Как работает Вселенная: Введение в современную космологию

Description

Эта книга посвящена космологии — науке, недавно отпраздновавшей свое столетие. Она объясняет, почему мы уверены, что у Вселенной есть начало, где и когда произошел Большой взрыв, что означает разбегание галактик, как образовалось все, что нас окружает, от атомов до галактик, каково будущее Вселенной, существуют ли миры с другими физическими законами, что такое черные дыры и многое другое. Подробно рассказывается про то, что нам известно и что неизвестно про две таинственные сущности, которые вместе составляют более 95% содержимого Вселенной — темную материю и темную энергию. Кроме того, показаны физические основы общей теории относительности и предсказанные ею эффекты. Книга ориентирована на широкий круг читателей, но некоторые ее разделы, в которых излагаются элементы нерелятивисткой космологии, требуют знания математики на уровне начальных курсов университета. Эту часть можно рассматривать как своеобразный учебник, в котором основные космологические решения получены без использования математического аппарата общей теории относительности. Предисловие Глава 1. Законы Вселенной 1.1. Истоки космологии 1.2. Принципы общей теории относительности 1.2.1. Прецессия перигелия 1.2.2. Отклонение света 1.2.3. Гравитационное красное смещение 1.2.4. Другие эффекты и проверки 1.2.5. Выделенная система отсчета 1.2.6. Гравитация, инерция и приливные силы 1.2.7. Лунные приливы и отливы 1.2.8. Пространство, время и пространство-время 1.2.9. Искривленное пространство-время 1.3. Сколько весит свет? 1.3.1. Барионная материя 1.3.2. Излучение 1.3.3. Темная энергия и антигравитация Глава 2. Расширяющаяся Вселенная 2.1. Статическая Вселенная Эйнштейна 2.2. Расширение Вселенной и красное смещение 2.2.1. Другие галактики и их разбегание 2.2.2. Расширение 2.2.3. Красное смещение 2.3. Закон Хаббла 2.4. Модели Фридмана 2.4.1. Стрела времени 2.5. Геометрия Вселенной 2.6. Масштабный фактор 2.6.1. Параметр замедления 2.7. Нерелятивистские решения Фридмана 2.7.1. Космологическая эволюция без космологической постоянной 2.7.2. Исследование решений 2.7.3. Параметр замедления 2.7.4. Материя с ненулевым давлением в расширяющейся Вселенной 2.8. Современная модификация модели 2.8.1. Космологическая постоянная наносит ответный удар 2.8.2. Стандартная космологическая модель 2.9. Расстояния в астрономии Глава 3. Ранняя Вселенная 3.1. Большой взрыв 3.2. Реликтовое излучение: эхо Большого взрыва 3.2.1. Открытие реликтового излучения 3.2.2. Анизотропия реликтового излучения 3.2.3. Космология выходит в космос 3.2.4. Наземные наблюдения реликтового излучения 3.2.5. Спектр флуктуаций реликтового излучения 3.2.6. Сохранение энергии 3.2.7. Нездоровые сенсации 3.3. Эволюция ранней Вселенной 3.4. Космологический горизонт 3.5. Расстояние до космологического горизонта 3.6. Инфляционное расширение Вселенной 3.6.1. Модели инфляции 3.7. Поливерсум и антропный принцип 3.7.1. Кому во Вселенной жить хорошо? 3.7.2. Что же утверждает антропный принцип? 3.7.3. Пульсирующая Вселенная 3.8. На пути к таблице Менделеева 3.8.1. Первичный нуклеосинтез 3.8.2. Звездный нуклеосинтез 3.8.3. Проблема антиматерии Глава 4. Темная материя 4.1. Революция приближается 4.2. Свидетельства существования темной материи 4.2.1. Вириальная масса 4.2.2. Кривые вращения галактик 4.2.3. Отношение масса — светимость 4.2.4. Слияния галактик 4.2.5. Космические потоки 4.2.6. Темпы роста флуктуаций плотности 4.2.7. Гравитационное линзирование 4.3. Из чего состоит темная материя? 4.4. Альтернативные модели Глава 5. Темная энергия 5.1. Космологические свидетельства существования темной материи и темной энергии 5.1.1. Сверхновые типа Ia 5.1.2. Барионные акустические колебания 5.1.3. Спектр флуктуаций реликтового излучения 5.2. Темная энергия 5.3. Время до Большого разрыва 5.4. Другие виды материи Глава 6. Черные дыры и другие экзотические объекты 6.1. Черные дыры 6.1.1. Шварцшильдовские черные дыры 6.1.2. Черная дыра Райсснера — Нордстрёма 6.1.3. Вращающаяся черная дыра Керра 6.2. Голые сингулярности 6.3. Кротовые норы Выводы Приложение A Космологическая эволюция с космологической постоянной A.1. Решение де Ситтера А.2. ΛCDM-модель А.3. Плоская ΛCDM-модель Литература Для дальнейшего чтения Записи лекций