Всесвіт, що розширюється.

Запровадження. Ідея еволюції усього Всесвіту видається цілком природною та навіть необхідної сьогодні. Так було завжди. Як і велика наукова ідея, вони минули важкий шлях боротьби, і становлення, доки восторжествувала у науці. Сьогодні еволюція Всесвіту є науковим фактом, всебічно обгрунтованим численними астрофизичними спостереженнями і мають під собою міцний теоретичний базис всієї фізики. Наукова фізична космологія можна вважати дітищем ХХ століття. Тільки у минулому столітті Альбертом Ейнштейном було створено релятивістська теорія тяжіння (загальна теорія відносності), що є теоретичним фундаментом науки про побудову Всесвіту. З іншого боку, успіхи спостережної астрономії початку уже минулого століття — встановлення природи галактик відкриття закону червоного усунення Хаббла, а останні роки успіхи радіоастрономії, нові методи фізичних досліджень, включаючи методи дослідження з допомогою космічних апаратів, створили спостережний фундамент космології. Початком сучасного етапу розвитку космології є робота вченого А.А. Фрідмана, виконані 1922;1924 рр. За підсумками теорії Ейнштейна він побудував математичні моделі руху речовини у всьому Всесвіті під дією сил тяжіння. Фрідман довів, що речовина Всесвіту неспроможна бути стаціонарної; вона повинна переважно або стискатися, або розширюватися і, отже, щільність речовини у Всесвіті повинна або зменшуватися, або збільшуватися. Так теоретично відкрита необхідність глобальної еволюції Вселенной.

1. Великомасштабна однорідність і изотопия Всесвіту. Будь-яким спробам побудови моделі навколишнього нас світу починаються, звісно, з осмислювання спостережень. Що таке що спостерігається нами Всесвіт? До того астрономи могли спостерігати безпосередньо лише світні тіла, тобто. зірки, світний газ, зоряні системи. У порівняно невеликих масштабах зірки розподілені у просторі цілком нерівномірно. Це було зрозуміло з самого на той час, коли зрозуміли, що Чумацький Шлях є гігантським скупченням зірок — Галактикою. Принаймні того, як сила телескопів зростала та вдосконалювалися методи астрофізичних досліджень, з’ясувалося, що галактик багато, що вони розподілені нерівномірно, І що загальну картину Всесвіту представляється сукупністю окремих скупчень галактик. Розміри скупчень і кількість галактик у яких бувають дуже різні. Великі скупчення містять тисячі галактик і мають розміри на кілька мегапарсек (1пк=3,1*1018см, 1Мпк=106пк). Середнє відстань між великими скупченнями близько тридцяти Мщк, тобто. приблизно 10 разів більше, ніж розміри скупчень. Це означає, що середня щільність кожної структурної одиниці в 100−1000 разів більше, ніж те щільність, яка вийшла, аби всі речовина рівномірно «розмазати» з усього простору. Є й більші згущення — сверхскопления. Отже, масштабу 30 Мщк є окремі структурні одиниці, і, отже, Всесвіт неоднорідна. Якщо взяти в 10 разів більше масштаб, то такому кубі, у якому їх поміщати, буде приблизно і те кількість скупчень галактик (приблизно 1000), тобто. у великому масштабі Всесвіт приблизно однорідна. Поки досліджувалися скупчення галактик з допомогою оптичних телескопів, ми дуже добре представляли їх розподіл у просторі. Точність оптичних методів визначень розподілу галактик в просторі дуже великою і твердження у тому, що у середньому однорідний, мало точність близько 10−20%. Останні півстоліття з’явилися нові методи дослідження великомасштабної однорідності і изотопии (так називають незалежність властивостей від напрямку у просторі) Всесвіту. Вони були пов’язані насамперед з виміром з так званого реліктового радіовипромінювання, прихожого до нас із величезних відстаней. Найточніші сьогоднішні виміру не виявили відхилень в інтенсивності такого випромінювання у різних напрямах на небі відносною точністю в 10−14 / 10−5. Це свідчить про тому, що властивості Всесвіту однакові за всі напрямам, тобто. що Всесвіт изотопна з точністю. Але це спостереження свідчать і про те, що Всесвіт з точністю однорідна. Відхилення в щільності розподілу речовини до середнього значення масштабах 1000 Мщк вбирається у три відсотки, а великих масштабах цих відхилень набагато менше. Отже, найважливішої що спостерігається особливістю Всесвіту є неоднорідність, структурність у малих масштабі і однорідність у великому масштабі. У масштабах сотні мегапарсек речовина Всесвіту можна як однорідну безперервну середу, «атомами» якої є галактики, скупчення галактик і навіть сверхскопления. У 19 столітті робилися спроби побудови про ієрархічних моделей Всесвіту. Відповідно до таким моделям у Всесвіті є нескінченна послідовність систем дедалі більше високого порядку: зірки об'єднують у галактики, галактики в скупчення галактик, скупчення утворюють сверхскопления тощо. нескінченно. Спостереження спростовують таке припущення. Зблизька великомасштабної структури Всесвіту слід з властивостей її однорідності і изотопии.

