宇宙論、つまり宇宙の性質と進化に関する科学は古代に生まれました。
著者は、宇宙論の発展の歴史を 4 つの段階に分けました。
宇宙論、始まり: 1917-1960
数学的宇宙論の発展の初期には、理論的宇宙論の形成において依然として重要な役割を果たしている多くの新しい基本的なアイデアが登場しました。それらのいくつかを次に示します。
- 宇宙定数と真空エネルギー。
- 宇宙の均一性;
- 不均一な異方性宇宙モデル;
- 進化対宇宙の定常状態。
- ホットビッグバン;
- 因果関係とタイムトラベル。
- ローカルおよびグローバル構造。
上記で示したアイデアはすべて同じです。これは、科学の発展の黎明期と同様、今日の理論的宇宙論の研究において基礎的かつ重要です。記事の著者らが指摘しているように、今後数十年間のこの分野のその後の発展は、これらすべての新しく重要なアイデアが「依然として大きな役割を果たしているが、同時に、社会の複雑なネットワークのほんの一部にすぎない」ことを証明している。今日の数学的宇宙論を構成する方法と方向性。」
日付1917 年 2 月 8 日近代宇宙論の誕生と考えられています。アインシュタインが一般相対性理論 (GR) の宇宙への最初の応用を実証したのはその時でした。彼は物質が動かない最初の現代の宇宙論モデルを作成しました。同時に、それは有限の体積を持ち、境界がありません。アインシュタインによれば、宇宙の静的な性質は次のような理由によって達成されます。宇宙定数.それが意味することです。
暗黒エネルギーは重力に対抗する空間の拡大に「責任」を持つ。大きな質量の周りで発生する通常の重力とは異なり、ダークエネルギーはあらゆる場所で作用するため、空間自体と関連付けられます。科学者たちは、この「反発エネルギー」が 1 立方メートルの空間にどのくらい含まれるかを計算しました。1 立方メートルあたり 6×10−10 ジュールです。宇宙定数はまさにその力の大きさです。これは時空のエネルギーそのものです。宇宙のどの時点でもその大きさは時間の経過とともに変化しません。
その後、ロシアの数学者アレクサンダー・フリードマンによって現代宇宙論の画期的な進歩がもたらされました。で1922年彼はアインシュタインの方程式の解を見つけました。ダイナミックに拡大する宇宙を表現します。さらに、この理論は実験的にも確認されました。イギリスの天文学者エドウィン・ハッブルがこれに成功しました。で1929年有名なものを発見したから赤方偏移銀河。
赤方偏移 - 拡張インジケーター宇宙。宇宙が膨張すると、銀河は互いに「飛び去ります」が、その座標は同じままです。このプロセスを理解する最も簡単な方法は、宇宙が銀河が「接着」されている風船であると想像することです。それは（宇宙のように）拡大していますが、銀河の位置は変化せず、マークはその座標に「接着」されています。
後で、1947年に、この情報に基づいて、Georgy Gamow (USA) は次のように定式化しました。熱い宇宙理論。この宇宙論モデルによると、その進化は高密度の高温プラズマの状態から始まりました。宇宙は素粒子から構成されていました。
二年後、1949年 、この宇宙誕生のプロセスは次のように知られるようになりました。大爆発。この用語が作られたと考えられているイギリスの天文学者フレッド・ホイル。このモデルによると、宇宙は膨張を始める前は特異な状態にありました。現在、これら 2 つの概念は結合されていますが、実際には独立しています。
第 2 期: 1960 ～ 1980 年
この時期に生まれ、宇宙論と特別な関係を持つ新しいアイデアは次のように要約できます。
- 一般相対性理論の幾何学的拡張。
- 特異点定理、グローバル手法。
- BCL 特異点。
- ユニバースミックスマスター;
- 素粒子の物理学。
最後に1970年代素粒子物理学の発見がモデルの作成につながった大統一、宇宙論に直接影響を与えました。
要するに、人類が持つすべての力は、毎日の遭遇は、重力、電磁気、強い力と弱い力の 4 つのカテゴリーに分類できます。大統一理論の本質は、強い相互作用、弱い相互作用、電磁相互作用を何らかの方法で結び付けることです。非常に高いエネルギーではそれらが結合すると考えられています。
