/// HLEDÁM PRO TENTO WEB SPOLUPRACOVNÍKY (přispěvatele, recenzenty, programátory) /// NEJEDNÁ SE O KOMERČNÍ WEB (nečekejte horentní honoráře) /// VÍCE INFO - KLIKNĚTE

www.geneze.info

KOSMOLOGICKÉ MODELY

model (řazeny abecedně)popis
(model) 8 sfér Mezopotámie, cca druhé tisíciletí př.n.l.; představa osmi sfér, ze kterých je první lunární a v jejím středu leží Země
Anaxagorův model
(jónský model)
Anaxagoras (přelom konec 5. stol. př.n.l.); svět má tvar válce a my jsme na jeho plochém vršku; válec se volně vznáší v prostoru, hvězdy se nacházejí na kouli, která okolo válce rotuje a odnáší je každou noc pod válec; Měsíc svítí díky slunečnímu světlu (!)
Eddington-Lemaitrův model tzv. model "loudajícího se vesmíru"; tento model zohledňuje účinek odpovídajícího kosmologickému odpuzování (kosmologická konstanta) - vesmír se pomalu zbržďuje a po fázi téměř volného rozpínání ("loudání se") se začíná zrychleně rozpínat
r. 1993 předložil George Efstahiou výsledky pozorování, ve kterých byla předpokládána existence různých druhů temné hmoty a prokázal, že modely s kosmologickou konstantou se shodují se všemi daty, získanými z pozorování z povrchu Země i ze satelitů
Einstien - de Sitterův model byl navržen r. 1932 A.Einsteinem a W.de Sitterem jako nejjednodušší model (z Friedmannových modelů) - otevřený model vesmíru s časovým počátkem a bez konce, s plochou (euklidovskou) geometrií; je zde uplatněn vztah mezi dnešní a tehdejší vzdáleností; v modelu je překračována rychlost světla (viz rychlost nadsvětelná)
stáří vesmíru je počítáno dle vztahu tES = 2/3.tH, kde tH je Hubblův čas a dle nejnovějších pozorování po dosazení (pro Hubblovu konstantu H = 80), vychází stáří vesmíru dle tohoto modelu na cca 8 miliard let, což v rozporu s ostatními astronomickými a fyzikálními měřeními
Eudoxův model Eudoxos z Knidu (pol. 4. stol. př.n.l.); aby zdůvodnil pohyby planet, vymyslel model, který tvořila skupina soustředěných sfér (podobně jako Aristoteles věřil, že tyto sféry tvoří zvláštní jemná substance, pátý element - po vodě, ohni, vzduchu a zemi - , tzv. 'quinta essentia') a každému ze sedmi pohybujících se těles (Slunce, Měsíci a pěti tehdy známým planetám) přiřadil jednu nebeskou sféru
Eudoxos geometricky znázornil pozorovaný pohyb planet, které podle něho obíhaly po pevně daných sférách - nejvzdálenější sféra (k níž byly vztaženy všechny ostatní sféry) obsahovala hvězdy a otáčela se kolem středu vesmíru, v němž se nacházela Země, s periodou 24 hodin; jeho následníci pak tento model složitě "upravovali" přidáním dalších pomocných sfér (proměnná rychlost pohybu Slunce, retrográdní symčky planet - např. Mars potřeboval 7 pomocných sfér ...)
