Modele kosmologiczne

SPIS TREŚCI:

1. WSTĘP
2. MODELE KOSMOLOGICZNE
A. Modele filozoficzne
B. Modele astronomiczne
3. PODSTAWOWE MODELE EWOLUCJI WSZECHŚWIATA
A. Model stacjonarny
B. Model wszechświata rozciągającego się
C. Model wszechświata zamkniętego
D. Model wszechświata pulsującego
4. WSPÓŁCZESNE MODELE WSZECHŚWIATA
A. Wielki wybuch
B. Model wszechświata bez brzegów

SŁOWNICZEK:

Ekspansja – 'rozszerzanie się wszechświata'
Kondensacja - przejście ze stanu gazowego w ciecz, lub w ciało stałe.
Wielki Kolaps - "kurczenie się wszechświata".
Asymptotyczny - zbliżający się do czegoś, ale niemogący tego nigdy osiągnąć .

1. WSTEP
Cała przestrzeń, czas, wszystkie formy materii i energii oraz prawa fizyki dają nam ogóle
wyobrażenia o budowie wszechświata jako całości.
W historii ludzkości powstało wiele hipotez na temat tego, jak wygląda i jak powstał wszechświat.
Hipotezy te, opisy, przekonania oraz udowodnione naukowo fakty przedstawiane są za pomocą modeli kosmologicznych.

Model kosmologiczny to model opisujący globalny kształt, budowę i ewolucje Wszechświata.
Odwoływanie się do modeli jest bardzo rozpowszechnione w fizyce, gdzie odgrywają one podobną rolę jak mapy w geografii. Model, tak jak mapa, jest zamierzonym uproszczeniem zjawiska lub przedmiotu, zachowującym jednak jego zasadnicze cechy.
Zadaniem modelu kosmologicznego jest przedstawienie położenia i ruchów gromad galaktyk,gwiazd i planet.
Poprawność danego modelu kosmologicznego weryfikuje się poprzez obserwacje astronomiczne i eksperymenty.

2.MODELE KOSMOLOGICZNE

Modele filozoficzne

Najstarsze znane filozoficzne modele wszechświata można znaleźć w Wedach, napisanych w 2 tysiącleciu p.n.e.-oparte zostały na teorii , w której wszechświat stwarza Brahma, który przechodzi przez cykle powstania :zniszczenia i odrodzenia oraz pięciu żywiołów go tworzących: Waju (powietrze), Ap (woda), Agni (ogień), Prythiwi (ziemia) i Akaśa (eter).
W VI wieku p.n.e. indyjski filozof Kanada opracował teorię atomizmu i twierdził, że światło i ciepło są przejawami tej samej substancji. Koncepcja ta przeniknęła później do starożytnej Grecji i została rozwinięta przez Leucypa, Empedoklesa i Demokryta.

Starożytni filozofowie, uważali wszechświat za istniejący wiecznie i nieposiadający początku-założenia te opierali na całej otaczającej ich materii - która według nich była przyczyna istnienia wszechświata.
Uważali ze może mieć ona rożne formy , lecz pochodzi od jednej pierwotnej .Według Talesa była to woda, Anaksymenesa powietrze, Heraklita ogień a według Pitagorasa były to liczby.

W przeciwieństwie do nich średniowieczni filozofowie uznawali, że wszechświat miał swój początek –a istniejący bez początku jest logicznie niemożliwy. Ich teorie oparte były na podstawach religii abrahamowych: judaizmu, chrześcijaństwa i islamu - stworzeniem świata przez Boga.

Modele Astronomiczne

Wraz z początkami astronomii w starożytnym powstały pierwsze modele kosmologiczne wszechświata, które zakładały, że świat składa się z płaskiej ziemi unoszącej się na oceanie.

Późniejsze modele wszechświata budowane były w oparciu o fakty, dzięki obserwacjom ciał niebieskich.
W jednym z modeli zwanym geocentrycznym, przestrzeń i czas są nieskończone, Ziemia jest sferyczna i spoczywa w centrum wszechświata, a pozostałą materię i ciała niebieskie: Słońce, planety, Księżyc i gwiazdy ograniczono do koncentrycznych sfer obracających się wokół niej. Model ten został rozwinięty przez Arystotelesa, a później bardzo uściślony przez Ptolemeusza.

Innym model był model heliocentryczny według którego w wersji historycznej Słońce znajduje się w środku Wszechświata a wszystkie planety, łącznie z Ziemią, je obiegają.

3. PODSTAWOWE MODELE EWOLUCJI WSZECHŚWIATA

A. Model stacjonarny

Według Hipotezy Stanu Stacjonarnego Wszechświat wygląda tak samo z każdej pozycji przestrzeni. Jest jednorodny. Nie miałby on początku ani końca, istniałby tu zawsze i tak samo wyglądał.

