Kosmologi, studiet av universets egenskaper og utvikling, stammer fra antikken. I de siste hundre årenedenne
Forfatterne delte historien om utviklingen av kosmologi i fire stadier.
Kosmologi, begynnelse: 1917-1960
I den første perioden av utviklingen av matematisk kosmologi dukket det opp mange nye grunnleggende ideer, som fortsatt spiller en viktig rolle i dannelsen av teoretisk kosmologi. Her er noen av dem:
- Kosmologisk konstant og vakuumenergi;
- Uniformitet av universet;
- Inhomogene anisotropiske kosmologiske modeller;
- Evolusjon versus stabil tilstand av universet;
- Hot Big Bang;
- Årsakssammenheng og tidsreiser;
- Lokal og global struktur.
Alle ideene presentert ovenfor er de samme.grunnleggende og viktig i studiet av teoretisk kosmologi i dag, som ved begynnelsen av vitenskapens utvikling. Som forfatterne av artikkelen bemerker, har den påfølgende utviklingen av feltet i de kommende tiårene vist at alle disse nye og viktige ideene "fortsatt spiller en stor rolle, men samtidig bare en liten del av det komplekse nettverket av metoder og retninger som utgjør matematisk kosmologi i dag."
Dato8. februar 1917betraktet som fødselen av moderne kosmologi.Det var da Einstein demonstrerte den første anvendelsen av den generelle relativitetsteorien (GR) på universet. Han skapte den første moderne kosmologiske modellen der materie er ubevegelig. Samtidig har den et begrenset volum, den har ingen grenser. Universets statiske natur ifølge Einstein oppnås pgakosmologisk konstant. Det er det det betyr.
Mørk energi motvirker tyngdekraften"ansvarlig" for utvidelse av plass. I motsetning til vanlig gravitasjon, som oppstår rundt store masser, virker mørk energi overalt, så den er assosiert med selve rommet. Forskere har til og med beregnet hvor mye av denne "frastøtningsenergien" som finnes i en kubikkmeter plass: 6×10−10 Joule per kubikkmeter. Den kosmologiske konstanten er størrelsen på nettopp den kraften. Dette er selve romtidens energi. Dens størrelse på noe punkt i universet endres ikke over tid.
Deretter ble et gjennombrudd i moderne kosmologi gjort av den russiske matematikeren Alexander Friedman. I 1922fant han løsningen på Einsteins ligninger, sombeskrive et dynamisk ekspanderende univers. I tillegg ble teorien eksperimentelt bekreftet. Den britiske astronomen Edwin Hubble lyktes med dette. I 1929fra oppdaget den berømterødforskyvninggalakser.
Rødforskyvning – ekspansjonsindikatorUnivers. Når verdensrommet utvider seg, "flyr galakser bort" fra hverandre, men deres koordinater forblir de samme. Den enkleste måten å forstå denne prosessen på er å forestille seg at verdensrommet er en ballong som galakser er "limt" på. Det (som rommet) utvider seg, men posisjonen til galaksene endres ikke, merkene er "limt" til koordinatene deres.
Seinere,i 1947, basert på denne informasjonen, formulerte Georgy Gamow (USA).hot univers teori. I følge denne kosmologiske modellen begynte dens utvikling fra en tilstand av tett, varmt plasma. Universet besto av elementærpartikler.
To år senere,i 1949 , ble denne prosessen med universets fødsel kjent somStor eksplosjon. Begrepet antas å ha blitt lagetDen britiske astronomen Fred Hoyle. I følge denne modellen, før universet begynte å utvide seg, var det i en ensartet tilstand. I dag er disse to konseptene kombinert, men faktisk er de uavhengige.
Andre periode: 1960–1980
Nye ideer som oppsto i denne perioden og har et spesielt forhold til kosmologi kan oppsummeres som følger:
- Geometriske utvidelser av generell relativitet;
- Singularitetsteoremer, globale metoder;
- BCL singularitet;
- Universe Mixmaster;
- Fysikk av elementærpartikler.
På slutten1970-talletfunn i partikkelfysikk førte til opprettelsen av modellerStor forening, som hadde en direkte innvirkning på kosmologi.
Kort sagt, alle kreftene som menneskehetenmøter hver dag kan reduseres til fire kategorier - gravitasjon, elektromagnetisme, sterke og svake krefter. Essensen av Grand Unification-teorier er å på en eller annen måte binde sammen de sterke, svake og elektromagnetiske interaksjonene. Det antas at ved ekstremt høye energier kombineres de.
