8.2. Desarrollo de ideas sobre el Universo. Modelos del Universo
Históricamente, las ideas sobre el Universo siempre se han desarrollado en el marco de modelos mentales del Universo, comenzando con los mitos antiguos. En la mitología de casi cualquier nación, los mitos sobre el Universo ocupan un lugar importante: su origen, esencia, estructura, relaciones y posibles causas del final.
En la mayoría de los mitos antiguos, el mundo (el Universo) no es eterno, fue creado por fuerzas superiores a partir de algún principio fundamental (sustancia), generalmente del agua o el caos. En las ideas cosmogónicas antiguas, el tiempo suele ser cíclico, es decir, los eventos del nacimiento, existencia y muerte del Universo se suceden en un círculo, como todos los objetos en la naturaleza. El universo es un todo único, todos sus elementos están interconectados, la profundidad de estas conexiones es diferente hasta posibles transformaciones mutuas, los eventos se suceden, se reemplazan (invierno y verano, día y noche). Este orden mundial se opone al caos. El espacio del mundo es limitado. Los poderes superiores (a veces dioses) actúan como creadores del Universo o como guardianes del orden mundial. La estructura del Universo en los mitos implica una naturaleza en capas: junto con el mundo revelado (medio), están los mundos superior e inferior, el eje del Universo (a menudo en forma de árbol o montaña del Mundo), el centro de el mundo - un lugar dotado de propiedades sagradas especiales, hay una conexión entre las capas individuales del mundo. La existencia del mundo se concibe de manera regresiva, desde la "edad de oro" hasta la decadencia y la muerte. Un hombre en los mitos antiguos puede ser un análogo de todo el Cosmos (el mundo entero se crea a partir de una criatura gigante similar a un hombre gigante), lo que fortalece la conexión entre el hombre y el Universo. En los modelos antiguos, el hombre nunca ocupa un lugar central.
En los siglos VI-V. ANTES DE CRISTO. se están creando los primeros modelos natural-filosóficos del Universo, la mayoría desarrollados en la Antigua Grecia. El concepto limitante en estos modelos es el Cosmos como un todo, bello y semejante a una ley. La pregunta de cómo se formó el mundo se complementa con la pregunta de qué está hecho el mundo, cómo cambia. Las respuestas ya no se formulan en un lenguaje figurativo, sino abstracto, filosófico. El tiempo en los modelos aún tiene un carácter cíclico, pero el espacio es finito. Como sustancia actúan ambos elementos separados (agua, aire, fuego - en la escuela de Mileto y Heráclito), mezcla de elementos, y un Cosmos único, indivisible e inmóvil (entre los eleáticos), número ontologizado (entre los pitagóricos), unidades estructurales indivisibles -átomos que aseguran la unidad del mundo- en Demócrito. Es el modelo de Demócrito del Universo que es infinito en el espacio. Los filósofos naturales determinaron el estado de los objetos espaciales: estrellas y planetas, las diferencias entre ellos, su papel y posición relativa en el Universo. En la mayoría de los modelos, el movimiento juega un papel importante. El Cosmos está construido según una sola ley, el Logos, y el hombre también está sujeto a la misma ley, un microcosmos, una copia reducida del Cosmos.
El desarrollo de los puntos de vista pitagóricos, geometrizando el Cosmos y presentándolo claramente por primera vez como una esfera que gira alrededor del fuego central y está rodeada por él, se materializó en los diálogos posteriores de Platón. El pico lógico de las opiniones de la antigüedad sobre el Cosmos durante muchos siglos fue considerado el modelo de Aristóteles, procesado matemáticamente por Ptolomeo. De forma algo simplificada, este modelo, apoyado por la autoridad de la iglesia, existió durante unos 2 mil años. Según Aristóteles, el Universo: o es un todo comprensivo, que consiste en la totalidad de todos los cuerpos percibidos; o único en su clase;
o espacialmente finito, limitado por la esfera celeste extrema,
detrás "no hay vacío, no hay lugar"; Oh eterno, sin principio y sin fin en el tiempo. Al mismo tiempo, la Tierra está inmóvil y está ubicada en el centro del Universo, lo terrestre y lo celeste (supralunar) son absolutamente opuestos en su composición física y química y en la naturaleza del movimiento.
En los siglos Х1У-Х>/1, durante el Renacimiento, surgieron nuevamente modelos natural-filosóficos del Universo. Se caracterizan, por un lado, por un retorno a la amplitud y las visiones filosóficas de la antigüedad, y, por otro lado, por una lógica y matemática estrictas heredadas de la Edad Media. Como resultado de la investigación teórica, Nikolai Kuzansky, N. Copernicus, J. Bruno ofrecen modelos del Universo con espacio infinito, tiempo lineal irreversible, un sistema solar heliocéntrico y muchos mundos similares. G. Galileo, continuando con esta tradición, estudió las leyes del movimiento, la propiedad de la inercia y fue el primero en utilizar conscientemente modelos mentales (construcciones que luego se convirtieron en la base de la física teórica), el lenguaje matemático, que consideró el lenguaje universal de el Universo, la combinación métodos empíricos e hipótesis teóricas, que la experiencia debe confirmar o refutar, y, finalmente, las observaciones astronómicas con telescopio, que ampliaron enormemente las posibilidades de la ciencia.
