Космология - картина мира
О Большом взрыве и расширяющейся Вселенной, космологии г традиционной и
современной, мире-призме и доктрине плоской Земли астрофизик Владимир Липунов и
историк Роман Багдасаров.
Научная космология является в некотором роде вершиной современного
естествознания, так как в ней сходятся все основные достижения физики прошедшего
столетия г от общей теории относительности до квантовой электродинамики. С
другой стороны, эта отрасль современной науки неизменно привлекает внимание
более широкой публики.
В тоже время вопрос о происхождении и устроении Вселенной является одним из
древнейших, достаточно сказать, что Библия, книга Бытия, начинается с
Шестоднева, повествования о Шести днях творения мира, своего рода традиционной
космологии.
Современный этап в развитии научной космологии можно отсчитывать с начала 20-ых
годов, когда А.А.Фридман и В. де Ситтер на основе решений уравнений Общей теории
относительности сформулировали свои модели vрасширяющейся вселенной. До этого,
в особенности, в XIX веке в научном мире господствовали представления, навеянные
классической ньютоновской механикой. В соответствии с этими представлениями
однородная и изотропная Вселенная существует вечно, причем ее метрические,
пространственные характеристики не меняются (Вселенная не сужается и не
расширяется). Сами создатели классической механики (в том числе сам Ньютон),
разумеется не были атеистами и верили в божественное происхождение мира, но этот
момент не фиксировался внутри, собственно, научной картины мира. Излюбленным
образом XVII и XVIII веков является образ мира, как гигантских часов, раз и
навсегда запущенный великим Механиком. Позже про Механика забывают и в XIX веке
мир становится вечным неизменным и vне нуждающимся в гипотезе о Боге и
Божественном происхождении. Сам Альберт Эйнштейн исходил из гипотезы о вечности
и пространственно-метрической неизменности мира (планеты, звезды и т.д.
разумеется меняются, но не Вселенная в целом). Чтобы исключить решения, дающие
vрасширяющуюся вселенную он даже пытался скорректировать уравнения Общей теории
относительности. Однако в 1929 году Э.Хаббл открыл так называемое эффект
vкрасного смещения (разбегания галактик), который подтверждал гипотезу
А.А.Фридмана о расширении Вселенной. После открытия в 1965 году vреликтового
излучения, подтверждавшую vгорячую модель Г.А.Гамова, а также после работ
Стивена Хокинга теория vБольшого взрыва стала, фактически, общепринятой.
Вселенная из вечной и неизменной превратилась в развивающуюся, эволюционирующую
и даже сотворенную. Такое резкое изменение космологических представлений
повлекло за собой важные мировоззренческие и религиозные последствия. Римскокатолическая
церковь, начиная с 1951 года, признала теорию Большого взрыва, как
согласующуюся с учением о творении мира и объявила о согласии научной и
религиозно-католической картины мира (также как в Средние Века она признавала
самую прогрессивную тогда Птолемеевскую, геоцентрическую систему).
Также, со стороны ученых, которые не были христианами, были предприняты попытки
согласовать эту теорию с другими, нехристианскими, в частности, буддистскими
традиционными представлениями о возникновении вселенной. Постановка вопроса в
этих случаях все равно сводилась к тому vсогласуются или нет данные современной
науки и традиционные представления. Научные интерпретации в любом случае
принимались за чистую монету и рассматривались как сопоставимые со
свидетельствами Священных текстов. В целом такой подход соответствовал именно
западно-христианской традиции, столь ярко проявившейся, например, в процессе
Галилея.
Реакция православных богословов была более сдержанной. Во первых Православная
церковь по традиции не высказала общей точки зрения по космологическому вопросу,
не vканонизировала никакой научной теории. (Для православной традиции это
характерно, так как еще в авторитетнейшем vТочном изложении православной веры
св. Иоанна Дамаскина приводятся все существовавшие тогда точки зрения, включая
Птолемеевскую, но никакая из них не предписывается, так как vмы не можем узнать
сущности неба). Некоторые современные православные богословы, например,
покойный епископ Василий (Родзянко), который очень интересовался этим вопросом,
прямо заявляли, что католики ошиблись и Большой взрыв нельзя отождествлять с
сотворением мира. Сам еп. Василий сравнивал Большой взрыв с Грехопадением, после
которого мир стал таким как сейчас, то есть тленным и разрушающимся (vзакон
возрастания энтропии). А события Шестоднева он помещал не после, а до Большого
взрыва.
Если говорить о тех традиционных (как Христианских, так и до-христианских)
истолкованиях строения и происхождения Вселенной, исследованиями которых занят
Роман Багдасаров, (например доктрина плоской земли и учение о мире-призме) они
вообще несопоставимы с современными научными представлениями, так как лежат в
совершенно другой логике. Это символические истолкования, а не картины мира vкак
он есть. В современных исследованиях достаточно ясно показано, что их не в коем
случае нельзя считать просто примитивными или наивными. Напротив, они имеют
глубокий смысл.
При развитии темы очень важно поэтому уйти от банальных рассмотрений того
vсогласуется научная картина с традиционной или нет , а понять не только о чем
говорит то или иное космологическое учение, но и в чем его смысл.
Приложение 1. Идеи современной космологии (на основе работ В.М.Липунова и
М.К.Гусейханова)
ДАТЫ ВЫХОДА ОСНОВНЫХ РАБОТ И ОТКРЫТИЙ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ
1922-24 г. Александр Александрович Фридман (Россия, 1888 г 1925) на базе Общей
теории относительности Альберта Эйнштейна, опубликованной в 1915 г., сделал
вывод о расширении Вселенной. Сам Эйнштейн придерживался господствовавшей в XIX
веке точки зрения о том что Вселенная вечна и стационарна. В двадцатые годы
предложил свою космологическую модель также Виллем де Ситтер (Нидерланды, 18721935)
1929 г. Эдвин Пауэлл Хаббл (США, 1889-1953) на основе изучения спектров
удаленных галактик открыл закон разлета галактик, что подтверждало теоретическую
гипотезу Фридмана, что vВселенная расширяется.
