PARADOXOS COSMOLÓGICOS

dificuldades (contradições) que surgem quando as leis da física são estendidas ao Universo como um todo. Clássico O paradoxo quântico é fotométrico (ou o paradoxo de Szezo-Olbers) e gravitacional (caso contrário, o paradoxo de Zeliger, ou Neumann-Zeliger).

Parece natural supor que em todos os lugares do espaço infinito do Universo há sempre estrelas radiantes e quais são seus espaços médios. a densidade (o número de estrelas em um determinado volume de espaço) é geralmente diferente de zero. No entanto, neste caso, toda a superfície do céu teria que ser incrivelmente brilhante, como, por exemplo, a superfície do Sol; na verdade, o brilho da superfície do céu noturno é milhões de vezes menor. Suposições sobre a absorção de luz meio interestelar e outros não eliminam a fotometria. paradoxo e pode até amplificá-lo.

No condições semelhantes Há também um paradoxo gravitacional. Se em todos os lugares universo infinito existem massas gravitacionais e a densidade média de sua distribuição não tende a zero com rapidez suficiente quando se move para regiões cada vez maiores do espaço, então o potencial gravitacional newtoniano dessas massas não tem um valor definido. valor final; abdômen. as acelerações do movimento dos corpos, calculadas com base na teoria newtoniana, podem ser obtidas indefinidamente ou indefinidamente grandes, etc.

Da existência desses paradoxos, muitas vezes foram tiradas conclusões sobre a necessidade de abandonar a aplicação das leis da física que conhecemos ao Universo, ou mesmo sobre a necessidade de abandonar a própria ideia do infinito do Universo. No entanto, ambos os paradoxos podem ser superados mesmo dentro da estrutura clássica. física, se apenas levarmos em conta as especificidades do infinito. Para uma região finita do espaço, a densidade média da matéria, zero, significa vazio, a ausência de matéria. Para uma região infinita, tal distribuição é possível, quando a densidade média em alguma região arbitrariamente grande, mas finita, é arbitrariamente grande (mas finita) e, ao mesmo tempo, para todo o espaço infinito, é igual a zero. A ideia de tal esquema de distribuição foi apresentada já no século XVIII.

Lambert e matematicamente desenvolvido por Charlier em 1908-1922.

Entre os clássicos K.p. também pode ser atribuído termodinâmico. paradoxo - a conclusão sobre a inevitabilidade da morte térmica do Universo (ver também Entropia).

Esses paradoxos, surgindo no âmbito das ideias pré-relativistas, não têm lugar na cosmologia relativista. Paradoxo gravitacional com matemática. t.sp., aparentemente, deve sua origem à natureza das equações de campo da teoria da gravitação newtoniana (sua linearidade e elipticidade). Com físico t. sp. isso significa que a teoria de Newton não leva em conta certos seres. características do campo gravitacional reveladas pela teoria de Einstein (em particular, velocidade final distribuição de interação). Fotométrico o paradoxo, em princípio, já é superado em virtude do fato de que o Universo, com t.sp. teoria da relatividade não pode ser estática - todos os seus componentes são suficientes tamanhos grandes deve sofrer deformação (consulte Redshift). Sobre a superação da termodinâmica paradoxo, veja morte por calor Universo.

C.p. são principalmente um caso especial importante de física. paradoxos, mas eles, é claro, também inerentes à natureza da lógica. paradoxos, uma vez que surgem como resultado do uso de premissas, julgamentos e conclusões, os limites de aplicabilidade para-rykh na correspondência. estágio de desenvolvimento da ciência ainda não foi elucidado. As propriedades da matéria em movimento são infinitamente diversas, mas em cada este estágio desenvolvimento da ciência, procedemos apenas daquelas propriedades e fenômenos que já são conhecidos. Ignorância de certos seres. propriedades de conhecidos fenômenos (por exemplo, a velocidade finita de propagação da interação nos fenômenos da gravidade) ou aqueles fenômenos que são detectados apenas quando se deslocam para grandes escalas (por exemplo, os fenômenos do "recuo" das galáxias), como pode ser visto em o exemplo das forças gravitacionais. e fotométrico paradoxos, e cria os pré-requisitos para o surgimento de paradoxos. Em última análise, a base para o surgimento do fenômeno quântico deve ser buscada nas especificidades do próprio objeto da cosmologia, o Universo. É infinito no espaço-tempo e, portanto, ao aplicar quaisquer leis ou condições ao Universo como um todo, deve-se contar com as contradições do infinito, em particular, com a possibilidade de violar o axioma "o todo é maior que [sua correta] parte" (veja também Infinito, Universo, Cosmologia, Paradoxo).

O significado da teoria quântica para a cosmologia é principalmente heurístico. K. p. estreitar muito o círculo soluções possíveis cosmológico Problemas. Na verdade, a partir disso fato simples que é escuro à noite, segue-se que o Universo não pode ser organizado de forma alguma: de todos os esquemas concebíveis da estrutura do Universo, apenas aqueles que estão livres de fotometria e outras mecânicas quânticas podem contar. da cosmologia, surgem alguns paradoxos e outros; superar cada um deles significa um passo à frente no conhecimento padrões gerais estruturas do universo.

Aceso.: Fesenkov V.G., Modern. idéias sobre o Universo, M.–L., 1949, cap. quatro; Parenago P.P., Kurs astronomia estelar, 3ª ed., M., 1954, §§ 36, 56; Zelmanov A.L., Não-relativista. gravitacional paradoxo e teoria geral relatividade, "Ciências físicas e matemáticas" (Relatórios científicos. ensino médio), 1958, 2; dele mesmo, Fotométrico. paradoxo, TSB, 2ª ed., v. 45; sua própria, Gravidade. paradoxo, física. enciclopédico. dicionário, v. 1; Ηaan G.I., Sobre o moderno. estado da cosmologia. ciências, § 2, na coleção: Questões de cosmogonia, v. 6, M., 1958; Kipper A. Eu, sobre a gravidade. paradox, ibid., Vol. 8, M., 1962. Veja também lit. no Art. Cosmologia.

