Сучасні уявлення про мегасвіт

Введення

Величезне практичне значення науки в XX ст. зробило її тією областю знання, до якої масова свідомість випробовує глибоку пошану. Слово науки вагоме, і тому мальована нею картина Всесвіту часто приймається за точну фотографію реальної дійсності, як вона є насправді, незалежно від нас. Адже наука і претендує на цю роль – безпристрасного і точного дзеркала, що відображає мир в строгих поняттях і струнких математичних обчисленнях. Проте за звичним, корениться ще в епосі Освіти довір'ям до висновків науки, часто забувається, що вона – система знань, що розвивається і рухома, що способи бачення, властиві їй, мінливі. А це означає, що сьогоднішня картина Всесвіту не рівна вчорашньою. Повсякденна свідомість все ще живе науковою картиною минулих років і століть, а сама наука вже втекла далеко уперед і малює деколи речі такі парадоксальні, що сама її об'єктивність і безсторонність починає здаватися міфом.

Сучасна астрофізика впритул підійшла до вивчення ряду природних процесів, які не мають поки задовільного пояснення в рамках існуючих знань і розуміння яких, ймовірно, зажадає вихід за межі фундаментальних загальноприйнятих теорій. Йдеться, зокрема, про такі проблеми, як природа колосальних космічних енергій, могутніх фізичних процесів, що протікають в ядрах галактик і квазарах, поведінка матерії в умовах надвисокої густини, взаємозв'язок процесів мікро- і мегасвіту, властивості вакууму і деякі інші. Проте наука, безумовно, успішно вирішить ці питання, відкривши нові природні закономірності, що не мають нічого спільного з потойбічними силами.

Зі всього сказаного вище можна зробити наступні висновки: по-перше, у зв'язку з тим, що науки про Всесвіт в даний час переживають період надзвичайно швидкого розвитку, принципові відкриття в цій області, що вимагають кардинального перегляду звичних уявлень, слідують одне за іншим.

1. Сучасні науки про мегасвіт

1.1 Астрономія як наука

Зірки вивчає астрономія – наука про будову і розвиток космічних тіл і їх систем. Ця класична наука переживає в XX в. свою другу молодість у зв'язку з бурхливим розвитком техніки наглядів – основного свого методу досліджень: телескопів-рефлекторів, приймачів випромінювання (антен) і т.п. В СРСР в 1974 р. вступив в дію в Ставропольськім краї рефлектор з діаметром дзеркала 6 м, вбираючий світла в мільйони раз більше, ніж людське око.

В астрономії досліджуються радіохвилі, світло, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське випромінювання і гамма-промені. Астрономія ділиться на небесну механіку, радіоастрономію, астрофізику і інші дисципліни.

Особливе значення придбаває в даний час астрофізика – частина астрономії, що вивчає фізичні і хімічні явища, що відбуваються в небесних тілах, їх системах і в космічному просторі. На відміну від фізики, в основі якій лежить експеримент, астрофізика ґрунтується головним чином на наглядах. Але у багатьох випадках умови, в яких знаходиться речовина в небесних тілах і системах відрізняється від доступних сучасним лабораторіям. Завдяки цьому астрофізичні дослідження приводять до відкриття нових фізичних закономірностей.

Власне значення астрофізики визначається тим, що в даний час основна увага в релятивістській космології переноситься на фізику Всесвіту – стан речовини і фізичні процеси, що йдуть на різних стадіях розширення Всесвіту, включаючи найраніші стадії.

Один з основних методів астрономії – спектральний аналіз. Якщо пропустити промінь білого сонячного світла через вузьку щілину, а потім крізь скляну тригранну призму, він розпадається на складові кольору і на екрані з'явиться веселкова колірна смужка з поступовим переходом від червоного до фіолетового – безперервний спектр. Червоний кінець спектру утворений промінням, що якнайменше відхиляється при проходженні через призму, фіолетовий – самими відхилюваними. Кожному хімічному елементу відповідають цілком певні спектральні лінії, що і дозволяє використовувати даний метод для вивчення речовин.

На жаль, короткохвильові випромінювання – ультрафіолетові, рентгенівські і гамма-промені – не проходять крізь атмосферу Землі, і тут на допомогу астрономам приходить наука, яка до недавнього часу розглядалася як, перш за все технічна – космонавтика, що забезпечує освоєння космосу для потреб людства з використанням літальних апаратів.

1.2 Космологія як вчення про всесвіт

Всесвіт в цілому вивчає космологія (тобто наука про Космос). Слово це теж не випадкове. Хоча зараз космосом називають все, що знаходиться за межами атмосфери Землі, не так було в Стародавній Греції. Космос тоді приймався як «порядок», «гармонія», в протилежність хаосу – «безладдю». Таким чином, десмологія, в основі своїй, як і личить науці, відкриває впорядкованість нашого світу і націлена на пошук законів його функціонування. Відкриття цих законів і є метою вивчення Всесвіту як єдиного впорядкованого цілого.

Це вивчення тримається на декількох передумовах. По-перше, формульовані фізикою універсальні закони функціонування світу вважаються діючими у всьому Всесвіті.

Висновки космології називаються моделями походження і розвитку Всесвіту. Річ у тому, що одним з основних принципів сучасного природознавства є уявлення про можливість проведення у будь-який час керованого і відтворного експерименту над об'єктом, що вивчається. Тільки якщо можна провести нескінченну у принципі кількість експериментів, і всі вони приводять до одного результату, на основі цих експериментів роблять висновок про наявність закону, якому підкоряється функціонування даного об'єкту. Лише в цьому випадку результат вважається цілком достовірним з наукової точки зору.

Прийнято вважати, що основні положення сучасної космології – науки про будову і еволюцію Вселеної – почали формуватися після створення в 1917 р. А. Ейнштейном першої релятивістської моделі, заснованої на теорії гравітації і претендуюча на опис всього Всесвіту. Дана модель характеризувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні нагляди, виявилася невірною.

1.3 Теорія відносності і космологія

Всесвіт міг утворитися з «нічого», тобто з «збудженого вакууму». Така гіпотеза, звичайно, не є вирішальним підтвердженням існування Бога. Адже все це могло відбутися відповідно до законів фізики природним шляхом без втручання ззовні. І в цьому випадку наукові гіпотези не підтверджують і не спростовують релігійні догми, які лежать по той бік емпірично підтверджуваного і заперечуваного природознавства.

На цьому дивне в сучасній фізиці не кінчається. Відповідаючи на прохання журналіста висловити суть теорії відносності в одній фразі, Ейнштейн сказав: «раніше вважали, що якби зі Всесвіту зникла вся матерія, той простір і час збереглися б; теорія відносності затверджує, що разом з матерією зникли б також простір і час».

Відзначимо, що теорія відносності відповідає двом різновидам моделі Всесвіту, що розширяється. В першій з них кривизна простору-часу негативна або в межі рівна нулю; в цьому варіанті всі відстані з часом необмежено зростають. В другому різновиді моделі кривизна позитивна, простір кінцевий, і в цьому випадку розширення з часом замінюється стисненням. В обох варіантах теорія відносності узгоджується з нинішнім емпірично підтвердженим розширенням Всесвіту.

Дозвільний розум неминуче задається питаннями: що ж було тоді, коли не було нічого і що знаходиться за межами розширення? Перше питання очевидно суперечливе сам по собі, другий виходить за рамки конкретної науки. Астроном може сказати, що як учений він не має права відповідати на такі питання. Але оскільки вони все ж таки виникають, формулюються і можливі обґрунтовування відповідей, які є не стільки науковими, скільки натурфілософськими.

Так, проводиться відмінність між термінами «нескінченний» і «безмежний». Прикладом нескінченності, яка не безмежна, служить поверхня Землі: ми можемо йти по ній нескінченно довго, але, проте, вона обмежена атмосферою зверху і земною корою знизу. Всесвіт також може бути нескінченним, але обмеженої. З другого боку, відома точка зору, відповідно до якої в матеріальному світі не може бути нічого нескінченного, тому що він розвивається у вигляді кінцевих систем з петлями зворотного зв'язку, якими ці системи створюються в процесі перетворення середовища.

2. Всесвіт як система об'єктів

2.1 Загальна характеристика Всесвіту

Всесвіт є найкрупнішою речовинною системою, тобто систему об'єктів, що складаються з речовини. Іноді поняття «речовину» ототожнюють з поняттям «матерія». Таке ототожнення може привести до помилкових висновків. Матерія – поняття найзагальніше, тоді як речовина – це лише одна з форм її існування. В сучасному уявленні розрізняють три взаємозв'язані форми матерії: речовина, поле і фізичний вакуум. Речовина складається з дискретних частинок, що проявляють хвильові властивості. Для мікрочастинок характерна подвійна корпускулярно-хвильова природа. Фізичний вакуум, його властивості поки пізнані набагато гірше за багато речовинних систем і структури. За сучасним визначенням, фізичний вакуум – це нульові флюктуіруючі поля, з якими пов'язані віртуальні частинки. Фізичний вакуум виявляється при взаємодії з речовиною на його глибинних рівнях. Передбачається, що вакуум і речовина нероздільні і жодна речовинна частинка не може бути ізольована від його присутності і впливу. Відповідно до концепції самоорганізації фізичний вакуум виступає в ролі зовнішнього середовища для Всесвіту.

Значення терміну «Всесвіт» вже і придбало специфічно наукове звучання. Всесвіт – місце вселення людини, доступне емпіричному нагляду. Поступове звуження наукового значення терміну «Всесвіт» цілком зрозуміло, оскільки природознавство, на відміну від філософії, має справу тільки з тим, що емпірично що перевіряється сучасними науковими методами.

До Всесвіту це методологічне правило залишається непридатним. Наука формулює універсальні закони, а Всесвіт унікальний. Ця суперечність, яка вимагає вважати всі висновки про походження і розвиток Всесвіту не законами, а лише моделями, тобто можливими варіантами пояснення. Строго кажучи, всі закони і наукові теорії є моделями, оскільки вони можуть бути замінені в процесі розвитку науки іншими концепціями, але моделі Всесвіту як би більшою мірою моделі, ніж багато інших наукових тверджень.

2.2 Поняття галактики, метагалактики

Ми знаємо, що наше Сонце дає необхідну для нашого існування енергію. Галактики, і Сонце не тільки забезпечує нас енергією. Астрономічні нагляди показують, що з ядер галактик походить безперервне закінчення водню. Таким чином, ядра галактик є фабриками по виробництву основного будівельного матеріалу Всесвіту – водню

Водень, атом якого складається з одного протона в ядрі і одного електрона на його орбіті, є найпростішою «цеглинкою», з якої в надрах зірок утворюються в процесі атомних реакцій складніші атоми. Причому виявляється, що зірки абсолютно не випадково мають різну величину. Чим більше маса зірки, тим більше складні атоми синтезуються в її надрах.

Наше Сонце як звичайна зірка «проводить» тільки гелій з водню, дуже масивні зірки «проводять» вуглець – головну «цеглинку» живої речовини. Ось для чого потрібні галактики і зірки. А для чого потрібна Земля? Вона проводить всі необхідні речовини для підтримки життя людини. А для чого існує людина? На це питання не може відповісти наука, але вона може примусити нас ще раз задуматися над ним.

Якщо «запалення» зірок комусь потрібне, то може і людина комусь потрібен? Наукові дані допомагають нам сформулювати уявлення про наше призначення, про значення нашого життя. Звертатися при відповіді на ці питання до еволюції Вселеної – це, значить, мислити космічно. Природознавство учить мислити космічно, в той же час, не відриваючись від реальності нашого буття.

Питання про освіту і будову галактик – наступне важливе питання походження Всесвіту. Його вивчає не тільки космологія як наука про Всесвіт – єдиному цілому, але також і космогонія – область науки, в якій вивчається походження і розвиток космічних тіл і їх систем.

Галактика є гігантськими скупченнями зірок і їх систем, що мають свій центр і різну, не тільки сферичну, але часто спіральну, еліптичну, сплюснуту або взагалі неправильну форму. Галактик мільярди і в кожній з них налічуються мільярди зірок.

Наша галактика називається Чумацький Шлях і складається з 150 млрд. зірок.

Найближча до нашої галактики – «туманність Андромеди». Вона названа так тому, що саме в сузір'ї Андромеди в 1917 г. був відкритий перший позагалактичний об'єкт. Його приналежність до іншої галактики була доведена в 1923 р. Е. Хабблом, шляхом спектрального аналізу в цьому об'єкті зірки, що знайшов. Пізніше були знайдені зірки і в інших туманностях.

А в 1963 р. були відкриті квазари – наймогутніші джерела радіовипромінювання у Всесвіті з світимістю в сотні раз більшої світимості галактик і розмірами в десятки разів меншими їх. Було припущено, що квазари є ядрами нових галактик і, отже, процес утворення галактик продовжується і понині.

2.3 Теорії еволюції Всесвіту

Еволюція Всесвіту, починаючи з Великим вибухом, розглядається як сумісний розвиток мікро- і макроявищ, включаючи процеси диференціації і ускладнення в мікро- і макрогілках еволюції.

Наш Всесвіт бере участь в закономірному еволюційному процесі.