G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler sentaron las bases de las modernas ideas físicas y cosmogónicas sobre el mundo, y sobre su base y sobre la base de las leyes de la mecánica descubiertas por Newton en finales del XVII en. se formó el primer modelo cosmológico científico del Universo, llamado newtoniano clásico. Según este modelo, el Universo: O es estático (estacionario), es decir, en promedio, sin cambios en el tiempo; O es homogéneo: todos sus puntos son iguales; O isotrópico: todas las direcciones son iguales; o eterno y espacialmente infinito, además, el espacio y el tiempo son absolutos, no dependen el uno del otro ni de las masas en movimiento; O tiene una densidad de materia distinta de cero; O tiene una estructura que está completamente comprendida en el lenguaje del sistema disponible de conocimiento físico, lo que significa la extrapolación infinita de las leyes de la mecánica, la ley de la gravitación universal, que son las leyes básicas para el movimiento de todos los cuerpos cósmicos.
Además, el principio de acción de largo alcance es aplicable en el Universo, es decir. propagación instantánea de señales; la unidad del universo está asegurada por una sola estructura: la estructura atómica de la materia.
La base empírica de este modelo fueron todos los datos obtenidos en las observaciones astronómicas, para su procesamiento se utilizó un moderno aparato matemático. Esta construcción se basó en el determinismo y el materialismo de la filosofía racionalista de los tiempos modernos. A pesar de las contradicciones reveladas (las paradojas fotométricas y gravitatorias son consecuencia de la extrapolación del modelo al infinito), el atractivo de la cosmovisión y la consistencia lógica, así como el potencial heurístico, hicieron del modelo newtoniano el único aceptable para los cosmólogos hasta el siglo XX. siglo.
Numerosos descubrimientos realizados en los siglos XIX y XX impulsaron la necesidad de revisar las visiones sobre el Universo: la presencia de la presión de la luz, la divisibilidad del átomo, el defecto de masa, el modelo de la estructura del átomo, las geometrías no planas de Riemann y Lobachevsky, pero solo con el advenimiento de la teoría de la relatividad se hizo posible una nueva teoría cuántica-relativista modelo del universo.
De las ecuaciones de la teoría de la relatividad especial (SRT, 1905) y general (GR, 1916) de A. Einstein, se deduce que el espacio y el tiempo están interconectados en una sola métrica, dependen de la materia en movimiento: a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, el espacio se comprime, el tiempo se alarga, y cerca de poderosas masas compactas, el espacio-tiempo se curva, con lo que se geometriza el modelo del Universo. Incluso hubo intentos de representar todo el Universo como un espacio-tiempo curvo, cuyos nudos y defectos se interpretaron como masas.
Einstein, resolviendo ecuaciones para el Universo, recibió un modelo limitado en el espacio y estacionario. Pero para mantener la estacionariedad, necesitaba introducir un término lambda adicional en la solución, empíricamente sin respaldo alguno, equivalente en su acción a un campo que se opone a la gravedad a distancias cosmológicas. Sin embargo, en 1922-1924. AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Friedman propuso una solución diferente a estas ecuaciones, de la que se derivaba la posibilidad de obtener tres modelos diferentes del Universo dependiendo de la densidad de la materia, pero los tres modelos eran no estacionarios (evolutivos) - un modelo con expansión, alternando compresión, un modelo oscilante y un modelo con expansión infinita. En ese momento, el rechazo de la estacionariedad del Universo fue un paso verdaderamente revolucionario y fue percibido por los científicos con gran dificultad, ya que parecía contrario a todos los puntos de vista científicos y filosóficos establecidos sobre la naturaleza, conduciendo inevitablemente al creacionismo.
La primera confirmación experimental de la no estacionariedad del Universo se obtuvo en 1929: Hubble descubrió el corrimiento hacia el rojo en los espectros de galaxias distantes, que, según el efecto Doppler, indicaba la expansión del Universo (no todos los cosmólogos compartían esta interpretación entonces). ). En 1932-1933 El teórico belga J. Lemegre propuso un modelo del Universo con un "arranque en caliente", el llamado "Big Bang". Pero allá por las décadas de 1940 y 1950. Ofrecido modelos alternativos(con el nacimiento de partículas del campo c, del vacío), que preservan la estacionariedad del Universo.