Så, fysikere Sheldon Glashow (ja, til ære for hamkalt karakteren Sheldon Cooper fra TV-serien «The Big Bang Theory») og Steven Weinberg og Abdus Salam mottok Nobelprisen i fysikk i 1979 for å ha kombinert den elektromagnetiske kraften med den svake kraften for å danne konseptet om den elektrosvake kraften. Fysikere som jobber med Grand Unified Theory søker å kombinere den elektrosvake kraften med den sterke kraften for å definere elektron-kjernekraften. Modeller hadde tidligere spådd det, men det var ennå ikke observert.
Tredje periode: 1980–2000
Nye ideer som dukket opp i denne perioden:
- inflasjonskosmologi;
- multivers;
- Universets bølgefunksjon;
- Problemet med kosmologisk mål;
- Barnas univers og ormehull;
- Universes of Kaluza —Klein;
- Strengekosmologi;
- Problemet med kosmologisk stabilitet.
Det var i denne perioden hypotesen dukket opp, ihthvor universet vi lever i kanskje ikke er det eneste som eksisterer. Faktisk er det et uendelig antall universer, og de er alle forent i multiverset. Dette konseptet kan virke litt sprøtt, men hvis det er sant, finnes det en alternativ verden. Det er likt det vi bor i. Til tross for at fysikere hevder at multiverset bare er en fiksjon, prøver noen forskere å bevise det. Til og med Stephen Hawking forsøkte å løse paradokset hennes.
Det er en teori som passer inn i hypotesen omeksistensen av multiverset - en kaotisk teori om inflasjon. Ifølge den skjedde ikke inflasjonen en gang og slutter, men fortsetter og utvikler seg i forskjellige regioner i verdensrommet. Forresten, det var i den "tredje perioden" av utviklingen av kosmologi at inflasjonshypotesen dukket opp, som endrer ideen om den fysiske tilstanden og loven om utvidelse av universet i det tidlige stadiet av Big Bang. Det er bemerkelsesverdig at det antar en mer akselerert ekspansjon sammenlignet med standardmodellen av et varmt univers.
Fjerde periode: fra 2000 til i dag
Som forfatterne av artikkelen skriver, i løpet av de siste 20 årene, "har hele feltet for utvikling av matematisk kosmologi modnet til det ugjenkjennelige sammenlignet med bildet for 50 år siden."
Her er hovedideene fra de siste 20 årene:
- M-teori og kosmologi;
- Braner og parallelle verdener;
- Topologiske problemer og dynamisk evolusjon;
- Generalitet i kosmologi;
- Mørk energimodeller.
Et av de mest populære og studerte emnenei kosmologi, mørk energi, hovedkomponenten i den nåværende akselerasjonen av universet. Hun har vært gjenstand for intens oppmerksomhet siden 1998. Så oppdaget to team av forskere, ved hjelp av forskjellige datasett og metoder, at ekspansjonshastigheten til fjerne supernovaer kurver "oppover" i forhold til avstanden deres. Siden den gang har denne oppdagelsen hatt en enorm innvirkning på kosmologien og har bekreftet forventningene til den kosmologiske konstanten – den såkalte ΛCDM (Lambda-CDM-modellen, engelsk Cold Dark Matter, cold dark matter).
I dag spenner mørke energimodeller over heleдиапазон возможностей, от космологической постоянной до скалярных полей — так называемой квинтэссенции — и модифицированных теорий гравитации. Действительно удивительной особенностью этого гипотетического типа энергии является тот факт, что она объединяет огромный спектр модифицированных теорий гравитации и других экзотических форм энергии для поиска недостающего «звена» Вселенной.
Den generelle oppfatningen til forskere er at detfyller hele universets rom og står for 72 % av massen (energien). Ifølge andre estimater, 66,2%. Den andre komponenten av det gjenværende materialet i universet består av mørk materie, som utgjør ytterligere 24 %. Men alle de synlige komponentene av materie og stråling kan utgjøre bare ørsmå 4%. Hvordan dette skjedde er kanskje det største mysteriet i universet i dag.
Les mer:
En magnetisk storm er i ferd med å treffe jorden
Laget et navigasjonssystem som er mer nøyaktig enn GPS
En eldgammel amulett omskrev historien til Europas mest mystiske språk
Basert på: 100 år med matematisk kosmologi: modeller, teorier og problemer, del A og del B.