Главная > Люди > Реферат: Современная научная космология. Современная космология Тепловая история или сценарий образования крупномасштабной структуры Вселенной

Реферат: Современная научная космология. Современная космология Тепловая история или сценарий образования крупномасштабной структуры Вселенной

Слабый антропный принцип: то, что мы предполагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя. Сильный антропный принцип: Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель.

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. Единственной 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. Однако 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».

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 Гёдель 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 её 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.

Вселенная как целое является предметом особой астрономической науки - космологии, имеющей древнюю историю. Истоки ее уходят в античность. Космология долгое время находилась под значительным влиянием религиозного мировоззрения, будучи не столько предметом познания, сколько делом веры. Даже И. Кант, пробивший серьезную брешь в религиозном толковании предмета космологии, полностью не освободился от представления об активности сверхъестественного фактора - Творца материи. В XX в. ситуация изменилась кардинально: был достигнут существенный прогресс в научном понимании природы и эволюции Вселенной как целого.

В наши дни космологические проблемы - не дело веры, а предмет научного познания. Они решаются с помощью научных понятий, представлений, теорий, а также приборов и инструментов, позволяющих понять, какова структура Вселенной и как она сформировалась. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания. Тем не менее важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозными убеждениями.

Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной. Теоретико-методологический фундамент космологии составляют современные физические теории, а также философские принципы и представления. Глубинная связь космологии и физики базируется на том, что космологи в современной Вселенной ищут «следы» тех процессов, которые происходили в момент рождения Вселенной. А такими «следами» прежде всего выступают фундаментальные свойства физического мира - три пространственных измерения и одно временное; четыре фундаментальных взаимодействия; преобладание частиц над античастицами и др. Эмпирические данные, представленные главным образом внегалактической астрономией, свидетельствуют о том, что мы живем в эволюционирующей, расширяющейся, нестационарной Вселенной.



Имеет ли смысл рассматривать Вселенную в целом как единый целостный динамический объект? Современная космология в основном исходит из предположения, что на этот вопрос следует ответить положительно. Иначе говоря, предполагается, что Вселенная в целом подчиняется тем же естественным законам, которые управляют поведением ее отдельных составных частей. При этом определяющую роль в космологических процессах играет гравитация.

Понятие релятивистской космологии . Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в масштабах Вселенной, то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения, а современной космологии - релятивистская теория тяготения. Поэтому современную космологию называют релятивистской.

Ньютоновская физика рассматривает пространство и время как «арену», на которой разыгрываются физические процессы; она не связывает воедино пространство и время. Согласно общей теории относительности (см. 9.2), распределение и движение материи изменяют геометрические свойства пространства-времени и в то же время сами зависят от них; гравитационное поле проявляется как искривление пространства-времени (чем значительнее кривизна пространства-времени, тем сильнее гравитационное поле).

Первым релятивистскую космологическую модель попытался построить А. Эйнштейн. В соответствии с методологическими установками классической астрономии о стационарности Вселенной, он исходил из предположения о неизменности свойств Вселенной как целого во времени (радиус кривизны пространства он считал постоянным). Эйнштейн даже видоизменил общую теорию относительности, чтобы она удовлетворяла этому требованию, и ввел дополнительную космическую силу отталкивания, которая должна уравновесить взаимное притяжение звезд.

Вселенная Эйнштейна пространственно конечна; она имеет конечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространственный объем Вселенной с равномерно распределенными в нем галактиками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно не распространено бесконечно во все стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную.

Как и многие другие абстрактные понятия современной физики и астрономии, идея замкнутой, конечной, но неограниченной вселенной трудно представима в наглядных образах. Поэтому часто спрашивают, что же находится «снаружи» конечной вселенной. Дело в том, что этот вопрос не имеет смысла для трехмерных существ, т.е. в пространственно-временной метрике нашего мира. Как не имеет смысла аналогичный вопрос, что находится «вне» поверхности сферы, для плоских существ, вынужденных постоянно жить на сферической поверхности. В такой вселенной просто нет понятия «снаружи». Ведь различение «снаружи» и «внутри» предполагает некоторую границу, которой на самом деле нет, и каждая точка в ней эквивалентна любой другой - ни края, ни центра здесь нет.

Нестационарная релятивистская космология. С критикой предложенной Эйнштейном космологической модели выступил наш отечественный выдающийся математик и физик-теоретик А. А. Фридман. Именно А.А. Фридман, опубликовавший свою работу в 1922 г., впервые сделал из общей теории относительности космологические выводы, имеющие поистине революционное значение: он заложил основы нестационарной релятивистской космологии.

Фридман показал, что теоретическая модель Эйнштейна является лишь частным решением гравитационных уравнений для однородных и изотропных моделей, а в общем случае решения зависят от времени. Кроме того, они не могут быть однозначными и не могут дать ответа на вопрос о форме Вселенной, ее конечности или бесконечности. Исходя из противоположного постулата (о возможном изменении радиуса кривизны мирового пространства во времени), Фридман нашел нестационарные решения «мировых уравнений» Эйнштейна.

Встретив решения Фридмана с большим недоверием, Эйнштейн затем убедился в его правоте и согласился с критикой молодого физика. Нестационарные решения уравнений Эйнштейна, основанные на постулатах однородности и изотропии, называются фридмановскими космологическими моделями.

А. А. Фридман показал, что решения уравнений общей теории относительности для Вселенной позволяют построить три возможные модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет и Вселенная бесконечно расширяется (в одной модели - из точки; в другой - начиная с некоторого конечного объема). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически изменяющимся радиусом кривизны. Выбор моделей зависит от средней плотности вещества во Вселенной.

Модели Вселенной Фридмана уже вскоре получили удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далеких галактик - в эффекте «красного смещения», который свидетельствует о взаимном удалении всех достаточно далеких друг от друга галактик. Таким образом, в настоящее время наблюдается расширение Вселенной. Характер дальнейшей ее эволюции зависит от средней плотности вещества во Вселенной и его отношения с критической плотностью ρ = ЗH 2 /8πG. Если средняя плотность окажется больше критической, то расширение Вселенной через некоторое время прекратится и сменится сжатием. Если средняя плотность меньше критической, то расширение будет продолжаться неограниченно долго.

В настоящее время критическая плотность определяется величиной 10 -29 г/см 3 . А средняя плотность вещества во Вселенной по современным представлениям оценивается 3 10 -31 г/см 3 . Иначе говоря, Вселенная будет сколь угодно долго расширяться. Но определение средней плотности вещества во Вселенной пока ненадежно. Во Вселенной могут присутствовать не обнаруженные еще виды материи, дающие свой вклад в среднюю плотность. И тогда на «вооружение» придется брать «закрытую» модель Вселенной, в которой предполагается, что расширение в будущем сменится сжатием.

Космологический постулат . В современной космологии представление о нестационарности Вселенной удивительным образом сочетается с представлением об однородности Вселенной. Достаточно неожиданно то, что Вселенная оказывается однородной в самых различных смыслах.

Во-первых, Вселенная однородна в том смысле, что структурные элементы далеких звезд и галактик, физические законы, которым они подчиняются, и физические константы, по-видимому, с большой степенью точности одинаковы повсюду, т.е. те же, что и в нашей области Вселенной, включая Землю. Типичная галактика, находящаяся в сотне миллионов световых лет от нас, выглядит в основном также, как наша. Спектры атомов, следовательно, законы химии и атомной физики там идентичны известным на Земле. Это обстоятельство позволяет уверенно распространять открытые в земной лаборатории законы физики на более широкие области Вселенной.

Во-вторых, говоря о космической однородности Вселенной, имеют в виду также однородность распределения вещества. Вещество Вселенной «разбросано» в виде сгустков - оно собрано в звезды, которые в свою очередь группируются в скопления, в галактики, в скопления галактик. В настоящее время распространено убеждение, подкрепленное наблюдениями, что подобное объединение останавливается на скоплениях галактик, а более крупномасштабное распределение вещества одинаково во всей Вселенной. Это распределение однородно (одинаково во всех областях) и изотропно (одинаково во всех направлениях). Предположение о том, что Вселенная в крупных масштабах однородна, разделяют большинство (хотя и не все) космологи; оно известно как космологический постулат.

Представление об однородности Вселенной еще раз доказывает, что Земля не занимает во Вселенной сколько-нибудь привилегированного положения. Даже после Коперника у астрономов время от времени возникали допущения, что с Землей, Солнцем, нашей Галактикой может быть связана какая-нибудь исключительность. Но сейчас физические условия в ближайших к нам областях Вселенной не рассматриваются как особые; доказано, что они характерны для любой области во Вселенной. Конечно, Земля, Солнце и Галактика кажутся нам, людям, важными и исключительными, но для Вселенной в целом они такими не являются.

Возраст Вселенной . Космологический постулат может трактоваться еще более широко: не только наша область Вселенной типична для нее в целом, но и наша современная эпоха типична во все времена. То есть Вселенная, когда бы ее ни рассматривали, должна была бы выглядеть более или менее одинаковой - так, как мы видим ее сейчас. Такое представление о Вселенной, распространенное среди астрономов в XIX в., существенно изменилось в XX в. Одно из важнейших следствий фридмановских космологических моделей - представление об ограниченности эволюции Вселенной во времени и наличии особых, сингулярных состояний, в которых радиус Вселенной обращается в нуль, а плотность материи - в бесконечность. (О теоретических моделях таких состояний см. далее.) Ограниченность эволюции во времени приводит к понятию возраста Вселенной.

В 1929 г. Э. Хаббл показал, что удаленные галактики разбегаются от нас; и чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Отсюда следовал однозначный вывод - Вселенная находится в состоянии расширения. Это открытие подтвердило идеи Фридмана и коренным образом изменило все представления космологии. Расширяющаяся Вселенная - это Вселенная изменяющаяся. А значит, у нее есть своя история, время возникновения и время гибели; можно сказать, своя биография, имеющая даты рождения и смерти.

