Космология и космогония



 

С глубокой древности и до начала нынешнего столетия космос считали неизменным. Звездный мир олицетворял собой абсолютный покой, вечность и беспредельную протяженность. Открытие в 1929 году взрывообразного разбегания галактик, то есть быстрого расширения видимой части Вселенной, показало, что Вселенная нестационарна. Экстраполируя процесс расширения в прошлое, сделали вывод, что 15–20 миллиардов лет назад Вселенная была заключена в бесконечно малый объем пространства при бесконечно большой плотности и температуре вещества‑излучения (это исходное состояние называют «сингулярностью»), а вся нынешняя Вселенная конечна – обладает ограниченным объемом и временем существования.

Отсчет времени жизни такой эволюционирующей Вселенной ведут от момента, при котором, как полагают, внезапно нарушилось состояние сингулярности и произошел «Большой Взрыв». По мнению большинства исследователей, современная теория «Большого Взрыва» (ТБВ) в целом довольно успешно описывает эволюцию Вселенной, начиная примерно с 10–44 секунды после начала расширения.


инственной брешью в прекрасном сооружении ТБВ они считают проблему Начала – физического описания сингулярности. Однако и тут преобладает оптимизм: ожидают, что с созданием «Теории Всего Сущего», объединяющей все фундаментальные физические силы в единое универсальное взаимодействие, эта проблема будет автоматически решена. Тем самым построение модели мироздания в наиболее общих и существенных чертах благополучно завершится.

Этот энтузиазм весьма напоминает настроения, царившие в физике на рубеже XIX–XX столетий, когда казалось, что строительство здания точных наук в основном приближается к концу и оставшиеся непроясненными несколько «темных пятен» (в частности, проблема излучения «черного тела», из которой родилась квантовая механика) общей картины не портят. По‑видимому надежды, разделяемые нынешними сторонниками ТБВ, столь же иллюзорны.

15‑20 миллиарда лет – так определяет сейчас наука возраст Вселенной. Когда человек не знал этой цифры, он не мог задаваться вопросом, которым он задается сегодня: что было до этой даты? До этой даты, утверждает современная космогония, вся масса Вселенной была сжата, была втиснута в некую точку, исходную каплю космоса.

Когда Вселенная пребывала в исходном точечном состоянии, рядом, вне ее не существовало материи, не было пространства, не могло быть времени. Поэтому невозможно сказать, сколько продолжалось это – мгновение или бессчетные миллиарды лет. Невозможно сказать не только потому, что нам это неизвестно, а потому что не было ни лет, ни мгновений – времени не было. Его не существовало вне точки, в которую была сжата вся масса Вселенной, потому что вне ее не было ни материи, ни пространства. Времени не было, однако, и в самой точке, где оно должно было практически остановиться.


Не обязательно, чтобы исходная точка – то «космическое яйцо», из которого родилась Вселенная, была заполнена сверхплотной материей, мыслима такая космологическая схема, в которой Вселенная не только логически, но и физически возникает из ничто, причем при строгом соблюдении всех законов сохранения. Ничто (вакуум) выступает в качестве основной субстанции, первоосновы бытия.

В свете новых космогонических представлений само понимание вакуума было пересмотрено наукой. Вакуум есть особое состояние вечно движущейся, развивающейся материи. На исходных стадиях Вселенной интенсивное гравитационное поле может порождать частицы из вакуума.

И снова необъяснимую аналогию этим представлениям современного знания находим мы у древних. О переходе вещества в иное состояние, даже об «исчезновении материи» в момент гибели Вселенной упоминал философ и богослов Ориген (II–III в.н. э.). Когда Вселенная возникает опять, «материя, – писал он, – вновь получает бытие, образуя тела…».

Нам неизвестно, почему, в силу каких причин это исходное, точечное состояние было нарушено и произошло то, что обозначается сегодня словами «Большой Взрыв». Согласно сценарию исследователей, вся наблюдаемая сейчас Вселенная размером в 10 миллиардов световых лет возникла в результате расширения, которое продолжалось всего 10–30 с. Разлетаясь, расширяясь во все стороны, материя отодвигала безбытие, творя пространство и начав отсчет времени. Так видит становление Вселенной современная космогония.


Если концепция о «Большом Взрыве» верна, то он должен был бы оставить в космосе своего рода «след», «эхо». Такой «след» был обнаружен. Пространство Вселенной оказалось пронизано радиоволнами миллиметрового диапазона, разбегающимися равномерно по всем направлениям. Это «реликтовое излучение Вселенной» и есть приходящий из прошлого след сверхплотного, сверхраскаленного ее состояния, когда не было еще ни звезд, ни туманностей, а материя представляла собой дозвездную, догалактическую плазму.

Теоретически концепция «расширяющейся Вселенной» была выдвинута известным ученым А.А.Фридманом в 1922–1924 годах. Десятилетия спустя она получила практическое подтверждение в работах американского астронома Э.Хаббла, изучавшего движение галактик. Хаббл обнаружил, что галактики стремительно разбегаются, следуя некоему импульсу, заданному в момент «Большого Взрыва». Если разбегание это не прекратится, будет продолжаться неограниченно, то расстояние между космическими объектами будет возрастать, стремясь к бесконечности. По расчетам Фридмана, именно так должна была бы проходить дальнейшая эволюция Вселенной.