En 1964, los científicos estadounidenses, el astrofísico A. Penzias y el radioastrónomo K. Wilson, descubrieron una radiación de fondo de microondas cósmica isotrópica homogénea, lo que indica claramente el "comienzo caliente" del Universo. Este modelo se ha vuelto dominante y ha sido reconocido por la mayoría de los cosmólogos. Sin embargo, este punto de “inicio” en sí mismo, el punto de singularidad, dio lugar a muchos problemas y disputas tanto sobre el mecanismo del “Big Bang”, como porque el comportamiento del sistema (el Universo) cercano a él no podía describirse dentro del marco de teorías científicas conocidas (temperaturas y densidades infinitamente altas tenían que combinarse con tamaños infinitesimales). En el siglo XX. Se han propuesto muchos modelos del universo, desde aquellos que rechazaron la teoría de la relatividad como base, hasta aquellos que cambiaron algún factor en el modelo básico, por ejemplo, la "estructura de panal del universo" o teoría de cuerdas. Así, para eliminar las contradicciones asociadas a la singularidad, en 1980-1982. el astrónomo estadounidense P. Steinhart y el astrofísico soviético A. Linde propusieron una modificación del modelo del Universo en expansión: un modelo con una fase inflacionaria (el modelo del "Universo inflado"), en el que los primeros momentos después del "Big Bang" recibieron un nueva interpretación. Este modelo continuó refinándose más tarde, eliminó una serie de problemas y contradicciones importantes en la cosmología. La investigación no se detiene incluso hoy: la hipótesis propuesta por un grupo de científicos japoneses sobre el origen de los campos magnéticos primarios está en buen acuerdo con el modelo descrito anteriormente y nos permite esperar obtener nuevos conocimientos sobre las primeras etapas de la existencia de el universo.
Como objeto de estudio, el Universo es demasiado complejo para estudiarlo deductivamente, son precisamente los métodos de extrapolación y modelización los que permiten avanzar en su conocimiento. Sin embargo, estos métodos requieren la observancia exacta de todos los procedimientos (desde la formulación del problema, la elección de los parámetros, el grado de similitud del modelo y el original hasta la interpretación de los resultados), e incluso si todos los requisitos se cumplen idealmente , los resultados de la investigación serán de carácter fundamentalmente probabilístico.
La matematización del conocimiento, que mejora significativamente las capacidades heurísticas de muchos métodos, es tendencia general la ciencia del siglo 20 La cosmología no fue una excepción: surgió una especie de modelado mental: el modelado matemático, el método de la hipótesis matemática. Su esencia es que primero se resuelven ecuaciones y luego se busca una interpretación física de las soluciones obtenidas. Este procedimiento, que no es típico de la ciencia del pasado, tiene un potencial heurístico colosal. Fue este método el que llevó a Friedman a crear un modelo del Universo en expansión, fue de esta manera que se descubrió el positrón y se hicieron muchos más descubrimientos importantes en la ciencia a finales del siglo XX.
modelos de computadora, incluso a la hora de modelar el Universo, nacen por el desarrollo de la tecnología informática. En base a ellos se han mejorado los modelos del Universo con fase inflacionaria; en principios XXI en. procesó grandes cantidades de información recibida de una sonda espacial y creó un modelo para el desarrollo del Universo, teniendo en cuenta la "materia oscura" y la "energía oscura".
Con el tiempo, la interpretación de muchos conceptos fundamentales ha cambiado.
El vacío físico ya no se entiende como un vacío, no como un éter, sino como un estado complejo con un contenido potencial (virtual) de materia y energía. Se encontró que el conocido ciencia moderna Los cuerpos y campos cósmicos constituyen un pequeño porcentaje de la masa del universo, y La mayoría de la masa radica en revelarse indirectamente "materia oscura" y "energía oscura". Estudios recientes han demostrado que una parte importante de esta energía actúa sobre la expansión, el estiramiento, el desgarro del Universo, lo que puede conducir a una aceleración de expansión fija. En este sentido, el escenario del futuro posible del Universo requiere una revisión.La categoría del tiempo es una de las categorías más discutidas en cosmología. La mayoría de los investigadores atribuyen al tiempo un carácter objetivo, pero según la tradición proveniente de Agustín y de I. Kant, el tiempo y el espacio son formas de nuestra contemplación, es decir, se interpretan subjetivamente. El tiempo se considera como un parámetro que no depende de ningún factor (concepto sustancial que proviene de Demócrito y subyace en el modelo newtoniano clásico del Universo), o como un parámetro asociado al desplazamiento de la materia (concepto relacional que proviene de Aristóteles y se convirtió en la base del modelo cuántico-relativista del Universo). El más común es el concepto dinámico, que representa el tiempo en movimiento (hablan del paso del tiempo), pero también se ha planteado el concepto opuesto, el estático. El tiempo en varios modelos es cíclico, finito o infinito y lineal. La esencia del tiempo se asocia más a menudo con la causalidad. Tales problemas se discuten como la justificación de la asignación del momento presente del tiempo, su dirección, anisotropía, irreversibilidad, universalidad del tiempo, es decir. ¿Existe el tiempo en todos los estados del Universo y es siempre unidimensional o puede tener una dimensión diferente y ni siquiera existir en ciertas condiciones(por ejemplo, en el punto de singularidad). La pregunta menos desarrollada es sobre las características del tiempo en sistemas complejos: biológico, mental, social.
