Философио.Ру
Философский уголок
Современная философия и наука о происхождении материи
Один из постулатов философского материализма гласит, что ставить вопрос о том, как и когда возникла материя — некорректно и неграмотно: материя вечна, то есть, она существовала всегда. Вопрос начала мира — это вопрос не науки, а мировоззрения. Наши знания о начале носят гипотетический характер, ибо никто из людей при этом начале не присутствовал. К примеру, мы не знаем, когда и каким образом появился первый человек, но в качестве работоспособной гипотезы соглашаемся с эволюционным учением Дарвина, которое утверждает, что человек возник в результате эволюции человекообразных обезьян. До тех пор, пока жизнь и современная наука не опровергнут это учение, оно имеет право на существование.
Вопрос о происхождении материи наука сводит к вопросу о происхождении Вселенной. До 20-х годов ХХ века в отношении возникновения Вселенной большинство ученых сходились во мнении, что она вечна, статична и никуда не двигается. Но в 1929 году астроном Эдвин Хаббл, наблюдая далекие галактики, обнаружил, что свет этих галактик несколько краснее ожидаемого. Размышляя над этим фактом, он пришел к выводу о том, что причиной смещения света звезд в сторону красного спектра является их удаление от наблюдателя, то есть, от нас. Иначе говоря, Вселенная расширяется. Хаббл доказал не только то, что Вселенная расширяется, но и то, что она расширяется одинаково во всех направлениях. Понять это можно, вообразив воздушный шарик с нарисованными на нем точками. При надувании шарика точки раздвигаются все дальше и дальше, расстояние между ними увеличивается, но взаимное их положение не меняется. Эти точки можно уподобить галактикам в космическом пространстве, которые также удаляются друг от друга, не меняя при этом взаимного расположения.
На основе открытого факта расширяющейся Вселенной был сделан поразительный вывод: в прошлом времени существовал момент, когда вся Вселенная была сосредоточена в одной точке, сжата до минимального размера. Однажды эта точка взорвалась и в результате появилась Вселенная. Это событие получило название «Большого взрыва». В 1975 году астрономы Алан Сендидж и Тамманн вычислили, что он произошел примерно 15 миллиардов лет назад. В этот момент была создана вся материя, пространство и время. Бессмысленно спрашивать, что происходило до «Большого взрыва» и в каком месте он произошел: вся Вселенная была сосредоточена в этой точке и «Большой взрыв» взрыв произошел везде. Состояние бесконечной плотности равнозначно понятию «ничто» в гегелевской философии: это так называемое «потенциальное бытие». Углубляясь в прошлое можно теоретически достичь момента, когда Вселенная съеживается до полного «несуществования».
Самая крупная проблема в теории происхождения Вселенной путём «Большого Взрыва» носит философский, и даже богословский характер: что же было до этого взрыва? Ответ, который дают сторонники этой теории слишком уж напоминает христианское учение о сотворении мира.
Если отвергнуть теорию «Большого взрыва», получившую, помимо теоретического обоснования еще и экспериментальное подтверждение, в нашем распоряжении остаются две гипотезы, объясняющие происхождение материи. Это модель стационарной Вселенной и модель пульсирующей Вселенной.
Модель стационарного состояния очень хорошо согласуется с тезисом философского материализма об абсолютности материи. Согласно этой модели, предложенной в 1948 году, Вселенная никогда не имела начала и всегда пребывала в одном и том же состоянии. Но против этой модели существует два очень серьезных возражения, полученных экспериментальным путем. Во-первых, в ходе изучения галактик, излучающих радиоволны, было доказано, что в прошлом времени этих галактик было больше, чем сейчас. Во-вторых, в 1965 году астрофизики А.Пензиас и Р.Уилсон обнаружили, что вся Вселенная омывается фоновым микроволновым излучением («реликтовым излучением»). Это указывает на то, что некогда Вселенная пребывала в сверхгорячем и сверхплотном состоянии и реликтовое излучение есть ничто иное, как послание из того времени. К настоящему времени, в результате строгих наблюдений за изменением Вселенной во времени, модель стационарного состояния объявлена несостоятельной.
