93312

Важнейшие идеи современной космологии

Лекция

Логика и философия

Теория большого взрыва и теория инфляционной Вселенной. Космологией называется раздел физики изучающий происхождение и строение Вселенной как целого. Идея бесконечности Вселенной подкреплялась у него тем соображением что иначе под действием гравитации все вещество слилось бы в единую массу.

Русский

2015-08-29

23.21 KB

1 чел.

Лекция №7. Важнейшие идеи современной космологии.

1. Формирование научной космологии

2.Теория большого взрыва и теория инфляционной Вселенной.

3. Антропный принцип в космологии.

1. Формирование научной космологии.

Космологией называется раздел физики, изучающий происхождение и строение Вселенной как целого. Эмпирическим основанием космологии является внегалактическая астрономия. Ее теоретический фундамент составляют основные физические теории, среди которых особую роль играет теория тяготения. Первая научная космология построена И. Ньютоном на основе открытого им закона всемирного тяготения. Вслед за Дж. Бруно, Г. Галилеем и другими предшественниками, И. Ньютон считал, что Вселенная бесконечна, вечна и находится в стационарном (т. е. устойчивом, относительно неизменном) состоянии. Идея бесконечности Вселенной подкреплялась у него тем соображением, что иначе под действием гравитации все вещество слилось бы в единую массу.

Но Э. Галлей сразу заметил, что в такой Вселенной сила гравитации должна быть в каждой точке бесконечной. Сознавал данную проблему и сам Ньютон. В дальнейшем этот вывод был подтвержден и получил название гравитационного парадокса, или парадокса Зеелигера. Некоторые современные авторы считают, что в свете новой науки такого парадокса не возникает, но при этом указывают, что во Вселенной Ньютона сила гравитации в каждой точке должна быть неопределенной

Идею преодоления таких парадоксов на почве классической механики выдвинул еще в XVIII в. известный философ И. Кант. Он предложил “островную” теорию строения космоса, которую поддержали и развили И. Ламберт и У. Гершель. Сформировалось представление о Вселенной как о бесконечной иерархии систем, подобных солнечной планетарной системе. абсолютный центр Вселенной.

Современная космология называется релятивистской (от лат. relativus – относительный), т. к. в ней большую роль играют обе теории относительности А. Эйнштейна – специальная и, особенно, общая. В релятивистской космологии преодолеваются парадоксы старой космологии. Но под Вселенной в ней понимается уже не весь универсум, а только совокупность тел, производных от определенной субстанции – физического вакуума, природа и свойства которого рассмотрены в предыдущих лекциях. По современным представлениям, наша Вселенная существует "всего" около 13–15 млрд. лет и имеет ограниченный объем (хотя теоретически возможны и модели с бесконечным пространством и временем).

Из конечности объема Вселенной не следует, что она где-то имеет границы, препятствующие движению. Топологически Вселенная замкнута на себя, подобно поверхности шара. Но если из любой ее точки протянуть радиусы в пространство, то площадь сферы, замыкающей концы этих радиусов, сначала будет увеличиваться, а с некоторого момента начнет уменьшаться, пока они не "уткнутся" в ту же точку, из которой вышли. Нет оснований считать, что наш физический вакуум – какая-то абсолютная первоматерия. Поэтому современная космология допускает, что кроме нашей Вселенной, могут существовать иные миры (видимо, бесконечно многие), в основе которых лежат субстанции с другими свойствами и параметрами.

 

2. Гипотеза Большого взрыва и теория инфляционной Вселенной.

Еще в 1927 г. бельгийский астроном Г. Леметр предложил т. н. гипотезу Большого взрыва, а Дж. Гамов в 50-х гг. принял ее как версию своей теории горячей Вселенной. Согласно этой гипотезе, расширение Вселенной началось благодаря взрыву т. н. сингулярности, при котором вещество приобрело колоссальные скорости, а сейчас это расширение продолжается по инерции. В 1970 г. Ст. Хокинг и Р. Пенроуз пришли к выводу, что неограниченное продолжение геодезических линий в пространстве в определенных условиях невозможно. Этот математический результат был истолкован в пользу существования сингулярности и Большого взрыва, и именно на 70-е гг. приходится пик популярности данной гипотезы. Однако в дальнейшем работы ряда отечественных и зарубежных специалистов показали, что полное сжатие пространства по всем трем направлениям невозможно. По одному из них оно непременно сменяется расширением, а с приближением к сингулярности должен наблюдаться т. н. отскок – общая смена сжатия расширением.

