🗊Презентация Фундаментальные представления современной астрономии. Особенности их введения в школе

Клавдий Птолемей ( 87-165 гг.) (Κλαύδιος Πτολεμαῖος, лат. Ptolemaeus) С 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения. Автор классической античной монографии «Альмагест».

Николай Коперник (Mikołaj Kopernik) Николай Коперник (Mikołaj Kopernik) 19 февраля 1473, Торунь — 24 мая 1543, Фромборк De revolutionibus orbium coelestium («Об обращении небесных сфер»). Нюрнберг, 1543 год

Ти́хо Бра́ге (Tyge Ottesen Brahe) Ти́хо Бра́ге (Tyge Ottesen Brahe) 14 декабря 1546, Кнудструп, Дания (ныне территория Швеции) — 24 октября 1601, Прага)

Иоганн Кеплер (Johannes Kepler) Иоганн Кеплер (Johannes Kepler) 27 .12.1571 года, Вайль-дер-Штадт - 15 .12.1630 года, Регенсбург) 

«Любезный читатель! «Любезный читатель! В этой книжке я вознамерился доказать, что всеблагой и всемогущий Бог при сотворении нашего движущегося мира и при расположении небесных орбит избрал за основу пять правильных тел, которые со времен Пифагора и Платона и до наших дней снискали столь громкую славу, выбрал число и пропорции небесных орбит, а также отношения между движениями выбрал в соответствии с природой правильных тел.»

тетраэдр (4 треугольные грани), тетраэдр (4 треугольные грани), куб (6 граней-квадратов), октаэдр (8 треугольных граней), додекаэдр (12 пятиугольных граней), икосаэдр (20 треугольных граней)

В 1600 году Кеплер прибывает в Прагу. Проведённые здесь 10 лет — самый плодотворный период его жизни. В 1604 году Кеплер публикует свои наблюдения сверхновой, называемой теперь его именем. В 1600 году Кеплер прибывает в Прагу. Проведённые здесь 10 лет — самый плодотворный период его жизни. В 1604 году Кеплер публикует свои наблюдения сверхновой, называемой теперь его именем. В 1610 году Галилей сообщает Кеплеру об открытии спутников Юпитера. Кеплер встречает это сообщение недоверчиво и в полемической работе «Разговор со Звёздным вестником» приводит несколько юмористическое возражение: «непонятно, к чему быть [спутникам], если на этой планете нет никого, кто бы мог любоваться этим зрелищем»

1 и 2 законы Кеплера 1 и 2 законы Кеплера были сформулированы в 1609 году в книге «Новая астрономия» (осторожности ради, он относил их только к Марсу).

В 1618 году Кеплер открывает третий закон: В 1618 году Кеплер открывает третий закон: отношение куба среднего удаления планеты от Солнца к квадрату периода обращения её вокруг Солнца есть величина постоянная для всех планет: a³/T² = const. Этот результат Кеплер публикует в завершающей книге «Гармония мира», причём применяет его уже не только к Марсу, но и ко всем прочим планетам (включая, естественно, и Землю), а также к галилеевым спутникам.

Нормальные звезды

Нормальные звезды

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела (1910 г.)

Телескоп Хаббла Телескоп Хаббла 24 апреля 1990

В наиболее простом случае пустого пространства В наиболее простом случае пустого пространства (тензор энергии-импульса равен нулю) одно из решений уравнений Эйнштейна описывается метрикой Минковского Специальной Теории Относительности

Пространства разной кривизны

Первую попытку описания Вселенной на основе ОТО предпринял Эйнштейн в 1917 г. Первую попытку описания Вселенной на основе ОТО предпринял Эйнштейн в 1917 г. Он считал, что безграничная Вселенная замкнута на себя, пространственно конечна и стационарна во времени. Её радиус кривизны не должен меняться. Однако, при решении мировых уравнений не удается получить устойчивую стационарную модель мира.

А.Эйнштейн: Замечание к работе А. Фридмана "О кривизне пространства" А.Эйнштейн: Замечание к работе А. Фридмана "О кривизне пространства" Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся в упомянутой работе, представляются мне подозрительными. В действительности оказывается, что указанное в ней решение не удовлетворяет уравнениям поля <...> значение этой работы в том и состоит, что она доказывает постоянство радиуса мира во времени. 18 сентября 1922 г.

Расширение Вселенной

А.Эйнштейн: К работе А.Фридмана "О кривизне пространства" А.Эйнштейн: К работе А.Фридмана "О кривизне пространства" В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет. Оказывается, что уравнения поля допускают наряду со статическими также и динамические (т.е. переменные относительно времени) решения для структуры пространства. 31 мая 1923 г.

Эйнштейн ввёл в уравнения дополнительный "космологический член" Л (ламбда). Эйнштейн ввёл в уравнения дополнительный "космологический член" Л (ламбда). Эта постоянная величина имела необычный физический смысл силы отталкивания, призванной уравновесить взаимное тяготение масс Вселенной. Для её введения у Эйнштейна не было достаточных оснований.

