Сделай Сам Свою Работу на 5

Плотность вещества во Вселенной либо уменьшается, либо увеличивается, т.е. Вселенная либо расширяется, либо сжимается.





Специальная, или частная, теория относительности (СТО) (1905г.)

рассматривает свойства пространства-времени в приближении, в котором эффектами тяготения можно пренебречь (гравитационные массы – малые, по сравнению с массой звездных скоплений).

 

Логически СТО является частным случаем ОТО, но исторически развитие теории происходило в обратной последовательности: СТО – 1905 г., ОТО – 1916 г.

 

Построение теории относительности происходит на основе нескольких экспериментальных фактов:

1) однородность и изотропность пространства;

2) существует максимальная скорость передачи сигнала (и, следовательно, максимальная скорость движения тел), равная скорости света в вакууме

м/c (Бертоцци, 1964 г.);

3) для света неприменима классическая формула сложения скоростей.

По Галилею: . Мы будем рассматривать опыт по распространению света в движущей среде (опыт Физо, 1851 г.). Вода движется со скоростью V, скорость света в неподвижной воде:

, n - показатель преломления.


Вместе с тем для наблюдателя, относительно которого свет движется, из принципа относительности Галилея: .

Эксперимент показывает:

, где коэффициент увлечения;

для воды расчет дает =0.438, опыт Физо - =0.46, опыт Майкельсона - Морли (1886 г.) =0.434±0.020;

4) скорость света не зависит от взаимного движения приемника или источника света; т.е. скорость не зависит, испущен ли сигнал от движущегося или покоящегося тела;

астрофизические исследования подтверждают это.

 

При построении СТО (специальной теории относительности Эйнштейна) исторически огромную роль сыграли астрономические наблюдения и эксперименты по определению скорости света.

Самый крупный объект, которым занимается механика, (мы об этом уже говорили) – это Вселенная. Теоретическим фундаментом науки о строении Вселенной является ОТО.

1922-1924 г.г. - А. А. Фридман построил нестационарную модель Вселенной на основании уравнений ОТО:

плотность вещества во Вселенной либо уменьшается, либо увеличивается, т.е. Вселенная либо расширяется, либо сжимается.


Сам А. Эйнштейн не нашел стационарных решений уравнений созданной им теории и полагал, что теория ошибочна. Мысль об эволюции Вселенной вообще считалась нелепой - ведь все давно привыкли к тому, что видимая часть Вселенной не меняется.

Аристотель по этому поводу писал:

«В продолжении всего прошедшего времени, согласно летописям, завещаемым потомкам от поколения к поколению, мы не находим следа изменений ни во всем удаленном небе в целом, ни в одной из подходящих частей неба».

Оказалось, что уравнения ОТО содержали больше, чем мог допустить их творец. Чтобы получить стационарные решения, Эйнштейну пришлось в уравнения наряду с силами всемирного тяготения ввести гипотетические силы всемирного космического отталкивания. Эйнштейн думал, что Фридман допустил ошибку. Экспериментально факт расширения Вселенной установил в 1929 г. американский астроном Э. П. Хаббл: . В этой формуле выражена взаимосвязь между скоростью удаления объекта v и радиусом r через постоянную Хабла H. Обратное значение этой постоянной представляет время с начала расширения Вселенной
(10-20 млрд лет). Итак, возраст Вселенной 15-18 млрд.лет, возраст (геологический) Земли ~5 млрд лет.

Что представляет собой наблюдаемая Вселенная?

Горизонт событий , где ~1018с - возраст Вселенной, =3×1010см/с - скорость света. ~3×1028с=10000Мпс.

Расстояние от Земли до Солнца 1.5×1013см; радиус Земли 6.4×108 см.

Наблюдаемая часть Вселенной – Метагалактика.

Звезды разбросаны в пространстве совершенно неравномерно. Они группируются в большие системы, разделенные огромным расстоянием. Каждая такая система содержит ~1011 звезд – это галактика. Образуются скопления галактик размером ~1023см. Мы находимся в одной из галактик (спиральной). Млечный путь – часть нашей галактики.

