Космологія

КОСМОЛО́ГІЯ (від космо… і … логія) — роз­діл астрономії; наука, що досліджує походже­н­ня, еволюцію, структуру Всесвіту в цілому, його просторових і часових мас­штабів, матеріального наповне­н­ня: протозоряної речовини, зірок, зоряних асоціацій, галактичних систем. Сучасна К. — когніфікативна галузь зна­н­ня, створена на стику астрономії, фізики та філософії. Найбільш заг. положе­н­ня К. мають без­посеред. фі­­лос. характер, тому К. — арена змагань світо­глядів.

Перші наївні космол. уявле­н­ня зародилися у результаті прагнень людини осягнути своє місце у світобудові. Для цих світо­глядів характерні антропоморфізм і антропоцентризм. Становле­н­ня К. від­бувалося у взаємозвʼязку абстракт. мисле­н­ня та засобів, методів спо­стереже­н­ня. Багато заг. питань К. по­ставлені філос. думкою задовго до можливості вирішувати їх в астрономії та фізиці. Давньогрец. філософи прагнули зʼясувати: Всесвіт — єдине ціле чи множина окремих світів, він скінчен­ний чи без­конечний? Ідея Всесвіту як єдиного, вічного та закономір. про­­цесу наявна уже у Геракліта.

У формуван­ні наук. ідеї виникнен­­ня усього земного й небесного природ. шляхом важливу роль ві­діграло багатовікове протиборство геоцентризму і геліоцентризму. Накопиче­н­ня даних спо­стережень та під­казана антич. філософією впевненість у тому, що за видимим заплутаним рухом планет приховані закономірні істин­ні рухи, при­­з­­вели до створе­н­ня Геоцентричної системи світу, яку змінили після жорстокої боротьби з церк­­вою та схоластикою на Геліоцентричну систему світу. Наук. К. завдячує виникне­н­ням не тільки практиці астрон. спо­стережень, а й створен­ню та удосконален­ню фундам. фіз. теорій. Наук. форма К. залежить від того, яка саме фіз. тео­рія лежить в основі опису Всесвіту. Згідно з цим, роз­різняють ньютонів., заг.-релятивіст., квантову космологію. Після від­кри­т­тя І. Ньютоном закону всесвіт. тяжі­н­ня космолог. про­блему по­ставили як фіз. задачу — про поведінку без­конеч. системи тя­­жіючих мас. При цьому виникли космолог. парадокси. Мета К. — побудова моделі Всесвіту на базі сучас. фіз. та астроном. знань. Ньютонів. К. (базується на механіці та теорії тяжі­н­ня І. Ньютона) дала ключ до законів руху небес. тіл і ввела у фізику концепцію однорід. та нескінчен. простору й часу. Заг.-релятивіст. К. спирається на дані спо­стережень позагалактич. астрономії та Від­носності теорію.