Al crear modelos del Universo, algunas constantes juegan un papel esencial: la constante gravitatoria, constante de Planck, la velocidad de la luz, la densidad media de la materia, el número de dimensiones del espacio-tiempo. Explorando estas constantes, algunos cosmólogos llegaron a la conclusión de que con otros valores de estas constantes, formas complejas de materia no existirían en el Universo, sin mencionar la vida, y más aún la mente.
REFERENCIAS
Evsyukov V. V. Mitos sobre el Universo. Novosibirsk, 1988.
Latypov H.H., Beilin V.A., Vereshkov G.M. Vacío, partículas elementales y el Universo. M, 2001.
Linde AD Física partículas elementales y la cosmología inflacionaria. M, 1990.
Nadtochaev A.S. Filosofía y ciencia en la era de la antigüedad. M, 1990.
Identificación de Novikov Evolución del Universo. M, 1990.
Pavlenko A. N. Cosmología europea: fundamentos del giro epistemológico. M, 1997.
Hawking S. Del Big Bang a los agujeros negros. M, 1990.
Introducción
Desde la antigüedad, el pensamiento humano ha estado tratando de resolver el problema del origen de nuestro mundo, el surgimiento y el destino futuro del universo. Esta pregunta pertenece a preguntas eternas, y, probablemente, nunca dejará de excitar las mentes de las personas. En varias ocasiones se propuso varias soluciones el problema especificado. Según uno de ellos, el mundo fue creado y una vez empezó a existir; según otros, el mundo es eterno y no tiene principio. También existen tales puntos de vista, según los cuales el universo surge periódicamente y se destruye.
Origen y evolución del universo.
El Universo surgió hace unos 20 mil millones de años a partir de una protomateria densa y caliente. Hoy solo se puede adivinar cómo era esta sustancia progenitora del Universo, cómo se formó, qué leyes obedecía y qué tipo de procesos la llevaron a expandirse. Hay un punto de vista que desde el principio la protomateria comenzó a expandirse a una velocidad gigantesca. En la etapa inicial, esta sustancia densa se dispersó, se dispersó en todas direcciones y era una mezcla homogénea y hirviente de partículas inestables que se desintegraban constantemente durante las colisiones. Enfriándose e interactuando a lo largo de millones de años, toda esta masa de materia dispersa en el espacio se concentró en grandes y pequeñas formaciones de gas que, a lo largo de cientos de millones de años, acercándose y fusionándose, se convirtieron en enormes complejos. A su vez, surgieron áreas más densas en ellos; posteriormente, allí se formaron estrellas e incluso galaxias enteras. Como resultado de la inestabilidad gravitatoria, pueden formarse densas “formaciones protoestelares” con masas cercanas a la masa del Sol en diferentes zonas de las galaxias formadas. El proceso de compresión que ha comenzado se acelerará bajo la influencia de su propio campo gravitatorio. Este proceso acompaña caida libre partículas de la nube a su centro - se produce una compresión gravitatoria. En el centro de la nube, se forma un sello que consiste en hidrógeno molecular y helio. Un aumento de la densidad y la temperatura en el centro conduce a la desintegración de las moléculas en átomos, la ionización de los átomos y la formación de un núcleo denso de una protoestrella. Hay una hipótesis sobre el estado cíclico del Universo. Surgido una vez de un coágulo superdenso de materia. El universo, quizás ya en el primer ciclo, ha generado dentro de sí mismo miles de millones de sistemas estelares y planetas. Pero luego, inevitablemente, el Universo comienza a esforzarse hacia el estado desde el cual comenzó la historia del ciclo, el corrimiento hacia el rojo es reemplazado por púrpura, el radio del Universo disminuye gradualmente y, al final, la sustancia del Universo vuelve a ser su estado superdenso original, destruyendo sin piedad toda la vida en el camino hacia él. ¡Y así se repite cada vez, en cada ciclo por la eternidad! A principios de la década de 1930, se creía que los componentes principales del Universo son las galaxias, cada una de las cuales, en promedio, consta de 100 mil millones de estrellas. El Sol, junto con el sistema planetario, entra en nuestra Galaxia, la mayor parte de las estrellas que observamos en forma de Vía Láctea. Excepto estrellas y planetas. galaxia contiene cantidad importante gases enrarecidos y polvo cósmico. ¿Es el Universo finito o infinito, cuál es su geometría? Estas y muchas otras preguntas están relacionadas con la evolución del Universo, en particular con la expansión observada. Si, como se cree actualmente, la velocidad de la "expansión" de las galaxias aumenta en 75 km / s por cada millón de parsecs, entonces la extrapolación al pasado conduce a un resultado sorprendente: hace aproximadamente 10 a 20 mil millones de años, todo el Universo se concentró en un área muy pequeña. Muchos científicos creen que en ese momento la densidad del universo era la misma que la de un núcleo atómico. En pocas palabras, el Universo entonces era una "gota nuclear" gigante. Por alguna razón, esta "gota" entró en un estado inestable y explotó. Ahora estamos