нако при одном условии – если средняя плотность массы Вселенной окажется меньше некоторой критической величины (эта величина составляет примерно три атома на кубический метр). Какое‑то время назад данные, полученные американскими астрономами со спутника, исследовавшего рентгеновское излучение далеких галактик, позволили рассчитать среднюю плотность массы Вселенной. Она оказалась очень близка к той критической массе, при которой расширение Вселенной не может быть бесконечно.

Обратиться к изучению Вселенной посредством исследования рентгеновских излучений пришлось потому, что значительная часть ее вещества не воспринимается оптически. По крайней мере 50 % массы нашей Галактики мы «не видим», писал журнал английских ученых «New Scientist». Об этом не воспринимаемом нами веществе свидетельствуют, в частности, гравитационные силы, которые определяют движение нашей и других галактик, движение звездных систем. Вещество это может существовать в виде «черных дыр», масса которых составляет сотни миллионов масс нашего Солнца, в виде нейтрино или других каких‑то неизвестных нам форм. Не воспринимаемые, как и «черные дыры», короны галактик могут быть, считают некоторые, в 5‑10 раз больше массы самих галактик.

Предположение, что масса Вселенной значительно больше, чем принято считать, нашло новое весьма веское подтверждение в работах физиков. Ими были получены первые данные о том, что один из трех видов нейтрино обладает массой покоя. Если остальные нейтрино имеют те же характеристики, то масса нейтрино во Вселенной в 100 раз больше, чем масса обычного вещества, находящегося в звездах и галактиках.


Это открытие позволяет с большей уверенностью говорить, что расширение Вселенной будет продолжаться лишь до некоторого момента, после которого процесс обратится вспять – галактики начнут сближаться, стягиваясь снова в некую точку. Вслед за материей будет сжиматься в точку пространство. Произойдет то, что астрономы обозначают сегодня словами «Схлопывание Вселенной».

Заметим ли мы или, скажем, обитатели других миров, существующих в космосе, сжатие Вселенной, начало страшного ее возврата в первоначальный, первозданный хаос? Нет и никогда. Слишком несоизмеримы периоды жизни разумных существ и даже их цивилизаций с эпохами жизни Вселенной. Мы не можем заметить поворота времени, который должен будет произойти, когда Вселенная, достигнув максимума своего разбега, начнет сжиматься.

Поворот течения времени, в масштабах Вселенной, аналогичен подобному же событию, происходящему на сжимающейся, «коллапсирующей» звезде. Условные часы, находящиеся на поверхности такой звезды, сначала должны будут замедлить свой ход, затем, когда сжатие достигнет критического гравитационного «горизонта событий», они остановятся. Когда же звезда «провалится» из нашего пространства‑времени, условные стрелки на условных часах двинутся в противоположную сторону – время пойдет обратно. Но всего этого сам гипотетический наблюдатель, находящийся на такой звезде, не заметит. Замедление, остановку и изменение направления времени мог бы воспринять только некто наблюдающий происходящее как бы со стороны, находящийся вне «схлопывающейся» системы. Если наша Вселенная единственная и нет ничего вне ее – ни материи, ни времени, ни пространства, – то не может быть и некоего взгляда со стороны, который мог бы заметить, когда время изменит ход и потечет вспять.


Некоторые ученые считают, что событие это в нашей Вселенной уже произошло, галактики падают друг на друга, и Вселенная вступила в эпоху своей гибели. Существуют математические расчеты и соображения, подтверждающие эту мысль. Сторонники этой точки зрения вспоминают в этой связи одно из «темных мест» Платона. В диалоге «Политик» Платон говорит о времени, которое некогда внезапно «потекло вспять», о странных космических явлениях, сопровождавших это событие. Многие века это сообщение не поддавалось расшифровке, пока в современной космогонии не появились данные, позволяющие попытаться понять его с позиций сегодняшнего знания.

Что произойдет после того, как Вселенная вернется в некую исходную точку? После этого начнется новый цикл, произойдет очередной «Большой Взрыв», праматерия ринется во все стороны, раздвигая и творя пространство, снова возникнут галактики, звездные скопления, жизнь. Такова, в частности, космологическая модель американского астронома Дж. Уиллера, модель попеременно расширяющейся и «схлопывающейся» Вселенной.


Известный математик и логик Курт Гедель математически обосновал то положение, что при определенных условиях наша Вселенная действительно должна возвращаться к своей исходной точке с тем, чтобы потом опять совершить тот же цикл, завершая его новым возвращением к исходному своему состоянию. Этим расчетам соответствует и модель английского астронома П.Дэвиса, модель «пульсирующей Вселенной». Но что важно – Вселенная Дэвиса включает в себя замкнутые линии времени, иначе говоря, время в ней движется по кругу. Число возникновений и гибели, которые переживает Вселенная, бесконечно.

