Фрідмановська модель Всесвіту
Для того, щоб зрозуміти, як розширення Всесвіту відбуватиметься в далекому майбутньому, розглянемо наступний приклад. З поверхні планети радіуса r і маси M запущена ракета з початковою швидкістю v. Тяжіння до планети гальмує рух ракети. Якщо швидкість ракети менше швидкості втечі (другої космічної швидкості), рівної
То в деякий момент часу сила тяжіння зупинить ракету, після чого вона почне рух у зворотному напрямку (вже зі зростаючою швидкістю) і нарешті впаде на планету. Якщо початкова швидкість ракети більше або дорівнює швидкості втечі, то сила тяжіння не зможе зупинити ракету, і вона буде вічно віддалятися від планети. Різниця між випадками v = vуб і v> vуб полягає в тому, що в першому з них швидкість ракети в нескінченності буде прагнути до нуля, тоді як у другому – до деякої ненульовий величиною. Зауважимо, що чим більше радіус і чим менше маса планети, тим легше ракеті при даній початковій швидкості подолати силу тяжіння.
Тепер повернемося до прикладу з кульової областю речовини у Всесвіті, розглянутому в попередньому розділі. Ця куля є типовою областю простору, і по його поведінці можна судити про поведінку Всесвіту в цілому. Тоді якась галактика, що знаходиться на кордоні кулі, буде аналогом ракети, а куля як ціле – планети (нагадаємо, що речовина поза кулі не впливає на рух всередині нього). Падінню ракети відповідає стиснення кулі, видаленню ракети – його розширення. Уявімо собі, що в початковий момент часу ця кульова область розширюється, тобто галактики, що перебувають на краю кулі, віддаляються від його центру. Маса всього кулі радіуса r є M = (4/3) πρr3, а швидкість видалення галактики визначається за законом Хаббла v = Hr. Підставляючи ці величини в формулу (4.2), одержуємо, що швидкості втечі відповідає критичне значення щільності.
При постійної Хаббла H = 65 км / (с – Мпк) критична щільність дорівнює 0.8 – 10-29 г / см3.
Відношення середньої щільності до критичної позначається Ω. При Ω <1 розширення кулі (а отже, і всього Всесвіту) буде вічним, причому швидкості галактик ніколи не будуть прагнути до нуля (модель I на рис. 4.3.1), при Ω = 1 розширення буде вічним, але в нескінченності його швидкість буде прагнути до нуля (модель II) і, нарешті, при Ω> 1 розширення Всесвіту неминуче повинно зупинитися і змінитися стисненням (колапсом), і через деякий час Всесвіт назад стиснеться в точку (сингулярність) (модель III); ця подія зазвичай називається “Великий Хрускіт”. На ім’я їх першовідкривача ці моделі носять назву моделей Фрідмана.
Related posts:
- Чи буде розширення Всесвіту тривати нескінченно? Теоретично існує три можливих сценарії майбутнього розвитку Всесвіту. По-перше, сила тяжіння може зупинити в якийсь момент розширення, а потім повернути його назад. В цьому випадку Всесвіт знову схлопнется в точку і все скінчиться так званим Великим Стисненням. При іншому можливому ході розвитку подій розширення сповільниться, але триватиме, і для повної зупинки потрібно нескінченне час. Згідно […]...
- Яка модель відповідає реальному Всесвіту? Хоча фрідмановська модель сильно відрізняються один від одного і з геометрії, і по динаміці, у них багато спільних властивостей: однорідність, ізотропія, розширення, наявність червоного зсуву в спектрах галактик, наявність горизонту видимості у Всесвіті. З спостережної точки зору, відмінності просторів моделей I-IV істотні при дослідженні тільки дуже далеких об’єктів. Але наявна в розпорядженні вчених техніка ще […]...
- Рух штучних супутників Для того щоб тіло стало штучним супутником, його треба підняти на деяку висоту (вивести на орбіту) і повідомити йому горизонтальну відносно поверхні Землі швидкість (рис. 1). Для запуску використовують ракети. Після виведення на орбіту ракета розганяє супутник до необхідної швидкості, після цього супутник відділяється від ракети-носія і продовжує свій рух по орбіті тільки під дією […]...
