Эволюция мироздания и основные гипотезы происхождения Вселенной

1.Введение.

Вопрос  происхождения Вселенной не дает покоя человечеству с тех самых пор как человек начал задумываться над тем, а откуда же все «это», что есть вокруг меня, взялось? Как писал один физик, только абсолютно необразованный и глупый человек не задается этим вопросом. Все ищут ответ на данный вопрос: и философы, и физики, и математики, и у каждого свой взгляд, потому что слишком сложно, а точнее пока невозможно однозначно и точно утверждать, как это было.

Человек всегда  смотрел на окружающий мир с тревожным  замиранием  сердца в груди . Переполнявшие  его  душу разнообразные  чувства  трудно  было охарактеризовать одним  словом или словами. Это было и  восторженное восхищение неотразимым  величием  мироздания. В особенности необозримым объемом  пространства , а также его  неисчислимым содержимым . Это также была неуверенность и страх  за  свою жизнь и жизнь  близких .Человек ощущал себя мельчайшей   пылинкой в  этом  бесконечном водовороте неизвестных  космических  процессов, которые  разворачивались  перед  его  глазами . Он чувствовал , что его существование и существование всей цивилизации зависит от них .Поэтому  всегда  пытался познать сущность вселенной и мироздания  .   

В какой то мере это стремление   познать  все  и вся    было  естественной  защитной  реакцией  человека на  неизвестность и  неопределенность . И это была   правильная   реакция .Действие   , которое  естественным  образом вписывалось  в эволюцию цивилизации .Первые  познания  базировались  на  простых, доступных всем  людям  истинах .Это  рождение  , жизнь  и  смерть человека и всего  живого . Это  способы материальной и духовной  организации существования общества . 
Это начальное познание разнообразных космических процессов и внутреннего мира вещества. А также  многое, многое  другое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Философские проблемы возникновения Вселенной.

Часто возникает вопрос: что было причиной возникновения  Вселенной? Что было до возникновения  вселенной? Современная наука не может однозначно ответить на этот вопрос.

 

Само отождествление причинно-следственной связи с порядком во времени (когда  причина всегда предшествует следствию) оказывается в данном случае сомнительным, поэтому требовать причину, которая  предшествовала бы "творению" нет  необходимости. Более того, представление  о предшествующем причинном влиянии  здесь явно бессмысленно, поскольку  временное рассмотрение не может  быть продолжено за сингулярность.

 

Многие теологи и философы пытаются найти причину вне мира, современные космологи ищут эту  причину в самом мире. Они пытаются обратиться к принципу причинности  как к принципу объяснения. Если обратиться к истории знания, то можно наблюдать постепенный  отход от принципа причинности, как  от принципа объяснения. Ответ на вопрос о происхождении космоса надо попытаться получить с помощью принципа симметрии. Современная космология ищет и находит глубинные симметрии, инварианты, позволяющие объяснять  и в какой-то мере понимать космологические процессы.

 

Проблема начала вселенной, подобна старому вопросу: что  произошло первым цыпленок или яйцо. Другими словами, какая сила создала вселенную. И что создало эту силу. Или возможно, вселенная, или сила, которая создавала все это, существовали всегда, и не имели начала.

Вселенная бесконечна во времени  и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна, так как она является вечно самодвижущейся материей.

Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества  звездных миров и звездных систем.

Вплоть до недавнего времени, ученые имели тенденцию не касаться вопросов таких сфер потому, что они принадлежали к метафизике или религии, а не к науке. Тем не менее, в последнее время  возникло учение о том, что Законы Науки могут быть даже в начале вселенной. В этом случае, вселенная могла определяться полностью Законами Науки.

Многие ранние традиции,  Еврейская, Христианская и Исламская  религии,

считали, что вселенная  создалась  довольно недавно.  Например,  Епископ Ушер вычислил дату в четыре тысячи четыреста лет, для создания вселенной,

прибавляя  возраст людей  в Ветхом Завете.  Фактически, дата библейского

создания не так далека от даты конца последнего Ледникового Периода,  когда появился первый современный человек.

