KOSMOLOGISCHE PARADOXE

Schwierigkeiten (Widersprüche), die entstehen, wenn die Gesetze der Physik auf das Universum als Ganzes ausgedehnt werden. Klassisch Das Quantenparadoxon ist photometrisch (oder das Szezo-Olbers-Paradoxon) und gravitativ (ansonsten das Zeliger-Paradoxon oder Neumann-Zeliger).

Es scheint natürlich anzunehmen, dass es überall im unendlichen Raum des Universums immer gibt strahlende Sterne und was ihre durchschnittlichen Räume sind. Die Dichte (die Anzahl der Sterne in einem bestimmten Raumvolumen) ist im Allgemeinen nicht Null. Allerdings müsste in diesem Fall die gesamte Oberfläche des Himmels blendend hell sein, wie beispielsweise die Oberfläche der Sonne; Tatsächlich ist die Oberflächenhelligkeit des Nachthimmels millionenfach geringer. Annahmen über die Absorption von Licht interstellares Medium und andere eliminieren das Photometrische nicht. paradox und kann es sogar verstärken.

Beim ähnlichen Bedingungen Es gibt auch ein Gravitationsparadoxon. Wenn überall drin unendliches Universum Gravitationsmassen vorhanden sind und die durchschnittliche Dichte ihrer Verteilung bei der Bewegung in immer größere Raumregionen nicht schnell genug gegen Null geht, dann hat das Newtonsche Gravitationspotential dieser Massen keinen eindeutigen Wert. endgültiger Wert; Abs. die auf der Grundlage der Newtonschen Theorie berechneten Beschleunigungen der Bewegung von Körpern können unendlich oder unendlich groß usw. erhalten werden.

Aus der Existenz dieser Paradoxien wurden oft Schlussfolgerungen über die Notwendigkeit gezogen, die Anwendung der uns bekannten Gesetze der Physik auf das Universum oder sogar die Notwendigkeit, die Vorstellung von der Unendlichkeit des Universums aufzugeben, aufzugeben. Beide Paradoxien können jedoch auch im klassischen Rahmen überwunden werden. Physik, wenn wir nur die Besonderheiten des Unendlichen berücksichtigen. Für einen endlichen Raumbereich ist die durchschnittliche Materiedichte Null, bedeutet Leere, die Abwesenheit von Materie. Für ein unendliches Gebiet ist eine solche Verteilung möglich, wenn die durchschnittliche Dichte in einem beliebigen, beliebig großen, aber endlichen Gebiet beliebig groß (aber endlich) ist und gleichzeitig für den gesamten unendlichen Raum gleich Null ist. Die Idee eines solchen Verteilungssystems wurde bereits im 18. Jahrhundert vorgebracht.

Lambert entwickelt und 1908–22 von Charlier mathematisch entwickelt.

Unter den Klassikern K. p. kann auch thermodynamisch zugeschrieben werden. Paradox - die Schlussfolgerung über die Unausweichlichkeit des Hitzetodes des Universums (siehe auch Entropie).

Diese Paradoxien, die im Rahmen prärelativistischer Vorstellungen entstehen, haben in der relativistischen Kosmologie keinen Platz. Gravitationsparadoxon mit mathematischen. t. sp. verdankt seinen Ursprung offenbar der Natur der Feldgleichungen der Newtonschen Gravitationstheorie (ihrer Linearität und Elliptizität). Mit körperlichen t. sp. Das bedeutet, dass Newtons Theorie bestimmte Wesen nicht berücksichtigt. Merkmale des Gravitationsfeldes, die von Einsteins Theorie offenbart wurden (insbesondere Endgeschwindigkeit Interaktionsverteilung). Photometrisch das Paradoxon wird im Prinzip schon dadurch überwunden, dass das Universum mit t. sp. Die Relativitätstheorie kann nicht statisch sein - alle ihre Komponenten sind genug große Größen sollte eine Verformung erfahren (siehe Rotverschiebung). Zur Überwindung der Thermodynamik paradox, siehe Wärmetod Universum.

C. p. sind in erster Linie ein wichtiger Spezialfall des Physischen. Paradoxien, aber sie sind natürlich auch in der Natur der Logik enthalten. Paradoxien, da sie sich aus der Verwendung von Prämissen, Urteilen und Schlussfolgerungen ergeben, die Grenzen der Anwendbarkeit von Rykh auf die Korrespondenz. Entwicklungsstand der Wissenschaft ist noch nicht geklärt. Die Eigenschaften bewegter Materie sind unendlich vielfältig, aber auf jeden diese Phase Bei der Weiterentwicklung der Wissenschaft gehen wir nur von bereits bekannten Eigenschaften und Phänomenen aus. Unkenntnis bestimmter Wesen. Eigenschaften bekannt Phänomene (zum Beispiel die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wechselwirkung bei den Phänomenen der Gravitation) oder solche Phänomene, die nur entdeckt werden, wenn man sich in großen Skalen bewegt (zum Beispiel die Phänomene des "Rückzugs" von Galaxien), wie in zu sehen ist das Beispiel der Gravitationskräfte. und photometrisch Paradoxien und schafft die Voraussetzungen für die Entstehung von Paradoxien. Letztendlich sollte die Grundlage für die Entstehung des Quantenphänomens in den Besonderheiten des eigentlichen Objekts der Kosmologie, des Universums, gesucht werden. Es ist in der Raumzeit unendlich, und daher muss man bei der Anwendung irgendwelcher Gesetze oder Bedingungen auf das Universum als Ganzes mit den Widersprüchen der Unendlichkeit rechnen, insbesondere mit der Möglichkeit, das Axiom „Das Ganze ist größer als“ zu verletzen [seinen richtigen] Teil“ (siehe auch Unendlichkeit, Universum, Kosmologie, Paradoxon).

Die Bedeutung der Quantentheorie für die Kosmologie ist in erster Linie heuristisch. K. S. engt den Kreis stark ein mögliche Lösungen kosmologische Probleme. Tatsächlich davon einfache Tatsache dass es nachts dunkel ist, folgt daraus, dass das Universum in keiner Weise geordnet werden kann: Von allen denkbaren Schemata des Aufbaus des Universums können nur diejenigen zählen, die frei von photometrischer und anderer Quantenmechanik sind der Kosmologie tauchen einige Paradoxien und andere auf; Jede von ihnen zu überwinden, bedeutet einen Schritt vorwärts in der Erkenntnis allgemeine Muster Strukturen des Universums.

Zündete.: Fesenkov V. G., Modern. Ideen über das Universum, M.–L., 1949, Kap. 4; Parenago P. P., Kurs Sternastronomie, 3. Aufl., M., 1954, §§ 36, 56; Zelmanov A.L., Nichtrelativist. Gravitation paradox und Allgemeine Theorie Relativitätstheorie, "Physikalische und mathematische Wissenschaften" (Wissenschaftliche Berichte. weiterführende Schule), 1958, 2; seine eigene, Photometrisch. paradox, TSB, 2. Aufl., V. 45; seine eigene, Schwerkraft. Paradoxon, Physik. enzyklopädisch. Wörterbuch, V. 1; Ηaan G.I., Über die Moderne. Zustand der Kosmologie. Wissenschaften, § 2, in der Sammlung: Fragen der Kosmogonie, Bd. 6, M., 1958; Kipper A. Ich, über die Schwerkraft. paradox, ebd., Bd. 8, M., 1962. Siehe auch lit. bei Kunst. Kosmologie.