Friedmannův model A.Friedmann, 1922; jeho řešení rovnic zahrnovalo celou řadu (nekonečná množina) modelů, jež měla vždy společnou vlastnost:
  • prostorová uzavřenost, konečnost vesmíru: vesmír měl svůj časový počátek, od něhož začíná prostorová expanze, která se v průběhu zvolňuje až se zastaví a přechází v opětné smršťování, které se opět zrychluje až nastane velký křach; matematicky jsou tyto modely charakterizovány geometrickou veličinou - křivostí; vlastností těchto uzavřených modelů je kladná křivost k = +1 (sférické modely) - Riemannova geometrie; tyto modely jsou prostorově konečné a mají vždy konstantní, konečný objem, úměrný výrazu (1+z)3, při smršťování nabývá z záporné hodnoty proto i objem zůstává konstantní, avšak nemají žádnou hranici; logické úvahy co je za ním? vyplývají z představ o Euklidovské geometrii, avšak Riemannova geometri uvažuje jinak; jednotlivé uzavřené modley se liší pouze délkou trvání (od několika zlomků sekund po miliardy let) - o délce trvání rozhoduje decelerační parametr q (parametr zpomalení expanze), pro uzavřené modely q > 0,5 (čím vyšší je q, tím kratší je trvání vesmíru); velice nepravděpodobný model
  • prostorová otevřenost, nekonečnost vesmíru: tyto modely počítají s časovým počátkem (velký třesk), ale narozdíl od předešlých nemají časový konec (velký křach), rozpínají se neustále, avšak gravitace hmoty způsobuje zpomalování rozpínání vesmíru; mají zápornou křivost k = -1 (hyperbolické modely) - Gaussova-Lobačevského-Bolyaiova geometrie; tyto modely jsou prostorově nekonečné už od okamžiku Velkého třesku a navždy takové zůstávají, jediným konečným rysem je jejich časový počátek
  • mezi těmito modely je jeden mezní model, kde k = 0, a kde se jedná o klasickou Euklidovskou geometrii; od okamžiku Velkého třesku je vesmír prostorově nekonečný a rozpíná se trvale, avšak rychlost rozpínání se pozvolna blíží nule (q = +0,5); rychlost rozpínání bude rovna nule v nekonečné časové vzdálenosti; tento model je nejpravděpodobnější variantou pro dnešní reálný vesmír dle pozorování, resp. liší se nejméně
Friedmann-Lemaitreův model A.Friedmann (1922), G.Lemaître (1927); nezávisle objevili řešení Einsteinových rovnic; tyto modely zahrnují existenci Velkého třesku; Friedmann i Lemaître přijali Einsteinův předpoklad prostorové homogenity a izotropie vesmíru (kosmologický princip); rozdíl mezi Friedmannovým a Lemaîtreovým modelem je, že pro A.F. je kosmologická konstanta rovna nule, zatímco G.L. si ponechal možnost, že by konstanta mohla mít nenulovou hodnotu
A.F. i G.L. pracovali s Einsteinovými rovnicemi gravitačního pole a předpokládali, že vesmír je vyplněn hmotou stejnoměrně (homogenita) a která má určité jednoduché vlastnosti (izotropie) - postupně vznikl velký soubor řešení, mezi nimiž byl i původní Einsteinův statický model, jakož i pestrá řada rozpínajících se a smršťujících se modelů - každé řešení představovalo možný vesmír slučitelný s Einsteinovou teorií relativity
geocentrický model Ptolemaios; Země je nehybným středem vesmíru a kolem ní obíhá Měsíc, Merkur, Venuše, Slunce, Mars, Jupiter a Saturn; planety (bráno včetně Měsíce i Slunce) se pohybovaly po obvodu myšlených malých kružnic - epicyklech, jejichž středy se zase pohybovaly po obvodu větších kružnic - deferentech, soustředěných se Zemí; zcela chybný model, avšak z něho provedené výpočty pohybu nebeských těles byly docela přesné; tento model sloužil astronomům až do 16. století
Gödelův model K.Gödel; model vesmíru jako jedno z řešení Einsteinových rovnic gravitace; jedná se o matematický popis příslušné geometrie vesmíru; řešení K.Gödela umožňuje cestování časem do minulosti
Gödelův vesmír se nerozpíná ani nesmršťuje, místo toho se "pouze" otáčí; vzdálenosti mezi galaxiemi se nemění; galaxie se během svého krouživého pohybu v obrovských kruzích pohybují rychleji než světlo, což není v rozporu se speciální teorií relativity, ta říká, že vzájemná rychlost galaxií nesmí přesáhnout 'c', pouze v případě, když se jejich dráhy kříží, což se však v tomto případě nestane, protože galaxie zůstávají v konstantní vzdálenosti jedna od druhé; foton vyslaný v tomto vesmíru by se snažil pohybovat po přímce, ale díky rotaci vesmíru by fakticky prováděl široký obrat (jako bumerang); protože zde světlo opisuje smyčkovité trajektorie, umožňuje to zkrátit cestu napříč drahou fotonu a vrátit se tak v čase dříve než jste vůbec vyrazili
heliocentrický model I. M.Kopernik; Slunce je středem soustavy a kolem obíhají planety ve výlučně kruhových drahách; tyto úvahy vedly k chybám, které byly formálně řešeny zavedením pomocných epicyklů; Země se otáčí kolem své osy; předpokládala se konečnost a uzavřenost vesmíru; tento model platil v průběhu 16. století
heliocentrický model II. T.Brahe, J.Kepler, G.Bruno; vylepšený heliocentrický model Kopernikův; byly zavedeny eliptické oběžné dráhy planet (de Brahe, Kepler), v jejichž jednom společném ohnisku se nachází Slunce; vyvráceny názory na konečnost vesmíru (Bruno); tento model sloužil astronomům až do 20. století
(model) oscilujícího vesmíru jedná se o cyklus neustále se opakujících etap: Velký třesk (VT), Velký stop (VS) a Velký křach (VK): VT » maximální rozepnutí vesmíru (VS) » VK = VT » VS » VK = VT atd.; dle kosmologického zákona o (ne)zachování energie má ovšem každý další vesmírný cyklus, resp. fotony vyšší energii; kromě toho, že si tento model zachovává (dnes přijímanou) teorii věčnosti v čase (díky nekonečnému množství cyklů) je tento scénář velice nepravděpodobný: předně si nemyslíme, že vesmír je uzavřený a poté také nemáme znalosti jaké fyzikální zákony platí v černých dírách a posledním faktem zůstává, že je velice paradoxní, aby něco v singularitách vůbec vznikalo
model otevřeného vesmíru vesmír vzniká a jeho historie se vyvíjí od časového počátku 0, tedy od Velkého třesku; další zde uvedené časové jednotky (roky) jsou tedy uváděny od počátku, resp. od Velkého třesku:
  • 1011: chladnutí bílých trpaslíků, neutronových hvězd a černých děr, svítí stále hvězdy hlavní posloupnosti (červení trpaslíci), i ty však v 1014 vychladnou, resp. ustanou termonukleární reakce; galaxie si uchvají dosavadní rozložení hmoty a rozměry (nebudou zářit v optickém oboru spektra - nebudou "vidět" - září jen v infračerveném a mikrovlnném oboru spektra
  • období do 1017 se hvězdy v galaxiích pohybují vůči sobě rychlostí stovek kilometrů za sekundu, tzn. že dochází k blízkým či těsným setkávání hvězd, jejichž počet roste s uplynulým časem, což má za následek narušení stabilních eliptických oběžných drah planet kolem centrálních hvězd; soustavy se naruší a galaxiemi se budou pohybovat samostatně hvězdy a planety;
  • 1018: vznikají supermasivní černé díry; zatímco se jádra galaxií gravitačně zhroutí, ostatní hvězdy se rozptýlí po mezigalaktickém prostoru - galaxie, kupy gal. přestanou existovat;
  • a/ 1020 - 1030: vývoj závisí na potvrzení teorie GUT, tedy na energii uvolněné z rozpadajících se protonů; v čase 1032 se poslední hvězdné zbytky rozpadnou - neexistují protony a neutrony: velice nízká hustota hmoty v tomto stadiu vesmíru (např. 1 elektron bude obsažen v pomyslné krychli o hraně 100000 světelných let), v tomto silně zředěném vesmíru se budou vyskytovat dále kladné pozitrony, hmota se rozloží na leptony, kdežto baryony zcela zmizí, resp. se rozloží na leptony, (potvrzerní GUT); všechny částice postupně ztrácejí svou kinetickou energii přímo úměrně délce (nekonečné?!) rozpínání vesmíru; pominul jsem ovšem černé díry, které v tomto stadiu vesmíru nijak nepoznamenalo rozpadání protonů - dle Hawkingova procesu kvantového vypařování černých děr
    b/ 1020 - 1030: nepotvrdí-li se GUT, tzn. nerozpadá-li se proton v době 1032 let, pak by nedošlo k ohřevu hvězdných zbytků rozpadem protonů ani by nedošlo k rozpadu baryonů na leptony, ale stabilní a chladné hvězdné zbytky se postupně mění na hvězdy ze železa; k těmto kvantovým procesům by došlo v době asi 101500 let po VT; podobný degradační kvantový proces by postupně změnil železné hvězdy na hvězdy neutronové v době asi 101600 let po VT; v době 101076 by se neutronové hvězdy kvantově zhroutily v černé díry; dle Hawkingova procesu vypařování černých děr se tyto málo hmotné černé díry (méně než 1,4 hmotnosti Slunce) vypaří o mnoho rychleji než supermasivní černé díry v případě potvrzení teorie GUT, tzn. varianty a/ - vypaří se v době 101076 + 1067 let - vzniká prostor plný leptonů a fotonů, jeichž energie neustále klesají (viz zde zákon zachování energie);
  • varianta a+b/ za nekonečně dlohou dobu po VT bude teplota a hustota klesat k nule, které však dosáhnou za nekonečně dlouhou dobu; v nekonečné budoucnosti otevřeného vesmíru navzájem anihilují všechny elektrony a pozitrony; z leptonů se zachovají pouze reliktní neutrina a nízkoenergetické fotony, tedy nastane éra záření
Ptolemaiův model viz zde 'geocentrický model'
model Randall(ové)-Sundruma teorie, podle které žijeme na bráně v nekonečném pětirozměrném prostoru o záporné křivosti (podobající se sedlu)
relativistický model přítomnost hmotných těles v soustavě způsobuje deformaci časoprostoru; přímá úměra mezi hmotností a velikostí deformace (největší deformace nacházíme v okolí Slunce a Jupitera); tento model platí od 1. pol. 20. stol.
de Sitterův model byl navržen r. 1917 (W.de Sitter); je zde počítáno s obdobím kosmické inflace
stacionární model H.Bondi, T.Gold, F.Hoyle (mírně jiná formulace); podle této teorie byl vesmír stále takový jako je nyní; když se vesmír rozpíná, neustále se vytváří nová hmota a vyplňuje mezery mezi galaxiemi; všechny otázky, proč se vesmír vyvíjí právě takto, jsou v této teorii zodpovězeny tím, že se jedná o jediný způsob, aby vesmír mohl zůstat pořád stejný
standardní model také teorie raného vesmíru; jedná se prakticky o teorii Velkého třesku: vesmír má svůj časový počátek a dále se vyvíjí; v této teorii jsou největší nedostatky ve vysvětlení první setiny sekundy počátku vesmíru (nutnost definice přesnějších počátečních podmínek); dnes obecně přijímaný model vesmíru
s.m.v. říká, že v zásadě existují tři možnosti pro geometrii našeho lokálního prostředí: vesmír je buď plochý, nebo všude kladně zakřivený, nebo všude záporně zakřivený; slovo 'všude' zde znamená jen tak daleko, kam lze dohlédnout, tedy do éry prvotního záření - předtím mohl být vesmír "hrbolatý" či "hrudkovitý"
Thalétův model
(jónský model)
Thalét Milétský (přelom 6. a 7. stol. př.n.l.); Země je plochý disk obklopený vodou; odvodil jej z faktu, že pozorování horizontu budí zdání, že Země je plochá a navíc Země plave ve vodě, protože tato voda stoupá vzhůru z vyvrtaných artézských studní, voda je též nad námi v podobě deště a jakkoli daleko tehdejší obchodníci dorazili, vždy došli na okraj zemského disku obklopeného vodou - logický důsledek dedukce, která vysvětluje podstatu (tehdejších) základních každodenních zkušeností
trojrozměrný model vesmíru modely ukázaly, že rozložení galaxií v prostoru není zcela nahodilé, jak by plynulo z aplikace kosmologického principu. Galaxie vytvářejí různé shluky několika celků o velikostech řádově v milionech světelných let.
Naše Mléčná dráha náleží do místní skupiny (např. spolu s galaxií v Andromedě) galaxií, která obsahuje asi dalších 30 galaxií různých velikostí, hnotností i tvarů v prostoru o poloměru cca 5 mil. ly (viz kupy galaxií)
model uzavřeného vesmíru vesmír konečný v čase a v prostoru; hustota takového vesmíru je nadkritická, tzn. že působení vlastní gravitace hmoty postupně zcela zabrzdí rozpínání vesmíru a začne se smršťovat; změna Hubbleova vztahu mezi rostoucím červeným posuvem a vzdáleností galaxií: zpočátku budou blízké galaxie vykazovat posuv modrý a vzdálené galaxie posuv červený (světlo z nich se na cestu vydalo v době kdy se vesmír ještě rozpínal) až se časem všechny posuvy změní na modré; po začátku smršťování vesmíru zde začne přibývat energie: jestliže fotony při rozpínání vesmíru chladnou, tak naopak při smršťování získávájí energii a roste jejich teplota aniž by někde jinde ve vesmíru jiné fotony svou energii ztrácely - neplatí zde klasické zákony fyziky o zachování energie (viz zde); foton získá tím více nergie, čím více je na okraji horizontu vesmíru, tedy ty nejdříve v historii vesmíru emitované; v posledních miliardách let před Velkým křachem se vzdálenosti mezi kupami a nadkupami galaxií natolik zmenší, že splynou v souvislé moře galaxií a v posledních sto milionech let před Velkým křachem začnou splývat i samotné galaxie: vzroste pohyb členů galaxií (hvězd) na relativistické rychlosti (cca rychlost světla); 300000 let před Velkým křachem dosáhne teplota reliktního záření 3000 Kelvinů a vesmír se stává neprůhledným pro světlo a obloha bude stejnoměrně jasná jako povrch běžných hvězd - všechny pevné a kapalné látky se vypaří a v čase 1000 let před Velkým křachem vzroste fotonový žár natolik, že se vypaří i zbylé hvězdy; závěrečné stadia vývoje se podobají prvotním stadiím v obráceném časovém sledu; ovšem oproti Velkému třesku vesmír v době Velkého křachu obsahuje i množství černých děr, které se stanou jednou supermasivní černou dírou kam spadnou i poslední zbytky vypařených hvězd; závěrečná singularita je souměrná k počáteční; tato podobnost singularit vedla k teorii oscilujícího vesmíru (viz zde)

WebArchiv - archiv českého webu
Valid XHTML 1.0 Strict
Valid CSS!
na Vaše připomínky čeká autor webu: Martin Hrábek (email)