G. Haan. Tallin.

Esboço de uma aula de astronomia
neste tópico:
"A finitude e a infinidade do Universo - os paradoxos da cosmologia cósmica"
Sujeito
Astronomia
Classe
1011
uma parte comum
Tópico da lição
Finitude e infinidade do Universo paradoxos da cosmologia espacial
O objetivo e os objetivos da aula
 O objetivo como formulação do resultado final da aula: ter uma ideia de um objeto único -
O universo como um todo, aprenda como a questão da finitude ou infinidade do universo, a estrutura e escala é resolvida
Universo sobre o conceito de cosmologia espacial, características de observações, para estudar a estrutura e evolução do Universo como
todo, para considerar a resolução de problemas de encontrar a resolução, ampliação e relação de abertura do telescópio, cerca de
paradoxos associados a este disposições teóricas teoria geral da relatividade subjacente
construção de modelos cosmológicos do Universo.
 Tarefas como forma de atingir o objetivo da lição:
Educacional: introduzir os conceitos de astronomia, como ciência e as principais seções da astronomia, objetos de conhecimento
astronomia: objetos espaciais, processos e fenômenos; métodos de pesquisa astronômica e suas características;
repetir como a lei está redigida gravidade, lembre-se de quais objetos o Universo consiste;
explicar como a ciência prova a conexão entre a lei da gravitação universal e os conceitos de finitude e
o infinito do universo; estudar as contradições do paradoxo fotométrico; explicar a necessidade de
teoria geral da relatividade para construir um modelo do universo.
Nutrir: papel histórico astronomia na formação da ideia de mundo de uma pessoa e
desenvolvimento de outras ciências, a formação da visão de mundo científica dos alunos no curso de familiarização com alguns conhecimentos filosóficos e
idéias e conceitos científicos gerais (materialidade, unidade e cognoscibilidade do mundo, espaço-temporal
escalas e propriedades do Universo, universalidade de ação leis físicas no universo), com a ajuda da lei
Hubble para calcular com os alunos o raio da metagaláxia e descobrir se o Universo se expande ou se contrai;
A educação patriótica na introdução ao papel ciência russa e tecnologia no desenvolvimento da astronomia e
astronáutica. Educação Politécnica e educação trabalhista ao apresentar informações sobre práticas
aplicação da astronomia e astronáutica.
Desenvolvimento: desenvolvimento interesses cognitivos ao assunto, observação, pensamento lógico Através dos
sistematização de fatos, a formação de uma visão de mundo, a capacidade de tirar conclusões, aplicar o conhecimento adquirido para
explicações dos fenômenos. Mostrar que o pensamento humano sempre busca o conhecimento do desconhecido. Formação de habilidades

analisar informações, fazer esquemas de classificação.
 Equipamento para a aula, bem como os materiais adicionais necessários: apresentação, ilustrações,
tabelas, etc.:
um computador com um projetor, um quadro interativo, materiais adicionais: uma apresentação que acompanha o
material do tópico da lição, videoclipes para a lição;
um conjunto de livros didáticos sobre astronomia, literatura adicional;
tabelas: Metagalaxia (nosso Universo), Evolução do Universo;
­ balão para ilustrar a expansão do universo;
Apostila para alunos: teste de verificação neste tópico.
 Estrutura da aula (plano que reflete as etapas da aula):
Fase organizacional;
Etapa motivacional: início do parágrafo (exposição do problema);
A fase de estudo do novo material: o material apresentado no livro didático + material adicional e ver
filme de vídeo educativo;
Consolidação do material estudado;
reflexão;
Trabalho de casa.
 Divulgação do conteúdo das etapas da aula:
Preparando os alunos para a aula.
Marca ausente.
Durante as aulas.
Estágio organizacional
Astronomia - ciência feliz: ela, nas palavras do cientista francês Arago, não precisa de enfeites.
Suas realizações são tão emocionantes que não é preciso fazer esforços especiais para chamar a atenção para elas.
No entanto, a ciência do céu não consiste apenas em revelações surpreendentes e teorias ousadas. Nesta ciência, como em qualquer outra,
tem suas contradições. Vamos conhecê-los hoje. Vamos lembrar como é formulada a lei da gravitação universal?
De quais objetos consiste o universo? (o aluno responde).
Os alunos são convidados a ler o poema de Samuil Marshak e analisar suas linhas.
Atualização de conhecimento

Só à noite você vê o universo...
Somente à noite você vê o universo.
Silêncio e escuridão são necessários
Para que este encontro secreto,
Sem cobrir o rosto, ela gozou.
Questões para analisar o poema:
O que a pessoa que escreveu essas linhas estava pensando? (por que você pode ver o Universo apenas à noite?
Universo para "cobrir o rosto"?)
 nomear maneiras de ver melhor a face do universo
O que aparece diante de seus olhos quando você lê essas linhas?
Você ouve música quando lê essas linhas? Que musica?
Em que situação você gostaria de ler essas linhas?

