Космология и ее модели

По современным данным  .

Модель  Лямбда-CDM

ΛCDM (Лямбда-СиДиЭм) — современная стандартная космологическая модель, в которой Вселенная заполнена, не только обычной барионной материей, тёмной энергией, но и холодной тёмной материей. Согласно этой модели возраст Вселенной равен   млрд. лет.

Модель появилась после того, как в конце прошлого века обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется, как ожидалось, а наоборот, ускоряется. Было предложено, что в мире присутствует некая тёмная энергия, которая в гравитационном взаимодействии проявляет себя так: не притягивается к другой материи, а отталкивается от неё. Модель лямбда как раз и основана на презумпции существования данного вида энергии.

Модель лямбда заставляет пересмотреть концепцию гибели мира. В теории большого взрыва было два варианта - тепловая смерть и большой коллапс. Модель лямбда дополняет этот список ещё двумя пунктами - большой разрыв и локальная тепловая смерть.

Большой разрыв - сценарий, в котором в битве тёмной материи и тёмной энергии побеждает вторая сущность. По мере дальнейшего расширения мира и убывания плотности тёмной материи, Вселенная будет больше ускоряться. Поверхность, за пределами которой объекты движутся быстрее света, будет всё ближе к наблюдателю. Так как между объектами, двигающимися друг относительно друга быстрее света, не может быть никакой причинной связи, то область, в которой события останутся причинно связными, будет сокращаться, пока не достигнет размеров элементарных частиц. Тогда ни одна частица не сможет взаимодействовать ни с одной другой. А без взаимодействия, нет и материи. Это и будет конец. Данная модель отводит нашему миру ещё несколько десятков миллиардов лет жизни.

Локальная тепловая смерть - сценарий в том случае,  если темпы инфляции не достигнут значений, как при большом разрыве.  Тогда горизонт событий будет приближаться к наблюдателю, но не так быстро. Гравитация окажется сильнее инфляции, что приведёт к тому, что за горизонт событий уйдут объекты, на которые тяготение не действует. Те же системы, которые поддерживаются более-менее устойчивой гравитационной связью, останутся стабильными. Но расширение Вселенной продолжится. В гравитационно-связанных системах расширение почти не будет отличаться от предсказанного прежней моделью. А раз так, то и умрут они в точности, как предсказывала старая концепция - тепловой смертью. Разница только в том, что если прежняя модель предсказывала такую смерть всему миру, то новая - только небольшим его областям. Остальные останутся жить, но ненадолго. Эти модели - большой разрыв и локальная тепловая смерть - современной наукой в свете открытия тёмной энергии представляются более вероятными, чем большой коллапс и тепловая смерть в старом смысле.

Космологический принцип

Космологический принцип — основное положение современной космологии, согласно которому каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от места и направления наблюдения обнаруживает во Вселенной в среднем одну и ту же картину. Независимость от места наблюдений носит название однородности, независимость от направления — изотропии Вселенной. Отсутствие изотропии называется анизотропией.

Космологический принцип  выполняется приближённо. Скопления галактик, воды, звезды, планеты являются отклонениями от однородности Вселенной. Это означает, что физические условия в разных точках различны, но эти отклонения не очень важны, если перейти к очень большим масштабам, превышающим примерно несколько сотен миллионов световых лет.

Описание

В прошлом учёные предполагали - Вселенная устроена иерархически: каждая материальная система входит в состав системы более высокого уровня, что означало бы нарушение космологического принципа.

Однако эта точка зрения опровергается наблюдательными  данными. Главным из них является изотропия  реликтового излучения. Кроме того, фоновое излучение в рентгеновском диапазоне горячего межгалактического газа и др., тоже показывает высокую степень изотропии. Наконец, распределение далёких галактик показывает очень высокую степень изотропии. Подсчёты галактик указывают - чем больше характерный размер системы галактик, тем слабее эта система выделена из окружающего фона.

Обычно считается, что  переход от структурированности  к однородности и изотропии совершается  на масштабах порядка полумиллиарда  световых лет.

График независимости закона Хаббла от положения галактики, из точек которой происходит наблюдение. 1- я т. - галактика A, 2-я т. – галактика В.

Космологическое красное смещение

Космологическое красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, объясняемое как динамическое удаление этих источников друг от друга и от нашей Галактики, то есть как расширение Метагалактики.

Сущность явления

Часто данное смещение связывают с эффектом Доплера, который связывают с движением галактик друг относительно друга. Но на самом деле, космологическое красное смещение происходит по-другому, оно связано с расширением пространства согласно ОТО. В наблюдаемое красное смещение от галактик вносит вклад как космологическое красное смещение из-за расширения пространства Вселенной, так и красное или фиолетовое смещения эффекта Доплера вследствие собственного движения галактик. При этом на больших расстояниях вклад космологического красного смещения становится преобладающим.

Образование космологического красного смещения можно представить  так: рассмотрим свет — электромагнитную волну, идущую от далёкой галактики. В то время как свет летит через  космос, пространство расширяется. Вместе с ним расширяется и волновой пакет. Соответственно, изменяется и  длина волны. Если за время полёта света пространство расширилось  в два раза, то и длина волны  и волновой пакет увеличивается  в два раза.

История обнаружения

Красное смещение для галактик было обнаружено американским астрономом Весто Слайфером в 1912—1914 г. В 1929 году Эдвин Хаббл открыл, что красное смещение для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон красного смещения, или закон Хаббла). Несмотря на то что, как выяснилось позже, проводимые им измерения оказались неточными и, по сути, не имеющими отношения к космологическому красному смещению (расширение Вселенной начинает сказываться на гораздо больших расстояниях), как показали более поздние измерения, «открытый» им закон действительно имеет место.

Хотя предлагались различные  объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий, например, гипотеза утомлённого света, только Общая теория относительности даёт непротиворечивую картину, объясняющую все наблюдения. Данное объяснение этого явления является общепринятым.