элементы космологии в курсе общей физики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Ю.А. Сивов, Ю.И. Тюрин Элементы космологии в курсе общей физики Издательство Томского политехнического университета 2012 С33 УДК 53 (075.8) ББК 22. 3я73 В33 Сивов Ю.А. Элементы космологии в курсе общей физики. Учебное пособие./ Сивов Ю.А., Тюрин Ю.И. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 74 с. ISBN 5-98298-823-3 В пособии изложены современные представления о возникновении и эволюции Вселенной. Наряду с традиционными космологическими моделями (модель нестационарной Вселенной А. Фридмана, инфляционная модель Вселенной, теория горячей Вселенной Г. Гамова) рассмотрены новые феномены астрофизики и космологии: темная материя и темная энергия. Обращено особое внимание на связь теории эволюции Вселенной с закономерностями физики элементарных частиц. Для студентов и преподавателей физики технических университетов. УДК 53 (075.8) ББК 22. 3я73 Рекомендовано к печати объединенным методическим семинаром кафедр теоретической и экспериментальной физики и кафедры общей физики физико-технического института Рецензенты Доктор физико-математических наук, профессор зав. кафедрой теоретической и экспериментальной физики ФТИ НИ ТПУ В.Ф. Пичугин Доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики ФТИ НИ ТПУ Ю.Ю. Крючков ISBN 5-98298-823-3 © Томский политехнический университет, 2012 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2012 © Кафедра теоретической и экспериментальной физики, 2012 2 Введение 1 Космология – наука о строении и эволюции Вселенной как целого. Эта наука сформировалась в XX веке благодаря достижениям современной внегалактической астрономии и новым фундаментальным физическим теориям – в первую очередь, теории относительности, квантовой механике и физике элементарных частиц. Как ни странно, но такое фундаментальное понятие как Вселенная строго не определено. Обычно, как отмечается в [1], под понятием «Вселенная» подразумевается все сущее, но часто вкладывают и другое содержание: Вселенная − это область, наблюдаемая нашими приборами, называемая Метагалактикой. С позиций наблюдателя на Земле это область пространства, из которой свет успел бы за время существования Вселенной достичь для наблюдателя на Земле. По современным оценкам, хотя точное значение понятно установить невозможно, Метагалактика содержит порядка (3– 4)·109 галактик (число звезд в каждой из них порядка 109 − 1012) [2, 3]. Галактики образуют скопления и сверхскопления, создавая так называемую крупномасштабную структуру Вселенной. Размер Метагалактики в поперечнике ≈ 1026 м (или ≈ 26·109 световых лет [3]). Очевидно, что полная Вселенная имеет размер намного больший, чем Метагалактика2