Статическая вселенная

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 . Статическую бесконечную Вселенную впервые предложил английский астроном Томас Диггес (1546–1595).

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 вещество. и/или силы в межгалактическом пространстве. Предложение Цвикки получило название « уставший свет » — термин, придуманный главным Большого взрыва сторонником Ричардом Толманом .

Вселенная Эйнштейна

Основная статья: статическая вселенная Эйнштейна

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 . 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 $\Lambda _{E}=4\pi G\rho /c^{2}$, где $G$ гравитационная постоянная Ньютона, $\rho$ плотность энергии материи во Вселенной и $c$ это скорость света . Радиус кривизны пространства Вселенной Эйнштейна равен

$R_{E}=\Lambda _{E}^{-1/2}={c \over {\sqrt {4\pi G\rho }}}.$

Вселенная Эйнштейна является одним из решений Фридмана уравнения поля Эйнштейна для пыли с плотностью. $\rho$, космологическая постоянная $\Lambda _{E}$, и радиус кривизны $R_{E}$. Это единственное нетривиальное статическое решение уравнений Фридмана.

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, 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 искривлением космоса. Хотя он утверждал, что его результаты подтверждаются астрономическими данными, другие считают результаты неубедительными.

Требования статической бесконечной модели

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 . При отсутствии такого механизма Вселенная состояла бы из мертвых объектов, таких как черные дыры и черные карлики .

См. также

• Модель Милна
• Теория устойчивого состояния
• Плазменная космология

Ссылки

1. ↑ 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».