それで、物理学者のシェルドン・グラショー（はい、彼に敬意を表して）スティーブン・ワインバーグとアブダス・サラムは、電磁気力と弱い力を組み合わせて電弱力の概念を形成した功績で、1979年にノーベル物理学賞を受賞した。大統一理論に取り組んでいる物理学者は、電弱な力と強い力を組み合わせて電子核力を定義しようとしています。モデルは以前からそれを予測していましたが、まだ観測されていませんでした。
第 3 期: 1980 ～ 2000 年
この期間中に生まれた新しいアイデア:
- インフレーション宇宙論。
- 多元宇宙。
- 宇宙の波動関数。
- 宇宙論的尺度の問題。
- 子どもたちの宇宙とワームホール。
- カルーザの宇宙—クライン;
- 弦宇宙論。
- 宇宙論的な安定性の問題。
によると、この仮説が現れたのはこの時期でした。私たちが住んでいる宇宙だけが存在するわけではないかもしれません。実際、宇宙は無限にあり、それらはすべて多元宇宙で統一されています。この概念は少し突飛に思えるかもしれませんが、それが本当であれば、別の世界が存在します。それは私たちが住んでいる場所と似ています。物理学者が多元宇宙は単なるフィクションであると主張しているという事実にもかかわらず、一部の科学者はそれを証明しようとしています。スティーブン・ホーキング博士でさえ、彼女の矛盾を解決しようとしました。
についての仮説に適合する理論があります。多元宇宙の存在 - カオスなインフレーション理論。それによると、インフレは一度起こって終わるのではなく、宇宙のさまざまな領域で継続し、発展していくそうです。ちなみに、ビッグバンの初期段階における宇宙の物理状態と膨張の法則の考え方を変えるインフレーション仮説が登場したのは、宇宙論の発展の「第3期」でした。熱い宇宙の標準モデルと比較して、より加速した膨張を想定していることは注目に値します。
第 4 期: 2000 年から現在まで
この記事の著者らが書いているように、過去20年間で、「数理宇宙論の発展分野全体は、50年前のイメージと比べて認識できないほど成熟した」。
過去 20 年間の主なアイデアは次のとおりです。
- M 理論と宇宙論。
- ブレーンとパラレルワールド。
- トポロジカルな問題と動的進化。
- 宇宙論における一般性。
- ダークエネルギーモデル。
最も人気があり研究されているトピックの 1 つ宇宙論では、現在の宇宙の加速の主成分であるダークエネルギー。彼女は1998年以来、強い注目を集めています。その後、2 つの科学者チームが、異なるデータセットと手法を使用して、遠く離れた超新星の膨張率が距離に比べて「上向き」にカーブしていることを発見しました。それ以来、この発見は宇宙論に大きな影響を与え、宇宙定数、いわゆる ΛCDM (ラムダ CDM モデル、英語の Cold Dark Matter、冷たい暗黒物質) の予想を裏付けました。
現在、ダーク エネルギー モデルは世界全体に広がっています。宇宙定数からスカラー場、いわゆる真髄、および修正された重力理論に至るまで、さまざまな可能性があります。この仮説的なタイプのエネルギーの本当に驚くべき特徴は、宇宙の失われた「つながり」を探すために、重力に関する膨大な範囲の修正理論と他のエキゾチックなエネルギー形態を組み合わせているという事実です。
科学者の一般的な意見は次のとおりです宇宙の全空間を満たし、その質量（エネルギー）の 72% を占めます。他の推定によると、66.2%。宇宙に残っている物質のもう 1 つの成分は暗黒物質であり、さらに 24% を占めます。しかし、物質と放射線の目に見えるすべての成分は、わずか 4% にすぎません。これがどのようにして起こったのかは、おそらく今日の宇宙の最大の謎です。
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資料に基づく: 100 年の数学的宇宙論: モデル、理論、問題、パート A とパート B。