Астрономия и современная картина мира

Размещено на http://allbest.ru/

1

Содержание

Введение

1. Новая астрономическая революция

2. Методологические установки «неклассической» астрономии XX в

3. Открытие закона красного смещения. Э.Хаббл,1929

4. Проблема возраста Вселенной

Заключение

Список использованной литературы

Введение

На протяжении веков человек стремился разгадать тайну ощущавшегося им великого мирового «порядка» Вселенной, который древнегреческие философы и назвали Космосом (буквально - порядок, красота), в отличие от Хаоса, предшествовавшего Космосу.

Зарождение астрономии было продиктовано практическими потребностями (прежде всего необходимостью ориентации в пространстве и во времени) на самых ранних стадиях существования человеческого общества. Поэтому астрономия оказалась древнейшей из наук.

На пути познания окружающего мира человек никогда не ограничивался простым использованием подмеченных сочетаний явлений в виде правил и примет, собиранием сведений об отдельных, разрозненных фактах небесного мира. Наблюдения и факты всегда объединялись в целостную систему представлений - картину мира. Именно астрономические явления и связанные с ними явления на Земле - смена дня и ночи, смена сезонов - помогли первобытному человеку сделать первое и величайшее открытие, что мир вокруг него закономерен, что каждое явление и событие имеет причину, по крайней мере, одним событиям всегда предшествуют одни и те же другие события. Это позволяло предсказывать небесные явления и связанные с ними изменения на Земле: например, приближение весны и оживление природы с ростом полуденной высоты Солнца и т. п. Представить механизм Вселенной, т. е. построить картину устройства и главных законов ее, означало получить возможность более уверенно ориентироваться не только в пространстве и во времени - по звездам. Солнцу и Луне, но «ориентироваться» в самой цепи событий на Земле и на Небе, а быть может, даже влиять на них.

Опыт удачных предсказаний (например, затмений) вселял уверенность в силе человеческого разума, в познаваемости мира, формировал мировоззрение как некое взаимоотношение, взаимосвязь человека и природы. Но и само понятие «познаваемости» изменялось от эпохи к эпохе, отражая уровень развития познающего человеческого интеллекта. Первобытное одухотворение природы, стремление поэтому лишь «уловить» сигналы Неба в наблюдаемых явлениях, причинами которых считали злую или добрую волю неких могущественных сверхъестественных существ, с течением времени, с накоплением фактов сменялось объяснениями на основе «естественных законов природы», а на долю сверхъестественной разумной силы - Бога - оставлялось «только» само творение материи и всего материального мира. Возникшее уже в древности иное, материалистическое объяснение природы положило в основу общей космофизической, а следовательно, и астрономической картины мира идеи вечности и самодвижения, саморазвития материи.

Многотысячелетняя история астрономии наполнена ожесточенной борьбой между этими двумя мировоззрениями уже потому, что древняя астрономическая картина мира, одухотворявшая природу, стала в свое время одной из основ для возникновения и формирования всевозможных форм религии как веры в высшую, творящую и организующую разумную силу, стоящую над природой. К иной точке зрения проявлялась крайняя нетерпимость. Драматизм развития астрономической картины мира в течение многих веков (в Европе вплоть до XVIII в.) объяснялся, главным образом, нетерпимостью церкви ко всему новому. Не приемля исследовательского отношения к миру, религия сначала отвергала и преследовала новые астрономические теории, а, приняв их (под давлением фактов), превращала живую мысль, развивающуюся теорию в окаменелость, объявляя теперь и ее (к тому же истолкованную в религиозном духе) последней истиной, предметом веры.

На пути научного прогресса немалым тормозом становились и до сих пор выступают порой привычка и инерция мышления, чрезмерное доверие к научным авторитетам, что также ведет к попыткам закрепить конкретные выводы науки в качестве «вечных» истин.

На пути осмысления глубочайших закономерностей окружающей действительности вставало не только идеалистическое мировоззрение, ставившее предел возможностям познания. Тормозом нередко служило и неразвитое, недиалектическое материалистическое мировоззрение, которое пыталось навязать природе те или иные конкретные (и всегда ограниченно справедливые!) результаты науки, ошибочно и навечно объявляя их чуть ли не основами материализма.

Уже в древнейшие времена человек мог улавливать важные, порой фундаментальные черты окружающего мира, высказывая в связи с этим глубокие идеи. Некоторые из них, выдержав испытание временем, живут и в наши дни: идея причинности, тяготения, цикличности изменений, идея нарушения равновесия как предпосылки к развитию.

