Модели будущего вселенной
Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом.
В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о конечной, но безграничной Вселенной. Суть данной гипотезы была в следующем: предположим, что вещество, составляющее планеты, звез-ды и звездные системы, равномерно рассеяно по всему миро-вому пространству. Тем самым мы допускаем, что Вселенная всюду однородна и к тому же изотропна, то есть во всех на-правлениях имеет одинаковые свойства. Будем считать, что средняя плотность вещества во Вселенной выше так называе-мой критической плотности. Если все эти требования соблю-дены, мировое пространство, как это доказал Эйнштейн, замк-нуто и представляет собой четырехмерную сферу. Объем та-кой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе возможно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в од-ном и том же направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная по Эйнштейну, содержит хотя и большое, но все-таки конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней фотометрический и гравита-ционный парадоксы просто неприменимы. В то же время при-зрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна - такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.
Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик Александр Фридман на основании строгих расчетов показал, что Вселен-ная Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизмен-ной, как это считал Эйнштейн. Вселенная непременно должна расширяться, причем речь идет о расширении самого про-странства, то есть об увеличении всех расстояний мира. Все-ленная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пу-зырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерыв-но увеличиваются.
Идея Фридмана поначалу показалась Эйнштейну слишком смелой и необоснованной. Он даже заподозрил ошибку в вы-числениях. Но, ознакомившись с ними, он публично признал, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Из расчетов Фридмана вытекали три возможных следствия:
Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;
Вселенная сжимается;
во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.
Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселен-ной были получены в 1926 г., когда американский астроном Э. Хаббл открыл при исследовании спектров далеких галактик (существование которых было доказано в 1923 г. тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как следст-вие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или дли-ны волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием. По по-следним измерениям, это увеличение скорости расширения со-ставляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек. После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселен-ной получил подтверждение и в космологии утвердилась мо-дель расширяющейся Вселенной.
Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселен-ной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстоя-ния между пылинками на поверхности раздувающего-ся мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каж-дую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.
Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десяти-летия благодаря исследованиям известных отечественных кос-мологов Зельдовича и Новикова. Уточнены величины, харак-теризующие скорость расширения Вселенной, рассмотрены различные варианты моделей Вселенной в зависимости от средней плотности вещества в мировом пространстве, доста-точно подробно намечен ход эволюции Вселенной от момента начала ее расширения. Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Мы уже упоми-нали, что расчеты Фридмана допускали три варианта развития событий. По какому из них идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер-гии разлетающегося вещества. Это отношение можно свести к отношению плотности вещества во Вселенной к критической плотности вещества, которую мы уже упоминали.
Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире-ние Вселенной носит необратимый характер. Это выражается условием р/рк< 1, (где р - плотность вещества во Вселен-ной, рк - критическая плотность вещества). Этот вариант динамичной модели Вселенной называют “открытой Вселен-ной”.
Если же преобладает гравитационное взаимодействие, чему соответствует условие р/рк > 1 , то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнет-ся сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно боль-шой плотностью), затем произойдет новый взрыв.