Концепция бесконечности и космологическая эволюция кратко

Обновлено: 18.05.2024

Возникнув в глубокой древности, проблема бесконечности Вселенной всегда была одной из важнейших мировоззренческих проблем. Пути ее решения определялись не только уровнем развития знания в ту или иную эпоху, но и философскими позициями исследователей. В течение долгого времени она оставалась предметом лишь философского умозрения, и только после возникновения классической физики были предприняты попытки рассматривать ее как естественнонаучную проблему.

В идейных спорах по поводу проблемы бесконечности Вселенной как раньше, так и теперь ее содержание сводится главным образом к вопросу о пространственной и временной бесконечности. Для материализма в целом было характерно убеждение в пространственно-временной бесконечности Вселенной.

Еще в античную эпоху эту точку зрения отстаивали такие представители материалистической линии в философии, как Анаксимандр, Гераклит, Демокрит, Эпикур. В религиозном мировоззрении средневековья идея бесконечности Вселенной была подвергнута ожесточенной критике. Однако развитие материализма в XVII-XVIII вв. вновь привело к возрождению идеи бесконечности Вселенной. Большую роль в этом сыграли работы Коперника, Галилея, Ньютона и других выдающихся творцов науки того времени.

Аналогично строилась и аргументация тезиса о бесконечности (вечности) времени. Опираясь на идею несотворимости и неуничтожимости материи, мыслители-материалисты приходили к выводу, что какой бы момент времени мы ни рассматривали, всегда существовало до и будет существовать после него нечто, а потому предположение о начале или конце времени несостоятельно.

Представления о пространственной и временной бесконечности Вселенной, защищавшиеся материалистами прошлого, получили естественнонаучную разработку в ньютоновской физике. Принимая евклидову геометрию за адекватное описание мирового пространства и формулируя законы сохранения, ньютоновская механика необходимо предполагает бесконечность пространства и времени. Из теории тяготения Ньютона вытекает и необходимость признания того, что материя не может занимать в бесконечном пространстве ограниченный объем, а должна быть распределена по всему мировому пространству (иначе, отмечал Ньютон, под действием сил тяготения она сконцентрировалась бы в одно сферическое тело).

Однако в ХIХ в. в науке появились признаки кризиса тех представлений о пространственно-временной бесконечности Вселенной, которые были выработаны материализмом и получили естественнонаучное развитие в космологической картине мира, построенной на базе ньютоновской физики.

В результате стало ясно, что в общем случае неограниченность не обязательно совпадает с метрической бесконечностью, как это имеет место в евклидовом пространстве. Тем самым открылась теоретическая возможность введения в космологию идеи, согласно которой мировое пространство, будучи неограниченным, может быть в то же время конечным (в метрическом смысле).

К кризису классических представлений о бесконечности мира в пространстве и времени вели обнаруженные в XIX в. космологические парадоксы. Из фотометрического (Г. Ольберс, 1826) и гравитационного (К. Нейман, 1874; X. Зеелигер, 1895) парадоксов следует, что теоретические принципы классической физики несовместимы с представлением о существовании бесконечного числа звезд, более или менее равномерно распределенных в бесконечном пространстве. Для устранения этих парадоксов необходимо было либо внести изменения в физическую теорию, либо отказаться от указанного представления.

Выход из трудностей, возникших в ньютоновской картине мира, оказался возможным лишь на основе общей теории относительности (ОТО), создание которой привело к принципиальному изменению постановки проблемы пространственно-временной бесконечности Вселенной.

В основе ОТО лежат две фундаментальные идеи: идея хроногеометрии и идея единства метрики и тяготения. Реализация первой идеи состоит в том, что физическое пространство-время изображается в виде четырехмерного псевдориманова пространства, метрика которого определяется локально в каждой точке метрическим тензором. Отклонения метрических свойств псевдориманова пространства от евклидовых эквивалентны наличию некоторого гравитационного поля.

Формально это означает, что компоненты метрического тензора Gik не только определяют метрику пространства в точке х, но вместе с тем являются потенциалами гравитационного поля в этой точке (идея единства метрики и тяготения). Поэтому геометрия пространства-времени в ОТО должна определяться теми же факторами, которые порождают тяготение, т. е. распределением и движением материи (вещества и электромагнитного поля, а также в принципе и других полей, кроме гравитационного).

