Эволюционные процессы в микромире (Вселенная)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Модель нестационарной Вселенной Эйнштейна – Фридмана.

 

1. Модель стационарной Вселенной Эйнштейна.

 

До Эйнштейна никто  не сомневался, что Вселенная изотропна, однородна, геометрия пространства которой евклидова. Однако в дальнейшем, анализ данной модели выявил существенные недостатки, впоследствии названные  «космологическими парадоксами». Теория тяготения Ньютона подверглась  пересмотру. Общая теория относительности  Эйнштейна раскрыла связь между  тяготением, пространством и временем. Она открыла дорогу к созданию научно обоснованных космологических  моделей. Сам Эйнштейн не смог пройти мимо такой задачи, понимая всю  ее значимость.

В ОТО Эйнштейн показал, что тяготение можно трактовать как проявление искривления пространства-времени под действием вещества. Поэтому наиболее естественным было отказаться  от евклидовости пространства Вселенной. Эйнштейн отказался, сохранив при этом положения о стационарности и однородности Вселенной.

Итак, началом революции в астрономии считается создание в 1917 г. немецким физиком-теоретиком А. Эйнштейном стационарной релятивистской космологической модели. В ее основу положена релятивистская теория тяготения, обоснованием которой служит общая теория относительности. А. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению А. Эйнштейна, зависят от распределения в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве (рис.1). Сигнал, пущенный наблюдателем во Вселенной, вернется к нему с противоположной стороны.

Первоначальная модель Эйнштейна  была стационарной, т.е. радиус оболочки R предполагался постоянным, не зависящим  от времени. Из космологических уравнений  Эйнштейна следует уравнение:

где ρ – средняя плотность  материи, P – давление материи, G –  гравитационная постоянная Ньютона, c – скорость света. Если радиус оболочки не меняется во времени, то левая часть равна нулю, значит, и правая часть должна обращаться в нуль. При положительной плотности материи ρ это означает, что давление P должно быть отрицательным.

    Такое решение Эйнштейн счел неуместным. Вместо этого он ввел (формально допустимое) дополнительное слагаемое, так что уравнение приобрело вид:

где Λ – так называемая космологическая постоянная. Одновременно Эйнштейн предложил пренебречь давлением материи P, т.е. считать его нулевым.

Согласно стационарной  релятивистской модели: 

1) пространство однородно  и изотропно;

2) материя распределена  в нем равномерно;

3) время бесконечно;

4) течение времени не  влияет на свойства Вселенной.

Однородность пространства означает, что нет такой точки в пространстве, относительно которой существует некоторая «выделенная» симметрия, все точки равноправны, поэтому рассматриваемый эксперимент не зависит от нашего выбора точки отсчета.

Изотропность пространства (греч. isos равный, одинаковый, tropos  свойство) – одинаковость свойств во всех направлениях пространства.

Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность  идей, А. Эйнштейн в своей космологической  теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира: А. Эйнштейна более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый. В конце жизни великий ученый с сожалением говорил о том, что теория статичной Вселенной не имеет эмпирического подтверждения.

 

2. Нестационарная космология Фридмана.