordinationsbeziehungen und zwischen Ebenen - untergeordnete.
   

   Eine systematische Untersuchung materieller Objekte beinhaltet nicht nur die Etablierung von Methoden zur Beschreibung von Zusammenhängen, Zusammenhängen und der Struktur einer Menge von Elementen, sondern auch die Identifizierung der systembildenden, d.h. getrennte Funktion und Entwicklung des Systems bereitstellen. Ein systematischer Zugang zu Materialformationen setzt die Möglichkeit des Verständnisses des betrachteten Systems voraus mehr hohes Level... Das System zeichnet sich in der Regel durch eine hierarchische Struktur aus, d.h. sequentielle Einbeziehung eines Systems einer niedrigeren Ebene in ein System einer höheren Ebene.
   

   So umfasst die Struktur der Materie auf der Ebene der unbelebten Natur (anorganisch) Elementarteilchen, Atome, Moleküle (Objekte der Mikrowelt, Makroobjekte und Objekte der Megawelt: Planeten, Galaxien, Metagalaxiensysteme usw.). Die Metagalaxie wird oft mit dem gesamten Universum identifiziert, aber das Universum wird im weitesten Sinne des Wortes verstanden, es ist identisch mit der gesamten materiellen Welt und der bewegten Materie, die viele Metagalaxien und andere kosmische Systeme umfassen kann.
   

   Auch die Tierwelt ist strukturiert. Es beleuchtet die biologische und soziale Ebene. Die biologische Ebene umfasst Unterebenen:
   

   - Makromoleküle ( Nukleinsäuren, DNA, RNA, Proteine);
   

   – zelluläre Ebene;
   

   - mikroorganisch ( Einzeller);
   

   - Organe und Gewebe des Körpers als Ganzes;
   

   - Population;
   

   - biozönotisch;
   

   - Biosphäre.
   

   Die Hauptkonzepte dieser Ebene auf den letzten drei Unterebenen sind die erklärungsbedürftigen Konzepte Biotop, Biozönose, Biosphäre.
   

   Ein Biotop ist eine Ansammlung (Gemeinschaft) von Individuen derselben Art (z. B. ein Rudel Wölfe), die sich kreuzen und ihre eigene Art (Populationen) reproduzieren können.
   

   Biozönose ist eine Reihe von Populationen von Organismen, bei denen die Abfallprodukte einiger die Bedingungen für die Existenz anderer Organismen sind, die ein Land- oder Wassergebiet bewohnen.
   

   Die Biosphäre ist ein globales Lebenssystem, der Teil der geografischen Umgebung (der untere Teil der Atmosphäre, der obere Teil der Lithosphäre und die Hydrosphäre), der Lebensraum für lebende Organismen ist und die für ihr Überleben notwendigen Bedingungen bietet ( Temperatur, Boden usw.), die durch Interaktionsbiozönosen gebildet werden.
   

   Die allgemeine Lebensgrundlage auf biologischer Ebene - der organische Stoffwechsel (Austausch von Stoffen, Energie und Informationen mit der Umwelt) - manifestiert sich auf jeder der hervorgehobenen Unterebenen:
   

   - Auf der Ebene der Organismen bedeutet Metabolismus Assimilation und Dissimilation durch intrazelluläre Transformationen;
   

   - auf der Ebene der Ökosysteme (Biozönose) besteht sie aus einer Kette von Umwandlungen einer Substanz, die ursprünglich von produzierenden Organismen durch die Vermittlung von Konsumorganismen und zerstörerischen Organismen verschiedener Arten aufgenommen wurde;
   

   - Auf der Ebene der Biosphäre findet ein globaler Stoff- und Energiekreislauf unter direkter Beteiligung kosmischer Faktoren statt.
   

   In einem bestimmten Stadium der Entwicklung der Biosphäre entstehen spezielle Populationen von Lebewesen, die aufgrund ihrer Arbeitsfähigkeit eine Art Ebene gebildet haben - die soziale. Im strukturellen Aspekt wird die soziale Realität in Unterebenen unterteilt: Individuen, Familien, verschiedene Kollektive (Produktion), soziale Gruppen usw.
   

   Die strukturelle Ebene gesellschaftlichen Handelns steht in einem mehrdeutigen linearen Verhältnis zueinander (zB Ebene der Nationen und Ebene der Staaten). Aus der Verflechtung verschiedener Ebenen innerhalb der Gesellschaft entsteht die Vorstellung von der Dominanz von Zufall und Chaos im gesellschaftlichen Handeln. Eine sorgfältige Analyse zeigt jedoch das Vorhandensein grundlegender Strukturen - die Hauptbereiche des sozialen Lebens, die materielle, soziale, politische und spirituelle Bereiche sind, die ihre eigenen Gesetze und Strukturen haben. Sie alle sind in gewisser Weise der sozioökonomischen Formation untergeordnet, tief strukturiert und bestimmen die genetische Einheit der gesellschaftlichen Entwicklung insgesamt.
   

   Somit wird jeder der drei Bereiche der materiellen Realität aus einer Reihe spezifischer Strukturebenen gebildet, die als Teil eines bestimmten Realitätsbereichs streng geordnet sind.
   

   Der Übergang von einem Bereich in einen anderen ist mit der Komplikation und Zunahme der gebildeten Faktoren verbunden, die die Integrität von Systemen gewährleisten. Innerhalb jeder der Strukturebenen gibt es Unterordnungsbeziehungen ( Molekulare Ebene enthält atomare, nicht umgekehrt). Die Gesetzmäßigkeiten der neuen Ebenen lassen sich nicht auf die Gesetzmäßigkeiten der Ebenen reduzieren, auf deren Grundlage sie entstanden sind, und sind für eine gegebene Organisationsebene der Materie die führenden. Strukturelle Organisation, d.h. Konsistenz, ist eine Existenzweise der Materie.
   

   Die Hypothese eines multivalenten Modells des Universums

   Vorwort des Autors der Seite: Den Lesern der Website "Wissen ist Macht" werden Fragmente aus dem 29. Kapitel des Buches "Erinnerungen" von Andrei Dmitrievich Sacharow angeboten. Akademiker Sacharow spricht über die Arbeit auf dem Gebiet der Kosmologie, die er gemacht hat, nachdem er begonnen hatte, sich aktiv in der Menschenrechtsarbeit zu engagieren - insbesondere im Exil in Gorki. Dieses Material ist zweifellos von Interesse zum Thema "Universum", das in diesem Kapitel unserer Website behandelt wird. Wir werden die Hypothese eines multivalenten Modells des Universums und andere Probleme der Kosmologie und Physik kennenlernen. ... Und natürlich erinnern wir uns an unsere jüngste tragische Vergangenheit.

   Akademiemitglied Andrei Dmitrievich SACHAROW (1921-1989).

   In den 1970er Jahren in Moskau und in Gorki setzte ich meine Versuche fort, Physik und Kosmologie zu studieren. In diesen Jahren konnte ich keine wesentlichen neuen Ideen vorbringen und entwickelte die Richtungen weiter, die bereits in meinen Werken der 60er Jahre vorgestellt wurden (und im ersten Teil dieses Buches beschrieben wurden). Dies ist wahrscheinlich das Los der meisten Wissenschaftler, wenn sie eine bestimmte Altersgrenze für sie erreicht haben. Ich verliere jedoch nicht die Hoffnung, dass bei mir vielleicht noch etwas "blitzt". Gleichzeitig muss ich sagen, dass die bloße Beobachtung des wissenschaftlichen Prozesses, an dem man selbst nicht teilnimmt, aber man weiß, was was ist, tiefe innere Freude bereitet. In diesem Sinne bin ich nicht „gierig“.

   1974 habe ich das getan und 1975 eine Arbeit veröffentlicht, in der ich die Idee des Null-Lagrange-Operators des Gravitationsfeldes sowie die Berechnungsmethoden, die ich in früheren Arbeiten verwendet habe, entwickelt habe. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass ich auf die Methode stieß, die vor vielen Jahren von Vladimir Alexandrovich Fock und dann von Julian Schwinger vorgeschlagen wurde. Mein Fazit und die Bauweise selbst, die Methoden waren jedoch völlig anders. Leider konnte ich meine Arbeit nicht an Fock schicken - er starb gerade.

   Anschließend entdeckte ich einige Fehler in meinem Artikel. Darin blieb die Frage bis zum Schluss unklar, ob „induzierte Gravitation“ (der moderne Begriff anstelle des Begriffs „Null-Lagrange“ verwendet) in irgendeiner der von mir in Betracht gezogenen Optionen das richtige Vorzeichen der Gravitationskonstante liefert.<...>

   Drei Aufsätze - einer vor meiner Ausweisung und zwei nach meiner Ausweisung - widmen sich kosmologischen Problemen. Im ersten Artikel diskutiere ich die Mechanismen der Baryonenasymmetrie. Von einigem Interesse sind vielleicht allgemeine Überlegungen zur Kinetik von Reaktionen, die zur Baryonenasymmetrie des Universums führen. Allerdings argumentiere ich speziell in dieser Arbeit im Rahmen meiner alten Annahme über das Vorliegen eines "kombinierten" Erhaltungssatzes (die Summe der Anzahlen von Quarks und Leptonen bleibt erhalten). Ich habe bereits im ersten Teil meiner Memoiren geschrieben, wie ich auf diese Idee gekommen bin und warum ich sie jetzt für falsch halte. Im Großen und Ganzen scheint mir dieser Teil der Arbeit erfolglos zu sein. Viel mehr gefällt mir der Teil der Arbeit, über den ich schreibe Mehrblattmodell des Universums ... Wir sprechen von der Annahme, dass kosmologische Expansion des Universums wird durch Kontraktion ersetzt, dann eine neue Expansion, so dass die Zyklen der Kontraktion - Expansion unendlich oft wiederholt werden... Solche kosmologischen Modelle haben seit langem Aufmerksamkeit erregt. Verschiedene Autoren haben sie genannt "Pulsierend" oder "Schwingen" Modelle des Universums. Der Begriff gefällt mir besser "Mehrblattmodell" ... Es wirkt ausdrucksvoller, entspricht eher der emotionalen und philosophischen Bedeutung des grandiosen Bildes der wiederholten Wiederholung der Lebenszyklen.

   Solange von der Erhaltung ausgegangen wurde, stieß das multivalente Modell jedoch auf eine unüberwindbare Schwierigkeit, die sich aus einem der grundlegenden Naturgesetze - dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik - ergibt.

   Rückzug. In der Thermodynamik wird eine bestimmte Eigenschaft des Zustands von Körpern eingeführt, genannt. Mein Vater erinnerte sich einmal an ein altes populärwissenschaftliches Buch mit dem Titel "Die Königin der Welt und ihr Schatten". (Leider habe ich vergessen, wer der Autor dieses Buches ist.) Die Königin ist natürlich Energie und der Schatten ist Entropie. Im Gegensatz zur Energie, für die es einen Erhaltungssatz gibt, stellt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik für die Entropie das Gesetz der Zunahme (genauer gesagt der Nichtabnahme) auf. Prozesse, bei denen sich die Gesamtentropie von Körpern nicht ändert, nennt man (als) reversibel. Ein Beispiel für einen reversiblen Prozess - mechanisches Uhrwerk ohne Reibung. Reversible Prozesse sind eine Abstraktion, ein Grenzfall irreversibler Prozesse mit einer Zunahme der Gesamtentropie von Körpern (bei Reibung, Wärmeaustausch etc.). Mathematisch ist Entropie definiert als ein Wert, dessen Inkrement gleich dem Wärmezufluss dividiert durch die absolute Temperatur ist (zusätzlich wird sie genommen - genauer folgt sie aus allgemeine Grundsätze, - dass die Entropie bei absoluter Nulltemperatur und die Entropie des Vakuums gleich Null sind).

   Zahlenbeispiel zur Verdeutlichung. Ein Körper mit einer Temperatur von 200 Grad gibt beim Wärmeaustausch 400 Kalorien an einen zweiten Körper ab, der eine Temperatur von 100 Grad hat. Die Entropie des ersten Körpers hat sich um 400/200 verringert, d.h. um 2 Einheiten und die Entropie des zweiten Körpers um 4 Einheiten erhöht; Die Gesamtentropie hat sich entsprechend der Forderung des zweiten Prinzips um 2 Einheiten erhöht. Beachten Sie, dass dieses Ergebnis eine Folge der Tatsache ist, dass Wärme von einem heißeren Körper auf einen kälteren übertragen wird.

   Eine Zunahme der Gesamtentropie bei Nichtgleichgewichtsprozessen führt letztendlich zur Erwärmung des Stoffes. Kommen wir zur Kosmologie, zu mehrschichtigen Modellen. Wenn wir in diesem Fall davon ausgehen, dass die Anzahl der Baryonen feststeht, dann erhöht sich die Entropie pro Baryon auf unbestimmte Zeit. Die Substanz erwärmt sich bei jedem Zyklus auf unbestimmte Zeit, d.h. Bedingungen im Universum werden sich nicht wiederholen!

   Die Schwierigkeit wird beseitigt, wenn wir die Annahme der Erhaltung der Baryonenladung aufgeben und gemäß meiner Vorstellung von 1966 und ihrer späteren Entwicklung durch viele andere Autoren davon ausgehen, dass die Baryonenladung aus "Entropie" (also neutral heiße Materie) in den frühen Stadien der kosmologischen Expansion des Universums. In diesem Fall ist die Anzahl der produzierten Baryonen proportional zur Entropie bei jedem Expansions-Kontraktions-Zyklus, d.h. die Bedingungen für die Evolution der Materie, die Bildung von Strukturformen kann in jedem Zyklus ungefähr gleich sein.

   Den Begriff "Mehrblattmodell" habe ich erstmals 1969 geprägt. In meinen letzten Artikeln verwende ich denselben Begriff in einem etwas anderen Sinne; Ich erwähne dies hier, um Verwechslungen zu vermeiden.

