Фізична космологія - Космологія. Проблеми космології

Фізична космологія -- підрозділ астрономії, який досліджує фізичне походження Всесвіту і його природу в найбільших масштабах. На раньому етапі свого розвитку, фізична космологія була тим, що зараз відомо як дослідження небосхилу та небесна механіка. Грецькі філософи Аристарх Самоський, Арістотель і Птоломей запропонували різні космологічні теорії. Зокрема геоцентрична система Птолемея, яка відпочатку була побудована на космологічній моделі Арістотеля, а згодом набула самостійного значення, довгий час слугувала для розрахунку та пояснення видимих рухів світил на небосхилі. Згодом, Ніколай Коперник запропонував значно простішу для розрахунків та уявного відтворення геліоцентричну модель сонячної системи, яка в той час утотожнювалась з моделлю Всесвіту. Йоган Кеплер, операючись на спостереження Тихо Браге, здійснив якісний матиматичний опис цієї моделі. Поряд з цим Галілео Галілей довів її правильність на основі власних спостережень та наукових методів досліджень, які сам тоді вперше сформолював. Роботи Галілея започаткували протистояння стрімко зростаючої фізичної космології, яка в той час була зародком науки, з релігійною космологією розширеною за рахунок космологічних поглядів Арістотеля що до руху світил на небосхилі. Наслідком такого протистояння став перегляд прихильниками релігійної космології деяких її категоричних тверджень та висновків зроблених на основі вчень Арістотеля, в той час як фізична космологія знайшла своє продовження в працях Ісаака Ньютона, який довершив створення цієї моделі формулюванням законів механіки та вивиденням закону тяжіння. Після відкриття зір і утотожнення їх із Сонцем, а також після відкриття нашої Галактики та великої кількості інших галактик у найвіддаленіших ділянках простору доступних спостереженням, модель Сонячної системи втратила значення моделі Всесвіту. Створення нової моделі Всесвіту було розпочато з гіпотези про поширеність законів механіки і всіх інших законів природи, відкритих в Сонячній системі, на всі ділянки простору та тіла у ньому. Базою такій гіпотезі слугували висновки теорії Ньютона про поширеність законів механіки на всі тіла Сонячної системи. Поширеність законів механіки та деяких інших законів природи (зокрема законів квантової механіки, яку можна вважати пігрунтям хімії, законів термодинаміки, електромагнетизму тощо) на віддалені об'єкти космосу з розвитком спостережувальної астрономії неодноразово перевірялась та підтверджувалась в явній та неявній формах в роботах численних астрономів.

Відчутного поштовху у напрямку розвитку фізична космологія зазнала після створення спеціальної та загальної теорій відносності Альбертом Ейнштейном. В спеціальній теорії відносності знайшли своє математичне відображення революційні на той час зміни у поглядах на простір і час, які природньо виникли під час спроб пояснити незалежність швидкості світла від руху спостерігача відносно джерела, встановлену в експериментах Хука і Фізо та, більш точно, в експерименті Майкельсона-Морлі. Згідно із цими поглядами, простір і час не є абсолютними та незалежними один від одного, а залежать від руху спостерігачів які їх вимірюють. Наступним важливим етапом для розвитку фізичної космології стала гіпотеза Ейнштейна про зв'язок геометричних характеристик простору-часу та енергетичних характеристик матерії -- енергії та імпульсу. Ця гіпотеза явно чи неявно лежить в основі всіх створених в наш час теорій гравітаційного поля, серед яких пальму першості та провідне місце по застосуванню займає загальна теорія відносності Ейнштейна, побудована на основі Ріманової геометрії чотиривимірного простору-часу (простір Мінковського). Фрідман знайшов розв'язки рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна для однорідного і ізотропного розподілу речовини у Всесвіті, що відповідає реальному розподілу речовини на найбільших доступних для спостереження масштабах, і показав що Всесвіт не є стаціонарним -- середня густина змінюється з часом. Едвін Хаббл підтвердив таку нестаціонарність встановивши залежність між зсувом спектрів далеких галактик (внаслідок ефекту Доплера) та відстаню до них. Згодом, низкою науковців, зокрема американським фізиком з України Георгієм Гамовим, був запропонований сценарій гарячого Всесвіту -- феноменологічний опис його розвитку. Цей сценарій був несподівано підтверджений відкриттям реліктового випромінювання, що залишилося від гарячої епохи. Існування такого випромінювання було передбачено Георгієм Гамовим.

Після створення інфляційної моделі Аланом Гутом, стало можливим пояснити механізм Великого Вибуху та деякі характеристики Всесвіту, серед яких -- залежність усередненої по всьому просторі амплітуди неоднорідностей густини від їх масштабу. Кульмінацією розвитку фізичної космології, стало відкриття неоднорідного розподілу температури залишкового випромінювання по кутових координатах в сопутниковому експерименті COBE та, більш точно, в експерименті WMAP. Наявність таких неоднорідностей передбачалась створеною теорією. На сьогоднішній момент космологія достатньо успішно пояснює розвиток Всесвіту від моменту Великого Вибуху до сьогоднішніх днів, кількісно описуючи всі його характеристики, і є наукою що стрімко розвивається.

Похожие статьи




Фізична космологія - Космологія. Проблеми космології

Предыдущая | Следующая