И снова – свидетельства прошлого. За тысячи лет до того, как современное логически выдержанное, рациональное знание пришло к этой картине мира, подобное представление устойчиво присутствовало в сознании древнего человека. Вселенная, писал шумерский философ и жрец Бероуз (III в.н. э.), периодически уничтожается и потом воссоздается снова. Из древнего Шумера эта концепция пришла в эллинский мир, Рим, Византию.

А как представляет себе гибель Вселенной современная космогония? Известный американский физик С.Вайнберг описывает это так. После начала сжатия в течение тысяч и миллионов лет не произойдет ничего, что могло бы вызвать тревогу наших отдаленных потомков. Однако, когда Вселенная сожмется до 1/100 теперешнего размера, ночное небо будет источать на Землю столько же тепла, сколько сегодня дневное. Затем через 70 миллионов лет Вселенная сократится еще в десять раз и тогда «наши наследники и преемники (если они будут) увидят небо невыносимо ярким». Еще через 700 лет космическая температура достигнет десяти миллионов градусов, звезды и планеты начнут превращаться в «космический суп» из излучения, электронов и ядер.


После сжатия в точку, после того, что мы именуем гибелью Вселенной (но что, может, вовсе и не есть ее гибель), начинается новый цикл. Вспомним об упомянутом уже реликтовом излучении, эхе «Большого Взрыва», породившего нашу Вселенную. Излучение это, оказывается, приходит не только из прошлого, но и «из будущего»! Это отблеск «мирового пожара», исходящего от следующего цикла, в котором рождается новая Вселенная. Температура реликтового излучения, наблюдаемого сегодня, на 3? выше абсолютного нуля. Это и есть температура «электромагнитной зари», знаменующей рождение новой Вселенной.

Реликтовое излучение – только ли оно пронизывает наш мир, приходя как бы с двух сторон – из прошлого и грядущего? Только ли это? Материя, составляющая мир, Вселенную и нас, возможно, несет в себе некую информацию. Исследователи с долей условности, но говорят уже о «внутреннем опыте», своего рода «памяти» молекул, атомов, элементарных частиц. Атомы углерода, побывавшего в живых существах «биогенные».

Коль скоро в момент схождения Вселенной в точку материя не исчезает, то не исчезает, неуничтожима и информация, которую она несет. Наш мир заполнен ею, как он заполнен, материей, составляющей его.


Вселенная, что придет на смену нашей, будет ли она ее повторением?

Вполне возможно, отвечают некоторые космологи.

Вовсе не обязательно, возражают другие. Нет никаких физических обоснований, считает, например, доктор Р.Дик из Принстонского университета, чтобы всякий раз в момент образования Вселенной физические закономерности были те же, что и в момент начала нашего цикла. Если же эти закономерности будут отличаться даже самым незначительным образом, то звезды не смогут впоследствии создать тяжелые элементы, включая углерод, из которого построена жизнь. Цикл за циклом Вселенная может возникать и уничтожаться, не зародив ни искорки жизни. Такова одна из точек зрения. Ее можно было бы назвать точкой зрения «прерывистости бытия». Оно прерывисто, даже если в новой Вселенной и возникает жизнь: никакие нити не связывают ее с прошлым циклом.

По другой точке зрения, наоборот, «Вселенная помнит всю свою предысторию, сколь бы далеко (даже бесконечно далеко) в прошлое она ни уходила».

 

Источник: helpiks.org

VIII Современная космология и космогония.

Космология и космогония: история понятий.

Модель стационарной Вселенной и ее противоречия (фотометрический, гравитационный и термодинамический парадоксы).


Модель расширяющейся Вселенной и хронология Большого взрыва.

Проблема начала: диалог богословия и естествознания.

Антропный принцип и его богословская интерпретация.

Будущее Вселенной и судьба человечества.

Литература для изучения:

1. Барбур И. Религия и наука: история и современность. – М.: Библейско-Богословский институт св. ап. Андрея, 2001, с. 238-269.

2. Гоманьков В.И. Научные и библейские представления о возникновении и эволюции Вселенной. Антропный космологический принцип и христианский антропоцентризм // Той повеле, и создашася: Современные ученые о сотворении мира. – Клин: Фонд «Христианская жизнь», 1999. – С. 129-165.

3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Высшее образование, 2006, с. 70-86, 127-129.

4. Грин Б. Элегантная вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории: Пер. с англ. – М.: КомКнига, 2007, с. 224-239.

5. Нестерук А. Логос и космос: Богословие, наука и православное предание // Пер. с англ. (Серия «Богословие и наука»). – М.: Библейско-богословский институт св. ап. Андрея, 2006, с. 157-347.

6. Цыпин Л., прот. Вселенная, Космос, Жизнь – три Дня Творения. – Киев: Пролог, 2008.

Космология и космогония: история понятий.

