Багато хто знає, що згідно з сучасними науковими уявленнями наш всесвіт розширюється. Давайте спробуємо розібратися в експериментальних і теоретичних питаннях цього розширення.

У 1929 році Едвін Хаббл вперше експериментально виявив ефект «розбігання» галактик. Пізніше з'явився фізичний закон, названий законом Хаббла. Згідно з цим законом, червоне зміщення віддалених об'єктів (зірок, галактик і т.д.) пропорційно їх відстані від спостерігача. Червоний зсув відповідає за швидкість об'єкта відносно спостерігача і, таким чином, чим далі від нас галактика, тим швидше вона від нас віддаляється.

Зрозуміло, галактики віддаляються не тільки від Землі, але і друг від друга. Наочно уявити собі таке розширення всесвіту досить легко. Уявімо собі невелику повітряну кульку, на якому ми намалюємо різні космічні об'єкти. Коли ми почнемо надувати ця кулька, то відстань між всьому намальованими об'єктами буде збільшуватися. Причому, чим більше буде відстань між малюнками, там швидше воно буде збільшуватися. Таким чином, ми отримуємо картину розширення всесвіту під дією закону Хаббла.

Математично закон Хаббла виражається дуже просто: v = Hr

Де v - швидкість розбігання галактик, r - відстань до галактики, H - постійна Хаббла. Найбільш надійна оцінка H на 2008 рік становить (70,1 ± 1,3) (км / с) / Мпк.

Закон Хаббла відразу викликав ряд фізичних припущень. Якщо зараз Всесвіт розширюється, значить можна припустити, що коли то давно вона була дуже маленькою. Можливі розміри всесвіту були менше атомного ядра. З незрозумілої причини стався Великий Вибух, в слідстві якого вся матерія придбала швидкість і стала розлітатися, утворюючи те, що ми зараз називаємо наш всесвіт.

Ще не будемо зупинятися на великий вибух, а займемося питанням власне розширення всесвіту. На сьогоднішній день весь процес розширення всесвіту від великого вибуху до теперішнього часів описаний рівняннями Фрідмана. Олександр Фрідман перший сформулював і вирішив нестаціонарні рівняння теорії гравітації Ейнштейна в 1922 році.

У зв'язку з розвитком експериментальної техніки рівняння Фрідмана представляють особливий інтерес. Справа в тому, що рівняння цієї моделі містять в собі кілька параметрів, значення яких як раз визначаються в експерименті. Від цих самих параметрів залежить по-перше, як виглядає наш всесвіт, а по-друге, як вона розширюється.

Поговоримо на початку про те, який вигляд має наш всесвіт. Відповідно до сучасних уявлень наш всесвіт є 4 мірне ріманово різноманіття. Основне питання полягає в тому, яку форму має це різноманіття. У рівняння Фрідмана входить такий параметр як критична щільність речовини у Всесвіті.

Якщо щільність речовини у Всесвіті більше критичної, то всесвіт відкрита, якщо менше, то замкнута або закрита, а якщо в точності дорівнює, то просторово плоске. Згідно з сучасними даними, щільність речовини у Всесвіті приблизно дорівнює критичної щільності. Через занадто великої помилки сказати щось певне з цього приводу не вдається.

Давайте спробуємо уявити, як виглядає цей об'єкти.

Закрита всесвіт. Досить легко уявити двомірну сферу - це поверхня земної кулі. Наша всесвіт в такому варіанті є тривимірна сфера. Уявіть, що ми знаходимося в звичайному тривимірному просторі. Але варто нам досить довго йти в якому-небудь напрямку, як ми повернемося в точку, з якої стартували. Це і є тривимірна сфера. В нашій всесвіту такий трюк неможливий, так як ця сама сфера роздувається, а швидкість нашого руху обмежена швидкістю світла.

Відкрита і плоска моделі всесвіту мало чим відрізняються від звичайного тривимірного простору. У випадку плоскої моделі всесвіт, фактично, є тривимірний простір яке розширюється. Відкрита ж всесвіт відрізняється лише наявністю кривизни простору.

Що стосується розширення всесвіту, то тут теж не все так просто. Зараз Всесвіт розширюється. Але якщо щільність речовини більше критичної, то розширення може зміниться гравітаційним стисненням, і розміри всесвіту знову можуть стати мікроскопічними. Якщо ж щільність речовини мала, то розширення буде відбуватися необмежено.

Ще одним важливим фактором, що впливає на розширення всесвіту, є так званий лямбда член - самий таємничий параметр в рівнянні Ейнштейна. Цей параметр відіграє роль як би антигравітації. Якщо він дійсно відмінний від нуля, то Всесвіт розширюється прискорено, тобто постійна Хаббла згодом буде тільки рости. При такому стані речей розширення вже не зміниться стисканням.

Відповісти точно на питання про стан справ у всесвіті поки не дозволяємо низька точність в експериментальних даних. Однак, прогрес не стоїть на місці, і можна сподіватися що досить скоро ми будемо знати вже більше про той світ в якому живемо.

Михайло Карневскій, 07.12.2012
Передрук без активного посилання заборонений!