G. Haan. Tallinn.

Gliederung einer Astronomiestunde
Zu diesem Thema:
"Die Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums - die Paradoxien der kosmischen Kosmologie"
Sache
Astronomie
Klasse
1011
ein gemeinsamer Teil
Unterrichtsthema
Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums Paradoxien der Weltraumkosmologie
Zweck und Ziele des Unterrichts
 Das Ziel als Formulierung des Endergebnisses des Unterrichts: eine Vorstellung von einem einzigartigen Objekt zu bekommen -
Das Universum als Ganzes erfahren, wie die Frage nach der Endlichkeit oder Unendlichkeit des Universums, der Struktur und Größenordnung gelöst wird
Universum über das Konzept der Weltraumkosmologie, Merkmale von Beobachtungen, um die Struktur und Entwicklung des Universums zu untersuchen
insgesamt, um die Lösung von Problemen zu betrachten, die Auflösung, Vergrößerung und das Öffnungsverhältnis des Teleskops zu finden, etwa
damit verbundene Paradoxien theoretische Bestimmungen allgemeine Relativitätstheorie zugrunde
Konstruktion kosmologischer Modelle des Universums.
 Aufgaben als Mittel zum Erreichen des Unterrichtsziels:
Lehrreich: Vorstellung der Konzepte der Astronomie als Wissenschaft und der Hauptbereiche der Astronomie, Wissensobjekte
Astronomie: Weltraumobjekte, Prozesse und Phänomene; Methoden der astronomischen Forschung und ihre Besonderheiten;
wiederholen, wie das Gesetz formuliert ist Schwere, erinnern Sie sich, aus welchen Objekten das Universum besteht;
erklären, wie die Wissenschaft den Zusammenhang zwischen dem Gesetz der universellen Gravitation und den Begriffen der Endlichkeit beweist und
die Unendlichkeit des Universums; studieren Sie die Widersprüche des photometrischen Paradoxons; Erklären Sie die Notwendigkeit
Allgemeine Relativitätstheorie, um ein Modell des Universums zu erstellen.
Pflege: historische Rolle Astronomie bei der Gestaltung der Vorstellung einer Person von der Welt und
Entwicklung anderer Wissenschaften, Bildung der wissenschaftlichen Perspektive der Studenten im Laufe der Bekanntschaft mit einigen philosophischen und
allgemeine wissenschaftliche Ideen und Konzepte (Materialität, Einheit und Erkennbarkeit der Welt, raumzeitlich
Maßstäbe und Eigenschaften des Universums, Universalität des Handelns physikalische Gesetze im Universum), mit Hilfe des Gesetzes
Hubble, um mit Schülern den Radius der Metagalaxie zu berechnen und herauszufinden, ob sich das Universum ausdehnt oder zusammenzieht;
Patriotische Erziehung in der Einführung in die Rolle Russische Wissenschaft und Technologie in der Entwicklung der Astronomie und
Raumfahrt. Polytechnische Ausbildung u Arbeitserziehung bei der Präsentation von Informationen über praktische
Anwendung der Astronomie und Raumfahrt.
Entwickeln: Entwicklung kognitive Interessen zum Thema, Beobachtung, logisches Denken durch
Systematisierung von Fakten, Bildung eines Weltbildes, Fähigkeit, Schlussfolgerungen zu ziehen, das erworbene Wissen anzuwenden
Erklärungen der Phänomene. Zu zeigen, dass das menschliche Denken immer nach der Erkenntnis des Unbekannten strebt. Bildung von Fähigkeiten

Informationen analysieren, Klassifizierungsschemata erstellen.
 Ausstattung für den Unterricht, sowie die notwendigen Zusatzmaterialien: Präsentation, Illustrationen,
Tische usw.:
ein Computer mit einem Projektor, ein interaktives Whiteboard, zusätzliche Materialien: eine begleitende Präsentation
Unterrichtsmaterial, Videoclips für den Unterricht;
eine Reihe von Lehrbüchern zur Astronomie, weiterführende Literatur;
Tabellen: Metagalaxie (unser Universum), Evolution des Universums;
­ Luftballon um die Expansion des Universums zu veranschaulichen;
Handreichung für Studierende: Verifizierungstest Zu diesem Thema.
 Struktur des Unterrichts (Plan, der die Unterrichtsphasen widerspiegelt):
Organisationsphase;
Motivationsphase: Beginn des Absatzes (Problemstellung);
Die Phase des Studiums neuen Materials: das im Lehrbuch + vorgestellte Material zusätzliches Material und ansehen
Lehrvideofilm;
Konsolidierung des studierten Materials;
Betrachtung;
Hausaufgaben.
 Offenlegung der Inhalte der Unterrichtsphasen:
Schüler auf den Unterricht vorbereiten.
Mark abwesend.
Während des Unterrichts.
Organisatorische Phase
Astronomie - glückliche Wissenschaft: Sie braucht nach den Worten des französischen Wissenschaftlers Arago keine Dekorationen.
Ihre Leistungen sind so spannend, dass man sich nicht besonders anstrengen muss, um auf sie aufmerksam zu machen.
Die Wissenschaft des Himmels besteht jedoch nicht nur aus erstaunlichen Enthüllungen und kühnen Theorien. In dieser Wissenschaft, wie in jeder anderen,
hat seine Widersprüche. Heute lernen wir sie kennen. Erinnern wir uns, wie das Gesetz der universellen Gravitation formuliert ist?
Aus welchen Objekten besteht das Universum? (Schüler antwortet).
Die Schüler sind eingeladen, das Gedicht von Samuil Marshak zu lesen und seine Zeilen zu analysieren.
Wissensaktualisierung

Nur nachts sieht man das Universum...
Nur nachts sieht man das Universum.
Stille und Dunkelheit sind erforderlich
Damit dieses geheime Treffen,
Ohne ihr Gesicht zu bedecken, kam sie.
Fragen zur Analyse des Gedichts:
Woran dachte die Person, die diese Zeilen schrieb? (Warum kann man das Universum nur nachts sehen? Wie kann
Universum, um "sein Gesicht zu bedecken"?)
 Möglichkeiten nennen, das Antlitz des Universums besser zu sehen
Was erscheint vor Ihren Augen, wenn Sie diese Zeilen lesen?
Hörst du Musik, wenn du diese Zeilen liest? Welche Musik?
In welcher Situation möchten Sie diese Zeilen lesen?