С другой стороны, некоторые люди, как, например, греческий философ

Аристотель, Декарт, Ньютон, Галилей не признавали идею о том, что вселенная имела начало. Они предпочли верить в то, что вселенная, существовала, и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно.

Вселенная была по существу неменяющейся во времени. Время абсолютно  однородно и синхронизировано. В любой точке вселенной оно одинаково. Пространство тоже однородно и изотропно. Масштаб одинаков в любой точке вселенной.   Или она была создана в своей настоящей форме, или она существовал всегда, подобно сегодняшней. Это было естественное убеждение в то время, поскольку человеческая жизнь,  на самом деле, очень короткий отрезок истории, которую вселенная значительно не изменила по сравнению с возрастом самой вселенной.

В статической, неменяющейся вселенной, вопрос о том, что вселенная

существовала всегда, или  создалась  в прошлом, - действительно  материал для метафизики или религии: каждая теория могла бы принять во внимание такую вселенную.

Великий немецкий ученый, философ  Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

В 1781 Кант, написал необычную  и очень неясную работу, Критику  Чистого

Разума. Там, он решил, что  были одинаково правильные доводы, оба - для веры, что вселенная имела начало, и для веры же, что его не было. Как говорит его название, его выводы были основаны просто на причине. Другими словами, они не взяли в счет наблюдения о вселенной. В конце концов, в неменяющейся вселенной, было ли что наблюдать?

В 19-м столетии подтверждение  начала вселенной накапливались. Земля  и

остальная часть вселенной, фактически изменились со временем. С  одной

стороны, геологи поняли, что образование скал, и ископаемых в них, имело

возраст сотни или тысячи миллионов лет. Это было намного  более длинным

сроком, чем возраст Земли, согласно Христианству.

Параллельно  существуют религиозные теории, основанные на своих

доказательствах и свидетельствах, утверждающие, что весь мир, и вселенная в частности, был создан сверхсилой, Богом.

Таким образом, перед учеными  вставала проблема выбора между верой  в бога и материальной верой. Они еще не знали первопричин происхождения вселенной, так как у них не было в то время достаточной научной базы. Вера в Бога была более предпочтительна. Исторически христианство было старше, чем наука и естественно немногие воспринимали науку серьезно, но со временем она набирала силу, и все чаще люди поворачивали голову в её сторону.

Тайна в науке - это то, что наука не может объяснить, как она не может

объяснить то, что было до большого взрыва. Ведь все, что происходило  до

момента возникновения вселенной, точки сингулярности, не обсуждается  – это догма. А непознанное в науке - это та тайна, которая в ближайшее время не может быть раскрыта.

3.Теории происхождения Вселенной.

Процесс эволюции Вселенной происходит очень  медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в наше время, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Основная теория о происхождении  Вселенной является теория «Большого  взрыва». В 1915 и 1916 годах Эйнштейн опубликовал  уравнения общей теории относительности, согласно этих уравнений Вселенная не является статичной, а расширяется с одновременным торможением. Единственное физическое явление, которое ведёт себя подобным образом это взрыв, которому учёные дали название «Большой взрыв».

Астрономы употребляют этот термин в двух взаимосвязанных значениях: с одной стороны этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной; с другой - весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием. Однако есть ряд вопросов, на которые теория Большого Взрыва ответить пока не может, но основные ее положения обоснованы надежными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа - порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределенность на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.      

При дальнейшем продвижении к началу мира мы в какой-то момент столкнемся с еще более трудной проблемой необходимости «квантования гравитации», пока не имеющей даже принципиального удовлетворительного решения. В силу этих причин все попытки исследования самых первых мгновений существования нашего мира остаются пока чисто умозрительными теоретическими построениями. Поэтому мы просто исключим из рассмотрения это «первое мгновение» эволюции, ограничиваясь лишь последующим этапом, для которого наука располагает достаточно достоверной информацией.  