Закон Хаббла дает возможность определить возраст Вселенной. Современная оценка постоянной Хаббла от 50 до 100 км/(с Мпк). Обратная величина t= 1/Н имеет размерность времени и равна 10- 20 млрд лет, что определяет приблизительный возраст нашей Вселенной. В соответствии с наиболее распространенным представлением возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.

Космологический горизонт . Конечность времени, прошедшего с момента сингулярности, приводит к существованию космологического горизонта - границы, отделяющей область пространства, которую в данный момент может видеть наблюдатель, oт области, которая для него пока принципиально ненаблюдаема.

Существование космологического горизонта связано с расширением Вселенной. От момента сингулярного состояния Вселенной прошло t ≈ 15-20 млрд лет. За это время свет успевает пройти в расширяющейся Вселенной конечное расстояние l ≈ ct , т.е. примерно 15-20 млрд световых лет. Поэтому каждый наблюдатель в момент t" после начала расширения может видеть только область, ограниченную сферой, имеющей в этот момент радиус r = ct". За этой границей, являющейся горизонтом наблюдений, объекты принципиально ненаблюдаемы в момент t" : свет от них еще не успел дойти до наблюдателя, даже если он вышел в момент начала расширения Вселенной. Вблизи горизонта мы видим вещество в далеком прошлом, когда плотность его была гораздо больше сегодняшней.

С течением времени горизонт расширяется по мере того, как к наблюдателю доходит свет от более далеких областей Вселенной. В настоящее время космологический горизонт равен: ct ≈ c/H ≈ 6000 Мпк (при H = 50 км/(с Мпк). Таким образом, он охватывает больше половины доступного в принципе для наблюдений объема пространства Вселенной. С каждым днем доступная земным телескопам область Вселенной возрастает на 10 18 кубических световых лет.

Представление о космологическом горизонте позволяет понять, что в каждый данный момент для наблюдателя доступна некоторая конечная часть объема Вселенной, с конечным числом галактик и звезд. Более того, очевидно, что у каждого наблюдателя, находящегося в каком-либо месте во Вселенной, в каждый данный момент времени свой горизонт, своя конечная Вселенная. Это подобно тому, как и на земном шаре каждый наблюдатель имеет свой горизонт.

Строго говоря, космологический горизонт ограничен еще одним фактором, связанным со свойствами электромагнитного поля. На ранних стадиях развития Вселенной при большой плотности вещества фотоны не могли свободно распространяться из-за поглощения и рассеяния. До Земли в неискаженном виде дошло только то излучение, которое возникло в эпоху, когда Вселенная стала практически прозрачной для излучения, и не раньше. Эта эпоха связана с процессом рекомбинации водорода, который протекал через 1 млн лет после начала расширения Вселенной и соответствовал плотности вещества ρ = 10 -20 г/см 3 . Но 1 млн лет-весьма незначительный период по сравнению с 15-20 млрд лет. Поэтому горизонт видимости во Вселенной практически определяется началом ее расширения.

Эволюция Вселенной

Введение

Глава I. Космологическое знание: классический образ 10

1. Мифологема «Вселенная» 11

2. Философема «Вселенная» 28

3. Эмпирический образ Вселенной 46

4. Теоретический образ Вселенной 66

Глава II. Космологическое знание: неклассический образ 88

1. Космологическое знание в контексте классической и неклассической рациональности 88

2. Визуальное мышление в космологическом познании 106

3. Феномен синестезии в космологическом познании 122

4. От космологических моделей к когнитивным

космологическим симулякрам 138

Заключение 154

Библиография 158

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Космологические проблемы были предметом размышления на всем протяжении человеческой истории. Но, несмотря на длительную историю своего существования, космология даже к середине XX века многими учеными и философами не всегда воспринималась как полноценная наука, а скорее, как область близкая к метафизике или теологии. Космологическое знание редко оказывалось в поле предметного философско-методологического анализа. Методологи предпочитают иметь дело, в основном, с физикой.

Вместе с тем, современная космология находится на переднем крае современной науки и переживает эпоху великих открытий, приводящих к радикальным изменениям в научной картине мира. Расширение эмпирического базиса космологии, связанное с развитием современной наблюдательной техники, становлением астрономического и космического эксперимента, привело к ряду революционных открытий. В результате новейшие космологические идеи быстро проходят путь от научной экзотики, до научного знания, ставшего привычным. Принципиально изменился класс объектов, охватываемых понятием «Вселенная как целое»: наблюдаемая область - Метагалактика выступает сейчас лишь одной из множества вселенных. Это порождает многие фундаментальные философские вопросы: является ли это множество физически допустимых вселенных единым целым, присущи ли ему какие-либо общие закономерности, постижимы ли они? Как в свете новейших космологический концепций мыслится фундаментальный онтологический принцип - принцип субстанциального единства мира? Где на данном историческом этапе проходит граница познания, не проходит ли она через Человека? Что есть объективная реальность?

Значимость темы исследования определяется в значительной степени растущим интересом, проявляемым к концепциям Вселенной со стороны современного естествознания, гуманитарных исследований и, наук, причастных к практическому освоению космического пространства. На этом фоне возрастает необходимость изучения космологического знания, так как сложность и уникальность уникальность объекта космологии актуализирует методологические проблемы, связанные с динамикой идеалов и норм научного исследования. Тем более, что за короткий срок (с первой трети XX века и до настоящего момента) научные революции в космологии, дважды приводили к возникновению новых парадигм: фридмановской и инфляционной.

Важной стороной дальнейшего развития познания является совершенствование

методологии научного познания, рассмотрение науки в целом, космологии, в частности, в рамках социокультурного контекста. Это выдвигает задачу постижения глубинных механизмов социокультурной детерминации познания. Сопряженность космологии с мировоззренческими утверждениями, требует углубленного философского осмысления факта включенности человека с его ценностями, идеалами и целями, в содержание современного космологического знания.

Помимо всего прочего, всегда остается актуальной глобальная задача расширения и совершенствования теоретических принципов рассмотрения таких сфер как познание, наука, философия. Динамичная жизнь общества с необходимостью приводит к смене типа мышления, к становлению его новой парадигмы. Для современного космологического знания таким общим основанием может быть пост-пеклассическая рациональность, которая в настоящее время исследуется в различных аспектах эпистемологией, философией науки, синергетикой и др. В этих условиях обращение к изучению сущности космологического знания актуально для понимания особенностей нового типа рациональности.

Итак, необходимость философско-методологического исследования космологического знания, изучающего объект «Вселенная как целое», обусловлено недостаточным и разноречивым осмыслением с позиций современной философии специфики и форм проявления этого знания и исследования сопровождающих его феноменов.

Степень разработанности проблемы. Современная космология - это «западноевропейская» космология, идейные истоки которой уводят в античность. В нредфилософский период космологические представления зафиксированы в ранней космогонической и астрономической поэзии (Орфей, Гомер, Гесиод, Лин) и прозе (Ферекид из Сироса, Теаген, Акусилай). Космологические проблемы были едва ли ни главным содержанием первых натурфилософских учений (Фалес, Анак-симен, Гераклит Эфесский, Анаксимандр, Анаксагор). Атомисты (Демокрит, Эпикур. Левкипп, Тит Лукреций Кар) дополнили представления о Вселенной идеей ее бесконечности. Пифагор и последующая пифагорейская традиция внесли в концепцию Космоса-Вселенной математическое понимание гармонии. Космологическое учение являлась важнейшей частью философских воззрений Платона, его диалог «Тимей» - самое комментируемое в истории философии сочинение, начиная с древности. Космология занимала значительное место в «философии природы» Аристотеля. В целом - образы Вселенной присутствовали во всех философ-

ских онтологиях античности.

В средневековье космологические проблемы рассматривались преимущественно в теологическом контексте, как на латинском Западе (Тертуллиан, Ориген, Августин), так и на греческом Востоке («Каппадокийская школа»). В целом, и онтология августинианства (Петр Ломбардский, Ансельм Кентерберийский, Гуго Сен-Викторский, Ж.Буридан, Николай из Орема и др.), и томизма (Фома Ак-винский и его последователи) была проникнута духом креационизма.

Постепенное сближение натурфилософии с нарождающимся математическим естествознанием обогатило космологию новыми открытиями и идеями. «Упразднение» Космоса, геометризация пространства, бесконечная Вселенная, постепенно отделенная научным мышлением от мира ценностей (понятий совершенства, гармонии) осмысливалась в трудах философов, астрономов, физиков, теологов: Т.Браге, Дж.Бруно, Л.Больцмана, Г.Галилея, Я.Гевелия, В.Гершеля, Р.Декарта, В.Дерхэма, И.Канта, Р.Клаузиуса, И.Кеплера, Н.Коперника, И.Ламберта, П.Лапласа, И.Ньютона, Т.Райта, Э.Сведенборга, В.Уистона, К.В.Л.Шарлье и др.

Современная космология возникла вначале XX века, после создания А.Эйнштейном общей теории относительности. Еще более точно дату ее рождения отсчитывают от публикации статьи А.Фридмана «О кривизне пространства» (1922 г.). С нее началась коренная перестройка общих представлений о Вселенной и о методах космологии. Это, безусловно, затрагивало важнейшие философские проблемы, привлекавшие внимание многих философов, космологов, физиков современности, таких как Х.Альвен, Д.Бом, Г.Бонди, С.Вайнберг, А.Виленкин, В.Гейзенберг, В.И.Гинзбург, Т.Гоулд, Б.Грин, А.Г.Гус, Р.Дикке, П.Дэвис, Я.Б.Зельдович, А.Л.Зельманов, П.Иордан, Б.Картр, Ж.Леметр, А.Д.Линде, Э.Милн, И.Д.Новиков, И.Р.Пригожин, М.Рис, П.Стейнхардт, Дж.Уилер, А.Уайтхед, Дж.Уитроу, А.А.Фридман, Э.Хаббл, Ф.Хойл, С.Хокинг, Э.М.Чудинов, И.Шкловский, А.Эддингтон, А.Эйнштейн и др.

