8.2. Dezvoltarea ideilor despre Univers. Modele ale Universului
Din punct de vedere istoric, conceptul de Univers a evoluat întotdeauna în cadrul modelelor mentale ale Universului, începând cu miturile antice. În mitologia aproape oricărui popor, miturile despre Univers - originea, esența, structura sa, relațiile și posibilele motive pentru sfârșit - ocupă un loc semnificativ.
În cele mai multe mituri antice, lumea (Universul) nu este eternă, ea este creată de forțe superioare dintr-un anumit principiu fundamental (substanță), de obicei din apă sau din haos. Timpul în conceptele cosmogonice antice este cel mai adesea ciclic, adică. evenimentele nașterii, existenței și morții Universului se succed în cerc, ca toate obiectele din natură. Universul este un singur întreg, toate elementele sale sunt interconectate, profunzimea acestor conexiuni este diferită până la posibile interconversii, evenimentele se succed, înlocuindu-se (iarna și vara, zi și noapte). Această ordine mondială se opune haosului. Spațiul lumii este limitat. Puterile superioare (uneori zeii) sunt fie creatorii Universului, fie gardienii ordinii mondiale. Structura Universului în mituri implică mai multe straturi: alături de lumea manifestată (de mijloc), există lumile superioare și inferioare, axa Universului (adesea sub forma arborelui lumii sau muntelui), centrul lumii. este un loc dotat cu proprietăți sacre deosebite, există o legătură între straturile individuale ale lumii. Existența lumii este considerată regresivă – de la „epoca de aur” până la declin și distrugere. Un om în miturile antice poate fi un analog al întregului Cosmos (întreaga lume este creată dintr-o creatură uriașă, similară unui om uriaș), ceea ce întărește legătura dintre om și Univers. În modelele antice, omul nu ocupă niciodată centrul scenei.
În secolele VI-V. î.Hr. sunt create primele modele natural-filosofice ale Universului, cele mai dezvoltate în Grecia Antică. Conceptul suprem în aceste modele este Cosmosul ca întreg unic, frumos și legal. Întrebarea despre cum s-a format lumea este completată de întrebarea din ce este făcută lumea, cum se schimbă. Răspunsurile nu mai sunt formulate într-un limbaj figurat, ci într-un limbaj abstract, filozofic. Timpul în modele este cel mai adesea și ciclic, dar spațiul este, desigur. Ca substanță, ambele elemente separate (apă, aer, foc - în școala lui Milet și în Heraclit), un amestec de elemente și un singur Cosmos nemișcat, indivizibil (printre Eleati), un număr ontologizat (în rândul pitagoreenilor), unităţi structurale indivizibile - atomi care asigură unitatea lumii - la Democrit. Este modelul Universului lui Democrit care este infinit în spațiu. Filosofii naturii au determinat statutul obiectelor cosmice - stele și planete, diferențele dintre ele, rolul și aranjarea lor reciprocă în Univers. În majoritatea modelelor, mișcarea joacă un rol esențial. Cosmosul este construit după o singură lege - Logosul, iar omul este și el subordonat acestei legi - un microcosmos, o copie redusă a Cosmosului.
Dezvoltarea vederilor pitagorice, geometrizând Cosmosul și reprezentându-l pentru prima dată clar sub forma unei sfere care se învârte în jurul și înconjurat de un foc central, a fost întruchipată în dialogurile de mai târziu ale lui Platon. Timp de multe secole, vârful logic al vederilor antichității asupra Cosmosului a fost considerat modelul lui Aristotel, prelucrat matematic de Ptolemeu. Într-o formă oarecum simplificată, acest model, susținut de autoritatea bisericii, a existat de aproximativ 2 mii de ani. După Aristotel, Universul: o este un întreg atotcuprinzător, format din totalitatea tuturor corpurilor percepute; o este unic;
o finit spațial, limitat la sfera cerească extremă,
în spatele ei „nu este nici gol, nici loc”; o etern, fără început și fără sfârșit în timp. În același timp, Pământul este nemișcat și este situat în centrul Universului, cel pământesc și cel ceresc (supra-lună) sunt absolut opuse în compoziția lor fizico-chimică și natura mișcării.
În secolele XIU-X> / 1, în timpul Renașterii, au reapărut modelele natural-filosofice ale Universului. Ele se caracterizează, pe de o parte, printr-o întoarcere la lărgimea și viziunile filozofice ale antichității și, pe de altă parte, printr-o logică și matematică stricte moștenite din Evul Mediu. Ca urmare a cercetărilor teoretice, Nikolai Kuzansky, N. Copernic, J. Bruno propun modele ale Universului cu spațiu infinit, timp liniar ireversibil, un sistem solar heliocentric și multe lumi asemănătoare. G. Galileo, continuând această tradiție, a investigat legile mișcării - proprietatea inerției și a fost primul care a folosit în mod conștient modele mentale (construcții care au devenit ulterior baza fizicii teoretice), un limbaj matematic pe care el îl considera limbajul universal al Univers, o combinație de metode empirice și o ipoteză teoretică pe care experiența ar trebui să confirme sau să infirme și, în sfârșit, observații astronomice cu un telescop, care au extins semnificativ posibilitățile științei.