2. Теорія пророкує нестационарность Вселенной.

Подивимося, яких висновків веде факт однорідної розподілу речовини у Всесвіті. Найважливішою силою, діючу пенсійну систему світі небесних тіл, є сила всесвітнього тяжіння. Закон, управляючий цієї самою силою, було встановлено І. Ньютоном XVII столітті. Теорія тяжіння Ньютона і ньютоновская механіка з’явилися найбільшим досягненням природознавства. Вони дають можливість окреслити з великою точністю великий коло явищ, зокрема рух природничих і штучних тіл в Сонячну систему, руху на інших системах небесних тіл: у подвійних зірках, в зоряних скупчення, в галактиках. За підсумками теорії тяжіння Ньютона було зроблено передбачення існування невідомої раніше планети Нептун, передбачення існування супутника Сиріуса і ще передбачення, згодом блискуче подтвердившиеся. Нині закон Ньютона є фундаментом, на основі якої в астрономії обчислюються руху, і будова небесних тіл, їх еволюція, визначаються маси небесних тіл. Однак у деяких випадках, коли поля тяжіння стають досить сильними, а швидкості руху на них наближаються до швидкості світла, тяжіння не то, можливо описано законом Ньютона. І тут треба користуватися релятивістської теорією тяжіння, створеної А. Ейнштейном в 1916 р. Необхідність виходу далеко за межі ньютоновской теорії тяжіння в космологічної проблемі була усвідомлено давно, набагато раніше створення Ейнштейном нову теорію. Але виявляється, як і теорія тяжіння Ейнштейна, і теорія тяжіння Ньютона мають однієї важливу особливість, що дозволяє з’ясувати найважливіше властивість моделі Всесвіту, не вдаючись до складної теорії Ейнштейна, а користуючись виключно теорією Ньютона. Отже, повернемося до спільного важливого властивості теорій Ейнштейна і Ньютона. Річ у тім, що сферическисиметрична матеріальна оболонка не створює ніякого гравітаційного поля у внутрішній порожнини. Покажемо у разі теорії Ньютона.

Розглянемо матеріальну сферу (малюнок 1).

Мал.1 Сили тяжіння, із якими майданчики Проте й У притягають тіло т, рівні за величиною і протилежні в напрямі. Порівняємо сила тяжіння, котрі тягнуть тіло маси т (що у довільній точці всередині сфери) в супротивники Проте й У. Напрям лінії АВ, що проходить через т, довільно. Ці сили створюються речовиною, розташованим у тих ділянках сфери, вирізаних вузькими конусами з однаковими кутами при вершині. Площі майданчиків, вирізуваних цими вузькими конусами, пропорційні квадратах висот цих конусів. Отже, площа Sa майданчики, А належить на площу Sb майданчики У як квадрати відстаней ra і rb від т до поверхні: Sa / Sb= ra2/ rb2 (1) Та оскільки маса вважається рівномірно розподіленої поверхнею сфери, то тут для мас майданчиків отримуємо те отношение:

Мa / Мb= ra2/ rb2 (2) Нині можна обчислити ставлення сил, із якими майданчики притягають тіло. Самі сили записуються відповідно до Закону Ньютона так: FA= GMa m/ ra2, FB= GMb m/ rb2 (3) Їх ставлення є FA/ FB = Ma ra2/ Mb rb2 (4).

Підставляючи в (4) замість Ma/ Mb його значення з (2), находим.

