Kosmologia

5.1.Podstawowe parametry galaktyki.
Galaktyka ma kształt dysku o średnicy 1021m. i grubości w części środkowej 6*1019m. Grubość dysku galaktyki maleje wzdłuż promienia. Centralną części galaktyki otacza molo galaktyczne, które jest pyłowo – gazowym obłokiem stanowiącym 2% masy galaktyki. Pozostała cześć masy galaktyki znajduje się w stanie plazmy. Masa galaktyki wynosi 2*1041kg. Odległość Słońca od środka galaktyki wynosi 3*1020m.

5.2.Prawo Hubble’a.
Edwin Hubble dokonując spektralnych pomiarów promieniowania odległych galaktyk zauważył, że linie w ich widmach są przesunięte w kierunku czerwieni. Zgodnie ze zjawiskiem Dooplere’a dla fal elektromagnetycznych długość fali mierzonej jest związana z długością fali wysyłanej ze źródła w następujący sposób

Znak + odnosi się do przypadków gdy zachodzi zjawisko przesunięcia ku czerwieni co oznacza, że źródło oddala się od obserwatora. Z powyższej zależności łatwo można wyliczyć prędkość oddalającej się gwiazdy

Hubble stwierdził, że prędkość radialne oddalających się galaktyk są proporcjonalne do ich odległości r
V = Hr
gdzie H nazywamy stałą Hubble’a , a zależność prawem Hubble’a
Z prawem Hubble’a związana są wnioski:
- Wszechświat powstał w wyniku eksplozji, którą nazywamy Wielkim Wybuchem
- Wielki wybuch nastąpił T=5*1017s=1010lat temu
- Znając prędkość radialną oddalania się galaktyki możemy obliczyć drogę jaką ona przebyła od początku istnienia
- Znając wiek wszechświata możemy oszacować promień wszechświata R=1,5*1026m.

5.3.Promieniowanie cieplne wszechświata.
Istnienia takiego promieniowania potwierdza teorię Wielkiego Wybuchu i jest pozostałością po wczesnym etapie ewolucji wszechświata więc nazywa się je promieniowaniem reliktowym. Rozkład widmowy promieniowania reliktowego pokrywa się z rozkładem widmowym promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7 K. Gęstość jego fotonów wynosi 5*108m3, gęstość energii 4*10-14J/m3, a maksimum natężenia przypada na długość fali 1,1*10-3m. Cechą charakterystyczną promieniowania cieplnego wszechświata jest jego idealna izotopowość. Tę jego własność wykorzystano do pomiaru prędkości bezwzględnej Ziemi, Układu Słonecznego i Drogi Mlecznej.

5.4.Modele kosmologiczne.
Załóżmy, że materia we wszechświecie jest rozłożona równomiernie. Przyjmijmy, że gęstość tej materii wynosi r0, a promień r będzie określał kulę o masie M wypełnioną tą materią.
Ponieważ obserwacje dowodzą, że wszechświat się rozszerza, załóżmy, że od takiej kuli oddala się ciało o masie m. z prędkością v. Wtedy zgodnie z zasadą zachowania energii mechanicznej w polu grawitacyjnym możemy napisać, że energia całkowita jest równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej. Jeżeli odniesiemy rozważania do jednostki masy 1kg otrzymamy

a po dalszych przekształceniach gdzie człon nosi nazwę Gęstości krytycznej i wyznacza gęstość materii wszechświata po której osiągnięci wszechświat przestanie się rozszerzać, a po przekroczeniu zacznie się kurczyć.