G. Galileo, R. Descartes, I. Kepler au pus bazele ideilor fizice și cosmogonice moderne despre lume, și pe baza lor și pe baza legilor mecanicii descoperite de Newton la sfârșitul secolului al XVII-lea. a format primul model cosmologic științific al Universului, care a primit numele de newtonianul clasic. Conform acestui model, Universul: O este static (staționar), adică. neschimbat în medie în timp; Despre omogen - toate punctele sale sunt egale; O izotrop - toate direcțiile sunt egale; o etern și infinit spațial, iar spațiul și timpul sunt absolute - nu depind unul de celălalt și de masele în mișcare; O are o densitate diferită de zero a materiei; O are o structură pe deplin inteligibilă în limbajul sistemului existent de cunoaștere fizică, ceea ce înseamnă extrapolarea infinită a legilor mecanicii, legea gravitației universale, care sunt legile de bază pentru mișcarea tuturor corpurilor cosmice.
În plus, principiul acțiunii la distanță este aplicabil în Univers, adică. propagare instantanee a semnalului; unitatea Universului este asigurată de o singură structură – structura atomică a materiei.
Toate datele obținute în observațiile astronomice au servit drept bază empirică a acestui model; pentru prelucrarea lor s-au folosit aparate matematice moderne. Această construcție s-a bazat pe determinismul și materialismul filozofiei raționaliste a timpurilor moderne. În ciuda contradicțiilor relevate (paradoxurile fotometrice și gravitaționale sunt consecințe ale extrapolării modelului la infinit), atractivitatea viziunii asupra lumii și consistența logică, precum și potențialul euristic, au făcut ca modelul newtonian să fie singurul acceptabil pentru cosmologi până în secolul XX. .
Necesitatea revizuirii vederilor asupra Universului a fost determinată de numeroasele descoperiri făcute în secolele al XIX-lea și al XX-lea: prezența presiunii ușoare, divizibilitatea unui atom, un defect de masă, un model de structură atomică, geometriile neplanare ale lui Riemann și Lobaciovski, dar numai odată cu apariția teoriei relativității, un nou model cuantic-relativist al universului.
Din ecuațiile teoriei speciale (SRT, 1905) și generale (GRT, 1916) a relativității de A. Einstein, rezultă că spațiul și timpul sunt interconectate într-o singură metrică, depind de materia în mișcare: la viteze apropiate de viteza de lumină, spațiul este comprimat, timpul este întins și aproape de mase puternice compacte spațiu-timp este curbat, astfel modelul Universului este geometrizat. Au existat chiar și încercări de a reprezenta întregul Univers ca un spațiu-timp curbat, ale cărui noduri și defecte au fost interpretate ca mase.
Einstein, rezolvând ecuații pentru Univers, a obținut un model care era limitat în spațiu și staționar. Dar, pentru a păstra staționaritatea, trebuia să introducă în soluție un termen lambda suplimentar, nesusținut empiric de nimic și echivalent în acțiunea sa cu câmpul opus gravitației la distanțe cosmologice. Cu toate acestea, în 1922-1924. A.A. Friedman a propus o soluție diferită a acestor ecuații, ceea ce presupunea posibilitatea obținerii a trei modele diferite ale Universului în funcție de densitatea materiei, dar toate cele trei modele erau nestaționare (în evoluție) - un model cu expansiune urmată de contracție, un model oscilant, și un model cu expansiune infinită. La acea vreme, respingerea staționarității Universului a fost un pas cu adevărat revoluționar și a fost perceput de oamenii de știință cu mare dificultate, deoarece părea să contrazică toate concepțiile științifice și filozofice consacrate asupra naturii, care duc inevitabil la creaționism.
Prima confirmare experimentală a nestationarității Universului a fost obținută în 1929 - Hubble a descoperit deplasarea spre roșu în spectrele galaxiilor îndepărtate, care, conform efectului Doppler, a indicat expansiunea Universului (această interpretare nu a fost împărtășită de toți cosmologii de la acel timp). În 1932-1933. Teoreticianul belgian J. Lemegre a propus un model al Universului cu „pornire la cald”, așa-numitul „Big Bang”. Dar în anii 1940 și 1950. Au fost propuse modele alternative (cu crearea de particule din câmpul c, din vid), păstrând staționaritatea Universului.