В современном естествознании космология — это дисциплина, изучающая Вселенную в целом. Основу данного направления составляют математика, физика и астрономия. Космология включает в себя космогонию (греч. κοσμογονία от κόσμος — мир, порядок, красота, Вселенная и γονή — рождение) — учение о происхождении и развитии Вселенной. Космологические исследования развиваются обычно от теории к практике, от модели к эксперименту. Важнейший постулат современной космологии заключается в том, что известные нам законы природы, установленные при наблюдении весьма ограниченной части Космоса, экстраполируются на всю Вселенную, ее прошлое и будущее. Когда мы касаемся космологии и космогонии, необходимо понимать, что событие появления Вселенной (равно как жизни и разума) в отличие от тех процессов, которые мы можем постоянно наблюдать в окружающем мире, совершенно уникально, экспериментально невоспроизводимо и ненаблюдаемо. По этой причине космология продолжает оставаться особой областью знания, требующей не только научных обобщений, но и всестороннего мировоззренческого осмысления: самым теснейшим образом в космологии соприкасаются естествознание, философия и богословие.

С древнейших времен человек интересовался устройством окружающего мира: звезд, планет, солнца и самой земли. В античности ответ на возникающие вопросы о мироздании давали мифология и натурфилософия. Космогонические мифы о происхождении гармоничного космоса из бесформенного хаоса (греч. χάος — от χαίνω — «раскрываться», «разверзаться») – один из самых распространенных сюжетов большинства языческих мифологий. Основные темы космогонических мифов — оформление первоматерии, разделение богами слитых в «брачных объятиях» земли и неба, установление «космической оси» или «мирового древа», создание светил, растений и животных; творение завершается, как правило, появлением человека и установлением социальных норм. Согласно этим сказаниям, происхождение мира происходит различно: по воле некоего существа-демиурга (греч. δήμος — «народ» и ἔργον — «дело, ремесло, промысел» , т.е. «мастер, ремесленник, творец»), порождением богов и космических стихий «богиней-матерью», «первой божественной парой», «богом-андрогином» или борющимися богами. В дуалистических (двойственных) космогониях демиург творит все благое, его противник — злое. Традиционная тема многих космогонических мифов — творение космоса из тела «первосущества» или «первочеловека». Широко распространенными были представления о цикличности истории: мир возникает, а потом разрушается, чтобы родиться снова (то, что иногда называется «дурной бесконечностью»).

С VIII-VII вв. до р.Х. космогония является сюжетом множества философских трактатов. Позднее самыми распространенными в натурфилософии становятся аристотелевские космогония и космология. Согласно системе Аристотеля, шарообразная Земля находится в центре, а мироздание представляет собой ряд взаимосвязанных концентрических сфер, движущихся с различными скоростями и приводимых в движение нематериальным Перводвигателем Вселенной, с которым входит в соприкосновение самая крайняя кристальная сфера неподвижных звезд. Мир сложен четырьмя стихиями (земля, вода, воздух, огонь), а вещественность неба и небесных тел восходит к особо тонкой субстанции — эфиру. Влияние геоцентрической космологии Аристотеля сохранялось в науке вплоть до времен Н. Коперника.

Уникальность, глубина и одновременно предельная лаконичность библейской космогонии в сравнении с натуралистической языческой мифологией и философскими концепциями вполне очевидна: личный Бог по любви вызывает мир из небытия, творит его «из ничего». При этом богодухновенным автором Шестоднева, часто в особом, полемическом контексте, задействовался «космогонический язык», свойственный Ближнему Востоку. Аналогично и аристотелевская космология во многом была воспринята христианством как натурфилософская картина мира, разумеется, в тех «внешних» моментах, которые не противоречили церковному вероучению. Космос не выводится ни из каких первостихий, имеет началом творческое божественное воление, он гармоничен и прекрасен, как произведение Художника, его существование имеет смысл и средоточие в высшем творении – человеке – носителе божественного образа. Поэтому в иконописной традиции «Пятидесятницы» или «Сошествия Святого Духа на апостолов» Космос персонифицируется и аллегорически изображается в виде царя в короне. Как и в античности, в средние века Вселенная считалась стационарной, неизменной, имеющей определенные пределы или границы.

В новое время с ростом секулярных, материалистических тенденций в философии некоторые свойства-атрибуты Бога постепенно распространились на тварную материю. Вселенная стала рассматриваться не только как безграничная в пространстве, но и как безначальная во времени. Следует заметить, что новые представления никогда не являлись непреодолимым преткновением для богословской мысли. Еще в IV в., как бы провидя грядущие споры, святитель Василий Великий в первой беседе на Шестоднев говорил: «Посему, человек, не представляй себе видимого безначальным, и из того, что движущиеся на небе тела описывают круги, — а в круге чувство наше с первого взгляда не может приметить начала, — не заключай, что природа круговращаемых тел безначальна. Да и этого круга, то есть начертания, на плоскости описанного одною чертою, не должны мы предполагать уже безначальным потому, что убегает от нашего чувства и не можем мы найти, где он начался и где окончился. Напротив того, хотя сие и убегает от нашего чувства, однако же в действительности, кто описывал круг из средоточия и известным расстоянием, тот, без сомнения, начал его откуда-нибудь. Так и ты, видя, что тела, описывающие круги, возвращаются в прежнее свое положение, равномерностью и непрерывностью их движения не удерживай себя в той ложной мысли, будто бы мир безначален и нескончаем. … проходит образ мира сего (1 Кор. 7: 31), и: небо и земля прейдут (Мф. 24:35)»[1]. Действительно, «бесконечная» окружность является образом вечности, что нашло отражение в литургической символике при совершении таинств Крещения, Браковенчания, Священства (соответственно, через обхождение вокруг купели, аналоя и престола), а также в иконографическом изображении нимба. Если изображая «бесконечную» окружность, человек дает ей начало, неужели всемогущий Творец, пребывающий над пространством и временем, не мог бы сотворить Вселенную, воспринимаемую нами безграничной и вечной? Однако к XIX в. многие философы и ученые-материалисты оказались в большей степени склонными к атеистическому, чем богословскому осмыслению имеющихся фактов.