Motivationsphase.
Problemstellung (S. 126, S. 34)
„Die Astronomie untersucht nicht nur einzelne Himmelskörper und ihre Gruppen: Sterne, Planeten, Sternhaufen,
Galaxien und ihre Haufen, Gegenstand ihrer Untersuchung ist das Universum als Ganzes. Beim Lernen Himmelskörper wir
wir können sie miteinander vergleichen, ihre Entwicklung verfolgen. Wenn wir das Universum studieren, können wir das nicht tun, weil
Das Universum ist einzigartig, wir können es nicht von außen betrachten und mit einem anderen Universum vergleichen.“
Neues Material lernen.
Leute, heute arbeiten wir mit Absatz Nummer 34 unseres Lehrbuchs.
Was ist das Thema der heutigen Stunde? (Die Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums sind Paradoxien klassische Kosmologie).
Vor welchen Herausforderungen stehen wir heute? (Lernen Sie, wie das Gesetz der universellen Gravitation mit Vorstellungen darüber verbunden ist
Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums, welche Widersprüche offenbart das photometrische Paradoxon, warum ist es notwendig
Reiz der allgemeinen Relativitätstheorie, ein Modell des Universums zu bauen?)
Wir lesen den Absatz sorgfältig durch, nachdem wir ihn gelesen haben, werden wir die Tabellen ausfüllen:
(Lesezeit 15 Minuten, zu diesem Zeitpunkt die Ausgabe an Interaktives Whiteboard leere Tabellen zum Ausfüllen).
Stellen Sie Ihr Universum zusammen, indem Sie Ihre Ansichten und vorgeschlagenen Eigenschaften verwenden
Eigenschaften des Universums
Argumente
Natürlich
Endlos
№
p/p
1.

2.
3.
Begrenzt
statisch
grenzenlos
nicht stationär
Bestimmen Sie die grundlegenden Eigenschaften des Universums
Endlich (begrenzt auf die Sphäre der Fixsterne)
Endlos
Universum
N. Kopernikus
T.Brage
Nach dem Gesetz der Schwerkraft
I. Newton
A. Einstein
Die gesamte Materie im Universum in einer begrenzten Zeit
müssen zu einem zusammenlaufen System schließen.
Die Materie des Universums unter dem Einfluss der Schwerkraft wird gesammelt
in einigen begrenzten Mengen - "Inseln",
gleichmäßig das Universum ausfüllen.
Phase des Erlernens von neuem Material:
Ansehen von Filmclips 100 größten Entdeckungen: Astronomie (5. Reihe) über die allgemeine Relativitätstheorie und
Expansion des Universums. Die Erklärung der Geschichte des Lehrers anhand einer Multimedia-Präsentation (basierend auf Material,
im Lehrbuch, Absatz 34). Video ansehen https://www.youtube.com/watch?v=k5vbxdbTpQ, Artikel lesen von
Internet: (mobile Computerklasse wird verwendet)
https://hinews.ru/science/konechnailibeskonechna
vselennaya.html
Tabellen zum Ausfüllen, nach dem Studium des Absatzes (Schülerstimme (kursiv geschrieben)) füllt der Lehrer aus
auf dem Computer):
Neues Konzept
Kosmologie
Photometrisch
Paradox
Definition, Offenlegung des Konzepts.
Ein Zweig der Astronomie, der die Struktur und Entwicklung (Evolution) des Universums als Ganzes untersucht. (Aus dem Griechischen
Kosmos - die Welt, das Universum und Logos - Lehre). Erklärt die Verteilung von Galaxien und ihre Bewegung
(Renn weg).
Der Widerspruch zwischen den Annahmen über die Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums.
Sie ist als Frage formuliert: Warum ist der Himmel nachts dunkel? Wenn das Universum unendlich ist, dann
drin Unendliche Nummer Sterne, und wenn die Sterne wie die Sonne sind, dann sollte es jeder Teil des Himmels tun
so hell wie die Sonne zu sein, ist es aber nicht. Wenn das Universum endlich ist, dann hätte es
eine endliche Anzahl von Sternen und der Himmel wäre nicht so hell. Sondern die Endlichkeitsannahme
Das Universum widerspricht der gleichmäßigen Verteilung der Sterne. Nach der Gravitationstheorie
Newton, alle Sterne in einem begrenzten Universum würden sich früher oder später an einem Ort versammeln, aber
es passiert nicht.

Schüler treten mit auf kleine Botschaften"Kosmologie" und das photometrische Paradox".
Lehrer (Präsentation zur Verdeutlichung). Abhängig von der durchschnittlichen Materiedichte muss das Universum entweder
erweitern oder zusammenziehen. Mit der Expansion des Universums sollte die Geschwindigkeit der Rezession der Galaxien proportional sein
Entfernung zu ihnen - eine Schlussfolgerung, die von E. Hubble durch die Entdeckung der Rotverschiebung in den Spektren von Galaxien bestätigt wurde. Charakter
Bewegung und die Geometrie des Universums wird durch den kritischen Wert der Materiedichte bestimmt: ρcr= , wobei G die Gravitation ist
konstant, H=75 km/s*Mpc – Hubble-Konstante.
Auf einer kleinen Skala des Universums ist Newtons Gravitationstheorie anwendbar. Stellen Sie sich eine ferne Galaxie vor
Abstand R von uns (Dia). Nur Materie innerhalb einer Kugel mit diesem Radius übt Anziehungskraft auf ihre Bewegung aus. Gewicht
π 3. Die Galaxie bewegt sich nach dem Hubble-Gesetz mit
Materie innerhalb einer Kugel mit Radius R und Dichte
Geschwindigkeit \u003d H * R. Wenn diese Geschwindigkeit weniger als eine Sekunde Weltraum, dann wird die Entfernung der Galaxie durch eine Annäherung ersetzt, d.h.
die Expansion des Universums wird durch Kontraktion ersetzt. Wenn größer als oder gleich - die Expansion des Universums ist unbegrenzt
Charakter.
, ist gleich M= *(4/3)R
υ
ρ
ρ
Nach dem Gesetz der universellen Gravitation: Alle Materie des Universums muss für eine begrenzte Zeit
zu einem einzigen engen System zusammenziehen. In einigen wird die Materie des Universums unter dem Einfluss der Schwerkraft gesammelt
begrenzte Volumina - "Inseln", die das Universum gleichmäßig füllen.
Vertiefung des studierten Materials:
Schauen wir uns jetzt unsere Tabellen und Aufgaben für die Lektion an und antworten Sie, sind alle Aufgaben erledigt? (Nein,
nicht alle. Es bleibt die Frage zu beantworten, warum es notwendig ist, die allgemeine Relativitätstheorie zu verwenden, um zu konstruieren
Modelle des Universums? Was ist das photometrische Paradoxon? Was ist die allgemeine Relativitätstheorie und
Welche Bedeutung hat es für die Astronomie?
Antwort: A. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie verallgemeinert Newtons Gravitationstheorie für massive Körper und
Geschwindigkeiten der Materie, vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit, erlegen dem Geometrischen gewisse Beschränkungen auf
Eigenschaften eines Raumes, der nicht mehr als euklidisch betrachtet werden kann. Nach der Theorie von A. Einstein hat die Zeit kein Absolutes
Natur sowie die Bewegung und Verteilung der Materie im Raum können nicht losgelöst von den geometrischen Eigenschaften betrachtet werden
Raum und Zeit. Wir werden dieses Wissen in der nächsten Lektion brauchen, um ein kosmologisches Modell zu bauen
Universum.
Betrachtung:
Sie können die Schüler einladen, ihre Aktivitäten im Unterricht auf einer fünfstufigen Skala zu bewerten (die Skala wird angezeigt auf
Bildschirm):
1) Ich habe im Unterricht nichts erreicht;
2) Ich habe nicht alles verstanden, ich muss nachdenken, den Stoff selbst studieren;
3) Ich habe im Allgemeinen alles verstanden, aber ich hatte Schwierigkeiten;

