Міністерство Освіти Російської Федерації

Російський державний університет інноваційних технологій та підприємництва

Північний філія.

Доповідь по КСЕ на тему:

«Стаціонарна модель Всесвіту»

Виконав студент гр. І-331

Сушенцов Володимир Ігорович

Перевірив:

Ланцов Ігор Авеніровіч

Великий Новгород

2003р.

В основу космології покладені наступні основні принципи, які підтверджуються спостерігаються характеристиками мікрохвильового фону та основними класами позагалактичних об'єктів.
Перший космологічний принцип стверджує, що Всесвіт просторовооднорідна і ізотропна.
Другий космологічний принцип Джордано Бруно характеризують Всесвітконстанти не залежать від часу.
Принцип актуалізму Лайєля стверджує, що закони природи не змінюються зходом часу.
У XX столітті конкурували два космологічні теорії - теоріярозширюється Всесвіту (початковий стан, з якого виникла
Всесвіт, було таким гарячим і щільним, що могли існувати тількиелементарні частинки і випромінювання; потім всесвіт розширювалася іохолоджувалася, утворюючи зірки і галактики) і теорія стаціонарного Всесвіту
(Всесвіт існував завжди, що спостерігається розрядження речовиникомпенсується його безперервним творінням).
Ейнштейн при роботі над ОТО виходив з ідеї стаціонарного Всесвіту. Віндовільно ввів "космічне відштовхування", яке було дуже мало, алеутримувало Всесвіт від стягування в точку. Рівняння, отримані
Ейнштейном, були детально досліджені де сіттера і Фрідманом. Останнійзнайшов три сценарії розвитку Всесвіту, що визначаються середньою щільністюречовини у ній. Леметр зв'язав ці релятивістські моделі з данимиастрономічних спостережень і прийшов до проблеми "початку" з точки. Гамоврозробив модель гарячого Всесвіту, яку назвав "космологією Великого
Вибуху ". Разом зі своїми учнями він провів необхідні розрахункирозвитку подій для отримання потрібних співвідношень між хімічнимиелементами у Всесвіті в даний час з ядерних реакцій в раннійгарячого Всесвіту. Теорія отримала підтвердження після відкриття фоновоговипромінювання, що залишилося з часів "Великого Вибуху" і було названореліктовим. Перші ядерні реакції піддавалися всі більш детальноюперевірці шляхом експериментів на все більш потужних прискорювачах, і шляхомпорівняння з процесами, що відбуваються у зоряних надрах. Гут і Ліндерозробили різні варіанти перших часток секунди після "початку", званімоделями інфляційної, або роздувається, Всесвіту. Угорський математик
Пал Ердош так висловив незадоволення деяких учених концепцією
Великого Вибуху: "Бог зробив дві помилки. По-перше, він" створив "
Всесвіт у Великому Вибуху. По-друге, він був настільки недбалий, щозалишив "докази" - мікрохвильове фонове випромінювання ".
Необхідно знайти пояснення великомасштабного скручування об'єктів. Ідеїбезперервного творення матерії виникали неодноразово. Так, в 1948 р. угрупи вчених Кембріджського університету (Г. Бонд, Т. Голд і Ф. Хойл)народилася гіпотеза стаціонарного Всесвіту. Вони оцінили число породжених за
100 років з "нічого" атомів водню для заповнення убутку матерії черезразбегания - один атом у кубі з ребром 100 метрів. За 5 млрд. земних роківповинно було утворитися всього 4 кг атомів. Хоча відкриття реліктовоговипромінювання підтвердило модель Великого Вибуху, Ф. Хойл вважав можливиммодернізувати свою модель для пояснення цього випромінювання. Модель гарячої
Всесвіту, або Великого Вибуху, в загальних рисах пояснює багато фактіводнак, деякі вчені піддають сумнівам її основні положення. Однівважають, що електромагнітні сили, що породжуються плазмою, грали більшеістотну роль у формуванні Всесвіту, ніж гравітація; інші інакшетлумачать наявність червоного зміщення в спектрах. Прибічник першої думкишведський астрофізик, лауреат Нобелівської премії за 1970 р., Х. Альфівважає, що міжзоряний простір заповнений довгими "нитками" та іншимиструктурами, що складаються з плазми. Сили, які примушують плазмуутворювати такі фігури, примушують її утворювати також і галактики,зірки і зоряні системи. Він вважає, що Всесвіт розширюється підвпливом енергії, що виділяється при анігіляції частинок і античастинок,але це розширення відбувається дещо повільніше.
З приводу іншого тлумачення червоного зсуву відома гіпотеза Дірака простарінні фотона (ще з 30-х р.р.). Проти закону Хаббла виступаєамериканський астроном Х. Арп. Він називає співвідношення Хаббла "єдинимхитким припущенням, що лежить в основі сучасної астрономії ікосмології ". Арп повідомляє, що він спостерігав багато об'єктів, які неслідують закону Хаббла. Він вважає, що квазари, що володіють найбільшимчервоним зміщенням, насправді знаходяться не на краю Всесвіту, яквипливає з закону Хаббла, а не далі, ніж всі галактики, хоча їх червонезсув багато менше. Йому навіть здається, що квазари можуть бути
"відгалуженнями" галактик.
Член-кореспондент РАН В. С. Троїцький вважає невірним пояснення червоногозміщення в спектрах віддалених космічних об'єктів розширенням Всесвіту.
Для обгрунтування цього твердження було проведено аналіз каталогів 7300галактик і 3700 квазарів і визначена їх середня світність. Встановлено,що всупереч схемі стандартної космології, чим більше світність галактик,тим більше їх розмір, а це означає, що ніякого розширення Всесвіту немає,не було і початкового Великого Вибуху, тобто Всесвіт стаціонарне. Іншіслідства досліджень: 1) квазари мають невелику потужність випромінювання, а нещо перевищує на кілька порядків потужність випромінювання цілих галактик, якприйнято вважати у сучасної космології; 2) в квазарах речовинарозлітається з досветовимі швидкостями, а сверхсветовие значення виходять ввнаслідок завищення розмірів Всесвіту.
Причину старіння (почервоніння) квантів він бачить в гравітаційному зсувічастоти випромінювання, що пропорційно не відстані до джереласвітла, а квадрату відстані. У цьому випадку розмір видимої частини Всесвітуне 15 млрд. світлових років, а 5.
Чи є спірними твердження про "остаточної доведеності" гарячогопоходження Всесвіту і швидкісний природи космологічного червоногозміщення.
Е. Хаббл, який відкрив у 1929 р. закон космологічних червоних зміщень в 1936р. опублікував першу наглядові докази хибностіуявлень про розбігання галактик. Зокрема встановлено, щоемпіричні залежності, отримані за даними статистичної обробкиблизько ста каталогів позагалактичних об'єктів, узгоджуються з вихіднимитеоретичними співвідношеннями, виведеними на основі уявлень простійкості Всесвіту і "старіння" фотонів. У цілому вони знаходяться внепримиренних суперечностях з космологічними моделями теорії Великого
Вибуху за будь-яких комбінаціях параметрів цих моделей.
"... Ретельне дослідження можливих джерел помилок показує, щоспостереження, мабуть, узгоджуються з уявленнями про нескоростнойприроді червоних зміщень.
... У теорії до цих пір продовжується релятивістське розширення Всесвіту,хоча спостереження і не дозволяють встановити характер розширення.
Отже, дослідження простору закінчені на ноті невизначеності, але такі має бути. Ми знаходимося, за визначенням, у самому центрі спостерігаєтьсяобласті. Наших найближчих сусідів ми знаємо, мабуть, досить добре. Заміру збільшення відстані наші знання зменшуються, причому зменшуютьсяшвидко. В кінцевому рахунку наші можливості обмежені межами нашихтелескопів. А далі ми спостерігаємо тіні і шукаємо серед помилок виміріворієнтири, які навряд чи є більш реальними.
Дослідження буде продовжено. Ще не вичерпано можливості емпіричногопідходу, не варто занурюватися в примарний світ умоглядних побудов. "
(Хаббл "Світ туманностей", 1936 р.)
Білі дірки розглядаються в якості одного з класів космологічнихоб'єктів, в якому може відбуватися освіта речовини.
Біла діра - вибухає об'єкт, що виникає з сингулярностіпростору-часу. У відомому сенсі біла діра - це звернена учасу чорна діра. Остання, навпаки, виникає при колапсі масивногооб'єкта з утворенням сингулярності. На відміну від чорної діри біла дірка --яскравий об'єкт.
Розглянемо більш детально типову замкнуту поверхню нульової маси
(див. рис.). Нехай пучок світових ліній двічі перетинає цю поверхню:спочатку на ділянці Р1, потім на ділянці Р2. Як описується така ситуаціяв порівняно більш вузьких рамках ОТО?