1946 г. Введение Георгием Антоновичем Гамовым (США, 1904-68) vГорячей модели
Вселенной (vБольшого взрыва)
1965 г. А.Пензанс и Р.Уилсон обнаружили реликтовое излучение, предсказанное
Гамовым в 1946 г.
С конца шестидесятых годов появляются работы Стивена Хокинга (Великобритания),
одного из крупнейших современных космологов, давшего наиболее всестороннюю
версию теории Большого взрыва (Big Bang)
1980 г. A.H.Guth выдвигает vинфляционную модель Возникновения Вселенной.
ТЕОРИЯ ГАМОВА И РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ:
Открытие реликтового излучения по праву можно считать из основных открытий,
лежащих в основании современной космологии.
Гипотезу о существовании такого излучения высказал в 1946г. Г.А.Гамов+. Теорию,
созданную Г.Гамовым часто называют теорией "Большого Взрыва". В 50-х годах
нашего века он предложил идею горячей Вселенной, применив в космологии идеи
ядерной физики и термодинамики. В горячем и плотном веществе ранней Вселенной
должны были происходить термоядерные реакции, которые приводят к наблюдаемому
обилию химических элементов. Сейчас эта теории называется теорией нуклеосинтеза.
Частицы, составляющие горячую первичную плазму находились в состоянии
термодинамического равновесия. Одной из таких частиц был фотон. В ту эпоху у
фотонного газа сформировался спектр абсолютно черного тела с температурой равной
температуре окружающей плазмы. В ходе расширения температура фотонов постоянно
понижалась. Поэтому одним из побочных результатов теории космологического
нуклеосинтеза было предсказание реликтового излучения.
Сам Гамов вычислил его характеристики, в частности определив его температуру.
Поскольку к моменту создания работы большинство сечений термоядерных реакций еще
были секретными величинами, то Гамов получил результат примерно в два раза
расходящийся с измеренным, температура в его вычислениях равнялась 7 K.
Открытие реликтового излучения было сделано Пензиасом и Вилсоном, которые были
удостоены Нобелевской премии за это открытие.
МОДЕЛЬ ДЕ СИТТЕРА
Наиболее важным в современной стандартной космологической модели Вселенной
является вопрос о свойствах ранней Вселенной. Удовлетворительное описание
свойств ранней Вселенной дается в модели В. де Ситтера. Более поздние промежутки
эволюции Вселенной даются в модели А.А. Фридмана... Модель экспоненциального
роста размеров Вселенной де Ситтера R ~ exp(Ht) на начальной стадии ее эволюции
получила название модели раздувающейся Вселенной. По этой модели при t 0 вся
энергия мира была заключена в его вакууме. Деситтеровская стадия расширения
длилась примерно 10^-35 с. Все это время Вселенная быстро расширялась,
заполняющий ее вакуум как бы растягивался без изменения своих свойств.
Образовавшееся состояние Вселенной было крайне неустойчивым, энергетически
напряженным. В таких случаях достаточно возникновения малейших неоднородностей,
играющих роль случайной затравки, чтобы вызвать переход в другое состояние (в
качестве примера можно привести явление кристаллизации). При переходе вакуума в
другое состояние мгновенно выделилась колоссальная энергия за счет разности его
начального и конечного состояний. Примерно за 10^-32 с пространство раздулось в
громадный раскаленный шар с размерами много большими видимой нами части
Вселенной. При этом произошло рождение из вакуума реальных частиц, из которых со
временем сформировалось вещество нашей Вселенной.
В последнее время усиленно обсуждаются причины того первотолчка, который был
началом расширений нашей Вселенной. Один из возможных механизмов, основанный на
гипотезе о существовании кванта единого пространства-времени, описан в теории
инфляционной Вселенной.
ИНФЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ:
Еще до появления работы Гута было ясно, что стандартная фридмановская модель
Вселенной сталкивается с тремя необъясненными или неестественными фактами: вопервых,
непонятно было, почему причинно несвязанные в начальное время части
наблюдаемой Вселенной так похожи друг на друга (изотропия и однородность), вовторых,
почему средняя плотность Вселенной при всем мыслимом многообразии так
близка к критической, при которой Вселенная должна замыкаться и, наконец, втретьих,
почему Вселенная расширяется? Фактически, по отдельности эти вопросы
были решены в ряде работ (Л.Е. Гуревича, А.А. Старобинского), но Гут предельно
четко связал их воедино с существованием пятой силы или скалярным полем. Как раз
к этому моменту выяснилось, что в природе наряду с гравитационным,
электрическим, ядерным и слабым взаимодействиями должен быть еще один тип
взаимодействия, описываемый скалярным потенциалом. В сущности, скалярное поле в
определенных условиях обладает свойствами антигравитации и именно на ранних
этапах, через несколько планковских времен после появления Вселенной, оно
обладает отрицательным давлением и vразгоняет расширение Вселенной
(инфляционная фаза расширения Вселенной), потом, вследствие фазового перехода,
появляются обычные поля и частицы, а расширение замедляется, и Вселенная
становится фридмановской. При этом начальный размер Вселенной оказывается столь
малым, что разные ее части успевают обменяться информацией, а энергия скалярного
поля в точности обеспечивает критическую плотность Вселенной. Рождение Вселенной
сейчас рассматривается как некоторый случайный, квантово-механический процесс
vпузырения физического вакуума, сопровождающийся очень сильным раздуванием.
