Κοσμολογία

Κοσμολογία

Για τις κοσμολογικές απόψεις των αρχαίων λαών βλέπε Κοσμογονία

Είναι η επιστήμη που μελετά την Κοσμογένεση δηλ. την δημιουργία και εξέλιξη του Σύμπαντος.

Γενικά
Η κοσμολογία, που είναι κλάδος της Αστροφυσικής με επεκτάσεις και σε άλλες επιστήμες (Φιλοσοφία, Χημεία, κ.ά.), είναι μια σύγχρονη επιστήμη που μελετά τη δομή του Σύμπαντος σε μεγάλη κλίμακα, την προέλευσή του, τα στάδια της εξέλιξης του και την κατάληξη που θα έχει.

Αντίθετα η Κοσμογονία ασχολείτο από τους αρχαίους χρόνους (Κοσμογονία Ησιόδου, Descartes, Kant, Laplace, κ.ά.) με τη μελέτη της δημιουργίας των αντικειμένων μέσα στο Σύμπαν και ειδικώτερα με το Ηλιακό Σύστημα.

Αντικείμενα Μελέτης
Τα βασικά ερωτήματα που μπαίνουν σχετικά με το πως και πότε ξεκίνησε το Σύμπαν, πως δημιουργήθηκαν οι Γαλαξίες και απέκτησαν τη μορφή που βλέπουμε, πως γεννήθηκαν και πεθαίνουν τα αστέρια και πως θα εξελιχθεί τελικά το Σύμπαν αφορούν την σύγχρονη Κοσμολογία.

Αλλά πριν περίπου σαράντα χρόνια ήταν αδύνατο να απαντηθούν με σιγουριά πολλά ερωτήματα που αφορούσαν τη δημιουργία και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Όμως μετά από τα ευρήματα της παρατηρησιακής Αστρονομίας (Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων, ανάλυση κβάζαρ, διαστολή του σύμπαντος από τον Hubble, ευρήματα τωνυ διαστημικών παρατηρητηρίων Hubble, Chandra κ.ά.) η γνώση μας για το σύμπαν τεκμηριώθηκε με όλες εκείνες τις αποδείξεις για την θεμελίωση του Καθιερωμένου Μοντέλου ή όπως αλλιώς λέγεται Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης  όπως συμπληρώθηκε και με την θεωρία του Πληθωρισμού.

Κοσμολογική Αρχή
Σύμφωνα με την Κοσμολογική Αρχή το Σύμπαν είναι ισότροπο, δηλαδή για έναν σχετικά ακίνητο παρατηρητή παρουσιάζει τα ίδια φυσικά χαρακτηριστικά προς όλλες τις κατευθύνσεις, και ομογενές δηλαδή διέπεται από τους ίδιους φυσικούς νόμους στο σύνολο της έκτασης του. Η ισοτροπία αποδεικνύεται με την εξέταση της κατανομής των Γαλαξιών που παραμένει σταθερή σε κάθε διεύθυνση και της μόνιμης σταθερής έντασης μικροκυμάτων και ακτινοβολίας Χ από κάθε κατεύθυνση του Σύμπαντος. Η ομογένεια αποδεικνύεται από το γεγονός ότι η κατανομή των Σμηνών Γαλαξιών δεν παρουσιάζει σημαντική διαφορά στα δύο Γαλαξιακά ημισφαίρια, ούτε σημαντικές διαφορές συναρτήσει της απόστασης. Έχουμε ενδείξεις ομογένειας για κλίμακα της τάξεως των 10.000.000 parcec.

Θεωρία της Σχετικότητας και Κοσμολογία
Σύμφωνα με την θεωρία της σχετικότητας, ο Χρόνος δεν θεωρείται ξεχωριστό μέγεθος αλλά συνδυάζεται με τον χώρο σε μια τετραδιάστατη οντότητα γνωστή ως χωρόχρονος μέσα στον οποίο εξελίσεται το Σύμπαν.

