Номер 5, страница 267 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 73. Возможные сценарии эволюции Вселенной. Глава 9. Эволюция Вселенной - номер 5, страница 267.

5. Поясните возможный вариант развития Вселенной в случае, если её реальная $ \rho > \rho_{crit} $.

Сценарий развития Вселенной определяется соотношением её реальной средней плотности материи и энергии ($\rho$) и так называемой критической плотности ($\rho_c$). Критическая плотность — это такое значение плотности, при котором гравитационного притяжения вещества во Вселенной в точности хватает, чтобы остановить её расширение через бесконечно долгий промежуток времени.

Если реальная плотность Вселенной оказывается больше критической, что математически выражается как $\rho > \rho_c$, то такой вариант развития соответствует модели "закрытой" Вселенной. Вот основные этапы и характеристики этого сценария:

1. Геометрия пространства. В такой модели пространство имеет положительную кривизну. Его геометрия аналогична геометрии поверхности сферы (в четырёхмерном пространстве-времени это называется гиперсферой). Это означает, что Вселенная конечна по своему объёму, но при этом у неё нет границ (как у поверхности шара). Для такой геометрии сумма углов треугольника всегда будет больше 180°.
2. Эволюция расширения. После Большого взрыва Вселенная начинает расширяться. Однако, поскольку плотность вещества и энергии очень высока, силы гравитационного притяжения между всеми объектами во Вселенной значительны и активно тормозят это расширение.
3. Остановка расширения. Со временем скорость расширения будет уменьшаться, пока гравитация не уравновесит инерцию разлёта. В этот момент расширение Вселенной полностью прекратится, и она достигнет своего максимального размера.
4. Начало сжатия. После остановки гравитационные силы начнут преобладать, и Вселенная войдёт в фазу сжатия. Галактики, которые до этого удалялись друг от друга, начнут сближаться.
5. Большое сжатие (Big Crunch). Процесс сжатия будет происходить со всё возрастающей скоростью. Плотность и температура Вселенной начнут стремительно расти. В конечном итоге всё вещество и вся энергия сколлапсируют в одну точку с бесконечной плотностью и температурой — в сингулярность, подобную той, из которой Вселенная предположительно родилась. Этот гипотетический финал называется "Большим сжатием" или "Большим хлопком".

Таким образом, сценарий Вселенной с плотностью выше критической предполагает конечный во времени жизненный цикл: рождение, расширение до максимального размера, а затем сжатие и коллапс. Стоит отметить, что современные астрономические наблюдения, указывающие на ускоренное расширение Вселенной, делают этот сценарий маловероятным в его классическом виде (без учёта тёмной энергии). Однако он остаётся одним из фундаментальных возможных путей эволюции космологических моделей.

Ответ: Если реальная плотность Вселенной больше критической, то такая Вселенная является "закрытой". Силы гравитации в ней в конечном итоге остановят расширение, после чего начнётся обратный процесс — сжатие. Этот процесс завершится "Большим сжатием" (Big Crunch), когда вся материя и энергия Вселенной сколлапсируют в сингулярность.