- Гіпотези про утворення Всесвіту Ви напевно задавалися питанням, як утворився Всесвіт і чи буде вона існувати вічно. Ця проблема хвилювала людство завжди, але до сих пір абсолютно точної відповіді на неї не знає ніхто. Існує тільки кілька гіпотез, моделей, кожна з яких має своїх прихильників і супротивників. У 1915 р А. Ейнштейн створив загальну теорію відносності, що описує властивості […]...
- Походження Всесвіту Питання про існування Всесвіту став всерйоз розглядатися вченими лише близько двох століть тому. Раніше всі спроби вчених, які намагалися спростувати точку зору церкви, в більшості випадків закінчувалися для перших плачевно. Коли ж з’явилася можливість висловлювати свою думку, не боячись опинитися на багатті, виникли відразу кілька суперечать релігії теорій. На початку XVIII століття шведський вчений Емануель […]...
- Модель Фрідмана [Всесвіт] У 20-х рр. XX століття видатний радянський фізик А. А. Фрідман встановив, що з рівнянь загальної теорії відносності випливає, що Всесвіт не може бути незмінною, вона повинна еволюціонувати. Наш світ повинен стискатися або розширюватися. З точки зору спостерігача (незалежно від того, в якій точці він перебуває: адже світ однорідний і в кожній точці все відбувається […]...
- Параболічна і гіперболічна швидкості У випадку, коли швидкість супутника більше кругової, супутник буде рухатися по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться центр планети (рис. 48). Чим більше швидкість супутника, тим більшим буде відстань від нього до планети. Однак якщо швидкість супутника досягне певного значення, званого параболічної швидкістю ип, то супутник припинить рух по замкнутій траєкторії: сила тяжіння планети […]...
- Еволюція Всесвіту. Сучасні космологічні моделі У класичній науці панувала теорія стаціонарного Всесвіту: вона завжди була майже такою ж, як зараз. Сучасні космологічні моделі Всесвіту базуються на загальній теорії відносності Ейнштейна, згідно з якою метрика простору і часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті, властивості якої обумовлені насамперед середньою щільністю матерії. Сучасна космологія будує моделі Всесвіту виходячи з рівняння тяжіння із […]...
- Міжпланетні станції, їх внесок у вивчення Всесвіту Якщо можливо розмістити телескоп на штучному супутнику Землі, то чи не можна забезпечити їм космічний апарат, що прямує в міжпланетний простір? Перший у світі космічний апарат, який розвинув другу космічну швидкість, подолав тяжіння Землі і став штучним супутником Сонця, – це радянська міжпланетна станція “Луна-1”. У січні 1959 був здійснений запуск станції на траєкторію польоту […]...
- “Великий вибух”: інфляційна модель На питання про причини “великого вибуху” пропонує відповідь гіпотеза інфляційного Всесвіту, в основі якої лежить уявлення про наявність сил космічного відштовхування гігантській величини, здатних не тільки компенсувати гравітаційне тяжіння, а й розірвати початковий стан матерії і викликати її розширення, що продовжується і по теперішній час. Відповідно до цієї моделі початковий стан Всесвіту було вакуумним. Фізичний […]...
- Сценарій формування великомасштабної структури Всесвіту Теорія Ліфшиця, розглянута в попередньому пункті, говорить тільки про початкову стадію посилення неоднорідності в розширення Всесвіту. З іншого боку, в даний час досить добре вивчений процес утворення зірок. Але проміжні стадії утворення структури досі залишаються незрозумілими. Це вважається головною проблемою сучасної космології. Тим не менш, за останні десятиліття було зроблено великий крок вперед у розумінні […]...
- Космічні швидкості Перша космічна швидкість – швидкість, яку необхідно повідомити тілу, щоб воно рухалося навколо Землі по круговій орбіті з постійною швидкістю під дією сили тяжіння, тобто стало штучним супутником. Ця швидкість визначається з урахуванням швидкості рівномірного руху по колу і закону всесвітнього тяжіння. Супутником Землі може стати тіло будь-якої маси, аби йому була повідомлена достатня швидкість. […]...
- Рух супутників Класична механіка дозволила розрахувати рух небесних тіл. Це призвело до бурхливого розвитку у XVIII ст. небесної механіки – розділу астрономії, який вивчає рух небесних тіл на основі застосування закону всесвітнього тяжіння. Розглянемо як приклад застосування цього закону до розрахунком руху супутника навколо планети. Супутник під дією сили тяжіння буде весь час падати на планету і […]...