   Im ersten der letzten drei Artikel (1979) wird ein Modell betrachtet, bei dem der Raum im Durchschnitt als flach angenommen wird. Es wird auch angenommen, dass Einsteins kosmologische Konstante nicht null und negativ ist (obwohl sie im absoluten Wert sehr klein ist). In diesem Fall wird, wie die Gleichungen der Einsteinschen Gravitationstheorie zeigen, die kosmologische Expansion zwangsläufig durch die Kontraktion ersetzt. Darüber hinaus wiederholt jeder Zyklus den vorherigen vollständig in Bezug auf seine durchschnittlichen Eigenschaften. Wesentlich ist, dass das Modell räumlich flach ist. Neben der flachen Geometrie (Euklidische Geometrie) widmen sich die folgenden beiden Arbeiten der Betrachtung der Lobatschewski-Geometrie und der Hypersphärengeometrie (ein dreidimensionales Analogon einer zweidimensionalen Kugel). In diesen Fällen tritt jedoch ein weiteres Problem auf. Eine Zunahme der Entropie führt zu einer Zunahme des Radius des Universums zu den entsprechenden Zeitpunkten jedes Zyklus. In die Vergangenheit extrapolieren, finden wir, dass jedem gegebenen Zyklus nur eine endliche Anzahl von Zyklen vorausgehen konnte.

   In der "normalen" (univalenten) Kosmologie gibt es ein Problem: Was geschah vor dem Moment der maximalen Dichte? In vielschichtigen Kosmologien (außer im Fall eines räumlich flachen Modells) lässt sich dieses Problem nicht vermeiden - die Frage wird auf den Zeitpunkt des Beginns der Expansion des ersten Zyklus verschoben. Man kann davon ausgehen, dass der Beginn der Erweiterung des ersten Zyklus, oder im Fall des Standardmodells der einzige Zyklus, der Moment der Weltschöpfung ist und damit die Frage, was vorher passiert ist liegt außerhalb des Rahmens der wissenschaftlichen Forschung. Aber vielleicht genauso – oder meiner Meinung nach mehr – ein Ansatz, der unbegrenzt zulässt Wissenschaftliche Forschung die materielle Welt und den Raum - die Zeit. Gleichzeitig ist offenbar kein Platz für den Schöpfungsakt, aber der religiöse Hauptbegriff vom göttlichen Seinssinn wird von der Wissenschaft nicht berührt, liegt außerhalb davon.

   Mir sind zwei alternative Hypothesen im Zusammenhang mit dem diskutierten Problem bekannt. Eine davon, so scheint mir, wurde erstmals 1966 von mir formuliert und in späteren Werken einer Reihe von Verfeinerungen unterzogen. Dies ist die Hypothese der "Wendung des Pfeils der Zeit". Es hängt eng mit dem sogenannten Reversibilitätsproblem zusammen.

   Wie ich bereits schrieb, gibt es in der Natur keine vollständig reversiblen Prozesse. Reibung, Wärmeübertragung, Lichtemission, chemische Reaktionen, Lebensprozesse sind durch Irreversibilität gekennzeichnet, ein markanter Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft. Wenn du auf irgendeine Art fotografierst irreversibler Prozess und dann den Film in die entgegengesetzte Richtung starten, dann sehen wir auf dem Bildschirm etwas, was eigentlich nicht passieren kann (z. B. ein durch Trägheit rotierendes Schwungrad erhöht seine Rotationsgeschwindigkeit und die Lager werden gekühlt). Quantitativ drückt sich die Irreversibilität in einem monotonen Anstieg der Entropie aus. Gleichzeitig Atome, Elektronen, Atomkerne usw., die Teil aller Körper sind. bewegen sich nach den Gesetzen der Mechanik (Quanten, aber das ist hier unbedeutend), die eine vollständige Reversibilität in der Zeit haben (in der Quantenfeldtheorie - bei gleichzeitiger CP-Reflexion, siehe erster Teil). Die Asymmetrie der beiden Zeitrichtungen (das Vorhandensein des "Zeitpfeils", wie sie sagen) mit der Symmetrie der Bewegungsgleichungen hat seit langem die Aufmerksamkeit der Schöpfer der statistischen Mechanik auf sich gezogen. Die Diskussion über dieses Thema begann in den letzten Jahrzehnten des letzten Jahrhunderts und war manchmal ziemlich stürmisch. Die Lösung, die alle mehr oder weniger zufriedenstellte, bestand in der Hypothese, dass die Asymmetrie auf die Anfangsbedingungen der Bewegung und die Lage aller Atome und Felder "in der unendlich fernen Vergangenheit" zurückzuführen ist. Diese Anfangsbedingungen müssen in einem gewissen wohldefinierten Sinne "zufällig" sein.

   Wie ich (1966 und expliziter 1980) vorgeschlagen habe, sind in kosmologischen Theorien, die einen bestimmten Zeitpunkt haben, diese zufälligen Anfangsbedingungen nicht in die unendlich ferne Vergangenheit (t -> - ∞), sondern bis zu diesem ausgezeichneten Punkt (t = 0).

   Dann hat die Entropie an dieser Stelle automatisch einen minimalen Wert, und wenn man sich zeitlich vorwärts oder rückwärts davon entfernt, nimmt die Entropie zu. Dies ist, was ich die "Wende des Pfeils der Zeit" genannt habe. Da bei der Umkehrung des Zeitpfeils alle Prozesse, einschließlich der Informationen (einschließlich der Lebensprozesse), umgekehrt werden, entstehen keine Paradoxien. Die obigen Ideen über die Umkehrung des Zeitpfeils haben meines Wissens in der wissenschaftlichen Welt keine Anerkennung gefunden. Aber sie scheinen mir interessant zu sein.

   Die Drehung des Zeitpfeils stellt die Symmetrie der beiden Zeitrichtungen im kosmologischen Weltbild wieder her, die den Bewegungsgleichungen innewohnt!

   1966-1967. Ich nahm an, dass die CPT-Reflexion am Drehpunkt des Zeitpfeils stattfindet. Diese Annahme war einer der Ausgangspunkte meiner Arbeit zur Baryonenasymmetrie. Hier stelle ich eine andere Hypothese vor (Kirzhnits, Linde, Gut, Turner und andere hatten eine Hand; hier besitze ich nur eine Bemerkung, dass sich der Pfeil der Zeit dreht).

   In modernen Theorien wird davon ausgegangen, dass das Vakuum in verschiedenen Zuständen existieren kann: stabil, mit einer hohen Genauigkeit von null Energiedichte; und instabil, mit einer enormen positiven Energiedichte (effektive kosmologische Konstante). Der letztere Zustand wird manchmal als "falsches Vakuum" bezeichnet.

   Eine der Lösungen für die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie für solche Theorien lautet wie folgt. Das Universum ist geschlossen, d.h. in jedem Moment ist eine "Hypersphäre" eines endlichen Volumens (eine Hypersphäre ist ein dreidimensionales Analogon einer zweidimensionalen Oberfläche einer Kugel; dreidimensionaler Raum). Der Radius der Hypersphäre hat zu einem bestimmten Zeitpunkt einen minimalen endlichen Wert (wir nennen ihn t = 0) und nimmt mit der Entfernung von diesem Punkt sowohl vorwärts als auch rückwärts zu. Die Entropie ist für ein falsches Vakuum gleich Null (wie für jedes Vakuum im Allgemeinen) und nimmt mit der Entfernung vom Punkt t = 0 zeitlich vorwärts oder rückwärts aufgrund des Abfalls des falschen Vakuums zu und geht in einen stabilen Zustand des wahres Vakuum. Somit dreht sich am Punkt t = 0 der Zeitpfeil (aber es gibt keine kosmologische CPT-Symmetrie, die eine unendliche Kompression am Reflexionspunkt erfordert). Wie bei der CPT-Symmetrie sind auch hier alle erhaltenen Ladungen gleich Null (aus einem trivialen Grund - bei t = 0 der Vakuumzustand). Daher muss in diesem Fall auch das dynamische Auftreten der beobachteten Baryonenasymmetrie aufgrund einer Verletzung der CP-Invarianz angenommen werden.

   Eine alternative Hypothese über die Vorgeschichte des Universums ist, dass es tatsächlich nicht ein Universum und nicht zwei gibt (wie - im Sinne des Wortes - in der Hypothese der Rotation des Zeitpfeils), sondern eine Reihe von radikal unterschiedlichen voneinander und entstehen aus einem "primären" Raum (oder seinen konstituierenden Teilchen; dies ist vielleicht nur eine andere Art, es auszudrücken). Andere Universen und der Primärraum, wenn es sinnvoll ist, darüber zu sprechen, können insbesondere im Vergleich zu „unserem“ Universum eine andere Anzahl von „makroskopischen“ räumlichen und zeitlichen Dimensionen haben – Koordinaten (in unserem Universum gibt es drei räumliche und simultane Dimensionen; in anderen Universen kann es anders sein!) Ich bitte Sie, dem in Anführungszeichen eingeschlossenen Adjektiv „makroskopischen“ keine besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Sie steht im Zusammenhang mit der „Kompaktisierungs“-Hypothese, nach der die meisten Messungen verdichtet werden; in sehr kleinem Maßstab in sich geschlossen.

   
   Die Struktur des "Mega-Universums"

   Es wird angenommen, dass es keinen kausalen Zusammenhang zwischen verschiedenen Universen gibt. Dies rechtfertigt ihre Interpretation als separate Universen. Ich nenne diese grandiose Struktur "Mega-Universum". Mehrere Autoren haben Varianten solcher Hypothesen diskutiert. Insbesondere die Hypothese der Mehrfachgeburt geschlossener (annähernd hypersphärischer) Universen wird von Ya.B. Seldowitsch.

   Die Ideen des Mega-Universums sind äußerst interessant. Vielleicht liegt die Wahrheit genau in dieser Richtung. Für mich gibt es bei einigen dieser Konstruktionen jedoch eine Mehrdeutigkeit etwas technischer Natur. Es ist durchaus akzeptabel anzunehmen, dass die Bedingungen in verschiedenen Raumbereichen völlig unterschiedlich sind. Aber die Naturgesetze müssen notwendigerweise überall und immer gleich sein. Die Natur kann nicht wie die Königin in Carrolls Alice im Wunderland sein, die die Regeln des Krocketspiels willkürlich geändert hat. Sein ist kein Spiel. Meine Zweifel beziehen sich auf jene Hypothesen, die einen Bruch in der Kontinuität der Raumzeit zulassen. Sind solche Prozesse zulässig? Sind sie nicht eine Verletzung der Naturgesetze an den Bruchstellen und nicht der "Bedingungen des Seins"? Auch hier bin ich mir nicht sicher, ob dies berechtigte Bedenken sind; vielleicht wieder gehe ich, wie bei der Frage der Erhaltung der Fermionenzahl, von einem zu engen Gesichtspunkt aus. Darüber hinaus sind Hypothesen durchaus denkbar, bei denen die Geburt von Universen ohne Unterbrechung der Kontinuität erfolgt.

   Die Annahme, dass die Geburt vieler und vielleicht unendlich vieler verschiedener Universen spontan erfolgt und dass das uns umgebende Universum unter vielen Welten gerade durch die Bedingung für die Entstehung von Leben und Geist herausgehoben wird, wurde das "anthropische Prinzip" genannt. (AP). Zeldovich schreibt, dass die erste ihm bekannte Studie über AP im Kontext eines expandierenden Universums Idlis (1958) gehört. Im Konzept eines vielschichtigen Universums kann auch das anthropische Prinzip eine Rolle spielen, jedoch für die Wahl zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen oder deren Regionen. Diese Möglichkeit wird in meiner Arbeit "Multivalente Modelle des Universums" diskutiert. Eine der Schwierigkeiten von vielschichtigen Modellen besteht darin, dass die Bildung von "Schwarzen Löchern" und deren Verschmelzung im Kompressionsstadium die Symmetrie so bricht, dass völlig unklar ist, ob die Bedingungen des nächsten Zyklus für die Bildung hochorganisierter Strukturen geeignet sind . Andererseits treten in ausreichend langen Zyklen die Prozesse des Zerfalls von Baryonen und der Verdunstung von Schwarzen Löchern auf, die zur Glättung aller Dichteinhomogenitäten führen. Ich vermute, dass die kombinierte Wirkung dieser beiden Mechanismen - die Bildung von Schwarzen Löchern und die Nivellierung von Inhomogenitäten - dazu führt, dass es zu einem sequentiellen Wechsel glatterer und stärker gestörter Zyklen kommt. Unserem Zyklus soll ein "sanfter" Zyklus vorausgegangen sein, in dem sich keine Schwarzen Löcher gebildet haben. Aus Gründen der Bestimmtheit können wir ein geschlossenes Universum mit einem "falschen" Vakuum am Wendepunkt des Zeitpfeils betrachten. Die kosmologische Konstante in diesem Modell kann als gleich Null angesehen werden, die Expansionsänderung durch Kompression erfolgt einfach aufgrund der gegenseitigen Anziehung der gewöhnlichen Materie. Die Dauer der Zyklen nimmt aufgrund des Entropiewachstums bei jedem Zyklus zu und überschreitet jede beliebige Zahl (geht ins Unendliche), so dass die Bedingungen für den Zerfall von Protonen und die Verdampfung von „Schwarzen Löchern“ erfüllt sind.

   Multivariate Modelle liefern eine Antwort auf das sogenannte Paradoxon großer Zahlen (eine weitere mögliche Erklärung liegt in der Hypothese von Guth et al., die auf ein langes Stadium des „Bloat“ hindeutet, siehe Kapitel 18).

   
   Ein Planet am Rande eines weit entfernten Kugelsternhaufens. Künstler © Don Dixon

   Wieso den Gesamtzahl von Protonen und Photonen in einem Universum mit endlichem Volumen so immens groß ist, obwohl natürlich? Und eine andere Form dieser Frage, die sich auf die "offene" Version bezieht, - warum ist die Anzahl der Teilchen in dieser Region von Lobatschewskys unendlicher Welt so groß, deren Volumen in der Größenordnung von A3 liegt (A ist der Krümmungsradius) ?

