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 взаємозв’язку 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 з’ясувати: 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 пов’язана 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 розв’язках 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 з’ясувалося, 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». З’ясувалося, 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.

Літ.: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. Москва, 1975; Пиблс П. Физическая космология / Пер. с англ. Москва, 1975; S. Perlmutter та ін. Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae // Astrophys. J. 1999. Vol. 517; S. Perlmutter. Supernovae, Dark Energy and the Accelerating Universe // Physics Today. 2003. № 4; Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории реальности / Пер. с англ. Москва, 2004; Рыков А. В. Вакуум и вещество Вселенной. Москва, 2007; Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности / Пер. с англ. Москва, 2009.

В. С. Лук’янець

Рекомендована література

Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Строение и эволюция Вселенной. Москва, 1975;
Пиблс П. Физическая космология / Пер. с англ. Москва, 1975;
S. Perlmutter та ін. Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae // Astrophys. J. 1999. Vol. 517;
S. Perlmutter. Supernovae, Dark Energy and the Accelerating Universe // Physics Today. 2003. № 4;
Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории реальности / Пер. с англ. Москва, 2004;
Рыков А. В. Вакуум и вещество Вселенной. Москва, 2007;
Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура реальности / Пер. с англ. Москва, 2009.