Философское осмысление концепции расширяющейся вселенной кратко

Обновлено: 05.07.2024

Итак, всем известно, что вселенная появилась в результате большого взрыва, 13.7 млрд лет назад. 13,799 ± 0,021 млрд лет, если быть точным, впрочем, не так давно ученые вновь уточнили постоянную Хаббла и теперь она составляет: Ho = 75.1 км с−1 Мпс−1

Это означает, что на 1 Мпс скорость улетающих объектов увеличивается на 75.1 км с−1

1/Ho - показывает возраст вселенной

1/Ho = Мпс / 75.1 = 3,0856776 * 10¹⁹ км/ 75.1 = 4,108758455×10¹⁷с = 13.02 млрд. лет

Расширение

Как мы узнали, что был большой взрыв? Мы это поняли потому, что вселенная расширяется.

А как мы поняли, что вселенная расширяется?

По красному смещению, которое обнаружил астроном Эдвин Хаббл, которое было однозначно трактовано как доплеровское смещение.

Были ли доказательства, что эффект красного смещения в спектре дальних звезд и галактик является именно эффектом Доплера - я не находил.

Темная энергия

Какие силы расширяют вселенную? Т.н. темная энергия. Это огромная сила, которая движет целые скопления галактик.

Обнаружена ли темная энергия на Земле?

Были ли какие-то доказательства, что темная энергия существует?

Большой взрыв

Большой взрыв описан не то, что по минутам, он описан по крошечным долям секунд, даже гораздо подробнее, чем расписание Бога, когда тот сотворял мир. Что характерно, этапов появления вселенной из-за большого взрыва тоже 6-7.

Единственный момент, все началось из сингулярности. Американские физики говорят, что они не знают что такое сингулярность (все остальное-то им известно). По факту сингулярность это такое место, где не работают мат. модели ОТО и СТО (в других местах, например в поезде, который едет со скоростью света, эти модели безусловно работают).

Сингулярность есть и в черных дарах, тут сингулярность, там сингулярность - это дало уверенное предположение, что в черных дарах рождаются вселенные. В общем помните, где не работают мат.модели ТО - там рождаются вселенные.

Что не так с расширением вселенной

Казалось бы все не так. Вся теория строится на не доказанном предположении Хаббла о природе красного смещения.

Данный эффект можно было бы объяснить как-то иначе, но я точно не буду этого делать . Какой смысл вместо одного недоказанного предположения выдвигать другое недоказанное предположение.

Однако для теории большого взрыва есть некоторые требования, а именно:

Гомогенность - то, что наше расположение во Вселенной не уникально,
Изотропия пространства - то что пространство одинаково во всех направлениях.

Так, поехали.

Известно что вселенная появилась из точки, и на ранних этапах имела весьма скромные размеры (например с нашу солнечную систему). Возникает вопрос, почему-же так вышло, что мы опять оказались в центре вселенной? Не даром РПЦ и Католическая церковь приняли теорию положительно. Почему мы не с краю? Не с боку? Отсчет вселенной из конкретного физического размера подразумевает край, середину и т.д. Если вселенная не бесконечного размера, то это не соответствует требованию гомогенности.

Возможно сингулярность сразу была бесконечного размера, но в чем смысл увеличения из бесконечности в бесконечность. Что ж, пусть так: бесконечная сингулярность разрослась в еще большую бесконечность.

А может вселенная вообще сжимается?

С одной стороны , постоянная Хаббла показывает что вселенная расширяется (чем дальше от нас, тем больше скорость улетания галактик).

Увеличение радиальной скорости галактики в зависимости от ее дальности. Кстати, очень удачно сходится, что в соответствии с законом Хаббла, на краю видимой вселенной (13 млрд св.лет) скорость улетающих звезд будет примерно равна скорости света (а дальше ничего не видно из-за реликтового излучения); уже правда говорили, что вообще это пространство как-то расширяется, поэтому конкретно в данном случае скорость света может быть превышена, но пока еще не превышали). Эх, жалко на земле пространство не расширяется, я бы себе квартиру увеличил.

С другой стороны, 10 млрд световых лет (например) - это то, что было, вообще-то, давно.

Т.е. 10 млрд лет назад галактики улетали со скоростью 240 тыс. км/с

5 млрд лет назад - со скоростью 120 тыс. км/с

1 млрд лет назад - со скоростью 25 тыс. км/с

100 млн лет назад - со скоростью 2.5 тыс. км/с

Ну и ближе (т.е. ближе к нынешним дням) закон Хаббла не работает. Например галактика Андромеды (2.6 млн св. лет) мчится к нам на всех парах и скоро (ну как скоро, 4млрд лет по нынешним оценкам ученых), придет к нам в гости.

