Kosmologinis modelis (angl. Cosmological model) – tai matematinių lygčių sistema, siejanti Visatos vidutinį tankį, temperatūrą, slėgį, erdvės savybes, jos kreivumo spindulį ir parodančias šių dydžių priklausomybę nuo laiko.
Ši sistema remiasi žinomais fizikos dėsniais ir konstantomis. Nukrypimai nuo šių dėsnių įvedami tik absoliučios būtinybės atveju, siekiant išlaikyti modelio tikslumą ir loginį pagrįstumą.
Fizikiniai parametrai ir jų kaita laike
Svarbiausia bet kurio modelio užduotis yra paaiškinti, kaip fundamentalūs dydžiai keitėsi nuo pat Visatos atsiradimo pradžios. Kadangi vidutinis tankis ir temperatūra yra kintantys dydžiai, lygčių sistema leidžia susieti šiuos pokyčius su erdvės plėtimusi.
Tai padeda mokslininkams nustatyti, kokioje evoliucijos stadijoje Visata buvo praeityje ir kokios sąlygos joje vyravo.
Slėgis ir temperatūra ankstyvojoje erdvėje nustatė, kaip formavosi pirmieji cheminiai elementai. Kosmologinis modelis padeda apskaičiuoti energijos tankio santykį, kuris tiesiogiai veikia erdvės kreivumo spindulį. Jei šie parametrai būtų bent šiek tiek kitokie, žvaigždžių ir galaktikų formavimasis galėjo išvis neprasidėti.
Erdvės kreivumas ir fizikos dėsnių konstanta
Modelis detaliai aprašo erdvės savybes, kurios nustato visos Visatos geometriją. Kreivumo spindulys nurodo, ar erdvė yra uždara, atvira, ar plokščia.
Mokslininkai prioritetą teikia stabilioms fizikos konstantoms, tokioms kaip gravitacijos konstanta ar šviesos greitis, nes jos užtikrina lygčių sistemos stabilumą.
Tik pastebėjus akivaizdžius neatitikimus tarp teorinių skaičiavimų ir realių stebėjimų, į modelį įtraukiami nauji kintamieji.
Pavyzdžiui, tamsioji energija buvo įvesta kaip absoliuti būtinybė, kai paaiškėjo, kad Visatos plėtimasis ne lėtėja, o greitėja. Tokie koregavimai leidžia išlaikyti matematinį modelį aktualų ir atitinkantį naujausius atradimus.
Kosmologinių modelių taikymas praktikoje
Šiuolaikinė astronomija naudoja šiuos modelius interpretuodama duomenis, gautus iš kosminių teleskopų. Suprasdami tankio ir laiko priklausomybę, galime nustatyti tolimų galaktikų amžių bei jų atstumą nuo mūsų. Kiekviena išspręsta lygtis priartina mus prie atsakymo, kokia bus galutinė Visatos baigtis.
Modeliai taip pat padeda tirti reliktinį foninį spinduliavimą, kuris yra tiesioginis ankstyvosios temperatūros ir slėgio liudininkas.
Be griežtos matematinių lygčių sistemos būtų neįmanoma sujungti pavienių stebėjimų į vientisą kosminės evoliucijos istoriją. Tai yra pagrindinis įrankis, leidžiantis paversti teorinę fiziką suprantamu kosmoso žemėlapiu.
Kosmologinis modelis yra nuolat tobulinamas, tačiau jo branduolys išlieka nepakitęs – tai skaičiais grįstas bandymas suprasti visumą. Kiekvienas naujas stebėjimas patikrina lygčių sistemos tvirtumą ir priverčia mokslininkus ieškoti dar tikslesnių atsakymų.
Galiausiai būtent šie modeliai suteikia mums galimybę suvokti procesus, kurie vyksta milijardų šviesmečių atstumu ir trunka milijardus metų.
