Модель расширяющейся Вселенной
Модель Вселенной Эйнштейна стала первой космологической моделью, базирующейся на выводах общей теории относительности. Это связано с тем, что именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях. Поэтому теоретическим ядром современной космологии выступает теория тяготения – общая теория относительности. Эйнштейн допускал в своей космологической модели наличие некой гипотетической отталкивающей силы, которая должна была обеспечить стационарность, неизменность Вселенной. Однако последующее развитие естествознания внесло существенные коррективы в это представление.
Пять лет спустя, в 1922 г., советский физик и математик А. Фридман на основе строгих расчетов показал, что Вселенная Эйнштейна не может быть стационарной, неизменной. При этом Фридман опирался на сформулированный им космологический принцип, который строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной: мы можем проводить наблюдения в любой из них, и везде увидим изотропную Вселенную.
Фридман на основе космологического принципа доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и другие, нестационарные решения, согласно которым Вселенная может либо расширяться, либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.
Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверждения. Однако в 1929 г. американский астроном Э. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра). Это было истолковано как следствие эффекта Допплера – изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. «Красное смещение» было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием. Согласно последним измерениям увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек.
В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, что Вселенная – это мир галактик, что наша Галактика – не единственная в ней, что существует множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Вместе с тем Хаббл пришел к выводу, что межгалактические расстояния не остаются постоянными, а увеличиваются. Таким образом, в естествознании появилась концепция расширяющейся Вселенной.
Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Фридман предложил три модели развития Вселенной.
В первой модели Вселенная расширяется медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и в конце концов прекращалось. После этого Вселенная начинала сжиматься. В этой модели пространство искривляется, замыкаясь на себя, образуя сферу. Во второй модели Вселенная расширялась бесконечно, а пространство искривлено как поверхность седла и при этом бесконечно. В третьей модели Фридмана пространство плоское и тоже бесконечное.
По какому из этих трех вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества.
Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют открытой Вселенной. Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно большой плотностью). Такой вариант модели назван осциллирующей, или закрытой, Вселенной. В граничном случае, когда силы гравитации точно равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.
Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающегося мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения. Когда Э. Хаббл показал, что далекие галактики разбегаются друг от друга со все возрастающей скоростью, был сделан однозначный вывод о том, что наша Вселенная расширяется. Но расширяющаяся Вселенная – это изменяющаяся Вселенная, мир со всей своей историей, имеющий начало и конец. Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что оно не менее 10 млрд и не более 19 млрд лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд лет. Таков приблизительный возраст нашей Вселенной.
- Содержание
- Предисловие
- Раздел I. Введение Глава 1 предмет, содержание и задачи учебного курса «концепции современного естествознания»
- Наука в системе мировоззрения и современного миропонимания
- Наука в системе культуры
- Концепции естествознания как фактор создания и изменения содержания научной картины мира
- Темы для докладов и рефератов
- Глава 2 естествознание в культуре современной цивилизации Понятие цивилизации, основные типы цивилизаций и их особенности
- Наука, культура, цивилизация
- Ценности цивилизации и ценности научной рациональности
- Естествознание как социокультурный феномен
- Естественнонаучное познание и философия
- Социальные функции естествознания
- Темы докладов и рефератов
- Глава 3 математика и естествознание. Основные концепции математики
- Темы докладов и рефератов
- Глава 4 химия и естествознание «Химический взгляд» на природу: истоки и современное состояние
- Основные структурные уровни химии и ее разделы
- Основные принципы и законы химии
- Химическая связь и химическая кинетика
- Темы докладов и рефератов
- Раздел II. Структура, методы и методология естествознания
- Глава 5
- Структура естественнонаучного познания, его уровни и методы
- Возможные классификации научного знания
- Исходный пункт структурирования научного знания
- Содержание понятия «чувственные данные»
- Особенности языка науки
- Особенности эмпирического и теоретического языка науки
