Kosmologie, věda o vlastnostech a vývoji vesmíru, vznikla v dávných dobách za posledních sto let
Autoři rozdělili historii vývoje kosmologie do čtyř etap.
Kosmologie, začátek: 1917-1960
V prvním období rozvoje matematické kosmologie se objevilo mnoho nových zásadních myšlenek, které dodnes hrají důležitou roli při formování teoretické kosmologie. Zde jsou některé z nich:
- Kosmologická konstanta a energie vakua;
- Uniformita vesmíru;
- Nehomogenní anizotropní kosmologické modely;
- Evoluce versus ustálený stav vesmíru;
- horký velký třesk;
- Kauzalita a cestování časem;
- Lokální a globální struktura.
Všechny výše uvedené myšlenky jsou stejné.zásadní a důležité ve studiu teoretické kosmologie dnes, jako na úsvitu rozvoje vědy. Jak poznamenávají autoři článku, následný vývoj oboru v následujících desetiletích prokázal, že všechny tyto nové a důležité myšlenky „sehrávají stále velkou roli, ale zároveň jen malou část složité sítě metody a směry, které dnes tvoří matematickou kosmologii.“
datum8. února 1917považován za zrod moderní kosmologie.Tehdy Einstein předvedl první aplikaci Obecné teorie relativity (GR) na vesmír. Vytvořil první moderní kosmologický model, ve kterém je hmota nehybná. Přitom má konečný objem, nemá hranice. Statické podstaty Vesmíru podle Einsteina je dosaženo díkykosmologická konstanta. To je to, co to znamená.
Temná energie působí proti gravitaci„zodpovědný“ za rozšiřování prostoru. Na rozdíl od běžné gravitace, která se vyskytuje kolem velkých hmot, temná energie působí všude, je tedy spojena se samotným prostorem. Vědci dokonce vypočítali, kolik této „odpudivé energie“ je obsaženo v metru krychlovém prostoru: 6×10−10 joulů na metr krychlový. Kosmologická konstanta je velikost samotné síly. To je energie samotného časoprostoru. Jeho velikost se v žádném bodě vesmíru s časem nemění.
Poté učinil průlom v moderní kosmologii ruský matematik Alexander Friedman. V 1922našel řešení Einsteinových rovnic, kterépopsat dynamicky se rozpínající vesmír. Teorie byla navíc experimentálně potvrzena. Britskému astronomovi Edwinu Hubbleovi se to podařilo. V 1929od objevené slavnéčervený posuvgalaxií.
Redshift — indikátor rozšířeníVesmír. Když se vesmír rozpíná, galaxie od sebe „odlétají“, ale jejich souřadnice zůstávají stejné. Nejjednodušší způsob, jak pochopit tento proces, je představit si, že vesmír je balón, na kterém jsou „nalepeny“ galaxie. Rozpíná se (stejně jako vesmír), ale poloha galaxií se nemění, značky jsou „přilepeny“ k jejich souřadnicím.
Později,v roce 1947, na základě těchto informací formuloval Georgy Gamow (USA).teorie horkého vesmíru. Podle tohoto kosmologického modelu jeho evoluce začala ze stavu hustého horkého plazmatu. Vesmír se skládal z elementárních částic.
O dva roky později,v roce 1949 , tento proces zrození vesmíru se stal známým jakoVelká exploze. Předpokládá se, že termín byl vytvořenBritský astronom Fred Hoyle. Podle tohoto modelu byl vesmír předtím, než se začal rozpínat, v singulárním stavu. Dnes se tyto dva pojmy kombinují, ale ve skutečnosti jsou nezávislé.
Druhé období: 1960–1980
Nové myšlenky, které vznikly v tomto období a mají zvláštní vztah ke kosmologii, lze shrnout takto:
- Geometrické rozšíření obecné teorie relativity;
- Věty o singularitě, globální metody;
- BCL singularita;
- Universe Mixmaster;
- Fyzika elementárních částic.
Na konci70. léta 20. stoletíobjevy ve fyzice částic vedly k vytvoření modelůVelké sjednocení, která měla přímý dopad na kosmologii.
Zkrátka všechny síly, kterými lidstvokaždodenní setkání lze redukovat do čtyř kategorií – gravitace, elektromagnetismus, silné a slabé síly. Podstatou teorií Velkého sjednocení je nějak spojit dohromady silné, slabé a elektromagnetické interakce. Předpokládá se, že při extrémně vysokých energiích se spojují.
