Тема 20: Космология

1.Научная космология начала развиваться в …

XX веке на основе общей теории относительности

Древней Греции на основе натурфилософской картины мира Аристотеля

эпоху Возрождения на основе гелиоцентрической системы Коперника

XVII веке на основе классической механики Ньютона

Решение:

Впервые возможность поставить задачу научного описания свойств Вселенной в целом появилась в начале XX века после создания общей теории относительности, связывающей свойства пространства, времени и материи.

2.На рисунке приведена карта реликтового излучения, построенная по результатам спутниковых измерений. Каждая точка карты соответствует определенному направлению небесной сферы, с которого принималось реликтовое излучение, цвет этой точки соответствует интенсивности излучения с этого направления. Переход от одного цвета к другому соответствует изменению интенсивности примерно на 10–6 (то есть на 0,000001) от ее среднего значения по всем направлениям. Карта позволяет сделать вывод, что реликтовое излучение …

практически изотропно

полностью изотропно

сильно анизотропно

имеет в основном зеленоватый цвет

Решение:

Реликтовое излучение – это тепловое излучение молодой Вселенной. В его свойствах отпечаталось состояние Вселенной той далекой эпохи (13 миллиардов лет назад), когда она была горячей и непрозрачной (плотной). Поэтому свойства реликтового излучения так важны для космологов.

Условный цвет на карте не следует путать с реальным цветовым ощущением, которого реликтовое излучение не создает, ведь оно сосредоточено в радиодиапазоне электромагнитных волн.

Поскольку на карте присутствует не более десятка разных цветов, это означает, что интенсивность реликтового излучения, приходящего с разных направлений небесной сферы, различается не более, чем на десять миллионных долей от ее среднего значения. Таким образом, интенсивность реликтового излучения практически не зависит от направления или, в научной терминологии, реликтовое излучение практически изотропно. Это означает, что в эпоху отделения излучения от вещества, то есть 13 миллиардов лет назад, Вселенная тоже была практически изотропной, а те неоднородности, которые мы наблюдаем сейчас (галактики, их скопления и сверхскопления) сформировались позднее, в ходе эволюции Вселенной.

3. Суть открытия, сделанного американским астрономом-наблюдателем Э. Хабблом в 20-х годах XX века и ставшего эмпирической основой для становления научной космологии, заключалась в том, что галактики …

удаляются друг от друга тем быстрее, чем больше расстояние между ними

преимущественно удаляются друг от друга, а не сближаются

сближаются тем быстрее, чем больше расстояние между ними

преимущественно сближаются друг с другом, а не удаляются

Решение:

Еще до работы Хаббла, вышедшей в 1929 г., было известно (по крайней мере, с 1912 г.), что в спектрах большинства галактик наблюдается красное смещение, то есть они удаляются от нашей Галактики (и друг от друга). Заслуга Хаббла заключается в наблюдательном выяснении того факта, что скорость удаления галактик друг от друга v пропорциональна расстоянию l между ними (закон Хаббла): Из этого закона немедленно следует, что Вселенная как целое расширяется из некоторого особого начального состояния, что блестяще подтвердило теоретические соображения А. А. Фридмана и других первых космологов.

4. Сходство между Большим Взрывом (процессом, в ходе которого образовалась и приобрела свои свойства наша Вселенная) и обычным взрывом артиллерийского снаряда состоит в том, что …

расстояния между галактиками с течением времени увеличиваются, подобно тому, как разлетаются в разные стороны осколки взорвавшегося снаряда

и осколки снаряда, и галактики разлетаются по направлению от определенной точки в пространстве – центра взрыва

движущей силой расширения и Вселенной, и продуктов взрыва снаряда является давление раскаленных газов

расширение происходит только в ограниченной области (которую успела охватить ударная волна от взрыва), а за пределами этой области никакого расширения нет

Решение:

Термин «Большой взрыв» несколько неудачен в том смысле, что он сильно дезориентирует широкую публику относительно сущности космологических процессов. Между взрывом снаряда и Большим взрывом нет практически ничего общего. Космологическое расширение охватывает всю бесконечную Вселенную, а не какую-то ограниченную область, как расширение газов при обычном взрыве. Движущей силой разбегания галактик служит изменение геометрических свойств пространства (точнее, пространства-времени), а не действие (давление) какой-то силы со стороны какого-то тела или среды. У расширения Вселенной нет центра – из любой ее точки наблюдатель увидит одну и ту же картину удаляющихся от него галактик. Лишь в том, что расстояния между галактиками с течением времени растут, можно провести аналогию с разлетающимися после взрыва осколками снаряда. И то, аналогия эта будет довольно условной, поскольку разлетающиеся осколки движутся относительно неизменного пространства, в то время как галактики, грубо говоря, уносит друг от друга растяжение разделяющего их пространства.

5. Расширение Вселенной происходит …

однородно, без какого-либо особого или выделенного центра расширения

во все стороны от центра Большого взрыва, произошедшего в нашей Галактике

быстрее в плоскости Галактики, чем в перпендикулярном направлении

со скоростью, которая за все время существования Вселенной не изменилась

Решение:

Согласно современным представлениям, расширение Вселенной происходит однородно и изотропно, то есть одинаково во всех ее частях и во всех направлениях. Скорость же расширения с течением времени менялась. В частности, сейчас Вселенная переживает эпоху перехода от расширения с замедлением к расширению с ускорением.

6. Согласно современным космологическим представлениям, расширение Вселенной …

ускоряется и будет происходить, чем дальше, тем быстрее

за всю историю Вселенной не изменило свою скорость и не изменит ее в будущем

замедляется и будет продолжаться, пока скорость расширения не упадет практически до нуля

в настоящее время замедляется и вскоре (по космическим масштабам) сменится сжатием

Решение:

Классические космологические модели говорили, что расширение Вселенной должно постепенно тормозиться за счет взаимного притяжения находящейся в ней массивных тел (галактик и звезд). Однако в последние годы выяснилось, что более половины всей материи во Вселенной – это так называемая «темная энергия», равномерно заполняющая пространство и создающая своеобразную силу всемирного отталкивания. В настоящее время эта сила уже несколько превосходит совокупную силу тяготения обычной материи, и потому расширение Вселенной начинает ускоряться. Факт ускоряющегося расширения Вселенной уже получил ряд наблюдательных подтверждений.