În 1964, oamenii de știință americani - astrofizicianul A. Penzias și radioastronomul K. Wilson au descoperit radiații relicte izotrope uniforme, indicând în mod clar un „început fierbinte” al Universului. Acest model a devenit dominant și a fost recunoscut de majoritatea cosmologilor. Cu toate acestea, chiar acest punct de „început”, punctul de singularitate a dat naștere multor probleme și dispute atât cu privire la mecanismul „Big Bang”, cât și pentru că comportamentul sistemului (Universul) în apropierea acestuia nu a putut fi descris în cadrul cadru de teorii științifice binecunoscute (temperatura și densitatea infinit de ridicate trebuiau combinate cu dimensiuni infinit de mici). În secolul XX. au fost prezentate multe modele ale Universului - de la cele care au respins teoria relativității ca bază, la cele care au schimbat un anumit factor din modelul de bază, de exemplu, „structura în fagure a Universului” sau teoria corzilor. Deci, pentru a înlătura contradicțiile asociate cu singularitatea, în 1980-1982. astronomul american P. Steinhart și astrofizicianul sovietic A. Linde au propus o modificare a modelului Universului în expansiune - modelul cu fază inflaționistă (modelul „Universului în plină desfășurare”), în care primele momente după „Big Bang” a primit o nouă interpretare. Acest model a continuat să fie rafinat și, mai târziu, a eliminat o serie de probleme și contradicții semnificative ale cosmologiei. Cercetările continuă și astăzi: ipoteza propusă de un grup de oameni de știință japonezi cu privire la originea câmpurilor magnetice primare este în acord cu modelul descris mai sus și ne permite să sperăm să dobândim noi cunoștințe despre etapele incipiente ale existenței Univers.
Ca obiect de cercetare, Universul este prea complex pentru a-l studia deductiv; metodele de extrapolare și modelare sunt cele care dau posibilitatea de a avansa în cunoașterea sa. Cu toate acestea, aceste metode necesită respectarea strictă a tuturor procedurilor (de la formularea problemei, alegerea parametrilor, gradul de similitudine dintre model și original, până la interpretarea rezultatelor obținute), și chiar cu îndeplinirea ideală a toate cerințele, rezultatele cercetării vor fi fundamental de natură probabilistică.
Matematizarea cunoștințelor, care îmbunătățește semnificativ capacitățile euristice ale multor metode, este o tendință generală în știința secolului XX. Cosmologia nu a făcut excepție: a apărut un fel de modelare mentală - modelarea matematică, metoda ipotezei matematice. Esența sa este că mai întâi se rezolvă ecuațiile, iar apoi se caută o interpretare fizică a soluțiilor obținute. Această procedură, care nu este tipică pentru știința trecută, are un potențial euristic colosal. Această metodă l-a determinat pe Friedman să creeze un model al Universului în expansiune, în acest fel a fost descoperit pozitronul și s-au făcut multe alte descoperiri importante în știință la sfârșitul secolului al XX-lea.
Modelele computerizate, inclusiv cele pentru modelarea Universului, s-au născut din dezvoltarea tehnologiei informatice. Pe baza acestora s-au perfecţionat modelele Universului cu fază inflaţionistă; la începutul secolului XXI. a procesat cantități mari de informații primite de la sonda spațială și a creat un model al dezvoltării Universului, ținând cont de „materia întunecată” și „energia întunecată”.
De-a lungul timpului, interpretarea multor concepte fundamentale s-a schimbat.
Vidul fizic nu mai este înțeles ca un vid, nu ca un eter, ci ca o stare complexă cu un conținut potențial (virtual) de materie și energie. În același timp, s-a constatat că corpurile și câmpurile spațiale cunoscute științei moderne constituie un procent nesemnificativ din masa Universului, iar cea mai mare parte a masei este conținută în „materia întunecată” și „energia întunecată” care se dezvăluie indirect. . Studii recente au arătat că o parte semnificativă a acestei energii acționează asupra expansiunii, întinderii și ruperii Universului, ceea ce poate duce la o accelerare fixă a expansiunii. În acest sens, scenariul viitorului posibil al Universului necesită o revizuire.Categoria timpului este una dintre categoriile cel mai discutate în cosmologie. Majoritatea cercetătorilor dau timpului un caracter obiectiv, dar conform tradiției care pleacă de la Augustin și I. Kant, timpul și spațiul sunt formele contemplației noastre, adică. sunt interpretate subiectiv. Timpul este considerat fie un parametru care nu depinde de niciun factor (un concept substanțial care provine de la Democrit și care stă la baza modelului clasic newtonian al Universului), fie ca un parametru asociat cu deplasarea materiei (un concept relațional care provine de la Aristotel). și a devenit baza modelului cuantic-relativist al Universului). Cel mai comun concept dinamic, reprezentând timpul ca în mișcare (vorbesc despre curgerea timpului), dar a fost propus conceptul opus - static. Timpul în diverse modele apare fie ciclic, fie finit, fie infinit și liniar. Esența timpului este cel mai adesea asociată cu cauzalitatea. Se discută probleme precum fundamentarea selecției momentului prezent al timpului, direcționalitatea acestuia, anizotropia, ireversibilitatea, universalitatea timpului, i.e. pentru toate stările Universului, timpul există și este întotdeauna unidimensional sau poate avea o dimensiune diferită și chiar să nu existe în anumite condiții (de exemplu, într-un punct de singularitate). Cea mai puțin dezvoltată este problema particularităților timpului în sisteme complexe: biologice, mentale, sociale.