Связь, существующая в окрестности некоторой точки между метрическими свойствами (кривизной) псевдориманова пространства и распределением и движением материи, создающей гравитационное поле, выражается уравнениями.

Но из уравнений Эйнштейна следует, что при неравномерности распределения материи метрическая структура псевдориманова пространства оказывается чрезвычайно запутанной. Вследствие этого в ОТО без введения дополнительных условий становится невозможным по локальным свойствам какой-либо области пространства-времени судить о глобальных свойствах всего мирового пространства-времени.

Поэтому развитие релятивистской космологии, т. е. космологии, основанной на ОТО, требует принятия разного рода гипотетических допущений, с помощью которых необозримое множество возможных вариаций структуры мирового пространства-времени так или иначе ограничивается. В зависимости от характера допущений могут быть получены различные общие решения уравнений Эйнштейна. Вообще говоря, любое общее их решение может быть положено в основу некоторой космологической модели. Например, на основе решения Шварцшильда (одного из первых решений в истории ОТО) можно строить космологические модели, описывающие сферически-симметричный мир с центральным массивным телом. Но если космология стремится дать глобальное описание окружающего мира, то далеко не всякая из подобных моделей имеет право считаться космологической.

В различных космологических теориях данный постулат конкретизируется в зависимости от того, какие свойства признаются в качестве основных, наиболее существенных для построения модели Вселенной. В релятивистской космологии он обычно вводится как принцип, постулирующий равномерность распределения материи в пространстве (в среднем и в достаточно больших масштабах).

Этот принцип является главной формой космологического постулата, он использовался еще в ньютоновской космологии и применяется ныне в ряде нерелятивистских космологических теорий. Из уравнений Эйнштейна следует, что пространство, равномерно заполненное материей, является однородным и изотропным. В связи с этим космологический постулат в релятивистской космологии часто формулируется и как постулат однородности и изотропности пространства.

Предположение о равномерности распределения космической материи кажется простым и естественным. Однако на самом деле это довольно сильная идеализация действительности, в наблюдаемой области космоса мы сталкиваемся с большой неравномерностью.

Представление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой, явилось основой для утверждения в современном естествознании эволюционного взгляда на мир. Хотя отдельные эволюционные теории появились в конкретных науках еще в прошлом веке (теория возникновения солнечной системы Канта - Лапласа и эволюционная теория Дарвина), тем не менее, никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной до нашего века не существовало. Это и неудивительно, поскольку классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение не динамики, а статики систем. Такая тенденция наиболее рельефно была представлена атомистической концепцией классической физики как лидера тогдашнего естествознания. Атомистический взгляд, как подробно показано в следующей главе, опирался на представление, что свойства и законы движения различных природных систем могут быть сведены к свойствам тех мельчайших частиц материи, из которых они состоят. Вначале такими простейшими частицами считались молекулы и атомы, затем элементарные частицы, а в настоящее время - кварки.

Бесспорно, атомистический подход имеет большое значение для объяснения явлений природы, но он обращает главное внимание на строение и структуру различных систем, а не на их возникновение и развитие. Правда, в последние годы получают распространение также системный и эволюционный взгляды, которые обращают внимание скорее на характер взаимодействии элементов разных систем, чем на анализ свойств тех частиц, которые рассматривались в качестве своего рода последних кирпичиков мироздания.

Благодаря широкому распространению системных идей, а в недавнее время и представлений о самоорганизации открытых систем сейчас все настойчивее выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции Вселенной. Они усиленно обсуждаются в рамках современной космологии как науки о Вселенной как едином целом. Мы коснемся здесь в основном принципов космологии с точки зрения концепции бесконечности и конечности ее моделей.

7.1. Космологические модели Вселенной

Модели Вселенной, как и любые другие, строятся на основе тех теоретических представлений, которые существуют в данное время в космологии. Современная космология возникла после появления общей теории относительности и поэтому ее в отличие от прежней, классической, называют релятивистской.Эмпирической базой для нее послужили открытиявнегалактическойастрономии, важнейшим из которых, несомненно, было обнаружение явления "разбегания" галактик. В 1929 г. американский астроном Эдвин П. Хаббл (1889-1953) установил, что свет, идущий от далеких галактик, смещается в сторону красного конца спектра. Это явление, получившее названиекрасного смещения,согласно принципу Допплера свидетельствовало об удалении ("разбегании") галактик от наблюдателя.

