Сущность космологческих моделей Вселенной

Представления о Вселенной в античный период

С древних времён люди задумывались о происхождении и устройстве всего сущего. Эти представления были неотъемлемыми атрибутами философских концепций. Первые космологические идеи основывались на астрономических наблюдениях. Ещё в те времена жрецы Египта, Вавилона, Индии и Китая вычислили продолжительность годового цикла, периодичность лунных и солнечных затмений.

При наблюдении за небесными телами удалось выявить их две основные группы:

1. Подвижные
2. Неподвижные.

К подвижным относили Солнце, Луну и пять известных в то время планет. Эти планеты получили названия, соответствующие именам римских богов:

• Венера,
• Марс,
• Юпитер,
• Меркурий,
• Сатурн.

Именно в честь данных небесных тел неделя была разделена на семь дней, каждый из которых является символом одного из подвижных тел. Наблюдения за видимым движением Солнца позволили открыть двенадцать зодиакальных созвездий.

После того как философия сменила господствующую в то время мифологию, поиск ответов относительно объектов мегамира исследователи стали искать в рамках философский концепций. Ещё во времена античности возникли весьма интересные космологические модели Вселенной, разработанные Демокритом, Пифагором, Платоном. К этому же времени относят появление гелиоцентрических моделей Вселенной. Например, Гераклид говорил о движении Земли вокруг неподвижного Солнца в течение суток. Однако большинство гелиоцентрических идей были отвергнуты античными философами.

Общепризнанной космологической теорией античности стала геоцентрическая теория Аристотеля, усовершенствованная трудами Птолемея. Эта идея мироздания являлась актуальной на протяжении всей Эпохи Средневековья.

С началом Нового времени при формировании космологических концепций философия уступила место науке. Одним из первых результатов этого стало появление в XVI веке гелиоцентрической модели Вселенной Николая Коперника. Согласно данной модели, Вселенная являлась замкнутой системой. В центре этой системы находилось Солнце, а вокруг вращались различные планеты, в том числе и Земля.

Классическая полицентрическая модель Вселенной

Классическая полицентрическая картина мира сложилась в XVIII-XIX веках. Это явилось началом научной космологии.

Пространство не связано с находящимися в нём телами и служит лишь вместилищем для них. Время также является независимым от материи. Таким образом, если бы исчезли все существующие тела, время и пространство остались бы неизменными. Количество небесных тел во Вселенной бесконечно велико. В этом виде классическая полицентрическая модель прослужила до начала двадцатого столетия.

Основным недостатком классической полицентрической модели было то, что она не могла объяснить происхождение. В связи с этим появились сомнения в верности этой модели, которые получили названия парадоксов: фотометрического, гравитационного и термодинамического.

Фотоцентрический парадокс, или парадокс Шезо-Ольберса, состоял в том, что, если во Вселенной существует бесконечное множество звёзд и все они распределены равномерно, то взгляд человека по любому направлению обязательно натыкался бы на какую-либо звезду. В этом случае небесный свод имел бы постоянную светимость, однако в реальности этого не происходит.

О гравитационном парадоксе впервые заговорил немецкий учёный К. Зеелигер. Он отметил невозможность действия на тела бесконечно большой силы тяготения, которая была бы актуальна в случае бесконечности Вселенной.

Термодинамический парадокс является следствием принципа возрастания энтропии, который опровергает вечность Вселенной во времени.

Релятивистская модель Вселенной

Эта модель, созданная А. Эйнштейном, пришла на смену классической полицентрической модели в 1917 году. В её основу была положена релятивистская теория тяготения (общая теория относительности). Эйнштейн не разделял утверждений о бесконечности и вечности Вселенной и придерживался принципов неизменности Вселенной во времени и ограниченности её в пространстве. Свойства Вселенной зависят от распределения в ней гравитационных масс. Вселенная является безграничной, но при этом замкнутой. Эйнштейн произвёл расчёты, на основании которых сделал вывод, что Вселенная является четырёхмерной сферой. Наглядно представить её не представляется возможным.

Рисунок 1. Релятивистская модель Вселенной

Модель расширяющейся Вселенной

В 1922 году советский учёный А. Фридман сумел доказать, что Вселенная не может быть неизменной. Основываясь на разработанным им космологическом принципе, Фридман доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и нестационарные решения, согласно которым Вселенная способна расширяться и сжиматься. Сначала эта модель носила характер гипотезы, однако в 1929 году американским учёным Э. Хабблом было обнаружено смещение спектральных линий к красному концу спектра. Объяснение «Красному смещению» нашлось в удалении галактик друг от друга; при этом их скорость возрастала с увеличением расстояния.

Рисунок 2. Модель расширяющейся Вселенной

В результате Хаббл высказал утверждение, что Вселенная представляет собой систему галактик. При этом расстояния между галактиками не постоянны, а возрастающие с течением времени. Эта концепция и стала моделью расширяющейся Вселенной.

Постоянная Хаббла даёт возможность вычислить время, за которое происходит расширение Вселенной. Это время составляет от 10 до 19 млрд. лет. Наиболее вероятным возрастом существования Вселенной считают 15 млрд. лет.