viendo las consecuencias de esta explosión como un sistema de galaxias. El golpe más serio a la inviolabilidad del Universo fue infligido por los resultados de las mediciones de las velocidades de retroceso de las galaxias obtenidas por el famoso científico estadounidense E. Hubble. Encontró que cualquier galaxia se aleja de nosotros en promedio con una velocidad proporcional a la distancia a ella. Este descubrimiento finalmente destruyó la idea de un Universo estático e inquebrantable que existía desde la época de Aristóteles, que, sin embargo, ya se vio sacudida en relación con el descubrimiento de la evolución de las estrellas. Esto significa que las galaxias no son en absoluto linternas cósmicas suspendidas a la misma distancia entre sí y, además, dado que se están alejando, en algún momento del pasado deben haber estado más cerca de nosotros. Hace unos 20 mil millones de años, todas las galaxias, aparentemente, se concentraron en un punto, desde donde comenzó la rápida expansión del Universo a los tamaños modernos. Pero, ¿dónde está este punto? Respuesta: en ninguna parte y al mismo tiempo en todas partes; es imposible precisar su ubicación, sería contrario al principio básico de la cosmología. Otra comparación puede ayudar a entender esta afirmación. De acuerdo a teoría general la relatividad, la presencia de materia en el espacio conduce a su curvatura. En presencia de una cantidad suficiente de materia, es posible construir un modelo de espacio curvo. Moviéndonos a lo largo de la tierra en una dirección, eventualmente, después de haber viajado 40,000 km, debemos regresar al punto de partida. En un universo curvo sucederá lo mismo, pero después de 40 mil millones de años luz; además, la "rosa de los vientos" no se limita a cuatro partes del mundo, sino que también incluye direcciones hacia arriba y hacia abajo. Entonces, el Universo se parece a un globo, en el que se dibujan las galaxias y, como en un globo, se trazan paralelos y meridianos para determinar la posición de los puntos; pero en el caso del universo, es necesario usar no dos, sino tres dimensiones para determinar la posición de las galaxias. La expansión del Universo recuerda el proceso de inflado de este globo: la posición relativa de varios objetos en su superficie no cambia, no hay puntos seleccionados en el globo. Para estimar la cantidad total de materia en el universo, solo necesitas contar todas las galaxias que nos rodean. Al hacerlo, obtendremos menos materia de la necesaria para, según Einstein, cerrar, " globo» Universo. Existen modelos del universo abierto, cuya interpretación matemática es igual de sencilla, y que explican la falta de materia. Por otra parte, puede resultar que en el Universo no sólo haya materia en forma de galaxias, sino también materia invisible en la cantidad necesaria para que el Universo se cierre; la controversia sobre este tema aún no ha disminuido.
El papel creativo del vacío físico
Cuando decimos la palabra "vacío", generalmente imaginamos un medio extremadamente enrarecido, que se estudia en laboratorios especiales o se observa en el espacio exterior. Sin embargo, el vacío no es vacío, sino algo completamente diferente: un estado especial de la materia, inobservable en la vida cotidiana, llamado vacío físico.
Por supuesto, no hay partículas ordinarias (reales) en un volumen vacío, pero la teoría cuántica predice la existencia de muchas otras partículas, llamadas virtuales. Tales partículas son capaces, bajo ciertas condiciones, de convertirse en partículas reales.
El tiempo de vida de las partículas con masa me es de aproximadamente
Con. Este valor es muy pequeño y no hablan tanto de "vida" como de un estallido de vida a corto plazo de partículas muy extrañas y los campos asociados con ellas.Entonces, un mar de partículas inobservables, listas bajo ciertas condiciones para volverse ordinarias.
El estado de vacío físico se puede caracterizar el valor más pequeño la energía de los campos cuánticos como un campo escalar que debe existir en el vacío. A este campo corresponde la partícula hipotética de Higgs (llamada así por el científico Higgs que la propuso), que es un ejemplo de bosón superpesado, cuya masa, quizás, es
veces la masa de un protón. Tales partículas pueden nacer a una temperatura de K. Hay proyectos de enormes aceleradores, donde, al observar la interacción de las partículas, los científicos esperan confirmar la realidad de la existencia de Higgs.Uno de los proyectos que ingenieros y físicos estadounidenses planean implementar a finales de siglo. Será un acelerador de haz en colisión muy potente y se utilizarán imanes superconductores para reducir el consumo de energía en la instalación anular con una circunferencia de 84 km. El futuro acelerador se llama supercolisionador superconductor SSC.
Una de las asombrosas propiedades del vacío físico está relacionada con el hecho de que crea una presión negativa y, por lo tanto, puede ser una fuente de fuerzas repulsivas en la naturaleza. Esta propiedad juega exclusivamente papel importante en el escenario del "universo inflado".