Пучок світових ліній, що перетинають замкнуту поверхню нульової маси,можна інтерпретувати як народження двох пар. Кожна пара складається з однієїчорної і однією білою діри. Опис цього явища в рамках загальної теоріївідносності можна провести лише окремо на кожному з ділянок I, IIі III. На ділянці I утворюється чорна діра; на ділянці II вибухає біладіра і потім речовина утворює чорну діру, на ділянці III утворюється біладіра. (См.Дж.Нарлікар "Шалена Всесвіт" М., Мир, 1985)
У теорії Ейнштейна області Р1 і Р2 інтерпретуються як сингулярності впросторі-часу. Рівняння цієї теорії "не дозволяють" перетинатисингулярність, тобто не дають можливості єдиним чином розглядатифізичні процеси до і після сингулярності. Найбільше, що можназробити в загальній теорії відносності, - це розглянути окремопроцеси в трьох областях: I, II, III. В області I пучок частинок спрямовуєтьсядо просторово-часової сингулярності. Це типовий випадокгравітаційного колапсу. Хоча сингулярність і досягається на ділянці P1,вона прихована від віддаленого спостерігача О (його світова лінія не перетинаєповерхню нульової маси - див. рис.) горизонтом чорної діри. В області IIпучок часток виходить з сингулярності на ділянці Р1 і спрямовується досингулярності на ділянці Р2. В області III частки знову народжуються зсингулярності на ділянці Р2.
Таке поява часток з сингулярності в значній мірі аналогічнонародженню всього Всесвіту в Великому вибуху. Місцевий вибух такого роду вдеякій області простору називається білої дірою. У цьому сенсі біладіра - це звернена в часі чорна діра.
В ОТО білі діри були зведені до становища "бідних родичів" чорнихдірок. Причини цього наступні. Чорна діра утворюється при гравітаційномуколапсі масивного об'єкту, і поява сингулярності завершує цейпроцес, тоді як біла дірка починається з сингулярності, а закінчуєтьсяна стадії звичайного стану речовини. Фізики ставляться з упередженням дооб'єктам, саме виникнення яких незрозуміло, хоча Великий вибух,наприклад, становить виняток з цього правила. По суті справи, білі діривперше були запропоновані як приклади окремих малих вибухів в тих областяхпростору, де первинний вибух чомусь "затримався". Друга причина
"непопулярності" білих дірок полягає в тому, що, згідно з деякимирозрахунками, вони дуже нестабільні. Виявляється, що незабаром після вибуху білоїдірки навколишнє середовище згладжує і уповільнює розтікання речовини - і в цьомумісці починає формуватися чорна діра. Цей процес відповідає тому,що відбувається в області II на рис.

