Как образовалась Вселенная
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала.
Определение Вселенной
Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.
Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все».
В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной.
Теории происхождения Вселенной
Креационизм: все создал Господь Бог
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога.
Например, Альберт Эйнштейн говорил:
«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им.»
Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается.
Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Теория Большого взрыв
Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления — самые весомые доводы в пользу правильности теории.
Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется.
Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае не рассматривается, когда и почему Вселенная начала расширяться. В основе большинства моделей лежит общая теория относительности и её геометрический взгляд на природу гравитации.
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория эволюции крупномасштабных структур
Как показывают данные по реликтовому фону, в момент отделения излучения от вещества Вселенная была фактически однородна, флуктуации вещества были крайне малыми, и это представляет собой значительную проблему.
Вторая проблема — ячеистая структура сверхскоплений галактик и одновременно сфероподобная — у скоплений меньших размеров. Любая теория, пытающаяся объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, в обязательном порядке должна решить эти две проблемы.
Современная теория формирования крупномасштабной структуры, как впрочем и отдельных галактик, носит названия «иерархическая теория».
Суть — вначале галактики были небольшие по размеру (примерно как Магеллановы облака ), но со временем они сливаются, образуя всё большие галактики.
В последнее время верность теории поставлена под вопрос.
Теория струн
Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса.
Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.
Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.
Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.
Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде
Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные.
Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
Теория Ли Смолина
Эта теория достаточно известна и предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.
Эволюция Вселенной
Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты.
Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).
Что было до появления Вселенной
Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся Вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва, один из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился Большой взрыв?
Этот вопрос современной космологии уходит корнями еще в четвертое столетие нашей эры. 1600 лет назад теолог Августин Блаженный как и один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пытались понять природу до сотворения Вселенной. Они пришли к выводу , что просто не было никакого «до».
В настоящее время человеком выдвигаются различные теории.
Теория Мультивселенной
Что если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.
Но, как выяснилось, нет. Последние исследования дали понять, что Вселенная на самом деле однобока, и в некоторых областях флуктуаций больше, чем в других. Некоторые космологи считают, что это наблюдение подтверждает, что у нашей Вселенной была «мать»(!)
В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве Мультивселенных.
Теория белых и черных дыр
Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.
Большой скачок
Другие ученые считают, что в основе формирования сингулярности лежит цикл под названием «большой скачок», в результате которого расширяющаяся вселенная в итоге коллапсирует сама в себя, порождая другую сингулярность, которая, опять же, порождает другой большой взрыв.
Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования Вселенной.
Теория циклической Вселенной
Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.
Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая Вселенная или другая версия нашей. Может, океан Вселенных, в каждой из которых — свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.
Проблемы современных моделей рождения и эволюции Вселенной
Многие теории, касающиеся Вселенной в последнее время сталкиваются с проблемами, как теоретического, так и, что более важно, наблюдательного характера:
- Вопрос о форме Вселенной является важным открытым вопросом космологии. Говоря математическим языком, перед нами стоит проблема поиска трёхмерного пространственного сечения Вселенной, то есть такой фигуры, которая наилучшим образом представляет пространственный аспект Вселенной.
- Неизвестно, является ли Вселенная глобально пространственно плоской, то есть применимы ли законы Евклидовой геометрии на самых больших масштабах.
- Также неизвестно, является ли Вселенная односвязной или многосвязной. Согласно стандартной модели расширения, Вселенная не имеет пространственных границ, но может быть пространственно конечна.
- Существуют предположения, что Вселенная изначально родилась вращающейся. Классическим представлением о зарождении является идея об изотропности Большого взрыва, то есть о распространении энергии одинаково во все стороны. Однако появилась и получила некоторое подтверждение конкурирующая гипотеза о наличии изначального момента вращения Вселенной.
Видео
Источник
Когда возникло понятие космос
КОСМОС
КОСМОС (греч. κόσμος, лат. mundus) – понятие древнегреческой философии и культуры, представление о природном мире как о пластически упорядоченном гармоническом целом. Древние греки противопоставляли космос хаосу. Первоначально термин «космос» употреблялся для обозначения «наряда», «украшения», «воинского строя» и т.д. Семантически наиболее близки в русском языке «порядок», «чин», «устройство», «красота», «лепота». Греческое сознание соединяло в понятии «космос» две функции – упорядочивающую и эстетическую, что во многом предопределило все дальнейшее развитие учения о космосе – космологии.