4) Ich habe alles verstanden, aber ich habe es nicht geschafft, alles aufzuschreiben;
5) Ich habe alles verstanden, alles geschafft.
Die Antwort wird auf kleine Zettel geschrieben und dem Lehrer gegeben.
Hausaufgaben
§ 34, Lösungsaufgabe Nr. 33, Seite 131 des Lehrbuchs, geben 23 weitere Beispiele für Paradoxien der klassischen Kosmologie, außer für
photometrisches Paradoxon unter Verwendung anderer Quellen.

Zusätzliches Material

:
Probleme lösen:
1. Die ersten groben Abschätzungen der Hubble-Konstante führten dazu falscher Wert H = 530 km/(s×Mpc). Wie lange sollte
sollte die Expansion des Universums bei einem solchen Wert beginnen?
2. Ist die Hubble-Konstante über die Zeit wirklich konstant? Angenommen, die Geschwindigkeiten von Galaxien sind relativ zueinander
Freund, verändere dich nicht, finde heraus, was in 6 Milliarden Jahren gleich H sein wird. Moderne Bedeutung H wird gleich 75 km/(s×Mpc) genommen.
3. Aufgabe Nummer 32, Seite 130 des Lehrbuchs.
4. Durchschnittliche Materiedichte im Universum
= 3×1028 kg/m3. Berechnen Sie den kritischen Dichtewert
Materie und vergleiche sie mit der durchschnittlichen Materiedichte im Universum. Analysieren Sie das Ergebnis und
Finden Sie heraus, ob sich das Universum ausdehnt oder zusammenzieht.
Fragen:
1. Definieren Sie solche Konzepte des Themas wie Kosmologie, das Universum, die Metagalaxie;
2. Bestimmen Sie den Inhalt des kosmologischen Prinzips, des photometrischen Paradoxons, des Gravitationsparadoxons;
3. Stellen Sie eine Verbindung zwischen dem Gesetz der universellen Gravitation und Vorstellungen über die Endlichkeit und Unendlichkeit des Universums her;
4. Beschreiben Sie das kosmologische Modell des "heißen Universums".
5. Wie werden Galaxien klassifiziert?
6. Geben Sie das Hubble-Gesetz an. Was ist die Hubble-Konstante?
7. Formulieren Sie das Gesetz der universellen Gravitation. Was ist die Gravitationskonstante?
8. In welchen Einheiten werden die Entfernungen zu entfernten Objekten des Universums gemessen? Welche Beziehung besteht zwischen PC, km und sv.g.?
Doppler-Effekt - eine Änderung der Frequenz und Länge der vom Empfänger aufgezeichneten Wellen, verursacht durch ihre Bewegung
Quellen- und/oder Empfängerbewegung.

Dopplereffekt für Schallwellen
Dopplereffekt für Lichtwellen
Beispiel
Ergebnisse
Beobachtungen

Fahrzeugbewegung mit eingeschalteter Sirene
Beim Auto nicht
bewegt sich relativ zu
Beobachter, dann hört er genau den Ton an
der eine Sirene aussendet. Aber wenn das Auto ist
Annäherung an den Betrachter, dann die Frequenz der Töne
Die Wellen werden zunehmen, und der Beobachter wird hören
ein höherer ton als der si tatsächlich abgibt
Zaunkönig. Und wenn das Auto weitergeht und wird
sich bereits entfernen und sich nicht nähern, dann werden sie beobachten
Fichte hört einen tieferen Ton
(oder Rotverschiebung)
Bewegung ferner Galaxien
Rotverschiebung für Galaxien wurde entdeckt
Der amerikanische Astronom W. Slifer im Jahr 1912-
1914; 1929 entdeckte E. Hubble, dass die Rotverschiebung
zum ferne Galaxien mehr als für Verwandte, und
steigt ungefähr proportional an
Entfernung (das Gesetz von K. s. oder Hubbles Gesetz). BEIM
als Folge einer Rotverschiebung auftritt
Abnahme der Energie der einfallenden Photonen.
Themen zur Diskussion:
1. Kann man den Doppler-Effekt „hören“ und „sehen“? Nenne Beispiele.
2. Warum sind die Linien in den Spektren entfernter Galaxien rotverschoben?
3. Warum wird die Rotverschiebung bestimmt aus eine große Anzahl Galaxien wachsen in Schritten mit der Entfernung?
4. Warum sind mehrere nahe gelegene Galaxien blauverschoben?
Antworten:
1. Der akustische Doppler-Effekt ist als Tonänderung einer Pfeife hörbar, die am Bahnsteig vorbeifährt
Züge. Zumindest in einem Bad oder Teich kann man den Effekt „sehen“. Tauchen Sie Ihren Finger regelmäßig in Wasser, damit er an der Oberfläche bleibt
Wellen bilden, bewegen Sie es gleichmäßig in eine Richtung. Aufeinander folgend, die Kämme der Wellen in Richtung
Fingerbewegungen werden dicker, d. H. Die Wellenlänge wird in Rückwärtsrichtung geringer als gewöhnlich - mehr.
2. Dieses Phänomen wurde als "metagalaktische Rotverschiebung" bezeichnet. Es wird nach dem Prinzip interpretiert
Doppler als Zunahme der durchschnittlichen Entfernungen zwischen Galaxien. Der Grund dafür ist nach modernen Ansichten,
eine gewaltige Explosion, die vor 10-20 Milliarden Jahren stattfand und zur Rezession der Galaxien führte.
3. Diese Beobachtungstatsache beweist die Zellstruktur der Metagalaxie.
4. Eigentümliche Geschwindigkeiten dieser Galaxien mehr Geschwindigkeiten Rezession der Galaxien.
Formulieren Sie die Antwort auf die Frage, nachdem Sie den Inhalt des photometrischen und des gravitativen Paradoxons berücksichtigt haben
(es wird in Gruppen gearbeitet; jede Gruppe untersucht eines der Paradoxien, dann einen der Repräsentanten
Gruppe erzählt ihre Essenz, Lösung und beantwortet auch die gestellten Fragen).
Das photometrische Paradoxon (ausführlich erklärt vom Deutschen Wissenschaftler Heinrich Olbres 1826): in einem endlosen

