Обновление космологической лекции. Космологические теории, эффект Допплера, закон Хаббла, понятие сингулярности, состав Вселенной, тёмная материя, тёмная энергия, инфляция, свойства пространства, мультивселенная. Прочитано: * на профильной смене "Академия достижений" 14 августа 2017 г. * на Летней физико-математической школе НГУ в августе 2017 г. * на Августовской олимпиадной школе НГУ 29 августа 2017 г.

1. Вселенная:
от Большого Взрыва до наших дней
Илья Олегович Орлов
Большой новосибирский планетарий
Новосибирский государственный университет

2. Космология – это про что?
 Крупномасштабные структуры
 Откуда взялась наша Вселенная?
 Что будет со Вселенной дальше?
 Какие законы действуют во Вселенной?
 Есть ли другие Вселенные?
 (можно ли туда попасть?  )

3. Основные теории
 Всё создал Бог, и Ему виднее
 (неконструктивно, недоказуемо)
 Стационарная Вселенная
 (всё всегда было так, как есть сейчас)
 Теория Большого Взрыва
 (когда-то всё было совсем не так)

4. Как мы дошли до жизни такой
 Наблюдательная астрономия «дипскай»
+
 Физика элементарных частиц и полей
+
 Общая теория относительности
=
 Модель эволюции Вселенной в целом

5. Эффект Доплера
 Изменение частоты света (и высоты звука) при движении источника
 Можем определять скорости объектов

6. Закон Хаббла
 Чем дальше объект от нас, тем быстрее он от нас удаляется:
V = H r
 Вся Вселенная от нас убегает??
 Значит, когда-то все объекты были ближе?
 Может, когда-то вся Вселенная была сверхплотной точкой?

7. Теория Большого Взрыва
 In the beginning, there was… nothing
 which exploded.
 Terry Pratchett, Lords and Ladies
 В начале было… ничего,
 которое потом взорвалось.
 Терри Пратчетт, «Дамы и Господа»

8. Как всё началось?
 Когда-то Вселенная была сверхмалой сверхплотной сверхгорячей
точкой с огромной концентрацией энергии
 Температура 1032 К
 Плотность 1093 г/см3
 Размер 10-35 м
 После этого она постепенно расширяется и охлаждается
 Сингулярность

9. Эволюция Вселенной

10. Темная материя
 Измерили угловые скорости вращения далёких звезд в Галактике
 (Вера Рубин, 23.07.1928 – 25.12.2016)
 По законам Кеплера оценили общую притягивающую массу
 Не сошлось 
 Притягивает сильнее, чем должно!

11. Тёмная материя
 Имеет массу
 гравитационно воздействует на «обычную» материю
 Скапливается в галактиках
 образует сферически симметричные облака
 Практически не взаимодействует с «обычной» материей
 Неизвестный тип элементарных частиц
 В 5 раз больше по массе, чем «обычной» материи

12. Хаббл и дипскай
 По эффекту Допплера измеряем скорости очень далёких объектов
 Миллиарды световых лет от нас
 Вселенная расширяется с ускорением
 Тёмная энергия (~73 % энергии Вселенной)
 Вообще непонятно, что это такое

13. Тёмная энергия = 73 %
 НЕ материя!
 энергия неизвестного поля
 Обеспечивает ускоренное
разбегание Вселенной
 Равномерно распределена
по Вселенной
 Свойство вакуума?

14. Состав Вселенной

15. Инфляция
 Теория инфляционной Вселенной (1981, Гут + Старобинский)
 Когда-то Вселенная расширялась со скоростью,
превышающей скорость света
 Реликтовое излучение
 Однородность пространства
(«плоская Вселенная»)

16. Горизонт наблюдений
 Мы можем видеть не все объекты во Вселенной!
 даже идеальным телескопом
 Радиус области видимости –
13,7 млрд световых лет
 Общий радиус Вселенной –
~100 млрд. световых лет

17. In the beginning there
was…

18. Пространство-время
 Пространство:
 однородное и изотропное
 плоское (сумма углов треугольника = 180°)
 трёхмерное (X-Y-Z)
 И всё это неправда 

19. Мультивселенная

20. итого
 Вселенная возникла как фазовый переход («пузырёк») в сплошной
среде скалярного поля неизвестных свойств и размерностей
 Диаметр пузырька – ~100 млрд. св. лет.
Видим только ~14 млрд. св. лет.
 «Рядом» могут быть другие Вселенные
 Прокопать туннель не выйдет… 

21. Вселенная:
от Большого Взрыва до наших дней
Илья Олегович Орлов
Большой новосибирский планетарий
Новосибирский государственный университет
orlovio@gmail.com
vk.com/orlovio