А между тем построенные на этих идеях - и на выводах из непосредственного опыта наблюдений - системы представлений («картины мира») рано или поздно обнаруживали свою несостоятельность и отбрасывались в процессе драматической борьбы нового со старым. В неизбежной смене фундаментальных представлений о мире отражается один из главных, на наш взгляд, законов восприятия и познания окружающего мира: безграничная экстраполяция известного на неизвестное, т. е. проверяемого знания - на область недоступного опыту, и формирование, таким образом, целостной картины мира.

1. Новая астрономическая революция

В ХХ в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего, значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук. Начиная с 20-30-х годов, в качестве теоретической основы астрономического познания стали выступать (наряду с классической механикой) релятивистская и квантовая механика, что существенно раздвинуло "теоретический горизонт" астрономических исследований. Общая теория относительности создала возможность модельного теоретического описания явлений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию - эту чрезвычайно важную отрасль астрономии - на твердую теоретическую почву.

А создание квантовой механики послужило чрезвычайно мощным импульсом развития, как астрофизики, так и космогонического аспекта астрономии (в частности, выяснения источников энергии и механизмов эволюции звезд, звездных систем и др.); обеспечило переориентацию задач астрономии с изучения в основном механических движений космических тел (под влиянием гравитационного поля) на изучение их физических и химических характеристик. Выдвижение на первый план астрофизических проблем сопровождалось также интенсивным развитием таких отраслей астрономической науки, как звездная и внегалактическая астрономия.

Наряду с этим существенно совершенствовались и эмпирические методы астрономического познания. Астрономия стала всеволновой, т.е. астрономические наблюдения проводятся на всех диапазонах длин волн излучений (радио,- инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма - диапазоны). Появилась также возможность непосредственного исследования с помощью космических аппаратов и наблюдений космонавтов околоземного космического пространства, Луны и планет Солнечной системы.

Все это привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной и открытию целого ряда необычных (и, как правило, неожиданных и во многом необъяснимых) явлений. Среди этих открытий особенное значение имеют нестационарные процессы во Вселенной:

· обнаружение в конце 40-х годов существования "звездных ассоциаций", представляющих собой группы распадающихся после своего рождения звезд;

· обнаружение в 50-х годах явлений распада скоплений и групп галактик;

· открытие в 60-е годы квазаров (Квазары - самые мощные из известных сейчас источников энергии). При сравнительно небольших размерах (не более 1 светового месяца) средний квазар излучает вдвое больше энергии, чем вся наша Галактика, имеющая в поперечнике размер в 100 тысяч световых лет и состоящая из 200 млрд. звезд. Для квазаров характерны и признаки явной нестабильности: переменность блеска и выбросы вещества с огромными скоростями), радиогалактик, взрывной активности ядер галактик с колоссальным энерговыделением (~ 1 0 n эрг, где n = 6 0);

· нестационарных явлений в недрах звезд;

· нестационарных явлений в Солнечной системе (быстрый распад короткопериодических комет, планетарная эруптивная деятельность и др.).

Кроме того, к выдающимся астрономическим открытиям следует отнести обнаружение:

· "реликтового" излучения, которое является важнейшим аргументом в пользу теории "горячей" Вселенной;

· "рентгеновских звезд";

· пульсаров;

· космических мазеров на линиях некоторых молекул (воды, ОН и др.);

· вероятное открытие "черных дыр"; и др.

Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с рядом принципиальных трудностей, преодоление которых связано с необходимостью совершенствования теоретико-методологического инструментария современной астрономии. Все это привело к значительному возрастанию количества разрабатываемых астрофизических и космологических моделей, концепций, опирающихся на разные принципы и не связанных пока единой фундаментальной теорией.

На этом фоне происходит интенсивная дифференциация и интеграция знаний о Вселенной. Выделяются не только новые отрасли теоретической и наблюдательной астрономии, но в связи с успехами космической техники возникают прикладные отрасли астрономии.

В то же время возрастает роль общетеоретических интегративных принципов, понятий, установок, которые формируются под влиянием математики, физики, других естественных и даже гуманитарных наук. Изменяется место астрономии в системе научного познания: она сближается не только с естественными и математическими, но и с гуманитарными науками, философией.

