Топологические основы геоэкологии

Темна енергія та прихована маса

Гіпотеза про темну енергію Всесвіту

Темна енергія — в космології гіпотетична форма енергії, що має від'ємний тиск і рівномірно заповнює весь простір Всесвіту. Згідно з положеннями загальної теорії відносності, гравітація залежить не лише від маси, але і від тиску, до того ж від'ємний тиск має породжувати відштовхування, антигравітацію. Згідно з останніми даними, було виявлено прискорення розширення Всесвіту в космологічних масштабах. Темна енергія має складати значну частину так званої прихованої маси Всесвіту.

Існує 2 варіанти пояснення сутності темної енергії:

· Темна енергія є космологічна стала — незмінна енергетична густина, що рівномірно заповнює простір.

· Темна енергія є квінтесенція — динамічне поле, енергетична густина якого може змінюватися в просторі-часі.

Остаточний вибір між двома варіантами вимагає високоточних вимірів швидкості розширення Всесвіту, щоб зрозуміти, як ця швидкість змінюється з часом. Темпи розширення Всесвіту описуються космологічним рівнянням стану. Розв'язок рівняння стану для темної енергії — одна з найнагальніших задач сучасної спостережної космології.

Введення космологічної константи в стандартну космологічну модель (так звану метрику Фрідмана-Леметра-Робертсона-Вокера, FLRW), призвело до появи сучасної моделі космології, відомої як лямбда-CDM модель. Ця модель добре узгоджується з існуючими космологічними спостереженнями.

Гіпотеза про існування темної енергії, вирішує так звану «проблему невидимої маси». Теорія нуклеосинтезу Великого Вибуху пояснює формування в молодому Всесвіті легких хімічних елементів, таких як гелій, дейтерій та літій. Теорія великомаштабної структури Всесвіту пояснює формування структури Всесвіту: утворення зір, квазарів, галактик і галактичних скупчень. Обидві ці теорії передбачають, що густина баріонної матерії і темної матерії становить близько 30 % від критичної густини, яка необхідна для утворення «закритого» Всесвіту, тобто густина, яка необхідна, щоб форма Всесвіту була плоскою. Вимірювання реліктового випромінювання Всесвіту, нещодавно проведені супутником WMAP, показують, що форма Всесвіту дійсно дуже близька до «плоскої». Тому, деяка раніше невідома форма невидимої енергії повина давати відсутні 70 % густини Всесвіту.

Геометрически сфера – это поверхность шара, следовательно, может моделировать только границу, а не слой. В почвоведении аналогичное понятие – горизонт – геометрически упрощенная модель сложноорганизованных поверхностей раздела между слоями. Гигантские размеры земного шара приводят к тому, что локально поверхность шара ведет себя как плоскость, глобальная фигура подчиняется закономерностям сферы.

 

Топология – фундаментальная наука в области математики. Чтобы как-то отличить математическую и геоэкологическую области знания В.Б. Сочава предложил термин геотопология (Ласточкин, 2002), понимая под ним дифференциацию ландшафтной оболочки на самом низком уровне делимости. В.Б. Сочава разделил ГО на два иерархических уровня: землеведение (глобальный) и ландшафтоведение (геотопологический). Однако, в последующем габаритный способ разделения не получил развитие. А. Ласточкин (2002) показал связь между oikos и topos. Первое означает местопребывание или дом, а второе – местонахождение или местоположение, так что термины могли бы рассматриваться как синонимы.

Возможен другой подход – оставить первоначальный математический смысл за эти термином и рассмотреть приложения топологии в геотопологии. Любая фундаментальная наука основывается на топологии. Эйнштейн мечтал физику свести к топологии. Топология в отличии от физики занимается изучением закономерностей форм и формообразования. Важность геотопологии ещё до конца не осознана российской общественностью, так как в школе она не преподается (её элементы присутствуют в геометрии). Тем не менее, общественность узнала о существовании этой науки благодаря Перельману. Интерес геоэкологии к топологии в том, что форма определяет направление воздействия силы тяжести и поступление различных видов энергии. Некоторые процессы, протекающие на земной поверхности, имею топологические причины.