Проблемы космологии
1) Проблема сингулярности
Сингулярность – особая область пространства, размеры которой составляют 1035 м (Планковская длина – 10–35 м), кроме того, так называется состояние Вселенной через 10–43 с после Большого взрыва, когда материя имела бесконечно большие плотность и температуру.
2) Определение массы во Вселенной.
Массу
Вселенной очень трудно определить, так
как в ней много пыли, газа, неизвестных
объектов, имеются нейтрино (
)
в большом количестве.
Нейтрино не имеет массы покоя, и следовательно не должна изменить массу Вселенной. Но по другим предположениям, масса нейтрино приблизительно составляет 0,001me (массы электрона).
Если нейтрино имеет массу, то масса Вселенной сразу возрастает вдвое.
3) Проблема темной материи.
Во Вселенной много мест, о которых ученым ничего неизвестно (темная материя). Поскольку неизвестна масса вещества во Вселенной, то неизвестна и плотность вещества в ней. В то же время будущее Вселенной находится в зависимости от плотности вещества во Вселенной. Если (G H2) < 0, то она будет бесконечно расширяться, если (G H2) > 0, то сжиматься.
Кривизна пространства
1. Геометрия на плоскости – эвклидова (неискривленная) геометрия. Можно указать признак: сумма углов в треугольнике равна 180 .
2. Геометрия Римана (искривленная), треугольник на шаре, сумма углов в треугольнике больше 180 .
3. Геометрия Лобачевского (искривленная), треугольник на седловине, сумма углов в треугольнике меньше 180 .
Геометрии Римана и Лобачевского имели огромное значение для развития теории относительности. В частности, математик Герман Минковский применил неэвклидовы геометрии для объяснения теории относительности. Эйнштейн предположил в общей теории относительности, что кривизну пространства можно объяснить наличием гравитационного поля, или поля тяготения. Он предложил использовать неинерциальные системы отсчета в качестве инерциальных, в которых имеется поле тяготения.
Таким образом, гравитационное поле, по предположению Эйнштейна, является причиной искривления пространства.
От чего будет зависеть гравитационное поле и кривизна пространства? На этот вопрос можно ответить, рассматривая закон всемирного тяготения.
сила
гравитационного притяжения.
Поскольку
масса (m)
зависит от плотности вещества и объема
тела (
,
где
– плотность вещества; V
– объем тела), то в конечном счете сила
гравитационного притяжения зависит от
плотностей
веществ
взаимодействующих тел. Кроме того, сила
гравитационного притяжения (величина
гравитационного поля) зависит от
расстояния (r)
между телами, и следовательно будет
изменяться при движении тел. Поэтому
мы можем сказать, что гравитационное
поле и кривизна пространства зависят
от плотности вещества и его движения.
В пределах нашей солнечной системы и даже за ее пределами пространство может считаться эвклидовым. Однако во Вселенной существуют объекты, вблизи которых пространство является существенно искривленным. К таким объектам относятся массивные тела, например Солнце, звезды, черные дыры и др.
Оказалось, что и развитие таких объектов, как сама Вселенная, зависит от плотности материи в ней.