Итак, согласно классической картине мира Вселенная мыслилась самодостаточной, безначальной, вечной, бесконечной, полицентричной. Количество небесных тел в ней бесконечно велико, на смену погибшим (погасшим) приходят новые молодые звезды, эти процессы совершаются постоянно и конца им никогда не будет. Все развитие и движение небесных тел подчинены главной фундаментальной закономерности – ньютоновскому Закону всемирного тяготения. Пространство и время универсальны, никак не связаны как между собой, так и с телами, наполняющими Вселенную.

Источник: studopedia.ru

Глава 6. Космологические концепции вселенной

6.1. Космология и космогония

Во все времена люди стремились понять, как возник наш мир, что такое звезды, планеты, Солнце. Попытки дать ответы на эти вопросы первоначально привели к возникновению мифологии. Победа христианства утвердила представления о сотворении мира Богом из ничего. С появлением науки на смену мифологическим и религиозным пришли научные представления о происхождении Вселенной.

Сегодня Вселенную изучает космология – наука о Космосе. Сам термин «космология» образован от двух греческих слов: kosmos – вселенная и logos – закон, учение. Космология представляет собой раздел естествознания, использующий достижения и методы астрономии, физики, математики, философии. Естественно-научной базой космологии являются астрономические наблюдения нашей Галактики и других звездных систем, общая теория относительности, физика микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистская термодинамика и ряд других новейших физических теорий.

Выводы космологии называются моделями происхождения Вселенной, т. е. возможными вариантами объяснения. Отсюда многие положения современной космологии кажутся фантастическими. Понятия Вселенной, бесконечности, Большого взрыва не поддаются воображению, такие объекты и процессы невозможно зафиксировать органами чувств человека или физическими приборами. Из-за этого обстоятельства складывается впечатление, что речь идет о чем-то сверхъестественном. Но такое впечатление обманчиво, поскольку функционирование космологии носит весьма конструктивный характер, хотя многие ее положения оказываются гипотетичными.

Современная космология – раздел астрономии, в котором объединены данные физики, математики, универсальные философские принципы, 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 развиваются обычно 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 исходные противоположные философские мировоззренческие принципы. В свою очередь, любые космологические выводы также влияют на общефилософские представления об устройстве Вселенной, так как изменяют фундаментальные представления человека о мире и самом себе.

Важнейший постулат современной космологии заключается в том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, могут быть экстраполированы на гораздо более широкие области и в конечном счете на всю Вселенную. Космологические концепции различаются в зависимости от того, какие физические принципы и законы закладываются в их основу. Построенные на их базе модели должны допускать проверку для наблюдаемой области Вселенной, а выводы любой концепции – подтверждаться наблюдениями (или не противоречить им).

Кроме того, в соответствии с потребностью познания звезд, планет и других небесных тел в Новое время зародилась космогония – наука о происхождении и развитии космических тел и их систем. Космогония 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, в XX в. появилась возможность начать серьезное изучение происхождения и развития звезд и галактик.

6.2. Космологические модели Вселенной

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 законы, как это делается в других естественных науках. Кроме того, каждое космическое явление уникально, поэтому космология имеет дело только с моделями.

Формирование классической космологической модели. Еще древние мудрецы задались вопросом о происхождении и устройстве Вселенной. Их взгляды были неотъемлемыми компонентами философских систем древности. Первые космологические идеи основывались на астрономических наблюдениях, которые начались с глубокой древности. Жрецам Вавилона, Египта, Индии и Китая удалось довольно точно вычислить продолжительность года, повторяемость солнечных и лунных затмений. Наблюдая за небесными телами, они смогли выявить две группы небесных тел: подвижные и неподвижные. Множество звезд тогда считались неподвижными объектами. К числу подвижных тел относились Луна, Солнце и пять известных планет, названных именами римских богов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн (впервые это было сделано в Вавилоне, и сегодня мы используем такие названия). В честь их неделя была разделена на семь дней, каждый из которых в существующей и сегодня астрологической традиции связан с одним из подвижных тел. Из наблюдения видимого движения Солнца по небесной сфере были открыты 12 так называемых зодиакальных созвездий.

