Плотность вещества во Вселенной либо уменьшается, либо увеличивается, т.е. Вселенная либо расширяется, либо сжимается.

Сам А. Эйнштейн не нашел стационарных решений уравнений созданной им теории и полагал, что теория ошибочна. Мысль об эволюции Вселенной вообще считалась нелепой - ведь все давно привыкли к тому, что видимая часть Вселенной не меняется.

Аристотель по этому поводу писал:

«В продолжении всего прошедшего времени, согласно летописям, завещаемым потомкам от поколения к поколению, мы не находим следа изменений ни во всем удаленном небе в целом, ни в одной из подходящих частей неба».

Оказалось, что уравнения ОТО содержали больше, чем мог допустить их творец. Чтобы получить стационарные решения, Эйнштейну пришлось в уравнения наряду с силами всемирного тяготения ввести гипотетические силы всемирного космического отталкивания. Эйнштейн думал, что Фридман допустил ошибку. Экспериментально факт расширения Вселенной установил в 1929 г. американский астроном Э. П. Хаббл: . В этой формуле выражена взаимосвязь между скоростью удаления объекта v и радиусом r через постоянную Хабла H. Обратное значение этой постоянной представляет время с начала расширения Вселенной
(10-20 млрд лет). Итак, возраст Вселенной 15-18 млрд.лет, возраст (геологический) Земли ~5 млрд лет.

Что представляет собой наблюдаемая Вселенная?

Горизонт событий , где ~10¹⁸с - возраст Вселенной, =3×10¹⁰см/с - скорость света. ~3×10²⁸с=10000Мпс.

Расстояние от Земли до Солнца 1.5×10¹³см; радиус Земли 6.4×10⁸ см.

Наблюдаемая часть Вселенной – Метагалактика.

Звезды разбросаны в пространстве совершенно неравномерно. Они группируются в большие системы, разделенные огромным расстоянием. Каждая такая система содержит ~10¹¹ звезд – это галактика. Образуются скопления галактик размером ~10²³см. Мы находимся в одной из галактик (спиральной). Млечный путь – часть нашей галактики.

Пространство между галактиками и их скоплениями заполнено очень разреженным газом, кроме того, имеются космические лучи (энергии 10⁹-10¹⁸ эВ, преимущественно состоят из протонов) и электромагнитное излучение.

Итоги

Метагалактика – это вся наблюдаемая область Вселенной. Основные элементы ее крупномасштабной структуры – галактики и скопления галактик.

Галактики – стационарные гравитационно-связанные звездные системы.

Звездная система, в которую входит наше Солнце – Галактика, содержит 10¹¹ звезд, ее масса ~2×10⁴⁴ г = 10¹¹ М_о (М₀ - масса Солнца 10³³ г), а полная излучаемая звездами энергия (светимость) составляет 3×10⁴³ эрг/с.

Существуют галактики разных типов.

Спиральная галактика: концентрация звезд к центру галактики возрастает, образуя ядро, которое является источником радио- и инфракрасного излучения; из ядра происходит также истечение газа. Имеется множество подобных галактик – например: Туманность Андромеды (ее масса и светимость в 2 раза больше по сравнению с нашей Галактикой); другие спиральные галактики не так массивны (10⁹-10¹¹М_о).

Эллиптические галактики, подобные сферическим подсистемам спиральных: карликовые (10⁷-10⁸)М_о, гигантские (10¹²М_о, в 10 раз больше нашей Галактики). Светимости пропорциональны массам.

Третий тип галактик – неправильные: их массы и светимости не превышают 0.1 доли этих величин для нашей Галактики.

Эти три типа галактик открыты Хабблом.

Известны и другие типы галактик, не укладывающиеся в первоначальную классификацию. Экстремальными объектами такого рода являются квазары. В них звездная составляющая не обнаруживается: или вообще отсутствует, или (что более вероятно) имеется, но дает весьма малый вклад в полную светимость, доходящую до 10⁴⁶-10⁴⁷ эрг/с, что на 3-4 порядка больше светимости нашей Галактики. Эта энергия исходит из областей размером 10¹⁶-10¹⁸ см (на 4-6 порядков меньше Галактики). Вследствие гигантской светимости квазары видны на очень больших расстояниях. Именно квазары являются самыми удаленными объектами, очерчивающими границы Метагалактики.

Большая часть галактик входит в группы или скопления галактик: первые содержат десятки, а вторые – сотни и даже тысячи участников. Судя по динамике галактик в скоплениях, можно ожидать, что в них содержится еще больше (в 3-10 раз) количества вещества, которое проявляет себя только гравитационно («скрытые массы»).

Иерархия космических структур обрывается на скоплениях и сверхскоплениях.

В различных областях Метагалактики, имеющих размер, значительно превышающий средний размер скоплений и сверхскоплений, т.е. ~100-300 Мпс и более, и содержащих много галактик и скоплений, средняя плотность видимого вещества галактик оказывается одинаковой, где бы эти области ни находились:

~(1-5)×10^-31 г/см³.

С учетом «скрытых масс» эта величина возрастает в 3-10 раз: 10^-31 10^-29 г/см³.

Среднее расстояние между скоплениями 30 Мпс (в ~10 раз больше, чем размеры скоплений). Однако, если взять в 10 раз больший масштаб, то в кубе со стороной ~300 Мпс будет находиться приблизительно 1000 скоплений галактик, и в таком масштабе Вселенная практически однородна. Отклонения от среднего значения плотности распределения вещества в масштабе 1000 Мпс не превышает 3%, а в больших масштабах эти отклонения еще меньше.

Напоминание: 1 Мпс=10⁶пс»30,9×10¹⁸км=30,9×10²³см.

 

Таким образом:

1. Важнейшей особенностью Вселенной является ее неоднородность в малом масштабе и однородность в большом масштабе.

2. Вторая фундаментальная особенность Вселенной - нестационарность.

 

Теория тяготения Ньютона описывает нестационарность Вселенной.

Пользоваться теорией тяготения Эйнштейна (1916 г.) нужно только в том случае, когда гравитационные поля становятся очень сильными, а скорости движения в них приближаются к скорости света.