Поскольку релятивистская космология сформировалась на основе идей и принципов общей теории относительности, то на первом этапе она уделяла главное внимание геометрии Вселенной и, в частности, кривизне четырехмерного пространства - времени.

Наконец, начало третьего периода развития космологии связано с работами известного американского физика Георгия А. Гамова (1904-1968), русского по происхождению. В них исследуются физические процессы, происходившие на разных стадиях расширяющейся Вселенной.

Все эти особенности развития космологии нашли отражение в различных моделях Вселенной. Общим для них является представление о нестационарном изотропном и однородномхарактере ее моделей.

Нестационарностьозначает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься. "Разбегание" галактик, по-видимому, свидетельствует о ее расширении, хота существуют модели, в которых наблюдаемое в настоящее время расширение рассматривается как одна из фаз так называемой пульсирующей Вселенной, когда вслед за расширением происходит ее сжатие.

Изотропностьуказывает на то, что во Вселенной не существует каких-либо выделенных точек и направлений, т. е. ее свойства не зависят от направления.

Однородностьхарактеризует распределение в среднем вещества во Вселенной.

Последние утверждения часто называют космологическим постулатом.К нему добавляют также правдоподобное требование об отсутствии во Вселенной сил, препятствующих силам тяготения. При таких предположениях модели оказываются наиболее простыми. В их основе лежат уравнения общей теории относительности Эйнштейна, а также представления о кривизне пространства - времени и связи этой кривизны с плотностью массы вещества.

В зависимости от кривизны пространства различают:

• открытую модель,в которой кривизна отрицательна или равна нулю,

• замкнутую модель сположительной кривизной. Расстояния между скоплениями галактик со временем непрерывно увеличиваются, что соответствуетбесконечной Вселенной.В замкнутых моделях Вселенная оказываетсяконечной, но столь же неограниченной,так как, двигаясь по ней, нельзя достичь какой-либо границы.

Независимо от того, рассматриваются ли открытые или замкнутые модели Вселенной, все ученые сходятся в том, что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле.

Эти условия характеризуются наличием высокой температуры и давления в сингулярности, в которой была сосредоточена материя. Такое допущение вполне согласуется с установлением расширения Вселенной, которое могло начаться с некоторого момента, когда она находилась в очень горячем состоянии и постепенно охлаждалась по мере расширения.

Такая модель "горячей" Вселенной впервые была выдвинута Г. А. Гамовым и впоследствии названа стандартной.

Известный американский астроном Карл Саган (р. 1934) построил наглядную модель эволюции Вселенной, в которой космический год равен 15 млрд. земных лет, а 1 секунда - 500 годам; тогда в земных единицах времени эволюция представится так:

Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).

Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.

В статье постараемся научно ответить, бесконечна ли Вселенная

Как доказать бесконечность Вселенной?

Космология Джордано Бруно

Первое доказательство: принцип полноты. Если бог, сотворивший Вселенную, всемогущ и бесконечен, то и Вселенная бесконечна.
Второе доказательство: принцип отсутствия основания. Если бог сотворил мир в одной точке пространства, то сотворил его в и в другой.
Третье доказательство: вне Вселенной ничего нет, поэтому ничто не может её ограничить.

Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.

Памятник Джордано Бруно в Италии

Современная космология. Расширяющаяся Вселенная

На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).

Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.

Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.

Красное смещение: принцип действия

Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.

Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.

Модели Фридмана

На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:

Вселенная выглядит одинаково при наблюдении в любом направлении;
Это справедливо при наблюдении из любой точки пространства;

Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:

Если средняя плотность вещества меньше или равна определённому критическому значению, то идея бесконечности Вселенной подтвердится. В этом случае её сегодняшнее расширение будет продолжаться вечно.
Если средняя плотность больше критической, то создаваемое веществом гравитационное поле заставит Вселенную замкнуть саму себя. Она будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Затем гравитационные поля остановят расширение Вселенной и заставят её перейти в состояние сингулярности.

Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.