Обоснованию научного статуса космологии, выяснению ее объекта - Вселенной как целого - посвящены исследования А.Л.Зельманова, В.В.Казютинского, А.С.Кармина, Г.И.Наана, И.Л.Розенталя, А.Турсунова, Э.М.Чудинова, и др.

Сопряженные с этой проблемой методологические и мировоззренческие вопросы космологии получили освещение в работах Е.Ю.Бельской, Г.Бонди, М.П.Бронштейна, Б.П.Герасимовича, Т.Голда, Г.Дингла, П.Дирака, А.Л.Зельманова, Г.Мак-Витти, А.Г.Масевича, С.Т.Мелюхина, Э.Милна, А.М.Мостепаненко, М.В.Мостепаненко, М.К.Мюница, Дж.Норта, А.Н.Павленко, Б.Райтсмена, К.Х.Рахматуллина, Л.Ригера,

В.И.Свидерского, В.С.Степина, А.Турсунова, А.А.Фридмана, А.Эддингтона, и др.

В социокультурном и историческом контексте космологическое знание исследовалось А.В.Ахутиным, В.И.Бакиной, Ю.В.Балашовым, С.Б.Бондаренко, В.П.Визпшым, А.И.Еремеевой, Г.М.Идлисом, В.В.Казютинским, А.Койрс, С.Б.Крымским, Ю.В.Линником, И.Д.Рожанским, В.Г.Торосяном, А.Турсуновым и другими. В развитие мировоззренческой и концептуальной проблематики космологического знания внес значительный импульс антропный принцип, разрабатываемый П.Девисом, Р.Дикке, А.Л.Зельмановым, Я.Б.Зельдовичем, Г.М.Идлисом, Б.Картером, А.Д.Линде, И.Л.Розенталем, Дж.Силком, Дж.Уилером, С.Хокингом, И.С.Шкловским, анализируемый в работах Л.Б.Баженова, Л.М.Гиндилиса, Г.В.Гивишвили, В.В.Казютинского, С.Б.Крымского, А.М.Мостепаненко, А.Турсунова, А.Д.Урсула, и др.

Однако, несмотря на обширную литературу, которая носит по преимуществу естественнонаучный, а не философско-методологический характер, сохраняется неоднозначность в понимании объекта космологии «Вселенной как целого», в методологических вопросах превалирует классическая традиция, в то время как в содержании и формах современного космологического знания выявляются черты, свойственные более духу постнеклассической рациональности.

Теоретические источники, послужившие своеобразной «эмпирией» для данного диссертационного исследования, являются «Теогония» Гесиода, поэмы Гомера, фрагменты произведений ранних греческих философов, труды Платона, Аристотеля, К.Птолемея, Н.Коперника, Дж.Бруно, Г.Галилея, И.Кеплера, Р.Декарта, И.Ньютона, И.Канта, И.Ламберта, П.Лапласа, Б.Спинозы, К.В.Л.Шарлье, А.Эйнштейна, А.Фридмана, А.Линде, Дж.Уилера, В.Гейзенберга, М.Риса, Д.Бома, М.Бунге, А.Грюнбаума, П.Девиса; работы классиков постмодернизма: Ж.Бодрийяра, Ж.Делеза, Ф.Гваттари, Ж.-Ф.Лиотара, а также естественнонаучные работы по космологии и физике Ю.В.Барышева, С.Вайнберга, В.И.Гинзбурга, Э.Б.Глинера, А.Гуса, Б.Грина, А.Д.Долгова, Я.Б.Зельдовича, Д.А.Киржнеца, В.Н.Лукаша, И.Д.Новикова, Л.Б.Окуня, И.Р.Пригожина, М.Е.Прохорова, И.Л.Розенталя, М.В.Сажина, П.Стейнхардта, А.М.Черепащук, А.Д.Чернина и др.

Для выявления основных этапов и моделей космологического знания, в которых фиксируется образ Вселенной, помимо указанных выше первоисточников, были использованы работы В.Ф.Асмуса, А.В.Ахутина, П.П.Гайденко, Я.Э.Голосовкера, В.П.Горана, Р.Грейвса, Ф.Даннеманна, А.И.Еремеевой, Э.В.Ильенкова, В.В.Казютинского, А.С.Кармина, Ю.Кершенштайнер, Ф.Х.Кессиди, А.Койре,

В.Кранца, Н.А.Куна, А.Ф.Лосева, А.О.Маковельского, М.К.Мамардашвили, В.В.Налимова, И.Д.Рожанского, А.Турсунова, А.Уайтхеда, Э.Целлера, Ф.А.Цицина, А.Н.Чанышева, и др.

Эмпирические а теоретические аспекты космологического знания, а также
анализ особенностей визуального мышления и феномена синестезии в космологи
ческом познании был осуществлен с привлечением работ Ж.Адамара,
А.С.Алексеева, В.А.Андрусенко, Р.Арнхейма, А.М.Ахтямова, Л.Б.Баженова,
В.П.Бранского, М.Вертгеймера, Е.К.Войшвилло, Б.М.Галеева, Д.П.Горского,
В.И.Жуковского, Б.М.Кедрова, Н.И.Мартишиной, Л.А.Микешиной,

М.В.Мостепаненко, В.В.Налимова, М.Ю.Опенкова, Д.В.Пивоварова,

Р.Ю.Рахматуллина, В.С.Ротенберга, А.В.Славина, В.С.Степина, Г.Фолльмера, Дж.Холтона, В.С.Швырева, В.А.Штоффа и др.

В процессе исследования космологического знания в контексте классической и неклассической рациональности были привлечены работы Н.Б.Автономовой, В.А.Лекторского, А.С.Майданова, Н.Б.Маньковской, Л.А.Микешиной, Д.В.Попова, Т.Б.Романовской, В.С.Степина, Е.Л.Фейнберга, М.А.Чешкова и др.

Целью исследования является философско-методологическое осмысление различных форм и содержания космологического знания, в которых зафиксирован объект - «Вселенная как целое».

Задачи исследования:

    Выявить и исследовать этапы и особенности эволюции космологического знания: мифологический, созерцательно-философский, эмпирический, теоретический и соответствующие им образы Вселенной.

    Исследовать особенности визуального мышления в космологическом познании.

    Зафиксировать и раскрыть особенности феномена синестезии в космологическом познании.

    Выявить основные тенденции в развитии космологического знания в его движении от космологических моделей к когнитивным космологическим симулякрам.

Методологические основания диссертационного исследования.

Для эффективного решения поставленной проблемы и конструктивного исследования сформулированных задач использовались следующие методологические принципы и идеи:

во-первых, в качестве общей методологической основы диссертации использовался диалектический метод с его принципами, законами и категориями;

во-вторых, в качестве дополнительных средств, привлекались методы: историче-

ского и логического, моделирования (в форме интерпретации и конструирования), герменевтический, историко-философской и историко-научной реконструкции;

в-третьих, ряд идей философов-постмодернистов, связанных с комплексом философских, эпистемологических, методологических, эстетических представлений по поводу мировосприятия и оценки познавательных возможностей человека, познания природной и социальной действительности;

в-четвертых, комплекс физических и философских идей, связанных с общей теории относительности, квантовой физикой, фридмановской и инфляционной космологией;

в-пятых, идея эволюции, применяемая как по отношению к космическим объектам, так и по отношению к познавательным процессам.

Научная новизна исследования.

    Выделены этапы эволюции содержания и форм космологического знания: мифологический, философский, эмпирический и теоретический образы Вселенной и исследованы особенности космологического знания в контексте различных типов рациональности.

    Установлено, что роль визуального мышления в космологическом познании значительно возрастает для неклассического знания в связи с ростом в нем формально-абстрактного содержания.

    Раскрыто, что визуальное мышление осуществляется в форме «гносеологической» синестезии, которая выступает как явление ассоциативного эвристического переноса качеств одной «гносеологической модальности» на другую в форме креативной трансляции эмоционально-художественного содержания в рационально-логическую конструкцию.

    Уточнена связь эмпирического и теоретического уровней в космологии. В результате выявлено, что объектом космологического исследования становится симулякр, а космологическое познание выступает как процесс гносеологической симуляции.

Основные положения, выносимые на защиту:

    В истории европейской космологии выделено четыре формы космологического знания, ядро содержания которого - образ Вселенной: мифологема, философема, эмпирическое и теоретическое понятие Вселенной как целого.

    Неклассическая (инфляционная) космология строится на ряде физических идей коррелирующих с принципами постмодернистской философии. В результате - образ Вселенной носит ризоморфный, плюралистичный, нелинейный характер, на

грани порядка и хаоса.

    Космологическое познание и знание с необходимостью включает в себя визуальное мышление, которое познает объекты на основе пространственно структурированных наглядных схем, осуществляет перевод количественных характеристик объекта, в визуальную форму.

    Космологическому и шире - научному познанию присущ феномен синестезии. Синестезия «ответственна» за визуализацию идеи и выполняет компенсаторную функцию, восполняя дефицит в сфере чувственного, или преодолевает разрыв в логике рациональных рассуждений. Механизмом «гносеологической синестезии» является метафора.

5. Рациональное осмысление эмпирических данных и визуально-
синестезические процессы задают в неклассическом космологическом познании
эмоционально-художественную, образно-аллегорическую направленность содер
жанию познания, подчиненную имагинативной логике. В результате чего теорети
ческая реконструкция «Вселенной как целого» является не просто результатом
обобщения эмпирических данных, а есть сложная мысленная конструкция (ышу-
лякр), а само космологическое познание выступает как процесс естественной гно
сеологической симуляции.

