Статическая вселенная
| Часть серии о |
| Физическая космология |
|---|
 |
В космологии статическая вселенная (также называемая стационарной , бесконечной , статической бесконечностью или статической вечностью ) — это космологическая модель , в которой Вселенная бесконечна как в пространстве , так и во времени , а пространство не расширяется и не сжимается. Такая вселенная не имеет так называемой пространственной кривизны ; то есть оно «плоское» или евклидово . [ нужна ссылка ] [ нужны дальнейшие объяснения ] Статическую бесконечную Вселенную впервые предложил английский астроном Томас Диггес (1546–1595). [1]
В отличие от этой модели, Альберт Эйнштейн бесконечную во времени, но пространственно конечную модель — статическую вечную Вселенную предложил в качестве своей предпочтительной космологии в 1917 году в своей статье «Космологические соображения в общей теории относительности» .
После открытия зависимости красного смещения от расстояния (выведенной на основе обратной корреляции галактической яркости с красным смещением) американскими астрономами Весто Слайфером и Эдвином Хабблом , астрофизик и священник Жорж Леметр интерпретировал красное смещение как свидетельство всемирного расширения и, следовательно, Большого взрыва . тогда как швейцарский астроном Фриц Цвикки предположил, что красное смещение было вызвано потерей фотонами энергии при прохождении через материю и/или силы в межгалактическом пространстве. Предложение Цвикки получило название « уставший свет » — термин, придуманный главным Большого взрыва сторонником Ричардом Толманом .
Вселенная Эйнштейна
[ редактировать ]В 1917 году Альберт Эйнштейн добавил положительную космологическую постоянную к своим уравнениям общей теории относительности , чтобы противодействовать притягивающим эффектам гравитации на обычную материю, которая в противном случае заставила бы статическую, пространственно конечную Вселенную либо схлопнуться , либо навсегда расшириться . [2] [3] [4] Эта модель Вселенной стала известна как Мир Эйнштейна или статическая вселенная Эйнштейна .
Эта мотивация закончилась после предложения астрофизика и римско-католического священника Жоржа Леметра о том, что Вселенная кажется не статичной, а расширяющейся. Эдвин Хаббл исследовал данные наблюдений астронома Весто Слайфера , чтобы подтвердить связь между красным смещением и расстоянием , которая составляет основу современной парадигмы расширения , представленной Леметром. По словам Георгия Гамова, это заставило Эйнштейна объявить эту космологическую модель, и особенно введение космологической постоянной, своей «самой большой ошибкой». [1]
Статическая Вселенная Эйнштейна замкнута (т.е. имеет гиперсферическую топологию и положительную пространственную кривизну), содержит однородную пыль и положительную космологическую постоянную со значением точно , где гравитационная постоянная Ньютона, плотность энергии материи во Вселенной и это скорость света . Радиус кривизны пространства Вселенной Эйнштейна равен
Вселенная Эйнштейна является одним из решений Фридмана уравнения поля Эйнштейна для пыли с плотностью. , космологическая постоянная , и радиус кривизны . Это единственное нетривиальное статическое решение уравнений Фридмана. [ нужна ссылка ]
Поскольку вскоре вселенная Эйнштейна была признана нестабильной по своей сути, от нее вскоре отказались как от жизнеспособной модели Вселенной. Она нестабильна в том смысле, что любое незначительное изменение значения космологической постоянной, плотности материи или пространственной кривизны приведет к тому, что Вселенная либо будет расширяться и ускоряться вечно, либо снова схлопнется до сингулярности.
После того, как Эйнштейн отказался от своей космологической постоянной и принял модель расширяющейся Вселенной Фридмана-Леметра, [5] большинство физиков двадцатого века предполагали, что космологическая постоянная равна нулю. Если бы это было так (при отсутствии какой-либо другой формы темной энергии ), расширение Вселенной замедлялось бы. Однако после того, как Сол Перлмуттер , Брайан П. Шмидт и Адам Г. Рисс представили теорию ускоряющейся Вселенной в 1998 году, положительная космологическая постоянная была возрождена как простое объяснение темной энергии .
В 1976 году Ирвинг Сигал возродил статическую вселенную в своей хронометрической космологии . Подобно Цвикки, он объяснил красное смещение далеких галактик кривизной космоса. Хотя он утверждал, что его результаты подтверждаются астрономическими данными, другие считают результаты неубедительными. [6]
Требования статической бесконечной модели
[ редактировать ]Чтобы статическая модель бесконечной Вселенной была жизнеспособной, она должна объяснять три вещи:
Во-первых, оно должно объяснить межгалактическое красное смещение . Во-вторых, это должно объяснить космическое микроволновое фоновое излучение . В-третьих, у нее должен быть механизм воссоздания материи (в частности, атомов водорода ) из радиации или других источников, чтобы избежать постепенного «истощения» Вселенной из-за преобразования материи в энергию в звездных процессах . [7] [8] При отсутствии такого механизма Вселенная состояла бы из мертвых объектов, таких как черные дыры и черные карлики .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Погге, Ричард В. (24 февраля 2014 г.). «Очерк: Безумие Джордано Бруно» . astronomy.ohio-state.edu . Проверено 3 апреля 2016 г.
Бруно часто приписывают признание того, что система Коперника допускала существование бесконечной Вселенной. По правде говоря, идея о том, что гелиоцентрическое описание Солнечной системы допускает (или, по крайней мере, не исключает) бесконечную Вселенную, была впервые предложена Томасом Диггесом в 1576 году в его «Совершенном описании небесных сфер» , в котором Диггес одновременно представляет и расширяет систему Коперника, предполагая, что Вселенная была бесконечной.
- ^ Эйнштейн, Альберт (1917). «Космологические соображения по общей теории относительности». сессия. Король. Пруссия. Акад.: Встреча Б. Король. Пруссия. Акад. 142–152.
- ^ Лоренц Х.А.; Эйнштейн А.; Минковский Х.; Х. Вейль (1923). Принцип относительности . Нью-Йорк: Метеун и Ко, стр. 175–188.
- ^ О'Рэйфертай; и др. (2017). «Статическая модель Вселенной Эйнштейна 1917 года: столетний обзор». Евро. Физ. Дж . Х. 42 (3): 431–474. arXiv : 1701.07261 . Бибкод : 2017EPJH...42..431O . дои : 10.1140/epjh/e2017-80002-5 . S2CID 119461771 .
- ^ Нуссбаумер, Гарри; О'Киф, Майкл; Нам, Вернер; Миттон, Саймон (2014). «Преобразование Эйнштейна из статичной вселенной в расширяющуюся». Европейский физический журнал H . 39 (1): 37–62. arXiv : 1311.2763 . Бибкод : 2014EPJH...39...37N . дои : 10.1140/epjh/e2013-40037-6 . S2CID 122011477 .
- ^ Ирвинг Сигал (1976): Математическая космология и внегалактическая астрономия . Серия по чистой и прикладной математике, Том. 68. Академическая пресса . 19 февраля 1976 г. ISBN. 9780080873848 .
- ^ Макмиллан, WD 1918. «О звездной эволюции». Астрофизика . Дж. 48: 35–49.
- ^ Макмиллан, WD 1925. «Некоторые математические аспекты космологии». Наука 62: 63–72, 96–99, 121–127.
- ↑ В автобиографии Георгия Гамова «Моя мировая линия» (1970) он говорит об Эйнштейне: «Намного позже, когда я обсуждал с Эйнштейном космологические проблемы, он заметил, что введение космологического термина было самой большой ошибкой в его жизни».