FA/ FB =1, FA= FB. (5) Отже, сили рівні по абсолютну величину, направлені на супротивники і врівноважують одне одного. Те ж саме повторити й у будь-яких напрямів. Отже, все протилежно спрямовані сили врівноважені і регулювальна сила, діюча на т, дорівнює нулю. Крапка, в якій розміщене тіло т, довільна. Отже, всередині сфери справді не в змозі тяжіння. Тепер звернімося до до розгляду сил тяжіння у Всесвіті. У минулому пункті з’ясовано, що у великих масштабах розподіл речовини у Всесвіту вважатимуться однорідним. Скрізь розглядаються лише відкриваються великі масштаби, тому речовина вважається однорідним. Виділимо подумки у тому речовині кулю довільного радіуса з центром в довільній точці (рис.2).

Рис. 2 Сила тяжіння, з якою Галактика А, розташована на поверхні кулі довільного радіуса R, притягається до центра кулі Про, визначається лише сумарною масою речовини кулі та залежною від речовини, який би поза кулі. Розглянемо спочатку сила тяжіння, створювані лежить на поверхні цього кулі лише речовиною самого кулі, не будемо поки розглядати решта речовина Всесвіту. Нехай радіус кулі обраний надто великою, отже полі тяжіння, створюване речовиною кулі, щодо слабко і застосовна теорія Ньютона для обчислення сила тяжіння. Тоді галактики, які перебувають на граничной сфері, буде притягатися до центра кулі з силою, пропорційної масі кулі М і навпаки пропорційної квадрату його радіуса R. Тепер пригадаємо про всьому іншому речовині Всесвіту поза кулі, і спробуємо врахувати сила тяжіння, їм створювані. І тому будемо розглядати послідовно сферичні оболонки усе більшого і більшого радіуса, стали охоплювати кулю. Але вище ми показали, що сферически-симмертичные верстви речовини ніяких гравітаційних сил всередині порожнини не створюють. Отже, всі ці сферически-симметричные оболонки (тобто. решта речовина Всесвіту) щось додадуть застосування сили тяжіння, яке має Галактика На поверхні кулі для її центру Про. Отже, можна визначити прискорення однієї галактики По відношення до галактиці Про. Ми ухвалили Про за центр кулі, а галактика, А перебуває в відстані R від Про. Це прискорення зумовлено тяжінням лише речовини кулі радіусом R. Відповідно до Закону Ньютона вона є: A= - (GM/R2). (6) Знак мінус означає, що прискорення відповідає притяганню, а чи не оттягиванию. Отже, будь-які дві галактики, перебувають у однорідної Всесвіту на відстані R, відчувають відносне прискорення (негативне) а, здобута формулою 6. Це означає, що Всесвіт мусить бути нестационарной. Справді, якщо б ми представили, що у певний час галактики почивають, не рухаються і щільність речовини у Всесвіту не змінюється, то наступний момент галактики змогли б отримати швидкості під впливом взаємного тяжіння всього речовини, оскільки є прискорення тяжіння, здобута формулою 6. Отже, спокій галактик друг щодо друга можлива лише тільки мить. Взагалі ж разі галактики повинні рухатися — вони мають віддалятися чи зближуватися, радіус кулі R має змінюватися згодом, щільність речовини повинна також змінюватися згодом. Всесвіт мусить бути нестационарной, оскільки у ній діє тяжіння — такий основний висновок теорії. Такий висновок було отримано А.А. Фрідман з урахуванням релятивістської теорії тяжіння в 1922; 1924 рр. Значно згодом, в середині тридцятих років, Еге. Мілі і У. Маккри зауважили те, що висновок про нестаціонарність однорідної Всесвіту можна отримати з ньютоновской теорії за схемою, наведеної тут. Як конкретно повинні рухатися галактики, як має змінюватися щільність, було б відбуватися розширення чи стиснення? Це тільки від сил тяжіння, управляючих рухом. Ці сили дають прискорення, а точніше, гальмування (знак мінус у формулі 6), тобто. показують, як змінюватиметься швидкість згодом. Якщо поставити в певний момент спокій галактик, то наступні моменти галактики почнуть зближуватися, Всесвіт буде стискатися. Якщо поставити в початковий момент швидкості галактик те щоб вони віддалялися друг від друга, ми одержимо расширяющуюся модель Всесвіту, розширення якої гальмується тяжінням. Значимість швидкістю певний момент теорія тяжіння сама не дасть, яку можна отримати гроші з наблюдений.

