Космология

Ньютон и проблемы классической космологии

1. Раздел астрономии, объясняющий наблюдаемое распределение галактик в пространстве и их движение («разбегание»), строение и развитие (эволюцию) Вселенной в целом, называют космологией (от греч. «космос» — мир, Вселенная и «логос» — учение). Среди наиболее существенных вопросов, которые изучает космология, — геометрическая структура пространства и времени, конечность и бесконечность Вселенной в пространстве и времени.

В Средние века многие учёные полагали, что Вселенная конечна и ограничена сферой неподвижных звёзд. Этой точки зрения придерживались даже Николай Коперник и Тихо Браге.

С развитием науки, всё полнее раскрывающей физические процессы, происходящие в окружающем нас мире, большинство учёных постепенно перешли к представлениям о бесконечности Вселенной. Здесь огромное значение имело открытие Ньютоном закона всемирного тяготения. Одним из важных следствий этого закона явилось утверждение, что в конечной Вселенной всё её вещество за ограниченный промежуток времени должно стянуться в единую тесную систему, тогда как в бесконечной Вселенной вещество под действием тяготения собирается в некоторых ограниченных объёмах — «островах» (звёздах), равномерно заполняющих Вселенную.

Однако, представляя Вселенную бесконечной, однородно заполненной звёздами, учёные приходили к, казалось бы, неразрешимым противоречиям. В то время, основываясь на наблюдениях звёзд, которые представлялись неподвижными, предполагали неподвижной, т. е. статичной, и саму Вселенную.

В 1826 г. немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс (1758—1840) озадачился вопросом: почему ночью небо тёмное? Предполагая Вселенную статичной, бесконечной и однородно заполненной звёздами, он пришёл к неожиданному выводу, что яркость ночного неба должна быть сравнима с яркостью Солнца.

Действительно, в такой Вселенной число звёзд бесконечно, и их излучение должно заполнять всю Вселенную. Конечно, поток излучения, приходящий на Землю от удалённых звёзд, при этом сильно ослабляется из-за большой их удалённости, и поэтому свечение ночного неба в основном должно было определяться ближайшими к нам звёздами. Но в то же время, если звёзды однородно заполняют Вселенную, то с ростом расстояния должно увеличиваться и их количество. Как оказалось, это увеличение числа слабых источников в точности компенсирует уменьшение потока излучения, вызванное их удалённостью. Иными словами, в рассматриваемой модели Вселенной любая звезда лежит на луче зрения наблюдателя и ночное небо как бы перекрывается звёздными дисками. Разрешить этот парадокс в рамках классической физики не удалось.

Релятивистская космология — теория расширяющейся Вселенной

2. Большое значение для развития современных представлений о строении и эволюции Вселенной имеет общая теория относительности, или релятивистская механика, созданная Эйнштейном. Она обобщает теорию тяготения Ньютона на большие массы и скорости движения, сравнимые со скоростью света. Общая теория относительности накладывает определённые ограничения на геометрические свойства пространства, которое уже нельзя считать евклидовым.

Окончание >>>