Paradojas del Universo Estacionario
En 1744, el astrónomo suizo Jean Philippe de Chezo descubrió la paradoja fotométrica asociada con la supuesta infinidad del universo. Su esencia es la siguiente: si hay innumerables estrellas en un universo infinito, entonces, en cualquier dirección, la mirada de un observador terrestre ciertamente se encontraría con alguna estrella, y entonces el cielo tendría un brillo comparable al brillo del sol, que en realidad no se observa. En 1826, el astrónomo alemán Heinrich Olbers llegó de forma independiente a las mismas conclusiones. Desde entonces, la paradoja fotométrica se denomina paradoja de Szezo-Olbers. Los científicos intentaron de varias maneras eliminar esta paradoja, asumiendo la disposición desigual de las estrellas o la absorción de la luz por las nubes interestelares de gas y polvo, como intentaron hacer Szezo y Olbers. Sin embargo, como se demostró más tarde, las nubes de gas y polvo debieron calentarse y reemitir ellas mismas los rayos absorbidos, y este hecho no permitió evitar la paradoja fotométrica.
En 1895, el astrónomo alemán Hugo Seeliger descubrió la paradoja gravitatoria, también relacionada con la supuesta infinidad del universo. Su esencia es la siguiente: si hay innumerables estrellas distribuidas uniformemente (masas) en un universo infinito, entonces su fuerza gravitacional que actúa sobre cualquier cuerpo se vuelve infinitamente grande o indefinida (según el método de cálculo), lo que no se observa. Y en este caso, se hicieron intentos para evitar la paradoja gravitacional asumiendo una fórmula diferente para la fuerza gravitacional en la ley de la gravedad, o asumiendo que la densidad de masa en el universo es cercana a cero. Pero las observaciones precisas del movimiento de los planetas del sistema solar desmintieron estas suposiciones. La paradoja permaneció en su lugar.
Históricamente, las ideas sobre el Universo siempre se han desarrollado en el marco de modelos mentales del Universo, comenzando con los mitos antiguos. En la mitología de casi cualquier nación, los mitos sobre el Universo ocupan un lugar importante: su origen, esencia, estructura, relaciones y posibles causas del final. En la mayoría de los mitos antiguos, el mundo (el Universo) no es eterno, fue creado por fuerzas superiores a partir de algún principio fundamental (sustancia), generalmente del agua o el caos. En las ideas cosmogónicas antiguas, el tiempo suele ser cíclico, es decir, los eventos del nacimiento, existencia y muerte del universo se suceden en un círculo, como todos los objetos en la naturaleza. El universo es un todo único, todos sus elementos están interconectados, la profundidad de estas conexiones es diferente hasta posibles transformaciones mutuas, los eventos se suceden, se reemplazan (invierno y verano, día y noche). Este orden mundial se opone al caos. El espacio del mundo es limitado. Los poderes superiores (a veces dioses) actúan como creadores del Universo o como guardianes del orden mundial. La estructura del Universo en los mitos implica una naturaleza en capas: junto con el mundo revelado (medio), están los mundos superior e inferior, el eje del Universo (a menudo en forma de árbol o montaña del Mundo), el centro de el mundo - un lugar dotado de propiedades sagradas especiales, hay una conexión entre las capas individuales del mundo. La existencia del mundo se concibe de manera regresiva, desde la "edad de oro" hasta la decadencia y la muerte. Un hombre en los mitos antiguos puede ser un análogo de todo el Cosmos (el mundo entero se crea a partir de una criatura gigante similar a un hombre gigante), lo que fortalece la conexión entre el hombre y el Universo. En los modelos antiguos, el hombre nunca ocupa un lugar central. En los siglos VI-V. ANTES DE CRISTO. se están creando los primeros modelos natural-filosóficos del Universo, la mayoría desarrollados en la Antigua Grecia. El concepto limitante en estos modelos es el Cosmos como un todo, bello y semejante a una ley. La pregunta de cómo se formó el mundo se complementa con la pregunta de qué está hecho el mundo, cómo cambia. Las respuestas ya no se formulan en un lenguaje figurativo, sino abstracto, filosófico. El tiempo en los modelos aún tiene un carácter cíclico, pero el espacio es finito. Como sustancia actúan ambos elementos separados (agua, aire, fuego - en la escuela de Mileto y Heráclito), mezcla de elementos, y un Cosmos único, indivisible e inmóvil (entre los eleáticos), número ontologizado (entre los pitagóricos), unidades estructurales indivisibles -átomos que aseguran la unidad del mundo- en Demócrito. Es el modelo de Demócrito del Universo que es infinito en el espacio. Los filósofos naturales determinaron el estado de los objetos espaciales: estrellas y planetas, las diferencias entre ellos, su papel y posición relativa en el Universo. En la mayoría de los modelos, el movimiento juega un papel importante. El Cosmos está construido según una sola ley, el Logos, y el hombre también está sujeto a la misma ley, un microcosmos, una copia reducida del Cosmos. El desarrollo de los puntos de vista pitagóricos, geometrizando el Cosmos y presentándolo claramente por primera vez como una esfera que gira alrededor del fuego central y está rodeada por él, se materializó en los diálogos posteriores de Platón. El pico lógico de las opiniones de la