Современные модели Вселенной (космологические теории)

Ускорение расширяющейся Вселенной

Вселенная не просто расширяется — она расширяется с ускорением. Это открытие было сделано в конце 1990-х Солом Перлмуттером, Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом при наблюдении сверхновых типа Ia. Яркость взрыва этих звёзд практически неизменна, поэтому по яркости света с Земли можно определить расстояние, на котором взрыв произошёл.

Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.

На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?

Наиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.

Можно ли доказать бесконечность Вселенной?

Первая попытка: космическое путешествие

Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:

Космический корабль должен двигаться со сверхсветовой скоростью (299 792 458 м/с) и иметь бесконечный запас топлива;
Путешественник должен быть бессмертен и не иметь потребностей.

Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.

Вторая попытка: изучение Большого взрыва

Большой взрыв является общепринятой космологической моделью рождения Вселенной. Его исследование помогает открывать свойства современного космоса и, возможно, поможет найти ответ на интересующий нас вопрос. Однако доподлинно неизвестно, почему произошёл Большой взрыв — учёные не пришли к окончательному выводу.

Третья попытка: измерение плотности вещества

Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.

Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.

Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

Что посмотреть?

Бесконечность Вселенной — FAQ

Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.

Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.

Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.

Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.

Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.

Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.

Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.

Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Конечность и бесконечность вселенной – парадоксы классической космологии. Презентация на заданную тему содержит 15 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Конечность и бесконечность вселенной – парадоксы классической космологии Работу выполнила Ученица 11 А класса ГБОУ школа №335 Медведева Анастасия

Цель урока получить представление об уникальном объекте — Вселенной в целом, узнать, как решается вопрос о конечности или бесконечности Вселенной, о парадоксах, связанных с этим, о теоретических положениях общей теории относительности, лежащих в основе построения космологических моделей Вселенной.

Вселенная – это бесконечная, безграничная материя, приобретающая самые всевозможные формы своего существования Космология (космос + логос) — раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия.

Во времена Античности и в Средние века Во времена Античности и в Средние века многие учёные полагали, что Вселенная конечна и ограничена сферой неподвижных звёзд. Этой точки зрения придерживались даже Н. Коперник и Т. Браге. Кроме этого, Вселенная представлялась статичной, т. е. не меняющейся со временем — звёзды застыли на своих местах, наблюдались только периодические движения в Солнечной системе.

С развитием науки, всё полнее раскрывающей физические процессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство учёных постепенно перешли к материалистическим представлениям о бесконечности Вселенной. Огромное значение имело открытие И. Ньютоном закона всемирного тяготения. С развитием науки, всё полнее раскрывающей физические процессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство учёных постепенно перешли к материалистическим представлениям о бесконечности Вселенной. Огромное значение имело открытие И. Ньютоном закона всемирного тяготения.

Почему ночью небо темное? Фотометрический парадокс Конечно, в рамках механики Ньютона и теории гравитации возникали проблемы при предположении о бесконечности Вселенной. Одна из таких проблем получила название фотометрического парадокса. Иногда этот парадокс формулируют в виде вопроса: почему ночью небо тёмное? Казалось бы, имеется тривиальный ответ: ночью темно, так как Солнце находится под горизонтом. Но это не так.

В бесконечной статичной Вселенной имеется бесконечное число звёзд. Если смотреть в каком-то направлении, то луч зрения наткнётся на звезду.. В бесконечной статичной Вселенной имеется бесконечное число звёзд. Если смотреть в каком-то направлении, то луч зрения наткнётся на звезду.. Если предположить, что все звёзды похожи на Солнце, то любой участок неба должен быть таким же ярким, как Солнце. Но этого нет. Ночью темно. Если бы Вселенная была конечной, то в ней было бы конечное число звёзд и небо не было столь ярким. Но предположение о конечности Вселенной противоречило бы наблюдаемому равномерному распределению звёзд в ней. Ведь согласно теории тяготения Ньютона все звёзды в ограниченной Вселенной должны были бы собраться в одно место.

Гравитационный парадокс Позже немецкий астроном Хуго Зелигер сформулировал другой космологический парадокс – гравитационный. Он заключается в том, что, согласно ньютоновской теории тяготения, в бесконечной Вселенной, однородно заполненной веществом, сила тяготения не имеет определенной конечной величины.

