Космологические парадоксы

Бесконечность – физическое понятие, отражающее безграничность и беспредельность развития материи, неисчерпаемость ее познания. Понятием "бесконечное" можно определить связью с такими основными категориями, как материя, движение, пространство и время. Бесконечность является наиболее общей количественной характеристикой движущейся материи. Рассматриваемый с этой наиболее общей количественной, стороны, материальный мир выступает как бесконечный в пространстве, бесконечный во времени и безгранично разнообразный по своим свойствам, по тем конкретным формам, в которых движется материя. При этом если бесконечность в пространстве и времени описывает мир как целое, то бесконечность свойств характеризует не только мир в целом, но и каждый отдельный материальный объект. Логически бесконечность материального мира (во всех ее трех аспектах) может рассматриваться как следствие субстанциального характера материи. Поскольку материя признается единственной субстанцией, которая есть сама себе причина, постольку ее развитие и движение не может быть ничем ограничено. Очевидно, что движение и развитие материи, бесконечно существующей в бесконечном пространстве, осуществляется как неограниченное взаимодействие материальных тел между собой.

Понятие “бесконечность мира” играет большую роль в космологии. Представление о бесконечности мира приводит к неразрешимым противоречиям, получившим название космологических парадоксов.

Космологические парадоксы – это затруднения (противоречия), возникающие при распространении законов физики на Вселенную и целом.

Гравитационный парадокс был сформулирован в 1895 г. Х. Зеелигером в Германии. Он заключается в том, что в бесконечной Вселенной, равномерно заполненной веществом, пользуясь законом Ньютона, нельзя однозначно рассчитать силу гравитации в заданной точке.

Положительным вкладом в решение космологических проблем, а тем самым и в раскрытие конкретной природы физической бесконечности мира, являются различные космологические модели. По сути дела, космологические модели представляют собой экстраполяцию закономерностей, справедливость которых подтверждена для известной нам области Вселенной, на предельно большие области Вселенной (в пределе – на всю бесконечную Вселенную). Оба парадокса могут быть преодолены даже в рамках классической физики, если только учесть специфику бесконечного. Для конечной области пространства средняя плотность вещества, равная нулю, означает пустоту, отсутствие вещества. Для бесконечной области, возможно, такое распределение, когда средняя плотность в некоторой, как угодно большой, но конечной области сколь угодно велика (но конечна), и в то же время для всего бесконечного пространства она равна нулю.

 Возможность такой экстраполяции находит некоторое обоснование в том, что такие физические законы, как законы сохранения массы, заряда, энергии, импульса и т.п., которые по существу являются естественнонаучным выражением законов сохранения материи и движения, по-видимому, допустимо распространять без ограничений на Вселенную в целом. Тем не менее, необходимо постоянно иметь в виду ограниченность метода космологических моделей, поскольку в этом случае рассматривается переход к бесконечности одной или нескольких характеристик космологической модели, которые являются лишь приближенными отражениями бесконечного многообразия свойств реальной Вселенной.

Первую космологическую модель рассмотрел Ньютон. Считая пространство бесконечным, он пришел к выводу, что для того, чтобы тяготеющая материя в бесконечном пространстве не собралась в одну гигантскую массу, она должна быть равномерно распределена в нем. Однако эта модель приводит к фотометрическому и гравитационному парадоксам.

 Фотометрического парадокса не будет, если учесть, что энергия света от удаленных объектов уменьшается из-за смещения. Кроме того, объем пространства, который фактически доступен наблюдениям, по-видимому, конечен и ограничен так называемым горизонтом видимости во Вселенной, под которым понимают сферу, все точки которой удалены от наблюдателя на расстояние, пройденное светом за все время существования расширяющейся Вселенной.

Гравитационный парадокс связан с неприменимостью к бесконечной Вселенной теории тяготения Ньютона, которая предполагает мгновенное распространение сил тяготения в евклидовом пространстве. Поэтому в космологии при изучении огромных масштабов Метагалактики необходимо пользоваться ОТО.

Космологические парадоксы, прежде всего, являются важным частным случаем физических парадоксов, но им, несомненно, присуща также природа логических парадоксов, поскольку они возникают в результате использования посылок, суждений и выводов, границы применимости которых на соответствующем этапе развития науки еще не выяснены.

Значение космологических парадоксов для космологии, прежде всего, эвристическое. Они сильно суживают круг возможных решений космологической проблемы. В сущности, уже из того простого факта, что ночью темно, следует, что Вселенная не может быть устроена как угодно. Из всех мыслимых схем строения Вселенной в счет могут идти только те, которые свободны от фотометрического и других космологических парадоксов. В ходе развития космологии преодолеваются одни парадоксы и возникают другие. Преодоление каждого из них означает шаг вперед в познании общих закономерностей строения Вселенной.

 Следует иметь в виду, однако, что эти свойства реализуются, начиная с определенных масштабов, которые в нашу эпоху достигают 50–100 Мпс. Предположение об однородности и изотропии Вселенной часто называют космологическим принципом.