Согласно модели пульсирующей Вселенной, последняя напоминает пружину, которая вечно растягивается и сжимается. Истинность этой модели зависит от того, «открыта» или «закрыта» Вселенная. Если она «закрыта», то растягивание должно достичь определённого предела, а затем сила тяготения вновь стянет всё вместе. Но если Вселенная «открыта», то разбегание никогда не прекратится и будет продолжаться вечно. Очевидно, что если Вселенная «открыта», то модель пульсирования ложна: ведь в этом случае Вселенная никогда не достигнет определенной границы, и будет расширяться до бесконечности.
Современная наука, в поисках ответа на выше обозначенную проблему, исходит из такого показателя, как плотность Вселенной. Согласно научным данным, для того, чтобы Вселенная была закрытой, ей следует быть в десять раз плотнее, чем она есть. Поэтому Вселенная открыта.
Аллан Сендидж пришел к следующим выводам по вопросу о расширении Вселенной:
* Вселенная открыта;
* Её расширение необратимо;
* Вселенная возникла лишь однажды, и её расширение никогда не прекратится.
Таким образом, имеющиеся в науке факты исключают модель пульсирования, потому что для неё нужна закрытая Вселенная. Единственно приемлемой и достаточно обоснованной остается теория, согласно которой Вселенная возникла внезапно из первоначального состояния с чрезвычайно высокой температурой и плотностью и начала расширяться около 15 миллиардов лет тому назад. Это так называемый «Большой взрыв», после которого Вселенная в своем развитии прошла четыре стадии.
1. Адронная эра. Температура равняется 1032?К, длительность 10-7 секунд. Вселенная представлена элементарными частицами с сильным взаимодействием.
2. Лептонная эра. Основные действующие лица — лептоны (электроны, позитроны и др.). Температура равна 1015?К, длительность 10 секунд.
3. Эра излучения. Во время этой эпохи во Вселенной преобладало излучение. Можно сказать, что Вселенная была яркой, вещество в ней было ионизированным. Температура равна 10000?К, длительность 1 млн. лет.
4. Эра вещества. Вселенная остывает, становится нейтральной и темной, образуется вещество. Свет перестает взаимодействовать с веществом и начинает свободно путешествовать по Вселенной. Именно эти фотоны, остывшие до 3?К мы и наблюдаем в виде реликтового излучения.
Однако и теория «Большого взрыва» сталкивается с серьезной проблемой, которую она пока объяснить не в состоянии. Это проблема описания начала Вселенной. В момент «Большого взрыва» Вселенная представляла собой точку пространства бесконечно малого объема, имевшую бесконечно большую плотность и температуру. Такое состояние не поддается математическому описанию и о нем нельзя ровным счетом ничего сказать. На языке науки, момент начала науки, не поддающийся научному объяснению, получил название «сингулярности». Ученые вынуждены объявить эту математически неописуемую и необъяснимую с точки зрения известных законов физики точку бесконечной плотности и бесконечно малых размеров, существующую вне пространства и времени, безначальной причиной всех причин.
Невозможность науки объяснить начало материи свидетельствует о том, что проблема начала материи не входит в её компетенцию — это дело религии и философии. Поэтому неудивительно, что явление сингулярности используется богословами в качестве аргумента в пользу учения о сотворении мира Богом, как оно изложено в Библии, в книге «Бытия». Философия также считает, что начало — это нечто, принимаемое философским сообществом в качестве исходной мировоззренческой или методологической платформы (им может быть элемент, идея, принцип, ценность и т.д.). Опираясь на эту платформу можно философствовать: конструировать картину мира, объяснять природу человека, смысл общественной жизни, эстетические и нравственные нормы. Но ставить вопрос о том. откуда появилось начало — бессмысленно. Это вопрос веры, субъективных предпочтений, но не научно обоснованного решения. Невозможно рационально объяснить, почему одни люди материалисты, а другие — идеалисты. Точно так же невозможно доказать, что философский материализм более согласуется с наукой и жизнью, чем философский идеализм. Можно лишь показать, какие последствия для человека и общества имеет первая и вторая позиция.
Источник
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