Закон Хаббла

Инфляция. (А. Старобинский, А. Гут. 1979 г.)

Проблемы… Проблема флуктуаций плотности Возмущения, повлекшие гравитационные уплотнения, приведшие к формированию галактик, должны иметь изначальное происхождение; откуда они взялись? Проблема космологической постоянной Почему космологическая постоянная на 120 порядков величины меньше, чем ожидается из теории квантовой гравитации? Проблема темной материи Из какого вещества состоит в основном Вселенная? Расчеты нуклеосинтеза показывают, что темная материя Вселенной не состоит из обычной материи - нейтронов и протонов?

Квантование гравитации

Динамика структурирования вещества Вселенной

Распределение плотности вещества на больших масштабах (компьютерная модель)

Флуктуации реликтового фона

Пространственно-временная пена Вселенная рождается из квантовых флуктуаций высокоэнергетического физического вакуума. Пузырьки физического вакуума то и дело возникают и лопаются, достигнув так называемого планковского размера в 10-33 см.  Топологические свойства разных пузырьков могут сильно различаться. Внутри них могут быть различны свойства пространства-времени. Например, пространственная размерность может отличаться от трех, а временная — от единицы. Аналогичная несхожесть может проявляться и в свойствах материи. 

Один из пузырьков – наш…

Современное представление о соотношении вещества и энергии Вселенной

Модель Лямбда-CDM ΛCDM —стандартная космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной Λ в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (Cold Dark Matter). Согласно этой модели возраст Вселенной равен 13,75 ± 0,11 млрд лет.

И что же это такое? Тёмная материя - гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам. Обнаружение тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально быстрой скорости вращения внешних областей галактик.

Тёмная энергия — феномен, проявляющийся в обнаруженном нарушении закона Хаббла: Вселенная расширяется с ускорением. Тёмная энергия — феномен, проявляющийся в обнаруженном нарушении закона Хаббла: Вселенная расширяется с ускорением. Самое простое объяснение заключается в том, что тёмная энергия — это просто «стоимость существования пространства»: то есть, любой объём пространства имеет некую фундаментальную, неотъемлемо присущую ему энергию. Её ещё иногда называют энергией вакуума, поскольку она является энергетической плотностью чистого вакуума. Это и есть космологическая константа, иногда называемая «лямбда-член» (по имени греческой буквы Λ, используемой для её обозначения в уравнениях общей теории относительности). Введение космологической константы в стандартную космологическую модель, основанную на метрике Фридмана — Лемэтра — Робертсона — Уокера, привело к появлению современной модели космологии, известной как лямбда-CDM модель.

Альтернативный подход исходит из предположения, Альтернативный подход исходит из предположения, что тёмная энергия — это своего рода частицеподобные возбуждения некоего динамического скалярного поля, называемого квинтэссенцией. Отличие от космологической константы в том, что плотность квинтэссенции может варьироваться в пространстве и времени. Чтобы квинтэссенция не могла «собираться» и формировать крупномасштабные структуры по примеру обычной материи (звёзды и т. п.), она должна быть очень легкой, то есть иметь большую комптоновскую длину волны. Никаких свидетельств существования квинтэссенции пока не обнаружено, но исключить такое существование нельзя. Гипотеза квинтэссенции предсказывает чуть более медленное ускорение Вселенной, в сравнении с гипотезой космологической константы.

Существование скалярных полей предсказывается стандартной моделью и теорией струн, но при этом возникает проблема, аналогичная варианту с космологической константой: теория ренормализации предсказывает, что скалярные поля должны приобретать значительную массу. Существование скалярных полей предсказывается стандартной моделью и теорией струн, но при этом возникает проблема, аналогичная варианту с космологической константой: теория ренормализации предсказывает, что скалярные поля должны приобретать значительную массу. В некоторых моделях поле квинтэссенции имеет плотность, которая подстраивается к плотности излучения (не достигая её) до того момента развития Большого Взрыва, когда складывается равновесие вещества и излучения. После этого момента квинтэссенция начинает вести себя как искомая «тёмная энергия» и в конце концов господствует во Вселенной. Такое развитие естественным образом устанавливает низкое значение уровня тёмной энергии.

Как увидеть темную материю

Ультрарелятивистские объекты

Квазары и пульсары

Квазары

Может быть, так все происходит?

Экзотика (И. Д. Новиков, К. Торн)

Возможно, скоро будут найдены принципиально новые подходы к описанию того, что мы видим… Возможно, скоро будут найдены принципиально новые подходы к описанию того, что мы видим… Возможно, что статья с этими новыми идеями уже поступила в редакцию какого-нибудь научного издания. Подобно тому, как в 1917 году в редакцию журнала “Annalen der Physik” поступила статья молодого служащего патентного бюро…