fase motivacional.
Declaração do problema (p. 126, p. 34)
“A astronomia estuda não apenas corpos celestes individuais e seus grupos: estrelas, planetas, aglomerados de estrelas,
galáxias e seus aglomerados, o objeto de seu estudo é o Universo como um todo. Ao estudar corpos celestiais nós
podemos compará-los uns com os outros, traçar sua evolução. Ao estudar o Universo, não podemos fazer isso, porque
O Universo é único, não podemos olhá-lo de fora e compará-lo com outro Universo.”
Aprendendo novos materiais.
Pessoal, hoje estamos trabalhando com o parágrafo número 34 do nosso livro didático.
Qual é o tema da lição de hoje? (A finitude e a infinidade do Universo são paradoxos cosmologia clássica).
Quais são os desafios que enfrentamos hoje? (Saiba como a lei da gravitação universal está conectada com ideias sobre
finitude e infinidade do Universo, que contradições o paradoxo fotométrico revela, por que é necessário
atração da teoria geral da relatividade para construir um modelo do Universo?)
Lemos atentamente o parágrafo, depois de lê-lo, preencheremos as tabelas:
(tempo de leitura 15 minutos, neste momento a saída para quadro interativo tabelas em branco para preenchimento).
Componha seu universo usando suas visualizações e propriedades sugeridas
Propriedades do Universo
Argumentos
É claro
Sem fim
№
p/n
1.

2.
3.
Limitado
estático
ilimitado
não estacionário
Determine as propriedades básicas do universo
Finito (limitado à esfera de estrelas fixas)
Sem fim
Universo
N. Copérnico
T. Brage
De acordo com a lei da gravidade
I. Newton
A. Einstein
Toda a matéria do universo em um período limitado de tempo
deve convergir em um fechar sistema.
A matéria do Universo sob a influência da gravidade é coletada
em alguns volumes limitados - "ilhas",
preenchendo uniformemente o universo.
Estágio de aprendizagem de novos materiais:
Visualização de clipe de filme 100 maiores descobertas: Astronomia (5ª série) sobre a teoria geral da relatividade e
expansão do universo. A explicação da história do professor usando uma apresentação multimídia (baseada em material,
estabelecido no livro didático, parágrafo 34). Assista ao vídeo https://www.youtube.com/watch?v=k5vbxdbTpQ, leia o artigo de
Internet: (aula de computador móvel é usada)
https://hinews.ru/science/konechnailibeskonechna
vselennaya.html
Tabelas para preenchimento, após estudar o parágrafo (voz dos alunos (escrita em itálico), o professor preenche
no computador):
Novo conceito
Cosmologia
Fotométrico
paradoxo
Definição, divulgação do conceito.
Um ramo da astronomia que estuda a estrutura e o desenvolvimento (evolução) do universo como um todo. (do grego
cosmos - o mundo, o Universo e logos - doutrina). Explica a distribuição das galáxias e seu movimento
(fugir).
A contradição entre as suposições sobre a finitude e a infinidade do Universo.
É formulado como uma pergunta: por que o céu é escuro à noite? Se o universo é infinito, então
iniciar número infinito estrelas, e se as estrelas são como o Sol, então qualquer parte do céu deve
ser tão brilhante quanto o Sol, mas não é. Se o universo é finito, então teria
um número finito de estrelas e o céu não seria tão brilhante. Mas a suposição de finitude
Universo contradiz a distribuição uniforme de estrelas. De acordo com a teoria da gravidade
Newton, todas as estrelas de um universo limitado mais cedo ou mais tarde se reuniriam em um só lugar, mas
isso não acontece.

Os alunos se apresentam com pequenas mensagens"Cosmologia" e o Paradoxo Fotométrico".
Professor (apresentação para maior clareza). Dependendo da densidade média da matéria, o Universo deve
expandir ou contrair. Com a expansão do Universo, a velocidade de recessão das galáxias deve ser proporcional à
distância a eles - uma conclusão confirmada por E. Hubble pela descoberta do desvio para o vermelho nos espectros das galáxias. Personagem
movimento e a geometria do Universo é determinada pelo valor crítico da densidade da matéria: ρcr= , onde G é a força gravitacional
constante, H=75 km/s*Mpc – Constante de Hubble.
Em uma pequena escala do universo, a teoria da gravitação de Newton é aplicável. Considere uma galáxia distante
distância R de nós (slide). Somente a matéria dentro de uma esfera desse raio exerce atração sobre seu movimento. Peso
π 3. A galáxia se move de acordo com a lei de Hubble com
matéria dentro de uma esfera de raio R e densidade
velocidade \u003d H * R. Se esta velocidade menos de um segundo espaço, então a remoção da galáxia será substituída por uma aproximação, ou seja,
a expansão do universo será substituída pela contração. Se maior ou igual - a expansão do Universo é ilimitada
personagem.
, é igual a M= *(4/3)R
υ
ρ
ρ
De acordo com a lei da gravitação universal: Toda a matéria do Universo por um período limitado de tempo deve
puxar juntos em um único sistema apertado. A matéria do universo sob a influência da gravidade é coletada em alguns
volumes limitados - "ilhas", preenchendo uniformemente o Universo.
Consolidação do material estudado::
Agora pessoal, vamos ver nossas tabelas e tarefas para a lição e responder, todas as tarefas estão concluídas? (Não,
De jeito nenhum. Resta responder à pergunta - por que é necessário usar a teoria geral da relatividade para construir
modelos do universo? O que é o paradoxo fotométrico? O que é a teoria geral da relatividade e
qual a sua importância para a astronomia?
Resposta: A. A teoria geral da relatividade de Einstein generaliza a teoria da gravitação de Newton para corpos massivos e
velocidades da matéria, comparáveis ​​à velocidade da luz, impõe certas restrições à geometria
propriedades de um espaço que não pode mais ser considerado euclidiano. De acordo com a teoria de A. Einstein, o tempo não tem um valor absoluto
natureza, e o movimento e distribuição da matéria no espaço não podem ser considerados isoladamente das propriedades geométricas
espaço e tempo. Precisaremos desse conhecimento na próxima lição para construir um modelo cosmológico
Universo.
Reflexão:
Você pode convidar os alunos a avaliar suas atividades na lição em uma escala de cinco etapas (a escala é exibida no
tela):
1) Não consegui nada na aula;
2) não entendi tudo, preciso pensar, estudar o material por conta própria;
3) Eu geralmente entendia tudo, mas tive dificuldades;

