Т6.Космология
 
 М.И. Беляев, 1999-2007 г,©Вверх Т7-1.Химия

страница находится в стадии доработки
ТЕМА 6. Концепции пространства и времени. Космологические модели Вселенной
6.1. Развитие взглядов на пространство и время в истории науки
Уже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. Это были представители элейской школы в Древней Греции. А знаменитый греческий врач и философ Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличие от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует.
Некоторые философы, в том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для их перемещений и соединений.
В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило преимущественно стихийный и противоречивый характер. И только в «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.
Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до XVI в. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим равномерное круговое движение не­бесных тел вокруг неподвижной Земли.
Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником в работе «Об обращениях небесных сфер».
Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.
Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественно­научной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.
В гелиоцентрической картине движения планет Кеплер увидел действие единой физической силы. Он установил универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представление об их эллиптических орбитах. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве.
Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и мирах» Бруно писал: «Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности и расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому…"1. Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое, безмерное пространство», Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно «не имеет края, предела и поверхности».
Практическое обоснование выводы Бруно получили в «физике неба» И. Кеплера и в небесной механике Г. Галилея.
6.2. Принцип относительности Г. Галилея.
Инерциальные системы. Принцип инвариантности.
Подлинная революция в механике связана с именем Г. Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики - принцип от­носительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными. Математические преобразования Галилея отражают движение в двух инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.
Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р. Декарта, кото­рый создал первую универсальную физико-космологическую картину мира. В основу ее Декарт положил идею о том, что все явления природы объясняются механическим воздействием элементарных материальных частиц. Взаимодействием элемен­тарных частиц Декарт пытался объяснить все наблюдаемые фи­зические явления: теплоту, свет, электричество, магнетизм. Само же взаимодействие он представлял в виде давления или удара при соприкосновении частиц друг с другом и ввел таким образом в физику идею близкодействия.
Декарт обосновывал единство физики и геометрии. Он ввел координатную систему (названную впоследствии его именем), в которой время представлялось как одна из пространственных осей. Тезис о единстве физики и геометрии привел его к отождествлению материальности и протяженности. Исходя из этого тезиса он отрицал пустое пространство и отождествил пространство с протяженностью.
Декарт развил также представление о соотношении длительности и времени. Длительность, по его мнению, «соприсуща материальному миру. Время же - соприсуще человеку и потому является модулем мышления». «…Время, которое мы отличаем от длительности, - пишет Декарт в «Началах философии», - есть лишь известный способ, каким мы эту длительность мыслим…».
Таким образом, развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период способствовало созданию концептуальной основы изучения физического пространства и времени. Эти представления подготовили математическое и экспериментальное обоснование свойств пространства и времени в рамках классической механики.
6.3. Понятия абсолютного и относительного пространства и времени в классической механике
Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие математические обоснования, представлена в классической механике И. Ньютона. Ее вершиной стала теория тяготения, провозгласившая универсальный закон природы - закон всемирного тяготения. Согласно этому закону сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Она всегда пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не конечной, а бесконечной. Лишь в этом случае в ней может существовать множество космических объектов - центров гравитации.
Так, в рамках ньютоновской гравитационной модели Вселенной утверждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объекты, связанные между собой силой тяготения.
В 1687 г. вышел основополагающий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей естественно­научной картины мира. В нем были сформулированы основные законы движения и дано определение понятий пространства, времени, места и движения.
Раскрывая сущность времени и пространства, Ньютон характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве — в смысле порядка положения». Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующую типологическую характеристику:
Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью.
Относительное, кажущееся, или обыденное, время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год.
Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.
Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.
Из определений Ньютона следовало, что разграничение им понятий абсолютного и относительного пространства и времени связано со спецификой теоретического и эмпирического уровней их познания. На теоретическом уровне классической механики представления об абсолютном пространстве и времени играли существенную роль во всей причинной структуре описания мира. Оно выступало в качестве универсальной инерциальной системы отсчета, так как законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчета. На уровне эмпирического познания материального мира понятия «пространства» и «времени» ограничены чувствами и свойствами познающей личности, а не объективными призна­ками реальности как таковой. Поэтому они выступают в качестве относительного времени и пространства.
Ньютоновское понимание пространства и времени вызвало неоднозначную реакцию со стороны его современников - естествоиспытателей и философов. С критикой ньютоновских представлений о пространстве и времени выступил немецкий ученый Г. В. Лейбниц. Он развивал реляционную концепцию пространства и времени, отрицающую существование пространства и времени как абсолютных сущностей.