B. Model wszechświata rozciągającego się

W modelach wszechświata rozszerzającego się, przyciąganiu grawitacyjnemu przeciwstawia się bezwładność ekspansji Wszechświata. Zakłada się że jakaś siła nadała materii prędkość początkową. To nie wszystko. Gdyby bezwładność ekspansji Wszechświata przewyższała siłę grawitacji, to Wszechświat rozszerzałby się wiecznie. Oznaczałoby to również, że istniała taka chwila, w której Wszechświat był skurczony do minimalnych rozmiarów.

C. Model wszechświata zamkniętego

Gdyby tej materii było dostatecznie dużo, to jej oddziaływanie grawitacyjne zatrzymałoby proces ucieczek galaktyk, i po osiągnięciu pewnych maksymalnych odległości między galaktykami, odległości te zaczęłyby się zmniejszać. Świat zacząłby się kurczyć, aż zostałoby osiągnięte pewne maksimum gęstości materii.

D. Model wszechświata pulsującego

W modelu tym wszechświat przechodzi przez kolejne fazy ekspansji, kontrakcji i ponownej ekspansji.

4.WSPÓŁCZESNE MODELE WSZECHŚWIATA

Współczesna nauka nie potrafi podać górnych ograniczeń wielkości wszechświata.
Przez lata kosmologowie zajęci byli tworzeniem spójnej teorii, która przedstawi początek Wszechświata i jego ewolucję. Z biegiem czasu odeszli od czystych spekulacji w kierunku metodycznego, fizykalnego badania historii Wszechświata. Dojrzałą teorią początku Wszechświata jest teoria, która wyróżnia dwa modele ewolucji wszechświata.

Pierwszym, jest model Wielkiego Wybuchu.
Drugim jest tak zwany model Wszechświata bez brzegów.

A.WIELKI WYBUCH

Uznawany za najbardziej prawdopodobny model powstania wszechświata jest Wielki Wybuch
Model Wielkiego Wybuchu zakłada, że Wszechświat powstał w wyniku eksplozji sprzed 13.7 miliardów lat z której wyłoniły się przestrzeń, czas, materia, energia i oddziaływania.
Podczas tej ekspansji część masy Wszechświata uległa kondensacji, tworząc miliardy gwiazd. Gwiazdy skupione są w galaktyki, których w obserwowanej przez nas części Wszechświata jest około 10 miliardów. Galaktyki grupują się w gromady galaktyk, te z kolei w supergromady, oddzielone od siebie rozległymi obszarami pustej przestrzeni.

Po chwili Wielkiego Wybuchu Wszechświat zaczął się rozszerzać. Rozszerzanie to spowodowane było siłą ekspansji. Ponieważ sile ekspansji przeciwdziała siła grawitacji, istnieją trzy możliwości późniejszego zachowania się Wszechświata.

Możliwości te zostały opisane przez Friedmana, jako trzy modele Wszechświata.

MODEL I

Wszechświat rozszerza się tak wolno, że grawitacja jest w stanie zwolnić, a następnie zatrzymać ekspansję. Wtedy galaktyki zaczynają się do siebie zbliżać, i Wszechświat ulega kurczeniu.
Zerowa początkowo odległość między galaktykami rośnie do maksimum, a następnie ponownie maleje do zera. Doszłoby wtedy do Wielkiego Kolapsu, po którym być może nastąpi ponowny Wielki Wybuch.

Taki model przedstawia wszechświat przestrzennie skończony – przestrzeń nie ma granic, ale grawitacja zakrzywia ją w ten sposób, że przypomina powierzchnię Ziemi

MODEL II

Wszechświat rozszerza się tak szybko, że grawitacja nie jest w stanie wyhamować ekspansji – może ją jedynie zwolnić.
Początkowo odległość jest równa zeru, a następnie galaktyki oddalają się ze od siebie ze stałą prędkością.

MODEL III

Wszechświat rozszerza się z minimalną prędkością, jaka jest potrzebna, aby uniknąć skurczenia się.
Początkowo odległość między galaktykami jest zerowa, następnie zawsze wzrasta. Prędkość z jaką galaktyki oddalają się od siebie stale spada, ale nigdy nie osiąga wartości zerowej – asymptotycznie zbliża się do zera.

B. MODEL WSZECHŚWIATA BEZ BRZEGÓW

Wszechświat bez brzegów można wyobrazić sobie jako kulę. Warunek braku brzegów, oznacza, że możliwe czasoprzestrzenie mają skończoną rozciągłość i nie mają żadnych brzegów
Przyjęcie takiego modelu oznaczałoby, że Wszechświat rozpoczął ewolucję od gładkiego i jednorodnego stanu. We wczesnej fazie ewolucji Wszechświata miała miejsce faza inflacyjna i to za jej sprawą Wszechświat się rozszerza. Wraz z rozszerzaniem się Wszechświata rośnie jego nieporządek. Początkowo jednorodny stan staje się coraz bardziej nieuporządkowany, co powoduje, że stopniowo wytwarzające się warunki sprzyjają rozwojowi inteligentnego życia.