   Die Antwort des Multi-Sheet-Modells ist sehr einfach. Es wird angenommen, dass seit dem Zeitpunkt t = 0 viele Zyklen vergangen sind, während jedes Zyklus die Entropie (d. h. die Anzahl der Photonen) zugenommen hat und dementsprechend in jedem Zyklus ein zunehmender Baryonenüberschuss erzeugt wurde. Das Verhältnis der Anzahl der Baryonen zur Anzahl der Photonen in jedem Zyklus ist konstant, da es durch die Dynamik der Anfangsstadien der Expansion des Universums in einem bestimmten Zyklus bestimmt wird. Die Gesamtzahl der Zyklen seit dem Zeitpunkt t = 0 ist gerade so, dass die beobachtete Zahl von Photonen und Baryonen erhalten wird. Da die Zunahme ihrer Zahl in geometrischer Verlauf, dann erhalten wir für die erforderliche Anzahl von Zyklen nicht einmal einen so großen Wert.

   Ein Nebenprodukt meiner Arbeit im Jahr 1982 ist eine Formel für die Wahrscheinlichkeit der gravitativen Koaleszenz von Schwarzen Löchern (unter Verwendung der Schätzung im Buch von Zeldovich und Novikov).

   Eine weitere Möglichkeit, oder besser gesagt ein Traum, der die Fantasie anregt, ist mit mehrblättrigen Modellen verbunden. Vielleicht findet ein hochorganisierter Geist, der während eines Zyklus Milliarden von Milliarden Jahren entwickelt hat, einen Weg, einige der wertvollsten Informationen, die er hat, in den nächsten Zyklen in verschlüsselter Form an seine Erben zu übermitteln, die zeitlich von diesem Zyklus durch a . getrennt sind Periode eines superdichten Zustands? .. Analogie - Übertragung durch Lebewesen von Generation zu Generation genetische Information, "Komprimiert" und in den Chromosomen des Zellkerns einer befruchteten Zelle kodiert. Diese Gelegenheit ist natürlich absolut fantastisch, und ich habe mich nicht getraut, darüber zu schreiben wissenschaftliche Artikel, aber auf den Seiten dieses Buches ließ er sich freien Lauf. Aber auch unabhängig von diesem Traum scheint mir die Hypothese eines multivalenten Modells des Universums für die Weltanschauung und den philosophischen Plan wichtig zu sein.

   Liebe Besucher!

   Ihre Arbeit ist deaktiviert JavaScript... Bitte schalten Sie die Skripte in Ihrem Browser ein und Sie werden die volle Funktionalität der Seite sehen!

   Wussten Sie, dass das Universum, das wir beobachten, ziemlich klare Grenzen hat? Wir sind es gewohnt, das Universum mit etwas Unendlichem und Unverständlichem zu assoziieren. aber moderne Wissenschaft auf die Frage nach der "Unendlichkeit" des Universums bietet eine ganz andere Antwort auf eine solche "offensichtliche" Frage.

   Nach modernen Konzepten beträgt die Größe des beobachtbaren Universums ungefähr 45,7 Milliarden Lichtjahre (oder 14,6 Gigaparsec). Aber was bedeuten diese Zahlen?

   Die erste Frage, die mir in den Sinn kommt zu einem gewöhnlichen Menschen- Wie kann das Universum überhaupt nicht unendlich sein? Es scheint unstrittig zu sein, dass der Behälter mit allem, was um uns herum existiert, keine Grenzen haben sollte. Wenn diese Grenzen existieren, was sind sie?

   Nehmen wir an, ein Astronaut ist an die Grenzen des Universums geflogen. Was wird er vor sich sehen? Eine feste Wand? Brandschutzbarriere? Und was steckt dahinter – Leere? Ein anderes Universum? Aber kann Leere oder ein anderes Universum bedeuten, dass wir uns an der Grenze des Universums befinden? Das heißt ja nicht, dass es „nichts“ gibt. Die Leere und das andere Universum sind auch „etwas“. Aber das Universum ist etwas, das absolut alles „etwas“ enthält.

   Wir kommen zu einem absoluten Widerspruch. Es stellt sich heraus, dass die Grenze des Universums vor uns etwas verbergen sollte, das nicht sein sollte. Oder die Grenze des Universums soll „alles“ von „etwas“ abgrenzen, aber dieses „etwas“ soll auch ein Teil von „alles“ sein. Im Allgemeinen eine völlige Absurdität. Wie können Wissenschaftler dann die begrenzende Größe, Masse und sogar das Alter unseres Universums beanspruchen? Diese Werte sind zwar unvorstellbar groß, aber dennoch endlich. Streitet die Wissenschaft mit dem Offensichtlichen? Um damit umzugehen, wollen wir zunächst verfolgen, wie der Mensch zu einem modernen Verständnis des Universums kam.

   Die Grenzen erweitern

   

   Seit jeher interessiert sich der Mensch für die Welt um ihn herum. Man braucht keine Beispiele für die drei Wale und andere Versuche der Alten zu geben, das Universum zu erklären. In der Regel kam es am Ende darauf an, dass das Fundament alles Seienden das irdische Firmament ist. Auch in der Antike und im Mittelalter, als Astronomen umfassende Kenntnisse über die Gesetze der Planetenbewegung entlang der "stationären" Himmelssphäre besaßen, blieb die Erde der Mittelpunkt des Universums.

   Natürlich gab es auch im antiken Griechenland diejenigen, die glaubten, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Es gab diejenigen, die über die vielen Welten und die Unendlichkeit des Universums sprachen. Aber eine konstruktive Begründung für diese Theorien entstand erst an der Wende zur wissenschaftlichen Revolution.

   Im 16. Jahrhundert gelang dem polnischen Astronomen Nicolaus Copernicus der erste große Durchbruch in der Kenntnis des Universums. Er bewies fest, dass die Erde nur einer der Planeten ist, die die Sonne umkreisen. Ein solches System vereinfachte die Erklärung einer so komplexen und komplizierten Bewegung der Planeten in der Himmelssphäre erheblich. Im Fall einer stationären Erde mussten Astronomen allerlei geniale Theorien erfinden, um dieses Verhalten der Planeten zu erklären. Auf der anderen Seite, wenn die Erde als mobil angesehen wird, liegt die Erklärung für solche komplizierten Bewegungen auf der Hand. Auf diese Weise hat sich ein neues Paradigma namens "Heliozentrismus" in der Astronomie etabliert.

   Viele Sonnen

   

   Aber auch danach beschränkten Astronomen das Universum weiterhin auf die "Sphäre der Fixsterne". Bis ins 19. Jahrhundert konnten sie die Entfernung zu den Sternen nicht abschätzen. Mehrere Jahrhunderte lang versuchten Astronomen erfolglos, Abweichungen in der Position von Sternen relativ zur Bahnbewegung der Erde ( jährliche Parallaxen). Die damaligen Instrumente erlaubten keine so genauen Messungen.

   Schließlich maß 1837 der russisch-deutsche Astronom Vasily Struve die Parallaxe. Dies war ein neuer Schritt im Verständnis der Dimensionen des Weltraums. Nun könnten Wissenschaftler mit Sicherheit sagen, dass die Sterne entfernte Ähnlichkeiten mit der Sonne sind. Und von nun an ist unsere Leuchte nicht das Zentrum von allem, sondern gleichberechtigter „Bewohner“ des endlosen Sternhaufens.

   Astronomen sind dem Verständnis des Universums noch näher gekommen, denn die Entfernungen zu den Sternen erwiesen sich als wirklich monströs. Selbst die Größe der Umlaufbahnen der Planeten schien im Vergleich dazu unbedeutend. Als nächstes war es notwendig zu verstehen, wie sich die Sterne konzentrieren.

   Viele Milchstraße

   

   Der berühmte Philosoph Immanuel Kant nahm bereits 1755 die Grundlagen des modernen Verständnisses der großräumigen Struktur des Universums vorweg. Er stellte die Hypothese auf, dass die Milchstraße ein riesiger rotierender Sternhaufen ist. Viele der beobachteten Nebel sind wiederum auch weiter entfernte "Milchstraßen" - Galaxien. Trotzdem hielten Astronomen bis ins 20. Jahrhundert daran fest, dass alle Nebel Quellen der Sternentstehung sind und Teil der Milchstraße sind.

   Die Situation änderte sich, als Astronomen lernten, Entfernungen zwischen Galaxien zu messen. Die absolute Leuchtkraft solcher Sterne hängt streng von der Periode ihrer Variabilität ab. Durch den Vergleich ihrer absoluten Leuchtkraft mit der sichtbaren ist es möglich, die Entfernung zu ihnen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Diese Methode wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Einar Herzsrung und Harlow Shelpy entwickelt. Dank ihm bestimmte der sowjetische Astronom Ernst Epik 1922 die Entfernung zu Andromeda, die sich als eine Größenordnung größer als die Größe der Milchstraße herausstellte.

   Edwin Hubble setzte Epics Bemühungen fort. Indem er die Helligkeit von Cepheiden in anderen Galaxien maß, maß er die Entfernung zu ihnen und verglich sie mit der Rotverschiebung in ihren Spektren. So entwickelte er 1929 sein berühmtes Gesetz. Seine Arbeit hat die festgefahrene Vorstellung, dass die Milchstraße der Rand des Universums ist, endgültig widerlegt. Es war jetzt eine von vielen Galaxien, die einst als integraler Bestandteil davon angesehen worden waren. Kants Hypothese wurde fast zwei Jahrhunderte nach ihrer Entwicklung bestätigt.

   Später ermöglichte es der von Hubble entdeckte Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxie vom Beobachter und der Geschwindigkeit ihrer Entfernung vom Beobachter, ein vollständiges Bild der großräumigen Struktur des Universums zu erstellen. Es stellte sich heraus, dass die Galaxien nur ein unbedeutender Teil davon waren. Sie verbanden sich zu Clustern, Cluster zu Superclustern. Superhaufen wiederum falten sich zu den größten bekannten Strukturen im Universum – Filamente und Wände. Diese Strukturen, die an riesige Supervoids () grenzen, bilden eine großräumige Struktur, die in . bekannt ist dieser Moment, Das Universum.

   Scheinbare Unendlichkeit

   Aus dem oben Gesagten folgt, dass die Wissenschaft in nur wenigen Jahrhunderten allmählich vom Geozentrismus zum modernen Verständnis des Universums gesprungen ist. Dies liefert jedoch keine Antwort darauf, warum wir heutzutage das Universum begrenzen. Schließlich ging es bisher nur um die Größenordnung des Kosmos und nicht um seine Natur.

   

   Der erste, der beschloss, die Unendlichkeit des Universums zu beweisen, war Isaac Newton. Nachdem er das Gesetz der universellen Gravitation entdeckt hatte, glaubte er, dass alle ihre Körper früher oder später zu einem einzigen Ganzen verschmelzen würden, wenn der Raum endlich wäre. Wenn jemand vor ihm die Idee der Unendlichkeit des Universums ausdrückte, war dies ausschließlich philosophisch. Ohne wissenschaftliche Begründung. Ein Beispiel dafür ist Giordano Bruno. Übrigens war er wie Kant der Wissenschaft um viele Jahrhunderte voraus. Er war der erste, der erklärte, dass die Sterne ferne Sonnen sind und sich auch Planeten um sie drehen.

   Es scheint, dass die Tatsache der Unendlichkeit durchaus berechtigt und offensichtlich ist, aber die Wendepunkte der Wissenschaft des 20. Jahrhunderts haben diese "Wahrheit" erschüttert.

   Stationäres Universum

   Der erste bedeutende Schritt zur Entwicklung eines modernen Modells des Universums wurde von Albert Einstein gemacht. Der berühmte Physiker stellte 1917 sein Modell eines stationären Universums vor. Dieses Modell basierte auf der allgemeinen Relativitätstheorie, die er im selben Jahr zuvor entwickelt hatte. Nach seinem Modell ist das Universum zeitlich unendlich und räumlich endlich. Aber schließlich sollte laut Newton, wie bereits erwähnt, ein Universum mit endlicher Größe kollabieren. Dazu führte Einstein eine kosmologische Konstante ein, die die Anziehungskraft entfernter Objekte kompensiert.

   So paradox es klingen mag, Einstein hat die Endlichkeit des Universums nicht begrenzt. Seiner Meinung nach ist das Universum eine geschlossene Hülle einer Hypersphäre. Eine Analogie ist die Oberfläche einer gewöhnlichen dreidimensionalen Kugel, beispielsweise eines Globus oder der Erde. Egal wie viel ein Reisender um die Erde reist, er wird ihren Rand nie erreichen. Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass die Erde unendlich ist. Der Reisende kehrt einfach an den Ort zurück, an dem er seine Reise begonnen hat.

   Auf der Oberfläche der Hypersphäre

   Ebenso kann ein Weltraumwanderer, der Einsteins Universum auf einem Raumschiff überwindet, zur Erde zurückkehren. Nur bewegt sich der Wanderer diesmal nicht entlang der zweidimensionalen Oberfläche der Kugel, sondern entlang der dreidimensionalen Oberfläche der Hypersphäre. Dies bedeutet, dass das Universum ein endliches Volumen und damit eine endliche Anzahl von Sternen und Masse hat. Das Universum hat jedoch keine Grenzen oder ein Zentrum.

   

   Einstein kam zu solchen Schlussfolgerungen, indem er in seiner berühmten Theorie Raum, Zeit und Schwerkraft verknüpfte. Vor ihm galten diese Konzepte als getrennt, weshalb der Raum des Universums rein euklidisch war. Einstein bewies, dass die Schwerkraft selbst eine Krümmung der Raumzeit ist. Dies änderte radikal die frühen Vorstellungen über die Natur des Universums, basierend auf der klassischen Newtonschen Mechanik und der euklidischen Geometrie.