3. Відкриття розширення Всесвіту. Далекі зоряні системи — галактики та його скупчення є найбільшими відомими астрономам структурними одиницями Всесвіту. Вони спостерігаються з величезних відстаней що саме вивчення їх рухів послужило спостережної основою дослідження кінематики Всесвіту. Для далеких об'єктів можна виміряти швидкість видалення чи наближення, користуючись ефектом Доплера. Нагадаємо, що до цьому ефекту у яке джерела світла все довжини хвиль, обмірювані спостерігачем, зменшено, зміщено до фіолетовому кінцю спектра, а удаляющегося джерела — збільшено, зміщено до червоного кінцю спектра. Величина усунення позначається буквою z й формулою: Z = (набл.- (изл/ (изл= v/c. (7) Ця формула справедлива для швидкостей v, багато менших швидкості світла з, коли застосовна механіка Ньютона. При швидкостях, близьких до світловий, формула ускладнюється, але ми зараз у цьому зупинятися думати, бо розглядатимемо швидкості, малі порівняно з світловий. Вимірюючи усунення спектральних ліній в спектрах небесних тіл, астрономи визначають їх наближення чи видалення, тобто. вимірюють компоненту швидкості, спрямовану по «променю зору». Тому швидкості, певні по спектральним вимірам, звуться променевих швидкостей. Піонером виміру променевих швидкостей у галактик був у початку минулого століття американський астрофізик В. М. Слайфер. Тоді ще було відомі відстані до галактик і вели жорсткі суперечки, чи всередині нашої зоряної системи — Галактики — чи далеко її межами. Слайфер виявив, більшість галактик видаляються ми і швидкості видалення величезні: від 2−3 сотень до 1100 км/с. Наближалися до нас тільки кілька галактик. Як з’ясувалося пізніше, Сонце рухається навколо центру нашої Галактики зі швидкістю близько 250 км/с і більшість «швидкостей наближення» цих кількох найближчих галактик пов’язані саме про те, що Сонце тепер рухається до цих об'єктів. Отже, галактики, відповідно до Слайферу, віддалялися ми. Лінії у тому спектрах було усунуто до червоного кінцю. Це одержало назву «червоного усунення». У двадцяті ж роки були обмірювані відстані до галактик. Це вдалося зробити з допомогою пульсуючих зірок, змінюють свій блиск — цефеид.

Ці перемінні зірки мають чудовою особливістю. Кількість світла, випромінюване цефеидой, — її світність і період змін світності внаслідок пульсацій тісно пов’язані. Знаючи період, можна визначити світність. І це дозволяє обчислити відстань до цефеиды. Справді, вимірявши період пульсацій за спостереженнями зміни блиску, визначаємо світності цефеиды. Потім вимірюється видимий блиск зірки. Видимий блиск 0обратно пропорційний квадрату відстані до цефеиды. Порівняння видимого блиску зі світністю дозволяє знайти відстань до цефеиды. Цефеиды відкрили інших галактиках. До цих цефеид, а отже, і по галактик, у яких перебувають, виявилися набагато більшими, ніж розмір нашої власної Галактики. Тим самим остаточно встановлено, що галактики — це далекі зоряні системи схожі на нашу. Для встановлення відстаней до галактик, крім цефеид, у перших роботах використовувалися та інші методи. Однією з таких методів є використання найяскравіших зірок в галактиці, як індикатора відстаней. Найяскравіші зірки, очевидно, мають однакову світність й у нашій Галактиці та інших галактиках, і з цієї «стандартної» величині можна визначати відстань. Але найяскравіші зірки мають велику світність, ніж цефеиды, може бути видно з великих відстаней і є, в такий спосіб, потужнішим індикатором відстаней. Відстані до цілого ряду галактик було визначено американським астрономом Еге. Хабблом. Порівняння відстаней до галактик зі швидкостями їх видалення (швидкості було визначено Слайфером та інші астрономами і лише виправлялися з допомогою обліку руху Сонця Галактиці) дозволило Еге. Хабблу встановити 1929 р. Чудову закономірність: що далі галактика, тим більше коштів швидкість її видалення ми. Виявилося, що є проста залежність між швидкістю видалення галактики і відстанню від неё:

V=HR (8).

Коефіцієнт пропорційності М називають тепер постійної Хаббла.

График залежності швидкостей видалення галактик від своїх відстаней, з урахуванням якого Хаббл вивів свій закон, представлений малюнку 3.

1000. рис. 3 Отримана залежність Хаббла.