- Одиниці виміру Всесвіту Багаторічні дослідження дозволили людству скласти уявлення про будову Всесвіту і знаходяться в ній об’єктах і встановити місце, яке займає в ній наша Земля. Величезні, в порівнянні зі звичними для нас, відстані, що розділяють зірки і галактики, а також швидкості руху багатьох космічних об’єктів привели до переконання, що Всесвіт в цілому має якості, з якими нам […]...
- Походження Всесвіту [Виникнення, Утворення, Поява] Успіхи теорії елементарних частинок дозволили розробити “сценарій” подій, що відбувалися в перші миті існування Всесвіту. Термін “сценарій” з’явився порівняно недавно. Він означає, що проводиться якісний аналіз можливих наслідків прийнятих вихідних положень і порівняння їх із спостереженнями. Така процедура дуже важлива, оскільки дозволяє на ранньому етапі розробки найскладніших теорій заздалегідь спростувати невірні варіанти. Теорія утворення Всесвіту […]...
- Космічні швидкості (формули) Будь-яке матеріальне тіло володіє певною гравітацією, тобто здатністю притягувати в напрямку свого центру тіла з меншою силою тяжіння. Саме гравітацією пояснюється те, що предмети, які лежать на поверхні Землі, утримуються на ній, а кинуті вгору, рано чи пізно, знову опускаються на поверхню Землі. Щоб подолати сили тяжіння планети і вийти на навколоземну орбіту (стати супутником), […]...
- Рух тіла під дією сили тяжіння Якщо на тіло діє тільки сила тяжіння, то тіло здійснює вільне падіння. Вид траєкторії руху залежить від напрямку і модуля початкової швидкості. При цьому можливі наступні випадки руху тіла: Якщо початкова швидкість тіла дорівнює нулю або паралельна силі тяжіння, тіло здійснює прямолінійне вільне падіння; Якщо початкова швидкість тіла спрямована під кутом до сили тяжіння, то […]...
- Народження Всесвіту Народження Всесвіту завжди цікавило людство. І ось астрономи виявили найдавніші відгомони Великого вибуху, підтверджуючи гіпотезу десятиліть, що описує надшвидке розширення Всесвіту під час її зародження. Результати забезпечують дослідників даними вимірювання на майже той момент, коли космічне розширення почалося. Лауреат Нобелівської премії фізик з Массачусетського технологічного інституту зазначив це як абсолютне найбільше відкриття в космології і […]...
- Вивчення Всесвіту: від Коперника до наших днів Питання 1. Як усвідомлювали Всесвіт древні люди? Довгий час центром Всесвіту вважалася Земля. Стародавні індійці вважали, що Земля пласка і спирається на спини гігантських слонів, які, у свою чергу, покояться на черепасі. Величезна черепаха стоїть на змії, яка уособлює небо і як би замикає земний простір. Інший бачилася Всесвіт народам, які живуть на берегах річок […]...
- Який розмір Всесвіту? Для людини просто неможливо уявити справжніх розмірів Всесвіту. Ми не тільки не знаємо, наскільки вона велика, але нам навіть важко уявити, наскільки вона може сягати. Якщо ми почнемо віддалятися від Землі, ми зрозуміємо, чому це так. Земля – це маленька частинка Сонячної системи. У Сонячну систему входять Сонце, планети, які обертаються навколо Сонця, астероїди, які […]...
- Які розміри Всесвіту? “Ніхто не обійме неосяжного!”. Даний афоризм Козьми Пруткова в “Плоди роздуми” (1854) зустрічається 5 разів (№№ 3; 44; 67; 104; 160), стаючи щораз все більш і більш виразним, і завершує всі збори думок і афоризмів. Сучасні вчені поки не мають у своєму розпорядженні достатній рівень знань і технічних засобів, які б дозволили хоча б приблизно […]...
- Моделі Всесвіту Від найдрібніших пилинок і атомів до величезних скупчень речовини – зоряних світів і зоряних систем – це все Всесвіт. Пізнання Всесвіту в цілому складається, перш за все, у все більш глибокому вивченні її складових частин. Цей важкий процес охоплює все більш і більш широкі області явищ, ніколи не вичерпуючи до кінця всіх форм руху і […]...