   Expandierendes Universum

   Selbst dem Entdecker des „neuen Universums“ war die Täuschung nicht fremd. Obwohl Einstein das Universum im Weltraum begrenzte, betrachtete er es weiterhin als statisch. Nach seinem Modell war und bleibt das Universum ewig, und seine Größe bleibt immer gleich. 1922 erweiterte der sowjetische Physiker Alexander Fridman dieses Modell erheblich. Nach seinen Berechnungen ist das Universum überhaupt nicht statisch. Es kann sich im Laufe der Zeit ausdehnen oder zusammenziehen. Es ist bemerkenswert, dass Friedman zu einem solchen Modell kam, das auf derselben Relativitätstheorie basiert. Er konnte diese Theorie richtiger anwenden und die kosmologische Konstante umgehen.

   Albert Einstein hat diese "Änderung" nicht sofort akzeptiert. Die bereits erwähnte Hubble-Entdeckung kam diesem neuen Modell zu Hilfe. Die Streuung von Galaxien hat unbestreitbar die Tatsache der Expansion des Universums bewiesen. Also musste Einstein seinen Fehler zugeben. Nun hatte das Universum ein bestimmtes Alter, das streng von der Hubble-Konstanten abhängt, die die Geschwindigkeit seiner Expansion charakterisiert.

   Weiterentwicklung der Kosmologie

   Als Wissenschaftler versuchten, dieses Problem zu lösen, wurden viele andere wichtige Komponenten des Universums entdeckt und verschiedene Modelle davon entwickelt. So stellte Georgy Gamow 1948 die Hypothese "über ein heißes Universum" vor, die später zur Theorie des Urknalls wurde. Die Entdeckung im Jahr 1965 bestätigte seine Vermutungen. Jetzt konnten Astronomen das Licht beobachten, das von dem Moment an, in dem das Universum transparent wurde, heruntergekommen ist.

   Die Dunkle Materie, die 1932 von Fritz Zwicky vorhergesagt wurde, wurde 1975 bestätigt. Dunkle Materie erklärt tatsächlich die Existenz von Galaxien, Galaxienhaufen und dem Universum selbst als Ganzes. So lernten die Wissenschaftler, dass der größte Teil der Masse des Universums völlig unsichtbar ist.

   

   Schließlich wurde 1998 während einer Untersuchung der Entfernung zu entdeckt, dass sich das Universum mit Beschleunigung ausdehnt. Dieser nächste Wendepunkt in der Wissenschaft führte zum modernen Verständnis der Natur des Universums. Der von Einstein eingeführte und von Friedman widerlegte kosmologische Koeffizient hat wieder seinen Platz im Modell des Universums gefunden. Das Vorhandensein des kosmologischen Koeffizienten (kosmologische Konstante) erklärt seine beschleunigte Expansion. Um das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante zu erklären, wurde das Konzept eingeführt - ein hypothetisches Feld, das den größten Teil der Masse des Universums enthält.

   Aktuelles Verständnis der Größe des beobachtbaren Universums

   Das aktuelle Modell des Universums wird auch als ΛCDM-Modell bezeichnet. Der Buchstabe "Λ" bezeichnet das Vorhandensein einer kosmologischen Konstante, die die beschleunigte Expansion des Universums erklärt. „CDM“ bedeutet, dass das Universum mit kalter dunkler Materie gefüllt ist. Neuere Studien zeigen, dass die Hubble-Konstante etwa 71 (km / s) / Mpc beträgt, was dem Alter des Universums von 13,75 Milliarden Jahren entspricht. Wenn man das Alter des Universums kennt, kann man die Größe seines beobachtbaren Bereichs abschätzen.

   

   Nach der Relativitätstheorie können Informationen über ein Objekt den Beobachter nicht mit einer Geschwindigkeit erreichen, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit (299792458 m / s). Es stellt sich heraus, dass der Betrachter nicht nur ein Objekt sieht, sondern seine Vergangenheit. Je weiter das Objekt davon entfernt ist, desto weiter sieht es in der Vergangenheit aus. Wenn wir zum Beispiel den Mond betrachten, sehen wir, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war, die Sonne - vor mehr als acht Minuten, die nächsten Sterne - Jahre, Galaxien - vor Millionen von Jahren usw. In Einsteins stationärem Modell hat das Universum keine Altersgrenze, was bedeutet, dass auch sein beobachtbarer Bereich durch nichts eingeschränkt ist. Der Beobachter, bewaffnet mit immer fortschrittlicheren astronomischen Instrumenten, wird immer weiter entfernte und antike Objekte beobachten.

   Mit dem modernen Modell des Universums haben wir ein anderes Bild. Ihr zufolge hat das Universum ein Alter und damit eine Beobachtungsgrenze. Das heißt, seit der Geburt des Universums hätte kein Photon Zeit gehabt, eine Strecke von mehr als 13,75 Milliarden Lichtjahren zurückzulegen. Es stellt sich heraus, dass wir sagen können, dass das beobachtbare Universum vom Beobachter durch eine Kugelregion mit einem Radius von 13,75 Milliarden Lichtjahren begrenzt ist. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Vergessen Sie nicht die Ausdehnung des Raums des Universums. Bis das Photon den Beobachter erreicht, wird das Objekt, das es emittiert hat, 45,7 Milliarden sv von uns entfernt sein. Jahre. Diese Größe ist der Horizont der Teilchen und die Grenze des beobachtbaren Universums.

   Über dem Horizont

   Die Größe des beobachtbaren Universums wird also in zwei Typen unterteilt. Sichtbare Größe, auch Hubble-Radius genannt (13,75 Milliarden Lichtjahre). Und die wirkliche Größe, genannt Teilchenhorizont (45,7 Milliarden Lichtjahre). Grundsätzlich charakterisieren diese beiden Horizonte überhaupt nicht die reale Größe des Universums. Erstens hängen sie von der Position des Beobachters im Raum ab. Zweitens verändern sie sich im Laufe der Zeit. Im Fall des ΛCDM-Modells dehnt sich der Partikelhorizont mit einer höheren Geschwindigkeit aus als der Hubble-Horizont. Auf die Frage, ob sich dieser Trend in Zukunft ändern wird, gibt die moderne Wissenschaft keine Antwort. Aber wenn wir davon ausgehen, dass sich das Universum mit Beschleunigung weiter ausdehnt, dann werden all die Objekte, die wir jetzt sehen, früher oder später aus unserem "Sichtfeld" verschwinden.

   Das von Astronomen derzeit am weitesten entfernte Licht ist die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Wenn sie hineinschauen, sehen Wissenschaftler das Universum so, wie es 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah. In diesem Moment hat sich das Universum so stark abgekühlt, dass es freie Photonen emittieren konnte, die heute mit Hilfe von Radioteleskopen eingefangen werden. Damals gab es im Universum keine Sterne oder Galaxien, sondern nur eine feste Wolke aus Wasserstoff, Helium und einer unbedeutenden Menge anderer Elemente. Aus den in dieser Wolke beobachteten Inhomogenitäten werden sich anschließend galaktische Haufen bilden. Es stellt sich heraus, dass sich genau die Objekte, die aus den Inhomogenitäten der Reliktstrahlung gebildet werden, am nächsten am Teilchenhorizont befinden.

   Wahre Grenzen

   Ob das Universum wahre, unbeobachtbare Grenzen hat, ist immer noch Gegenstand pseudowissenschaftlicher Vermutungen. Jeder konvergiert auf die eine oder andere Weise in der Unendlichkeit des Universums, aber sie interpretieren diese Unendlichkeit auf völlig unterschiedliche Weise. Manche betrachten das Universum als multidimensional, wobei unser „lokales“ dreidimensionales Universum nur eine seiner Schichten ist. Andere sagen, das Universum sei fraktal – was bedeutet, dass sich unser Lokaluniversum als Teilchen eines anderen herausstellen könnte. Vergessen Sie nicht die verschiedenen Modelle des Multiversums mit seinen geschlossenen, offenen, parallelen Universen, Wurmlöchern. Und es gibt viele, viele verschiedene Versionen, deren Anzahl nur durch die menschliche Vorstellungskraft begrenzt ist.

   Aber wenn wir den kalten Realismus einschalten oder uns einfach von all diesen Hypothesen entfernen, dann können wir davon ausgehen, dass unser Universum eine unendliche homogene Sammlung aller Sterne und Galaxien ist. Darüber hinaus werden an jedem sehr weit entfernten Punkt, seien es Milliarden von Gigaparsec von uns entfernt, alle Bedingungen genau gleich sein. An diesem Punkt gibt es genau den gleichen Horizont von Teilchen und die Hubble-Kugel mit der gleichen Reliktstrahlung an ihrem Rand. Es wird die gleichen Sterne und Galaxien geben. Interessanterweise widerspricht dies nicht der Expansion des Universums. Schließlich dehnt sich nicht nur das Universum aus, sondern sein Raum selbst. Die Tatsache, dass das Universum im Moment des Urknalls aus einem Punkt entstanden ist, sagt nur, dass aus den damals unendlich kleinen (praktisch null) Dimensionen nun unvorstellbar große geworden sind. In Zukunft werden wir diese spezielle Hypothese verwenden, um die Skala des beobachtbaren Universums klar zu verstehen.

   Visuelle Darstellung

   Verschiedene Quellen liefern alle Arten von visuellen Modellen, die es den Menschen ermöglichen, den Maßstab des Universums zu verstehen. Es reicht uns jedoch nicht, zu erkennen, wie groß der Kosmos ist. Es ist wichtig zu verstehen, wie sich Konzepte wie der Hubble-Horizont und der Teilchenhorizont tatsächlich manifestieren. Stellen wir uns dazu unser Modell Schritt für Schritt vor.

   Vergessen wir, dass die moderne Wissenschaft die "fremde" Region des Universums nicht kennt. Wenn wir die Versionen über das Multiversum, das fraktale Universum und seine anderen "Varietäten" verwerfen, stellen Sie sich vor, dass es einfach unendlich ist. Wie bereits erwähnt, widerspricht dies nicht der Erweiterung ihres Raumes. Berücksichtigen wir natürlich die Tatsache, dass seine Hubble-Sphäre und die Teilchensphäre 13,75 bzw. 45,7 Milliarden Lichtjahre betragen.

   Der Maßstab des Universums

   Drücken Sie die START-Taste und entdecken Sie eine neue, unbekannte Welt!
   Versuchen wir zunächst zu erkennen, wie groß die universelle Skala ist. Wenn Sie unseren Planeten bereist haben, können Sie sich gut vorstellen, wie groß die Erde für uns ist. Stellen wir uns unseren Planeten nun als Buchweizenkorn vor, das um eine Wassermelonen-Sonne kreist, die halb so groß ist wie ein Fußballfeld. In diesem Fall entspricht die Umlaufbahn von Neptun der Größe einer kleinen Stadt, der Fläche zum Mond, der Fläche der Einflussgrenze der Sonne zum Mars. Es stellt sich heraus, dass unser Sonnensystem so viel größer ist als die Erde wie der Mars größer als Buchweizen! Aber das ist erst der Anfang.

   Stellen wir uns nun vor, dass dieser Buchweizen unser System sein wird, dessen Größe ungefähr einem Parsec entspricht. Dann wird die Milchstraße die Größe von zwei Fußballstadien haben. Aber auch das wird uns nicht reichen. Wir müssen die Milchstraße auf eine Zentimetergröße reduzieren. Es wird in gewisser Weise Kaffeeschaum ähneln, der in einem Whirlpool inmitten des kaffeeschwarzen intergalaktischen Raums gewickelt ist. Zwanzig Zentimeter davon entfernt befindet sich die gleiche spiralförmige "Krümel" - der Andromeda-Nebel. Um sie herum wird ein Schwarm kleiner Galaxien aus unserem lokalen Cluster sein. Die scheinbare Größe unseres Universums wird 9,2 Kilometer betragen. Wir sind zu einem Verständnis der universellen Dimensionen gekommen.

   In der Universalblase

   Es reicht jedoch nicht aus, die Skala selbst zu verstehen. Es ist wichtig, die Dynamik des Universums zu verstehen. Stellen Sie sich uns als Riesen vor, für die die Milchstraße einen Zentimeter Durchmesser hat. Wie bereits erwähnt, befinden wir uns in einer Kugel mit einem Radius von 4,57 und einem Durchmesser von 9,24 Kilometern. Stellen Sie sich vor, wir könnten in dieser Sphäre schweben, reisen und in einer Sekunde ganze Megaparsecs überwinden. Was werden wir sehen, wenn unser Universum unendlich ist?

   Natürlich wird es vor uns unendlich viele Galaxien aller Art geben. Elliptisch, spiralförmig, unregelmäßig. Einige Bereiche werden davon wimmeln, andere werden leer sein. Das Hauptmerkmal wird sein, dass sie visuell alle bewegungslos sein werden, während wir bewegungslos sind. Aber sobald wir einen Schritt machen, werden sich die Galaxien selbst in Bewegung setzen. Wenn wir zum Beispiel das mikroskopische Sonnensystem in der zentimetergroßen Milchstraße erkennen können, können wir seine Entwicklung beobachten. Wenn wir uns 600 Meter von unserer Galaxie entfernen, werden wir zum Zeitpunkt der Entstehung die Protosternsonne und die protoplanetare Scheibe sehen. Wenn wir uns ihm nähern, werden wir sehen, wie die Erde erscheint, das Leben geboren wird und eine Person erscheint. Auf die gleiche Weise werden wir sehen, wie Galaxien mutieren und sich bewegen, wenn wir uns entfernen oder uns ihnen nähern.

   Je weiter entfernte Galaxien wir also betrachten, desto älter werden sie für uns sein. Die am weitesten entfernten Galaxien werden sich also weiter als 1300 Meter von uns entfernt befinden, und an der Wende von 1380 Metern werden wir die Reliktstrahlung sehen. Es stimmt, diese Distanz wird für uns imaginär sein. Wenn wir uns jedoch der Reliktstrahlung nähern, werden wir ein interessantes Bild sehen. Natürlich werden wir beobachten, wie sich aus der ursprünglichen Wasserstoffwolke Galaxien bilden und entwickeln. Wenn wir eine dieser gebildeten Galaxien erreichen, werden wir feststellen, dass wir gar nicht 1,375 Kilometer, sondern alle 4,57 Kilometer zurückgelegt haben.