Відповідно до цього графіку стала Хаббла дорівнює приблизно М? 500 км/(с x Мщк). З часу цього відкриття незримо зросла потужність астрономічних досліджень, й інші дослідження таки підтвердили Закон Хаббла (8) — закон пропорційності швидкості видалення галактик їх відстані. Проте, виявилося, що обсяг коефіцієнта пропорційності М була дуже завищеною. Відповідно до сучасним оцінкам величина М майже десять разів менша. Це відкриття показувало, що галактики видаляються ми в різні боки і швидкість цього видалення прямо пропорційна відстані. Це викликає мимоволі подив: чому саме з нас, від Галактики відбувається розбігання інших галактик. Хіба ми в центрі Всесвіту? Такий висновок неправильний. Річ у тім, що галактики видаляються тільки від нашої Галактики, а й один від друга. Якщо ми перебувають у інший галактиці, то бачили б точно ті ж самі картину розбігання, як і з нашого зоряної системи. Щоб осягнути це, звернімося малюнку 4. Рис. 4 Картина видалення галактик, як його бачить спостерігач з Проте й картина видалення галактик, як його бачить спостерігач з Б.

Нехай ми знаходимось у галактиці Проте й розглядаємо її як нерухому (рис. 4 а). Розглянемо спочатку галактики, що перебувають у одній прямій лінії. Галактики У, З, … видаляються ми направо з усе зростаючими швидкостями. Галактики D, E, … видаляються ми наліво. Перейдемо з галактики На галактику У і її вважати нерухомій (рис. 4, б). Тепер, щоб визначити швидкості всіх галактик щодо У, треба вилучити з швидкостей зображених на рис. 4, а, величину швидкості галактики У. Тепер, А видаляється від У наліво з тією ж швидкістю, що й рис. 4 а, У віддалялася праворуч від А. Галактика D видаляється які з подвійною швидкістю і т.д. Видалення ж З відбувається щодо У з не меншою швидкістю, ніж щодо А, а й ближчі один до У. У цілому нині картина видалення галактик від У така сама — швидкості пропорційні відстані як і зажадав від А. Для простоти ми розглядали галактики в одній прямий лінії, але легко зрозуміти, що у загальному разі висновок залишається колишнім: з погляду спостерігача в цій будь-який галактиці картина така, начебто галактики розбігаються саме з нього. Справді, після переходу в галактику У щоб одержати картини руху решти галактик стосовно нею необхідно вилучити з швидкостей галактик на рис. 4, а, векторно швидкість галактики У. У результаті одержимо картину рис. 4, б. Мабуть, ще простіше переконатися, що картина розширення, що з законом Хаббла, представляється однаковою для спостерігача, що у будь-якій точці простору. Візьмемо однорідний кулю та потім збільшимо його розміри вдвічі, те щоб кулю залишався як і однорідним. Зрозуміло, що заодно відстані між будь-якими парами точок всередині кулі збільшитися вдвічі, хоч як мене вибирали ці точки. Отже, при роздуванні кулі, у якому спостерігач перебував усередині нього, він бачити однакову картину видалення від цього всіх точок всередині кулі. Якщо взяти кулю необмежено великого розміру, те й одержимо картину, вищеописану, незалежну від становища наблюдателя.

4. Розширення Всесвіту у минулому: початок розширення. Як змінюється розширення Всесвіту з часом? Знову, як у пункті 2, виділимо подумки в однорідному речовині Всесвіту кулю. Будемо ознайомитися з зміною розмірів цього кулі, поверхню якого проходить через одні й самі галактики. Розширення управляється законом всесвітнього тяжіння. Прискорення (негативне, тобто. уповільнення), яке відчувають галактики лежить на поверхні кулі, описується формулою (6) А — - GM/R2 Ця формула дозволяє обчислити точну залежність радіуса кулі від часу. Простежимо цю залежність якісно. По-перше, відзначимо таку важливу особливість прискорення, описаного вище. Висловимо масу кулі М через щільність речовини? і обсяг кулі 4/3 ?R3, і підставимо в формулу з метою прискорення. Через війну одержимо, а = -4/3? G? R. (7) Це рівняння показує, що прискорення, а прямо пропорційно відстані. Отже, зараз часу й швидкості видалення галактик і прискорення (уповільнення) пропорційні відстані. Але якщо пропорційна відстані і швидкість і його зміна, отже, в моменти часу такі за справжнім, також збережеться пропорційність швидкості відстані. Отже, в моделі Фрідмана завжди швидкості розбігання галактик пропорційні відстані, лише коефіцієнт пропорційності змінюється з часом. Розширення гальмується, і зараз цей коефіцієнт були трохи більші. У такий спосіб змінюється відстань між будь-якими двома далекими галактиками у Всесвіті. Тільки відповідність до тим, більше цей період сьогодні, ніж радіус кулі R, менше, графік може бути таким чином збільшений чи зменшений. Такі графіки зображені малюнку 5. Див. Мал.5 Зміна з часом відстані між галактиками. Різні криві відповідають різним галактикам: t0 — сьогодні, Про — початок расширения.