Т.е. почему бы не сделать вывод, что вселенная раньше расширялась, а теперь сжимается, ну или по крайней мере не расширяется.

Лично я не вижу противоречий с таким суждением, а вы?

Закон Хаббла не выполняется не только вблизи, но и вдалеке тоже

Надо сказать, что с определением расстояний в астрономии большие сложности. Наиболее точный метод параллакса, т.е. смещения звезд относительно дальних галактик в зависимости от положения Земли на орбите Солнца, позволяет измерять расстояния в десятки световых лет, дальше этот метод уже не работает. Для сверхдальних галактик красное смещение зачастую единственное что определяет расстояние.

Итак, расстояние оказалось больше и вывод был сделан именно такой.

С другой стороны астрономы забыли, что значение красного смещения показывает, вообще-то, скорость.

Т.е. скорость одна, а расстояние больше: значит некоторые далекие объекты движутся с меньшей скоростью чем должны были бы?

Так значит расширение опять замедляется?

А с третьей стороны, ускорение расширения пространства противоречит гомогенности. Т.е. около нас расширение "обычное", но на определенном расстоянии от нас - ускоренное. Снова мы в центре, снова все относительно нас.

Цель занятия: выявить основные представления о месте человека и космоса в воззрениях философских школ..

Научные конструкции Вселенной и философские представления о месте человека в мире.

Проблема начала вселенной, подобна старому вопросу: что произошло первым цыпленок или яйцо. Другими словами, какая сила создала вселенную. И что создало эту силу. Или возможно, вселенная, или сила, которая создавало все это, существовали всегда, и не имели начала.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной

имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна, так как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Вплоть до недавнего времени, ученые имели тенденцию не касаться вопросов таких сфер потому, что они принадлежали к метафизике или религии, а не к науке. Тем не менее, в последнее время возникло учение о том, что законы науки могут быть даже в начале вселенной. В этом случае, вселенная могла определяться полностью Законами Науки.

Таким образом, перед учеными вставала проблема выбора между верой в бога и материальной верой. Они еще не знали первопричин происхождения вселенной, так как у них не было в то время достаточной научной базы. Вера в Бога была более предпочтительна. Исторически христианство было старше, чем наука и естественно немногие воспринимали науку серьезно, но со временем она набирала силу, и все чаще люди поворачивали голову в ее сторону. Тайна в науке - это то, что наука не может объяснить, как она не может объяснить то, что было до большого взрыва. Ведь все, что происходило до момента возникновения вселенной, точки сингулярности, не обсуждается – это догма. А непознанное в науке - это та тайна, которая в ближайшее время не может быть раскрыта.

В момент, который был назван Большим Взрывом, плотность вселенной была равна 1000 000 г/м (куб), а температура равнялась 10 в 32 степени градусов С. Этот момент был назван точкой сингулярности, то есть была точка, было начало, возникла масса, абсолютное пространство и все законы, которым сейчас подчиняется вселенная.

Бог сотворил мир за шесть дней, но если исходить из теории Большого Взрыва, возраст образования вселенной равен примерно 15-20 млрд. лет. Сейчас теоретические физики пытаются, как бы свернуть вселенную, чтобы точнее узнать ее возраст. Но для нас же важен сам факт, что вселенная имела начало.

Если исходить из фактов, то теория Большого Взрыва кажется очень убедительной, но так как мы до сих пор не знаем, что же было до него, это напускает немного тумана на эту проблему. Но все-таки наука продвинулась гораздо дальше, чем это было раньше и как любая революционная теория, теория Большого Взрыва дает хороший толчок развитию научной мысли. Модель "горячей" Вселенной, сопряженная с концепцией "Большого взрыва", является наиболее распространенной в настоящее время и требует особого внимания и осмысления.

Согласно концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки,

радиусом равной нулю, но с плотностью равной бесконечности. Что это за точка, именуемая сингулярностью, каким образом из ничего появляется вся неисчерпаемая Вселенная и что находится за пределами сингулярности - об этом сторонники и пропагандисты данной гипотезы умалчивают. "Большой взрыв" произошел 10-20 миллиардов лет назад (точный возраст зависит от величины постоянной Хаббла, вводимой в соответствующую формулу). Эта величина, в свою очередь, может иметь различные значения в зависимости от методов, применяемых для измерения расстояния от Земли до галактик.

Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии "Большого взрыва" служит то, что она является оскорблением здравого смысла. Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслий вне стен "храмов науки", неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется худшая бессмыслица. В рамках теории "Большого взрыва" отрицается вечность и бесконечность Вселенной, так как Вселенная имела начало во времени и по прошествии даже максимального срока в 20 миллиардов лет успела расшириться (раздуться) на ограниченное расстояние. Что находится за пределами радиуса расширяющейся Вселенной - тоже запретная тема для обсуждения. Обычно отделываются ничего не объясняющими утверждениями, смысл которых примерно следующий: Вселенная такова, потому что это вытекает из математических формул.

Итак, модель "Большого взрыва" - всего лишь одна из возможных воображаемых конструкций, плод игры теоретической мысли.

Философские представления о месте человека в мире.

Начиная с Сократа философы античности считали человека двойственным существом, состоящим из тела и души. Платон соотносил душу с идеей, Аристотель считал душу формой.

Философский стиль православия восходит к Платону и Плотину, в нем много интуитивно-чувственного, подчеркивания единства истины, красоты и добра, без установления в этом триединстве, равно как в триединстве Бога-отца, Бога-сына и Бога-Святого Духа, каких-либо приоритетов.

Философский стиль католицизма восходит к Аристотелю, Августину и Фоме Аквинскому. По сравнению с православием здесь больше рационального, человек понимается как субъект воли.

В Новое время специфика человека усматривается в разуме, в мышлении, рациональности. Ясное содержание души - это сознание. Такова позиция Декарта. Кант привносит в эту концепцию много нового, но и он ставит в конечном счете превыше других познавательные способности, каковых у него три - рассудок, способность суждения, разум.

Философия XX века продолжает поиск подлинности человека. Феноменолог Гуссерль провозглашает подлинной природой человека опыт его сознания - образование эйдосов, понимание в соответствии с ними мира предметов, жизни.

Герменевтики считают, что истинность человека реализуется в его существовании в мире, понимании мира, преодолении потаенности вещи, слияния ее границ с границами человека, каковыми выступают его временность, забота, страх и реализуемая в этой связи активность.

Философы-аналитики видят в человеке существо, активно реализующее свои языковые способности.

Согласно постмодернистам, человек - существо, бунтующее в поисках возвышенного и избавления от удушающих объятий однообразного, одномерного, скучного, коллективного, тоталитарного. Человек может понять существующие общественные нормы лишь в том случае, если он постоянно от них отодвигается, иначе говоря, деконструирует их.

Человек - это соотношение внутреннего и внешнего. Духовный мир человека это его внутренняя жизнь, но она символизируется в различных формах деятельности, в игре, труде, художественном творчестве. В итоге человек оказывается существом общественным.

Вопросы к лекции :

1. Что такое объективный мир и его картина?

2. Каковы основные воззрения об окружающем мире в Античное время?

2. Каковы научные конструкции Вселенной и философские представления о месте человека в мире.

1. Написать конспект лекции в тетради ( фото конспекта прислать указанным способом)

2. Включить презентацию в конспект лекции.

Срок выполнения задания до 06.06.2020!

Список литературы:

.2.Куликов Л. М. Основы философии (СПО). Учебное пособие. – М.: Кнорус, 2019. – 294 с.

УЧЕБНОЕ ЗАНЯТИЕ

по дисциплине Основы философии

специальности 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта

Преподаватель: Столярова Н.В.

Г.

Тема лекции: Объективный мир и его картина. Философские представления о месте человека в космосе.

Цель занятия: выявить основные представления о месте человека и космоса в воззрениях философских школ..

Научные конструкции Вселенной и философские представления о месте человека в мире.

Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной

Согласно концепции "Большого взрыва", Вселенная возникла из одной точки,

Философские представления о месте человека в мире.

Философы-аналитики видят в человеке существо, активно реализующее свои языковые способности.

Вопросы к лекции :

1. Что такое объективный мир и его картина?

2. Каковы основные воззрения об окружающем мире в Античное время?

2. Каковы научные конструкции Вселенной и философские представления о месте человека в мире.

1. Написать конспект лекции в тетради ( фото конспекта прислать указанным способом)

2. Включить презентацию в конспект лекции.

Срок выполнения задания до 06.06.2020!

Список литературы:

.2.Куликов Л. М. Основы философии (СПО). Учебное пособие. – М.: Кнорус, 2019. – 294 с.

Модель расширяющейся Вселенной является наиболее известной в современной космологической науке. Данная модель была построена на основе общей теории относительности А. Эйнштейна. Основой модели однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной являются следующие два предположения:

однородность и изотропность Вселенной. Согласно этому предположению, свойства Вселенной являются одинаковыми во всех точках и во всех направлениях. Данный космологический принцип был определен советским физиком М. Фридманом.
кривизна пространства и связь кривизны с плотность массы(энергии). Это предположение следует из уравнений Эйнштейна, описывающих гравитационное поле.