   Herunterskalieren

   Infolgedessen werden wir noch mehr an Größe gewinnen. Jetzt können wir ganze Hohlräume und Wände in die Faust legen. Wir befinden uns also in einer eher kleinen Blase, aus der es unmöglich ist, herauszukommen. Nicht nur der Abstand zu Objekten am Rand der Blase nimmt mit zunehmender Annäherung zu, sondern der Rand selbst driftet unendlich. Dies ist der springende Punkt der Größe des beobachtbaren Universums.

   Egal wie groß das Universum ist, für den Beobachter wird es immer eine begrenzte Blase bleiben. Der Beobachter wird immer im Zentrum dieser Blase sein, er ist sogar ihr Zentrum. Beim Versuch, ein beliebiges Objekt am Rand der Blase zu erreichen, verschiebt der Beobachter seinen Mittelpunkt. Wenn es sich dem Objekt nähert, entfernt sich dieses Objekt immer weiter vom Rand der Blase und verändert sich gleichzeitig. Zum Beispiel wird sie aus einer formlosen Wasserstoffwolke zu einer vollwertigen Galaxie oder weiter zu einem Galaxienhaufen. Darüber hinaus wird der Pfad zu diesem Objekt größer, wenn Sie sich ihm nähern, da sich der umgebende Raum selbst ändert. Sobald wir dieses Objekt erreicht haben, bewegen wir es nur vom Rand der Blase zu seiner Mitte. Am Rande des Universums flackert auch Reliktstrahlung.

   Wenn wir davon ausgehen, dass sich das Universum weiterhin mit beschleunigter Geschwindigkeit ausdehnt, sich dann im Zentrum der Blase befindet und die Zeit für Milliarden, Billionen und noch höhere Größenordnungen von Jahren abläuft, werden wir ein noch interessanteres Bild sehen. Obwohl auch unsere Blase an Größe zunehmen wird, werden sich ihre mutierenden Komponenten noch schneller von uns entfernen und den Rand dieser Blase verlassen, bis jedes Teilchen des Universums zerstreut in seiner einsamen Blase wandert, ohne mit anderen Teilchen interagieren zu können.

   Die moderne Wissenschaft hat also keine Informationen darüber, was die wirklichen Dimensionen des Universums sind und ob es Grenzen hat. Aber wir wissen mit Sicherheit, dass das beobachtete Universum eine sichtbare und wahre Grenze hat, die als Hubble-Radius (13,75 Milliarden Lichtjahre) bzw. als Teilchenradius (45,7 Milliarden Lichtjahre) bezeichnet wird. Diese Grenzen sind vollständig von der Position des Beobachters im Raum abhängig und erweitern sich mit der Zeit. Wenn sich der Hubble-Radius streng mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, dann wird die Ausdehnung des Teilchenhorizonts beschleunigt. Offen bleibt die Frage, ob seine Beschleunigung des Teilchenhorizonts weiter anhält und nicht in Kompression übergeht.
   

   KOSMOLOGIE- die Sektion Astronomie und Astrophysik, die den Ursprung, die großräumige Struktur und die Entwicklung des Universums untersucht. Die Daten für die Kosmologie werden hauptsächlich aus astronomischen Beobachtungen gewonnen. Zur Interpretation wird derzeit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (1915) herangezogen. Die Entstehung dieser Theorie und die Umsetzung der entsprechenden Beobachtungen ermöglichten es Anfang der 1920er Jahre, die Kosmologie in eine Reihe von exakten Wissenschaften einzuordnen, während sie zuvor eher ein Gebiet der Philosophie war. Inzwischen haben sich zwei kosmologische Schulen herausgebildet: Empiriker beschränken sich darauf, Beobachtungsdaten zu interpretieren, ohne ihre Modelle auf unerforschte Gebiete zu extrapolieren; Theoretiker versuchen, das beobachtbare Universum mit einigen Hypothesen zu erklären, die aufgrund ihrer Einfachheit und Eleganz ausgewählt wurden. Weithin bekannt ist heute das kosmologische Modell des Urknalls, nach dem die Expansion des Universums vor einiger Zeit aus einem sehr dichten und heißen Zustand begann; stationärein Modell des Universums, in dem es ewig existiert und keinen Anfang und kein Ende hat. KOSMOLOGISCHE DATEN

   Kosmologische Daten sind die Ergebnisse von Experimentenund Beobachtungen, die sich auf das Universum als Ganzes in einem weiten Bereich von Raum und Zeit beziehen. Jedes denkbare kosmologische Modell muss diese Daten erfüllen. Es gibt 6 Hauptbeobachtungsfakten, die die Kosmologie erklären sollte:

   1. Im Großen und Ganzen ist das Universum homogen und isotrop; Galaxien und ihre Haufen sind gleichmäßig (gleichmäßig) im Raum verteilt und ihre Bewegung ist chaotisch und hat keine klar definierte Richtung (isotrop). Das kopernikanische Prinzip, "die Erde vom Mittelpunkt der Welt zu bewegen", wurde von Astronomen auf das Sonnensystem und unsere Galaxie verallgemeinert, was sich auch als ganz gewöhnlich herausstellte. Abgesehen von kleinen Unregelmäßigkeiten in der Verteilung von Galaxien und ihren Haufen betrachten Astronomen das Universum daher überall als so homogen wie in unserer Nähe.

   2. Das Universum dehnt sich aus. Galaxien entfernen sich voneinander.

   Dies wurde 1929 vom amerikanischen Astronomen E. Hubble entdeckt. Hubbles Gesetz besagt: Je weiter eine Galaxie ist, desto schneller entfernt sie sich von uns.Dies bedeutet jedoch nicht, dass wir uns im Zentrum des Universums befinden: In jeder anderen Galaxie sehen Beobachter dasselbe. Mit Hilfe neuer Teleskope sind Astronomen viel weiter in das Universum vorgedrungen als Hubble, aber sein Gesetz ist wahr geblieben.

   3. Der Weltraum um die Erde ist mit Mikrowellen im Hintergrund gefüllt

   Funkausstrahlung. Es wurde 1965 entdeckt und wurde neben Galaxien zum Hauptobjekt der Kosmologie. Seine wichtige Eigenschaft ist seine hohe Isotropie (Richtungsunabhängigkeit), die seine Verbindung mit entfernten Regionen des Universums anzeigt und deren hohe Homogenität bestätigt. Wäre es die Strahlung unserer Galaxie, dann würde sie ihre Struktur reflektieren. Aber Experimente an Ballons und Satelliten haben bewiesen, dass diese Strahlung in der höchste Grad ist homogen und hat ein Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers mit einer Temperatur von etwa 3 K. Offensichtlich handelt es sich dabei um die Reliktstrahlung eines jungen und heißen Universums, das sich durch seine Expansion stark abgekühlt hat.

   4. Das Alter der Erde, der Meteoriten und der ältesten Sterne ist gering

   kleiner als das Alter des Universums, berechnet aus der Geschwindigkeit seiner Expansion.Nach dem Hubble-Gesetz dehnt sich das Universum überall mit der gleichen Geschwindigkeit aus, die als bezeichnet wird die Hubble-Konstante H... Es kann verwendet werden, um das Alter des Universums als 1 / h... Moderne Messungen h führen zum Alter des Universums ca. 20 Milliarden Jahre. Untersuchungen zu radioaktiven Zerfallsprodukten in Meteoriten geben ein Alter von ca. 10 Milliarden Jahre alt, und die ältesten Sterne sind ca. 15 Milliarden Jahre. Bis 1950 wurden die Entfernungen zu Galaxien unterschätzt, was zu einer Überschätzung führte h und das geringe Alter des Universums, weniger als das Alter der Erde. Um diesen Widerspruch aufzulösen, schlugen G. Bondy, T. Gold und F. Hoyle 1948 ein stationäres kosmologisches Modell vor, in dem das Alter des Universums unendlich ist und mit seiner Ausdehnung neue Materie geboren wird.

   5. Im gesamten beobachtbaren Universum, von nahen Sternen bis zu den entferntesten Galaxien, kommt auf 10 Wasserstoffatome 1 Heliumatom. Es scheint unglaublich, dass die lokalen Bedingungen überall so ähnlich sind. Die Stärke des Urknallmodells liegt gerade darin, dass es überall das gleiche Verhältnis zwischen Helium und Wasserstoff vorhersagt.

   6. In den räumlich und zeitlich von uns entfernten Regionen des Universums gibt es mehr aktive Galaxien und Quasare als in unserer Nähe. Dies weist auf die Entwicklung des Universums hin und widerspricht der Theorie eines stationären Universums.

   KOSMOLOGISCHE MODELLE

   Jedes kosmologische Modell des Universums basiert auf einer spezifischen Gravitationstheorie. Es gibt viele solcher Theorien, aber nur wenige von ihnen erfüllen die beobachteten Phänomene. Newtons Gravitationstheorie genügt ihnen nicht einmal innerhalb des Sonnensystems. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, auf deren Grundlage der russische Meteorologe A. Friedman 1922 und der belgische Abt und Mathematiker J. Lemaitre 1927 die Ausdehnung des Universums mathematisch beschrieben haben, stimmt mit Beobachtungen am besten überein. Aus dem kosmologischen Prinzip, das die räumliche Homogenität und Isotropie der Welt postuliert, erhielten sie das Urknallmodell. Ihre Schlussfolgerung wurde bestätigt, als Hubble die Beziehung zwischen der Entfernung und der Geschwindigkeit des Rückzugs von Galaxien entdeckte. Die zweite wichtige Vorhersage dieses Modells von G. Gamov betraf die Reliktstrahlung, die heute als Überbleibsel des Urknalls beobachtet wird. Andere kosmologische Modelle können diese isotrope Hintergrundstrahlung natürlich nicht erklären.Heißer Urknall. Nach dem kosmologischen Modell von Friedmann-Lemaitre entstand das Universum zum Zeitpunkt des Urknalls - ca. vor 20 Milliarden Jahren, und seine Expansion dauert bis heute an und verlangsamt sich allmählich. Im ersten Moment der Explosion hatte die Materie des Universums unendliche Dichte und Temperatur; dieser Zustand wird Singularität genannt.

   Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitation keine reale Kraft, sondern eine Krümmung der Raumzeit: Je größer die Dichte der Materie, desto stärker die Krümmung. Im Moment der anfänglichen Singularität war auch die Krümmung unendlich. Man kann die unendliche Krümmung der Raumzeit mit anderen Worten ausdrücken, indem man sagt, dass im ersten Moment überall im Universum Materie und Raum gleichzeitig explodierten. Wenn das Raumvolumen des expandierenden Universums zunimmt, nimmt die Dichte der Materie darin ab. S. Hawking und R. Penrose bewiesen, dass es in der Vergangenheit sicherlich einen singulären Zustand gab, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie auf die Beschreibung physikalischer Prozesse im sehr frühen Universum anwendbar ist.

   Um eine katastrophale Singularität in der Vergangenheit zu vermeiden, ist es notwendig, die Physik erheblich zu verändern, indem man beispielsweise die Möglichkeit einer spontanen kontinuierlichen Entstehung von Materie wie in der Theorie eines stationären Universums annimmt. Aber astronomische Beobachtungen liefern dafür keine Grundlage.

   Je früher Ereignisse wir betrachten, desto kleiner war ihr räumlicher Maßstab; Nähert man sich dem Beginn der Expansion, zieht sich der Horizont des Beobachters zusammen (Abb. 1). In den allerersten Momenten ist die Skala so klein, dass wir die Allgemeine Relativitätstheorie nicht mehr anwenden dürfen: Um Phänomene auf so kleinen Skalen zu beschreiben, braucht es die Quantenmechanik. (cm... QUANTENMECHANIK)... Aber die Quantentheorie der Gravitation existiert noch nicht, daher weiß niemand, wie sich die Ereignisse bis zum Moment 10 . entwickelt haben

   –43 mit angerufenem Planck-Zeit(zu Ehren des Vaters der Quantentheorie). In diesem Moment erreichte die Dichte der Materie einen unglaublichen Wert von 10 90 kg / cm3 , die nicht nur mit der Dichte der uns umgebenden Körper (weniger als 10 g / cm² 3 ), aber selbst bei der Dichte des Atomkerns (ca. 10 12 kg / cm3 ) - die höchste im Labor verfügbare Dichte. Daher ist für die moderne Physik der Beginn der Expansion des Universums die Planck-Zeit.

   Unter solchen Bedingungen von unvorstellbar hoher Temperatur und Dichte fand die Geburt des Universums statt. Darüber hinaus könnte es eine Geburt im wörtlichen Sinne sein: Einige Kosmologen (z. B. Ya B Zeldovich in der UdSSR und L. Parker in den USA) glaubten, dass Teilchen und Gammaphotonen in dieser Zeit durch das Gravitationsfeld geboren wurden. Aus physikalischer Sicht könnte dieser Vorgang ablaufen, wenn die Singularität anisotrop wäre, d.h. das Gravitationsfeld war inhomogen. In diesem Fall könnten die Gravitationskräfte der Gezeiten reale Teilchen aus dem Vakuum „ziehen“ und so die Substanz des Universums erschaffen.

   Wenn wir die Prozesse untersuchen, die unmittelbar nach dem Urknall stattfanden, verstehen wir, dass unsere physikalischen Theorien noch sehr unvollkommen sind. Die thermische Entwicklung des frühen Universums hängt von der Produktion massiver Elementarteilchen ab - Hadronen, über die die Kernphysik noch wenig weiß. Viele dieser Teilchen sind instabil und kurzlebig. Der Schweizer Physiker R. Hagedorn glaubt, dass es sehr viele Hadronen mit zunehmender Masse geben könnte, die bei Temperaturen in der Größenordnung von 10 . im Überfluss gebildet werden könnten

   12 K, als die riesige Strahlungsdichte zur Erzeugung von Hadronenpaaren aus einem Teilchen und einem Antiteilchen führte. Dieser Prozess müsste den Temperaturanstieg in der Vergangenheit begrenzen.