Указывая на чисто относительный (реляционный) характер пространства и времени, Лейбниц пишет: «Считаю пространство так же, как и время, чем-то чисто относительным: пространство - порядком сосуществований, а время - порядком последовательностей» .
Предвосхищая положения теории относительности Эйнштейна о неразрывной связи пространства и времени с материей, Лейбниц считал, что пространство и время не могут рассматриваться в «отвлечении» от самих вещей. «Мгновения в отрыве от вещей ничто, - писал он, - и они имеют свое существование в последовательном порядке самих вещей». Однако данные представления Лейбница не оказали заметного влияния на развитие физики, так как реляционная концепция пространства и времени была недостаточна для того, чтобы служить основой принципа инерции и законов движения, обоснованных в классической механике Ньютона. Впоследствии это было отмечено и А. Эйнштейном.
Успехи ньютоновской системы (поразительная точность и кажущаяся ясность) привели к тому, что многие критические соображения в ее адрес обходились молчанием. А ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца XIX в.
Основные положения этой картины мира, связанные с пространством и временем, заключаются в следующем.
• Пространство считалось бесконечным, плоским, «прямолинейным», евклидовым. Его метрические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве «вместилища» материальных тел, как независимая от них инерциальная система.
Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно» и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности. Фактически классическая механика сводила время к длительности, фиксируя определяющее свойство времени «показывать продолжительность события». Значение указаний времени в классической механике считалось абсолютным, не зависящим от состояния движения тела отсчета.
• Абсолютное время и пространство служили основой для преобразований Галилея - Ньютона, посредством которых осуществлялся переход к инерциальным системам. Эти системы выступали в качестве избранной системы координат в класси­ческой механике.
Принятие абсолютного времени и постулирование абсолютной и универсальной одновременности во всей Вселенной явилось основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое с бесконечной скоростью, мгновенно и прямолинейно распространяло силы на бесконечные расстояния. Эти мгновенные, вневременные взаимодействия объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного пространства, существующего независимо от времени.
До XIX в. физика была в основном физикой вещества, т. е. она рассматривала поведение материальных объектов с конечным числом степеней свободы и обладающих конечной массой покоя. Изучение электромагнитных явлений в XIX в. выявило ряд существенных отличий их свойств по сравнению с механи­ческими свойствами тел.
Если в механике Ньютона силы зависят от расстояний меж­ду телами и направлены по прямым, то в электродинамике (теории электромагнитных процессов), созданной в XIX в. английскими физиками М. Фарадеем и Дж. К. Максвеллом, силы зависят от расстояний и скоростей и не направлены по прямым, соединяющим тела. А распространение сил происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Как отмечал Эйнштейн, с развитием электродинамики и оптики становилось все очевиднее, что «недостаточно одной классической механики, для полного описания явлений природы». Из теории Максвелла вытекал вывод о конечной скорости распространения элек­тромагнитных взаимодействий и существовании электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали рассматриваться как проявление единого электромагнитного поля. Таким образом, Максвеллу удалось подтвердить действие законов сохранения и принципа близкодействия благодаря введению понятия электромагнитного поля, что, по словам Эйнштейна, явилось «самым важным достижением со времени Ньютона».
Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень существенно для описания физических свойств пространства и времени. Структура электромагнитного поля описывается с помощью четырех уравнений Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил Эйнштейн, теория относительности возникает из проблемы поля.
Специального объяснения в рамках существовавшей в конце XIX в. физической картины мира требовал и отрицательный результат по обнаружению мирового эфира, полученный американским физиком А. Майкельсоном. Его опыт доказал независимость скорости света от движения Земли. С точки зрения классической механики, результаты опыта Майкельсона не поддавались объяснению. Некоторые физики пытались истолковать их как указывающие на реальное сокращение размеров всех тел, включая и Землю, в направлении движения под действием возникающих при этом электромагнитных сил.
Создатель электронной теории материи X. Лоренц вывел математические уравнения (преобразования Лоренца) для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков времени между событиями, происходящими на них, в зависимости от скорости движения.
Как показал позднее Эйнштейн, в преобразованиях Лоренца отражаются не реальные изменения размеров тел при дви­жении (что можно представить лишь в абсолютном пространстве), а изменения результата измерения в зависимости от движения системы отсчета.
Таким образом, относительными оказывались и «длина», и «промежуток времени» между событиями, и даже «одновре менность» событий. Иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство, и время.
6.4.ПРОСТАНСТВО И ВРЕМЯ В СпециальнОЙ теориИ
относительности
Специальная теория относительности, созданная в 1905 г А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца. «Она описывает законы всех физиче ских процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, та­ким образом, оказывается ее частным случаем».