Când se creează modele ale Universului, unele constante joacă un rol esențial - constanta gravitațională, constanta lui Planck, viteza luminii, densitatea medie a materiei, numărul de dimensiuni ale spațiului-timp. Investigand aceste constante, unii cosmologi au ajuns la concluzia că pentru alte valori ale acestor constante, forme complexe de materie nu ar exista în Univers, cu atât mai puțin viața, și cu atât mai mult mintea.
LISTA BIBLIOGRAFICĂ
V.V. Evsyukov Mituri despre Univers. Novosibirsk, 1988.
Latypov N.N., Beilin V.A., Vereshkov G.M. Vidul, particulele elementare și Universul. M., 2001.
Linde A.D. Fizica particulelor și cosmologie inflaționistă. M., 1990.
Nadtochaev A.C. Filosofie și știință în epoca antichității. M., 1990.
Novikov I.D. Evoluția Universului. M., 1990.
Pavlenko A.N. Cosmologia europeană: fundamentele turnurii epistemologice. M., 1997.
Hawking S. De la Big Bang la găurile negre. M., 1990.
Introducere
De mult timp, gândirea umană a încercat să rezolve problema originii lumii noastre, apariția și soarta ulterioară a universului. Această întrebare este una dintre întrebările eterne și, probabil, nu va înceta niciodată să excite mințile oamenilor. Diverse soluții la această problemă au fost propuse în momente diferite. Potrivit unuia dintre ei, lumea a fost creată și odată a început să existe; după alții, lumea este veșnică și nu are început. Sunt cunoscute și puncte de vedere conform cărora universul apare periodic și este distrus.
Originea și evoluția universului
Universul a apărut cu aproximativ 20 de miliarde de ani în urmă dintr-un prototip dens și fierbinte. Astăzi, se poate doar presupune ce a fost această substanță ancestrală a Universului, cum s-a format, ce legi a respectat și ce fel de procese au condus la expansiunea ei. Există un punct de vedere că de la bun început proto-materia a început să se extindă cu o viteză extraordinară. În stadiul inițial, această materie densă s-a împrăștiat, s-a împrăștiat în toate direcțiile și a fost un amestec omogen de particule instabile care se descompune în mod constant în ciocniri. Răcindu-se și interacționând de-a lungul a milioane de ani, toată această masă de materie împrăștiată în spațiu s-a concentrat în formațiuni gazoase mari și mici, care de-a lungul a sute de milioane de ani, convergând și contopindu-se, s-au transformat în complexe uriașe. În ele, la rândul lor, au apărut zone mai dense - acolo s-au format ulterior stele și chiar galaxii întregi. Ca urmare a instabilității gravitaționale, în diferite zone ale galaxiilor formate se pot forma „formațiuni protostelare” dense, cu mase apropiate de masa Soarelui. Procesul de compresie început se va accelera sub influența propriului câmp gravitațional. Acest proces însoțește căderea liberă a particulelor de nor în centrul său - are loc compresia gravitațională. În centrul norului se formează o compactare, constând din hidrogen molecular și heliu. O creștere a densității și a temperaturii la centru duce la dezintegrarea moleculelor în atomi, ionizarea atomilor și formarea unui nucleu dens al protostelei. Există o ipoteză despre natura ciclică a universului. Odată ce a ieșit dintr-un cheag superdens de materie. Universul, posibil deja în primul ciclu, a generat în sine miliarde de sisteme stelare și planete. Dar apoi, inevitabil, Universul începe să lupte pentru starea din care a început istoria ciclului, deplasarea spre roșu este înlocuită cu violet, raza Universului scade treptat și, în final, materia Universului revine la originea ei. stare supradensă, distrugând fără milă toată viața pe drumul către ea. Și așa se repetă de fiecare dată, în fiecare ciclu pentru eternitate! Până la începutul anilor '30, se credea că principalii constituenți ai Universului erau galaxiile, fiecare dintre acestea fiind, în medie, formată din 100 de miliarde de stele. Soarele, împreună cu sistemul planetar, intră în Galaxia noastră, cea mai mare parte a stelelor pe care le observăm sub forma Căii Lactee. Cu excepția stelelor și planetelor. Galaxia conține o cantitate semnificativă de gaze rarefiate și praf cosmic. Fie că Universul este finit sau infinit, care este geometria lui - acestea și multe alte întrebări sunt legate de evoluția Universului, în special de expansiunea observată. Dacă, așa cum se crede în prezent, viteza de „împrăștiere” galaxiilor crește cu 75 km/s pentru fiecare milion de parsecs, atunci extrapolarea în trecut duce la un rezultat uimitor: cu aproximativ 10-20 de miliarde de ani în urmă, întregul Universul a fost concentrat într-o regiune foarte mică... Mulți oameni de știință cred că la acea vreme densitatea universului era aceeași cu cea a unui nucleu atomic. Mai simplu spus, Universul era atunci o „picătură nucleară” gigantică. Din anumite motive, această „picătură” a intrat într-o stare instabilă și a explodat. Observăm acum consecințele acestei