Философская ассимиляция термина «космос» относится к периоду становления первых философских школ Древней Греции. Впервые в значении «целого космоса» термин «космос» встречается в милетской школе у Анаксимена: «Как душа наша, сущая воздухом, скрепляет нас воедино, так дыхание и воздух объемлют весь космос» (13 В2 DK). Первое философское употребление термина «космос» не просто как «порядка», или красоты, а в значении всего мира принадлежит Пифагору: «Пифагор первый назвал Вселенную «космосом» по порядку (ταξις), который ему присущ». Первое упоминание термина «космос» в философском значении относят к Анаксимандру: «Этим [началом] он считает не воду и не какой-нибудь другой из т.н. элементов, но некую иную бесконечную природу, из которой рождаются небосводы [миры] и находящиеся в них космосы» (12 А9 DK). Упоминание термина «космос» зафиксировано и у Гераклита: «Этот космос, один и тот же для всех, не создал никто из богов, никто из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живой огонь, мерно возгорающийся, мерно угасающий».
Термин «космос» получает широкое употребление у Парменида, Эмпедокла, Анаксагора, Демокрита и у других философов-досократиков. Согласно Диогену Лаэртскому, Парменид применил понятие «космос» по отношению к небесам, Эмпедокл – к комбинации четырех элементов, Демокрит – к физической структуре мира. Заслугой Парменида можно считать осознание им различия между космосом физическим и его мысленной конструкцией. Эта идея позднее воспринимается Платоном и открывает путь для рациональной реконструкции устройства космоса.
В своем учении о космосе Платон опирался на воззрения пифагорейцев Филолая, Аристоксена и др. В «Тимее» Платон излагает учение о космосе как гармоническом целом. В этом диалоге он формулирует «космологический принцип», согласно которому космос есть живой, одушевленный и соразмерный организм и человек является родственной частью (органом) этого организма (Tim. 29 e, 30 с, 89 а). Вся дальнейшая история понимания устройства космоса вплоть до 20 в. являлась либо его отрицанием («принцип Коперника–Бруно»), либо попыткой его ассимиляции и развития («антропный принцип»).
Согласно Платону, видимый космос создается Демиургом в соответствии с Первообразом (Tim. 30 c-d) из «небытия» – бесформенной материи (μη ov). Однако прежде тела космоса Демиург создает космическую душу, которая призвана управлять самим космосом: «тело [космоса] было сотворено гладким, повсюду равномерным, одинаково распространенным во все стороны от центра, целостным, совершенным и составленным из совершенных тел. В его центре построивший дал место душе, откуда распространил ее по всему протяжению и в придачу облек ею тело извне» (Tim. 34 b). Разумная душа космоса, составленная из «тождественного» – предела и «иного» – беспредельного, имеет математически упорядоченную структуру, что позволяет поддерживать космос в надлежащем порядке (Tim, 34 с-37 с). Космической душе подчиняется жизнь как космического, так и общественного и индивидуального организмов. Общественный организм состоит из ума, души и тела. Аналогичным образом устроен и человеческий организм, для которого космос служит образцом «для подражания» (Tim. 88 c-d). В «Тимее» (69с-71а) Платон описывает отдельного человека как минимизированную модель государства. Человек состоит из трех слоев, соответствующих трем классам идеального общества. Только созерцая совершенные круговращения космоса и подражая во всем его вечно сущей природе, человек может достигнуть того состояния, которое связывалось в античном сознании с доступным человеку совершенством – калокагатией.