Если бы были найдены абсолютные пространство и время, и следовательно, и абсолютные скорости, то пришлось бы отказаться от принципа относительности, в соответствии с которым инерциальные системы равноправны. Создатель теории относительности сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света.
Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения.
Классическое сложение скоростей неприменимо для распространения электромагнитных волн, света. «Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости. Для того чтобы сообщить телу скорость, равную скорости света, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физически невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости.
Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий. Она не может складываться ни с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной.
Из этих двух принципов - постоянства скорости света и расширенного принципа относительности Галилея — математически следуют все положения специальной теории относительности (СТО). Если скорость света постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутка времени, массы для разных систем отсчета будут различными.
Еще раз подчеркнем, что эффекты специальной теории относительности будут обнаруживаться при скоростях, близких к световым. При скоростях значительно меньше скорости света формулы СТО переходят в формулы классической механики.
В общей теории относительности (ОТО), или теории тяготения, Эйнштейн расширяет принцип относительности, распространяя его на неинерциальные системы. В ней он также исходит из экспериментального факта эквивалентности масс инерционных и гравитационных, или эквивалентности инерционных и гравитационных полей.
6.5. СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Какие же основные свойства пространства и времени мы можем указать? Прежде всего пространство и время объективны и реальны, т. е. существуют независимо от сознания людей ипознания ими этой объективной реальности.
Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи.
Важным свойством пространства является его трехмерность. Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин -координат. В прямоугольной декартовой системе координат это - X, У, Z, называемые длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат - радиус-вектор r и углы, а и р. В цилиндрической системе — высота z, радиус-вектор и угол а.
В науке используется понятие многомерного пространства (n-мерного). Это понятие математической абстракции играет важную роль. К реальному пространству оно не имеет отношения. Каждая координата, например 6-мерного пространства, может указывать на какое-то любое свойство рассматриваемой физической реальности: температуру, плотность, скорость, массу и т. д.
В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время — необратимо и одномерно.
Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда следует, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей. Некоторые утверждают, что необратимость времени и его направленность определяются причинной связью, так как причина всегда предшествует следствию.
Необратимость времени в макроскопических процессах находит свое воплощение в законе возрастания энтропии. В обратимых процессах энтропия (мера внутренней неупорядоченности системы) остается постоянной, в необратимых — возрастает. Реальные же процессы всегда необратимы. В замкнутой системе максимально возможная энтропия соответствует наступлению в ней теплового равновесия: разности температур в отдельных частях системы исчезают и макроскопические процессы становятся невозможными. Вся присущая системе энергия превращается в энергию неупорядоченного, хаотического движения микрочастиц, и обратный переход тепла в работу невозможен.
Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время — однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность — в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчета, любую можно принимать за начальную.
Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики - законами сохранения. Если свойства системы не меняются от преобразования переменных, то ей соответствует определенный закон сохранения. Это — одно из существенных выражений симметрии в мире.
Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) — закон сохранения импульса;
симметрии по отношению поворота координатных осей (изотропности пространства) - закон сохранения момента импульса, или углового момента. Из этих свойств вытекает и независимость пространственно-временного интервала, его инвариантность и абсолютность по отношению ко всем системам отсчета.
В современной науке используются понятия биологического, психологического и социального пространства и времени. Эти понятия введены в связи с особенностями проявления пространственно-временных свойств нефизических объектов. Метрические (количественные) и топологические (качественные) свойства пространства и времени в таких объектах могут быть существенно отличны.
Так, биологическое пространство и время характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть.
Одновременно идет формирование нового феномена — психологического пространства и времени. Психическая регуляция движений индивида и его предметных действий происходит не только на уровне отражения внешнего физического пространства, но и на основе собственной телесной биомеханики и собственного пространства. Особенности психологического пространства и времени проявляются, например, на уровне коллективного бессознательного, разработку которого осуществил К. Г. Юнг. Он показал длительность формирования непроизвольных и спонтанных продуктов бессознательной психики в процессе психической эволюции, его коллективную, универсальную и безличную природу, идентичную у всех индивидов.
Становление человеческого индивида и личности с необходимостью включает не только биологический и психологический циклы, но и социальный. Он проходит в рамках социогенеза — становления человеческого общества, развития форм социальной организации и духовной жизни. Одновременно идет процесс формирования нового феномена — социального пространства и времени.
Социальное пространство включает пространственную организацию социальных объектов общества, которые дифференцированы, разделены и определенным образом ориентированы. Его можно характеризовать и как форму бытия социальной материи, в которой социальная энергия превращается в конкретные формы жизнедеятельности личностей и общества в целом.