explozii ca sisteme de galaxii. Cea mai gravă lovitură adusă inviolabilității Universului a fost dată de rezultatele măsurătorilor vitezelor de recesiune a galaxiilor obținute de celebrul om de știință american E. Hubble. El a descoperit că orice galaxie se îndepărtează de noi în medie cu o viteză proporțională cu distanța până la ea. Această descoperire a distrus în cele din urmă ideea unui Univers static, de neclintit, care exista încă de pe vremea lui Aristotel, care, totuși, fusese deja zguduit în legătură cu descoperirea evoluției stelelor. Aceasta înseamnă că galaxiile nu sunt deloc felinare cosmice suspendate la distanțe egale unele de altele și, în plus, din moment ce se îndepărtează, atunci cândva în trecut ar fi trebuit să fie mai aproape de noi. Cu aproximativ 20 de miliarde de ani în urmă, toate galaxiile, se pare, erau concentrate într-un punct, de la care a început expansiunea rapidă a Universului până la dimensiunea actuală. Dar unde este acest punct? Răspuns: nicăieri și în același timp peste tot; este imposibil de indicat locația sa, ar contrazice principiul de bază al cosmologiei. O altă comparație poate ajuta la înțelegerea acestei afirmații. Conform teoriei generale a relativității, prezența materiei în spațiu duce la curbura acesteia. Dacă aveți suficientă materie, puteți construi un model de spațiu curbat. Deplasându-ne de-a lungul solului într-o singură direcție, în cele din urmă, după ce trecem 40.000 km, trebuie să ne întoarcem la punctul de plecare. Într-un univers curbat, la fel se va întâmpla, dar după 40 de miliarde de ani lumină; în plus, „roza vânturilor” nu se limitează la cele patru părți ale lumii, ci include și direcții în sus și în jos. Deci, Universul seamănă cu o minge gonflabilă pe care sunt desenate galaxii și, ca pe un glob, sunt trasate paralele și meridiane pentru a determina poziția punctelor; dar în cazul Universului, este necesar să se folosească nu două, ci trei dimensiuni pentru a determina poziția galaxiilor. Expansiunea Universului seamănă cu procesul de umflare a acestui balon: poziția relativă a diferitelor obiecte pe suprafața sa nu se schimbă, nu există puncte marcate pe balon. Pentru a estima cantitatea totală de materie din univers, trebuie doar să numărați toate galaxiile din jurul nostru. Procedând astfel, vom primi mai puține substanțe decât este necesar pentru a închide, potrivit lui Einstein, „balonul” Universului. Există modele ale universului deschis, a căror interpretare matematică este la fel de simplă și care explică lipsa materiei. Pe de altă parte, se poate dovedi că în Univers nu există doar materie sub formă de galaxii, ci și materie invizibilă în cantitatea necesară pentru ca Universul să fie închis; controversele pe această temă încă nu se potolesc.
Rolul creator al vidului fizic
Pronunțând cuvântul „vid”, de obicei ne imaginăm un mediu extrem de rarefiat, care fie este investigat în laboratoare speciale, fie observat în spațiul cosmic. Totuși, vidul nu este gol, ci ceva complet diferit: o stare specială, inobservabilă în viața de zi cu zi a materiei, numită vid fizic.
Desigur, nu există particule obișnuite (reale) în spațiul gol, dar teoria cuantică prezice existența multor alte particule, numite virtuale. Astfel de particule sunt capabile să se transforme în unele reale în anumite condiții.
Durata de viață a particulelor cu masă me este de aproximativ
cu. Această valoare este foarte mică și vorbesc nu atât de mult despre „viață”, cât despre o explozie de viață pe termen scurt de particule și câmpuri foarte ciudate asociate cu acestea.Deci, marea de particule neobservabile, gata în anumite condiții să se transforme într-una obișnuită.
Starea unui vid fizic poate fi caracterizată prin cea mai mică valoare energetică a unor astfel de câmpuri cuantice precum un câmp scalar, care ar trebui să existe în vid. Acest câmp este asociat cu particula ipotetică Higgs (numită după omul de știință Higgs care a propus-o), care este un exemplu de boson supergreu, a cărui masă poate fi în
ori masa unui proton. Astfel de particule se pot naște la o temperatură de K. Există proiecte de acceleratoare uriașe, unde, observând interacțiunea particulelor, oamenii de știință speră să confirme realitatea existenței lui Higgs.Unul dintre proiecte este planificat de ingineri și fizicieni americani la sfârșitul secolului. Va fi un accelerator de fascicul de ciocnire foarte puternic, iar magneții supraconductori vor fi folosiți pentru a reduce consumul de energie într-o instalație inelă cu o circumferință de 84 km. Viitorul accelerator a fost numit superconductor SSC.
Una dintre proprietățile uimitoare ale vidului fizic este asociată cu faptul că creează presiune negativă și, prin urmare, poate fi o sursă de forțe de respingere în natură. Această proprietate joacă un rol extrem de important în scenariul „Universului umflat”.
