Космологические модели вселенной

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «РИНХ»

 

КАФЕДРА ФИЛОСОФИИ И  КУЛЬТУРОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Концепции современного естествознания"

 

 

на тему: «Космологические модели вселенной»

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка гр.БУZ-411 __________________ Сенцова Е.П.                                                                        

                                                                                                  (подпись, дата)      

Проверила: _____________________ Широкова О.Т.

                               (подпись, дата)      

 Защитила:  ________________________                                         

                           (подпись преподавателя, дата)

 

 

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

ЧТО ТАКОЕ КОСМОЛОГИЯ?

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, так и на теоретических выводах ,относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной.

Космология берет свое начало в  представлениях древних, в частности  в древнегреческой мифологии, где  очень подробно и достаточно систематизированно рассказывается о сотворении мира и его устройстве. Предметом космологии является изучение  строения, происхождения и эволюции Вселенной как целого. Космологию можно называть  наукой о космосе. В наше время космосом называют все, находящееся за пределами атмосферы Земли. К настоящему времени сложились  определенные представления о  происхождении и эволюции Вселенной. Одним из основных затруднений при  изучении астрономических и космологических явлений и объектов является то, что над ними нельзя провести контрольных экспериментов. Можно наблюдать лишь естественный ход событий. Поэтому поразительным является не безграничное разнообразие наблюдаемых астрономических событий, а возможность, анализируя эти явления, делать выводы относительно эволюции звезд  и галактик на протяжении млрд. лет.

       Все заключения  о происхождении и развитии  Вселенной следует считать не  законами, а лишь моделями, т.е.  возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и  научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены  в процессе развития науки  другими концепциями.  

Особое место исследований Вселенной  в истории человечества обусловлено  помимо их практической значимости, этическими, эстетическими, религиозными соображениями. Во Вселенной как бы пересеклись  божественный  и земной порядки. Недаром с древних времен  астрономия была достоянием жрецов, хранителей тайного  знания, она и по сей день, занимает центральное место  в храме  науки. Наибольшее количество «вечных» вопросов о происхождении мира, жизни, разума, месте человека в мироздании возникали и возникают тогда, когда он обращает взор и мысли  к космической бездне. В современной астрономии названия многих планет Солнечной системы, неподвижных звезд и целых созвездий взяты из античной мифологии. Недаром все мифы одновременно космогоничны и космологичны, а самая древняя и устойчивая мечта человечества – о полетах в космос.

В историческом аспекте первыми  моделями Вселенной были модели Солнечной  системы, в центре которой располагалась  неподвижная Земля, неподвижная  сфера со звездами и подвижные 5 планет, Солнце и Луна. Затем Аристарх Самосский в III в. до н. э. предложил гелеоцентричекую систему, возрожденную польским священником Н. Коперником в 1514г. Сюда же можно отнести и античную систему Птолемея, согласно которой  за последней сферой располагались ад и рай. Кстати «модернизацией» этой модели занимались и И.Кеплер(1571-1630) (вместо эллиптических орбит круговые) и Г. Галилей. Всё это продолжалось до появления законов Ньютона в небесной механике в XVIII веке. Уже в это время (а Джордано Бруно еще ранее - XVI в.) возникли представления о бесконечной в пространстве, но неизменной во времени Вселенной. Это была стационарная  космологическая модель, которая, по сути, была близка статистической Вселенной Эйнштейна.

Предполагалось, что пространство – абсолютно, однородно и изотропно, а  время – абсолютно и однородно. Это устраивало  теологический  подход к пониманию мира: система  мира без начала и конца,  как  в пространственном, так и  во временном понимании. Бог создал – и все! С материалистической точки зрения можно предположить, что Бог в теологии – это  и есть пространство и время в  физике. Получалось, что мир в  целом не эволюционирует. Пространство и время представлялось как жесткий  каркас (они же абсолютные!) и не участвовали  в процессах, т.е. рассматривались  как параметры. Заметим при этом, что если неизменность пространства и времени вызывала некоторый  дискомфорт, то бесконечность мира частично это неудобство сглаживала. Можно даже сказать, что стационарная модель мира  выполняла как бы роль стыковочного узла  между культурами Запада (рационализм) и Востока (мистицизм).

