Космологические модели Вселенной

Развитие классической модели Вселенной

Происхождение Вселенной – это вопрос, которым задавалось человечество с незапамятных времен. Устройство Вселенной интересовало уже древних ученых, их взгляды и идеи были основополагающими компонентами философских систем. Такие космологические идеи, возникшие в древности и сохранившиеся до наших дней в форме легенд и мифов, были основаны на астрономических наблюдениях. Жрецы древних цивилизаций в процессе астрономических наблюдений сумели точно определить продолжительность года, цикл повторения затмений, а также выявить две группы небесных тел – подвижные и неподвижные.

Неподвижными, по мнению древних астрономов, являлись звезды, а подвижными – Солнце, Луна и пять планет, известных на то время:

• Меркурий,
• Венера,
• Марс,
• Юпитер,
• Сатурн.

С появлением философии и науки, сменивших мифологию, ответы на подобные вечные вопросы стали искать в рамках философских концепций. Таким образом, в период античности появились космологические модели Вселенной, предложенные Платоном, Демокритом, Пифагором, и первые гелиоцентрические модели Вселенной.

Идея о том, что Земля вращается вокруг Солнца, была выдвинута Аристархом Самосским, однако гелиоцентрические идеи не были признаны. Признанным итогом космологии в период античности, просуществовавшей и в весь период Средневековья, стала геоцентрическая модель Вселенной, предложенная Аристотелем и доработана Птолемеем. Геоцентрическая концепция была весьма сложной ввиду необходимости введения деферентов и эпициклов, что требовалось для компенсации видимого движения планет.

В период Нового времени первенство в создании идей космологии перешло науке, философия отошла на второй план. Особенно большие успехи были достигнуты в ХХ в., когда был совершен переход от догадок к подтвержденным фактам, обоснованным теориям, гипотезам.

В 16 в. Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель Вселенной, согласно которой центром Вселенной является Солнце, а планеты вращаются вокруг него.

17-19 вв. для космологии и космогонии ознаменовались созданием полицентрической картины мира, которая явилась началом развития научной космологии. Принципы полицентрической модели Вселенной выглядят следующим образом:

• Вселенная вечна, она бесконечна в пространстве и времени
• движением и развитием небесных тел управляет закон всемирного тяготения
• пространство не связано с объектами, находящимися в нем
• время независимо от материи, время – универсальная длительность всех природных явлений и объектов
• исчезновение всех тел не приведет к изменениям в пространстве и времени, то есть пространство и время постоянны.
• во Вселенной бесконечное множество звезд, планет и звездных систем. Все небесные тела проходят жизненный путь, погасшие звезды сменяются новыми.

Эта модель, казавшаяся логически стройной и лишенной противоречий, существовала до ХХ в.

В этой модели Вселенной было несколько недостатков. Для объяснения непонятных явлений было предположено существование божественного первотолчка, вмешательством Бога объяснялась и коррекция космических тел, то есть данная модель Вселенной не могла дать научного объяснения происхождению Вселенной. Вследствие этого появились космологические парадоксы.

Космологические парадоксы

Фотометрический парадокс. Этот парадокс касается пространственной бесконечности Вселенной. Швейцарский ученый Р. Шезо предположил, что если принцип бесконечности Вселенной справедлив, и в ней существует бесконечное множество равномерно распределенных звезд, то наблюдатель в любом направлении мог бы их обнаружить, и в этом случае небосвод имел бы бесконечную светимость, и Солнце на его фоне выглядело бы, как черное пятно. Такие же выводы независимо от Шезо сделал немецкий ученый Ф.Ольберс. данное утверждение, впервые поставившее пространственную бесконечность Вселенной под сомнение, получил название фотометрического парадокса.

Другой парадокс, вытекавший из принципа бесконечности Вселенной, называется гравитационным парадоксом. В соответствии с этим парадоксом, в бесконечной Вселенной, в которой все тела распределены равномерно, сила тяготения всех тел Вселенной является бесконечно большой. Так как этого не наблюдается, значит, количество небесных тел не является неограниченным, а значит, попадает под сомнение и бесконечность Вселенной.

Из принципа возрастания энтропии вытекает третий парадокс. Английский ученый Кельвин и немецкий физик Клаузиус предположили, что при превращениях различные виды энергии в итоге преобразуются в тепловую, которая, в свою очередь, рассеивается в пространстве, так как стремится к состоянию термодинамического равновесия. Данный процесс является необратимым, а соответственно, когда-либо все звезды погаснут, прекратятся все активные процессы, и наступит тепловая смерть Вселенной. Таким образом, подвергся сомнению и принцип вечности Вселенной. Этот парадокс получил название термодинамического парадокса.

Космологические модели Вселенной в современной науке

Современная наука определяет мегамир как единую систему, в состав которой входят все небесные тела и диффузная материя. Современная космология основывается на общей теории относительности, и получила название релятивистской.

В науке на данный момент существует несколько моделей Вселенной. Объединяет их представление о изотропном, однородном, нестационарном характере Вселенной.

Существует несколько моделей Вселенной, общим для них является представление о ее нестационарном, изотропном и однородном характере Вселенной:

• в зависимости от способа существования различают модель расширяющейся Вселенной и модель пульсирующей Вселенной.
• в зависимости от кривизны пространства существует открытая и замкнутая модели Вселенной. В открытой модели кривизна равна нулю или отрицательна, Вселенная бесконечна, незамкнута. В замкнутой модели кривизна положительна, Вселенная является конечной.