Пространство между галактиками и их скоплениями заполнено очень разреженным газом, кроме того, имеются космические лучи (энергии 109-1018 эВ, преимущественно состоят из протонов) и электромагнитное излучение.

Итоги

Метагалактика – это вся наблюдаемая область Вселенной. Основные элементы ее крупномасштабной структуры – галактики и скопления галактик.

Галактики – стационарные гравитационно-связанные звездные системы.

Звездная система, в которую входит наше Солнце – Галактика, содержит 1011 звезд, ее масса ~2×1044 г = 1011 Мо 0 - масса Солнца 1033 г), а полная излучаемая звездами энергия (светимость) составляет 3×1043 эрг/с.

Существуют галактики разных типов.

Спиральная галактика: концентрация звезд к центру галактики возрастает, образуя ядро, которое является источником радио- и инфракрасного излучения; из ядра происходит также истечение газа. Имеется множество подобных галактик – например: Туманность Андромеды (ее масса и светимость в 2 раза больше по сравнению с нашей Галактикой); другие спиральные галактики не так массивны (109-1011Мо).

Эллиптические галактики, подобные сферическим подсистемам спиральных: карликовые (107-108о, гигантские (1012Мо, в 10 раз больше нашей Галактики). Светимости пропорциональны массам.

Третий тип галактик – неправильные: их массы и светимости не превышают 0.1 доли этих величин для нашей Галактики.

Эти три типа галактик открыты Хабблом.

Известны и другие типы галактик, не укладывающиеся в первоначальную классификацию. Экстремальными объектами такого рода являются квазары. В них звездная составляющая не обнаруживается: или вообще отсутствует, или (что более вероятно) имеется, но дает весьма малый вклад в полную светимость, доходящую до 1046-1047 эрг/с, что на 3-4 порядка больше светимости нашей Галактики. Эта энергия исходит из областей размером 1016-1018 см (на 4-6 порядков меньше Галактики). Вследствие гигантской светимости квазары видны на очень больших расстояниях. Именно квазары являются самыми удаленными объектами, очерчивающими границы Метагалактики.

Большая часть галактик входит в группы или скопления галактик: первые содержат десятки, а вторые – сотни и даже тысячи участников. Судя по динамике галактик в скоплениях, можно ожидать, что в них содержится еще больше (в 3-10 раз) количества вещества, которое проявляет себя только гравитационно («скрытые массы»).

Иерархия космических структур обрывается на скоплениях и сверхскоплениях.

В различных областях Метагалактики, имеющих размер, значительно превышающий средний размер скоплений и сверхскоплений, т.е. ~100-300 Мпс и более, и содержащих много галактик и скоплений, средняя плотность видимого вещества галактик оказывается одинаковой, где бы эти области ни находились:

~(1-5)×10-31 г/см3.

С учетом «скрытых масс» эта величина возрастает в 3-10 раз: 10-31 10-29 г/см3.

Среднее расстояние между скоплениями 30 Мпс (в ~10 раз больше, чем размеры скоплений). Однако, если взять в 10 раз больший масштаб, то в кубе со стороной ~300 Мпс будет находиться приблизительно 1000 скоплений галактик, и в таком масштабе Вселенная практически однородна. Отклонения от среднего значения плотности распределения вещества в масштабе 1000 Мпс не превышает 3%, а в больших масштабах эти отклонения еще меньше.

Напоминание: 1 Мпс=106пс»30,9×1018км=30,9×1023см.

 

Таким образом:

1. Важнейшей особенностью Вселенной является ее неоднородность в малом масштабе и однородность в большом масштабе.

2. Вторая фундаментальная особенность Вселенной - нестационарность.

 

Теория тяготения Ньютона описывает нестационарность Вселенной.

Пользоваться теорией тяготения Эйнштейна (1916 г.) нужно только в том случае, когда гравитационные поля становятся очень сильными, а скорости движения в них приближаются к скорости света.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2023 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.