- Способы конструирования идеального объекта. Отличие идеализированного объекта теории от абстрактного эмпирического объекта
- Предметность и объективность научного знания
- «Инструментализм» и «эссенциализм»
- Методы эмпирического познания
- Измерение как метод эмпирического познания
- Особенности процедуры измерения в социально-гуманитарном познании
- Научный эксперимент
- Специфика научных фактов
- Проблема теоретической «нагруженности» фактов. Крайности теоретизма и фактуализма
- Структура научного факта
- Методы обработки и систематизации фактуального эмпирического знания
- Познавательные функции мысленного эксперимента
- Содержание процедуры формализации
- Гипотетико-дедуктивный метод: достоинства и недостатки
- Методы теоретического воспроизведения исторически развивающегося объекта
- Проблемы логики и методологии науки
- Общенаучные методологические принципы
- Здравый смысл как социокультурное основание науки
- Научная картина мира
- «Научная картина мира» и основные исторические этапы развития науки
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 6 научное объяснение, понимание и интерпретация явлений природы Объяснение как универсальная познавательная процедура
- Сильное и слабое объяснение
- Объяснение и понимание: различие и взаимосвязь
- Логическая структура понимания
- Понимание явлений природы
- Содержание понятия «герменевтический круг» и естествознание
- Процедура интерпретации
- Темы докладов и рефератов
- Глава 7 научная рациональность: особенности, способы существования и выражения Научная рациональность: специфика и типы
- Соотношение понятий «рациональное», «иррациональное», «внерациональное»
- Соотношение рационального и иррационального
- Рациональное, иррациональное: гносеологические истоки
- Соотношение рационального и иррационального (внерационального) в человеческой жизнедеятельности
- Темы докладов и рефератов
- Глава 8 рефлексия – форма развития самосознания науки Понятие и структура рефлексии
- Взаимосвязь философской и научной рефлексии
- Рефлексия и развитие форм самосознания науки
- Рефлексия и научная картина мира
- Функции рефлексии как формы развития самосознания науки
- Темы докладов и рефератов
- Раздел III. История и логика развития естествознания Глава 9 динамика развития естествознания. Зависимость изменчивости оснований науки от исторической практики
- Развитие естествознания как социального института и специфического вида человеческой деятельности
- Внутренняя логика развития естествознания
- Новое в науке и критерии научной новизны
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 10 механистическая картина природы Понятие «научная картина мира». Становление и основные особенности первой научной картины мира
- Картины мира в истории человечества: мифологическая, религиозная, натурфилософская
- Исторические формы научной картины мира
- Механистическая картина мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 11 предпосылки неклассического естествознания; революция в естествознании конца XIX – начала хх вв. Предпосылки неклассического естествознания
- Революция в естествознании конца XIX – начала хх вв.
- Темы докладов и рефератов
- Глава 12 переход к постнеклассической картине мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 13 естествознание и научно-технический прогресс
- Техника как опредмеченное знание и наука
- Научно-технический прогресс
- Технологические перевороты в истории общества и их современная форма
- Технологические перевороты и логика развития общества
- Темы докладов и рефератов
- Раздел IV современные научные представления о материальных основах природы
- Глава 14
- Структурные уровни материи и типы материальных систем
- Представления о микро-, макро- и мегамирах
- Многообразие материальных систем
- Темы докладов и рефератов
- Глава 15 космологическая и космогоническая концепции Космология и космогония: понятие и общая характеристика
- Космологические модели Вселенной
- Формирование классической космологической модели
- Космологические парадоксы
- Релятивистская модель Вселенной
- Модель расширяющейся Вселенной
- Происхождение Вселенной – концепция Большого взрыва
- «Начало» Вселенной
- Ранний этап эволюции Вселенной
- Структурная самоорганизация Вселенной
- Рождение и эволюция галактик
- Рождение и эволюция звезд
- Дальнейшее усложнение вещества во Вселенной
- Состав Солнечной системы
- Образование Солнечной системы
- Темы рефератов и докладов
- Глава 16 космические исследования и научное познание Человек и космос: познание, освоение, гуманизация
- Геокосмический характер взаимодействия общества и природы
- Космизация современной науки
- Жизнь и разум во Вселенной. Проблема seti
- Темы докладов и рефератов:
- Роль принципа энтропии
- Симметрия и асимметрия
- Темы докладов и рефератов
- Глава 18 всеобщие законы природы и принципы естествознания Природа как сущность и уровни ее организации
- Частные и всеобщие законы Природы
- Физические «всеобщие» законы
- Изменчивость самой Природы
- О познаваемости окружающего мира
- Истина: феномен или ноумен?
- Принципы естествознания
- Принцип аналогии
- Принцип динамического равновесия
- Принципы симметрии
- Темы докладов и рефератов
- Раздел V. Жизнь и человек
- Глава 19
- Учение о жизни
- Современная биология и становление ее рациональности
- Становление рациональной биологии
- Сущность жизни и свойства живых организмов
- Основные концепции происхождения жизни
- Эволюционное учение. Дарвинизм
- Генетика и синтетическая теория эволюции. Коэволюция
- Темы докладов и рефератов
- Глава 20 место человека в природе к вопросу об эволюции и истоках человека
- Гениальное животное
- Периодичность в становлении человека как вида
- Культурные эпохи в истории становления человека, тыс. Лет
- Где прародина человечества?
- Периодичность истории развития человека. Ускорение эволюции культуры
- Генетические аспекты человека
- Ускоренная эволюция человека. Миф или реальность?
- Закономерно ли появление жизни и разума в развитии материи?
- Зигзаги развития
- Темы докладов и рефератов
- Глава 21 эволюция homo sapiens Происхождение человека
- Причины и движущие силы антропосоциогенеза
- Предшественники человека
- Древнейшие люди (архантропы)
- Древние люди (палеоантропы)
- Современные люди (неоантропы)
- Проблема эволюции человека на современном этапе
- Биологическое и социальное в сущности и существовании человека
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VI. Наука в современном мире
- Глава 22
- Особенности современного развития естествознания
- Неклассический этап в развитии естествознания
- Постнеклассический этап в развитии естествознания
- Постмодернизм
- Концепция развития научного знания к. Поппера
- Концепция развития науки т. Куна
- Концепция развития науки и. Лакатоса
- Концепция развития науки п. Фейерабенда
- Темы докладов и рефератов
- Глава 23 личность ученого
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VII. Приложение учебно-методический комплекс «концепции современного естествознания» программа курса «концепции современного естествознания»
- Предмет, социальные функции и задачи курса «Концепции современного естествознания»
- Тема 2 Структура, методы и методология естествознания. Особенности развития естествознания и его место в культуре, тенденции развития
- Тема 3 История и логика развития естествознания. Созерцательно-натуралистическая модель природы. Предпосылки становления науки и научной модели природы
- Тема 4. Современные естественнонаучные представления о материальных основах природы
- Тема 5. Учение о жизни
- Тема 6. Учение о человеке
- Тема 7. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Учебно-тематический план курса «Концепции современного естествознания»
- Учебники и учебные пособия
- Планы семинарских занятий Семинар 1. Особенности развития естествознания и его место в культуре
- Семинар 2. Структура естественнонаучного познания, его уровни и научный метод
- Семинар 3. Динамика науки как процесс порождения нового знания
- Семинар 4. Созерцательно-материалистическая модель природы; предпосылки становления науки и научной модели природы
- Семинар 5. Механистическая картина природы
- Семинар 6. Предпосылки неклассического естествознания. Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв.
- Семинар 7. Неклассическая картина природы
- Семинар 8. Научные традиции и научные революции. Типы научной рациональности
- Тема 7. Структурные уровни, способы и формы бытия материального мира
- Тема 10. Космологические и космогонические концепции описания материального мира
- Тема 11. Порядок и беспорядок в природе, хаос, симметрия и асимметрия, эволюция материального мира
- Тема 12. Всеобщие законы природы и принципы естествознания
- Тема 13. Учение о жизни
- Тема 14. Учение о человеке (собеседование)
- Тема 15. Роль науки в реализации социально-экономического прогресса современного общества
- Тема 16. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Вопросы к экзаменам
- Тесты (для самостоятельной проработки) по курсу «Концепции современного естествознания»
- Словарь основных терминов
- Крупнейшие исследователи естествознания
- Сведения об авторах
- Авторский коллектив
- Концепции современного естествознания Учебное пособие
- 344002 Ростов н/д., ул. Пушкинская, 70
- 344000 Ростов н/д., ул. Красноармейская, 157. Тел. /факс: (863) 264-38-77