Социальное время —  это определенный по длительности период, каким располагает любой социальный объект и общество в целом. Это — совокупное время существования и деятельности всех индивидов общества. При этом социальное время неотделимо от социального пространства, в рамках которого жизнедеятельность индивидов существует в форме различных институтов, общностей, групп и территориальных структур.
Таковы в самых общих чертах современные представления о пространстве-времени.
Эти представления о пространстве и времени являются только «одномерными», существующими независимо одно от другого и только в специальной тории относительности эти представления становятся «двумерными».
Двойственное отношение «пространство-время» является многомерным.
Оно формирует Единую Периодическую систему Пространства-Времени, основные свойства которой можно осознать из следующего рисунка
Первая многомерная формула рычажных весов характеризует пространство время микромира.
Вторая формула характеризует систему Абсолютных миров (макромир, мегамир).
Третья рычажная формула характеризует свойства Единой Вселенной.
6.6. КОСМОЛОГИЯ И КОСМОГОНИЯ
С самых ранних этапов своей истории человек стремился понять, как устроен окружающий его мир, что такое звезды, планеты, Солнце, как они возникли. Многовековые попытки дать, ответы на эти вопросы привели к возникновению космологии (kosmos - Вселенная и logos — закон, учение) — астрофизической теории структуры и динамики изменения Метагалактики, включающей в себя понимание свойств всей Вселенной.
Современная космология - это раздел астрономии, в котором объединены данные физики, математики и универсальные философские принципы.
Космологические исследования развиваются обычно от теории к практике, от модели к эксперименту. Космологические выводы влияют на общефилософские представления об устройстве Вселенной, изменяют фундаментальные представления че­ловека о мире и самом себе.
Важнейший постулат современной космологии заключается в том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, могут быть экстраполированы на гораздо более широкие области, и в конечном счете на всю Вселенную. Космологические теории различаются в зависимости от того, какие физические принципы и законы закладываются в их основу. Построенные на их базе модели должны допускать проверку для наблюдаемой области Вселенной, а выводы теории должны подтверждаться наблюдениями (или не противоречить им).
В Новое время появилась космогония - наука о происхождении и развитии космических тел и их систем (звезд и звездных систем, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в нее тел — планет, спутников, астероидов, комет и метеоритов). Первоначально космогонические гипотезы касались только Солнечной системы. Лишь в XX в. появилась возможность начать серьезное изучение происхождения и развития звезд и галактик.
6.7. МАСШТАБНАЯ ГАРМОНИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Наш мир ограничен не только в размерах, но и в масштабах.
В книге С. И. Сухоноса приводится следующая информация, отражающая масштабную гармонию Вселенной.
рис. 1
Пи этом существуют и строгие масштабные пропорции. Каждый уровень иерархии Мироздания оказывается кратен смежным уровням в отношении (105).
рис. 2
6.7. РАЗЛИЧНЫЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ
Особенности современной космологии
Вселенная как целое является предметом особой астрономически» науки - космологии, имеющей древнюю историю. В наши дни космологические проблемы - не дело веры, а предмет научного познания. Конечно, понимание этих проблем пока еще далеко от своего завершения, и, несомненно, будущее приведет к новым великим переворотам в принятых сейчас взглядах на картину мироздания. Тем не менее важно отметить, что здесь мы имеем дело именно с наукой, с рациональным знанием, а не с верованиями и религиозными убеждениями.
Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной.
Теоретико-методологический фундамент космологии составляют современные физические теории, а также философские принципы и представления. Глубинная связь космологии и физики базируется на том, что космологи в современной Вселенной ищут «следы» тех процессов, которые происходили в момент рождения Вселенной. А такими «следами» прежде всего выступают фундаментальные свойства физического мира — три пространственных измерения и одно временное; четыре фундаментальных взаимодействия; преобладание частиц над античастицами и др. Эмпирические данные, представленные главным образом внегалактической астрономией, свидетельствуют о том, что мы живем в эволюционирующей, расширяющейся, нестационарной Вселенной.
Имеет  ли смысл рассматривать Вселенную в целом как единый целостный динамический объект? Современная космология в основном исходит из предположения, что на этот вопрос следует ответить положительно. Иначе говоря, предполагается, что Вселенная в целом подчиняется тем же естественным законам, которые управляют поведением ее отдельных составных частей. При этом определяющую роль в космологических процессах играет гравитация.
Результаты познания, получаемые в космологии, оформляются в виде моделей происхождения и развития Вселенной. Это связано с тем, что в космологии невозможно поставить воспроизводимые эксперименты и вывести из них какие-то законы, как это делается в других естественных науках. Кроме того, каждое космическое явление уникально.
Существует две основные группы теорий эволюции Вселенной.