Paradoxurile unui univers staționar
În 1744, astronomul elvețian Jean Philippe de Chezot a descoperit paradoxul fotometric asociat cu presupusa infinitate a universului. Esența sa este următoarea: dacă există nenumărate stele în universul infinit, atunci în orice direcție privirea unui observator pământesc s-ar ciocni cu siguranță de vreo stea și atunci cerul ar avea o strălucire comparabilă cu strălucirea soarelui, care nu este de fapt observată. În 1826, astronomul german Heinrich Olbers a ajuns independent la aceleași concluzii. De atunci, paradoxul fotometric a fost numit după paradoxul Shezo-Olbers. Oamenii de știință au încercat în diferite moduri să elimine acest paradox, presupunând aranjarea neuniformă a stelelor sau absorbția luminii de către norii interstelari de gaz și praf, așa cum au încercat să facă Shezo și Olbers. Totuși, așa cum s-a arătat mai târziu, norii de gaz și praf au trebuit să se încălzească și să reemită ei înșiși razele absorbite, iar acest fapt nu a permis evitarea paradoxului fotometric.
În 1895, astronomul german Hugo Seeeliger a descoperit paradoxul gravitațional, asociat și cu presupusa infinitate a universului. Esența sa este următoarea: dacă într-un univers infinit există nenumărate stele (mase) distribuite uniform, atunci forța lor gravitațională care acționează asupra oricărui corp devine fie infinit de mare, fie nedefinită (în funcție de metoda de calcul), ceea ce nu este observat. Și în acest caz, s-au făcut încercări de a evita paradoxul gravitațional, presupunând o formulă diferită pentru forța gravitațională în legea gravitației, sau, presupunând că densitatea de masă în univers este aproape de zero. Dar observațiile precise ale mișcării planetelor în sistemul solar au respins aceste presupuneri. Paradoxul a rămas valabil.
Din punct de vedere istoric, conceptul de Univers a evoluat întotdeauna în cadrul modelelor mentale ale Universului, începând cu miturile antice. În mitologia aproape oricărui popor, miturile despre Univers - originea, esența, structura sa, relațiile și posibilele motive pentru sfârșit - ocupă un loc semnificativ. În cele mai multe mituri antice, lumea (Universul) nu este eternă, ea este creată de forțe superioare dintr-un anumit principiu fundamental (substanță), de obicei din apă sau din haos. Timpul în conceptele cosmogonice antice este cel mai adesea ciclic, adică. evenimentele nașterii, existenței și morții Universului se succed în cerc, ca toate obiectele din natură. Universul este un singur întreg, toate elementele sale sunt interconectate, profunzimea acestor conexiuni este diferită până la posibile interconversii, evenimentele se succed, înlocuindu-se (iarna și vara, zi și noapte). Această ordine mondială se opune haosului. Spațiul lumii este limitat. Puterile superioare (uneori zeii) sunt fie creatorii Universului, fie gardienii ordinii mondiale. Structura Universului în mituri implică mai multe straturi: alături de lumea manifestată (de mijloc), există lumile superioare și inferioare, axa Universului (adesea sub forma arborelui lumii sau muntelui), centrul lumii. este un loc dotat cu proprietăți sacre deosebite, există o legătură între straturile individuale ale lumii. Existența lumii este considerată regresivă – de la „epoca de aur” până la declin și distrugere. Un om în miturile antice poate fi un analog al întregului Cosmos (întreaga lume este creată dintr-o creatură uriașă, similară unui om uriaș), ceea ce întărește legătura dintre om și Univers. În modelele antice, omul nu ocupă niciodată centrul scenei. În secolele VI-V. î.Hr. sunt create primele modele natural-filosofice ale Universului, cele mai dezvoltate în Grecia Antică. Conceptul suprem în aceste modele este Cosmosul ca întreg unic, frumos și legal. Întrebarea despre cum s-a format lumea este completată de întrebarea din ce este făcută lumea, cum se schimbă. Răspunsurile nu mai sunt formulate într-un limbaj figurat, ci într-un limbaj abstract, filozofic. Timpul în modele este cel mai adesea și ciclic, dar spațiul este, desigur. Ca substanță, ambele elemente separate (apă, aer, foc - în școala lui Milet și în Heraclit), un amestec de elemente și un singur Cosmos nemișcat, indivizibil (printre Eleati), un număr ontologizat (în rândul pitagoreenilor), unităţi structurale indivizibile - atomi care asigură unitatea lumii - la Democrit. Este modelul Universului lui Democrit care este infinit în spațiu. Filosofii naturii au determinat statutul obiectelor cosmice - stele și planete, diferențele dintre ele, rolul și aranjarea lor reciprocă în Univers. În majoritatea modelelor, mișcarea joacă un rol esențial. Cosmosul este construit după o singură lege - Logosul, iar omul este și el subordonat acestei legi - un microcosmos, o copie redusă a Cosmosului. Dezvoltarea vederilor pitagorice, geometrizând Cosmosul și pentru prima dată prezentându-l clar sub forma unei sfere care se învârte în jurul și înconjurat de un foc central, a fost întruchipată în dialogurile de mai târziu ale lui Platon. Timp de multe secole, vârful logic al vederilor antichității asupra Cosmosului a fost considerat modelul lui Aristotel, prelucrat matematic de Ptolemeu. Într-o formă oarecum simplificată, acest model, susținut de autoritatea bisericii, a existat de aproximativ 2 mii de ani. După Aristotel, Universul: o este un întreg atotcuprinzător, format din totalitatea tuturor corpurilor percepute; o este unic; o finit spațial, limitat de sfera cerească extremă, în spatele ei „nu există nici gol, nici loc”; o etern, fără început și fără sfârșit în timp. În același timp, Pământul este nemișcat și este situat în centrul Universului, cel pământesc și cel ceresc (supra-lună) sunt absolut opuse în compoziția lor fizico-chimică și natura mișcării. În secolele X1V-XVI, în timpul Renașterii, au reapărut modelele natural-filosofice ale Universului. Ele se caracterizează, pe de o parte, printr-o întoarcere la lărgimea și viziunile filozofice ale antichității și, pe de altă parte, printr-o logică și matematică stricte moștenite din Evul Mediu. Ca urmare a cercetărilor teoretice, Nikolai Kuzansky, N. Copernic, J. Bruno propun modele ale Universului cu spațiu infinit, timp liniar ireversibil, un sistem solar heliocentric și multe lumi asemănătoare. G. Galileo, continuând această tradiție, a investigat legile mișcării - proprietatea inerției și a fost primul care a folosit în mod conștient modele mentale (construcții care au devenit ulterior baza fizicii teoretice), un limbaj matematic pe care el îl considera limbajul universal al Univers, o combinație de metode empirice și o ipoteză teoretică pe care experiența ar trebui să confirme sau să infirme și, în sfârșit, observații astronomice cu un telescop, care au extins semnificativ posibilitățile științei. G. Galilei, R. Descartes, I. Kepler au pus bazele ideilor moderne fizice și cosmogonice despre lume, și pe baza lor și pe baza legilor mecanicii descoperite de Newton la sfârșitul secolului al XVII-lea. s-a format primul model cosmologic științific al Universului, numit Newtonianul clasic. Conform acestui model, Universul: O este static (staționar), adică. neschimbat în medie în timp; Despre omogen - toate punctele sale sunt egale; O izotrop - toate direcțiile sunt egale; o etern și infinit spațial, iar spațiul și timpul sunt absolute - nu depind unul de celălalt și de masele în mișcare; O are o densitate diferită de zero a materiei; O are o structură pe deplin inteligibilă în limbajul sistemului existent de cunoaștere fizică, ceea ce înseamnă extrapolarea infinită a legilor mecanicii, legea gravitației universale, care sunt legile de bază pentru mișcarea tuturor corpurilor cosmice. În plus, principiul acțiunii la distanță este aplicabil în Univers, adică. propagare instantanee a semnalului; unitatea Universului este asigurată de o singură structură – structura atomică a materiei. Toate datele obținute în observațiile astronomice au servit drept bază empirică a acestui model; pentru prelucrarea lor s-au folosit aparate matematice moderne. Această construcție s-a bazat pe determinismul și materialismul filozofiei raționaliste a timpurilor moderne. În ciuda contradicțiilor relevate (paradoxurile fotometrice și gravitaționale sunt consecințe ale extrapolării modelului la infinit), atractivitatea viziunii asupra lumii și consistența logică, precum și potențialul euristic, au făcut ca modelul newtonian să fie singurul acceptabil pentru cosmologi până în secolul XX. . Necesitatea revizuirii vederilor asupra Universului a fost determinată de numeroasele descoperiri făcute în secolele al XIX-lea și al XX-lea: prezența presiunii ușoare, divizibilitatea unui atom, un defect de masă, un model de structură atomică, geometriile neplanare ale lui Riemann și Lobaciovski, dar numai odată cu apariția teoriei relativității, un nou model cuantic-relativist al universului. Din ecuațiile teoriei speciale (SRT, 1905) și generale (GRT, 1916) a relativității de A. Einstein, rezultă că spațiul și timpul sunt interconectate într-o singură metrică, depind de materia în mișcare: la viteze apropiate de viteza de lumină, spațiul este comprimat, timpul este întins și aproape de mase puternice compacte spațiu-timp este curbat, astfel modelul Universului este geometrizat. Au existat chiar și încercări de a reprezenta întregul Univers ca un spațiu-timp curbat, ale cărui noduri și defecte au fost interpretate ca mase. Einstein, rezolvând ecuații pentru Univers, a obținut un model care era limitat în spațiu și staționar. Dar, pentru a păstra staționaritatea, trebuia să introducă în soluție un termen lambda suplimentar, nesusținut empiric de nimic și echivalent în acțiunea sa cu câmpul opus gravitației la distanțe cosmologice. Cu toate acestea, în 1922-1924. A.A. Friedman a propus o soluție diferită a acestor ecuații, ceea ce presupunea posibilitatea obținerii a trei modele diferite ale Universului în funcție de densitatea materiei, dar toate cele trei modele erau nestaționare (în evoluție) - un model cu expansiune urmată de