4) entendi tudo, mas não consegui anotar tudo;
5) Compreendi tudo, consegui fazer tudo.
A resposta é escrita em pequenos pedaços de papel e entregue ao professor.
Trabalho de casa
§ 34, resolva o problema nº 33, página 131 do livro didático, dê mais 23 exemplos de paradoxos da cosmologia clássica, exceto para
paradoxo fotométrico, usando outras fontes.

Material adicional

:
Solução de problemas:
1. As primeiras estimativas aproximadas da constante de Hubble levaram a valor errado H = 530 km/(s×Mpc). Quanto tempo deve
foi a expansão do Universo para começar em tal valor?
2. A constante de Hubble é realmente constante ao longo do tempo? Assumindo que as velocidades das galáxias são relativas umas às outras
amigo não mude, encontre o que será igual a H em 6 bilhões de anos. significado moderno H é tomado igual a 75 km/(s×Mpc).
3. Tarefa número 32, página 130 do livro didático.
4. Densidade média da matéria no Universo
= 3×1028 kg/m3. Calcule o valor da densidade crítica
matéria e compará-la com a densidade média da matéria no universo. Analise o resultado e
descobrir se o universo está se expandindo ou se contraindo.
Perguntas:
1. Definir conceitos do tema como cosmologia, Universo, Metagaláxia;
2. Determinar o conteúdo do princípio cosmológico, paradoxo fotométrico, paradoxo gravitacional;
3. Estabelecer uma ligação entre a lei da gravitação universal e as ideias sobre a finitude e a infinitude do Universo;
4. Descreva o modelo cosmológico do "universo quente".
5. Como as galáxias são classificadas?
6. Declare a Lei Hubble. O que é a constante de Hubble?
7. Formule a lei da gravitação universal. Qual é a constante gravitacional?
8. Em que unidades são medidas as distâncias a objetos distantes do Universo. Qual é a relação entre pc, km e sv.g.?
Efeito Doppler - uma mudança na frequência e comprimento das ondas gravadas pelo receptor, causada por seu movimento
movimento da fonte e/ou receptor.

Efeito Doppler para ondas sonoras
Efeito Doppler para ondas de luz
exemplo
resultados
observações

Movimento do veículo com sirene ligada
Quando o carro não
move em relação a
observador, então ele ouve exatamente o tom para
que emite uma sirene. Mas se o carro for
aproximar o observador, então a frequência dos sons
as ondas aumentarão, e o observador ouvirá
um tom mais alto do que o si realmente emite
carriça. E quando o carro passa e vai
já se afastando, e não se aproximando, então eles observarão
abeto ouvirá um tom mais baixo
(ou redshift)
Movimento de galáxias distantes
Redshift para galáxias foi descoberto
astrônomo americano W. Slifer em 1912-
1914; em 1929 E. Hubble descobriu que o Redshift
por galáxias distantes mais do que para parentes, e
aumenta aproximadamente proporcionalmente
distância (a lei de K.s., ou lei de Hubble). NO
como resultado do redshift ocorre
diminuição da energia dos fótons recebidos.
Assuntos para discussão:
1. É possível "ouvir" e "ver" o efeito Doppler? Dar exemplos.
2. Por que as linhas nos espectros de galáxias distantes estão desviadas para o vermelho?
3. Por que o redshift é determinado a partir de um grande número galáxias cresce em passos com a distância?
4. Por que várias galáxias próximas estão deslocadas para o azul?
Respostas:
1. O efeito Doppler acústico pode ser ouvido como uma mudança no tom do som de um apito passando pela plataforma
trens. Você pode “ver” o efeito, pelo menos em um banho ou em uma lagoa. Imergir periodicamente o dedo na água para que na superfície
ondas são formadas, mova-o uniformemente em uma direção. Sucessivamente, as cristas das ondas na direção
os movimentos dos dedos engrossarão, ou seja, o comprimento de onda se tornará menor que o normal, na direção para trás - mais.
2. Este fenômeno tem sido chamado de "redshift metagaláctico". É interpretado de acordo com o princípio
Doppler como um aumento nas distâncias médias entre galáxias. A razão para isso é, de acordo com as visões modernas,
uma enorme explosão que ocorreu 10-20 bilhões de anos atrás e levou à recessão das galáxias.
3. Este fato observacional comprova a estrutura celular da Metagalaxia.
4. Velocidades peculiares dessas galáxias mais velocidades recessão das galáxias.
Formule a resposta à pergunta após considerar o conteúdo dos paradoxos fotométricos e gravitacionais
(o trabalho é feito em grupo; cada grupo estuda um dos paradoxos, depois um dos representantes
grupo reconta sua essência, solução e também responde as questões colocadas).
O paradoxo fotométrico (explicado em detalhes pelo alemão cientista Heinrich Olbres em 1826): numa interminável

