Философские проблемы астрономии

1. Современные проблемы астрофизики.

Одна из важнейших проблем в современной астрофизике – это разработка теории гидромагнитного динамо с целью объяснения солнечного магнетизма, в том числе механизма генерации и усиления магнитного поля во внутренних слоях солнца, механизмов формирования и поддержания устойчивости солнечных пятен, колебания полярности с периодом 22 года.

В современной релятивистской астрофизике до конца не решены вопросы о бинарной асимметрии Вселенной, о величине отношения числа ядер и электронов к числу фотонов, о роли нейтрино, о возможно и других, пока неизвестных частиц, в образовании наблюдаемой структуры Вселенной, состояния вакуума, и фазовых переходов в эволюции горячей Вселенной.

2. Космологические парадоксы.

Современная космология – это астрофизическая теория структуры и динамики изменения метагалактики, включающая в себя и определённое понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрологических наблюдениях галактики и других звёздных систем, общей теории относительности, физики микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамики и ряде других новейших физических теорий.

Космология – это раздел астрономии и астрофизики, изучающий происхождение, крупномасштабную структуру и эволюцию вселенной, её основу составляют дисциплины: математика, физика, астрономия.

Под космологическими данными понимают результаты экспериментов и наблюдений, имеющие отношение ко Вселенной в целом в широком диапазоне пространства и времени. Любая мыслимая космологическая модель должна удовлетворять этим данным. Основные космологические современные данные:

1. В больших масштабах Вселенная однородна и изотропна, т.е. галактики и их скопление распределены в пространстве равномерно (однородно), а их движение хаотично и не имеет явно выделенного направления (изотропного);

2. Вселенная расширяется, галактики удаляются друг от друга (красное смещение Хаббла);

3. Пространство вокруг Земли заполнено фоновым микроволновым радиоизлучением;

4. Возраст Земли, метеоритов и самых старых звёзд немногим меньше возраста Вселенной, вычисленного по скорости её расширения;

5. Во всей наблюдаемой Вселенной от близких звёзд до самых далёких галактик на каждые 10 атомов Н приходится один атом He;

6. Во всех областях Вселенной, удалённых от нас в пространстве и во времени больше активных галактик, иквазаров, чем рядом с нами.

Космологические парадоксы – это затруднения, противоречия, возникающие при распространении законов физики на Вселенную в целом или достаточно большие её области.

На сегодняшний день чётко сформулированы 3 парадокса:

1. Фотометрический парадокс. Сформулирован в 1744 году швейцарским астрономом Шизо. Он поставил вопрос: почему ночью темно, если повсюду в бесконечном пространстве стационарной Вселенной имеются излучающие звёзды, то в любом направлении на луче зрения должна казаться какая-нибудь звезда и вся поверхность неба должна представляться ослепительно яркой.

2. Термодинамический парадокс. Сформулирован Клаузесом и Кельвином в 1850 году. Связан с противоречием 2-го закона термодинамики и концепции вечной Вселенной: при всех превращениях различные виды энергии в конечном счёте переходят в тепло, которое будучи предоставлено себе, стремится к состоянию термодинамического равновесия, т.е. рассеивания в пространстве, т.к. такой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звёзды погаснут, все активные процессы в природе прекратятся и Вселенная превратится в мрачное замёрзшее кладбище, наступит тепловая смерть Вселенной.

3. Гравитационный парадокс. Авторы Нейман и Зелингер (1895 год). Основан на положениях бесконечности, однородности и изотропности Вселенной, имеет менее очевидный характер, и состоит в том, что закон всемирного тяготения Ньютона не даёт какого-либо разумного ответа на вопрос о гравитационном поле, создаваемом бесконечной системой масс.

3. Теория происхождения Вселенной.

Наиболее общепринятой в современной космологии является модель однородной, изотропной, нестационарной, горячей, расширяющейся Вселенной, построенной на основе ОТО и релятивистской теории тяготения, созданной А. Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат 2 предположения:

1. Свойства Вселенной одинаковы во всех её точках (однородность) и направлениях (изотропность);

2. Наилучшим известным описанием гравитационного поля является уравнение Эйнштейна, из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы. На основании этого космологию называют релятивистской. Важным пунктом данной модели является её нестационарность, что означает, что Вселенная не может находиться в статическом неизменном состоянии.

Основные теории происхождения Вселенной:

1. Саморазвивающаяся Вселенная Александра Фридмана;

2. Открытие красного смещения Хаббла;

3. Концепция большого взрыва;

4. Модель горячей Вселенной;

5. Модель холодной Вселенной;

6. Открытие реликтового излучения.

Модель горячего большого взрыва. Согласно космологической модели Фридмана Вселенная возникла в момент большого взрыва (15-20 млрд. лет назад) и её расширение продолжается до сих пор, постепенно замедляясь. В первое мгновение взрыва материя Вселенной имела бесконечную плотность и температуру. Такое состояние называют сингулярностью. Начальный момент материи и пространства, согласно Хогенгу, одновременно взорвались везде во Вселенной. По мере увеличения объёма пространства расширяющейся Вселенной, плотность материи в ней падает.

Основные этапы эволюции Вселенной:

1. Ранняя Вселенная (августианская эпоха);

2. Планковская эпоха (10^-37 с);

3. Эпоха великого объединения (10^-43 – 10^-35 сек);

4. Эпоха раздувания (инфляции) (10^-35 сек);

5. Эпоха электрослабых взаимодействий (10^-32 – 10^-12 сек);

6. Эпоха кварков (10^-12 – 10^-6 сек);

7. Эпоха андронов (10^-6 – 1 сек);

8. Эпоха лептонов (1 сек – 3 мин после большого взрыва);

9. Эпоха нуклеосинтеза (с 1 сек после большого взрыва);

10. Эпоха первичной рекомбинации (начинается после постепенного охлаждения Вселенной через 379 тыс. лет после большого взрыва);

11. Образование первых структур;

12. Образование солнечной системы (8 – 5 млрд. лет назад после большого взрыва);

13. Сегодняшний день (по последним расчётам мы живём 13,6 – 13,7 млрд. лет после большого взрыва).

4. Антропный космологический принцип.

Наблюдая Вселенную и изучая историю её эволюции, многие учёные пришли к выводу, что в ней действует некий принцип, организующий Вселенную, определённым оптимальным образом. Так энергия расширения Вселенной очень хорошо согласовывается с её гравитационной энергией, обеспечивая Вселенной, максимально длительный срок существования. Некоторые физики предположили, что строение физического мира неотделимо от существования его обитателей, наблюдающих мир. Ряд физиков утверждают, что существует принцип, осуществляющий невероятно тонкую подстройку всех явлений и процессов во Вселенной, но это не физический принцип, а антропный («антропос» - человек), связанный с человеком как с частью Вселенной. Антропный принцип впервые был выдвинут английским астрофизиком Б. Картером в 1873 году. Согласно его концепциям само наше существование, как сложных физико-химических существ, требует определённых условий, которые встречаются только в определённых частях Вселенной и на определённых стадиях её истории. Само наше существование, как разумных существ, сильно зависит от структуры физического мира. От таких основных свойств Вселенной, выражающихся фундаментальными физическими константами, как: гравитационная постоянная, заряд электрона, масса протона, постоянная Планка, скорость света в вакууме и др. Изменение хотя бы одного параметра привело бы к совершенно иным свойствам Вселенной. Всё это побуждает задать вопрос: как такое возможно? Ответы пытается дать антропный принцип, который делится на 4 вида (модификации):

1. Слабый антропный принцип, гласит: то, что мы ожидаем наблюдать должно быть ограничено условиями нашего существования как наблюдателей;

2. Сильный антропный принцип, гласит, Вселенная должна иметь такие свойства, которые позволяют жизни развиться внутри неё на некоторой стадии её истории. Или Вселенная такова, потому что мы существуем;

Из этого принципа вытекает, что наша Вселенная запрограммирована кем-то определённым наилучшим образом, это может быть творец или ещё какая-либо высшая разумная сила. Чтобы избежать ухода в теологизм, учёные предложили гипотезу множественности вселенных, согласно ей, наша Вселенная, лишь одна из множества существующих вселенных, и нам повезло, что в результате игры случая в ней сложились оптимальные условия для нашего существования.

3. Антропный принцип участия. Необходимы наблюдатели, чтобы существовала Вселенная;

4. Финальный антропный принцип. Разумный информационный процесс должен возникнуть во Вселенной и, однажды возникнув, он никогда не умрёт.

Для изучения эволюции Вселенной, объяснения её структуры и функционирования, прогнозирования её будущего, современная космология широко применяет принципы глобального эволюционизма.