   Nach einem anderen Gesichtspunkt ist die Zahl der Arten massiver Elementarteilchen begrenzt, so dass Temperatur und Dichte während der Hadronenzeit unendliche Werte erreichen mussten. Im Prinzip ließe sich dies verifizieren: Wären die konstituierenden Hadronen – Quarks – stabile Teilchen, dann müsste eine gewisse Anzahl von Quarks und Antiquarks aus dieser heißen Ära überlebt haben. Aber die Suche nach Quarks war vergeblich; sie sind höchstwahrscheinlich instabil. Cm . Siehe auch Elementarteilchen.

   Nach der ersten Millisekunde der Expansion des Universums spielte die starke (Kern-)Wechselwirkung dabei keine entscheidende Rolle: Die Temperatur sank so stark, dass Atomkerne nicht mehr zerstört wurden. Weitere physikalische Prozesse wurden durch die schwache Wechselwirkung bestimmt, die für die Erzeugung von Lichtteilchen verantwortlich ist - Leptonen (also Elektronen, Positronen, Mesonen und Neutrinos) unter dem Einfluss von Wärmestrahlung. Wenn während der Expansion die Strahlungstemperatur auf etwa 10 . absinkt

   10 K, Leptonenpaare werden nicht mehr produziert, fast alle Positronen und Elektronen sind vernichtet; aus der vorigen Epoche waren nur Neutrinos und Antineutrinos, Photonen und einige wenige Protonen und Neutronen erhalten. Damit endete die Leptonen-Ära.

   Die nächste Expansionsphase – das Photonenzeitalter – ist durch die absolute Dominanz der Wärmestrahlung gekennzeichnet. Auf jedes verbleibende Proton oder Elektron kommen eine Milliarde Photonen. Zuerst waren dies Gamma-Quanten, aber als sich das Universum ausdehnte, verloren sie Energie und wurden zu Röntgen-, Ultraviolett-, optischen, Infrarot- und schließlich zu Radioquanten, die wir als Schwarzkörper-Hintergrund-(Relikt-)Radioemission betrachten .

   Ungelöste Probleme der Urknall-Kosmologie. Es gibt 4 Probleme, mit denen das kosmologische Modell des Urknalls jetzt konfrontiert ist.

   1. Das Problem der Singularität: Viele Menschen bezweifeln die Anwendbarkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie, die eine Singularität in der Vergangenheit ergibt. Alternative kosmologische Theorien frei von Singularitäten werden vorgeschlagen.

   2. Eng verbunden mit der Singularität ist das Problem der Isotropie des Universums. Es erscheint seltsam, dass sich die Expansion, die mit einem singulären Zustand begann, als so isotrop herausstellte. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die anfänglich anisotrope Expansion unter Einwirkung dissipativer Kräfte allmählich isotrop wurde.

   3. Auf den größten Skalen homogen, auf kleineren Skalen ist das Universum sehr heterogen (Galaxien, Galaxienhaufen). Es ist schwer zu verstehen, wie die Schwerkraft allein eine solche Struktur erzeugt haben könnte. Kosmologen untersuchen daher die Möglichkeiten inhomogener Urknallmodelle.

   4. Abschließend kann man sich fragen, wie sieht die Zukunft des Universums aus? Um dies zu beantworten, müssen Sie die durchschnittliche Dichte der Materie im Universum kennen. Überschreitet er einen bestimmten kritischen Wert, dann ist die Geometrie der Raumzeit geschlossen, und das Universum wird in Zukunft sicherlich schrumpfen. Das geschlossene Universum hat keine Grenzen, aber sein Volumen ist endlich. Wenn die Dichte unter dem kritischen Wert liegt, ist das Universum offen und wird sich für immer ausdehnen. Das offene Universum ist unendlich und hat am Anfang nur eine Singularität. Bisher stimmen die Beobachtungen besser mit dem Modell des offenen Universums überein.

   Der Ursprung der großräumigen Struktur. Kosmologen haben zwei gegensätzliche Ansichten zu diesem Problem.

   Am radikalsten ist, dass am Anfang Chaos war. Die Expansion des frühen Universums war extrem anisotrop und inhomogen, aber dann glätteten dissipative Prozesse die Anisotropie und brachten die Expansion näher an das Friedmann-Lemaitre-Modell. Das Schicksal der Inhomogenitäten ist sehr kurios: Wenn ihre Amplitude groß war, mussten sie zwangsläufig in Schwarze Löcher mit einer durch den aktuellen Horizont bestimmten Masse kollabieren. Ihre Entstehung könnte bereits zur Planck-Zeit begonnen haben, sodass es im Universum viele kleine Schwarze Löcher mit Massen bis zu 10 . geben könnte

   –5 S. Hawking zeigte jedoch, dass "Minilöcher" durch Emission ihre Masse verlieren sollten und bis in unsere Epoche nur Schwarze Löcher mit Massen von mehr als 10 16 g, was der Masse eines kleinen Berges entspricht. Cm . Siehe auch SCHWARZES LOCH.

   Primäres Chaos kann Störungen jeder Größenordnung und Amplitude enthalten; die größte davon in Form von Schallwellen könnte von der Ära des frühen Universums bis zur Ära der Strahlung überlebt haben, als die Materie noch heiß genug war, um Strahlung auszusenden, zu absorbieren und zu streuen. Aber mit dem Ende dieser Ära rekombinierte das abgekühlte Plasma und hörte auf, mit Strahlung zu interagieren. Der Druck und die Schallgeschwindigkeit im Gas sanken, wodurch sich die Schallwellen in Stoßwellen verwandelten, das Gas komprimierte und zu Galaxien und Haufen kollabierte. Je nach Art der Ausgangswellen prognostizieren die Berechnungen ein ganz anderes Bild, das nicht immer dem beobachteten entspricht. Eine philosophische Idee, das sogenannte anthropische Prinzip, ist wichtig für die Wahl zwischen möglichen Varianten kosmologischer Modelle: Das Universum sollte von Anfang an solche Eigenschaften haben, die die Bildung von Galaxien, Sternen, Planeten und intelligentem Leben ermöglichten. Sonst gäbe es niemanden, der sich mit Kosmologie beschäftigt.

   Eine alternative Sichtweise ist, dass man über die ursprüngliche Struktur des Universums nichts mehr erfahren kann als das, was Beobachtungen ergeben. Nach diesem konservativen Ansatz kann das junge Universum nicht als chaotisch angesehen werden, da es jetzt sehr isotrop und homogen ist. Die Abweichungen von der Uniformität, die wir in Form von Galaxien beobachten, könnten unter dem Einfluss der Schwerkraft aus kleinen anfänglichen Dichteunregelmäßigkeiten gewachsen sein. Studien über die großräumige Verteilung von Galaxien (hauptsächlich von J. Peebles in Princeton) scheinen diese Idee jedoch nicht zu unterstützen. Eine weitere interessante Möglichkeit ist, dass Cluster von Schwarzen Löchern, die in der hadronischen Ära geboren wurden, die anfänglichen Fluktuationen für die Bildung von Galaxien gewesen sein könnten.

   Ist das Universum offen oder geschlossen? Die nächsten Galaxien entfernen sich mit einer Geschwindigkeit proportional zur Entfernung von uns; aber die weiter entfernten folgen dieser Abhängigkeit nicht: Ihre Bewegung zeigt an, dass sich die Expansion des Universums mit der Zeit verlangsamt. In einem geschlossenen Modell des Universums unter Einwirkung der Schwerkraft stoppt die Expansion zu einem bestimmten Zeitpunkt und wird durch eine Kontraktion ersetzt (Abb. 2), aber Beobachtungen zeigen, dass die Abbremsung von Galaxien immer noch nicht so schnell ist, dass es jemals zu einem vollständigen Stillstand kommt.

   Damit das Universum geschlossen werden kann, muss die durchschnittliche Dichte der Materie darin einen bestimmten kritischen Wert überschreiten. Die Dichteschätzungen für sichtbare und unsichtbare Materie liegen diesem Wert sehr nahe.

   Die Verteilung von Galaxien im Weltraum ist sehr heterogen. Unsere Lokale Gruppe von Galaxien, zu der die Milchstraße, der Andromeda-Nebel und mehrere kleinere Galaxien gehören, liegt an der Peripherie eines riesigen Galaxiensystems, das als Virgo-Superhaufen bekannt ist und dessen Zentrum mit dem Virgo-Galaxienhaufen zusammenfällt. Wenn die durchschnittliche Dichte der Welt hoch ist und das Universum geschlossen ist, dann sollte eine starke Abweichung von der isotropen Expansion beobachtet werden, verursacht durch die Anziehung unserer und benachbarter Galaxien zum Zentrum des Superhaufens. In einem offenen Universum ist diese Abweichung unbedeutend. Die Beobachtungen stimmen eher mit dem offenen Modell überein.

   Von großem Interesse für Kosmologen ist der Gehalt des schweren Wasserstoffisotops Deuterium in der kosmischen Materie, das in den ersten Momenten nach dem Urknall bei Kernreaktionen gebildet wurde. Es stellte sich heraus, dass der Deuteriumgehalt in dieser Zeit und damit in unserer Zeit äußerst empfindlich auf die Dichte der Materie reagierte. Der "Deuterium-Test" ist jedoch nicht einfach durchzuführen, da es notwendig ist, die Primärmaterie zu untersuchen, die sich seit dem Moment der kosmologischen Synthese nicht mehr im Inneren von Sternen befindet, wo Deuterium leicht verglüht. Die Untersuchung extrem weit entfernter Galaxien hat gezeigt, dass der Deuteriumgehalt der geringen Materiedichte und damit dem offenen Modell des Universums entspricht.

   Alternative kosmologische Modelle. Im Allgemeinen kann das Universum zu Beginn seiner Existenz sehr chaotisch und heterogen sein; Spuren davon können wir heute in der großräumigen Materieverteilung beobachten. Die Zeit des Chaos konnte jedoch nicht lange andauern. Die hohe Homogenität der kosmischen Hintergrundstrahlung weist darauf hin, dass das Universum im Alter von 1 Million Jahren sehr homogen war. Und Berechnungen der kosmologischen Kernfusion zeigen, dass, wenn es nach 1 s nach Beginn der Expansion große Abweichungen vom Standardmodell gäbe, die Zusammensetzung des Universums völlig anders wäre als in der Realität. Was in der ersten Sekunde passiert ist, ist jedoch noch umstritten. Neben dem Standard-Urknallmodell gibt es prinzipiell alternative kosmologische Modelle:

   1. Das bezüglich Materie und Antimaterie symmetrische Modell geht davon aus, dass diese beiden Arten von Materie im Universum gleichermaßen vorhanden sind. Obwohl es offensichtlich ist, dass unsere Galaxie praktisch keine Antimaterie enthält, könnten benachbarte Sternsysteme durchaus daraus bestehen; in diesem Fall wäre ihre Strahlung genau die gleiche wie bei normalen Galaxien. In früheren Expansionsepochen jedoch, als Materie und Antimaterie in engerem Kontakt standen, hätte ihre Vernichtung starke Gammastrahlen erzeugen müssen. Beobachtungen erkennen es nicht, was ein symmetrisches Modell unwahrscheinlich macht.

   2. Das Modell des kalten Urknalls geht davon aus, dass die Expansion beim absoluten Nullpunkt begann. Zwar muss in diesem Fall auch eine Kernfusion stattfinden und die Substanz aufheizen, aber die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung kann nicht mehr direkt mit dem Urknall in Verbindung gebracht werden, sondern muss auf andere Weise erklärt werden. Diese Theorie ist attraktiv, weil die Materie darin einer Fragmentierung unterliegt, die notwendig ist, um die großräumige Inhomogenität des Universums zu erklären.

   3. Das stationäre kosmologische Modell geht von der kontinuierlichen Entstehung von Materie aus. Die grundlegende Prämisse dieser Theorie, bekannt als das Ideale kosmologische Prinzip, besagt, dass das Universum immer so war und bleiben wird, wie es heute ist. Beobachtungen widerlegen dies.

   4. Es werden modifizierte Versionen von Einsteins Gravitationstheorie betrachtet. Zum Beispiel stimmt die Theorie von K. Bruns und R. Dicke aus Princeton im Allgemeinen mit Beobachtungen innerhalb des Sonnensystems überein. Das Brans-Dicke-Modell sowie das radikalere Hoyle-Modell, bei dem sich einige fundamentale Konstanten im Laufe der Zeit ändern, haben in unserer Zeit fast dieselben kosmologischen Parameter wie das Urknall-Modell.

   5. Auf der Grundlage der modifizierten Einstein-Theorie baute J. Lemaître 1925 ein kosmologisches Modell, das den Urknall mit einer langen Phase eines ruhigen Zustands kombiniert, in der sich Galaxien bilden könnten. Einstein interessierte sich für diese Gelegenheit, sein bevorzugtes kosmologisches Modell eines statischen Universums zu untermauern, aber als die Expansion des Universums entdeckt wurde, gab er es öffentlich auf.

   1917 baute A. Einstein ein Modell des Universums. In diesem Modell wurde eine kosmologische Abstoßungskraft namens Lambda-Parameter verwendet, um die Gravitationsinstabilität des Universums zu überwinden. In Zukunft wird Einstein sagen, dass dies sein grober Fehler war, entgegen dem Geist der von ihm geschaffenen Relativitätstheorie: Die Gravitationskraft wird in dieser Theorie mit der Krümmung der Raumzeit identifiziert. Einsteins Universum hatte die Form eines Hyperzylinders, dessen Länge durch die Gesamtzahl und Zusammensetzung der Manifestationsformen von Energie (Materie, Feld, Strahlung, Vakuum) in diesem Zylinder bestimmt wurde. Die Zeit in diesem Modell ist von der endlosen Vergangenheit in die endlose Zukunft gerichtet. Somit ist hier der Wert der Energie, Masse des Universums (Materie, Feld, Strahlung, Vakuum) proportional zu seiner räumlichen Struktur: begrenzt in seiner Form, aber unendlicher Radius und unendlich in der Zeit.