У минулому радіус кулі R був за. Крива вигнута відповідно до тим, що розширення приміром із уповільненням силами тяжіння. Штрихової лінією малюнку 5 зображені графіки й інших галактик, відстань до яких сьогодні більшою або меншою, ніж радіус R сьогодні. Вони від першого графіка тим, що вертикальні відстані помножені чи розділені одне і стільки ж побільшало. Найважливішою особливістю графіків і те, що у певний час у минулому все відстані зверталися до нуль. Це був початок розширення Всесвіту. Відколи це були? І точка Про малюнку 5 від точки Т0? Відповідь залежить від швидкості розширення сьогодні (від постійної Хаббла М), тобто. від нахилу кривою малюнку 5 в сьогодні, і південь від зігнутості кривою. Остання визначається прискоренням тяжіння, тобто. за такою формулою 7 визначається щільністю матерії у Всесвіту. Якби тяжіння не вповільнювало розширення (скажімо, щільність речовини зникаюче мала і уповільненням, а можна знехтувати), то галактики розліталися би за інерції із постійною швидкістю. Замість скривлених ліній ми матимемо картину прямих ліній рис. 8. І тут час, минуле з початку розширення, визначається лише постійної Хаббла і равно Т = 1/Н ?1/75 км/(c*Мпк) = 13* 109 років. (8) Можливі невизначеності у значенні М становлять 50 км/(c*Мпк)‹ М ‹ 75 км/(c*Мпк). Це призводить до невизначеності часу t: 10*109 років ‹ t ‹ 20*109 років. (9) Через кінцевого значення щільності речовини у Всесвіті є сили тяжіння, які гальмують розширення й кілька які зменшують t (див. пунктирную криву на рис. 6).

Див. Мал.6 І це, що й малюнку 6, при зникаюче малої щільності речовини у Всесвіті. Порівняйте пунктиром дана крива, а її див. мал.5 була зображено суцільний лінією. На жаль, величина середньої щільності Всесвіту визначено не точно. Порівняно легше врахувати речовина, яке у галактики. Маси галактик визначаються рухом зірок та інших світних об'єктів у яких. Якщо відомі швидкості й розміри галактик, то маса обчислюється з урахуванням ньютоновской механіки та прийняття закону тяжіння. Знаючи число галактик, що є в одиниці обсягу простору й їх маси, можна визначити середню щільність матерії у Всесвіті, що входить у галактики. Щільність цієї речовини, усереднена з усього обсягу, становить приблизно? ? 3*10−31г/см3. Однак у просторі між галактиками можна зустріти речовина, дуже важко знайти, бо вона мало випромінює і поглинає світло. Це то, можливо, наприклад іонізований газ між галактиками, слабко світні чи згаслі зірки. Нарешті у Всесвіту можна знайти багато нейтрино — частки, які дуже важко реагують коїться з іншими речовинами, і тому їх дуже важко знайти. Можливе також наявність гравітаційних та інших полів, передбачених теорією Ейнштейна. Є між галактиками інші види матерії. Врахувати їх усіх дуже складно. Найімовірніші межі, у яких укладено значення середньої щільності всіх видів матерії, є 5*10−29г/см3−3*10−31 г/см3. При зазначеної щільності тяжіння обмаль впливає оцінку t, наведену вище. Отже, початок розширення Всесвіту віддалений від сьогодні на 10−20 мільярдів років. Цікаво, що вік Землі, певний по радіоактивного розпаду речовин, дорівнює 5*109 років. Використовуючи вік Землі, радянські фізики Я. Б. Зельдович і Я. А. Смородинский дали верхня межа щільності всім важко можна побачити форм матерії у Всесвіту. Річ у тім, що вік Землі явно менше, минулого початку розширення. Якщо ж так, то максимальна зігнутість кривою на рис. 6 може бути такий, що вищу точку початку розширення саме відповідає вікові Земли.