Takže fyzici Sheldon Glashow (ano, na jeho počestpojmenoval postavu Sheldona Coopera z televizního seriálu „Teorie velkého třesku“) a Steven Weinberg a Abdus Salam obdrželi v roce 1979 Nobelovu cenu za fyziku za spojení elektromagnetické síly se slabou silou, aby vytvořili koncept elektroslabé síly. Fyzici pracující na Velké sjednocené teorii se snaží spojit elektroslabou sílu se silnou silou, aby definovali elektronově-jadernou sílu. Modely to již dříve předpovídaly, ale dosud to nebylo pozorováno.
Třetí období: 1980–2000
Nové myšlenky, které se objevily během tohoto období:
- inflační kosmologie;
- multivesmír;
- Vlnová funkce vesmíru;
- Problém kosmologické míry;
- Dětské vesmíry a červí díry;
- Universes of Kaluza —Klein;
- Strunová kosmologie;
- Problém kosmologické stability.
Právě v tomto období se objevila hypotéza, podleve kterém Vesmír, ve kterém žijeme, nemusí být jediný, který existuje. Ve skutečnosti existuje nekonečné množství vesmírů a všechny jsou sjednoceny v multivesmíru. Tento koncept se může zdát trochu bláznivý, ale pokud je to pravda, existuje alternativní svět. Je podobný tomu, ve kterém žijeme. Navzdory tomu, že fyzici tvrdí, že multivesmír je pouhá fikce, někteří vědci se to snaží dokázat. Dokonce i Stephen Hawking se pokusil vyřešit její paradox.
Existuje teorie, která zapadá do hypotézy oexistence multivesmíru – chaotická teorie inflace. Inflace se podle ní nestala jednou a neskončila, ale pokračuje a vyvíjí se v různých oblastech vesmíru. Mimochodem, ve „třetím období“ vývoje kosmologie se objevila inflační hypotéza, která mění myšlenku fyzického stavu a zákon expanze vesmíru v rané fázi velkého třesku. Je pozoruhodné, že předpokládá zrychlenou expanzi ve srovnání se standardním modelem horkého vesmíru.
Čtvrté období: od 2000 do dnes
Jak píší autoři článku, za posledních 20 let „celý obor vývoje matematické kosmologie dospěl k nepoznání ve srovnání s obrazem před 50 lety“.
Zde jsou hlavní myšlenky posledních 20 let:
- M-teorie a kosmologie;
- Branes a paralelní světy;
- Topologické problémy a dynamická evoluce;
- Všeobecnost v kosmologii;
- Modely temné energie.
Jedno z nejoblíbenějších a nejstudovanějších tématv kosmologii temná energie, hlavní složka současného zrychlení Vesmíru. Od roku 1998 je předmětem intenzivní pozornosti. Poté dva týmy vědců pomocí různých souborů dat a metod objevily, že rychlost expanze vzdálených supernov se křiví „vzestupně“ vzhledem k jejich vzdálenosti. Od té doby měl tento objev obrovský dopad na kosmologii a potvrdil očekávání kosmologické konstanty – tzv. ΛCDM (model Lambda-CDM, anglicky Cold Dark Matter, studená temná hmota).
Dnes modely temné energie pokrývají všeřadu možností, od kosmologické konstanty po skalární pole – takzvanou kvintesenci – a modifikované teorie gravitace. Skutečně úžasným rysem tohoto hypotetického typu energie je skutečnost, že kombinuje obrovskou škálu modifikovaných teorií gravitace a dalších exotických forem energie k hledání chybějícího „článku“ vesmíru.
Obecný názor vědců je, že anovyplňuje celý prostor Vesmíru a tvoří 72 % jeho hmoty (energie). Podle jiných odhadů 66,2 %. Další složku zbývajícího materiálu ve Vesmíru tvoří temná hmota, která tvoří dalších 24 %. Ale všechny viditelné složky hmoty a záření mohou tvořit jen nepatrná 4 %. Jak se to stalo, je možná největší záhadou dnešního vesmíru.
Přečtěte si více:
Na Zemi se chystá zasáhnout magnetická bouře
Vytvořil navigační systém, který je přesnější než GPS
Starověký amulet přepsal historii nejzáhadnějšího evropského jazyka
Na základě: 100 let matematické kosmologie: modely, teorie a problémy, část A a část B.