   Forscher, die mit der Analyse dieses Modells begannen, erregten Aufmerksamkeit

   zu seiner extremen Instabilität, ähnlich einer auf einer Kante stehenden Münze, deren eine Seite einem expandierenden Universum entspricht, die andere einem geschlossenen: Berücksichtigt man einige physikalische Parameter des Universums, so dreht es sich nach Einsteins Modell um aus, um sich ewig auszudehnen, wenn man andere in Betracht zieht, ist es geschlossen. So erhielt beispielsweise der niederländische Astronom W. de Sitter unter der Annahme, dass die Zeit in Einsteins Modell genauso gekrümmt ist wie der Raum, ein Modell des Universums, bei dem die Zeit in sehr weit entfernten Objekten vollständig anhält.

   Eine kostenloseDMann,FundSVereinigtes Königreich und Mathematiker der Petrograder Universität, veröffentlichtv1922 g. Artikel« ÖKrümmungPlatz ".V Sie präsentierte die Ergebnisse von Studien der Allgemeinen Relativitätstheorie, die die mathematische Möglichkeit der Existenz von drei Modellen des Universums nicht ausschlossen: das Modell des Universums im euklidischen Raum ( ZU = 0); Modell mit einem Koeffizienten gleich ( K> 0) und ein Modell im Lobatschewski-Bolyai-Raum ( ZU< 0).

   A. Friedman ging in seinen Berechnungen davon aus, dass der Wert und

   der Radius des Universums ist proportional zur Menge an Energie, Materie und anderen

   Formen seiner Manifestation im Universum als Ganzes. Friedmans mathematische Schlussfolgerungen leugneten die Notwendigkeit, die kosmologische Abstoßungskraft einzuführen, da die Möglichkeit der Existenz eines Modells des Universums, in dem der Prozess seiner Expansion dem Kompressionsprozess entspricht, verbunden mit einer Zunahme der Dichte, des Drucks von die Energie-Materie, aus der das Universum besteht (Materie, Feld, Strahlung, Vakuum). Die Schlussfolgerungen von A. Friedman haben bei vielen Wissenschaftlern und bei A. Einstein selbst Zweifel hervorgerufen. Obwohl der Mathematiker G. Minkowski bereits 1908 nach einer geometrischen Interpretation der speziellen Relativitätstheorie ein Modell des Universums erhielt, in dem der Krümmungskoeffizient gleich Null ist ( ZU = 0), d. h. das Modell des Universums im euklidischen Raum.

   N. Lobachevsky, der Begründer der nichteuklidischen Geometrie, hat die Winkel eines Dreiecks zwischen erdfernen Sternen gemessen und festgestellt, dass die Summe der Winkel eines Dreiecks 180 ° beträgt, dh der Raum im Weltraum ist euklidisch. Der beobachtete euklidische Raum des Universums ist eines der Geheimnisse der modernen Kosmologie. Derzeit wird angenommen, dass die Dichte der Materie

   im Universum beträgt 0,1-0,2 Teile der kritischen Dichte. Die kritische Dichte beträgt ungefähr 2 · 10 -29 g / cm 3. Wenn eine kritische Dichte erreicht ist, beginnt das Universum zu schrumpfen.

   A. Friedmans Modell mit "ZU > 0 "ist ein expandierendes Universum vom Original

   ihren Zustand, in den sie wieder zurückkehren muss. In diesem Modell tauchte das Konzept des Alters des Universums auf: das Vorhandensein eines früheren Zustands relativ zu dem zu einem bestimmten Zeitpunkt beobachteten.

   Angenommen, die Masse des gesamten Universums beträgt 5 10 2 1 Sonnenmassen, A.

   Friedman berechnete, dass sich das beobachtbare Universum in einem komprimierten Zustand befindet

   nach dem Modell " K > 0 "vor ungefähr 10-12 Milliarden Jahren. Danach begann es sich auszudehnen, aber diese Ausdehnung wird nicht unendlich sein, und nach einer gewissen Zeit wird sich das Universum wieder zusammenziehen. A. Friedman weigerte sich, die Physik des komprimierten Ausgangszustands des Universums zu diskutieren, da die Gesetze der Mikrowelt zu diesem Zeitpunkt noch nicht klar waren. Die mathematischen Schlussfolgerungen von A. Friedman wurden nicht nur von A. Einstein, sondern auch von anderen Wissenschaftlern wiederholt überprüft und erneut überprüft. Nach einer gewissen Zeit erkannte A. Einstein als Antwort auf A. Friedmans Brief die Richtigkeit dieser Entscheidungen an und nannte A. Friedman "den ersten Wissenschaftler, der den Weg einschlug, relativistische Modelle des Universums zu konstruieren". Leider starb A. Friedman früh. In seiner Person hat die Wissenschaft einen talentierten Wissenschaftler verloren.

   Wie oben erwähnt, waren weder A. Friedman noch A. Einstein die Daten über die Tatsache der "Rezession" von Galaxien bekannt, die der amerikanische Astronom W. Slipher (1875-1969) 1912 erhalten hatte. 1925 maß er die Geschwindigkeit von mehreren Dutzend Galaxien. Daher wurden die kosmologischen Ideen von A. Friedman in erster Linie theoretisch diskutiert. hÖschon v 1929

   G.amerikanischAstronom E. Hubble (1889-1953) mit Hilfe Fernrohr instrumentiertes SpektrumeinAnalysevonFlügel zueinanrufenemeinNSWirkung

   "RotVerschiebung“. Das Licht, das von den Galaxien kommt, die er beobachtet hat

   in den roten Teil des Farbspektrums des sichtbaren Lichts verschoben. Es sagte das

   dass sich die beobachteten Galaxien wegbewegen, vom Beobachter "streuen".

   Der "Rotverschiebungs"-Effekt ist ein Spezialfall des Doppler-Effekts. Der österreichische Wissenschaftler K. Dopler (1803-1853) entdeckte sie 1824. Wird die Wellenquelle von dem die Wellen aufzeichnenden Gerät entfernt, nimmt die Wellenlänge zu und wird kürzer, wenn man sich einem stationären Wellenempfänger nähert. Bei Lichtwellen entsprechen lange Lichtwellen dem roten Segment des Lichtspektrums (rot bis violett), kurz dem violetten Segment. Der Effekt der "Rotverschiebung" wurde von E. Hubble genutzt, um die Entfernungen zu Galaxien und die Geschwindigkeit ihrer Entfernung zu messen: wenn die "Rotverschiebung" von der Galaxie EIN, zum Beispiel, SchmerzenNSe v zwei mal, wie von Galaxien V., dann die entfernung zur galaxie EIN doppelt so viel wie vor der Galaxie V.

   E. Hubble fand heraus, dass sich alle beobachteten Galaxien mit einer Geschwindigkeit proportional zur Entfernung zu ihnen in alle Richtungen der Himmelssphäre entfernen: Vr = r, wo R - die Entfernung zur beobachteten Galaxie, gemessen in Parsec (1 ps entspricht ungefähr 3,1 10 1 6 m), Vr - die Geschwindigkeit der beobachteten Galaxie, Η - die Hubble-Konstante oder der Proportionalitätskoeffizient zwischen der Geschwindigkeit einer Galaxie und der Entfernung zu ihr

   vom Beobachter. Die Himmelskugel ist ein Begriff, der verwendet wird, um Objekte am Sternenhimmel mit bloßem Auge zu beschreiben. Die Alten hielten die Himmelssphäre für eine Realität, an deren Innenseite die Sterne befestigt sind. Bei der Berechnung des Wertes dieser Größe, die später als Hubble-Konstante bekannt wurde, kam E. Hubble zu dem Schluss, dass sie ungefähr 500 km / (s Mpc) beträgt. Mit anderen Worten, ein Raumsegment von einer Million Parsec vergrößert sich in einer Sekunde um 500 km.

   Formel Vr= r erlaubt uns, sowohl die Entfernung von Galaxien als auch die umgekehrte Situation, die Bewegung zu einer bestimmten Anfangsposition, den Beginn der "Streuung" von Galaxien in der Zeit zu betrachten. Die Umkehrung der Hubble-Konstanten hat die Dimension der Zeit: T(Zeit) = r / Vr = 1/ H. Wenn der Wert H, wie oben erwähnt, erhielt E. Hubble den Zeitpunkt des Beginns der "Rezession" der Galaxien von 3 Milliarden Jahren, was ihn an der Relativität der Richtigkeit des von ihm berechneten Wertes zweifeln ließ. Mit dem Effekt der "Rotverschiebung" erreichte E. Hubble die damals am weitesten entfernten Galaxien: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto geringer wird ihre Helligkeit von uns wahrgenommen. Dies erlaubte E. Hubble zu sagen, dass die Formel Vr = Stunde drückt die beobachtete Tatsache der Expansion des Universums aus, die in A. Friedmans Modell erwähnt wurde. Astronomische Studien von E. Hubble wurden von einer Reihe von Wissenschaftlern als experimentelle Bestätigung der Richtigkeit von A. Friedmans Modell eines nicht-stationären, expandierenden Universums angesehen.

   Bereits in den 30er Jahren äußerten einige Wissenschaftler Zweifel an den Daten

   E. Hubble. P. Dirac stellte beispielsweise eine Hypothese über die natürliche Rötung von Lichtquanten aufgrund ihrer Quantennatur, Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Feldern des Weltraums. Andere wiesen auf die theoretische Inkonsistenz der Hubble-Konstanten hin: Warum sollte die Größe der Hubble-Konstanten zu jedem Zeitpunkt der Evolution des Universums gleich sein? Diese stabile Konstanz der Hubble-Konstanten legt nahe, dass die uns bekannten Gesetze des Universums, die in der Megalaxie wirken, für das gesamte Universum als Ganzes obligatorisch sind. Vielleicht gibt es, wie Kritiker der Hubble-Konstanten sagen, einige andere Gesetze, die die Hubble-Konstante nicht einhält.

   Zum Beispiel, sagen sie, kann Licht aufgrund des Einflusses der interstellaren (ISM) und intergalaktischen (IGZ) Medien auf es "rot werden", was die Wellenlänge seiner Bewegung in Richtung des Beobachters verlängern kann. Ein weiteres Thema, das im Zusammenhang mit den Studien von E. Hubble für Diskussionen sorgte, war die Frage nach der Möglichkeit, dass sich Galaxien mit einer Geschwindigkeit über Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wenn dies möglich ist, können diese Galaxien aus unserer Beobachtung verschwinden, da nach der Allgemeinen Relativitätstheorie keine Signale schneller als Licht übertragen werden können. Dennoch glauben die meisten Wissenschaftler, dass die Beobachtungen von E. Hubble die Tatsache der Expansion des Universums begründet haben.

   Die Tatsache der Expansion von Galaxien bedeutet nicht Expansion innerhalb der Galaxien selbst, da ihre strukturelle Sicherheit durch die Wirkung der inneren Gravitationskräfte gegeben ist.

   Die Beobachtungen von E. Hubble trugen zur weiteren Diskussion der Modelle von A. Friedman bei. BelgierMönchundAstronomJ.Lemetr(vneRheulenHälfte der Vergangenheit)JahrhundertzogBeachtungeinneinAnslewehtUmstand:Streuung von GalaxienmeintVerlängerungPlatz,somit,vVergangenheit

   Es warverringernVolumenundNSlBeziehungenvedie Gesellschaft. Lemaitre nannte die Anfangsdichte der Materie ein Protoatom mit einer Dichte von 10 9 3 g / cm 3 , aus dem die Welt von Gott erschaffen wurde. Aus diesem Modell folgt, dass der Begriff der Dichte der Materie verwendet werden kann, um die Grenzen der Anwendbarkeit der Begriffe von Raum und Zeit zu bestimmen. Bei einer Dichte von 10 9 3 g / cm 3 verlieren die Begriffe Zeit und Raum ihre übliche physikalische Bedeutung. Dieses Modell hat auf den physikalischen Zustand mit superdichten und superheißen physikalischen Parametern aufmerksam gemacht. Darüber hinaus wurden Modelle vorgeschlagen pulsierendUniversum: Das Universum dehnt sich aus und zieht sich zusammen, geht aber nie an extreme Grenzen. Modelle des pulsierenden Universums messen der Messung der Energie-Materie-Dichte im Universum große Bedeutung bei. Wenn die kritische Dichtegrenze erreicht ist, dehnt sich das Universum aus oder zieht sich zusammen. Das Ergebnis war der Begriff "Singulich binrnoe"(lat. singularus - separater, einzelner) Zustand, in dem Dichte und Temperatur einen unendlichen Wert annehmen. Diese Forschungsrichtung steht vor dem Problem der "verborgenen Masse" des Universums. Der Punkt ist, dass die beobachtete Masse des Universums nicht mit der auf der Grundlage theoretischer Modelle berechneten Masse übereinstimmt.

   Modell"GroßExplosion". Unser Landsmann G. Gamow (1904-1968)

   arbeitete an der Petrograder Universität und war mit kosmologischen Ideen vertraut

   A. Fridmann. 1934 wurde er auf Geschäftsreise in die USA geschickt, wo er für den Rest seines Lebens blieb. Unter dem Einfluss der kosmologischen Ideen von A. Friedman interessierte sich G. Gamow für zwei Probleme:

   1) die relative Verbreitung chemischer Elemente im Universum und 2) ihre Herkunft. Bis zum Ende der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts. Es gab eine lebhafte Diskussion zu diesen Themen: Wo können schwere? chemische Elemente wenn Wasserstoff (1 1 H) und Helium (4 H) die am häufigsten vorkommenden chemischen Elemente im Universum sind. G. Gamow schlug vor, dass chemische Elemente ihre Geschichte vom Beginn der Expansion des Universums an verfolgen.