По зігнутості цієї кривою визначається прискорення тяжіння, а, по нього з формули 8 — максимально можлива щільність матерії у сьогоднішній Всесвіту. Цей максимум дорівнює 2*10−28 г/см3. Цікаво порівняти знайдене час t, що минув від початку розширення, з віком інших об'єктів у Всесвіті. Наприклад, вік, про кульових скупчень в галактиці становить 10−14 мільярдів років. Ми, як і вік нашої планети, і, очевидно, вік скупчень зірок, небагатьом менше t. Повернімося до Закону розширення Всесвіту. Отже, у минулому, 10−20 мільярдів років тому вони, поблизу початку розширення щільність речовини у Всесвіті була вулицю значно більше сьогоднішньої. Окремі галактики, окремі зірки було неможливо існувати як ізольовані тіла. Уся матерія перебувала у стані безупинно розподіленого речовини. Лише пізніше, під час розширення, воно розпалася на окремі грудки, що призвело до утворення окремих небесних тел.

7. Майбутнє розширення Всесвіту. Критична щільність. Розширення Всесвіту протікає з уповільненням, майбутньої є дві можливості. Уповільнення пропорційно щільності речовини у Всесвіті. З розширенням щільність падає, зменшується уповільнення. Можлива ситуація, коли за сьогоднішньої швидкості розширення щільність речовини досить мала і це уповільнення мало. Тоді розширення буде протікати не ограничено.

А Б Див. Мал.7 залежність відстані між Галактиками від часу для випадку, коли щільність речовини у Всесвіті менше критичної. Всесвіт розширюється необмежено (А). Така сама залежність для щільності речовини більше критичної. Розширення Всесвіту змінюється стиском (Б). Відстань між будь-який парою галактик необмежено зростає. Але можливе, що щільність досить великий, отже, велике уповільнення розширення. Через війну розширення припиняється і змінюється на стиснення. Зміна відстані між галактиками у разі показано на рис. 7, б. Ситуація тут повністю аналогічна тієї, коли ракета, розігнана до певної швидкості має залишити небесне тіло. Так швидкості 12 км/с досить, аби залишити Землю і полетіти до космосу, бо ця швидкість більше «другий космічної» швидкості для Землі. Однак це швидкість недостатня, аби залишити поверхню Юпітера, де «друга космічна» швидкість 61 км/с. На поверхні Юпітера тіло, занедбана зі швидкістю 12 км/с вгору, після підйому і поповзе вниз на Юпітер. Розглянемо, тепер галактику На кордоні сфери малюнку 2. Швидкість, з якої галактика видаляється від центру Про, визначається законом Хаббла. Якщо ця швидкість більше другий космічної для кулі радіуса R, то галактика буде необмежено віддалятися від Про, Всесвіт буде необмежено розширюватися (див. мал.9, А), коли менш ніж другий космічної, то розширення змінитися на стиснення (див. мал.9, Б). Швидкість визначено законом Хаббла і який випадок — 9, а чи 9, бматиме місце, визначається масою кулі, тобто. залежить від щільності ?. Отже, для Всесвіту в нинішній швидкості розширення (сьогоднішньої постійної Хаббла 75км/(с*Мпк)) і за малої характерно необмежене розширення, за високої щільності - розширення, сменяющееся стиском. Існує критичне значення щільності речовини? крит, що відділяє один випадок від іншого. Нескладно визначити цей критичний значення щільності. Справді, відомо, сто друга космічна швидкість для кулі маси М записується так: V=?2 GM/R (10). Підставляючи в (10) висловлювання для маси М=? 4/3 ?R3, а замість швидкості v=HR, знаходимо HR = ?8G?/3 *?R2, чи висловлюючи звідси щільність ?, ?крит =3 Н2/ 8? G. (11) Отже, критичне значення середньої щільності у Всесвіті залежить від постійної Хаббла М. При постійної Хаббла М= 75 км/ (с*Мпк) для? крит отримуємо: ?крит ?10−29 г/см 3. (12) Ми, що з величини фактичної середньої щільності всіх видів матерії у Всесвіті залежить майбутня історія Вселенной.

———————————- т.

О.

А.

В.

R.

O.

A.

Відстань, Мпк.

С.

К.

О.

Р.

О.

С.

Т.

Ь.

Км/с.

T0.

T0.

расстояние расстояние Время Время расстояние Время.

T0.