Физически гипотеза Большого взрыва также представляется во многом странной. Ни в каком ином случае наука не сталкивается с единичными сингулярностями и единичными процессами. Далее: в состоянии сингулярности должно прекращаться действие всех физических законов (в т. ч., законов ОТО), в силу чего нельзя научно объяснить процесс порождения Вселенной. Непонятно также, почему скорость “разлетания” галактик пропорциональна их удалению от нас, как будто мы находимся в точке Большого взрыва. Неясно и само это возрастание скоростей: при взрыве и дальнейшем движении “осколков” по инерции так не бывает. Еще сложнее объяснить при таком подходе открытое в 2000 г. ускорение разлетания Вселенной.

3. Антропный принцип в космологии.

В космологии чаще всего невозможно поставить проверочный эксперимент: слишком велики масштабы изучаемых явлений. Наблюдения за процессами также не всегда дают нужный результат, т. к. длительность этих процессов порой в миллионы раз превышает время существования человечества. Поэтому здесь очень высока роль методологических принципов. К ним относится и т. н. антропный принцип (от греч. anthropos – человек). Считается, что он сформулирован в 1974 г. Б. Картером. Эта формулировка гласит: “То, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей”. Но подобные идеи высказывались и прежде. Напр., в 1955 г. отечественный космолог А.Л. Зельманов фактически сформулировал тот же принцип в виде остроумного замечания: “мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей”.

Есть разные "версии" (трактовки) антропного принципа, но в философском плане среди них выделяются версии слабая и сильная. “Слабая” версия рассматривает существование человека как логическую посылку суждений об исходных состояниях и возможных процессах во Вселенной, не придавая ему более широкого значения. Именно такая позиция и выражена в формулировках Картера и Зельманова, если понимать их буквально. Они просто требуют, чтобы при построении космологических гипотез учитывался факт существования познающего человека. Ничего необычного в таком требовании нет, нет в нем и ничего специально-космологического. Любая теория должна учитывать все наличные факты, в т. ч. – высшие результаты развития изучаемого предмета. Последнее особенно важно, т. к. в этих результатах наиболее полно раскрывается сущность вещей, их задатки и условия развития. Но с формальной стороны это не порождает какой-то специфичности. Речь идет, собственно, о рядовом случае применения логического закона контрапозиции: Если из А следует Б, то из не-Б следует не-А. Напр., если бы галактики сближались, то люди не могли бы существовать (из-за высокой радиации); но люди существуют, следовательно, галактики (как правило) не сближаются.

Но “сильная” версия трактует наше существование как онтологическую целевую предпосылку формирования Вселенной, т. е. как фундаментальное условие ее бытия и развития. У этой версии есть множество вариантов, так что ее общее понятие как бы расплывается. Идеологи вообще любят недостаточно определенные понятия, которые удобно приспосабливаются к любой нужной интерпретации (как в другом случае, напр., понятие цивилизации). Обычно сторонники "сильной" версии утверждают, что при малейшем отклонении фундаментальных физических констант от их современных значений существование жизни и людей стало бы невозможным. Напр., будь чуть выше константа тяготения, звезды обратились бы в “черные дыры” или стали бы, наоборот, недостаточно горячими. Если изменить константу сильного взаимодействия, цепочки ядерных реакций якобы не дойдут до углерода и азота, из которых построены живые тела. При изменении постоянной тонкой структуры атомы стали бы непрочными; и т. д. Но вероятность случайного выпадения нужных значений многих величин при таком их точечном подборе близка к нулю.