Теоретическая и практическая значимость проведенных исследований в диссертации заключается в следующем:

во-первых, результаты исследования могут быть использованы для прояснения онтологической, гносеологической и антропологической проблематики, связанной с исследованием Вселенной;

во-вторых, материалы исследования содержат теоретические положения о некоторых сущностных характеристиках космологического знания, что позволяет по-новому сформулировать и решать ряд важных проблем теории познания (взаимосвязь культуры и познания, рациональности, соотношение результатов познания и действительности);

в-третьих; материалы диссертации могут быть использованы при чтении курса «Философия» в соответствующих темах, курсов «Концепции современного естествознания», «Философия науки», «Астрономия», «История астрономии», а также могут быть использованы при чтении спецкурсов и курсов по выбору.

Апробация работы. Основные положения диссертации и полученные результаты обсуждались на кафедре философии Омского государственного педагогического университета, на философском аспирантском семинаре при кафедре филосо-

фии ОмГПУ, на межфакультетском семинаре при кафедре теоретической физики и прикладной математики ОмГПУ, на заседаниях Омского отделения Российского философского общества.

Основные результаты исследования изложены в 12 публикациях, докладах и выступлениях на: Всероссийской научной конференции «Творческое наследие Г.Г.Шпета в контексте философских проблем формирования историко-культурного сознания» (Томск, 2002); Межвузовской научной конференции «Реальность. Человек. Культура» (Омск, 2002); Всероссийской научной конференции «Культура. Социум. Творчество» (Омск, 2002); ХШ-ой Международной междисциплинарной научной конференции молодых ученых «Человек. Природа. Общество. Актуальные проблемы» (Санкт-Петербург, 2002); Всероссийском семинаре «Диалектика бытия» (Уфа, 2003); V Конгрессе этнографов и антропологов России (Омск, 2003); Межвузовской научно-методической конференции «Пушкинские чтения - 2003» (Москва, 2003); Межрегиональной конференции «Человек в пространстве мифов» (Омск, 2004).

Структура и объем исследования Текст диссертационного исследования состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы, содержащего 265 наименований. Работа изложена на 169 страницах компьютерной верстки.

Мифологема «Вселенная»

Современная наука, основанная на западноевропейской традиции, своими истоками уходит в античную философию, которой, в свою очередь, исторически предшествовало мифологическое познание мира. Мифология - важнейшее и обширнейшее явление в культурной истории человечества. В чрезвычайно большом многообразии мифов различных народов мира установлен ряд устойчиво повторяющихся основных тем и мотивов, среди которых обязательно присутствуют мифы о происхождении небесных светил: солярные, лунарные, астральные мифы. Но центральную группу мифов у народов с развитыми мифологическими системами составляют мифы о происхождении мира, вселенной - космогонические мифы1.

В связи с этим правомерно возникает проблема образа Вселенной в мифологическом сознании, и проблема формы выражения космологического знания о Вселенной. Решение этой проблемы важно потому, что, вероятно, одним из первоисточников ранней греческой философии была не мифология вообще, а, главным образом, космогонические мифы, составлявшие основу космологических представлений.

С течением времени наука, став дифференцированным образованием, в котором каждое конкретное направление (например, естественнонаучное), изучая отдельный фрагмент мира, сохраняет с философией общее «генеалогическое родство» и использует ее в качестве методологического регулятива. Подчеркивая важную роль философских концепций в развитии науки, А.Койре сравнивает их со строительными лесами, которые научная мысль post factum может отбросить, но «только для того, чтобы заменить их другими» или «просто забыть о них, погрузив в сферу подсознания на манер грамматических правил, о которых забывают, по мере того как осваивают язык»2. Соглашаясь с мнением А.Койре, в том, что научная мысль никогда не была отделена полностью от философской мысли, следует все же признать особое положение в этом вопросе такой отрасли естественнонаучного знания как космология. Достаточно напомнить, что на интеллектуальной сцене натурфилософия в своей первоначальной форме предстала в основном в виде космологии. Они обе всегда были обращены на постижение мира как целого, на место человека в нем. Любые, даже самые спекулятивные космологические конструкции затрагивают философско-мировоззренческие проблемы и, наоборот, философские построения, так или иначе, соотносятся с космологическим знанием.

Хронологическую общность начального этапа возникновения философии и науки (VII-VI вв. до н.э.) можно рассматривать как важный «маркер» в истории формирования представлений об объекте космологической мысли. Это связано с тем, что в их дальнейшем развитии и в последующей эволюции содержания понятия Вселенной оказались тесно переплетены философские и натуралистические и, позднее, естественнонаучные смыслы. Но поскольку многие моменты космологической греческой мифологии были полно усвоены в ранней натурфилософии, решение проблемы, что представляла собой Вселенная как объект на начальном этапе космологического познания, и в какой форме было представлено знание о нем, следует начать с мифологии. Тем более, если согласиться с тем, что наука «не только сопровождается мифологией, но и реально питается ею, черпая из нее свои исходные интуиции»3, следует признать, что это в полной мере относится к науке о Вселенной.

Сфера космологического обширна даже для мифологического сознания. Актуальное состояние мира и его частей всегда связано с выяснением вопроса о его происхождении. Объяснение состава мироздания или роли какого-либо объекта в нем равнозначно описанию всей цепи порождения и ответа на вопрос: «как это возникло»4. В данном случае из такого широкого поля толкования космологических мифологических представлений необходимо «извлечь» ту часть, в которой сделан акцент на астрономических аспектах. Несмотря на то, что «мифологическое мышление есть обязательно и мышление космическое, уже по одному этому оно не может не охватывать небесных явлений»2 , которые не имеют изолированного значения и лишь в абстракции могут быть вычленены из мифологических описаний. Поэтому совершенно очевидно, что сформированное таким образом представление о Вселенной как об объекте космологической мысли будет носить реконструктивный характер. Основными источниками таких «избирательных» сведений о космологии греков в предфилософский период могут служить ранняя космогоническая и астрономическая поэзия (Орфей, Гомер, Гесиод, Лин) и проза (Ферекид из Сироса, Теаген, Акусилай).

Как отмечают комментаторы (Руфин. Recognition., X, ЗО)6, среди множества авторов у греков, писавших о происхождении мира, особенно выделяются двое: Орфей и Гесиод. Судя по фрагментам мифической биографии, Орфей из Либетр Фракийских, хронологически предшествовал Гесиоду и Гомеру. Несмотря на то, что Орфею приписывается довольно много произведений, среди которых есть и «Теогония», и «Астрономия», об их содержании известно только по пересказам более поздних авторов, которые иногда значительно отличается друг от друга.

Так, согласно Аристофану, орфическая теогония начинается следующим образом: «Хаос, Ночь и Эреб - вот что было сперва, да еще только Тартара бездна». При этом «вовсе не было воздуха, неба, земли» , они появляются позднее. Такое «добытийное» состояние с точки зрения здравого смысла противоречиво, так как, например Тартар располагался на краю Земли, которой еще не было! Однако если в этих образах видеть не столько космологические первопричины «мирогенеза», сколько мифологические персонажи, подчиненные, согласно ЭЛ.Голосовкеру8, особой «логике чудесного», легко и произвольно играющей со временем и пространством, то это нормальное явление.

Согласно неоплатоникам, в орфических рапсодиях все начинается с Хроноса, принимаемого «за единое начало всех вещей», Эфир и Хаос они принимают - за двоицу, яйцо объясняют как «абсолютное бытие и полагают эту триаду первой» в дальнейшей цепочке порождения мира9.

В описании орфической теогонии по Иерониму и Гелланику Дамасским сообщается, что первыми были два начала «вода и ил, который затвердел в землю». Третье начало, родившееся из них - нестареющий Хронос (Время), с которым «соединена Ананкэ [Необходимость] - то же самое существо, что и Адрастея - бестелесная, распростертая по всему космосу и касающаяся его границ» .

Философема «Вселенная»

Понятие «Вселенная» прошло долгий путь развития. В истории европейской культуры можно выделить ряд основных тенденций интерпретации данного понятия. В связи с многозначностью понятия Вселенной возникает необходимость выявить его содержание и эволюцию. Наличие семантического родства, общих этимологических корней с одной стороны способствует обнаружению инвариантного содержания синонимов, с другой - именно это обстоятельство способствовало смешению в обыденном и даже научном сознании понятий Мир, Вселенная, Космос. С целью выявить этот инвариант, «осевший» в понятии «Вселенная как целое» и содержательные отличия, необходимо провести некоторое предварительное этимологическое рассмотрение этого понятия.

В современный русский язык слово «Вселенная» проникло из старославянского языка, в котором оно возникло как словообразовательная калька греческого дом, oiKouusvri (ГОІКОІ)ЦЄУГ) - Ойкумена - населенная, обитаемая часть земли39, которая для античного грека являлась домом - 6 1ко. Первоначально, вероятно, это понятие являлось не космологическим, а географическим, связанным с определенными представлениями о форме и размерах Земли. Так, согласно воззрениям Левкип-па и Демокрита, Земля имела барабанообразную форму («видом она как бубен»60) с вогнутыми к центру сторонами. Верхняя вогнутая сторона, состоящая из Средиземного моря и окружающих его населенных земель, и есть «ойкумена».

Сходное представление об «ойкумене» как о небольшой, но населенной части Земли можно найти у Платона. В диалоге «Федон» он пишет, что Земля, представляющая собой разноцветный двенадцатигранник (симметричный додекаэдр) очень велика и «мы, обитающие от Фасиса до Геракловых Столпов, занимаем лишь малую ее частицу; мы теснимся вокруг нашего моря, словно муравьи или лягушки вокруг болота, и многие другие народы живут во многих иных местах, сходных с нашими»61.