После того как вместе с наукой на смену мифологии пришла философия, ответ на «вечные вопросы» стали искать в основном в рамках философских концепций. В Античности появилось несколько интересных космологических моделей Вселенной – у Пифагора, Демокрита, Платона. Тогда же возникли первые гелиоцентрические модели Вселенной. Так, Гераклит Понтийский признавал суточное вращение Земли и ее движение вокруг покоящегося Солнца. Аристарх Самосский выдвигал идею о том, что Земля вращается по окружности, центром которой служит Солнце. Но эти гелиоцентрические идеи были отвергнуты большинством античных мыслителей. Общепризнанным итогом античной космологии стала геоцентрическая концепция, сформулированная Аристотелем, усовершенствованная К. Птолемеем и просуществовавшая в течение всего Средневековья.

С наступлением Нового времени философия уступила первенство в создании космологических моделей науке, которая добилась особенно больших успехов в XX в., перейдя от различных догадок в этой области к достаточно обоснованным фактам, гипотезам и теориям. Первым результатом стало появление в XVI в. гелиоцентрической модели Вселенной Н. Коперника. В этой модели Вселенная все еще представляла замкнутую сферу с Солнцем в центре, вокруг которого вращались планеты, среди них и Земля.

Успехи космологии и космогонии XVIII – ХIХ вв. завершились созданием классической полицентрической картины мира, ставшей начальным этапом развития научной космологии. Эта классическая полицентрическая модель достаточно проста и понятна. Вселенная считается бесконечной в пространстве и времени, иными словами – вечной. Основным законом, управляющим движением и развитием небесных тел, является закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами, играя пассивную роль вместилища для этих тел. Время также не зависит от материи, являясь универсальной длительностью всех природных явлений и тел. Исчезни вдруг все эти тела, пространство и время сохранились бы неизменными. Количество звезд, планет и звездных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. На смену погибшим (погасшим) звездам вспыхивают новые молодые светила. Хотя детали возникновения и гибели небесных тел оставались неясными, в основном эта классическая модель казалась стройной и логически непротиворечивой. В таком виде она господствовала в науке вплоть до XX в.

Но в данной модели Вселенной было несколько недостатков. Закон всемирного тяготения объяснял центростремительное ускорение планет, но не говорил, откуда взялось стремление планет, любых материальных тел двигаться равномерно и прямолинейно. Для объяснения инерциального движения пришлось допустить существование в ней «божественного толчка», приведшего в движение все материальные тела. Кроме того, для коррекции орбит космических тел также допускалось вмешательство Бога. Таким образом, классическая полицентрическая модель Вселенной лишь частично носила научный характер, она не могла дать научного объяснения происхождения Вселенной и поэтому была заменена другими моделями.

Космологические парадоксы. К концу XIX века появились серьезные сомнения в классической космологической модели. Они приняли форму так называемых космологических парадоксов – фотометрического, гравитационного и термодинамического.

Еще в XVIII веке швейцарский астроном Р. Шезо высказал сомнение в пространственной бесконечности Вселенной. Если предположить, утверждал Р. Шезо, что в бесконечной Вселенной существует бесконечное множество звезд и они распределены в пространстве равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя натыкался бы на какую-нибудь звезду. В этом случае небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы бесконечную светимость, т. е. такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его фоне казалось бы черным пятном. Однако этого не происходит. Независимо от Р. Шезо к таким же выводам пришел известный немецкий астроном Ф. Ольберс. Это парадоксальное утверждение получило в астрономии наименование фотометрического парадокса Шезо – Ольберса. Таков был первый космологический парадокс, поставивший под сомнение пространственную бесконечность Вселенной.

В конце XIX в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание на другой парадокс, также вытекавший из представлений о бесконечности Вселенной. Он получил название гравитационного парадокса. Нетрудно подсчитать, что в бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное тело оказывается бесконечно большой или неопределенной. Результат зависит от способа вычисления. Поскольку этого не происходит, К. Зеелигер сделал вывод, что количество небесных тел во Вселенной ограничено, а значит, и сама Вселенная не бесконечна.

Третий, термодинамический парадокс также был сформулирован в XIX в. Он вытекает из второго начала термодинамики – принципа возрастания энтропии. Мир полон энергии, которая подчиняется важнейшему закону природы – закону сохранения энергии. Казалось бы, на этом законе зиждется вечный круговорот материи во Вселенной. В самом деле, если в природе при всех изменениях материи она не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, а материя, ее составляющая, пребывает в вечном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла. Никто, конечно, не знал, как это происходит, но убеждение в том, что Вселенная в целом всегда одна и та же, было в то время почти всеобщим.

Тем неожиданнее прозвучал вывод из второго начала термодинамики, открытого в середине XIX в. англичанином У. Кельвином и немецким физиком Р. Клаузиусом. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете переходят в тепло, которое, будучи предоставлено само себе, стремится к состоянию термодинамического равновесия, т. е. рассеивается в пространстве. Так как такой процесс рассеивания тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все активные процессы в природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное замерзшее кладбище. Наступит «тепловая смерть» Вселенной.