Universo, cheio de estrelas de forma caótica, um observador da Terra deve tropeçar constantemente com um olhar
a superfície de uma estrela (o brilho de um objeto não depende da distância a ele). Na realidade, este não é o caso.
Para explicar o paradoxo, Olbers sugeriu que há matéria espalhada no espaço interestelar,
que absorve a luz de estrelas distantes.
Assuntos para discussão:
1. Explique a impossibilidade de explicar o paradoxo fotométrico
a presença de matéria escura absorvente no Universo.
2. É possível explicar o paradoxo com base na existência do redshift?
Se sim, como?
3. Explique a veracidade da afirmação do cosmólogo soviético A.L.
Zelmanov, que argumentou que a compressão do Universo ocorrerá sem
testemunhas.
Respostas:
1.
Embora um século depois, a absorção interestelar de luz seja de fato
foi encontrado, não conseguiu resolver o paradoxo fotométrico, uma vez que eles mesmos
partículas de poeira no ilimitado e universo eterno, uniformemente preenchido com estrelas,
aqueceria à temperatura da superfície estelar e brilharia como estrelas.
O paradoxo fotométrico existe apenas em ambientes homogêneos e
universo em expansão,
universo estático isotrópico. Em teoria
desenvolvido por Alexander Friedman e Edwin Hubble, fotometria
o paradoxo não surge da existência de redshift. Como resultado do redshift, há uma diminuição
energia dos fótons recebidos.
2.
3. Como resultado do deslocamento do violeta, há um aumento na energia dos fótons que chegam e, como resultado,
calor morte da humanidade.
O paradoxo gravitacional (formulado em 1895 pelo astrônomo alemão H. Seeliger): usando a lei
Newton, em um Universo infinito uniformemente preenchido com matéria, é impossível calcular inequivocamente a força gravitacional em
dado ponto. Se for calculado pela soma das forças que atuam em um ponto de massa m, que são criadas
camadas concêntricas centradas no mesmo ponto, então zero será obtido. Se realizarmos o cálculo para concêntricos
camadas centradas em outro ponto, distante a uma distância r do dado, então a força gravitacional será força igual, com qual
uma bola de raio r atrai um ponto localizado em sua superfície.
Assuntos para discussão:
1. Que contradição o paradoxo gravitacional considera?
2. Se o paradoxo gravitacional ocorre, então a lei da gravitação universal é válida? Explique a resposta.
3. Expresse sua opinião sobre as duas soluções possíveis para o paradoxo.
Algumas sugestões para resolver o problema:

massa final da substância. É mais fácil supor que há apenas um número finito de coisas no universo.
stva. Esta hipótese foi considerada por Isaac Newton em uma carta a Richard Bentley. A análise mostrou que tal "estelar
vala "ao longo do tempo, sob a influência da influência mútua das estrelas, ou se unem em um corpo, ou se dissipam em um vazio sem fim.
interpretação moderna. A teoria da gravidade de Newton, como se viu no início do século 20, não é aplicável ao cálculo
e fortes campos gravitacionais. Não há paradoxo gravitacional na teoria geral da relatividade, uma vez que a força gravitacional
A tensão na relatividade geral é uma consequência local da geometria não euclidiana, de modo que a força é sempre definida de forma única e finita.
Os fundamentos desta teoria foram lançados em 1916 por A. Einstein (para o caso especial de um Universo estático). No geral
soluções cosmológicas foram encontradas por A.A. Friedman em 1922, que mostrou que um universo isotrópico homogêneo
deve ser não estacionário.
Propriedades do Universo não estacionário (Metagalaxia) preenchendo as lacunas da frase (texto preparado
emitido para cada aluno, trabalhando com o texto do livro didático, o aluno preenche as lacunas):
 O modelo do Universo não estacionário é baseado na detecção de redshift para galáxias distantes.
 Expansão da metagaláxia: a taxa de remoção de objetos distantes é determinada pela lei de Hubble:
, onde H=72
rH 
. O uso da lei de Hubble permite determinar a distância de objetos distantes e a idade da Metagalaxia:
km

Mps
Com
,
t M
r


H

13
910
1
H
. A teoria de uma metagaláxia em expansão dá as leis das mudanças de temperatura e densidade:
anos
T

10

102,1
t

K
,

5105,4

2
t
G
3
cm
, t – tempo expresso em segundos.
 Composição química Metagaláxias: hidrogênio cerca de 75%, hélio - cerca de 25%.
 Cumprimento do princípio antropogênico, segundo o qual a evolução da Metagaláxia vai na direção
levando ao surgimento de seres inteligentes.
ρ
densidade da matéria (
Essa dependência é determinada pelo valor densidade crítica
 O comportamento adicional da Metagalaxy é determinado por sua densidade média: dependendo do valor da média
) a expansão pode ocorrer indefinidamente no tempo ou, com o tempo, será substituída pela contração.
. Comportamento da Metagaláxia no futuro

3 2
H
cr
G
8

incerto devido à disponibilidade matéria escura, cuja existência é difícil de detectar pela sua radiação e
incluindo até 95% de toda a matéria - buracos negros, estrelas de baixa massa e baixa luminosidade, neutrinos, etc.