- Розширення Всесвіту Аж до початку минулого століття існувало дві точки зору на походження Всесвіту. Ті вчені, хто дотримувався природничо-наукових поглядів на устрій світу, вважали, що Всесвіт вічна і незмінна. Богослови ж говорили, що Світ створений і в нього буде кінець. Двадцяте століття, значною мірою змінив багато наукові уявлення, дозволив по-іншому поглянути і на походження Всесвіту. Спочатку було […]...
- Космологія і походження Всесвіту Проблема пристрою спостережуваного нами зовнішнього світу завжди була для людства однією з найцікавіших. З найдавніших часів люди жадали зрозуміти, чому існують зірки і планети, як вони рухаються і в чому причина цього руху, скільки зірок на небі і чому ми їх бачимо і бачимо ми всі об’єкти Всесвіту, чи є об’єкти, які ми не бачимо, […]...
- Виникнення і еволюція Всесвіту Виникнення і еволюція Всесвіту – результат фактора інформації Інформація (психічна енергія) – є тонка матерія не зникають, миттєво передається через субстанцію фізичного вакууму, не є енергією, між об’єктами, розташованих в різних точках, а також – події, що відбуваються в часі. Інформація пов’язує всі об’єкти у Всесвіті: частинки, атоми, молекули, організми, людину, психічна енергія (емоції), мислеформи […]...
- Походження і еволюція Всесвіту: теорія Великого вибуху У науковому світі прийнято вважати, що Всесвіт виник в результаті Великого вибуху. Будується дана теорія на тому, що енергія і матерія (основи всього сущого) раніше перебували в стані сингулярності. Цей стан, у свою чергу, характеризується нескінченністю: Температури; Густини; Тиску. Стан сингулярності сам по собі відкидає всі відомі сучасному світу закони фізики. Вчені вважають, що Всесвіт […]...
- Реліктове випромінювання Всесвіту Астрономічні спостереження показують, що, крім окремих джерел випромінювання у вигляді зірок і галактик, у Всесвіті є випромінювання, неподілюваний на окремі джерела – фонове випромінювання. Воно спостерігається у всіх діапазонах електромагнітного спектру. В основному фонове випромінювання є сума світіння різних джерел (галактик, квазарів, міжгалактичного газу), настільки далеких, що сучасні засоби астрономічних спостережень поки не можуть розділити […]...
- Галактики на краю видимого Всесвіту Підтвердженням вищесказаного є дані спостерігання далеких галактик (з червоними зсувами, скажімо, z> 1). Астрономічні спостереження показують, що властивості цих галактик характерні для дуже молодих зоряних систем, в яких щойно закінчився, ще триває або навіть ще тільки починається процес утворення більшості зірок. Особливо наочні дані отримані при вивченні “Хаббловском глибокого поля (Hubble Deep Field, HDF)” – […]...
- Узгодженість матеріального Всесвіту Вакуум в фізиці має певне поняття – повної порожнечі в просторі. У космологічної науці має значення, як відсутність в космічному просторі будь-якої матерії. У XIX столітті фізики виявили в космічному просторі невидимі поля і назвали їх “ефіром”. У космологічної науці стали називати невидимі поля і всі частинки в космічному просторі – фізичним вакуумом. Після відкриття […]...
- Чорні діри Всесвіту Чорна діра – це якась область простору у Всесвіті, що володіє неймовірно сильним тяжінням. Настільки сильним, що цю область не можуть покинути навіть частинки світла (тому вона і називається чорною). Вся область чорної діри, що володіє тяжінням, іменується гравітаційним радіусом, а межа цього радіусу – горизонтом подій. Будь-які об’єкти, перетнув цю межу, повернутися назад вже […]...
- Теплова смерть Всесвіту Відповідно до другого початку термодинаміки, якщо в ізольованій системі мають місце незворотні процеси, то ентропія такої системи може тільки зростати. Реальні процеси, як свідчить досвід, є незворотними. Вони супроводжуються мимовільним перетворенням енергії в теплоту (розсіювання енергії). При цьому внаслідок теплообміну температури тіл вирівнюються. Такі процеси йдуть відповідно до закону збереження енергії і з законом зростання […]...
