Космологические модели вселенной

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

ЧТО ТАКОЕ КОСМОЛОГИЯ?

Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включаю¬щая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем, общей теории относи¬тельности, физике микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамике и ряде других новей¬ших физических теорий.

Данное определение космологии берет в качестве предмета этой науки только Метагалактику. Это связано с тем, что все данные, которыми располагает современная наука, относятся только к конечной системе - Метагалактике, и ученые не уве¬рены, что при простой экстраполяции свойств этой Метага¬лактики на всю Вселенную будут получены истинные резуль¬таты. При этом, безусловно, суждения о свойствах всей Все¬ленной являются необходимой составной частью космологии. Космология сегодня является фундаментальной наукой. И она больше, чем какая-либо другая фундаментальная наука, связа¬на с различными философскими концепциями, по-разному по¬нимающими устройство мира.

Космология берет свое начало в представлениях древних, в частности в древнегреческой мифологии, где очень подробно и достаточно систематизирование рассказывается о сотворении мира и его устройстве. Впрочем, мифология любого народа, достаточно развитого для того, чтобы создавать космологиче¬ские мифы, может похвастаться не менее интересными идеями. И это не случайно. Огромный мир вокруг нас всегда волновал человека. Он с давних времен старался понять, как устроен этот мир, что такое в этом мире Солнце, звезды, планеты, как они возникли. Это - из разряда тех вопросов, которые принято называть «вечными», человек никогда не перестанет искать ответа на них.

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

Общепризнанным итогом античной космологии стала геоцен¬трическая концепция Птолемея, просуществовавшая в течение всего Средневековья.

С приходом Нового времени философия уступила свое пер¬венство в создании космологических моделей науке, которая добилась особенно больших успехов в XX веке, перейдя от различных догадок в этой области к достаточно обоснован¬ным фактам, гипотезам и теориям. При этом далеко не все ученые согласны с вышеприведенным определением космоло¬гии, 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, предпола¬гающей, что на разных уровнях существования природы по¬вторяются одни и те же законы, одно и то же устройство мате¬риальных систем. Различия могут быть лишь в масштабах. Такова, например, космология Фурнье Дальба, английского физика, появившаяся в 1911 году. Его Вселенная чем-то похо¬жа на матрешку:'Вселенные существуют одна в другой, мень¬шие внутри больших, и в их устройстве проявляются одни и те же правила. К этому времени уже были открыты первые эле¬ментарные частицы и создана планетарная модель атома. Так почему было не предположить, что ядро атома - это солнце, а электроны - планеты, на которых даже могут жить люди. И где гарантия, что наш мир не является такой же элементарной частицей для Мегамира.

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

Реальная природа куда сложнее и многообразнее. Переход от одних масштабов к другим, если этот переход достаточно велик, сопровождается и коренными качественными измене¬ниями. Микромир, о котором мы уже говорили, оказался со¬всем не похожим на то, что, изучают астрономы. Что же каса¬ется Мегамира, несмотря на естественную ограниченность на¬ших размеров и знаний, есть все основания утверждать, что с переходом к космическим масштабам нам нередко приходится встречаться с чем-то принципиально новым, неведомым в зем¬ной человеческой практике.

НАЧАЛО НАУЧНОЙ КОСМОЛОГИИ

Основателем научной космологии считается Николай Ко¬перник, который поместил Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой планеты Солнечной системы. Конечно, он был весьма далек от правильного понимания уст¬ройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти из¬вестных 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, склонял¬ся к мнению, что за сферой неподвижных звезд находится «эмпирей», или «жилище блаженных» - обитель сверхъестест¬венных тел и существ.

В одном Коперник был твердо уверен - радиус сферы не¬подвижных 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 бу¬дет смещаться па фоне более далеких предметов, например, стены. Такое кажущееся смещение предмета при изменении по¬зиции 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 ли¬ца и вы легко в этом убедитесь.

Хотя расстояние от Земли до Солнца во времена Коперни¬ка 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 от¬ражение 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 мировоззре¬ния. 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 простран¬стве, лишены живых существ. Так прозвучала беспредельно смелая по тем временам мысль о пространственной бесконеч¬ности Вселенной. Он считал, что Вселенная бесконечна, что существует бесчисленное число миров, подобных миру Земли. Он полагал, что 3,емля есть светило, и что ей подобны Луна и другие светила, число которых бесконечно, и что все эти не¬бесные тела образуют бесконечность миров. Он представлял себе бесконечную Вселенную, заключающую в себе бесконеч¬ное множество миров.

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

Прошло всего десятилетие, и Галилео Галилей в изобре¬тенный им телескоп увидел в небе то, что до сих пор остава¬лось скрытым для невооруженного глаза. Горы на Луне на¬глядно доказывали, что Луна и в самом деле есть мир, похо¬жий на Землю. Спутники Юпитера, кружащиеся вокруг вели-чайшей 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 отка¬заться от ошибочного представления о Солнце как центре все¬го Мироздания.

Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер, уточнил за¬коны 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 ино¬гда 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 всемир¬ного тяготения. Пространство никак не связано с находящи¬мися в нем телами и играет пассивную роль вместилища для этих тел. Исчезни вдруг все эти тела, пространство и время со¬хранились бы неизменными. Количество звезд, планет и звезд¬ных систем во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. И на смену по¬гибшим, точнее, погасшим звездам вспыхивают новые, моло¬дые 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 со¬ответствовала ее вечность во времени. Ныне, миллиард лет на¬зад, миллиарды