Признать точку зрения Р. Клаузиуса – значит согласиться, что Вселенная имела когда-то начало и неизбежно будет иметь конец. Действительно, если бы в прошлом Вселенная существовала вечно, то в ней давно наступило бы состояние «тепловой смерти», а поскольку этого нет, то, по убеждению Р. Клаузиуса и других его современников, Вселенная была сотворена сравнительно недавно; в будущем, если не случится чудо, Вселенную ждет «тепловая смерть».

Таким образом, три космологических парадокса заставили ученых усомниться в классической космологической модели Вселенной, побудили их к поискам новых, непротиворечивых моделей.

Релятивистская модель Вселенной. Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составили релятивистская теория тяготения, общая теория относительности. Альберт 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 А. Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но 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, его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании своих расчетов А. Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.

При этом не следует представлять себе данную модель Вселенной в виде обычной сферы. Сферическое пространство есть сфера, но сфера четырехмерная, не поддающаяся воображению. По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства конечен, как конечна поверхность любого шара, которую можно выразить конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность всякой четырехмерной сферы также выражается в конечном числе квадратных метров. Такое сферическое пространство не имеет границ, оно безгранично. В этом смысле поверхность любого шара безгранична, хотя и конечна, т. е. безграничность и бесконечность – разные понятия.

Итак, из расчетов А. Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь все время в одном направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная А. Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак «тепловой смерти» тяготеет и над Вселенной А. Эйнштейна. Такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, А. Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира. Его более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый.

Модель расширяющейся Вселенной. Модель Вселенной А. Эйнштейна стала первой космологической моделью, базирующейся на выводах из общей теории относительности. Это связано с тем, что именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях. Поэтому теоретическим ядром современной космологии выступает теория тяготения – общая теория относительности. Но А. Эйнштейн допускал в своей космологической модели наличие некой гипотетической отталкивающей силы, которая должна обеспечить стационарность, неизменность Вселенной. Последующее развитие естествознания внесло существенные коррективы в это представление.

Из теории относительности следовало, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или сжиматься, или расширяться. Первым на это обстоятельство обратил внимание советский физик и математик А.А. Фридман, который на основании строгих расчетов показал, что Вселенная А. Эйнштейна никак не может быть стационарной, неизменной. Эмпирическим подтверждением этого вывода стало открытие американским астрономом Э. Хабблом в 1929 г. так называемого красного смещения.

«Красное смещение» – это понижение частот электромагнитного излучения, когда в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Согласно обнаруженному ранее эффекту Доплера, при удалении от нас какого-либо источника колебаний воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении света происходит его покраснение, т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн. «Красное смещение» было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием. По последним измерениям это увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/сек на каждый миллион парсек.

В результате своих наблюдений Э. Хаббл обосновал, что Вселенная – это мир галактик, что наша Галактика не единственная в ней и существует множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Вместе с тем Э. Хаббл пришел к выводу, что межгалактические расстояния не остаются постоянными, а увеличиваются. Таким образом, в естествознании появилась концепция расширяющейся Вселенной.

Опираясь на эффект «красного смещения», А.А. Фридман сформулировал свой космологический принцип. Он строится на двух предположениях – об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность подразумевает отсутствие выделенных направлений, одинаковость по всем направлениям. Однородность понимается как одинаковость всех точек Вселенной: мы можем проводить наблюдения в любой из этих точек и везде увидим изотропную Вселенную.

На основе космологического принципа А.А. Фридман 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. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? А.А. Фридман предложил три модели. В первой модели Вселенная расширяется медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками это расширение замедлялось и в конце концов прекращалось. Затем Вселенная начинала сжиматься, в этой модели пространство искривляется, замыкаясь на себя, образуя сферу. Во второй модели Вселенная расширялась бесконечно, пространство там искривлено как поверхность седла и при этом бесконечно. В третьей модели А. Фридмана пространство плоское и тоже бесконечное.

По какому из этих трех вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы последней (тяготения) не остановят разбегания галактик и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют открытой Вселенной.

Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества плоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно большой плотностью). Такой вариант модели назван осциллирующей – закрытой Вселенной.

В пограничном случае, когда силы гравитации точно равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающегося мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения. Когда Э. Хаббл показал, что далекие галактики разбегаются друг от друга с возрастающей скоростью, был сделан однозначный вывод о том, что наша Вселенная расширяется. Но расширяющаяся Вселенная – это изменяющаяся Вселенная, это мир со всей своей историей, мир, имеющий начало и конец.

Модель однородной, изотропной, нестационарной (расширяющейся) Вселенной признана основной концепцией в современной космологии. Из нее следует представление о начале и конце Вселенной. Наиболее вероятным возрастом расширяющейся Вселенной ученые считают не менее 10 млрд и не более 19 млрд лет. Вероятное время существования расширяющейся Вселенной – 15 млрд лет, таков приблизительный возраст нашей Вселенной.