После того как появилась философия, пришедшая вместе с наукой на смену  мифологии, ответ на эти вопросы стали искать в основном в рамках философских концепций, причем почти каждый философ считал своим долгом затронуть их.

С приходом Нового времени философия уступила свое первенство в создании космологических моделей науке, которая добилась особенно больших успехов в XX веке, перейдя от различных догадок в этой области к достаточно обоснованным фактам, гипотезам и теориям. При этом далеко не все ученые согласны с вышеприведенным определением космологии, многие считают ее учением о Вселенной в целом, то есть учением обо всем, что существует.

Отвечая на закономерный вопрос, откуда мы можем знать, что происходит в  масштабах Вселенной, они исходили из очень популярной методологической установки, предполагающей, что на разных уровнях существования природы повторяются одни и те же законы, одно и то же устройство материальных систем. Различия могут быть лишь в масштабах. Такова космология Фурнье Дальба, английского физика, появившаяся в 1911году.Его Вселенная чем-то похожа на матрешку :Вселенные существуют одна в другой, меньшие внутри больших, и в их устройстве проявляются одни и те же правила. К этому времени уже были открыты первые элементарные частицы и создана планетарная модель атома. Так  предпологали , что ядро атома - это солнце, а электроны - планеты, на которых даже могут жить люди.

Тем не менее, несмотря на всю грандиозность  этой идеи, Вселенная, устроенная по этому  принципу, достаточно скучна и однообразна. В таком случае она представляет собой бесконечную совокупность одинаковых предметов.

Реальная природа куда сложнее  и многообразнее. Переход от одних  масштабов к другим, если этот переход  достаточно велик, сопровождается и коренными качественными изменениями .Что касается Мегамира, несмотря на естественную ограниченность наших размеров и знаний, есть все основания утверждать, что с переходом к космическим масштабам нам нередко приходится встречаться с чем-то принципиально новым, неведомым в земной человеческой практике.

 

НАЧАЛО  НАУЧНОЙ КОСМОЛОГИИ

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.

Поставьте перед лицом указательный палец и посмотрите на него попеременно  то правым, то левым глазом - палец будет смещаться на фоне более далеких предметов, например, стены. Такое кажущееся смещение предмета при изменении позиции наблюдателя называется параллактическим смещением. Расстояние между крайними точками наблюдения, называется базисом. Чем больше базис, тем больше и параллактическое смещение. Чем дальше от нас наблюдаемый предмет, тем меньше параллактическое смещение. Отодвиньте палец от лица и вы легко в этом убедитесь.

Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена Коперника в точности не было известно, многие факты говорили о том, что оно весьма велико. Казалось бы, при этом звезды должны описывать на небе маленькие окружности - своеобразное отражение действительного обращения Земли вокруг Солнца. Но такие параллактические смещения звезд явно отсутствовали, из чего Коперник и сделал вывод о колоссальных размерах сферы неподвижных звезд.

Вселенная по Копернику - мир в скорлупе. В этой модели легко найти немало пережитков средневекового мировоззрения. Но прошло всего несколько десятилетий, и Джордано Бруно разбил коперниковскую «скорлупу» неподвижных звезд.

Д. Бруно считал звезды далекими солнцами, согревающими бесчисленные планеты  других планетных систем. Бруно считал глупцом того, кто мог думать, что могучие и великолепные мировые системы, заключающиеся в беспредельном пространстве, лишены живых существ. Так прозвучала беспредельно смелая по тем временам мысль о пространственной бесконечности Вселенной. Он считал, что Вселенная бесконечна, что существует бесчисленное число миров, подобных миру Земли. Он полагал, что 3емля есть светило, и что ей подобны Луна и другие светила, число которых бесконечно, и что все эти небесные тела образуют бесконечность миров. Он представлял себе бесконечную Вселенную, заключающую в себе бесконечное множество миров.