По сути, астрономия во второй половине ХХ века астрономия вступила в период научной революции, которая изменила способ астрономического познания - на смену классическому способу познания пришел "неклассический" способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок астрономического познания и астрономической картины мира.

2. Методологические установки «неклассической» астрономии XX в

3. Открытие закона красного смещения. Э.Хаббл, 1929

Э.П. Хаббл (1889 - 1953) в 20-е гг. занялся анализом лучевых скоростей галактик и привлек к этому другого сотрудника обсерватории, талантливого наблюдателя М. Хьюмасона (1891 - 1972), мастера астроспектрофотографии и фотографического измерения лучевых скоростей звезд и туманностей. Сам Хаббл получал прямые снимки туманностей и определял расстояния до них (по цефеидам, новым, по ярчайшим звездам, по суммарной светимости галактик).

Предприятие требовало огромной предварительной исследовательской работы - по выявлению достаточной однородности, сопоставимости характеристик самих туманностей, сходства их объектов (цефеид, ярчайших звезд) с аналогичными в нашей галактике.

Напомним, что Эйнштейн ввел космологический член как раз для уравновешивания гравитации и обеспечения постулированной им стационарности вселенной.

Сравнение конкретных лучевых скоростей и расстояний показало Хабблу, что у более далеких туманностей они больше и что, таким образом, в кинематическом уравнении движения Солнца относительно туманностей К-член, или "скорость Вселенной" также растет и ее следует записывать как пропорциональную расстоянию (r) - Kr. Конкретный вид зависимости "скорости Вселенной" от расстояния между Солнцем и туманностями Хаббл впервые определил по 24 галактикам с измеренными расстояниями и по 22 , расстояния, до которых были оценены им по их суммарным звездным величинам. Эти галактики располагались не далее, чем в 70 млн. св. лет от нас (не далее скопления галактик в Деве), что затрудняло измерение в их спектрах доплеровского смещения волны. Тем не менее, Хаббл уловил определенную закономерность. К 1929 году он уже уверенно установил, что лучевые скорости (v) растут прямо пропорционально r:

v = Kr

и оценил значение К = 500 - 530 км/(сек х Мпк). В январе 1929 г. Хаббл сдал в печать статью (на 6 страницах) с этими результатами: "Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей" в Труды Национальной академии наук США (вышла в марте). Но уже в феврале, узнав об открытии Хаббла, американский физик-теоретик Р. Толмэн, работавший в области новой, релятивистской космологии, предложил назвать постоянную в новом законе "красного смещения" именем Хаббла и обозначать ее через "Н":

v = Hr.

Так, в астрономию вошел «закон Хаббла» - главный закон, по которому «живет» наша Вселенная.

Далее была проведена огромная работа по проверке закона. К 1931 г. он был доказан Хабблом и Хьюмасоном для расстояний в 18 раз больших, чем при его открытии. К 1935 -36 гг. он был подтвержден и для изолированных галактик, и для их скоплений, вплоть до самых далеких доступных 100" телескопу (до 18^m и с лучевыми скоростями до 42тыс. км/с). В 1950 - 51 гг. уже с помощью 200" рефлектора закон Хаббла был продвинут к лучевым скоростям в 61 000 км/с. В этой работе по обоснованию и "распространению" действия закона Хаббла принимали затем участие известные наблюдатели В. Бааде, Н. Мейолл, Э. Сэндидж и др. и целый ряд крупных обсерваторий. В настоящее время его действие, подтвержденное и в радиодиапазоне, проверено и подтверждено до расстояний свыше 10 млрд. св. лет (по радиоисточникам и квазарам). Постоянная Хаббла является одной из Параметров красного смещения в них z = v/с составлял всего десятые доли процента фундаментальных космологических постоянных. В результате неоднократных уточнений ее значение принимается в настоящее время равным 72 км/(с Мпк).

На первых порах его утверждения высказывались предложения и о другом истолковании эффекта красного смещения. Ф. Цвикки в 1931 г. высказал идею "старения" квантов на пути от галактики к наблюдателю. Эта гипотеза подействовала сначала и на Хаббла, а затем возрождалась в 60-е гг. нашего века. К настоящему времени (2009г.) все сомнения в доплеровском характере эффекта отпали. Но еще недавно изредка вновь высказывались (например, известным физиком и астрономом В.С. Троицким - см. ЗиВ, 2/1995), не говоря уже о более ранних сомнениях Ф.Хойла и др. (См. ниже).