Ко времени Александра Македонского, когда значительно расширились пределы греческих земель, произошло закрепление «ойкумены» в качестве географического термина. На это, в частности, указывает фрагмент из трактата Аристотеля «О небе», где он, обосновывая идею шарообразности Земли, прибегает к мнению тех, кто полагает, «что область Геракловых столпов соприкасается с областью Индии и что в этом смысле океан един». В доказательство «не таких уж невероятных воззрений» они «ссылаются на слонов, род которых обитает в этих обеих окраинных областях: оконечности [ойкумены], потому, мол, имеют этот [общий] признак, что соприкасаются между собой»62.

В несколько иной версии обозначение окружающего мира представлено в древнегреческом варианте словом та navxa - «Вселенная», понимаемая в буквальном смысле русского слова «все»63. Однако космологическое звучание этих терминов - приобретение более позднего времени. Космологический смысл имел и другой термин, которым греки обозначали мир - коа(ло. Его трактовка весьма разнообразна. Косгдо 64 это: упорядоченность, порядок; надлежащая мера, благопристойность; строение, устройство; государственный строй, правовой порядок; (на Крите) косм, носитель высшей государственной власти; мировой порядок, мироздание, мир; небо, небесный свод; мир, свет, земля; наряд, украшение; в переносном значении: свет, люди, украшение, краса, честь слава.

Многозначность данного термина, вероятно, связана с тем, что он является мировоззренческим концентратом, вбирающим в себя основные черты этой эпохи. Греческий космос, с одной стороны - протывополоэюность хаосу, беспорядочному нагромождению вещей, это гармония, пропорцгюнапьность, порядок, мера. С другой - красота, завершенность определенность. Рассмотрение различных сторон бытия сквозь «призму космоса» и определило различные модели его употребления.

Но вначале космос сформировался как эстетическая и социально-политическая категория, так как имел, главным образом, упорядочивающую функцию. Аргументировать эту точку зрения можно так. Формированию понятий о вещах предшествует формирование понятий о деятельности (о действиях с вещами). Познание начинается с конкретного, а действие всегда конкретно. Поэтому многие слова, обозначающие понятия происходят из глагольных форм. Например, ofoouucvr от глагола оіко - обитаю, населяю, сриоц; (природа) - от phyein - возникать, быть рожденным. Слово коацо, этимологически производно от глагола костцєсо, часть значений которого первоначально употреблялась в военном (строить, выстраивать, располагать в порядке, править, управлять и т.д.), часть в эстетическом смысле. Лишь впоследствии понятие Космоса стало использоваться в аспекте космологических представлений. Космос трактовался как небо, небесный свод, мир, мироздание, как выражение единого, не-расчлененного, сферически образованного высшего порядка. По мнению В.Кранца63, ссылающегося на один из подлинно установленных фрагментов Анаксимена, эта фундаментальнейшая мысль в истории человеческого духа восходит к милетцам. Другие исследователи (Guthrie W.K., Соболевский СИ.) первенство в этом вопросе отдают Пифагору представившему мир в качестве целого, описываемого в геометрических образах и, по словам Аристотеля, рассмотревшие «элементами всех вещей и всю Вселенную гармонией и числом»66.

Таким образом, примерно с VI века до н.э. в космологическом контексте все три понятия (Вселенная, Мир, Космос) в греческом языке приобрели сходное звучание: Вселенная - кооцо, то ovurcav, OiKoujicvr]67; Космос - коаио, то 5іа отл.иа68; Мир -коацо, то avujiav, oiKOvuevn,6 . Присутствующие в этом синонимическом ряду слова то біаоттцш и то ovu7iav, скорее всего, подчеркивают специфику Вселенной как объекта космологических представлений: 8ia - отгща, атоС, то - можно трактовать как выражение пространственно-временных свойств Вселенной (расстояние, промежуток; протяжение, длина; объем; промежуток времени; длительность)70. Слово то avurcav имеет два варианта употребления: первый - совокупность, целое; мир, вселенная (avu - Trav, avo то), второй - некоторый итог, обобщение: в целом, в общем (avurcav то)71. В обоих вариантах оно подчеркивает целостность, нерасчлененность обозначаемой вещи. Множество слов, происходящих от корня коодо, употребляются в значении мир, Вселенная: например, в названии сочинения Парменида кооцо-yovia - происхождение мира или в сочинении Демокрита коодо-урйфіа - описание мира, коацо-лоіїа - сотворение или образование мира72.

Однако, несмотря на этимологическое и семантическое родство рассмотренного синонимичного ряда понятий (Вселенная, Мир, Космос), на синкретизм античного миропонимания, в употреблении этих понятий уже в этот период, выделяются смысловые оттенки, которые, вероятно, и позволили разойтись им в дальнейшем. Различное семантическое звучание понятий «Вселенная» и «Космос» можно обнаружить еще в мифологии, и мифологизированной раннегреческой философии, в дальнейших попытках определить одно через другое.

Космологическое знание в контексте классической и неклассической рациональности

Для того чтобы «нарисовать» неклассический образ космологического знания, необходимо ответить на вопрос: что понимать под классическим и неклассическим научным знанием вообще и в космологии в частности. Наука как форма рационального познания в качестве конечного результата предполагает обоснованное, осмысленное, систематизированное знание247. Но сама научная рациональность динамичное понятие. Признавая рациональность одной из основных ценностей культуры, в философии обозначилась тенденция рассматривать ее как исторический эпифеномен.

Если рациональность трактовать как следование фиксированным правилам определенного содержания (К.Хюбнер), то рациональность научного познания будет выражаться в регламентировании познавательной деятельности своими «правилами». В качестве таковых В.С.Степин, например, предлагает сложные многоуровневые образования, состоящие из трех компонент: научная картина мира, идеалы и нормы науки и ее философские основания249. В общем виде, вероятно, можно говорить об онтологических и гносеологических основаниях этих «привил». Их радикальные изменения расцениваются как глобальные научные революции, являющиеся разделительным рубежом, отделяющим крупные стадии исторического развития науки, в которых могут быть представлены различные типы рациональности. Изменение представлений о рациональности ведет и к изменению образа науки и образа знания.

Традиционным стало выделение в развитии науки трех основных типов научной рациональности: классической (XVII - начало XX в.), неклассической (первая половина XX в) и постнеклассической (конец XX в.).

Классический тип научной рациональности, центрируя внимание на объекте, стремится при теоретическом объяснении и описании элиминировать все, что относится к субъекту, средствам и операциям его деятельности. Такая элиминация рассматривается как необходимое условие получения объективно-истинного знания о мире. Классическое воплощение этот тип рациональности нашел в ньютони-анской физике.

Неклассический тип научной рациональности учитывает связи между знаниями об объекте и характером средств и операций деятельности. Экспликация этих связей рассматривается в качестве условий объективно-истинного описания и объяснения мира. Субъект познания рассматривается уже в непосредственной связи со средствами познавательной деятельности. Рациональность этого типа воплощается в квантово-релятивистской физике.

Постнеклассическая научная рациональность учитывает соотнесенность знания об объекте не только со средствами, но и ценностно-целевыми структурами деятельности.

Эта схема прекрасно вписывается в историю естественнонаучного знания за исключением космологического знания. «Точка отсчета» в описанной выше схеме -XVII век. Что представляла собой космология и космологическое знание в этот период? Космологическое знание в значительной мере опиралось на результаты астрономической практики: в содержании космологического знания доминировали проблемы, связанные с устройством Вселенной, а не с ее происхождением. Теоретический фундамент космологического знания составляли общенаучные представления на уровне картины мира и метафизические воззрения.

В онтологических основаниях космологического знания на этом этапе лежали принципы механицизма и лапласовского детерминизма: Вселенная - гигантская механическая система, функционирующая в частях и в целом по законам механики, место цели занимает причина. Движение, для которого нет причины, допускается важнейшим законом механики - законом инерции. Это движение тождественно покою. Вселенная Ньютона статична, ибо ее части к движению не побуждаются никакой причиной.

К гносеологическом основаниям космологического знания можно отнести эпистемологическую ориентированность на астрономические наблюдения, но классическому воплощению этой методологической установки как активному вопроша-нию пассивной природы пытливым человеческим разумом в космологии, вероятно, препятствовало величие и масштабность ее объекта. Поэтому знание о Вселенной получалось сочетанием некоторой эмпирии, физических законов и метафизических принципов. Космологическое знание этого периода напоминает натурфилософские учения: с одной стороны оно обращено к природе, опыту (наблюдению), с другой - к метафизике.

Таким образом, то, что в типологизации В.С.Степина обозначено как классическая научная рациональность, в космологии проявляется лишь частично. Это еще не ставшее классическим естественнонаучным знание, вернее было бы в терминологии В.С.Степина обозначить как протоклассическое. Возможно, для космологического знания этого периода более приемлема его оценка как предельно выро.ж-денной натурфилософии, в которой уже проявляются элементы естественнонаучного знания.

Если в качестве научного эталона естествознания взять физику, а в рассматриваемый исторический отрезок - механику, то можно отметить, что физическому знанию присущи следующие характеристики: объективность; экспериментальная верифицируемость; количественная выразимость; математизированность; прогно-зируемость.

Космологическое знание, как и физическое, можно рассматривать как объективное в том смысле, что в процессе его получения можно абстрагироваться от влияния человека, как на сам процесс познания, так и на объект, ассоциирующийся с чем-то Божественным, и уже поэтому не подверженный вмешательству человека. Об экспериментальной верифицируемости космологического знания говорить некорректно: как можно экспериментальным путем проверить бесконечность Вселенной или эволюционную идею сада У.Гершеля, согласно которой наблюдаемое разнообразие вида туманностей обусловлено тем, что мы видим эти объекты на разных стадиях жизни, подобно деревьям в саду? Эмпирическая проверка возможна только для знания об отдельных объектах, но не Вселенной в целом. О прогностической силе и математической оформленности для космологического знания тоже говорить преждевременно, так как эти характеристики относятся к механике и астрономии, а не космологии, хотя и опирающейся на них.

