Модель Фридмана: Вселенная, которая меняется со временем

Как это было

Общая теория относительности связала гравитацию с геометрией пространства и времени. После её создания физики пытались описать устройство Вселенной в целом. В ранних моделях часто предполагалось, что на больших масштабах Вселенная не меняется.

Александр Фридман изучил уравнения Эйнштейна и проверил, какие решения возможны при определённых предположениях о распределении вещества в пространстве. Он обнаружил, что из этих уравнений могут следовать не только неизменные, но и изменяющиеся во времени состояния. В 1922 году результаты были представлены в статье «О кривизне пространства».

Вывод Фридмана сначала вызвал возражения Эйнштейна, но затем математическая правильность решения была признана. Важная особенность работы состояла в том, что она строилась на анализе уравнений, а не на уже известном тогда наблюдении расширения космоса.

Как это работало

Модель Фридмана описывает не движение отдельной планеты или звезды, а изменение характерного масштаба пространства. Если этот масштаб растёт, расстояния между далёкими, не связанными друг с другом объектами могут увеличиваться вместе с расширением Вселенной. Если уменьшается, модель описывает сжатие.

Для расчёта используются уравнения общей теории относительности и предположения об усреднённых свойствах вещества во Вселенной. Решение связывает изменение её масштаба с плотностью вещества и геометрией пространства. Так возникает математическая возможность разных историй космического развития.

Что было дальше

В последующие годы наблюдения показали, что далёкие галактики в среднем удаляются друг от друга. Это сделало нестационарные космологические модели особенно значимыми для астрономии. Работы Фридмана стали одним из математических оснований современной теории эволюции Вселенной.

Сегодня разные варианты расширяющихся космологических моделей применяют для описания крупномасштабного устройства космоса и его прошлого. Их сопоставляют с наблюдениями, уточняя физические параметры. Статья Фридмана 1922 года остаётся историческим примером того, как уравнения подсказали новую картину мира ещё до получения основных подтверждающих данных.