5. Проблема возраста Вселенной

Большое смятение в умах вызвало осознание того, что величина, обратная постоянной Хаббла (1/Н) означает не что иное, как время расширения Вселенной, ее возраст. Иначе говоря, закон Хаббла свидетельствует о конечности Вселенной во времени, а не только в пространстве, о том, что она имела начало!

Первым проблему конечности времени расширения нестационарной Вселенной затронул А. Фридман в 1922 г. Более того, он применил это к параметрам нашей Метагалактики.

Свою первую статью по космологии Фридман закончил хотя и чисто иллюстративным, но, тем не менее, любопытным подсчетом: если положить Л = 0 и общую массу Вселенной близкой по порядку величины к массе Метагалактики, то "период мира" будет исчисляться величиной порядка 10 млрд. лет. Эти расчеты российского математика были так далеки тогда от астрономической практики, что на них не обратил внимания и сам Эйнштейн, прочитавший статью (и посчитавший тогда ее вообще ошибочной). Более детально вопрос о "возрасте" и о "начале" Вселенной Фридман обсуждает в брошюре 1923 г. «Мир как пространство и время»: «Является возможность также говорить о "сотворении мира из ничего", но все это пока должно рассматриваться как курьезные факты, не могущие быть солидно подтвержденными недостаточным астрономическим экспериментальным материалом. ... Бесполезно, - продолжает он, - за отсутствием надежных астрономических данных приводить какие-либо цифры, характеризующие "жизни" переменной Вселенной» (имеется в виду аналогия с древнеиндийскими "циклами жизни" - югами). И все же Фридман - естествоиспытатель по духу не удерживается от некой прикидки и доводит свои рассуждения до числа: «Если все же начать подсчитывать, для курьеза, время, прошедшее с момента, когда Вселенная создавалась из точки, до теперешнего ее состояния, начать определять, следовательно, время, прошедшее от создания мира, то получатся числа в десятки миллиардов наших обычных лет». Что называется, - попадание в десятку! Разумеется, и это воспринималось как фантазирование, игра ума математика, а за рубежом русскоязычный текст, очевидно, остался вообще неизвестным.

И вот спустя меньше десятилетия вывод о "начале" Вселенной последовал, как мы видели, и из наблюдений - эффекта красного смещения при его истолковании на основе принципа Доплера.

астрономический нестационарный вселенная познание

Заключение

Наука - это упорядоченная система понятий о явлениях, законах окружающей нас действительности. Речь идет не о простом перечислении фактов («солнце восходит» или «брошенный вверх камень падает на Землю»), но об их объяснении («камень падает потому, что его притягивает Земля»), об осмыслении этих фактов («Солнце восходит потому, что Земля вращается вокруг своей оси») и на этом основании о предвидении новых явлений и событий (например, «если, находясь на очень высокой горе, бросить камень горизонтально со скоростью 8 км/с, то он уже на Землю не упадет, а превратится в ее искусственный спутник»).

Система научных знаний складывается постепенно, многими поколениями ученых, которые, прежде всего, проводят наблюдения и систематизацию явлений и на этой основе, путем логических размышлений, делают определенные обобщения. Для объяснения причины того или другого явления высказывается какое-то предположение - гипотеза. И если она «оправдает себя», если она даст возможность предвидеть новые явления, она становится теорией - важной составной частью науки.

Из всего сказанного следует, что в каждую историческую эпоху существует своеобразный «горизонт», отделяющий то, «что мы с достоверностью знаем», от того, «чего мы не знаем». Так, во времена Коперника не было известно расстояние до Солнца, но уже убедились в том, что Земля - шар. В начале XX в. предполагали, будто Солнце находится в центре Галактики. И никто тогда не догадывался (или не имел этому доказательств), что за пределами нашей звездной системы имеется несчетное число таких же галактик. Сегодня же астрономы проникают в окружающую Вселенную до объектов, находящихся на таких расстояниях, что свет от них приходит к нам за 10 млрд. лет. Мы говорим: там сейчас проходит упомянутый горизонт науки. О том же, «что далее», мы можем только догадываться...

На основании всей совокупности данных науки создается так называемая научная картина мира - система представлений о наиболее общих законах строения и развития Вселенной и ее отдельных частей. Она в той или иной мере становится элементом мировоззрения каждого человека.

Список использованной литературы