4. Pode haver uma expansão infinita do Universo?
5. O que elementos químicos mais no Universo e quando eles se formaram?

Respostas:

"Modelo do "universo quente": no passado, radiação e matéria interagiam efetivamente entre si, entre
eles tiveram uma interação termodinâmica. A temperatura da matéria e da radiação era a mesma e alta -
O universo era "quente".
Perguntas para discussão frontal:
1. Por que as galáxias se espalham, embora no momento em que Big Bang ainda não existia?
2. Por que o Universo não é estacionário?
3. A expansão cosmológica da Metagaláxia afeta a distância entre a Terra e: a) a Lua; b) centro
Galáxias; c) a galáxia M31 na constelação de Andrômeda; d) o centro de um superaglomerado local de galáxias?
1. Galáxias se formaram a partir de matéria em expansão e mantiveram seu momento.
2. A principal força no espaço é a gravidade, que tende a coletar toda a matéria. Equilíbrio em ação
a gravidade por si só é impossível. Dependendo do tamanho velocidade inicial substância pode ser ilimitada
expandir ou expandir com desaceleração
3. A expansão cosmológica não envolve sistemas gravitacionalmente ligados ( sistema solar, galáxia,
aglomerados de galáxias). Portanto, nesses casos, a expansão cosmológica não afeta as distâncias entre a Terra e
objetos especificados.
4. Se a densidade média da matéria no Universo for menor que a densidade crítica pcr = 3  1027 kg/m3, então o Universo
se expandirá indefinidamente. Estimativas contemporâneas a densidade média da matéria visível dá o valor p = 3 1028
kg/m3. A contabilização da massa oculta pode aumentar esse valor. Assim, a questão do futuro do universo ainda não foi resolvida.
5. Em massa, o Universo contém mais hidrogênio (77,4%) e hélio (20,8%). Hidrogênio e hélio formados em 5 minutos
após o início do Big Bang.
Conteúdo aproximado da tabela "Fases de evolução do Universo"
eras
Hora de
"começando com
Fases da evolução
Temperatura, Densidade K, g/cm3
Plankovskaya
Nascimento de grávitons relíquia
?
?

Andronnaya
a 10
5
Limite de aplicabilidade da teoria relativista
gravidade
A ocorrência de assimetria de carga
Aniquilação de nucleons e antinucleons
lépton
10
4
Limite de aplicabilidade de testado experimentalmente
leis da física
Aniquilação do méson
A formação de um neutrino relíquia
radiação
Substâncias
10

3
10
10
2
10
10
6
9
10
10
Aniquilação de elétrons e pósitrons
Formação do hélio primordial
Separação CMB
A origem das estrelas e galáxias
Era moderna
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
94
78
16
14
10
12
10
10
10
7
4
2
10
21
10
27
10
30

PARADOXOS COSMOLÓGICOS

dificuldades (contradições) que surgem quando as leis da física são estendidas ao Universo como um todo. Clássico O paradoxo quântico é fotométrico (ou o paradoxo de Szezo-Olbers) e gravitacional (caso contrário, o paradoxo de Zeliger, ou Neumann-Zeliger).

Parece natural supor que em todos os lugares do espaço infinito do Universo sempre existam estrelas radiantes e que seus espaços médios. a densidade (o número de estrelas em um determinado volume de espaço) é geralmente diferente de zero. No entanto, neste caso, toda a superfície do céu teria que ser incrivelmente brilhante, como, por exemplo, a superfície do Sol; na verdade, o brilho da superfície do céu noturno é milhões de vezes menor. Suposições sobre a absorção de luz pelo meio interestelar, etc., não eliminam a fotometria. paradoxo e pode até amplificá-lo.

Sob condições semelhantes, surge o paradoxo gravitacional. Se em todos os lugares do Universo infinito existem massas gravitacionais e sua densidade média de distribuição não tende a zero rápido o suficiente quando se move para regiões cada vez maiores do espaço, então o potencial gravitacional newtoniano dessas massas não tem definição. valor final; abdômen. as acelerações do movimento dos corpos, calculadas com base na teoria newtoniana, podem ser obtidas indefinidamente ou indefinidamente grandes, etc.

Da existência desses paradoxos, muitas vezes foram tiradas conclusões sobre a necessidade de abandonar a aplicação das leis da física que conhecemos ao Universo, ou mesmo sobre a necessidade de abandonar a própria ideia do infinito do Universo. No entanto, ambos os paradoxos podem ser superados mesmo dentro da estrutura clássica. física, se apenas levarmos em conta as especificidades do infinito. Para uma região finita do espaço, a densidade média da matéria, igual a zero, significa vazio, a ausência de matéria. Para uma região infinita, tal distribuição é possível, quando a densidade média em alguma região arbitrariamente grande, mas finita, é arbitrariamente grande (mas finita) e, ao mesmo tempo, para todo o espaço infinito, é igual a zero. A ideia de tal esquema de distribuição foi apresentada já no século XVIII.

Lambert e matematicamente desenvolvido por Charlier em 1908-1922.

Entre os clássicos K.p. também pode ser atribuído termodinâmico. paradoxo - a conclusão sobre a inevitabilidade da morte térmica do Universo (ver também Entropia).

Esses paradoxos, surgindo no âmbito das ideias pré-relativistas, não têm lugar na cosmologia relativista. Paradoxo gravitacional com matemática. t.sp., aparentemente, deve sua origem à natureza das equações de campo da teoria da gravitação newtoniana (sua linearidade e elipticidade). Com físico t. sp. isso significa que a teoria de Newton não leva em conta certos seres. características do campo gravitacional, reveladas pela teoria de Einstein (em particular, a velocidade finita de propagação da interação). Fotométrico o paradoxo, em princípio, já é superado em virtude do fato de que o Universo, com t.sp. teoria da relatividade, não pode ser estático - todos os seus componentes de tamanhos suficientemente grandes devem sofrer deformação (ver Redshift). Sobre a superação da termodinâmica paradoxo, veja Heat Death of the Universe.