Источник: iknigi.net

Результаты наблюдений

Основная задача космогонических гипотез – объяснение однообразного движения и состава небесных тел. В силу наших ограниченных возможностей наблюдения космических объектов, ученые применяют свои гипотезы, прежде всего, к Солнечной системе. За относительно короткое время наблюдения за Солнечной системой был собран внушительный объем данных, которого достаточно, чтобы проследить в нашей системе ряд закономерностей. Последние говорят о том, что космические объекты, принадлежащие нашей планетарной системе, действительно образуют некую систему, а не являются лишь набором ничем не связанных тел.

  1. В первую очередь, Солнечная система связана гравитационной силой, о чем говорит вращение всех планет системы вокруг Солнца.
  2. Орбиты большинства планет нашей планетарной системы лежат почти в одной плоскости, которая к тому же проходит практически через экватор Солнца.
  3. Все объекты данной планетарной системы перемещаются вокруг ее сердцевины в одном направлении (против часовой стрелки, с точки зрения северного полюса), в т.ч. и карликовые. Из этого следует физическое предположение о том, что все объекты нашей планетарной системы были некогда приведены в движение единым механизмом.
  4. Подавляющая часть планет вращается вокруг своей оси в направлении орбитального движения. Что можно отметить как еще один признак единого механизма происхождения.
  5. У каждой планеты, кроме Меркурия и Венеры, есть один или несколько спутников, которые располагаются близко к плоскостям экваторов этих планет.
  6. Расположение планет в нашей планетарной системе также имеет свои особенности: ближе к светилу расположены планеты земной группы, дальше – газовые. У внешнего края системы находится пояс Койпера, который состоит из таких малых тел как кометы или астероиды, а также четырех карликовых планет.

Все вышеперечисленные закономерности указывают на то, что Солнечная система – это определенная космическая единица, которая возникла как следствие некоего единого процесса, вопросом которого и занимается космогония.

Основные космогонические гипотезы

Первой так называемой космогонической гипотезой является труд выдающегося философа Иммануила Канта, а именно — книга «Всеобщая естественная история и теория неба», вышедшая в свет в 1755 году. Согласно его предположению, наша планетарная система возникла из некой туманности – хаотично расположенных отдельных частиц. Постепенно, за счет гравитации, эти частицы скапливались в различных местах, образуя тем самым некие точки сгущения материи. Некоторые из частиц, которые не падали к центрам этих точек, получали боковое движение, в результате которого сгусток материи туманности обретал вращательное движение. Из-за последнего процесса туманность сдавливалась с двух сторон, приобретая форму, близкую к плоскости. Из упомянутых сгустков материи было образовано центральное тело, сердцевина системы  – Солнце, а также все другие космические объекты нашей планетарной системы. Именно Иммануилу Канту принадлежит известное выражение: «Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир».

Следующим мыслителем, который намеревался описать процесс зарождения Солнечной системы стал Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века. В то время до французского физика и астронома труды Канта не дошли, и его гипотеза была результатом собственного анализа и математических расчетов. Спустя столетие его гипотеза была дополнена Отто Юльевичем Шмидтом.

Согласно Лапласу и Шмидту, туманность, из которой образовалась наша планетарная система – это огромных размеров раскаленная атмосфера Солнца. Равномерное же вращение Солнца и его атмосферы существовало всегда. Далее в результате постепенного сжатия атмосферы вращение данной системы ускоряется. Большинство материи атмосферы «падает» на Солнце, но значительная ее часть не имеет достаточной скорости, чтобы отделиться от общей массы, и скачками вырывается обратно в плоскости экватора. Эта часть материи начинает образовывать туманные вращающиеся кольца, которые впоследствии станут планетами. Однако, в случае такого формирования вращение планет вокруг своей оси должно быть обратным существующему. Гипотеза объясняет изменение направления вращения приливами от вращающегося Солнца. Приливы, сталкиваясь с планетами, замедляли их вращение, после чего меняли его в обратном направлении. Аналогично образовываются и спутники вокруг каждой из планет.

Гипотеза Лапласа-Шмидта имеет несколько важных недостатков:

  • Туманное облако, формирующее нашу планетную систему, имело недостаточную плотность для осуществления равномерного вращения.
  • Материя не обязана отрываться от Солнца скачками и в области экватора.
  • Согласно физическим законам вращающиеся туманные кольца вероятнее всего рассеются, при этом возможно сформируют ряд малых тел, вроде астероидов, но не планеты.

 

Особенность работы Шмидта заключается в том, что он намеревался определить первичный состав туманности и последующие его распределения. Так, туманность, по его предположению, являлось не газовым или пылевым, а газопылевым облаком, в основном, состоящем из водорода и гелия, а также сотой доли примесей иных химических элементов. Далее близлежащие к Солнцу пылинки нагревались и выделяли газ, который под действием давления света и потоков солнечного ветра удалялся от центра планетарной системы и накапливался на дальних пылинках. Вблизи же Солнца остались наиболее тяжелые пылинки. Таким образом, вещество распределилось в диске Солнечной системе и образовало две планетарные группы: земную и газовых гигантов.

Источник: SpaceGid.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.