antigüedad sobre el Cosmos durante muchos siglos fue considerado el modelo de Aristóteles, procesado matemáticamente por Ptolomeo. De forma algo simplificada, este modelo, apoyado por la autoridad de la iglesia, existió durante unos 2 mil años. Según Aristóteles, el Universo: o es un todo comprensivo, que consiste en la totalidad de todos los cuerpos percibidos; o único en su clase; o espacialmente finito, limitado por la esfera celeste extrema, detrás de ella "no hay vacío ni lugar"; Oh eterno, sin principio y sin fin en el tiempo. Al mismo tiempo, la Tierra está inmóvil y está ubicada en el centro del Universo, lo terrestre y lo celeste (supralunar) son absolutamente opuestos en su composición física y química y en la naturaleza del movimiento. En los siglos XV-XVI, durante el Renacimiento, reaparecieron los modelos natural-filosóficos del Universo. Se caracterizan, por un lado, por una vuelta a la amplitud y filosofía de las concepciones de la antigüedad, y, por otro lado, por una lógica y matemática estrictas heredadas de la Edad Media. Como resultado de la investigación teórica, Nikolai Kuzansky, N. Copernicus, J. Bruno ofrecen modelos del Universo con espacio infinito, tiempo lineal irreversible, un sistema solar heliocéntrico y muchos mundos similares. G. Galileo, continuando con esta tradición, estudió las leyes del movimiento, una propiedad de la inercia, y fue el primero en utilizar conscientemente modelos mentales (construcciones que luego se convirtieron en la base de la física teórica), el lenguaje matemático, que consideraba el lenguaje universal de el Universo, una combinación de métodos empíricos y una hipótesis teórica que la experiencia debería confirmar o refutar, y, finalmente, las observaciones astronómicas con telescopio, que ampliaron enormemente las posibilidades de la ciencia. G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler sentaron las bases de las modernas ideas físicas y cosmogónicas sobre el mundo, y sobre su base y sobre la base de las leyes de la mecánica descubiertas por Newton a fines del siglo XVII. se formó el primer modelo cosmológico científico del Universo, llamado newtoniano clásico. Según este modelo, el Universo: O es estático (estacionario), es decir, en promedio, sin cambios en el tiempo; O es homogéneo: todos sus puntos son iguales; O isotrópico: todas las direcciones son iguales; o eterno y espacialmente infinito, además, el espacio y el tiempo son absolutos, no dependen el uno del otro ni de las masas en movimiento; O tiene una densidad de materia distinta de cero; O tiene una estructura que está completamente comprendida en el lenguaje del sistema disponible de conocimiento físico, lo que significa la extrapolación infinita de las leyes de la mecánica, la ley de la gravitación universal, que son las leyes básicas para el movimiento de todos los cuerpos cósmicos. Además, el principio de acción de largo alcance es aplicable en el Universo, es decir. propagación instantánea de señales; la unidad del universo está asegurada por una sola estructura: la estructura atómica de la materia. La base empírica de este modelo fueron todos los datos obtenidos en las observaciones astronómicas, para su procesamiento se utilizó un moderno aparato matemático. Esta construcción se basó en el determinismo y el materialismo de la filosofía racionalista de los tiempos modernos. A pesar de las contradicciones reveladas (las paradojas fotométricas y gravitatorias son consecuencia de la extrapolación del modelo al infinito), el atractivo de la cosmovisión y la consistencia lógica, así como el potencial heurístico, hicieron del modelo newtoniano el único aceptable para los cosmólogos hasta el siglo XX. siglo. Numerosos descubrimientos realizados en los siglos XIX y XX impulsaron la necesidad de revisar las visiones sobre el Universo: la presencia de la presión de la luz, la divisibilidad del átomo, el defecto de masa, el modelo de la estructura del átomo, las geometrías no planas de Riemann y Lobachevsky, pero solo con el advenimiento de la teoría de la relatividad se hizo posible una nueva teoría cuántica-relativista modelo del universo. De las ecuaciones de la teoría de la relatividad especial (SRT, 1905) y general (GR, 1916) de A. Einstein, se deduce que el espacio y el tiempo están interconectados en una sola métrica, dependen de la materia en movimiento: a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, el espacio se comprime, el tiempo se alarga, y cerca de poderosas masas compactas, el espacio-tiempo se curva, con lo que se geometriza el modelo del Universo. Incluso hubo intentos de representar todo el Universo como un espacio-tiempo curvo, cuyos nudos y defectos se interpretaron como masas. Einstein, resolviendo ecuaciones para el Universo, recibió un modelo limitado en el espacio y estacionario. Pero para mantener la estacionariedad, necesitaba introducir un término lambda adicional en la solución, empíricamente sin respaldo alguno, equivalente en su acción a un campo que se opone a la gravedad a distancias cosmológicas. Sin embargo, en 1922-1924. AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Friedman propuso una solución diferente a estas ecuaciones, de la que se derivaba la posibilidad de obtener tres modelos diferentes del Universo dependiendo de la densidad de la materia, pero los tres modelos eran no