Эти содержательные отличия физического и космологического знания проявляются и в различии форм организации знания. Если первое (например, классическая механика) уже претендует на статус научной теории, дающей целостное представление о закономерных и существенных связях механического мира, то второе -существует в формах, генетически предшествующих теории (в узком смысле слова): в классификациях, типологиях объектов, в первичных объяснительных схемах.

Любые классификации условны хотя бы в силу того, что выбор их оснований не является однозначным. Но историческая ретроспектива всегда позволяет выделить в развитии знания/познания качественно различные этапы, в основе которых лежат разные идеалы, нормы познавательных процедур, и т.п. Если в качестве основания рассматривать историческую «меру научности» космологического знания, то получается достаточно привычная, почти хрестоматийная периодизация развития западноевропейской космологии с мифологическим, натурфилософским, естественнонаучным и современным этапом.

Визуальное мышление в космологическом познании

«Конечный» результат любого познавательного процесса может быть представлен как гносеологический образ. В широком смысле, гносеологический образ - это любой дискретный элемент знания, несущий содержательную информацию об объекте, это познавательная конструкция, в которой переплетены два взаимосвязанных аспекта познания: чувственное, в том числе и наглядные представления, и рациональное, в котором функционируют знаковые, в том числе и вербальные формы. В действительности, связь между составляющими гносеологического образа оказывается куда более сложной. Соотнесение мышления лишь с вербальной формой оказывается недостаточным. В настоящее время этот тезис разделяют многие исследователи, хотя еще в недавнем прошлом он выглядел слишком экзотично.

Как выясняется, возможно, существование невербализованных, но осознанных познавательных процессов, не сводимых к обычному понятийному отражению. Одним из проявлений относительно автономного невербализованного уровня процесса мышления является визуальное мышление. С 70-х годов XX века визуальное мышление стало предметом активного изучения в психологии. Способность человека видеть мир не только таким, каким он существует в действительности, но и таким, каким он может быть, психологи связывают с особым типом мыслительной деятельности. Визуальное мышление определяется как «человеческая деятельность, продуктом которой является порождение новых образов, создание новых визуальных форм, несущих смысловую нагрузку и делающих значение видимым» . В философский дискурс это понятие вошло благодаря работам американского эстетика и психолога Р.Арнхейма, отечественных философов А.В.Славина, В.И.Жуковского, Д.В.Пивоварова и Р.Ю.Рахматуллина283.

В структуре научного познания визуальное мышление рассматривается как особая разновидность рационального отражения существенных связей и отношений вещей, осуществляемого не на основе слов естественного языка, а непосредственно на основе пространственно структурированных наглядных схем. Выраженный наглядный характер визуального мышления, использование для обозначения его «результатов» понятий «наглядный/зрительный/визуальный образ», а так- же многозначность трактовок понятий наглядности и образа вынуждает уточнить их содержание.

Образ - это форма отражения и освоения человеком объектов мира. Терминологически образ восходит к античному эйдосу (ібш, CIKOVCI, idea, simulacrum), имеющему двоякую природу: это то, что созерцается внутренним зрением, умом как картинка и то, что не имеет изобразительного характера и выражается словом. Вероятно, здесь истоки традиции связывать образ с чувственной воспринимаемостью: эйдос-картинка опосредован чувственностью. По аналогии с тем, что различают первую природу (natura prima) и вторую можно говорить о первичной и вторичной чувственности. Если понятие «образ» связано с чувственной воспринимаемостью (часто на уровне обыденных представлений), то говорят о чувственных образах, которые отражают свойства предметов, непосредственно воздействующих на анализаторы человека. Образ может быть и иной природы - понятийным (концептуальным), опосредованно и отвлеченно отражающим существенное в предметах3,47 и при этом наглядным. Наглядность в этом случае представлена в формах вторичной чувственности. Например, наглядное представление об объеме вещи дает изображение параболоида. Наглядный образ вращающейся параболы - вторичная чувственность, обусловленная понятием квадратичной функции.

При всей многозначности понятия наглядности, в большинстве трактовок отмечается обязательное наличие опоры (прямой или косвенной) на чувственно воспринимаемые вещи. По этой причине наглядные образы относят"90 к особой разновидности чувственных образов, гносеологическое качество которых несводимо к обычной чувственности. Так, чувственный образ зрительного восприятия -это зрительный образ. Однако не всякий зрительный образ может быть назван наглядным. Таковым он является при структурном соответствии оригиналу, например, при зрительном восприятии предмета, а не его знака. Поскольку в научном познании за знаками обычно «скрываются» понятия, можно сказать, что в этом случае, мы зрительно и наглядно воспринимаем только знак понятийного образа. Как верно отмечают В.И. Жуковский, Д.В.Пивоваров, Р.Ю. Рахматуллин291, наглядность привносится в зрительный образ, когда он используется субъектом для интерпретации и изложения знания. Поэтому понятие зрительного образа не тождественно понятию наглядного образа. Предикаты образа «наглядный», «визуальный» могут употребляться синонимично. Тогда под визуализацией будет пониматься в дальнейшем процесс создания визуального образа. Как видно из приведенного выше определения, в психологии подобный процесс отождествляется непосредственно с визуальным мышлением.

Представляется, что значение этого термина значительно шире. Визуализация, с одной стороны, это очень важный и относительно автономный этап визуального мышления (не обязательно первый или наоборот последний), с другой - это процессуальная форма самого визуального мышления. Визуальное мышление как рациональное отражение связано с понятийными (концептуальными) образами, и поэтому его роль важна в научном познании. Понятийные образы становятся наглядными, если получают интерпретацию в системе чувственных представлений человека (вторичная чувственность), в его познавательном опыте. Так, сущность понятия гравитации, трактуемой в ОТО А.Эйнштейна в геометрических образах, как проявление искривления пространства-времени, вполне наглядно представима на основе наблюдаемых ситуаций-аналогий с деформирующимися поверхностями под воздействием тяжелых предметов. Наглядное представление гравитации возникает как результат рационализации первичной чувственности, «данной» в этих визуальных аналогиях. Это уже вторичная чувственность, сопряженная с образами искривленного пространства, она обусловлена понятием о кривизне пространства.

Понятие присутствующего в разных вариантах инфляционного сценария Вселенной гипотетического скалярного поля Хиггса приобретает элементы наглядности, когда его проявления интерпретируются в образах «шарика», скатывающегося в ложбинку по пологому склону.

Особенно это актуально для абстрактных понятий из арсенала теоретического уровня научного исследования, которые часто проблематичны по своему онтологическому статусу и раскрывают свое значение только внутри теории, ее смысловых связей и отношений. Такие понятия именуются в логико-методологических исследованиях конструктами, и могут быть визуализированы (идеальный газ, черное тело, абсолютно твердое тело), что, безусловно, увеличивает их «эвристический вес» в познании. В общем случае возможности визуализации понятийных (в том числе и абстрактных) образов способствуют следующие три обстоятельства.

Первое - достаточно «респектабельное» и вряд ли уже кем-то оспариваемое в настоящее время суждение о том, что структура любого гносеологического образа (визуального - в частности) обязательно включает в себя чувственный аспект, хотя и допускает различную «количественную» пропорцию условно выделенных чувственного и рационального.

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Институт непрерывного педагогического образования

Кафедра профессионального педагогического образования и социального управления

Современная космология

Контрольная работа по дисциплине Концепция современного естествознания

Специальность 080507 – Менеджмент организации

выполнил студент

группы 9552 зо-4

Лосева Екатерина Николаевна

проверил преподаватель

Великий Новгород

Проблема зарождения и существования Вселенной во все времена занимала человечество. Небо, которое было доступно для его обозрения, очень его интересовало. Недаром астрономия считается одной из самых древних наук. Для изучения вселенной в целом, в астрономии появилась новая наука-космология.

По определению А.Л. Зельманова (1913-1987) космология - это совокупность накопленных теоретических положений о строении вещества и структуре Вселенной, как цельного объекта, так и отдельные научные знания охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем, общей теории относительности, физике микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамике и ряде других новейших физических теорий.

Данное определение космологии берет в качестве предмета этой науки только Метагалактику. Это связано с тем, что все данные, которыми располагает современная наука, относятся только к конечной системе - Метагалактике, и ученые не уверены, что при простой экстраполяции свойств этой Метагалактики на всю Вселенную будут получены истинные результаты. При этом, безусловно, суждения о свойствах всей Вселенной являются необходимой составной частью космологии. Космология сегодня является фундаментальной наукой. И она больше, чем какая-либо другая фундаментальная наука, связана с различными философскими концепциями, по-разному понимающими устройство мира.

Основателем научной космологии считается Николай Коперник, который поместил Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой планеты Солнечной системы. Конечно, он был весьма далек от правильного понимания устройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти известных в то время планет располагалась сфера неподвижных - звезд. Звезды на этой сфере считались равноудаленными от Солнца, а природа их была неясной. Коперник не видел в них тел, подобных Солнцу, и, будучи служителем церкви, склонялся к мнению, что за сферой неподвижных звезд находится «эмпирей», или «жилище блаженных» - обитель сверхъестественных тел и существ.В одном Коперник был твердо уверен - радиус сферы неподвижных звезд должен был быть очень велик. Иначе было бы трудно объяснять, почему с движущейся вокруг Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.

Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направления (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь, кривизны с плотностью массы. Космологию, основанную на этих постулатах называют релятивистской. Важным пунктом данной модели является ее нестационарность, это означает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии.