В стенах Академии было впервые осознано затруднение в объяснении устройства космоса: космос является божественным и поэтому движение всех небесных тел должно быть круговым и равномерным, однако наблюдения показывают, что движения планет неравномерны: Сатурн, Юпитер, Марс и Луна вращаются с неодинаковой скоростью (Tim. 39 а) и совершают «попятные движения». Евдокс решает эту проблему, построив гомоцентрическую модель космоса, состоящую из двадцати семи сфер с Землею в центре. Гераклид Понтийский считал, что Земля движется вокруг оси, по другим сведениям (согласно Халкидию), что «внутренние планеты» (Меркурий и Венера) движутся вокруг Солнца, а не Земли. Аристотель отказывается от платоновского учения о космической душе. Качествами и функциями космической души Аристотель наделяет космический Ум, который выступает как перводвигатель, управляющий космосом. Космос Аристотеля, состоящий из 56 сфер, является, в отличие от математического космоса Евдокса и Калиппа, физически связанным. Выступив с критикой пифагорейского и платоновского учения о строении космоса, Аристотель сам оказался несвободным от затруднений. Напр., в одном случае он говорит о «неподвижности» перводвигателя (Физика, III, 1, 201 а 26–27), а в другом – о присущности богу «вечного движения» (О небе, II, 3, 286 а 10–12). Однако безупречная (с логической точки зрения) аргументация Аристотеля и его опора на чувственно постигаемый очевидный мир определили господство геоцентрической модели с учетом видоизменений, совершенных в эллинистическую эпоху (Гиппархом, Птолемеем и др.) вплоть до 16 в.
Согласно учению стоиков, космос является находящимся в бесконечной пустоте одушевленным, разумным, сферическим, цельным телом. Космос рождается из огня и в огонь превращается, пройдя свой цикл развития. Космосом правит Зевс-Логос. Согласно неоплатоникам, космос есть жизнь мировой Души и движется под ее воздействием. В центре космоса находится Земля, вокруг которой вращаются планетные сферы и сфера неподвижных звезд. Космос есть иерархически упорядоченное целое: от высших тончайших слоев эфира до неподвижной и тяжелой Земли.
Многие идеи античного учения о космосе были восприняты и развиты в работах средневековых схоластов. Восточная христианская традиция, особенно в лице представителей каппадокийской школы (Василий Великий, Григорий Нисский и др.), испытала значительное влияние платонизированной космологии. Григорий Нисский пытался совместить платоновское учение о происхождении космоса с ветхозаветной концепцией творения мира «из ничего». Латинская традиция первоначально ассимилировала античный космос как mundus и ornatus, выделив его упорядочивающую и эстетическую функции, и лишь впоследствии развила учение об «Универсуме» как собственно христианском представлении о мире в целом. Идеи античной, преимущественно платоновской, космологии проникают в западное богословие и схоластику через Иоанна Скота Эриугену, Ансельма Кентерберийского и др.
Античное учение получает развитие в эпоху Возрождения. Николай Коперник, Галилео Галилей, Иоган Кеплер и др. космологи 16–17 вв. сознательно опирались на Пифагорейско-платоновские представления о космосе. В основании гелиоцентрической модели Коперника лежат основные принципы античной космологии: Вселенная должна быть сферичной, а движение тел по небосводу – равномерным. Кеплер полагал, что размеры планетных орбит и расстояния между ними подчиняются гармоническим соотношениям, о которых учили пифагорейцы.
В Новое и новейшее время понятие «космос» окончательно вытесняется из научного употребления понятием «Вселенная», сохраняя за собой историко-культурное и философское употребление. Некоторые идеи античной космологии (одушевленность природы и др.) находят отклик в кругу немецких философов кон. 17 – нач. 18 в. (И.В.Гёте, Ф.В.Шеллинг и др.).
Современная космология воспроизводит некоторые положения античного учения о космосе: космологический принцип, антропный космологический принцип и др.
1. Трубецкой С.Н. Метафизика в Древней Греции. М., 1890;
2. Лосев А.Ф. Античный космос и современная наука. М., 1927;
3. Рожанский И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи. М., 1988;
4. Diels H. Zum Kosmos des Anaximanders. – Archiv für Geschichte der Philosophie. 10, 1897;
5. Cassirer E. Logos, Dike, Kosmos in der Entwicklung der griechischen Philosophie. – Acta Univers. Go-toburgensis, 47, 1941;
6. Mugler Ch. Deux thèmes de la cosmologie grecque: devenir ciclique et pluralité des mondes. P., 1953;
7. Kranz W. Kosmos. – Archiv für Begriffsgeschichte, Bd II, I, 1955;
8. Kerschensleiner J. Kosmos. Quellenkritische Untersuchungen zu den Vorsokratikern. Münch., 1962;
9. Lovell B. Das Unendliche Weltall: Geschichte der Kosmologie von der Antike bis zur Gegenwart. Münch., 1983.
Источник