Ольга Стрельник - Концепции современного естествознания: конспект лекций
Тема 4. СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ВСЕЛЕННОЙ
4.1. Общие принципы современной астрономии
Астрономия – одна из древнейших наук, переживающая в XX в. новое рождение. Слово «астрономия» происходит от греческих astron – звезда и nomos – закон. Современная астрономическая наука изучает процессы, протекающие в макро– и мегамире. Небесная механика, астродинамика, астрометрия изучают закономерности макроуровня; внегалактическая астрономия и космология – процессы мегау-ровня. Различие между макро– и мегамиром проводится следующим образом: объект относится к мегауровню, если его размеры превышают 109пк. При изучении процессов в мегамире современная астрономия апеллирует к тем данным, которые получены в «обычной» астрономии макромира и физике микромира.
XX в. можно назвать веком астрономической и космологической научной революции: новые открытия не просто подтолкнули развитие самой науки, но радикально изменили взгляд человека на происхождение и устройство Вселенной, свое место в мире и т. п. Выводы, которые формулируются в астрономии и космологии, имеют фундаментальный мировоззренческий характер и существенно влияют на те цели, которые ставит перед собой человечество.
Новые открытия происходили в астрономии на протяжении всего XX в.: в 1929 г. было обнаружено явление разбегания галактик; в 40-е гг. – существование больших скоплений звезд, которые распадаются после своего возникновения; в 50-е гг. открыты явления распада групп галактик; в 1963 г. – квазары и нейтронные звезды. Во второй половине XX в. началось практическое освоение космоса, которое стало дополнительным толчком для развития прикладных исследований в астрономии.
Следствием научной революции стало изменение способов познания и той картины мира, которая создается на основе этих исследований. Во-первых, благодаря новым техническим достижениям существенно расширилась область наблюдаемой Вселенной, т. е. изменился эмпирический фундамент астрономии. Во-вторых, в качестве теоретической базы стала рассматриваться уже не классическая физика, а квантовая механика и квантовая хромодинамика (3.3, 3.4, 3.5). В-третьих, современная астрономия отказалась от классических представлений о пространстве и времени и приняла в качестве своего теоретического основания релятивистскую концепцию пространственно-временного континуума
(3.2). В-четвертых, открытие нестационарности Вселенной, имевшее наиболее серьезные мировоззренческие последствия, привело к фундаментальному пересмотру представлений человека о мегамире и протекающих в нем процессах (4.2). В-пятых, современная астрономическая наука учла фактор активности субьекта познания, что выразилось в так называемом антропном космологическом принципе
(7.3). В-шестых, развитие эмпирических и теоретических исследований привело к отказу от идеи единственности нашей Вселенной и обсуждению гипотезы «множественности вселенных» (3.3, 7.3).
В отличие от классического экспериментального естествознания, в котором теоретические гипотезы выдвигались, как правило, для обьяснения уже открытых эмпирических фактов, современная астрономия развивается скорее обратным образом. Все новейшие представления о происхождении и развитии Вселенной (или вселенных) являются результатами математического моделирования и экстраполяции известного знания на новые области. Таким образом, сначала выдвигается теоретическая гипотеза и создается математическая модель, затем из нее делаются определенные выводы, и только потом они проверяются экспериментальным путем. Безусловно, выводы астрономии должны получать опытное подтверждение или опровержение, т. е. подвергаться процедурам верификации или фальсификации (1.2). Этим утверждается научный статус астрономии. Однако поскольку прямые подтверждения или опровержения сложны, существенно возрастает роль косвенных экспериментальных свидетельств. Но порой даже косвенная экспериментальная проверка отодвигается на десятилетия. Некоторые исследователи философских проблем астрономии вообще считают, что в ряде случаев экспериментальное подтверждение или опровержение теоретических космологических моделей в принципе невозможно. В связи с этим ведутся дискуссии о возникновении нового типа рациональности, который напрямую связан с характером современной астрономической науки (1.2).
4.2. Основные космологические гипотезы. Происхождение Вселенной
Происхождение, эволюция и устройство Вселенной как целого изучаются космологией. Слово «космология» происходит от греч. kosmos – вселенная и logos – закон. Уже древние мудрецы задались вопросом о происхождении и устройстве Вселенной, поэтому космология – учение о строении мира – и космогония – учение о происхождении мира – были неотъемлемым компонентом философских систем древности.
Современная космология – это раздел астрономии, в котором аккумулированы частнонаучные данные физики и математики и универсальные философские принципы, космология представляет собой синтез научных и философских знаний. Именно этим определяется ее специфика. Выводы космологии почти полностью обусловлены теми философскими принципами, на которые опирается исследователь. Дело в том, что размышления о происхождении и устройстве Вселенной эмпирически труднопроверяемы и существуют в виде теоретических гипотез или математических моделей (4.1). Космолог движется от теории к практике, от модели к эксперименту, в этом случае роль исходных философских и общенаучных оснований существенно возрастает. Именно поэтому космологические модели радикально различаются между собой – в их основе лежат разные, порой конфликтующие мировоззренческие принципы. Понятно, что религиозная космология будет серьезно отличаться от космологии, построенной на материалистических мировоззренческих основаниях. В свою очередь любые космологические выводы также влияют на общефилософские представления об устройстве Вселенной, т. е. изменяют фундаментальные представления человека о мире и самом себе. Таким образом, можно сказать, что современная космология – это не только «физика», но и «философия», а иногда и «религия».
Классические космологические представления, сутью которых было утверждение абсолютности и бесконечности пространства и времени, а также неизменности и вечности Вселенной, сталкивались с двумя неразрешимыми парадоксами – гравитационным и фотометрическим. Гравитационный парадокс заключался в противоречии между исходными постулатами о бесконечности Вселенной и ее вечности. Так, если предположить бесконечность мира, то необходимо также признать и бесконечность действующих в нем сил тяготения. Бесконечность сил тяготения между небесными телами должна была бы привести к коллапсу, т. е. Вселенная не могла бы существовать вечно, а это противоречит постулату о ее вечности. Фотометрический парадокс также вытекает из постулата бесконечности Вселенной. Если Вселенная бесконечна, то в ней должно существовать бесконечное число небесных тел, а значит, светимость неба также должна быть бесконечной, однако этого не происходит.
Парадоксы классической науки разрешаются в современной релятивистской космологии.
Началом революции в астрономии считается создание в 1917 г. А. Эйнштейном стационарной релятивистской космологической модели. В ее основу положена релятивистская теория тяготения, обоснованием которой служит общая теория относительности (3.2). А. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению А. Эйнштейна, зависят от распределения в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Сигнал, пущенный наблюдателем во Вселенной, вернется к нему с противоположной стороны. Согласно стационарной релятивистской модели пространство однородно и изотропно (3.2), материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, А. Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира: А. Эйнштейна более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый. В конце жизни великий ученый с сожалением говорил о том, что теория статичной Вселенной не имеет эмпирического подтверждения.
В 1922 г. российский математик и физик А. Фридман выступил с критикой теории А. Эйнштейна. Его идеи стали началом нестационарной релятивисткой космологии. Космологическая концепция А. Фридмана основывается на нескольких принципах.