- Теорії походження Всесвіту Людям завжди було цікаво знати один складний відповідь на просте запитання. Як же все починалося і як це ми докотилися до того, що є? Іншими словами – як народилася Всесвіт? Отже, ось вони – різні версії і моделі походження Всесвіту. Креаціонізм: все створив Господь Бог Серед всіх теорій про походження Всесвіту ця з’явилася найпершою. Дуже […]...
- Закони Кеплера – коротко Розглянуті приклади руху супутника ілюструють, як класична механіка дає пояснення першого закону Кеплера. Планети Сонячної системи, будучи своєрідними супутниками Сонця, рухаються навколо нього по еліптичних орбітах. Оскільки форма орбіти визначається швидкістю руху планети, то очевидно, що швидкість кожної планети менше, ніж значення параболічної швидкості, відповідної масі Сонця і віддалі від нього до даної планети. В […]...
- Модель атому Резерфорда Щоб отримати такий результат експерименту, необхідно зосередити позитивний заряд в меншому розмірі, в результаті чого вийде більше електричне поле. За формулою потенціалу поля можна визначити необхідний розмір позитивної частинки, яка змогла б відштовхнути альфа-частинку в протилежному напрямку. Радіус її повинен бути близько максимум 10-15 м. Саме тому Резерфорд запропонував планетарну модель атома. Дана модель названа […]...
- Інші галактики і розміри нашого Всесвіту Про існування галактик подібних “Чумацькому шляху” людство не здогадувалися дуже довго. Ті світлі плями, що вдавалося розглянути в недосконалі телескопи, навіть на початку 20-го століття, розглядалися як “туманності”, і на думку вчених не уявляли особливого інтересу. Однак технічний прогрес не стоїть на місці, і незабаром, у деяких з цих “туманностей” стали помічати дивні речі, а […]...
- Визначення просторових швидкостей зірок Всі зірки в Галактиці рухаються навколо її центру по майже кругових орбітах, а також володіють власним рухом під дією сил тяжіння інших зірок (рис. 11.12). Власні рухи зірок – величини дуже маленькі, тому виявити власний рух можливо, спостерігаючи зірки протягом тривалого проміжку часу (близько 100 років і більше). Власний рух зірки – це її видиме […]...
- Повідомлення про космічні швидкості, кораблі і ракети Першим космічним кораблем на світлі можна вважати перший в світі корабель-супутник “Супутник-1”. Його вивела на орбіту радянська ракета в жовтні 1957 року з космодрому “Байконур”. Першим повноцінним космічним кораблем на світлі, якщо не брати до уваги супутників, став уже корабель “Восток-1”, на якому Юрій Гагарін, перший космонавт планети, відправився в космос 12 квітня 1961 року. […]...
- Швидкість: лінійна і кутова Для того щоб точно охарактеризувати обертальний рух, використовують спеціальні фізичні величини. Лінійною швидкістю називають миттєву швидкість, спрямовану по дотичній до траєкторії руху. Вона постійно змінюється у напрямку, залишаючись постійною за модулем. Фактично, це і є швидкість, з якою тіло обертається. Якщо радіус кола, по якому відбувається рух, дорівнює R см, то довжина кола: 2πR см […]...
- Масштаби Всесвіту ОБРАЗ ВСЕСВІТУ. Під Всесвітом розуміють сукупність всіх об’єктів, які так чи інакше спостерігаються людиною. З них лише деякі доступні для спостереження за допомогою органів чуття. Цю частину світу називають макросвітом. Найдрібніші об’єкти (атоми, елементарні частинки) складають мікросвіт. Об’єкти, що мають гігантські розміри і віддалені від нас на дуже великі відстані, називають мегамир. Зробіть припущення, чому […]...
- Значення розмірів Землі Найбільш очевидне значення розмірів Землі в тому, що воно, поряд з щільністю Земноїречовини, визначають величину маси земної кулі (рівну 598 х 1019 т). Від маси планети залежить наявність або відсутність атмосфери. Саме внаслідок своїх величезних розмірів Земля силою тяжіння утримує навколо себе свою газову оболонку. Швидкість тікання визначається масою і радіусом планети. Для Землі ця […]...