Космология, основанная на этих предположениях, называется релятивистской.

Главным принципом модели расширяющейся Вселенной является ее нестационарность. Данный принцип определяется двумя постулатами теории относительности:

Принципом относительности
Постоянством скорости цвета, подтвержденным экспериментально.

Принцип относительности заключается в том, что независимо от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга, во всех инерциональных системах все законы сохраняются.

Основываясь на космологический принцип, Фридман пришел к выводу, что уравнения Эйнштейна имеют и другие решения, нестационарные, и это означает, что Вселенная способна сжиматься либо расширяться. То есть, говорится о расширении всего пространства, об увеличении всех расстояний мира. согласно теории Фридмана, Вселенная схожа с мыльным шаром, у которого площадь и радиус постоянно увеличиваются.

Вывод, сделанный Фридманом, не был удостоен внимания и предложенная им модель расширяющейся Вселенной имела чисто теоретический характер ввиду отсутствия экспериментального подтверждения.

Готовые работы на аналогичную тему

Эффект Допплера— изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу.

Таким образом, красное смещение было зафиксировано для всех далеких источников света. Чем больше расстояние до источника света, тем больше красное смещение – выяснилось, что оно пропорционально расстоянию до источника. Все это означало, что гипотеза о расширении видимой части Вселенной справедлива.

Теоретическое предположение о нестационарности Вселенной, имеющей размеры около несколько миллиардов парсек в течение, как минимум, нескольких миллиардов лет, было подтверждено красным смещением.

Хаббл, подводя итоги своих исследований, обосновал вывод о том, что Вселенная является миром галактик, и что наша галактика – лишь одна из множества существующих галактик, которые разделены друг от друга большими расстояниями. Вместе с тем, такие расстояния, разделяющие галактики, не являются постоянными, а непрерывно увеличиваются. В результате таких исследований и предположений появилась новая концепция расширяющейся Вселенной.

Эволюция Вселенной прошла путь от сингулярного состояния до расширяющегося. Объясняя такой характер Вселенной, Фридман выделил два случая:

радиус кривизны вселенной, начиная с нулевого состояния, с течением времени непрерывно увеличивается
радиус кривизны меняется периодически, то есть Вселенная возвращается в сингулярное состояние, превращаясь в точку, потом из этого состояния увеличивает свой радиус, далее снова, обращается в точку, уменьшив радиус кривизны и так бесконечное количество раз.

Следствием расширения пространства Вселенной является разбегание галактик, наблюдаемое учеными. В результате такого расширения увеличиваются все расстояния во Вселенной.

Э. Хаббл доказал, что галактики разбегаются друг от друга со скоростью, которая постоянно увеличивается, что позволило прийти к выводу о расширении самой Вселенной. Следует иметь в виду, что расширяющаяся Вселенная является изменяющимся миром, которому характерно наличие своей истории, и который имеет начало и конец.

Оценить время, на протяжении которого осуществляется процесс расширения Вселенной, позволяет постоянная Хаббла. Согласно этому, это время составляет не менее 10 миллиардов лет, но не более 19 миллиардов лет, наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считается приблизительно 15 миллиардов лет, то есть таким является примерный возраст нашей Вселенной.

Теория Фридмана является приближенной, имеет свои границы применимости – так же, как и любая другая научная концепция. Использование этой концепции в области очень малых пространственно-временных масштабов невозможно ввиду того, что ею не учитываются квантовые эффекты. В данном случае космологическая модель расширяющейся Вселенной дает парадоксальные результаты, к примеру, вывод, согласно которому Вселенная возникла из безразмерной точки, то есть из ничего.

Всего лишь сто лет назад ученые обнаружили, что наше Мироздание стремительно увеличивается в размерах.

В 1870 году английский математик Уильям Клиффорд пришел к очень глубокой мысли, что пространство может быть искривлено, причем неодинаково в разных точках, и что со временем его кривизна может изменяться. Он даже допускал, что такие изменения как-то связаны с движением материи. Обе эти идеи спустя много лет легли в основу общей теории относительности. Сам Клиффорд до этого не дожил — он умер от туберкулеза в возрасте 34 лет за 11 дней до рождения Альберта Эйнштейна.

Красное смещение

Первые сведения о расширении Вселенной предоставила астроспектрография. В 1886 году английский астроном Уильям Хаггинс заметил, что длины волн звездного света несколько сдвинуты по сравнению с земными спектрами тех же элементов. Исходя из формулы оптической версии эффекта Допплера, выведенной в 1848 году французским физиком Арманом Физо, можно вычислить величину радиальной скорости звезды. Подобные наблюдения позволяют отследить движение космического объекта.