C.p. são principalmente um caso especial importante de física. paradoxos, mas eles, é claro, também inerentes à natureza da lógica. paradoxos, uma vez que surgem como resultado do uso de premissas, julgamentos e conclusões, os limites de aplicabilidade para-rykh na correspondência. estágio de desenvolvimento da ciência ainda não foi elucidado. As propriedades da matéria em movimento são infinitamente diversas, mas em cada estágio dado no desenvolvimento da ciência, procedemos apenas daquelas propriedades e fenômenos que já são conhecidos. Ignorância de certos seres. propriedades de conhecidos fenômenos (por exemplo, a velocidade finita de propagação da interação nos fenômenos da gravidade) ou aqueles fenômenos que são detectados apenas quando se deslocam para grandes escalas (por exemplo, os fenômenos do "recuo" das galáxias), como pode ser visto em o exemplo das forças gravitacionais. e fotométrico paradoxos, e cria os pré-requisitos para o surgimento de paradoxos. Em última análise, a base para o surgimento do fenômeno quântico deve ser buscada nas especificidades do próprio objeto da cosmologia, o Universo. É infinito no espaço-tempo e, portanto, ao aplicar quaisquer leis ou condições ao Universo como um todo, deve-se contar com as contradições do infinito, em particular, com a possibilidade de violar o axioma "o todo é maior que [sua correta] parte" (veja também Infinito, Universo, Cosmologia, Paradoxo).

O significado da teoria quântica para a cosmologia é principalmente heurístico. C. p. estreita muito o círculo de soluções possíveis para problemas cosmológicos. Problemas. Em essência, mesmo do simples fato de ser escuro à noite, segue-se que o Universo não pode ser arranjado arbitrariamente: de todos os esquemas concebíveis da estrutura do Universo, apenas aqueles que são livres de fotometria, etc., podem ser tomados no curso do desenvolvimento da cosmologia, alguns paradoxos são superados e outros surgem; a superação de cada um deles significa um avanço no conhecimento dos padrões gerais da estrutura do Universo.

Aceso.: Fesenkov V.G., Modern. idéias sobre o Universo, M.–L., 1949, cap. quatro; Parenago P. P., Curso de astronomia estelar, 3ª ed., M., 1954, §§ 36, 56; Zelmanov A.L., Não-relativista. gravitacional paradoxo e a teoria geral da relatividade, "Ciências físico-matemáticas" (Relatórios científicos do ensino superior), 1958, 2; dele mesmo, Fotométrico. paradoxo, TSB, 2ª ed., v. 45; sua própria, Gravidade. paradoxo, física. enciclopédico. dicionário, v. 1; Ηaan G.I., Sobre o moderno. estado da cosmologia. ciências, § 2, na coleção: Questões de cosmogonia, v. 6, M., 1958; Kipper A. Eu, sobre a gravidade. paradox, ibid., Vol. 8, M., 1962. Veja também lit. no Art. Cosmologia.

G. Haan. Tallin.

Enciclopédia Filosófica. Em 5 volumes - M.: Enciclopédia Soviética . Editado por F. V. Konstantinov. 1960-1970 .

PARADOXOS COSMOLÓGICOS, dificuldades (contradições) que surgem quando as leis da física são aplicadas ao Universo como um todo ou a áreas suficientemente grandes dele. Normalmente, o termo "paradoxos cosmológicos" combina paradoxos fotométricos, termodinâmicos e gravitacionais. O primeiro paradoxo cosmológico - o paradoxo fotométrico (paradoxo de Shezo-Olbers) - foi considerado independentemente pelo astrônomo suíço J. de Chezo no século XVIII e G. Olbers no início do século XIX. Sua essência reside no fato de que a suposição de um universo eterno e infinito contradiz o brilho aparente do céu. O raciocínio simples mostra que a suposição de uma distribuição uniforme de estrelas no espaço, bem como a suposição de um tempo infinito de sua existência, leva à conclusão de que um raio vindo de um observador em uma direção arbitrária, mais cedo ou mais tarde "encontrará " a superfície de alguma estrela. Deste raciocínio segue-se que o brilho de qualquer parte do céu deve estar próximo do brilho superfície solar, o que contradiz claramente as observações. A explicação para esse paradoxo é que em um Universo homogêneo isotrópico em expansão, o observador recebe radiação de distâncias não maiores que o horizonte de partículas, deslocado para a região vermelha do espectro, e de objetos nascidos após o início da expansão. Portanto, na cosmologia moderna, o paradoxo Szezo-Olbers está ausente.

Um dos mais discutidos na cosmologia moderna é o paradoxo termodinâmico. Este paradoxo está relacionado com a aplicação das leis da termodinâmica à cosmologia. A segunda lei da termodinâmica afirma que em qualquer Sistema fechado a entropia deve aumentar, reduzindo o número de estruturas no universo e aproximando a matéria nele de um estado homogêneo. Surge então a questão: por que o estado observado é tão diferente do estado exigido pela segunda lei da termodinâmica. Um de explicações possíveis- a suposição de que nossa parte do Universo é uma flutuação universo completo, que tem grande valor entropia. Na cosmologia moderna, essa teoria foi desenvolvida físico russo A. D. Linde (a chamada teoria do universo caótico). Segundo Linda, nosso universo é um "domínio" grande universo, além disso causalidade entre domínios individuais podem estar ausentes. O fato de nosso domínio ter propriedades observáveis ​​é explicado pelo princípio antrópico, que foi mais elegantemente formulado pelo cientista russo A. L. Zelmanov: “... estamos testemunhando processos certo tipo, uma vez que outros tipos de processos prosseguem sem testemunhas.

O terceiro paradoxo cosmológico é o paradoxo gravitacional (o paradoxo de Neumann-Seliger); é que a lei da gravitação universal de Newton aplicada a um universo infinito, homogêneo e isotrópico não dá uma resposta razoável à questão do campo gravitacional criado por sistema sem fim peso Para escalas cosmológicas, a resposta é dada pela teoria de A. Einstein, na qual a lei da gravitação universal é refinada para o caso de campos gravitacionais fortes.

Aceso. veja em st. Cosmologia.

Paradoxos cosmológicos do Universo

Paradoxos cosmológicos— dificuldades (contradições) que surgem quando as leis da física são aplicadas ao Universo como um todo ou a áreas suficientemente grandes dele. A imagem clássica do mundo do século XIX revelou-se bastante vulnerável no campo da cosmologia do Universo, devido à necessidade de explicar 3 paradoxos: fotométrico, termodinâmico e gravitacional. Você está convidado a explicar esses paradoxos do ponto de vista da ciência moderna.

Paradoxo fotométrico (J. Shezo, 1744; G. Olbers, 1823) se resumiu a explicar a pergunta "Por que está escuro à noite?".
Se o universo é infinito, então existem inúmeras estrelas nele. Com comparativamente distribuição uniforme estrelas no espaço, o número de estrelas a uma dada distância aumenta proporcionalmente ao quadrado de sua distância. Como o brilho de uma estrela diminui proporcionalmente ao quadrado da distância a ela, a diminuição da luz total das estrelas devido à sua distância deve ser exatamente compensada pelo aumento do número de estrelas, e todos esfera celestial deve brilhar uniformemente e brilhantemente. Essa contradição com o que se observa na realidade é chamada de paradoxo fotométrico.
Este paradoxo foi formulado pela primeira vez em sua totalidade pelo astrônomo suíço Jean-Philippe Louis de Chezo (1718-1751) em 1744, embora pensamentos semelhantes tenham sido expressos anteriormente por outros cientistas, em particular, Johannes Kepler, Otto von Guericke e Edmund Halley. Às vezes, o paradoxo fotométrico é chamado de paradoxo de Olbers, em homenagem ao astrônomo que o chamou a atenção no século XIX.
A explicação correta do paradoxo fotométrico foi oferecida pelo famoso escritor americano Edgar Poe no poema cosmológico "Eureka" (1848); um tratamento matemático detalhado desta solução foi dado por William Thomson (Lord Kelvin) em 1901. Baseia-se na finitude da idade do universo. Como (de acordo com dados modernos) não havia galáxias e quasares no Universo há mais de 13 bilhões de anos, as estrelas mais distantes que podemos observar estão localizadas a distâncias de 13 bilhões de anos-luz. anos. Isso elimina a premissa principal do paradoxo fotométrico - que as estrelas estão localizadas a qualquer distância arbitrariamente grande de nós. O Universo, observado a grandes distâncias, é tão jovem que as estrelas ainda não tiveram tempo de se formar nele. Note-se que isso não contradiz em nada o princípio cosmológico, do qual decorre a infinidade do Universo: não é o Universo que é limitado, mas apenas aquela parte dele onde as primeiras estrelas tiveram tempo de nascer durante o tempo em que luz veio até nós.
Alguma contribuição (significativamente menor) para a diminuição do brilho do céu noturno também é feita pelo desvio para o vermelho das galáxias. De fato, galáxias distantes têm em (1+ z) um comprimento de onda de radiação mais longo do que as galáxias a distâncias próximas. Mas o comprimento de onda está relacionado com a energia da luz pela fórmula ε= hc/λ. Portanto, a energia dos fótons recebidos por nós de galáxias distantes, em (1+ z) vezes menos. Além disso, se de uma galáxia redshift z dois fótons voam com um intervalo de tempo δ t, então o intervalo entre a aceitação desses dois fótons na Terra será em (1+ z) vezes maior, portanto, a intensidade da luz recebida é tantas vezes menor. Como resultado, obtemos que a energia total que chega até nós de galáxias distantes, em (1+ z)² vezes menos do que se esta galáxia não estivesse se afastando de nós devido à expansão cosmológica.

Paradoxo termodinâmico (Clausius, 1850) está associado à contradição entre a segunda lei da termodinâmica e o conceito de eternidade do Universo. De acordo com a irreversibilidade dos processos térmicos, todos os corpos do Universo tendem ao equilíbrio térmico. Se o universo existe indefinidamente, então por que Equilíbrio térmico na natureza ainda não ocorreu, mas processos térmicos ainda estão acontecendo?

Paradoxo Gravitacional

Escolha mentalmente uma esfera de raio R 0 para que as células de não homogeneidade na distribuição da matéria dentro da esfera sejam insignificantes e a densidade média seja igual à densidade média do Universo r . Seja um corpo de massa na superfície da esfera m, por exemplo, Galáxia. De acordo com o teorema de Gauss em um campo simétrico central, a força gravitacional do lado de uma substância com massa M, encerrado dentro da esfera, atuará sobre o corpo como se toda a matéria estivesse concentrada em um ponto localizado no centro da esfera. Ao mesmo tempo, o resto da matéria do Universo não contribui para essa força.

Vamos expressar a massa em termos de densidade média r: . Let Then - aceleração queda livre corpo ao centro da esfera depende apenas do raio da esfera R 0. Como o raio da esfera e a posição do centro da esfera são escolhidos arbitrariamente, há uma incerteza na ação da força sobre a massa de teste. m e direção de seu movimento.

(o paradoxo Neumann-Seliger, em homenagem aos cientistas alemães K. Neumann e H. Zeliger, 1895) baseia-se nas posições de infinito, homogeneidade e isotropia do Universo, tem um caráter menos óbvio e consiste no fato de que a lei de Newton da gravitação universal não dá nenhuma resposta razoável à pergunta sobre o campo gravitacional criado por um sistema infinito de massas (a menos que se faça suposições muito especiais sobre a natureza distribuição espacial essas massas). Para escalas cosmológicas, a resposta é dada pela teoria de A. Einstein, na qual a lei da gravitação universal é refinada para o caso de campos gravitacionais muito fortes.