Das Universum ist auf chaotische Weise mit Sternen gefüllt, und ein Beobachter von der Erde muss ständig mit einem Blick darauf stolpern
die Oberfläche eines Sterns (die Helligkeit eines Objekts hängt nicht von der Entfernung zu ihm ab). In Wirklichkeit ist dies nicht der Fall.
Um das Paradoxon zu erklären, schlug Olbers vor, dass es im interstellaren Raum verstreute Materie gibt,
die das Licht entfernter Sterne absorbiert.
Themen zur Diskussion:
1. Erklären Sie die Unmöglichkeit, das photometrische Paradoxon zu erklären
das Vorhandensein von absorbierender dunkler Materie im Universum.
2. Lässt sich das Paradoxon anhand der Rotverschiebung erklären?
Wenn das so ist, wie?
3. Erklären Sie die Wahrheit der Aussage des sowjetischen Kosmologen A.L.
Zelmanov, der argumentierte, dass die Kompression des Universums ohne erfolgen wird
Zeugen.
Antworten:
1.
Obwohl ein Jahrhundert später die interstellare Lichtabsorption tatsächlich erfolgt
gefunden wurde, konnte es das photometrische Paradoxon nicht auflösen, da sich
Staubpartikel im grenzenlosen und ewiges Universum, gleichmäßig gefüllt mit Sternen,
auf die Temperatur der Sternoberfläche erwärmen und wie Sterne leuchten würden.
Das photometrische Paradoxon existiert nur in homogenen und
expandierendes Universum,
Isotropes statisches Universum. In der Theorie
entwickelt von Alexander Friedman und Edwin Hubble, photometrisch
das Paradox ergibt sich nicht aus der Existenz von Rotverschiebung. Durch die Rotverschiebung kommt es zu einer Abnahme
Energie der einfallenden Photonen.
2.
3. Durch die Violettverschiebung steigt die Energie der einfallenden Photonen und damit
Hitzetod der Menschheit.
Das Gravitationsparadoxon (1895 vom deutschen Astronomen H. Seeliger formuliert): Anwendung des Gesetzes
Newton, in einem unendlichen Universum, das gleichmäßig mit Materie gefüllt ist, ist es unmöglich, die Gravitationskraft eindeutig zu berechnen
gegebener Punkt. Berechnet man sie durch Aufsummieren der auf einen Punkt mit der Masse m wirkenden Kräfte, die entstehen
konzentrische Schichten, die am selben Punkt zentriert sind, dann wird Null erhalten. Führen wir die Berechnung für konzentrisch durch
Schichten zentriert an einem anderen Punkt, entfernt in einem Abstand r von der gegebenen, dann wird die Gravitationskraft sein gleich stark, mit welchem
Eine Kugel mit Radius r zieht einen Punkt an, der sich auf ihrer Oberfläche befindet.
Themen zur Diskussion:
1. Welchen Widerspruch berücksichtigt das Gravitationsparadoxon?
2. Wenn das Gravitationsparadoxon stattfindet, ist dann das Gesetz der universellen Gravitation gültig? Erklären Sie die Antwort.
3. Äußern Sie Ihre Meinung zu den zwei möglichen Lösungen des Paradoxons.
Einige Vorschläge zur Lösung des Problems:

Endmasse des Stoffes. Es ist am einfachsten anzunehmen, dass es nur eine endliche Anzahl von Dingen im Universum gibt.
stva. Diese Hypothese wurde von Isaac Newton in einem Brief an Richard Bentley erwogen. Die Analyse zeigte, dass solch ein „stellar
Graben" im Laufe der Zeit unter dem Einfluss der gegenseitigen Beeinflussung der Sterne entweder zu einem Körper vereinen oder sich in einer endlosen Leere auflösen.
moderne Deutung. Newtons Gravitationstheorie, wie sich Anfang des 20. Jahrhunderts herausstellte, ist für die Berechnung nicht anwendbar
und starke Gravitationsfelder. Es gibt kein Gravitationsparadoxon in der allgemeinen Relativitätstheorie, da die Gravitationskraft
Spannung in der allgemeinen Relativitätstheorie ist eine lokale Folge der nichteuklidischen Geometrie, daher ist die Kraft immer eindeutig definiert und endlich.
Die Grundlagen dieser Theorie wurden 1916 von A. Einstein (für den Spezialfall eines statischen Universums) gelegt. Im Allgemeinen
kosmologische Lösungen wurden von A.A. Friedman im Jahr 1922, der zeigte, dass ein homogenes isotropes Universum existiert
muss nicht stationär sein.
Eigenschaften des instationären Universums (Metagalaxie) durch Ausfüllen der Lücken im Satz (vorbereiteter Text
wird jedem Schüler ausgehändigt, arbeitet mit dem Text des Lehrbuchs, der Schüler füllt die Lücken aus):
 Das Modell des nicht-stationären Universums basiert auf der Erfassung der Rotverschiebung für entfernte Galaxien.
 Expansion der Metagalaxie: Die Entfernungsrate entfernter Objekte wird durch das Hubble-Gesetz bestimmt:
, wobei H=72
rH 
. Mithilfe des Hubble-Gesetzes können Sie die Entfernung zu entfernten Objekten und das Alter der Metagalaxie bestimmen:
km

Mps
mit
,
tM
r


H

13
910
1
H
. Die Theorie einer expandierenden Metagalaxie gibt die Gesetze der Temperatur- und Dichteänderungen an:
Jahre
T

10

102,1
t

K
,

5105,4

2
t
G
3
cm
, t – Zeit in Sekunden ausgedrückt.
 Chemische Zusammensetzung Metagalaxien: Wasserstoff etwa 75 %, Helium - etwa 25 %.
 Erfüllung des anthropogenen Prinzips, nach dem die Evolution der Metagalaxie in die Richtung geht
was zur Entstehung intelligenter Wesen führt.
ρ
Stoffdichte (
Diese Abhängigkeit wird durch den Wert bestimmt kritische Dichte
 Das weitere Verhalten der Metagalaxie wird durch ihre mittlere Dichte bestimmt: je nach Wert des Mittelwertes
) Expansion kann zeitlich unbegrenzt erfolgen oder wird im Laufe der Zeit durch Kontraktion ersetzt.
. Verhalten der Metagalaxie in der Zukunft

3 2
H
cr 
G
8

aufgrund der Verfügbarkeit ungewiss Dunkle Materie, dessen Existenz durch seine Strahlung schwer zu erkennen ist und
einschließlich bis zu 95 % aller Materie - Schwarze Löcher, massearme Sterne mit geringer Leuchtkraft, Neutrinos usw.

4. Kann es eine unendliche Ausdehnung des Universums geben?
5.Was chemische Elemente die meisten im Universum und wann sind sie entstanden?