estacionarios (evolutivos) - un modelo con expansión, alternando compresión, un modelo oscilante y un modelo con expansión infinita. En ese momento, el rechazo de la estacionariedad del Universo fue un paso verdaderamente revolucionario y fue percibido por los científicos con gran dificultad, ya que parecía contrario a todos los puntos de vista científicos y filosóficos establecidos sobre la naturaleza, conduciendo inevitablemente al creacionismo. La primera confirmación experimental del ™ no estacionario del Universo se obtuvo en 1929: el Hubble descubrió el corrimiento hacia el rojo en los espectros de galaxias distantes que, según el efecto Doppler, indicaba la expansión del Universo (no todos los cosmólogos compartían esta interpretación). En ese tiempo). En 1932-1933 El teórico belga J. Lemaitre propuso un modelo del Universo con un "arranque en caliente", el llamado "Big Bang". Pero allá por las décadas de 1940 y 1950. se propusieron modelos alternativos (con el nacimiento de partículas del campo c, del vacío) que preservan la estacionariedad del Universo. En 1964, los científicos estadounidenses, el astrofísico A. Penzias y el radioastrónomo C. Wilson, descubrieron un isótropo homogéneo. Radiación de fondo , indicando claramente el "comienzo caliente" del Universo. Este modelo se ha vuelto dominante y ha sido reconocido por la mayoría de los cosmólogos. Sin embargo, este punto de “inicio” en sí mismo, el punto de singularidad, dio lugar a muchos problemas y disputas tanto sobre el mecanismo del “Big Bang”, como porque el comportamiento del sistema (el Universo) cercano a él no podía describirse dentro del marco de teorías científicas conocidas (temperaturas y densidades infinitamente altas tenían que combinarse con tamaños infinitesimales). En el siglo XX. Se han propuesto muchos modelos del universo, desde aquellos que rechazaron la teoría de la relatividad como base, hasta aquellos que cambiaron algún factor en el modelo básico, por ejemplo, la "estructura de panal del universo" o teoría de cuerdas. Así, para eliminar las contradicciones asociadas a la singularidad, en 1980-1982. el astrónomo estadounidense P. Steinhart y el astrofísico soviético A. Linde propusieron una modificación del modelo del Universo en expansión: un modelo con una fase inflacionaria (el modelo del "Universo inflado"), en el que los primeros momentos después del "Big Bang" recibieron un nueva interpretación. Este modelo continuó refinándose y, más tarde, eliminó una serie de problemas y contradicciones significativos de la cosmología. La investigación no se detiene incluso hoy: la hipótesis propuesta por un grupo de científicos japoneses sobre el origen de los campos magnéticos primarios está en buen acuerdo con el modelo descrito anteriormente y nos permite esperar obtener nuevos conocimientos sobre las primeras etapas de la existencia de el universo. Como objeto de estudio, el Universo es demasiado complejo para estudiarlo deductivamente, son precisamente los métodos de extrapolación y modelización los que permiten avanzar en su conocimiento. Sin embargo, estos métodos requieren la observancia exacta de todos los procedimientos (desde la formulación del problema, la elección de los parámetros, el grado de similitud del modelo y el original hasta la interpretación de los resultados obtenidos), e incluso si todos los requisitos son idealmente cumplidos, los resultados de la investigación serán de carácter fundamentalmente probabilístico. La matematización del conocimiento, que mejora significativamente las capacidades heurísticas de muchos métodos, es una tendencia general en la ciencia del siglo XX. La cosmología no fue una excepción: surgió una especie de modelado mental: el modelado matemático, el método de la hipótesis matemática. Su esencia es que primero se resuelven ecuaciones y luego se busca una interpretación física de las soluciones obtenidas. Este procedimiento, que no es típico de la ciencia del pasado, tiene un potencial heurístico colosal. Fue este método el que llevó a Friedman a crear un modelo del Universo en expansión, fue de esta manera que se descubrió el positrón y se hicieron muchos más descubrimientos importantes en la ciencia a finales del siglo XX. Los modelos informáticos, incluidos los del modelado del Universo, nacieron con el desarrollo de la tecnología informática. En base a ellos se han mejorado los modelos del Universo con fase inflacionaria; a principios del siglo XXI. procesó grandes cantidades de información recibida de una sonda espacial y creó un modelo para el desarrollo del Universo, teniendo en cuenta la "materia oscura" y la "energía oscura". Con el tiempo, la interpretación de muchos conceptos fundamentales ha cambiado. El vacío físico ya no se entiende como un vacío, no como un éter, sino como un estado complejo con un contenido potencial (virtual) de materia y energía. Al mismo tiempo, se descubrió que los cuerpos y campos cósmicos conocidos por la ciencia moderna constituyen un porcentaje insignificante de la masa del Universo, y la mayor parte de la masa radica en revelarse indirectamente como "materia oscura" y "energía oscura". Estudios recientes han demostrado que una parte importante de esta energía actúa sobre la expansión, el estiramiento y el desgarro del Universo, lo que puede conducir a una aceleración fija de expansión)