Саморазвивающаяся вселенная А.А. Фридмана

Новый этап в развитии релятивистской космологии был связан с исследованиями русского ученого А.А. Фридмана (1888-1925), который математически доказал идею саморазвивающейся Вселенной. Работа А.А. Фридмана в корне изменила основоположения прежнего научного мировоззрения. По его утверждению космологические начальные условия образования Вселенной были сингулярными. Разъясняя характер эволюции Вселенной, расширяющейся начиная с сингулярного состояния, Фридман особо выделял два случая:

а) радиус кривизны Вселенной с течением времени постоянно возрастает, начиная с нулевого значения;

б) радиус кривизны меняется периодически: Вселенная сжимается в точку (в ничто, сингулярное состояние), затем снова из точки, доводит свой радиус до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку, и т.д.

Открытие красного смещения Э. Хаббла

На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого «красного смещения». Красное смещение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-либо источника колебаний, воспринимаемая вами частота колебаний уменьшается, а длина волны соответственно увеличивается. При излучении происходит «покраснение», т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждает гипотезу об удалении их, т. е. о расширении Метагалактики - видимой части Вселенной.

Концепция "Большого взрыва"

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 - 18 млрд. лет назад.

Джордж Лемер был первым, кто выдвинул концепцию «Большого взрыва» из так называемого «первобытного атома» и последующего превращения его осколков в звезды и галактики. Конечно, со стороны современного астрофизического знания данная концепция представляет лишь исторический интерес, но сама идея первоначального взрывоопасного движения космической материи и ее последующего эволюционного развития неотъемлемой частью вошла в современную научную картину мира.

Модель "Горячей вселенной"

Принципиально новый этап в развитии современной эволюционной космологии связан с именем американского физика Г.А.Гамова (1904-1968), благодаря которому в науку вошло понятие горячей Вселенной. Согласно предложенной им модели «начала» эволюционирующей Вселенной «первоатом» Лемера состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины - один кубический сантиметр первичного вещества весил миллиард тонн. В результате взрыва этого «первоатома» по мнению Г.А.Гамова образовался своеобразный космологический котел с температурой порядка трех миллиардов градусов, где и произошел естественный синтез химических элементов. Осколки первичного яйца - отдельные нейтроны затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов. Все это произошло в первые 30 минут после «Большого Взрыва.

Горячая модель представляла собой конкретную астрофизическую гипотезу, указывающую пути опытной проверки своих следствий. Гамов предсказал существование в настоящее время остатков теплового излучения первичной горячей плазмы, а его сотрудник Герман еще в 1948 г. довольно точно рассчитал величину температуры этого остаточного излучения уже современной Вселенной.

Однако Гамову и его сотрудникам не удалось дать удовлетворительное объяснение естественному образованию и распространенности тяжелых химических элементов во Вселенной, что явилось причиной скептического отношения к его теории со стороны специалистов. Как оказалось, предложенный механизм ядерного синтеза не мог обеспечить возникновение наблюдаемого ныне количества этих элементов.

Модель "Холодной вселенной"

Ученые стали искать иные физические модели «начала». В 1961 году академик Я.Б. Зельдович выдвинул альтернативную холодную модель, согласно которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных (с температурой ниже абсолютного нуля) вырожденных частиц - протонов, электронов и нейтрино. Три года спустя астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич произвели сравнительный анализ двух противоположных моделей космологических начальных условий - горячей и холодной и указали путь опытной проверки и выбора одной из них. Было предложено с помощью изучения спектра излучений звезд и космических радиоисточников попытаться обнаружить остатки первичного излучения. Открытие остатков первичного излучения подтверждало бы правильность горячей модели, а если таковые не существуют, то это будет свидетельствовать в пользу холодной модели.

Открытие реликтового излучения

В конце 60-х годов группа американских ученых во главе с Р. Дикке приступила к попыткам обнаружить реликтовое излучение. Но их опередили Л. Пепзиас и Р. Вильсон, получившие в 1978 г. Нобелевскую премию за открытие микроволнового фона (это официальное название реликтового излучения) на волне 7,35 см.

Примечательно, что будущие лауреаты Нобелевском премии не искали реликтовое излучение, а в основном занимались отладкой радиоантенны, для работы по программе спутниковой связи. С июля 1964 г. по апрель 1965 г они при различных положениях антенны регистрировали космическое излучение, природа которого первоначально была им не ясна. Этим излучением и оказалось реликтовое излучение.

Таким образом, в результате астрономических наблюдений последнего времени удалось однозначно решить принципиальный вопрос о характере физических условий, господствовавших на ранних стадиях космической эволюции: наиболее адекватной оказалась горячая модель «начала». Сказанное, однако, не означает, что подтвердились все теоретические утверждения и выводы космологической концепции Гамова.

Из двух исходных гипотез теории - о нейтронном составе «космического яйца» и горячем состоянии молодой Вселенной - проверку временем «выдержала «только «последняя, указывающая на количественное преобладание излучения над веществом у истоков ныне наблюдаемого космологического расширения.

Современная наука о происхождении вселенной

Тепловая история или сценарий образования крупномасштабной структуры Вселенной

На нынешней стадии развития физической космологии на передний план выдвинулась задача создания тепловой истории Вселенной, в особенности сценария образования крупномасштабной структуры Вселенной. Последние теоретические изыскания физиков велись в направлении следующей фундаментальной идеи: в основе всех известных типов физических взаимодействий лежит одно универсальное взаимодействие; электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное взаимодействия являются различными гранями единого взаимодействия, расщепляющегося по мере понижения уровня энергии соответствующих физических процессов. Иначе говоря, при очень высоких температурах (превышающих определенные критические значения) различные типы физических взаимодействий начинают объединяться, а на пределе все четыре типа взаимодействия сводятся к одному единственному протовзаимодействию, называемому «Великим синтезом».

Согласно квантовой теории то, что остается после удаления частиц материи (к примеру, из какого-либо закрытого сосуда с помощью вакуумного насоса), вовсе не является пустым в буквальном смысле слова, как это считала классическая физика. Хотя вакуум не содержит обычных частиц, он насыщен «полуживыми», так называемыми виртуальными тельцами. Чтобы их превратить в настоящие частицы материи, достаточно возбудить вакуум, например, воздействовать на него электромагнитным полем, создаваемым внесенными в него заряженными частицами.

Но что же все таки явилось причиной «Большого Взрыва»? Судя по данным астрономии физическая величина космологической постоянной, фигурирующей в эйнштейновских уравнениях тяготения, очень мала, возможно близка к нулю. Но даже будучи столь ничтожной, она может вызвать очень большие космологические последствия. Развитие квантовой теории поля привело к еще более интересным выводам. Оказалось, что космологическая постоянная является функцией от энергии, в частности зависит от температуры.

При сверхвысоких температурах, господствовавших на самых ранних фазах развития космической материи, космологическая постоянная могла быть очень большой, а главное, положительной по знаку.Говоря другими словами, в далеком прошлом вакуум мог находиться в чрезвычайно необычном физическом состоянии, характеризуемом наличием мощных сил отталкивания. Именно эти силы и послужили физической причиной «Большого Взрыва» и последующего быстрого расширения Вселенной.

Рассмотрение причин и последствий космологического «Большого Взрыва» было бы не полным без еще одного физического понятия.

Речь идет о так называемом фазовом переходе (превращении), т.е. качественном превращении вещества, сопровождающимся резкой сменой одного его состояния другим. Советские ученые-физики Д.А. Киржниц и А.Д. Линде первыми обратили внимание на то, что в начальной фазе становления Вселенной, когда космическая материя находилась в сверхгорячем, но уже остывающем состоянии, могли происходить аналогичные физические процессы (фазовые переходы).

Дальнейшее изучение космологических следствий фазовых переходов с нарушенной симметрией привело к новым теоретическим открытиям и обобщениям. Среди них обнаружение ранее неизвестной эпохи в саморазвитии Вселенной. Оказалось, что в ходе космологического фазового перехода она могла достичь состояния чрезвычайно быстрого расширения, при котором ее размеры увеличились во много раз, а плотность вещества оставалась практически неизменной. Исходным же состоянием, давшим начало раздувающейся Вселенной, считается гравитационный вакуум. Резкие изменения, сопутствующие процессу космологического расширения пространства характеризуются фантастическими цифрами. Так предполагается, что вся наблюдаемая Вселенная возникла из единственного вакуумного пузыря размером меньше 10 в минус 33 степени. Вакуумный пузырь, из которого образовалась наша Вселенная, обладал массой, равной всего-навсего одной стотысячной доле грамма.

Теория о раздувающейся Вселенной

В настоящее время еще нет всесторонне проверенной и признанной всеми теории происхождения крупномасштабной структуры Вселенной, хотя ученые значительно продвинулись в понимании естественных путей ее формирования и эволюции. С 1981 года началась разработка физической теории раздувающейся (инфляционной) Вселенной. К настоящему времени физиками предложено несколько вариантов данной теории.

Предполагается, что эволюция Вселенной, начавшаяся с грандиозного общекосмического катаклизма, именуемого «Большим Взрывом», в последующем сопровождалась неоднократной сменой режима расширения.

Согласно предположениям ученых, спустя 10 в минус сорок третьей степени секунд после «Большого Взрыва» плотность сверхгорячей космической материи была очень высока (10 в 94 степени грамм/см кубический). Высока была и плотность вакуума, хотя по порядку величины она была гораздо меньше плотности обычной материи, а поэтому гравитационный эффект первобытной физической «пустоты» был незаметен. Однако в холе расширения Вселенной плотность и температура вещества падали, тогда как плотность вакуума оставалась неизменной.