Отсюда делается вывод, что этот подбор осуществлялся сознательно и целенаправленно некоей “Суперсистемой


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22127. Эволюция органов и функций 82 KB
  Количество часов: 2 Эволюция органов и функций Принципы филогенетического преобразования органов и функций. Взаимосвязь морфофизиологических преобразований органов и систем в филогенезе. Принцип компенсации функций Принципы филогенетического преобразования органов и функций. Филогенетические изменения органов весьма разнообразны.
22128. Происхождение и развитие жизни на Земле 191 KB
  Количество часов: 6 Происхождение и развитие жизни на Земле Жизнь как особая форма движения материи. Гипотезы происхождения жизни Краткие сведения о геохронологии Возникновение жизни. Но не преувеличивают ли загадочности жизни. Второе перенос жизни через мировые пространства довольно трудно допустить.
22129. ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ЭВОЛЮЦИИ 92 KB
  Количество часов: 2 В биологии все наполняется смыслом лишь тогда когда истолковывается с эволюционной точки зрения. Значение эволюционной теории Основные доказательства эволюции. Значение эволюционной теории Происхождение жизни на Земле одна из центральных проблем современного естествознания и исходная точка любой религии. Целью эволюционной теории является выявление закономерностей развития органического мира объектом служат организмы в процессе их исторического развития к методам изучения относятся палеонтологический...
22130. Экологические основы эволюции 104.5 KB
  Понятие биогеоценоза очень важно в теории эволюции поскольку в них существуют и эволюционируют популяции. Некоторые виды состоят из огромного числа популяций другие из немногих или даже из одной популяции. Характеристики популяции оказывают влияние на действие эволюционных факторов. По пространственному распределению выделяют три основных типа популяций: 1 большие непрерывные популяции популяции злаков растущих на равнинах и покрывающих площади шириной в десятки или сотни километров; 2 мелкие изолированные колониальные популяции...
22131. Осадка. Распределение накопленной деформации (εi) по объему осаженной заготовки 182 KB
  Расчет силы деформирования при осадке и построение графика технологических нагрузок. Мощность и работа пластической деформации при продольной осадке цилиндра. Работа деформирования при продольной осадке.Схема осадки:1 нижняя плита; 2 верхняя подвижная плита; 3 цилиндрическая заготовка при продольной осадке; 4 цилиндрическая заготовка при поперечной осадке.
22132. Метод баланса работ 36 KB
  В основу метода положено следующее положение: при пластической деформации работа внешних сил на соответствующих им перемещениях равна работе внутренних сил работе пластической деформации. Работа пластической деформации 2 Если упрочнение отсутствует то Чаще принимают равным выбранному по АВ работа внешних сил: активной силы силы деформирования; сил трения. Работа сил трения берется со знаком минус. 3 где X Y Z проекции силы действующей по участку поверхности dF на оси координат а UX UY UZ ...
22133. Феноменологическая теория разрушения металлов при холодной пластической деформации 98 KB
  Феноменологическая теория базируется на сложившихся в настоящее время физических представлениях о закономерностях разрушения металла при пластической деформации. Различными экспериментальными методами было показано что величина пластического разрыхления возрастает пропорционально степени деформации сдвига. Авторами данной теории была выдвинута следующая гипотеза: 1 где степень разрыхления частицы накопленная частицей деформация сдвига ab коэффициенты...
22134. Выдавливание. Расчет силы деформирования и построение графика технологических нагрузок 617.5 KB
  Основы теории штамповки выдавливанием на прессах М. Прямое выдавливание технологическая операция в процессе которой происходит истечение металла 2 заключенного в замкнутой полости контейнер 3 в направлении движения рабочего инструмента 1 через отверстие поперечное сечение которого определяет поперечное сечение выдавливаемой части деформируемой заготовки. Обратное выдавливание технологическая операция в процессе которой происходит истечение металла из замкнутой полости в направлении обратном встречном движению рабочего...
22135. Вытяжка без утонения 314 KB
  Схема операции вытяжка из осесимметричной полой заготовки. При этом величина зазора между матрицей и пуансоном составляет не менее толщины исходной листовой заготовки Рис. Пример заготовки и детали.