   ModellG.GamowneinnamensModell"GroßExplosion",nÖSieEs hat

   undSonstigesTitel:"A-B-D-Theorie"... Dieser Titel gibt die Anfangsbuchstaben der Autoren des Artikels (Alfer, Bethe, Gamow) an, der 1948 veröffentlicht wurde und ein Modell des "heißen Universums" enthielt, aber die Hauptidee dieses Artikels gehörte G. Gamow .

   Kurz zum Wesen dieses Modells:

   1. Der "ursprüngliche Anfang" des Universums wurde nach Friedmans Modell durch einen superdichten und superheißen Zustand dargestellt.

   2. Dieser Zustand entstand als Ergebnis der vorherigen Kompression der gesamten materiellen, energetischen Komponente des Universums.

   3. Dieser Zustand entsprach einem extrem kleinen Volumen.

   4. Energie-Materie, die in diesem Zustand eine bestimmte Grenze von Dichte und Temperatur erreicht hatte, explodierte, der Urknall trat auf, den Gamow nannte

   „Kosmologischer Urknall“.

   5. es istüber eine ungewöhnliche Explosion.

   6. Der Urknall gab allen Fragmenten des ursprünglichen physikalischen Zustands vor dem Urknall eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit.

   7. Da der Anfangszustand superheiß war, sollte die Expansion die Reste dieser Temperatur in alle Richtungen des expandierenden Universums beibehalten.

   8. Die Größe dieser Resttemperatur sollte an allen Punkten des Universums ungefähr gleich sein.

   Dieses Phänomen wurde als Relikt (alt) bezeichnet, Hintergrundstrahlung von m.

   1953 G. Gamow berechnete die Wellentemperatur der Reliktstrahlung. Bei ihm

   es stellte sich heraus, 10 K. Die Reliktstrahlung ist elektromagnetische Mikrowellenstrahlung.

   1964 entdeckten die amerikanischen Experten A. Penzias und R. Wilson zufällig Reliktstrahlung. Nachdem sie die Antennen des neuen Radioteleskops installiert hatten, konnten sie Interferenzen im Bereich von 7,8 cm nicht beseitigen.Diese Interferenzen, Rauschen, kamen aus dem Weltraum, gleich groß und in alle Richtungen. Messungen dieser Hintergrundstrahlung ergaben eine Temperatur von weniger als 10 K.

   Damit wurde die Hypothese von G. Gamow über Relikt-Hintergrundstrahlung bestätigt. In seinen Arbeiten zur Temperatur der Hintergrundstrahlung hat G. Gamow die Formel von A. Friedman verwendet, die die Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Strahlungsdichte ausdrückt. In Parabel ( K> 0) Modell des Universums. Friedman betrachtete einen Zustand, in dem die Strahlung Vorrang vor der Materie eines sich unbegrenzt ausdehnenden Universums hat.

   Nach dem Modell von Gamow gab es zwei Epochen in der Entwicklung des Universums: a) die Vorherrschaft der Strahlung (physikalisches Feld) über die Materie;

   b) das Vorherrschen der Materie gegenüber der Strahlung. In der Anfangszeit herrschte Strahlung über Materie, dann gab es eine Zeit, in der ihr Verhältnis gleich war, und eine Zeit, in der die Materie über die Strahlung zu dominieren begann. Gamow definierte die Grenze zwischen diesen Epochen – 78 Millionen Jahre.

   Am Ende des zwanzigsten Jahrhunderts. Messung mikroskopischer Veränderungen der Hintergrundstrahlung, die als . bezeichnet wird WellenBNS, erlaubten einer Reihe von Forschern zu behaupten, dass diese Welligkeit eine Dichteänderung darstellt Substanzenundenerguiv durch die Einwirkung der Schwerkraft auf frühe Entwicklungsstadien Das Universum.

   Modell "YingFlEierÖnajaUniversum".

   Der Begriff "Inflation" (lat. Inflation) wird als Blähungen interpretiert. Zwei Forscher A. Guth und P. Seinhardt haben dieses Modell vorgeschlagen. In diesem Modell wird die Evolution des Universums von einem gigantischen Anschwellen des Quantenvakuums begleitet: In 10 -30 s nimmt die Größe des Universums um das 10 50-fache zu. Inflation ist ein adiabatischer Prozess. Es wird mit Abkühlung und der Entstehung einer Unterscheidung zwischen schwachen, elektromagnetischen und starken Wechselwirkungen in Verbindung gebracht. Die Analogie zur Inflation des Universums lässt sich grob als plötzliche Kristallisation einer unterkühlten Flüssigkeit darstellen. Ursprünglich wurde die inflationäre Phase als "Wiedergeburt" des Universums nach dem Urknall angesehen. Derzeit verwenden inflationäre Modelle das Konzept undnFlatonneÖNSFelder... Dies ist ein hypothetisches Feld (vom Wort "Inflation"), in dem sich aufgrund zufälliger Schwankungen eine homogene Konfiguration dieses Feldes mit einer Größe von mehr als 10 -33 cm gebildet hat des Universums, in dem wir leben.

   Die Beschreibung von Ereignissen im Universum nach dem Modell des „Inflationary Universe“ stimmt vollständig mit der Beschreibung nach dem Urknallmodell ab 10 -30 s Expansion überein. Die Inflationsphase bedeutet, dass das beobachtbare Universum nur ein Teil des Universums ist. Im Lehrbuch von T. Ya. Dubnischeva "The Concept of Modern Natural Science" wird nach dem Modell des "Inflationary Universe" folgender Ablauf vorgeschlagen:

   1) T - 10 - 4 5 St. Zu diesem Zeitpunkt, nach Beginn der Expansion des Universums, betrug sein Radius etwa 10 -50 cm, ein aus Sicht der modernen Physik ungewöhnliches Ereignis. Es wird angenommen, dass ihm Ereignisse vorausgehen, die durch die Quanteneffekte des Inflatonfeldes erzeugt werden. Diese Zeit ist kürzer als die Zeit der "Planck-Ära" - 10 - 4 3 s. Aber das stört die Anhänger dieses Modells nicht, die Berechnungen mit einer Zeit von 10 -50 s durchführen;

   2) T - ungefähr von 10 -43 bis 10 -35 s - die Ära der "Großen Vereinigung" oder der Vereinigung aller Kräfte der physikalischen Wechselwirkung;

   3) T - von etwa 10 - 3 5 bis 10 -5 - der schnelle Teil der Inflationsphase,

   wenn sich der Durchmesser des Universums um den Faktor 10 5 0 vergrößert hat. Die Rede ist von der Entstehung und Bildung eines Elektron-Quark-Mediums;

   4) T- Ungefähr von 10 -5 bis 10 5 s werden Quarks zunächst in Hadronen eingeschlossen, und dann werden Kerne zukünftiger Atome gebildet, aus denen anschließend Materie gebildet wird.

   Aus diesem Modell folgt, dass eine Sekunde nach Beginn der Expansion des Universums der Prozess der Entstehung von Materie, ihre Trennung von den Photonen der elektromagnetischen Wechselwirkung und die Bildung von Proto-Superhaufen und Protogalaxien stattfindet. Die Erwärmung erfolgt als Ergebnis des Auftretens von Partikeln und Antipartikeln, die miteinander wechselwirken. Diesen Vorgang nennt man Vernichtung (lat. nihil - nichts oder nichts werden). Die Autoren des Modells glauben, dass die Annihilation asymmetrisch zur Bildung gewöhnlicher Teilchen ist, aus denen unser Universum besteht. Daher besteht die Hauptidee des Modells des inflationären Universums darin, das Konzept aus der Kosmologie auszuschließen

   "Urknall" als besonderer, ungewöhnlicher Ausnahmezustand in der Evolution des Universums. In diesem Modell tritt jedoch ein ebenso ungewöhnlicher Zustand auf. Dieser Staat NSnFigration undnFlateinisches Feld. Das Alter des Universums wird in diesen Modellen auf 10-15 Milliarden Jahre geschätzt.

   Das „Inflationsmodell“ und das „Urknall“-Modell erklären die beobachtete Inhomogenität des Universums (Dichte der Materiekondensation). Insbesondere wird angenommen, dass beim Aufblähen des Universums kosmische Inhomogenitäten-Texturen als Embryonen von Materieaggregaten entstanden, die sich später zu Galaxien und ihren Haufen ausdehnten. Dies belegen die Aufzeichnungen aus dem Jahr 1992. die Abweichung der Temperatur der Reliktstrahlung von ihrem Mittelwert von 2,7 K um etwa 0,00003 K. Beide Modelle sprechen von einem heißen expandierenden Universum, im Mittel homogen und isotrop in Bezug auf die Reliktstrahlung. Im letzteren Fall meinen wir die Tatsache, dass die Reliktstrahlung in allen Teilen des beobachtbaren Universums in alle Richtungen vom Beobachter aus praktisch den gleichen Wert hat.

   Es gibt Alternativen zum Big Bang und Inflationary

   Universum ": Modelle von" stationärem Universum "," kaltes Universum "und

   "Selbstkonsistente Kosmologie".

   Modell"StationärDes Universums ". Dieses Modell wurde 1948 entwickelt. Es basierte auf dem Prinzip der "kosmologischen Konstanz" des Universums: Nicht nur im Universum sollte kein einziger Ort zugewiesen werden, sondern auch kein einziger Zeitpunkt sollte zeitlich zugewiesen werden. Die Autoren dieses Modells sind G. Bondi, T. Gold und F. Hoyle, letzterer ist ein bekannter Autor populärer Bücher über die Probleme der Kosmologie. In einem seiner Werke schrieb er:

   "Jede Wolke, Galaxie, jeder Stern, jedes Atom hatte einen Anfang, aber nicht das gesamte Universum. Das Universum besteht aus mehr als seinen Teilen, auch wenn diese Schlussfolgerung unerwartet erscheinen mag." Dieses Modell geht davon aus, dass im Universum eine interne Quelle vorhanden ist, ein Energiereservoir, das die Dichte seiner Energie-Materie auf einem "konstanten Niveau hält, das die Kompression des Universums verhindert". F. Hoyle argumentierte beispielsweise, dass die Dichte von Energie, Materie und Strahlung im Universum insgesamt konstant wäre, wenn alle 10 Millionen Jahre ein Atom in einem Raum im Weltraum auftauchte. Dieses Modell erklärt nicht, wie Atome chemischer Elemente, Materie usw. entstanden sind.

   e) Die Entdeckung des Relikts, der Hintergrundstrahlung, hat die theoretischen Grundlagen dieses Modells stark untergraben.

   Modell« KaltDas UniversumNS». Das Modell wurde in den sechziger Jahren vorgeschlagen

   Jahre des letzten Jahrhunderts von dem sowjetischen Astrophysiker J. Zel'dovich. Vergleich

   theoretische Werte der Strahlungsdichte und Temperatur gemäß dem Modell

   Der "Urknall" mit den Daten der Radioastronomie erlaubte es Ya. Zel'dovich, eine Hypothese zu formulieren, wonach der physikalische Ausgangszustand des Universums ein kaltes Proton-Elektronen-Gas mit einer Beimischung von Neutrinos war: für jedes Proton gibt es eines Elektron und ein Neutrino. Die Entdeckung der Reliktstrahlung, die die Hypothese des anfänglichen heißen Zustands in der Entwicklung des Universums bestätigt, führte dazu, dass Zeldovich sein eigenes Modell des "Kalten Universums" aufgab. Die Idee, die Beziehung zwischen der Anzahl verschiedener Teilchenarten und der Häufigkeit chemischer Elemente im Universum zu berechnen, erwies sich jedoch als fruchtbar. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Dichte der Energie-Materie im Universum mit der Dichte der Reliktstrahlung übereinstimmt.

   Modell"UniversumvAtom". Dieses Modell behauptet, dass es tatsächlich nicht ein, sondern viele Universen gibt. Das Modell "Universe in an Atom" basiert auf dem Konzept einer geschlossenen Welt nach A. Friedman. Eine geschlossene Welt ist ein Bereich des Universums, in dem die Anziehungskräfte zwischen seinen Komponenten gleich der Energie ihrer Gesamtmasse sind. In diesem Fall können die äußeren Dimensionen eines solchen Universums mikroskopisch klein sein. Aus der Sicht eines externen Beobachters wird es ein mikroskopisches Objekt sein, aber aus der Sicht eines Beobachters innerhalb dieses Universums sieht alles anders aus: ihre Galaxien, Sterne usw. Diese Objekte heißen FReadmons. Der Akademiker A.A. Markov stellte die Hypothese auf, dass es eine unbegrenzte Anzahl von Fridmons geben kann und sie vollständig offen sein können, dh sie haben einen Eingang zu ihrer Welt und einen Ausgang (Verbindung) mit anderen Welten. Es stellt sich heraus, dass es sich um eine Reihe von Universen handelt, oder, wie I.S. Shklovsky das korrespondierende Mitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR in einem seiner Werke nannte, - Metaverse.

   Die Idee einer Vielzahl von Universen wurde von A. Guth, einem der Autoren des inflationären Modells des Universums, ausgedrückt. In einem anschwellenden Universum ist die Bildung von "Aneurysmen" (ein Begriff aus der Medizin, bedeutet Vorwölbung der Wände von Blutgefäßen) aus dem Mutteruniversum möglich. Laut diesem Autor ist die Erschaffung des Universums durchaus möglich. Dazu müssen Sie 10 kg Substanz komprimieren

   auf eine Größe von weniger als einem Billiarden Teil eines Elementarteilchens.

   FRAGEN ZUM SELBSTTEST

   1. Das Urknall-Modell.

   2. Astronomische Forschungen von E. Hubble und ihre Rolle in der Entwicklung

   moderne Kosmologie.

   3. Relikt, Hintergrundstrahlung.

   4. Modell "Inflationäres Universum".