Четверть века спустя эту возможность по-новому использовал сотрудник обсерватории во Флагстаффе в штате Аризона Весто Слайфер, который с 1912 года изучал спектры спиральных туманностей на 24-дюймовом телескопе с хорошим спектрографом. Для получения качественного снимка одну и ту же фотопластинку экспонировали по нескольку ночей, поэтому проект двигался медленно. С сентября по декабрь 1913 года Слайфер занимался туманностью Андромеды и с помощью формулы Допплера-Физо пришел к выводу, что она ежесекундно приближается к Земле на 300 км.

В 1917 году он опубликовал данные о радиальных скоростях 25 туманностей, которые показывали значительную асимметрию их направлений. Только четыре туманности приближались к Солнцу, остальные убегали (и некоторые очень быстро).

Слайфер не стремился к славе и не пропагандировал свои результаты. Поэтому они стали известны в астрономических кругах, лишь когда на них обратил внимание знаменитый британский астрофизик Артур Эддингтон.

Космические острова

В начале 1920-х годов большинство астрономов полагало, что спиральные туманности расположены на периферии Млечного Пути, а за его пределами уже нет ничего, кроме пустого темного пространства. Правда, еще в XVIII веке некоторые ученые видели в туманностях гигантские звездные скопления (Иммануил Кант назвал их островными вселенными). Однако эта гипотеза не пользовалась популярностью, поскольку достоверно определить расстояния до туманностей никак не получалось.

Справедливости ради стоит отметить, что за два года до Хаббла расстояние до Андромеды вычислил эстонский астроном Эрнст Опик, чей результат — 450000 парсек — был ближе к правильному. Однако он использовал ряд теоретических соображений, которые не были так же убедительны, как прямые наблюдения Хаббла.

Модельеры космоса

Эддингтон заинтересовался результатами Слайфера еще до окончательного выяснения природы спиральных туманностей. К этому времени уже существовала космологическая модель, в определенном смысле предсказывавшая эффект, выявленный Слайфером. Эддингтон много размышлял о ней и, естественно, не упустил случая придать наблюдениям аризонского астронома космологическое звучание.

Современная теоретическая космология началась в 1917 году двумя революционными статьями, представившими модели Вселенной, построенные на основе общей теории относительности. Одну из них написал сам Эйнштейн, другую — голландский астроном Виллем де Ситтер.

Эдвин Хаббл эмпирически выявил примерную пропорциональность красных смещений и галактических дистанций, которую он с помощью формулы Допплера-Физо превратил в пропорциональность между скоростями и расстояниями. Так что мы имеем здесь дело с двумя различными закономерностями.
Хаббл не знал, как они связаны друг с другом, но что об этом говорит сегодняшняя наука?
Как показал еще Леметр, линейная корреляция между космологическими (вызванными расширением Вселенной) красными смещениями и дистанциями отнюдь не абсолютна. На практике она хорошо соблюдается лишь для смещений, меньших 0,1. Так что эмпирический закон Хаббла не точный, а приближенный, да и формула Допплера-Физо справедлива только для небольших смещений спектра.
А вот теоретический закон, связывающий радиальную скорость далеких объектов с расстоянием до них (с коэффициентом пропорциональности в виде параметра Хаббла V=Hd), справедлив для любых красных смещений. Однако фигурирующая в нем скорость V – вовсе не скорость физических сигналов или реальных тел в физическом пространстве. Это скорость возрастания дистанций между галактиками и галактическими скоплениями, которое обусловлено расширением Вселенной. Мы бы смогли ее измерить только в том случае, если были бы в состоянии останавливать расширение Вселенной, мгновенно протягивать мерные ленты между галактиками, считывать расстояния между ними и делить их на промежутки времени между измерениями. Естественно, что законы физики этого не позволяют. Поэтому космологи предпочитают использовать параметр Хаббла H в другой формуле, где фигурирует масштабный фактор Вселенной, который как раз и описывает степень ее расширения в различные космические эпохи (поскольку этот параметр изменяется со временем, его современное значение обозначают H0). Вселенная сейчас расширяется с ускорением, так что величина хаббловского параметра возрастает.
Измеряя космологические красные смещения, мы получаем информацию о степени расширения пространства. Свет галактики, пришедший к нам с космологическим красным смещением z, покинул ее, когда все космологические дистанции были в 1+z раз меньшими, нежели в нашу эпоху. Получить об этой галактике дополнительные сведения, такие как ее нынешняя дистанция или скорость удаления от Млечного Пути, можно лишь с помощью конкретной космологической модели. Например, в модели Эйнштейна – де Ситтера галактика с z = 5 отдаляется от нас со скоростью, равной 1,1 с (скорости света). А вот если сделать распространенную ошибку и просто уравнять V/c и z, то эта скорость окажется впятеро больше световой. Расхождение, как видим, нешуточное.
Зависимость скорости далеких объектов от красного смещения согласно СТО, ОТО (зависит от модели и времени, кривая показывает настоящее время и текущую модель). При малых смещениях зависимость линейная.