Antworten:

"Modell des "heißen Universums": In der Vergangenheit haben Strahlung und Materie effektiv miteinander interagiert, zwischen
sie hatten eine thermodynamische Wechselwirkung. Die Temperatur von Materie und Strahlung war gleich und hoch -
Das Universum war "heiß".
Fragen für die Frontaldiskussion:
1. Warum streuen Galaxien, obwohl zu welchem ​​Zeitpunkt Urknall gab es noch nicht?
2. Warum ist das Universum nicht stationär?
3. Beeinflusst die kosmologische Expansion der Metagalaxie die Entfernung zwischen der Erde und: a) dem Mond; b) Mitte
Galaxien; c) die Galaxie M31 im Sternbild Andromeda; d) das Zentrum eines lokalen Superhaufens von Galaxien?
1. Galaxien entstanden aus sich ausdehnender Materie und behielten ihren Schwung.
2. Die Hauptkraft im Weltraum ist die Schwerkraft, die dazu neigt, alle Materie zu sammeln. Gleichgewicht in Aktion
Schwerkraft allein ist unmöglich. Je nach Größe Anfangsgeschwindigkeit Substanz kann unbegrenzt sein
erweitern oder mit Verzögerung erweitern
3. Die kosmologische Expansion beinhaltet keine gravitativ gebundenen Systeme ( Sonnensystem, Galaxie,
Galaxienhaufen). Daher beeinflusst die kosmologische Expansion in diesen Fällen nicht die Entfernungen zwischen der Erde und
angegebenen Objekte.
4. Wenn die durchschnittliche Materiedichte im Universum kleiner ist als die kritische Dichte pcr = 3  1027 kg/m3, dann das Universum
wird unendlich erweitert. Zeitgenössische Schätzungen die durchschnittliche Dichte der sichtbaren Materie ergibt den Wert p = 3 · 1028
kg/m3. Die Berücksichtigung der versteckten Masse kann diesen Wert erhöhen. Damit ist die Frage nach der Zukunft des Universums noch nicht gelöst.
5. Massenmäßig enthält das Universum am meisten Wasserstoff (77,4 %) und Helium (20,8 %). Innerhalb von 5 Minuten bildeten sich Wasserstoff und Helium
nach Beginn des Urknalls.
Ungefährer Inhalt der Tabelle "Evolutionsstadien des Universums"
Epochen
Zeit von
"mit ... anfangen
Stufen der Evolution
Temperatur, K Dichte, g/cm3
Plankowskaja
Geburt von Relikt-Gravitonen
?
?

Andronnaja
bis 10
5
Grenze der Anwendbarkeit der relativistischen Theorie
Schwere
Das Auftreten von Ladungsasymmetrie
Vernichtung von Nukleonen und Antinukleonen
Lepton
10
4
Grenze der Anwendbarkeit von experimentell getestet
Gesetze der Physik
Meson-Vernichtung
Die Bildung eines Reliktneutrinos
Strahlung
Substanzen
10

3
10
10
2
10
10
6
9
10
10
Vernichtung von Elektronen und Positronen
Entstehung von Urhelium
CMB-Trennung
Der Ursprung von Sternen und Galaxien
Moderne Ära
10
10
32
28
3*10
12
10
12
3*10
2*10
11
10
10
10
10
9
4*10
3
30
2,7
10
10
10
10
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KOSMOLOGISCHE PARADOXE

Schwierigkeiten (Widersprüche), die entstehen, wenn die Gesetze der Physik auf das Universum als Ganzes ausgedehnt werden. Klassisch Das Quantenparadoxon ist photometrisch (oder das Szezo-Olbers-Paradoxon) und gravitativ (ansonsten das Zeliger-Paradoxon oder Neumann-Zeliger).

Es scheint natürlich anzunehmen, dass es überall im unendlichen Raum des Universums immer strahlende Sterne gibt und dass ihr durchschnittlicher Raum. Die Dichte (die Anzahl der Sterne in einem bestimmten Raumvolumen) ist im Allgemeinen nicht Null. Allerdings müsste in diesem Fall die gesamte Oberfläche des Himmels blendend hell sein, wie beispielsweise die Oberfläche der Sonne; Tatsächlich ist die Oberflächenhelligkeit des Nachthimmels millionenfach geringer. Annahmen über die Lichtabsorption durch das interstellare Medium etc. heben die Photometrie nicht auf. paradox und kann es sogar verstärken.

Unter ähnlichen Bedingungen entsteht das Gravitationsparadoxon. Wenn es überall im unendlichen Universum gravitative Massen gibt und deren durchschnittliche Verteilungsdichte bei der Bewegung in immer größere Regionen des Weltraums nicht schnell genug gegen Null geht, dann hat das Newtonsche Gravitationspotential dieser Massen keine Definition. Endwert; Abs. die auf der Grundlage der Newtonschen Theorie berechneten Beschleunigungen der Bewegung von Körpern können unendlich oder unendlich groß usw. erhalten werden.

Aus der Existenz dieser Paradoxien wurden oft Schlussfolgerungen über die Notwendigkeit gezogen, die Anwendung der uns bekannten Gesetze der Physik auf das Universum oder sogar die Notwendigkeit, die Vorstellung von der Unendlichkeit des Universums aufzugeben, aufzugeben. Beide Paradoxien können jedoch auch im klassischen Rahmen überwunden werden. Physik, wenn wir nur die Besonderheiten des Unendlichen berücksichtigen. Für einen endlichen Raumbereich bedeutet die durchschnittliche Materiedichte gleich Null Leere, das Fehlen von Materie. Für ein unendliches Gebiet ist eine solche Verteilung möglich, wenn die durchschnittliche Dichte in einem beliebigen, beliebig großen, aber endlichen Gebiet beliebig groß (aber endlich) ist und gleichzeitig für den gesamten unendlichen Raum gleich Null ist. Die Idee eines solchen Verteilungssystems wurde bereits im 18. Jahrhundert vorgebracht.

Lambert entwickelt und 1908–22 von Charlier mathematisch entwickelt.

Unter den Klassikern K. p. kann auch thermodynamisch zugeschrieben werden. Paradox - die Schlussfolgerung über die Unausweichlichkeit des Hitzetodes des Universums (siehe auch Entropie).

Diese Paradoxien, die im Rahmen prärelativistischer Vorstellungen entstehen, haben in der relativistischen Kosmologie keinen Platz. Gravitationsparadoxon mit mathematischen. t. sp. verdankt seinen Ursprung offenbar der Natur der Feldgleichungen der Newtonschen Gravitationstheorie (ihrer Linearität und Elliptizität). Mit körperlichen t. sp. Das bedeutet, dass Newtons Theorie bestimmte Wesen nicht berücksichtigt. Eigenschaften des Gravitationsfeldes, offenbart durch Einsteins Theorie (insbesondere die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wechselwirkung). Photometrisch das Paradoxon wird im Prinzip schon dadurch überwunden, dass das Universum mit t. sp. Relativitätstheorie, kann nicht statisch sein - alle ihre Komponenten mit ausreichend großen Abmessungen müssen eine Verformung erfahren (siehe Rotverschiebung). Zur Überwindung der Thermodynamik paradox, siehe Hitzetod des Universums.

C. p. sind in erster Linie ein wichtiger Spezialfall des Physischen. Paradoxien, aber sie sind natürlich auch in der Natur der Logik enthalten. Paradoxien, da sie sich aus der Verwendung von Prämissen, Urteilen und Schlussfolgerungen ergeben, die Grenzen der Anwendbarkeit von Rykh auf die Korrespondenz. Entwicklungsstand der Wissenschaft ist noch nicht geklärt. Die Eigenschaften bewegter Materie sind unendlich vielfältig, aber auf jeder gegebenen Stufe der Entwicklung der Wissenschaft gehen wir nur von den bereits bekannten Eigenschaften und Phänomenen aus. Unkenntnis bestimmter Wesen. Eigenschaften bekannt Phänomene (zum Beispiel die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wechselwirkung bei den Phänomenen der Gravitation) oder solche Phänomene, die nur entdeckt werden, wenn man sich in großen Skalen bewegt (zum Beispiel die Phänomene des "Rückzugs" von Galaxien), wie in zu sehen ist das Beispiel der Gravitationskräfte. und photometrisch Paradoxien und schafft die Voraussetzungen für die Entstehung von Paradoxien. Letztendlich sollte die Grundlage für die Entstehung des Quantenphänomens in den Besonderheiten des eigentlichen Objekts der Kosmologie, des Universums, gesucht werden. Es ist in der Raumzeit unendlich, und daher muss man bei der Anwendung irgendwelcher Gesetze oder Bedingungen auf das Universum als Ganzes mit den Widersprüchen der Unendlichkeit rechnen, insbesondere mit der Möglichkeit, das Axiom „Das Ganze ist größer als“ zu verletzen [seinen richtigen] Teil“ (siehe auch Unendlichkeit, Universum, Kosmologie, Paradoxon).

Die Bedeutung der Quantentheorie für die Kosmologie ist in erster Linie heuristisch. C. p. engen den Kreis möglicher Lösungen für kosmologische Probleme erheblich ein. Probleme. Im Wesentlichen folgt schon aus der einfachen Tatsache, dass es nachts dunkel ist, dass das Universum nicht beliebig angeordnet werden kann: Von allen denkbaren Schemata der Struktur des Universums können nur diejenigen genommen werden, die frei von Photometrie usw. sind berücksichtigen: Im Laufe der Entwicklung der Kosmologie werden einige Paradoxien überwunden und andere entstehen; Jede von ihnen zu überwinden bedeutet einen Schritt vorwärts in der Kenntnis der allgemeinen Muster der Struktur des Universums.

Zündete.: Fesenkov V. G., Modern. Ideen über das Universum, M.–L., 1949, Kap. 4; Parenago P. P., Course of stellar astronomy, 3. Aufl., M., 1954, §§ 36, 56; Zelmanov A.L., Nichtrelativist. Gravitation Paradox und die allgemeine Relativitätstheorie, "Physiko-mathematische Wissenschaften" (Wissenschaftliche Berichte der Höheren Schule), 1958, 2; seine eigene, Photometrisch. paradox, TSB, 2. Aufl., V. 45; seine eigene, Schwerkraft. Paradoxon, Physik. enzyklopädisch. Wörterbuch, V. 1; Ηaan G.I., Über die Moderne. Zustand der Kosmologie. Wissenschaften, § 2, in der Sammlung: Fragen der Kosmogonie, Bd. 6, M., 1958; Kipper A. Ich, über die Schwerkraft. paradox, ebd., Bd. 8, M., 1962. Siehe auch lit. bei Kunst. Kosmologie.

G. Haan. Tallinn.

Philosophische Enzyklopädie. In 5 Bänden - M.: Sowjetische Enzyklopädie . Herausgegeben von F. V. Konstantinov. 1960-1970 .

KOSMOLOGISCHE PARADOXE, Schwierigkeiten (Widersprüche), die entstehen, wenn die Gesetze der Physik auf das Universum als Ganzes oder auf ausreichend große Bereiche davon angewendet werden. Üblicherweise kombiniert der Begriff „kosmologische Paradoxien“ photometrische, thermodynamische und gravitative Paradoxien. Das erste kosmologische Paradoxon – das photometrische Paradoxon (Shezo-Olbers-Paradoxon) – wurde unabhängig vom Schweizer Astronomen J. de Chezo im 18. Jahrhundert und G. Olbers zu Beginn des 19. Jahrhunderts betrachtet. Ihr Wesen liegt darin, dass die Annahme eines ewigen und unendlichen Universums der scheinbaren Helligkeit des Himmels widerspricht. Einfache Überlegungen zeigen, dass die Annahme einer gleichmäßigen Verteilung von Sternen im Raum sowie die Annahme einer unendlichen Zeit ihrer Existenz zu dem Schluss führt, dass ein Strahl, der von einem Beobachter in einer beliebigen Richtung kommt, früher oder später „in sie hineinläuft“. „Die Oberfläche eines Sterns. Aus dieser Überlegung folgt, dass die Helligkeit eines beliebigen Teils des Himmels nahe an der Helligkeit liegen sollte Sonnenoberfläche, was den Beobachtungen eindeutig widerspricht. Die Erklärung für dieses Paradoxon ist, dass der Beobachter in einem homogenen, isotrop expandierenden Universum Strahlung aus Entfernungen empfängt, die nicht weiter als der Teilchenhorizont liegen, in den roten Bereich des Spektrums verschoben sind, und von Objekten, die nach Beginn der Expansion entstanden sind. Daher fehlt in der modernen Kosmologie das Szezo-Olbers-Paradoxon.

Eines der am meisten diskutierten in der modernen Kosmologie ist das thermodynamische Paradoxon. Dieses Paradoxon hängt mit der Anwendung der Gesetze der Thermodynamik auf die Kosmologie zusammen. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass überhaupt geschlossenes System Die Entropie sollte zunehmen, die Anzahl der Strukturen im Universum verringern und die Materie darin einem homogenen Zustand näher bringen. Dann stellt sich die Frage: Warum unterscheidet sich der beobachtete Zustand so sehr von dem Zustand, der vom zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gefordert wird? Einer von mögliche Erklärungen- die Annahme, dass unser Teil des Universums eine Schwankung ist komplettes Universum, was hat großer Wert Entropie. In der modernen Kosmologie wurde diese Theorie entwickelt Russischer Physiker A. D. Linde (die sogenannte Theorie des chaotischen Universums). Laut Linda ist unser Universum eine "Domäne" großes Universum, Außerdem Kausalität zwischen einzelnen Domains fehlen. Dass unser Bereich beobachtbare Eigenschaften hat, erklärt sich aus dem anthropischen Prinzip, das der russische Wissenschaftler A. L. Zelmanov am elegantesten formuliert hat: „... wir sind Zeugen von Prozessen bestimmten Typ, da andere Arten von Prozessen ohne Zeugen ablaufen.

Das dritte kosmologische Paradoxon ist das Gravitationsparadoxon (das Neumann-Seliger-Paradoxon); ist, dass das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation, angewendet auf ein unendliches, homogenes und isotropes Universum, keine vernünftige Antwort auf die Frage nach dem erzeugten Gravitationsfeld gibt endloses System Gew. Für kosmologische Skalen gibt die Theorie von A. Einstein die Antwort, in der das Gesetz der universellen Gravitation für den Fall starker Gravitationsfelder verfeinert wird.

Zündete. siehe bei st. Kosmologie.

Kosmologische Paradoxien des Universums

Kosmologische Paradoxien— Schwierigkeiten (Widersprüche), die entstehen, wenn die Gesetze der Physik auf das Universum als Ganzes oder auf ausreichend große Bereiche davon angewendet werden. Das klassische Bild der Welt des 19. Jahrhunderts erwies sich im Bereich der Kosmologie des Universums als ziemlich anfällig, da 3 Paradoxien erklärt werden mussten: photometrisch, thermodynamisch und gravitativ. Sie sind eingeladen, diese Paradoxien aus der Sicht der modernen Wissenschaft zu erklären.

Photometrisches Paradoxon (J. Shezo, 1744; G. Olbers, 1823) lief darauf hinaus, die Frage „Warum ist es nachts dunkel?“ zu erklären.
Wenn das Universum unendlich ist, dann gibt es unzählige Sterne darin. Mit vergleichsweise gleichmäßige Verteilung Sterne im Weltraum, die Anzahl der Sterne in einer bestimmten Entfernung nimmt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung zu. Da die Helligkeit eines Sterns proportional zum Quadrat der Entfernung zu ihm abnimmt, muss die Abnahme des Gesamtlichts der Sterne aufgrund ihrer Entfernung durch die Zunahme der Anzahl der Sterne genau kompensiert werden, und das alles himmlische Sphäre sollte gleichmäßig und hell leuchten. Dieser Widerspruch zu dem, was in der Realität beobachtet wird, wird als photometrisches Paradoxon bezeichnet.
Zum ersten Mal wurde dieses Paradox vollständig von dem Schweizer Astronomen Jean-Philippe Louis de Chezo (1718-1751) im Jahre 1744 formuliert, obwohl ähnliche Gedanken schon früher von anderen Wissenschaftlern geäußert wurden, insbesondere von Johannes Kepler, Otto von Guericke und Edmund Halley. Manchmal wird das photometrische Paradoxon Olbers-Paradoxon genannt, nach dem Astronomen, der im 19. Jahrhundert darauf aufmerksam gemacht hat.
Die richtige Erklärung des photometrischen Paradoxons wurde von den Berühmten angeboten Amerikanischer Schriftsteller Edgar Poe im kosmologischen Gedicht „Eureka“ (1848); Eine detaillierte mathematische Behandlung dieser Lösung wurde 1901 von William Thomson (Lord Kelvin) gegeben. Sie basiert auf der Endlichkeit des Alters des Universums. Da es (nach modernen Daten) vor mehr als 13 Milliarden Jahren keine Galaxien und Quasare im Universum gab, befinden sich die entferntesten Sterne, die wir beobachten können, in Entfernungen von 13 Milliarden Lichtjahren. Jahre. Damit entfällt die Hauptvoraussetzung des photometrischen Paradoxons – dass sich die Sterne in beliebigen, beliebig großen Entfernungen von uns befinden. Das aus großer Entfernung beobachtete Universum ist so jung, dass Sterne noch keine Zeit hatten, sich darin zu bilden. Beachten Sie, dass dies nicht im Geringsten dem kosmologischen Prinzip widerspricht, aus dem die Unendlichkeit des Universums folgt: Es ist nicht das Universum, das begrenzt ist, sondern nur der Teil davon, in dem die ersten Sterne Zeit hatten, während der Zeit geboren zu werden Licht kam zu uns.
Einen (deutlich kleineren) Beitrag zur Abnahme der Helligkeit des Nachthimmels leistet auch die Rotverschiebung von Galaxien. Tatsächlich haben entfernte Galaxien in (1+ z) eine längere Strahlungswellenlänge als Galaxien in geringer Entfernung. Aber die Wellenlänge hängt mit der Energie des Lichts durch die Formel ε= zusammen hc/λ. Daher ist die Energie von Photonen, die wir von fernen Galaxien erhalten, in (1+ z) mal weniger. Ferner, wenn aus einer Rotverschiebungsgalaxie z zwei Photonen fliegen mit einem Zeitabstand δ aus t, dann liegt das Intervall zwischen der Annahme dieser beiden Photonen auf der Erde in (1+ z) mal größer, daher ist die Intensität des empfangenen Lichts um ein Vielfaches geringer. Als Ergebnis erhalten wir, dass die gesamte Energie, die von fernen Galaxien zu uns kommt, in (1+ z)² mal weniger, als wenn sich diese Galaxie nicht aufgrund kosmologischer Expansion von uns entfernen würde.

Thermodynamisches Paradoxon (Clausius, 1850) ist mit dem Widerspruch zwischen dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und dem Konzept der Ewigkeit des Universums verbunden. Gemäß der Irreversibilität thermischer Prozesse streben alle Körper im Universum nach einem thermischen Gleichgewicht. Wenn das Universum auf unbestimmte Zeit existiert, warum dann? thermisches Gleichgewicht in der Natur ist noch nicht aufgetreten, aber thermische Prozesse gehts noch?

Gravitationsparadoxon

Wählen Sie im Geiste eine Radiuskugel R 0, so dass die Zellen der Inhomogenität in der Verteilung der Materie innerhalb der Kugel unbedeutend sind und die durchschnittliche Dichte gleich der durchschnittlichen Dichte des Universums r ist. Auf der Oberfläche der Kugel sei ein Massekörper m, zum Beispiel Galaxy. Nach dem Satz von Gauß auf einem zentralsymmetrischen Feld die Gravitationskraft von der Seite eines Stoffes mit einer Masse M, die in der Kugel eingeschlossen sind, wirkt auf den Körper, als ob die gesamte Materie an einem Punkt konzentriert wäre, der sich im Zentrum der Kugel befindet. Gleichzeitig leistet die übrige Materie im Universum keinen Beitrag zu dieser Kraft.

Lassen Sie uns die Masse in Bezug auf ausdrücken durchschnittliche Dichte r : . Let Then - Beschleunigung freier Fall Körper zum Kugelmittelpunkt hängt nur vom Kugelradius ab R 0 . Da der Radius der Kugel und die Lage des Kugelmittelpunkts willkürlich gewählt sind, besteht eine Unsicherheit in der Wirkung der Kraft auf die Prüfmasse m und Richtung seiner Bewegung.

(das Neumann-Seliger-Paradoxon, benannt nach den deutschen Wissenschaftlern K. Neumann und H. Zeliger, 1895) basiert auf den Positionen Unendlichkeit, Homogenität und Isotropie des Universums, hat einen weniger offensichtlichen Charakter und besteht darin, dass das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation gibt keine vernünftige Antwort auf die Frage nach dem von einem unendlichen Massensystem erzeugten Gravitationsfeld (es sei denn, man macht ganz spezielle Annahmen über die Natur räumliche Aufteilung diese Massen). Für kosmologische Skalen gibt die Theorie von A. Einstein die Antwort, in der das Gesetz der universellen Gravitation für den Fall sehr starker Gravitationsfelder verfeinert wird.