Есть только две бесконечные вещи: Вселенная и глупость. Хотя насчет Вселенной я не уверен. Альберт Эйнштейн Большое значение для развития современных представлений о строении и развитии Вселенной имеет общая теория относительности, созданная А. Эйнштейном. Она обобщает теорию тяготения Ньютона для массивных тел и скоростей движения вещества, сравнимых со скоростью света.

Общая теория относительности, в частности, утверждает, что распределение и движение материи изменяют геометрические свойства пространства-времени, и наоборот, распределение и движение материи сами зависят от геометрии пространства-времени. Тяготение же согласно общей теории относительности есть результат изменений, вносимых присутствием материи в свойства пространства-времени, и передаётся с наибольшей скоростью, с которой возможна передача взаимодействия, — со скоростью света. И лишь в достаточно слабых и статических гравитационных полях при небольших скоростях движения, значительно меньших скорости света, закон тяготения Эйнштейна переходит в закон тяготения Ньютона. Качественно уравнения, полученные Эйнштейном (аналог законов механики Ньютона),выглядят так: Общая теория относительности, в частности, утверждает, что распределение и движение материи изменяют геометрические свойства пространства-времени, и наоборот, распределение и движение материи сами зависят от геометрии пространства-времени. Тяготение же согласно общей теории относительности есть результат изменений, вносимых присутствием материи в свойства пространства-времени, и передаётся с наибольшей скоростью, с которой возможна передача взаимодействия, — со скоростью света. И лишь в достаточно слабых и статических гравитационных полях при небольших скоростях движения, значительно меньших скорости света, закон тяготения Эйнштейна переходит в закон тяготения Ньютона. Качественно уравнения, полученные Эйнштейном (аналог законов механики Ньютона),выглядят так:

В галактиках сосредоточена колоссальная масса вещества, а скорости далёких галактик и квазаров сравнимы со скоростью света. В галактиках сосредоточена колоссальная масса вещества, а скорости далёких галактик и квазаров сравнимы со скоростью света. Согласно общей теории относительности гравитационное взаимодействие передаётся с конечной скоростью, равной скорости света. (По теории Ньютона гравитационное взаимодействие передаётся мгновенно.) Общая теория относительности накладывает определённые ограничения на геометрические свойства пространства, которое уже нельзя считать евклидовым. Согласно этой теории время не имеет абсолютного характера, а движение и распределение материи в пространстве нельзя рассматривать в отрыве от геометрических свойств пространства и времени. Гравитационное поле представляет собой искривление пространства- времени, создаваемое массивными телами.

Проверь себя! Что такое Вселенная? Как называется наука о ее изучении? Опишите вселенную, как ее видели в Античность и в Средние века. Как открытие Ньютоном закона всемирного тяготения изменило представления о Вселенной? Почему ночью небо темное? В чем заключается гравитационный парадокс? Какое значение имеет общая теория относительности для астрономии?

ВЫВОДЫ: Вселенная – это бесконечная, безграничная материя, приобретающая самые всевозможные формы своего существования, космология – наука, изучающая свойства и эволюцию Вселенной в целом. Во времена Античности и в Средние века многие учёные полагали, что Вселенная конечна и ограничена сферой неподвижных звёзд. Одним из важных следствий закона Тяготения явилось утверждение, что в конечной Вселенной всё её вещество за ограниченный промежуток времени должно стянуться в единую тесную систему. Фотометрический парадокс состоит в том, что если в бесконечном пространстве Вселенной равномерно рассеяны излучающие звезды, то в любом направлении на луче нашего зрения обязательно должна оказаться какая-то звезда, а значит, вся поверхность неба должна представляться нам ослепительно яркой, подобной поверхности Солнца; в действительности же ночное небо темное. Гравитационный парадокс заключается в том, что, согласно ньютоновской теории тяготения, в бесконечной Вселенной, однородно заполненной веществом, сила тяготения не имеет определенной конечной величины. Согласно общей теории относительности гравитационное взаимодействие передаётся с конечной скоростью, равной скорости света. (По теории Ньютона гравитационное взаимодействие передаётся мгновенно.) Общая теория относительности накладывает определённые ограничения на геометрические свойства пространства, которое уже нельзя считать евклидовым.

Читайте также: