Космологические теории классической механики

Гелиоцентрическая теория Н. Коперника ознаменовала новый этап развития астрологии. Благодаря совершенствованию телескопов, строительству обсерваторий накапливался огромный фактический материал о расположении небесных объектов, их размерах, форме, состояниях. Вычислялись расстояния до планет, их спутников, звезд, а также определялась удаленность этих объектов друг от друга. Предпринимались попытки систематизировать полученные данные, сформировать выявленные закономерности расположения и движения небесных тел.

Значительный вклад в развитие представлений об устройстве Космоса внесли Тихо Браге,Иоганн Кеплер,Галилео Галилей.

Так, систематизируя огромный материал наблюдений Т. Браге за движением Марса, И. Кеплер в 1609 г. опубликовал два закона обращения планет. Первый утверждал эллиптическую форму орбит (был разрушен принцип круговых движений в Космос). Второй объяснял зависимость скорости движения от величины радиуса вектора (закон постоянства площадей). В 1619 г. Кеплер сформировал третий закон, устанавливающий универсальную зависимость между периодами обращения планет и средним расстоянием их от Солнца.

Влияние Солнца на планеты Кеплер сравнивал с действием магнита. В гелиоцентрической картине движения планет он увидел проявления единой физической силы и поставил вопрос о ее природе. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве. Значительную роль в развитии новых представлений о пространстве сыграли представления Г. Галилея, в том числе его принцип относительности: все физические явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называютсяинерциальными. По мнению исследователей трудов Галилея, его историческая заслуга в естествознании заключается в следующем:

     он разграничил понятия равномерного и неравномерного ускоренного движения;

       сформулировал понятие ускорения;

       показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение;

       вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время;

       сформулировал принцип инерции («если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного, равномерного движения»);

       выработал понятие инерциальной системы;

       открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

Исследования Галилея заложили надежный фундамент динамики, а также методологии классического естествознания. Это был значительный шаг к познанию принципов устройства мира.

Дальнейшее развитие представлений об устройстве Вселенной связано с рационалистической физикой Р. Декарта, который создал первую универсальную физико-космологическую картину мира. В основу ее Декарт положил идею о том, что все явления природы объясняются механическим воздействием элементарных материальных частиц. Декарт обосновал единство физики и геометрии. Он отрицал пустое пространство и отождествлял пространство с протяженностью.

Эти представления подготовили математическое и экспериментальное обоснование свойств, пространства и времени в рамках классической механики.

Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие математические обоснования, представлена в классической механике Исаака Ньютона.

Классическая ньютоновская космология принимала следующие постулаты:

 Вселенная – это весь существующий материальный мир, включая и тот, который находится за пределами планеты Земля и не известен человеку. Космология познает мир таким, каким он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.

 Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов.

 Пространство и время метрически бесконечны.

 Пространство и время однородны.

 Материя сама по себе косна, пассивна и не способна к движению.

 Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции, изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

В ньютоновской космологии возникали два парадокса, связанные с постулатом бесконечности Вселенной:

 гравитационный: если Вселенная бесконечна, и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должнасколлапсировать(гравитационный коллапс – катастрофически быстрое сжатие тел под действием гравитационных сил), а не существовать вечно;

 фотометрический– если существует бесконечное количество небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, что не наблюдается.

Эти парадоксы разрешает современная космология, в границах которой было введено представление о расширяющейся эволюционирующей Вселенной.