История философии. Теория Всеобщего

    Древнегреческим философам принадлежит ряд гениальных догадок об устройстве Вселенной. Анаксиандр высказал идею изолированности Земли, в пространстве. Эйлалай первым описал пифагорейскую систему мира, где Земля, как и Солнце, обращались вокруг некоего «гигантского огня». Шарообразность Земли утверждал другой пифагореец Парменид (VI-V в.в. до н.э.) Гераклит Понтийский (V-IV в до н.э.) утверждал так же ее вращение вокруг своей оси и донес до греков еще более древнюю идею египтян о том, что само солнце может служить центром вращение некоторых планет (Венера, Меркурий).

    Французский философ и ученый, физик, математик, физиолог Рене Декарт (1596-1650) создал теорию об эволюционной вихревой модели Вселенной  на основе гелиоцентрализма. В своей модели он рассматривал небесные тела и их системы в их развитии. Для XVII в.в. его идея была необыкновенно смелой. По Декарту, все небесные тела образовывались в результате вихревых движений, происходивших в однородной в начале, мировой материи. Совершенно одинаковые материальные частицы, находясь в непрерывном движении и взаимодействии, меняли свою форму и размеры, что привело к наблюдаемому нами богатому разнообразию природы.

    Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную  концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ровной структуры, и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновение 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 системных и кончая миром туманности.

    Эйнштейн  совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию относительности. Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

    Впервые принципиально новые космогологические  следствие общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

    Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно  точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

    В 1929 г. Хаббл открыл замечательную  закономерность, которая была названная «законом Хаббла» или «закон красного смещения»: линии галактик смещенных к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика.

2.2. Происхождение Вселенной

    2.2.1. Начало Вселенной

    Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Первую эру в истории вселенной называют  “большим взрывом” или английским термином Big Bang.

    а) Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

    Через миллионную долю секунды с момента  рождения Вселенной, температура  T упала на 10 биллионов Кельвинов(10¹³K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hv составляла около миллиарда эв (10³ Мэв,), что соответствует энергии покоя барионов.) В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 10¹³ K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10^--6 до 10^--4 секунды.

    К моменту, когда возраст Вселенной  достиг одной десятитысячной секунды (10^--4 с.), температура ее понизилась до 10¹² K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10^--4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

    б)  Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в веществе было, много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.

    Лептонная эра начинается с распада последних  адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 10¹⁰ K, когда энергия  фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

    в) Фотонная эра или  эра излучения. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 10¹⁰ K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по  энергии.

    Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была  введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hv всех фотонов, присутствующих в 1 куб. см, то мы получим плотность энергии излучения Er . Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб. см является средней энергией вещества Em во Вселенной.

    Вследствие  расширения Вселенной понижалась плотность  энергии фотонов и частиц. С  увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз.  Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие, (то, есть Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период “большого взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

    “Большой  взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную  нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).

    г) Звездная эра. После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.

2.2.2. Взгляды на происхождение Вселенной

     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 чувствовали, что это могло, было быть. Но они предпочли верить в то, что вселенная, существовала, и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно.

      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 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 ее сторону.

           Немецкий физик, Больцман, вывел так называемый. Второй Закон Термодинамики. Он указывает на то, что общая сумма беспорядочно движущихся частиц во вселенной (который измеряется количеством, называющимся энтропия), всегда увеличивается со временем. Это предполагает, что вселенная могла быть в сжатом состоянии только в одно время в точке начала. В противном случае, вселенная должна  вырождаться в состояние полного беспорядка с одинаковой температурой.

     Несмотря  на эти трудности с идеей статической  и неменяющейся вселенной никто  в семнадцатых, восемнадцатых, девятнадцатых  или ранних двадцатых столетиях не считал, что вселенная могла развиваться со временем. Ньютон и Эйнштейн, оба пропустили шанс предсказывания, что вселенная могла бы или сокращаться, или расширяться. Нельзя действительно ставить это против Ньютона, из-за того, что он жил двести пятьдесят лет перед  открытием расширения вселенной. Но Эйнштейн должен был знать это  лучше. Когда он сформулировал  Теорию Относительности, чтобы проверить теорию Ньютона с его собственной Специальной Теорией Относительности, он добавил так называемую, "космическую константу''. Это представляло собой отталкивающий гравитационный эффект, который мог бы балансировать  эффект притяжения материала во вселенной. Таким образом, было возможно иметь статическую модель вселенной.

     Эйнштейн  позже сказал: космическая константа  была величайшей ошибкой моей жизни.  Это произошло после наблюдений отдаленных галактик, Эдвином Хабблом в 1920 году, и показало, что они перемещаются далеко от нас, со скоростями, которые были приблизительно пропорциональными  их расстоянию от нас. Другими словами, вселенная не статическая, как прежде было принято думать: она расширяется. Расстояние между галактиками возрастает со временем.