Рассмотрение особенностей многоступенчатой иерархии структурных уровней организации материи. Характеристика основных аспектов развития современной космологии. Рассмотрение космогонии как науки о происхождении и развитии космических тел и их систем.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	11.11.2013
Размер файла	25,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Концепция расширяющейся вселенной

Окружающий нас мир при всем его многообразии и изменчивости -- не хаотическое скопление предметов и событий, а единое системное образование. В природе отчетливо просматривается многоступенчатая иерархия структурных уровней организации материи от элементарных частиц до крупномасштабных галактик. Каждый структурный уровень характеризуется специфической организацией и размерами, каждая ступень закономерно связана с другими. Благодаря взаимным связям этот мир предстает перед нами полным загадок и тайн. Большая их часть связана с вопросами происхождения и устройства Вселенной, ответы на которые дают космология, космогония и астрономия.

Современная космология -- это раздел астрономии, в котором объединены данные физики, математики и философии, поэтому она представляет собой синтез научных и философских знаний. Такой синтез в космологии необходим, поскольку размышления о происхождении и устройстве Вселенной эмпирически трудно проверяемы и чаще всего существуют в виде теоретических гипотез или математических моделей. Космологические исследования обычно развиваются от теории к практике, от модели к эксперименту, и здесь исходные философские и общенаучные установки приобретают большое значение. По этой причине космологические модели существенно различаются между собой -- в их основе зачастую лежат противоположные исходные философские принципы. Любые космологические выводы также влияют на общефилософские представления об устройстве Вселенной.

Космогония -- наука о происхождении и развитии космических тел и их систем. Изучает звезды и звездные системы, галактики, туманности, Солнечную систему и все входящие в нее тела -- планеты, спутники, астероиды, кометы и метеориты. Первоначально космогонические гипотезы касались только Солнечной системы. Лишь в XX в. появилась возможность начать серьезное изучение происхождения и развития звезд и галактик.

Результаты познания, получаемые в космологии, оформляются в виде моделей происхождения и развития Вселенной. Это связано с тем, что в космологии невозможно поставить воспроизводимые эксперименты и вывести из них какие-то законы, как это делается в других естественных науках. Кроме того, каждое космическое явление уникально. Поэтому космология оперирует моделями.

В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Наука XIX в. рассматривала атомы как вечные простейшие элементы материи. Источник энергии звезд был неизвестен, поэтому нельзя было судить об их времени жизни. Когда они погаснут, Вселенная станет темной, но по-прежнему будет стационарной. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился. Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты:

Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

К концу XIX в. появились серьезные сомнения в классической космологической модели. Они приняли форму так называемых космологических парадоксов -- фотометрического, гравитационного

Суть гравитационного парадокса его заключается в том, что если Вселенная бесконечна и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должна сколлапсировать, а не существовать вечно.

Второй парадокс фотометрический: если существует бесконечное количество небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, что не наблюдается.

Эти парадоксы, не разрешимые в рамках ньютоновской космологии, разрешает современная космология, в границах которой было введено представление об эволюционирующей Вселенной.

Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения -- общая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании проведенных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.

Можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном направлении. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. Но все же такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Эта модель казалась в то время вполне удовлетворительной, поскольку она согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А. Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблеме решительно изменился.

Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик и математик А. Фридман на основе строгих расчетов показал, что Вселенная Эйнштейна не может быть стационарной, неизменной. При этом Фридман опирался на сформулированный им космологический принцип, который строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Фридман на основе космологического принципа доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и другие, нестационарные решения, согласно которым Вселенная может либо расширяться, либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира.

Современная картина Вселенной возникла только в 1924 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. На самом деле существует много других галактик, разделенных огромными областями пустого пространства. Для доказательства Хабблу требовалось определить расстояния до этих галактик, которые настолько велики, что, в отличие от положений близких звезд, видимые положения галактик действительно не меняются. Поэтому для измерения расстояний Хаббл был вынужден прибегнуть к косвенным методам. Видимая яркость звезды зависит от двух факторов: от того, какое количество света излучает звезда (се светимости), и от того, где она находится. Яркость близких звезд и расстояние до них мы можем измерить; следовательно, мы можем вычислить и их светимость. И наоборот, зная светимость звезд в других галактиках, мы могли бы вычислить расстояние до них, измерив их видимую яркость. Хаббл заметил, что светимость некоторых типов звезд всегда одна и та же, когда они находятся достаточно близко для того, чтобы можно было производить измерения. Следовательно, рассуждал Хаббл, если такие звезды обнаружатся в другой галактике, то, предположив у них такую же светимость, мы сумеем вычислить расстояние до этой галактики. Если подобные расчеты для нескольких звезд одной и той же галактики дадут один и тот же результат, то полученную оценку расстояния можно считать надежной.