Идеи Бруно намного обогнали его век. Но он не мог привести ни одного факта, который бы подтверждал его космологию -космологию бесконечной, вечной и населенной Вселенной.

Прошло всего десятилетие, и Галилео Галилей в изобретенный им телескоп увидел в небе то, что до сих пор оставалось скрытым для невооруженного глаза. Горы на Луне наглядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир, похожий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся вокруг величайшей из планет, походили на наглядное подобие Солнечной системы. Смена фаз Венеры не оставляла сомнений в том, что эта освещенная Солнцем планета действительно обращается вокруг него. Наконец, множество невидимых глазом звезд и особенно удивительная звездная россыпь, составляющая Млечный путь, - разве все это не подтверждало учение Бруно о бесчисленных солнцах и землях? С другой стороны, темные пятна, увиденные Галилеем на Солнце, опровергали учение Аристотеля и других древних философов о неприкосновенной чистоте небес. Небесные тела оказались похожими на Землю, и это сходство земного и небесного заставляло постепенно отказаться от ошибочного представления о Солнце как центре всего Мироздания.

Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер, уточнил законы движения планет, а великий Исаак Ньютон доказал, что все тела во Вселенной независимо от размеров, химического состава, строения и других свойств взаимно тяготеют друг к другу. Космология Ньютона вместе с успехами астрономии XVIII и XIX веков определила то мировоззрение, которое иногда называют классическим. Оно стало итогом начального этапа развития научной космологии.

Эта классическая модель достаточно проста и понятна. Вселенная считается  бесконечной в пространстве и  во времени, иными словами, вечной. Основным законом, управляющим движением и развитием небесных тел, является закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами и играет пассивную роль вместилища для этих тел. Исчезни вдруг все эти тела, пространство и время сохранились бы неизменными. Количество звезд, планет и звездных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. И на смену погибшим, точнее, погасшим звездам вспыхивают новые, молодые светила. Хотя детали возникновения и гибели небесных тел оставались неясными, в основном эта модель казалась стройной и логически непротиворечивой. В таком виде эта классическая модель господствовала в науке вплоть до начала XX века.

Бесконечности Вселенной в пространстве гармонично соответствовала ее вечность во времени. Ныне, миллиард лет назад, миллиарды лет в будущем она останется, в сущности, одной и той же. Неизменность космоса как бы подчеркивала бренность, непостоянство всего земного.

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ

Первая брешь в этой спокойной  классической космологии была пробита еще в XVIII в. В 1744г. астроном Р. Шезо, известный открытием необычной «пятихвостой» кометы, высказал сомнение в пространственной бесконечности Вселенной. В ту пору о существовании звездных систем и не подозревали, поэтому рассуждения Шезо касались только звезд.

Если предположить, утверждал Шезо, что в бесконечной Вселенной  существует бесчисленное множество  звезд и они распределены в  пространстве равномерно, то тогда  по любому направлению взгляд земного наблюдателя непременно натыкался бы на какую-нибудь звезду. Легко подсчитать, что небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его Фоне казалось бы черным пятном. Независимо от Шезо в 1823г. к таким же выводам пришел известный немецкий астроном Ф.Ольберс. Это парадоксальное утверждение получило в астрономии наименование фотометрического парадокса Шезо-Ольберса. Таков был первый космологический парадокс, поставивший под сомнение бесконечность Вселенной.

Устранить этот парадокс ученые пытались различными путями. Можно было допустить, что звезды распределены в пространстве неравномерно. Но тогда в некоторых направлениях на звездном небе было бы видно мало звезд, а в других, если звезд бесчисленное множество, их совокупная яркость создавала бы бесконечно яркие пятна, чего, как известно, нет.