З точки зору більш широкого підходу в рамках масштабно-інваріантноїтеорії тяжіння те, що інтерпретується спостерігачем Про як чорна діра вобласті I, причинно пов'язано з білою діркою в області III.
Саме тому, що в ОТО області I, II і III доводиться розглядати поокремо, походження білої дірки там пов'язують з сингулярною так,що далі в минуле, за сингулярність, простежити її історію не можна. Дотих пір, поки не буде розглянута в цілому вся картина, що складається зобластей I + II + III, не можна як слід уявити собі і властивості білихдірок. З цієї причини необхідно ще раз провести всі розрахунки понестабільності білих дірок, але вже в рамках більш широкого підходу,пропонованого масштабно-інваріантної теорією тяжіння.
Якщо припустити, що існують білі дірки типу III, то у нас врозпорядженні виявляється своєрідний генератор заряджених частинок і квантівелектромагнітного випромінювання дуже високих енергій. Справа в тому, щоповерхню білою дірки буде наближатися до віддаленого спостерігачеві О свеличезною швидкістю, і тому фотони, іспущенние з її поверхні, будутьдуже сильно зміщені у синю стороні за рахунок ефекту Доплера. Це синєзсув таке велике на ранніх стадіях вибуху, що воно значнопереважає над великим гравітаційним червоним зміщенням, пов'язаних знадщільний упаковкою речовини у білій дірці.
Мабуть, зірки не "гинуть" в результаті вибухів, а перетворюються намаломасивні, важкодоступні для спостережень об'єкти. Процес "народження"зірок полягає в тому, що маломасивні об'єкти, потрапляючи в щільніхмари пилу й газу, збільшують свої маси і світності.
Механізм утворення речовини поблизу чорних дірок пов'язаний з ефектом Хокінга:

У плоскому просторі-часу у вакуумі безупинно народжуються іанігілюють віртуальні пари частинок (а). Тяжіння чорної діри впливає нацей процес (б). (См.Дж.Нарлікар "Шалена Всесвіт" М., Мир, 1985) Ефект
Хокінга заснований на взаємодії вакуумних флуктуацій з чорною дірою. Цейефект ілюструє просторово-часова діаграма, наведена намалюнку. Кордон чорної діри відзначена парою жирних суцільних ліній.
Тяжіння чорної діри, що впливає на віртуальні пари, може призводитидо трьох якісно різних результатів, показаних на малюнку. Перший (1)
- Обидві частинки пари падають у чорну дірку, другий (2) - пара анігілює якзавжди, немов чорної діри не існує; третій (3) - одна частка парипадає в чорну дірку, а інша ні. Останній випадок описує механізмнародження частинок: віддалений спостерігач, який зареєстрував частку,уникнути падіння в чорну дірку, сприймає цей акт так, ніби цючастку (або античастинку) породила чорна діра.