Таким путем Хаббл рассчитал расстояния до девяти разных галактик. Теперь известно, что наша Галактика - одна из нескольких сотен тысяч галактик, которые можно наблюдать в современные телескопы, а каждая из этих галактик в свою очередь содержит сотни тысяч миллионов звезд. Наша Галактика имеет около ста тысяч световых лет в поперечнике. Она медленно вращается, а звезды в ее спиральных рукавах каждые несколько сотен миллионов лет делают примерно один оборот вокруг ее центра. Наше Солнце представляет собой обычную желтую звезду средней величины, расположенную на внутренней стороне одного из спиральных рукавов.

В 20-х годах, когда астрономы начали исследование спектров звезд других галактик, обнаружилось нечто еще более странное: в нашей собственной Галактике оказались те же самые характерные наборы отсутствующих цветов, что и у звезд, но все они были сдвинуты на одну и ту же величину к красному концу спектра (спектры удаляющихся звезд сдвинуты к красному концу (красное смещение), а спектры приближающихся звезд испытывают фиолетовое смещение). Такое соотношение между скоростью и частотой называется эффектом Доплера.

Доказав, что существуют другие галактики, Хаббл все последующие годы посвятил составлению каталогов расстояний до этих галактик и наблюдению их спектров. В то время большинство ученых считали, что движение галактик происходит случайным образом и поэтому спектров, смещенных в красную сторону, должно наблюдаться столько же, сколько и смещенных в фиолетовую. Каково же было удивление, когда у большей части галактик обнаружилось красное смещение спектров, т.е. оказалось, что почти все галактики удаляются от нас! Еще более удивительным было открытие, опубликованное Хабблом в 1929 г.: Хаббл обнаружил, что даже величина красного смещения не случайна, а прямо пропорциональна расстоянию от нас до галактики. Иными словами, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется! А это означало, что Вселенная не может быть статической, как думали раньше, что на самом деле она непрерывно расширяется и расстояния между галактиками все время растут.

Открытие расширяющейся Вселенной было одним из великих интеллектуальных переворотов двадцатого века. Задним числом ученые лишь удивляются тому, что эта идея не пришла никому в голову раньше.

Расширение Вселенной могло быть предсказано на основе ньютоновской теории тяготения в XIX, XVIII и даже в конце XVII века. Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах еще в начале нашего века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 г. общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной. По-видимому, лишь один человек полностью поверил в общую теорию относительности: пока Эйнштейн и другие физики думали над тем, как обойти не статичность Вселенной, предсказываемую этой теорией, физик и математик А.А. Фридман, наоборот, занялся ее объяснением.

Фридман сделал два очень простых исходных предположения: во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы ее ни наблюдали, и во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места. Не прибегая ни к каким другим предположениям, Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. В 1922 г., за несколько лет до открытия Хаббла, Фридман в точности предсказал его результат!

В модели Фридмана все галактики удаляются друг от друга. Это вроде бы как надутый шарик, на который нанесены точки, если его все больше надувать. Расстояние между любыми двумя точками увеличивается, но ни одну из них нельзя назвать центром расширения. Притом чем больше расстояние между точками, тем быстрее они удаляются друг от друга. Но и в модели Фридмана скорость, с которой любые две галактики удаляются друг от друга, пропорциональна расстоянию между ними. Таким образом, модель Фридмана предсказывает, что красное смешение галактики должно быть прямо пропорционально ее удаленности от нас, в точном соответствии с открытием Хаббла. Несмотря на успех этой модели и на согласие ее предсказаний с наблюдениями Хаббла, работа Фридмана оставалась неизвестной на Западе, и лишь в 1935 г. американский физик Говард Робертсон и английский математик Артур Уолкер предложили сходные модели в связи с открытием Хаббла.