Θεωρία Μεγάλης Έκρηξης

 * Δείτε το κύριο άρθρο επί του θέματος: Μεγάλη Έκρηξη

Στην επιστήμη της Κοσμολογίας, Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) ονομάζεται η θεωρία σύμφωνα με την οποία το Σύμπαν δημιουργήθηκε από μια υπερβολικά πυκνή και θερμή κατάσταση, πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Η θεωρία αυτή για τη δημιουργία του σύμπαντος είναι η πιο διαδεδομένη αυτή την στιγμή στην επιστημονική κοινότητα. Ο όρος Big Bang χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Fred Hoyle σε μια ραδιοφωνική εκπομπή του BBC, το κείμενο της οποίας δημοσιεύτηκε το 1950. Ο Χόιλ δεν χρησιμοποίησε τον ορο για να περιγράψει μια θεωρία, αλλά για να ειρωνευτεί τη νέα ιδέα. Παρόλα αυτά ο όρος έμεινε χάνοντας το ειρωνικό του περιεχόμενο.

Κοσμολογία της Συνεχούς Δημιουργίας

 * Δείτε το κύριο άρθρο επί του θέματος: Συνεχής Δημιουργία

Κοσμολογική θεωρία που υποστηρίζει ότι στο Σύμπαν γεννιέται συνεχώς ύλη από το μηδέν. Είναι γνωστή και ως θεωρία Σταθερής Κατάστασης. Εισηγητές της θεωρίας ήταν το 1948 οι Φρεντ Χόυλ, Χέρμαν Μπόντι και Τόμας Γκολντ, όταν σε ξεχωριστές εργασίες τους υποστήριξαν ότι εκτός της Κοσμολογικής Αρχής πρέπει το Σύμπαν να είναι και σταθερής πυκνότητας. Αυτό ονομάστηκε τέλεια Κοσμολογική Αρχή. Δεδομένης όμως της πειραματικά διαπιστωμένης διαστολής του Σύμπαντος για να παραμείνει σταθερή η πυκνότητά του θα έπρεπε να δημιουργείται ύλη από το μηδέν.

Η θεωρία προχώρησε με την διατύπωση του Σερ Φρέντ Χόυλ που υποστήριξε ότι η δημιουργία από την ανυπαρξία ενός ατόμου υδρογόνου ανά κυβική παλάμη κάθε 1,000,000,000 έτη είναι δυνατή και ικανή να κρατήσει την Πυκνότητα του Σύμπαντος σταθερή. Αξίζει να σημειωθεί ότι, μολονότι δημιουργείται νέα ύλη από το μηδέν, το μοντέλο κατορθώνει να διατηρήσει την συνολική ποσότητα ενέργειας στο Σύμπαν σταθερή, με την ενέργεια αδρανείας της δημιουργούμενης ύλης να παρέχεται από την βαρυτική ενέργεια διαστολής του σύμπαντος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί διότι η βαρυτική δυναμική ενέργεια έχει αρνητικό πρόσημο και εξισορροπεί έτσι την θετική ενέργεια που περικλείεται στην δημιουργούμενη ύλη. Το μοντέλο κατορθώνει έτσι να είναι συμβατό με τις θεμελιώδεις αρχές διατήρησης της Φυσικής.

Θεωρία Linde

 * Δείτε το κύριο άρθρο επί του θέματος: Θεωρία Linde

Τα αναπάντητα ερωτήματα της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης προσπάθησαν να απαντήσουν δύο επιστήμονες: Ο αμερικανός αστροφυσικός, καθηγητής του ΜΙΤ Άλαν Γκουθ προσπάθησε να δώσει μια απάντηση στο πρώτο ερώτημα προσθέτωντας στην θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης την ιδέα ότι στην αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος η διαστολή γινόταν με ταχύτητα μεγαλύτερη από του φωτός.

Ο Ρώσος φυσικός Αντρέι Λίντε διατύπωσε τη θεωρία ότι θα μπορούσαμε να έχουμε διαστολή του Σύμπαντος χωρίς την προϋπόθεση της κοινής αρχής από σημείο μεγάλης πυκνότητας και θερμοκρασίας. Εξέφρασε την ιδέα ενός αυτοαναπαραγόμενου και διαστελλόμενου Σύμπαντος το οποίο αναπτύσσεται ως φράκταλ. Σχηματικά παρουσίασε το Σύμπαν ως φυσαλλίδα της οποίας η οποιαδήποτε διαταραχή δημιουργεί νέα κοσμική φυσαλλίδα. Οι φυσαλλίδες περιορίζονται αρχικά και ύστερα επεκτείνονται με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Άρα στο μοντέλο αυτό το Σύμπαν μας δεν είναι παρά μια φυσαλλίδα σε ένα Πολυσύμπαν φυσαλίδων.

Θεωρίες Μεταβαλλόμενης Σταθεράς Παγκόσμιας Έλξης

 * Δείτε το κύριο άρθρο επί του θέματος: Θεωρίες Μεταβαλλόμενης Σταθεράς Παγκόσμιας Έλξης

Κοσμολογικές θεωρίες που προβλέπουν μεταβολή της Σταθερά Παγκόσμιας Έλξης. Οι κυριότερες είναι:

Θεωρία Brans-Dicke
Θεωρία στηριγμένη στην Αρχή του Mach με βάση την οποία η αδράνεια κάθε σώματος και η μάζα του εξαρτώνται από την επίδραση του συνόλου της συμπαντικής ύλης πάνω του. Εισηγητές της θεωρίας είναι οι αστροφυσικοί Brans και Robert Dicke. Σύμφωνα με τις απόψεις τους εφόσων το Σύμπαν διαστέλεται τότε οι αποστάσεις μεγαλωνουν, η πυκνότητα του Σύμπαντος μικραίνει και ως εκ του αποτελέσματος η επίδραση του συνόλου της συμπαντικής ύλης πάνω στα σώματα μικραίνει. Αυτό συμπερασματικά σύμφωνα με την αρχή του Μαχ μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι όσο περνάει ο χρόνος η αδράνεια και η μάζα των σωμάτων μικραίνει πράγμα που οδηγεί στην μείωση της τιμής της Σταθεράς Παγκόσμιας Έλξης (G). Η θεωρία προβλέπει αρχική μεγάλη έκρηξη άρα συμβαδίζει με την θεωρία του Big Bang.

Θεωρία Dirac
O Dirac κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα με άλλο σκεπτικό. Βλέποντας ότι η τιμή της Ηλικίας του Σύμπαντος μετρούμενη σε te (δηλαδή σε χρόνο που απαιτείτε προκειμένου το φώς να διετρέξει την ακτίνα του ηλεκτρονίου), ο λόγος μεταξύ βαρυτικής προς ηλεκτρονικής δύναμης ηλεκτρονίου - πρωτονίου και η τετραγωνική δύναμη των σωματιδίων του Σύμπαντος είναι σχεδόν ίδιες κατέληξε στα εξής:
 * 1) Θα πρέπει να ελλατώνονται οι μάζες ηλεκτρονίου και πρωτονίου ή η Σταθερά Παγκόσμιας Έλξης συναρτήσει του χρόνου.
 * 2) Ο αριθμός των Σωματιδίων θα πρέπει να αυξάνεται αυξανόμενης της ηλικίας του Σύμπαντος.

Η θεωρία παρουσιάζει πολλές ομοιότητες με την θεωρία Brans-Dicke καθώς και με την θεωρία της Συνεχούς Δημιουργίας. Παρ'όλα αυτά έχουν και πολλές διαφορές.

Εσωτερική Αρθρογραφία

 * Χωρόχρονος


 * Γεωδαισιακή Καμπύλη
 * Γενικευμένη Ορμή
 * Εξίσωση Einstein
 * Καμπυλότητα
 * Μετρική Schwarzschild.


 * Μελανή Οπή Schwarzschild
 * Μελανή Οπή Kerr


 * Ακτινοβολία Hawking
 * Bαρυτική Aκτινοβολία
 * Gravitons
 * Διαστολή Σύμπαντος.
 * Μετρική Robertson-Walker,
 * Μοντέλο Friedmann.


 * Ορίζοντας Γεγονότων.
 * Big Bang
 * Σκοτεινή Ύλη.
 * Λαμπρότητα
 * Κύρια Ακολουθία
 * Ερυθροί Γίγαντες,
 * Λευκοί Νάνοι
 * Νετρονικοί Αστέρες
 * Pulsars
 * Supernovae.

Ιστογραφία

 * Physics4u