Это обстоятельство привело к резкому изменению физической ситуации уже спустя 10 в минус 35 степени секунды после «Большого Взрыва». Плотность вакуума сначала сравнивается, а затем, через несколько сверхмгновений космического времени, становится больше ее. Тогда и дает о себе знать гравитационный эффект вакуума - его силы отталкивания вновь берут верх над силами тяготения обычной материи, после чего Вселенная начинает расширяться в чрезвычайно быстром темпе (раздувается) и за бесконечно малую долю секунды достигает огромных размеров. Однако этот процесс ограничен во времени и пространстве. Вселенная, подобно любому расширяющемуся газу, сначала быстро остывает и уже в районе 10 в минус 33 степени секунды после «Большого Взрыва» сильно переохлаждается. В результате этого общевселенческого «похолодания» Вселенная от одной фаза переходит в другую. Речь идет о фазовом переходе первого рода - скачкообразном изменении внутренней структуры космической материи и всех связанных с ней физических свойств и характеристик. На завершающей стадии этого космического фазового перехода весь энергетический запас вакуума превращается в тепловую энергию обычной материи, а в итоге вселенческая плазма вновь подогревается до первоначальной температуры, и соответственно происходит смена режима ее расширения.

Обоснование отсутствия начальной сингулярности в развитии Вселенной

Не менее интересен, а в глобальной перспективе более важен другой результат новейших теоретических изысканий – принципиальная возможность избегания начальной сингулярности в ее физическом смысле. Речь идет о совершенно новом физическом взгляде на проблему происхождения Вселенной.

Оказалось, что вопреки некоторым недавним теоретическим прогнозам (о том, что начальную сингулярность не удастся избежать и при квантовом обобщении общей теории относительности) существуют определенные микрофизические факторы, которые могут препятствовать беспредельному сжатию вещества под действием сил тяготения.

Еще в конце тридцатых годов было теоретически обнаружено, что звезды с массой, превышающей массу Солнца более чем в три раза, на последнем этапе своей эволюции неудержимо сжимаются до сингуляторного состояния. Последнее в отличие от сингулярности космологического типа, именуемой фридмановской, называется шварцшильдовским (по имени немецкого астронома, впервые рассмотревшего астрофизические следствия энштейновской теории тяготения). Но с чисто физической точки зрения оба типа сингулярности идентичны. Формально они отличаются тем, что первая сингулярность является начальным состоянием эволюции вещества, тогда как вторая - конечным.

Согласно недавним теоретическим представлениям гравитационный коллапс должен завершиться сжатием вещества буквально «в точку» - до состояния бесконечной плотности. По новейшим же физическим представлениям коллапс можно остановить где-то в районе планковской величины плотности, т.е. на рубеже 10 в 94 степени грамм / см. кубический. Это значит, что Вселенная возобновляет свое расширение не с нуля, а имея геометрически определенный (минимальный) объем и физически приемлемое, регулярное состояние.

Теория о пульсирующей Вселенной

Академик М.А. Марков выдвинул интересный вариант пульсирующей Вселенной. В логической рамке этой космологической модели старые теоретические трудности, если не решаются окончательно, то, по крайней мере, освещаются под новым перспективным углом зрения. Модель основана на гипотезе, согласно которой при резком уменьшении расстояния константы всех физических взаимодействий стремятся к нулю. Данное предположение - следствие другого допущения, согласно которому константа гравитационного взаимодействия зависит от степени плотности вещества.

Согласно теории Маркова, всякий раз, когда Вселенная из фридмановской стадии (конечное сжатие) переходит в стадию деситтеровскую (начальное расширение), ее физико-геометрические характеристики оказываются одними и теми же. Марков считает, что этого условия вполне достаточно для преодоления классического затруднения на пути физической реализации вечно осциллирующей Вселенной.

Что же ожидает нашу Вселенную в будущем, если она будет неограниченно расширяться? О процессе продолжающегося расширения нашей Вселенной свидетельствуют почти все данные наблюдений. По мере расширения пространства материя, становится все более разреженной, галактики и их скопления все более удаляются друг от друга, а температура фонового излучения приближается к абсолютному нулю. Со временем все звезды завершат свой жизненный цикл и превратятся либо в белых карликов, остывающих до состояния холодных черных карликов, либо в нейтронные звезды или черные дыры. Эра светящегося вещества закончится, и темные массы вещества, элементарные частицы и холодное излучение будут бессмысленно разлетаться в непрерывно разряжающейся пустоте.

Впрочем, черные дыры не останутся без работы. Имея на то достаточно времени, черные дыры поглотят огромное количество вещества вселенной.

Если теория Хокинга верна, то черные дыры будут продолжать испускать излучение, но черным дырам (с массой равной массе Солнца) потребуется очень длительное время, прежде чем это заметно изменит что-то.

Фоновое излучение остынет гораздо раньше, чем черные дыры начнут излучать больше, чем они будут поглощать из этого фонового излучения. Такой момент настанет тогда, когда возраст Вселенной станет примерно в десять миллионов раз больше предполагаемого на сегодня Должно пройти около 10 66 лет, прежде чем черные дыры солнечной массы начнут взрываться, выбрасывая потоки частиц и излучения.

Дж. Берроу из Оксфордского университета и Ф. Типлер из Калифорнийского университета в своих работах нарисовали картину отдаленного будущего неограниченно расширяющейся Вселенной. Даже внутри старой нейтронной звезды сохраняется еще достаточно энергии. Чтобы время от времени сообщать частицам, находящимся вблизи ее поверхности, скорость, превышающую скорость убегания. Предполагается, что в результате этого через достаточно продолжительное время все вещество нейтронной звезды должно испариться. Распадутся и черные дыры, вызвав рождение (в равных пропорциях) частиц и античастиц. По мнению Берроу и Типлера, если запас энергии во Вселенной достаточен только для того, чтобы обеспечить ее неограниченное расширение, то эффект электрического притяжения в электронно-позитронных парах перевесит и гравитационное притяжение и общее расширение Вселенной как целого. За определенное конечное время все электроны проаннигилируют со всеми позитронами. В конечном итоге последней стадии существующей материи окажутся не разлетающиеся холодные темные тела и черные дыры, а безбрежное море разреженного излучения, остывающего до конечной, повсюду одинаковой, температуры.

Заключение

В литературе по космологии высказывается мнение, что различные космологические модели Вселенной, выдвинутые на основе решения уравнений общей теории относительности, могут характеризовать не просто одну нашу Вселенную, но разные состояния Вселенной в разные периоды ее существования в прошлом и будущем, аналогично потенциально возможным мирам в концепции Лейбница. Все, что не запрещено законами природы, где-нибудь и когда-нибудь может быть реализовано.

Второе начало термодинамики показывает, что конец эволюции Вселенной наступит, когда выровняется температура ее вещества. Так как тепло передастся от более теплых тел к более холодным, различие их температур со временем сглаживается, совершение дальнейшей работы становится невозможным. Эта мысль о «тепловой смерти» Вселенной была высказана еще в 1854 г. Г. Гельмгольцем (1821-1894)

Интересно, что наше современное представление о неограниченно расширяющейся Вселенной вместе с концепцией квантового излучения черных дыр, которая основана на аналогии между гравитацией и термодинамикой, привели к тем же выводам, что сделал Гельмгольц. Мы не можем знать точно, каков будет исход противоборства расширения селенной и гравитационного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, то Вселенная когда-нибудь сколлапсирует в процессе Большого сжатия, которое может оказаться концом ее существования, либо прелюдией к новому расширению. Если же силы тяготения проиграют «сражение», то расширение будет продолжаться неограниченно долго, но тяготение будет продолжать играть существенную роль в определении окончательного состояния вещества. Вещество может превратиться в безбрежное море однородного излучения, либо продолжится рассеивание темных холодных масс. В неясном далеком будущем прошедшая эпоха звездной активности может оказаться лишь кратчайшим мгновением в бесконечной жизни Вселенной.

Список использованной литературы

1. Астрономия и современная картина мира. – М., 1996. – 247 с.

2. Гинзбург В.И., Муханов В.Ф., Фролов В.П. О космологии сверхранней Вселенной и „фундаментальной длине”. М. ЖЭТФ. 1988. Т. 94, в.4.

3. Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и научные революции // Вселенная, астрономия, философия. М., 1988. С. 169-180.

4. Зельманов А.Л. К постановке космологической проблемы // Труды 2-го съезда ВАГО (25-31 января 1955 г.). М., 1960. С. 72-84.

5. Идлис Г.М. Структурная бесконечность Вселенной и Метагалактика как типичная обитаемая космическая система // Труды 6-го совещания по вопросам космогонии (5-7 июня 1957 г.). М., 1959. С. 270-271

6. Казютинский В.В. Космическая философия – постнеклассическая наука – освоение космоса // Космос и общество (история и современность). М., 1991. С. 82-119.

7. Марочник Л.С., НасельскиЙ П.Д. «Вселенная: вчера, сегодня, завтра», сборник «Космонавтика, астрономия», выпуск № 2 за 1983 г.

8. Павленко А.Н. К.Э. Циолковский о „Причине космоса” и современная космология // Труды ХХIY Чтений, посвященных научной разработке наследия К.Э. Циолковского. М., 1991. 165 с.

9. Степин В.С., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. - М., 1994.- 274 с.

10. Терлецкий Я.П. Космологическая концепция Больцмана, ее значение и дальнейшее развитие // История и методология естественных наук. Вып. 2. М., 1963. С. 114-120.

11. Турсунов А. Философия и современная космология. М., 1977. 221с.


Похожие статьи

Мониторинг психологической службы в школе

Мониторинг психологической службы в школе

Обиходная рецептура садовода Отрывок, характеризующий Штейнберг, Павел Николаевич

Обиходная рецептура садовода Отрывок, характеризующий Штейнберг, Павел Николаевич

Иван ильин: «европа не знает россии И а ильин основные идеи

Иван ильин: «европа не знает россии И а ильин основные идеи

×
Close