В первой модели Фридмана пространство такое же, но только вместо двух измерений, поверхность Земли имеет три измерения. Четвертое измерение, время, тоже имеет конечную протяженность, но оно подобно отрезку прямой, имеющему начало и конец. То есть, если общую теорию относительности объединить с квантово-механическим принципом неопределенности, то окажется, что и пространство, и время могут быть конечными, не имея при этом ни краев, ни границ. В первой модели Фридмана (в которой Вселенная расширяется и сжимается) пространство искривляется, замыкаясь, само на себя, как поверхность Земли. Поэтому размеры его конечны. Во второй же модели, в которой Вселенная расширяется бесконечно, пространство искривлено иначе, как поверхность седла. Таким образом, во втором случае пространство бесконечно. Наконец, в третьей модели Фридмана (с критической скоростью расширения) пространство плоское (и, следовательно, тоже бесконечное). Но какая же из моделей Фридмана годится для нашей Вселенной? Перестанет ли Вселенная, наконец расширяться и начнет сжиматься или же будет расширяться вечно? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать нынешнюю скорость расширения Вселенной и ее среднюю плотность. Если плотность меньше некоторого критического значения, зависящего от скорости расширения, то гравитационное притяжение будет слишком мало, чтобы остановить расширение. Если же плотность больше критической, то в будущем из-за гравитации расширение Вселенной прекратится и начнется сжатие.

Все варианты модели Фридмана имеют то общее, что в какой-то момент времени в прошлом (десять-двадцать тысяч миллионов лет назад) расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю. В этот момент, который называется большим взрывом, плотность Вселенной и кривизна пространства-времени должны были быть бесконечными.

Все это означает, что, согласно общей теории относительности (на которой основаны решения Фридмана), во Вселенной должна быть точка, в которой сама эта теория неприменима. Все наши научные теории основаны на предположении, что пространство-время гладкое и почти плоское, а потому все эти теории неверны в сингулярной точке большого взрыва, в которой кривизна пространства-времени бесконечна. Следовательно, даже если бы перед большим взрывом происходили какие-нибудь события, по ним нельзя было бы спрогнозировать будущее, так как в точке большого взрыва возможности предсказания свелись бы к нулю. Точно так же, зная только то, что произошло после большого взрыва (а мы знаем только это), мы не сможем узнать, что происходило до него. События, которые произошли до большого взрыва, не могут иметь никаких последствий, касающихся нас, и поэтому не должны фигурировать в научной модели Вселенной. Следовательно, нужно исключить их из модели и считать началом отсчета времени момент большого взрыва.

В 1963 г. два советских физика, Е. М. Лифшиц и И.М. Халатников, сделали еще одну попытку исключить большой взрыв, а с ним и начало времени. Лифшиц и Халатников высказали предположение, что большой взрыв - особенность лишь моделей Фридмана, которые в конце концов дают лишь приближенное описание реальной Вселенной. Не исключено, что из всех моделей, в какой-то мере описывающих существующую Вселенную, сингулярность в точке большого взрыва возникает только в моделях Фридмана. В 1970 г. после многочисленных исследований моделей схожих с моделями Фридмана Лифшиц и Халатников отказались от своей теории.

Тем не менее их работа имела очень важное значение, ибо показала, что если верна общая теория относительности, то Вселенная могла иметь особую точку, большой взрыв. Но эта работа не давала ответа на главный вопрос: следует ли из общей теории относительности, что у Вселенной должно было быть начало времени - большой взрыв?

Ответ на этот вопрос был получен при совершенно другом подходе, предложенном в 1965 г. английским математиком и физиком Роджером Пенроузом. Исходя из поведения световых конусов в общей теории относительности и того, что гравитационные силы всегда являются силами притяжения, Пенроуз показал, что когда звезда сжимается под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой в конце концов сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимается до нуля, то же самое должно происходить и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. Иными словами, возникнет сингулярность в некоей области пространства-времени, называемая черной дырой.

В итоге в 1970 г. была написана статья, в которой наконец доказано, что сингулярная точка большого взрыва должна существовать, опираясь только на то, что верна общая теория относительности и что во Вселенной содержится столько вещества, сколько мы видим. Эта работа вызвала массу возражений. Но с математической теоремой не очень поспоришь, и поэтому, когда работа была закончена, ее приняли, и сейчас почти все считают, что Вселенная возникла в особой точке большого взрыва.

материя космология тело

Список используемой литературы

1. Данилова В.С., Кожевников Н.И. Основные концепции современного естествознания: учебник, М.: Аспект-пресс, 2000 - 256 с.

2. Карпенков С.Х. Современное естествознание: учеб., М.: Академический проект 2003. - 560 с.

3. Концепции современного естествознания: Учеб. Для вузов/под ред. Проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.

4. Найденыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие д/вузов, М.: Гардарики 2002, - 476 с.

5. Соколов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие д/вузов, М.: ВЛАДОС, 1999. - 232 с.

6. Турсунов А. Философия и современная космология М.: ИНФРА-М, 2001, - 458 с.

Читайте также: