Космология – один из разделов астрономии. Другие ее разделы изучают конкретные космические объекты с различных точек зрения. Космология же претендует на изучение Вселенной как целого. Точнее, космология есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной. В этом определении надо различать понятия «учение» и «теория»: учение здесь предполагается более общим понятием, чем теория. Теория – такое учение, которое может и должно быть проверяемо эмпирическими данными, тогда как учение вообще может быть такой проверке и не доступно. Поэтому теория Вселенной как целого невозможна. Но зато возможна теория всего охваченного астрономическими наблюдениями мира. При этом – поскольку никакая часть Вселенной не является физически изолированной системой – теория всего охваченного наблюдениями мира должна рассматривать его как часть Вселенной. В то же время (поскольку космология основывается не только на эмпирических данных, но и на основных законах физики, т. е. основных физических теориях, область применимости которых в принципе выходит сколь угодно далеко за пределы охваченного наблюдениями мира) возможно учение о Вселенной как целом, основанное на этих законах. Выводы этого учения, выходящие за границы охваченного наблюдениями мира, не доступны непосредственной эмпирической проверке. Критерием их правильности может служить их сохранение при смене основных физических теорий, лежащих в основе космологии, новыми, более общими и, следовательно, опирающимися на несравненно более широкий круг фактов.
Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для космологии существенны философские принципы, поскольку она соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяций. Следует заметить, что в применении ко Вселенной словосочетания «как целое» имеет существенно иной смысл, чем в применении к материальному миру: «Вселенная как целое» означает Вселенную в ее отношении ко всем ее частям (областям) и все части Вселенной в их отношении ко Вселенной, иначе говоря, единство всех частей Вселенной. В отношении же к материальному миру словосочетание «как целое» означает единство всех его аспектов (сторон).
В научной литературе встречаются термины: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Леметра», «Вселенная Наана», «Вселенная Зельманова». Как это понимать? Под этими терминами имеются в виду разные модели (теоретические схемы) Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом. Обычно это – модели, математически хорошо разработанные (из перечисленных таковы однородные, изотропные вселенные Эйнштейна, Фридмана и Леметра), иногда – качественные описания некоторых черт Вселенной. Вселенная Эйнштейна – статическая модель, предложенная до открытия нестационарности Вселенной, Вселенная Леметра – частный случай нестационарной Вселенной Фридмана.
Вообще же различия между разными «вселенными» (моделями) определяются рядом причин. Одна из них состоит в том, что исходные эмпирические данные, используемые в космологии, например средняя плотность материи в Метагалактике, темп ее расширения и т. п., известны пока лишь с невысокой степенью точности, а часть этих данных такова, что даже небольшие различия в их значениях могут при их экстраполяции на всю Вселенную приводить к сильно различающимся космологическим моделям. Другая причина заключается в том, что при космологических построениях используются различные модификации физических теорий. Третья связана с логической возможностью различных представлений о том, в каком отношении находятся характерные черты охваченной наблюдениями части Вселенной ко Вселенной как целому, в частности с логической возможностью различных ответов на вопросы: характерно ли вещество для всей Вселенной, так же как и для известной нам ее части, или же в ней вещество и антивещество играют одинаковую роль («симметричная Вселенная Наана»); можно ли экстраполировать на всю Вселенную предположения об однородности и изотропии, приемлемые для охваченной наблюдениями области Метагалактики?
Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические «вселенные» – это действительно реальные космические системы, иначе говоря, в самом деле различные Вселенные. Каждая из таких «вселенных» представляет собой неограниченную физическую систему, в которой мы живем и которая включает в себя всю охваченную астрономическими наблюдениями область. Но если система, внутри которой мы находимся, не имеет границ – она единственна.
Совокупностью этих двух признаков – неограниченностью системы и нашим присутствием в ней обладает только Вселенная и не обладает никакая ее часть.
Космология XX в. основывается на законах теории относительности. Поэтому современные космологические концепции называются релятивистскими (от лат. relativus – относительный).
Первая релятивистская космологическая модель была предложена в первой половине XX в. немецким физиком А. Эйнштейном. Она частично исходила из классических космологических воззрений (равномерность, однородность и изотропность мирового пространства). Согласно этой модели время во Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца; пространство же Вселенной безгранично, но конечно. Свойства эйнштейновского мирового про¬странства напоминают характеристики поверхности сферы: стрем¬ление удалиться от какой-либо ее точки оборачивается неуклонным возвращением к ней.
В начале 20-х гг. XX в. отечественный математик и геофизик А.А. Фридман (1888–1925), отказавшись от стационарной модели, предложил и математически обосновал модель расширяющейся Все¬ленной. Обобщив представления Эйнштейна, он выявил возможность реального существования особого мира, кривизна пространства которого меняется с течением времени. Так возникла теория нестационарной (расширяющейся) Вселенной.
Несколько позднее основные идеи фридмановской теории были подтверждены американским астрономом Э. Хабблом (1889–1953), открывшим так называемое красное смещение, т.е. конкретное сме¬щение видимой части спектра, ставшее свидетельством удаления галактик друг от друга, их «разбегания». Реальность расширения метагалактики подтверждает предсказания современной космологической теории.
В соответствии с теорией расширяющейся Вселенной наша метагалактика возникла около 20 млрд. лет назад как «сгущение» плотной космической материи. На первых этапах эволюции образовывались ато¬мы легких элементов (водород, гелий); дальнейшее «сгущение» космических элементов привело к образованию звезд и галактик. Постепенно образовывались более тяжелые химические элементы и планетные системы. И, наконец, создались предпосылки для существования живых организмов.
В последнее время космологическая наука выдвинула теорию «космических струн». Согласно этой теории галактики во Вселенной возникли из так называемых космических струн – своего рода «семян космического огорода». Невообразимо тонкие (толщина – 10 (–28 см)) и необычайно тяжелые струны – это первоначальное состояние из правещества, довещества, точнее высоконапряженный вакуум, предшествующий веществу. После «Большого взрыва» космические струны стали активно испускать гравитационные волны, конденсируя вокруг себя вещество, из которого, в свою очередь, впоследствии возникли структуры жизни и разума.
К концу XX в. представление о расширяющейся (эволюционной) Вселенной стало общепринятой научной гипотезой, преодолевшей классическую теорию галактической стационарности. Впрочем, в современной космологической теории отнюдь не решен вопрос о «первотолчке» мирового сотворения.
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 так же, как наша. Спектры атомов, следовательно, законы химии 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 космологов 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 Галактики кажутся нам, людям, важными и исключительными, но для Вселенной в целом они такими не являются.
Напомним, что в рамках религиозной доктрины возникновение Вселенной связывается с актом «Божественного творения». Немало ученых поддерживает позиции креационизма (т.е. христианского учения о сотворении мира из ничего). Естественнонаучная доктрина исходит в этом вопросе из реальности гипотезы «Большого взрыва», в результате которого космическое «первовещество» перешло от сингулярного (сверхплотного) к расширенному состоянию, обеспечивающему последующий космологический эволюционный Процесс.
Последнее изменение: Четверг, 11 Август 2011, 12:32