Фундам. є висновок про нестаціонарність Всесвіту (взаємне від­дале­н­ня скупчень галактик — роз­шире­н­ня Всесвіту). Це твер­­дже­н­ня базується на ефективності червоного зміще­н­ня ліній у спектрах далеких галактик. У працях А. Айнштайна та О. Фрід­­мана показано, що Всесвіт, заповнений речовиною, яка гравітує, не може бути стаціонарним, він може роз­ширюватися або стискатися. Найважливіши­­ми спо­стереже­н­нями, які під­твердили фрідманів. моделі Всесвіту, стали від­кри­т­тя ефекту «роз­біга­н­ня» галактик («червоне зміще­н­ня», 1929) і реліктового ви­промінюва­н­ня (1969). Квантовопольова К. (або К. Великого вибуху) виникла на базі по­єд­на­н­ня принципів квант. тео­­рії поля і заг. теорії від­носності, приводить до фіз. схеми, яка по-новому від­повід­ає на одвіч­­ні космол. пита­н­ня. Від­повіді на пита­н­ня про те, якою є фіз. природа Великого вибуху і що було до нього, можливі лише в межах квант. теорії поля, для якої органічними є процеси народж. й знище­н­ня різних квант. збуджень — хвиль, часток, систем часток і полів. Всесвіт тут моделюється як специф. гравітаційно повʼязана система часток і полів, яка у процесі роз­вит­­ку проходить ряд послідов. станів. За сучас. уявле­н­нями, роз­шире­н­ня Всесвіту почалося бл. 20 млрд р. тому з дуже щільного й гарячого стану («гарячий» Всесвіт). Цей висновок під­тверджено існува­н­ням т. зв. реліктового ви­промінюва­н­ня, яке інтре­претують як залишок епохи високих щільностей і т-р. Існує кілька космолог. моделей, що намагаються узгодити спо­стережні дані про Всесвіт з осн. принципами фізики. Найбільш роз­роблені однорідні ізотропні моделі гарячого роз­ширювано­­го Всесвіту — т. зв. від­крита, плоска і закрита моделі Фрідмана; базуються на роз­вʼязках рівнянь (А. Айнштайна) релятивіст. теорії гравітації, одержаних 1923 О. Фрідманом, і теорії «гарячого» Всесвіту, за­пропонов. 1948 Дж. Ґамовим та ін. Ця теорія пояснює від­нос. вміст водню, гелію та важких елементів у Всесвіті термоядер. синтезом в умовах надщільного і гарячого станів матерії на ран­ній стадії роз­шире­н­ня Всесвіту. З неї випливало завбаче­н­ня існува­н­ня Всесвіту у сучасну епо­ху «реліктового» ви­промінюва­н­ня з т-рою у кілька градусів Кельвіна. Таке ви­промінюва­н­ня від­крили 1965 у результаті роз­витку мікрохвильової радіоаст­­рономії, воно стало під­твердже­н­ням мо­делі «гарячого» Все­­світу.

Епохал. від­кри­т­тя при­скореного роз­бігу далеких галактич. скупчень, зроблене С. Перлмут­тером, Б. Шмідтом і А. Ріс­сом, і від­значене 2011 Нобелів. премію з фізики, змінює охарактеризоване вище ро­зумі­н­ня сучас. стадії космолог. еволюції. До цього від­кри­т­тя вважалося, що вся історія космолог. роз­шире­н­ня — це історія його загаса­н­ня, яке не припинялося з початку Великого вибуху. Після цього від­кри­т­тя зʼясувалося, що наша епоха — це період зміни режиму вповільне­н­ня режимом при­скореного роз­шире­н­ня. А це значить, що наш Всесвіт роз­штовхує якась неві­дома науці сила з негатив. тиском — темна енергія. Ви­зна­н­ня цього факту пере­творює попередню К., яка описувала Всесвіт як «зоряне небо над головами», у «руїни». Зʼясувалося, що вся колишня К. описувала лише 5 % матеріал. суб­станції, яка заповнює кос­­міч. про­стір. Про існува­н­ня ін. 95 % матеріал. суб­станції (тобто темної матерії й темної енергії), творці поперед. К. навіть не пі­до­зрювали. Саме тому попередня К. втратила статус науки, яка адекватно описує світобудову у всій її незбагнен. складності. Перед К. 21 ст. по­стало мас­штабне зав­да­н­ня опису Все­­світу у всій його тотальності, тобто опису єд­ності «зоряного неба над головами» і темної ма­­теріальної суб­станції, яка хо­­вається за цією «світловою завісою».

У новій космолог. картині Все­світу домінує фіз. вакуум, який по щільності енергії пере­вершує всі звичайні форми косміч. матерії разом узяті. Вакуум створює космічну анти­гравітацію, яка керує динамікою космолог. роз­шире­н­ня в сучасну епоху. Через це космолог. роз­шире­н­ня при­скорюється, а чотиривимір. про­стір-час Всесвіту стає статичним.

Завантажити статтю