contracție, un model oscilant, și un model cu expansiune infinită. La acea vreme, respingerea staționarității Universului a fost un pas cu adevărat revoluționar și a fost perceput de oamenii de știință cu mare dificultate, deoarece părea să contrazică toate concepțiile științifice și filozofice consacrate asupra naturii, care duc inevitabil la creaționism. Prima confirmare experimentală a instabilității ™ a Universului a fost obținută în 1929 - Hubble a descoperit deplasarea către roșu în spectrele galaxiilor îndepărtate, care, conform efectului Doppler, a indicat expansiunea Universului (această interpretare nu a fost împărtășită de toți cosmologii). în acel moment). În 1932-1933. Teoreticianul belgian J. Lemaitre a propus un model al Universului cu „pornire la cald”, așa-numitul „Big Bang”. Dar în anii 1940 și 1950. Au fost propuse modele alternative (cu crearea de particule din câmpul c, din vid), păstrând staționaritatea Universului. În 1964, oamenii de știință americani - astrofizicianul A. Penzias și radioastronomul K. Wilson au descoperit radiații relicte izotrope uniforme, indicând în mod clar un „început fierbinte” al Universului. Acest model a devenit dominant și a fost recunoscut de majoritatea cosmologilor. Cu toate acestea, chiar acest punct de „început”, punctul de singularitate a dat naștere multor probleme și dispute atât cu privire la mecanismul „Big Bang”, cât și pentru că comportamentul sistemului (Universul) în apropierea acestuia nu a putut fi descris în cadrul cadru de teorii științifice binecunoscute (temperatura și densitatea infinit de ridicate trebuiau combinate cu dimensiuni infinit de mici). În secolul XX. au fost prezentate multe modele ale Universului - de la cele care au respins teoria relativității ca bază, la cele care au schimbat un anumit factor din modelul de bază, de exemplu, „structura în fagure a Universului” sau teoria corzilor. Deci, pentru a înlătura contradicțiile asociate cu singularitatea, în 1980-1982. astronomul american P. Steinhart și astrofizicianul sovietic A. Linde au propus o modificare a modelului Universului în expansiune - un model cu fază inflaționistă (un model al unui „Univers care se umflă”), în care primele momente după „Big Bang” a primit o nouă interpretare. Acest model a continuat să fie rafinat și, mai târziu, a eliminat o serie de probleme și contradicții semnificative ale cosmologiei. Cercetările nu se opresc astăzi: ipoteza propusă de un grup de oameni de știință japonezi cu privire la originea câmpurilor magnetice primare este în acord cu modelul descris mai sus și ne permite să sperăm să dobândim noi cunoștințe despre etapele incipiente ale existenței Univers. Ca obiect de cercetare, Universul este prea complex pentru a-l studia deductiv; metodele de extrapolare și modelare sunt cele care dau posibilitatea de a avansa în cunoașterea sa. Cu toate acestea, aceste metode necesită respectarea strictă a tuturor procedurilor (de la formularea problemei, alegerea parametrilor, gradul de similitudine dintre model și original, până la interpretarea rezultatelor obținute), și chiar cu îndeplinirea ideală a toate cerințele, rezultatele cercetării vor fi fundamental probabilistice. Matematizarea cunoștințelor, care îmbunătățește semnificativ capacitățile euristice ale multor metode, este o tendință generală în știința secolului XX. Cosmologia nu a făcut excepție: a apărut un fel de modelare mentală - modelarea matematică, metoda ipotezei matematice. Esența sa este că mai întâi se rezolvă ecuațiile, iar apoi se caută o interpretare fizică a soluțiilor obținute. Această procedură, care nu este tipică pentru știința trecută, are un potențial euristic colosal. Această metodă l-a determinat pe Friedman să creeze un model al Universului în expansiune, în acest fel a fost descoperit pozitronul și s-au făcut multe alte descoperiri importante în știință la sfârșitul secolului al XX-lea. Modelele computerizate, inclusiv cele pentru modelarea Universului, s-au născut din dezvoltarea tehnologiei informatice. Pe baza acestora s-au perfecţionat modelele Universului cu fază inflaţionistă; la începutul secolului XXI. a procesat cantități mari de informații primite de la sonda spațială și a creat un model al dezvoltării Universului, ținând cont de „materia întunecată” și „energia întunecată”. De-a lungul timpului, interpretarea multor concepte fundamentale s-a schimbat. Vidul fizic nu mai este înțeles ca un vid, nu ca un eter, ci ca o stare complexă cu un conținut potențial (virtual) de materie și energie. În același timp, s-a constatat că corpurile și câmpurile spațiale cunoscute științei moderne constituie un procent nesemnificativ din masa Universului, iar cea mai mare parte a masei este conținută în „materia întunecată” și „energia întunecată” care se dezvăluie indirect. . Studiile din ultimii ani au arătat că o parte semnificativă a acestei energii acționează asupra expansiunii, întinderii și ruperii Universului, ceea ce poate duce la o accelerare fixă a expansiunii)