 

3.1 Большой взрыв 

Большой взрыв – это  гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии (т.е. сверхплотном состоянии).  

В начале был взрыв – взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начало всё пространство. Вещество, разлетавшееся в разные стороны в таком взрыве, состояло из различных типов элементарных частиц, причём каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы. Взорвавшись, невероятно горячий гигантский огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, разметал по пространству материю и энергию, придав им колоссальное ускорение, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики. Большой Взрыв оказался настолько мощным, что вся материя Вселенной с огромной скоростью разлетелась по космическому пространству.

Ранняя  Вселенная представляла собой однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.

Любое вещество состоит из крохотных частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие материальные частицы, способные принимать участие в химических реакциях. Однако они, в свою очередь, состоят из еще более мелких, элементарных, частиц. В мире существует множество разновидностей атомов, которые называются химическими элементами. Каждый химический элемент включает в себя атомы определенных размеров и веса и отличается от других химических элементов. Поэтому в ходе химических реакций каждый химический элемент ведет себя только ему одному присущим образом. Все сущее во Вселенной, от крупнейших галактик до мельчайших живых организмов, состоит из химических элементов.

Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части  в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные  частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000⁰С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы - гелий и водород. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и сильнее - образовывались более тяжелые элементы. Процесс образования новых атомов и элементов продолжается и по сей день в недрах таких звезд, как, к примеру, наше Солнце. Их температура необычайно высока.      

Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкивались друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали  маленькие объекты к более крупным. В результате во Вселенной со временем сформировались галактики, звезды, планеты.  

По  современным представлениям, наблюдаемая  нами сейчас Вселенная возникла 13,7 ± 0,2 миллиарда лет назад, и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.      

Мы  можем с уверенностью утверждать это потому, что отдаленные галактики все еще отодвигаются от нас, а расстояния между ними постоянно увеличиваются. Значит, когда-то галактики располагались гораздо ближе друг к Другу, чем в наши дни.    

В зависимости от средней плотности  материи и энергии во Вселенной, она или будет продолжать вечное расширение, или будет гравитационно замедляться и, в конце концов, схлопнется обратно в себя в Большом сжатии.    

Данные, имеющиеся в настоящее время, позволяют утверждать, что не только материи и энергии недостаточно, чтобы вызвать сжатие, но и что расширение Вселенной происходит с ускорением. В последнее время ученым удалось определить, что и скорость расширения Вселенной, начиная с определённого момента в прошлом, постоянно увеличивается, что уточняет некоторые концепции теории Большого взрыва.

Современная стандартная модель развития Вселенной  в физической космологии (так называемая Лямбда-CDM модель) учитывает эти модификации. Хотя, согласно альтернативным теориям, космос существовал всегда и всегда будет существовать, изменяясь лишь в своей форме и проявлениях.

Другие  идеи о судьбе Вселенной включают теории Большого разрыва, Большого замерзания и тепловой смерти Вселенной.

 

 

 

 

 

 3.2 Научное подтверждение Большого взрыва 

Концепция Большого взрыва появилась с открытием  в 1920-е годы закона Хаббла. Этот закон описывает простой формулой результаты наблюдений, согласно которым видимая Вселенная расширяется и галактики удаляются друг от друга. Нетрудно, следовательно, мысленно «прокрутить пленку назад» и представить, что в исходный момент, миллиарды лет назад, Вселенная пребывала в сверхплотном состоянии. Такая картина динамики развития Вселенной подтверждается двумя важными фактами.

Космический микроволновой фон. В 1964 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили, что Вселенная наполнена электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне частот. Последовавшие измерения показали, что это характерное классическое излучение черного тела, свойственное объектам с температурой около –270°С (3 К), т. е. всего на три градуса выше абсолютного нуля.