рис. 3
В рамках этих групп моделей существуют несколько основных моделей.
6.7.1. Классическая космологическая модель
Успехи космологии и космогонии XVIII—XIX вв. завершились созданием класси­ческой полицентрической картины мира, ставшей начальным этапом развития научной космологии. Вселенная в этом пред­ставлении о мире считается бесконечной в пространстве и во времени, т., е. вечной. Основной закон, управляющий движени­ем и развитием небесных тел, — закон всемирного тяготения. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами, играя пассивную роль вместилища для этих тел. Время также не зависит от материи, являясь универсальной длительностью всех природных явлений и тел. Количество звезд, звездных систем и планет во Вселенной бесконечно велико. Каждое небесное тело проходит длительный жизненный путь. На смену погибшим, точнее, погасшим, звездам приходят новые, молодые светила. В таком виде классическая космологическая модель Вселенной господствовала в науке вплоть до конца XIX в.
К концу XIX в. появились серьезные сомнения в классиче­ской космологической модели, которые приняли форму космо­логических парадоксов — фотометрического, гравитационного и термодинамического.
Фотометрический парадокс
В XVIII в. швейцарский астроном Р. Шезо высказал сомнения по поводу пространственной бесконечности Вселенной. Если предположить, что в бесконечной Вселенной существует бесконечное множество звезд и они распределены в пространстве равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земною наблюдателя непременно натыкался  бы на какую-нибудь звезду. Тогда небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы бес­конечную светимость, т. е. такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его фоне казалось бы черным пятном. Однако этого не происходит, поэтому данное парадоксальное утверждение получило в астрономии название фотометрического парадокса Шезо — Ольберса.
Гравитационный парадокс
В конце XIX в. немецкий астроном К. Зеелигер обратил внимание на другой парадокс, также вытекавший из представлений о бесконечности Вселенной. В бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное тело оказывается бесконечно большой или неопределенной (результат зависит от способа вычисления). Поскольку этого не происходит, Зеелигер сделал вывод, что количество небесных тел во Вселенной ограничено, а значит, и сама Вселенная небесконечна. Это утверждение получило название гравитационного парадокса.
Термодинамический парадокс был сформулирован также в XIX в. Он вытекает из второго начала термодинамики — принципа возрастания энтропии. Мир полон энергии, которая подчиня­ется закону сохранения энергии. Кажется, что из этого закона неизбежно вытекает вечный круговорот материи во Вселенной. Если в природе материя не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, а материя пребывает в постоянном круго­вороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла.
Поэтому неожиданно прозвучал вывод из второго начала термодинамики, открытого в середине XIX в. Кельвином и Р. Ю. Э. Клаузиусом. При всех превращениях различные виды энергии в конечном счете переходят в тепло, которое стремит­ся к состоянию термодинамического равновесия, т. е. рассеивается в пространстве. Так как такой процесс рассеяния тепла необратим, то рано или поздно все звезды погаснут, все актив­ные процессы в природе прекратятся, наступит «тепловая смерть Вселенной».
Таким образом, три космологических парадокса заставили ученых усомниться в классической космологической модели Вселенной, побудили их к поискам новых непротиворечивых моделей.
6.7.2. Релятивистская модель Вселенной
Понятие релятивистской космологии. Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в масштабах Вселенной, то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения, а современной космологии —  релятивистская теория тяготения. Поэтому современную космологию называют релятивистской.
Вселенная Эйнштейна пространственно конечна; она имеет конечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространственный объем Вселенной с равномерно распределенными в нем галактиками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно не распространено бесконечно во все стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную.
Как и многие другие абстрактные понятия современной физики и астрономии, идея замкнутой, конечной, но неограниченной вселенной трудно представима в наглядных образах. Поэтому часто спрашивают, что же находится «снаружи» конечной вселенной.
Дело в том, что этот вопрос не имеет смысла для трехмерных существ, т. е. в пространственно-временной метрике нашего мира. Как не имеет смысла аналогичный вопрос, что находится «вне» поверхности сферы, для плоских существ, вынужденных постоянно жить на сферической поверхности. В такой вселенной просто нет понятия «снаружи». Ведь различение «снаружи» и «внутри» предполагает некоторую границу, которой на самом деле нет, и каждая точка в ней эквивалентна любой другой - ни края, ни центра здесь нет.
Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во нремени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели пространство однородно и изотропно, т. е. во всех. направлениях имеет одинаковые свойства; материя распределена в нем равномерно; время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании своих расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.
Объем такой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но конечным числом кубометров. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит ограниченное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Вечность ей не присуща.
Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку на статичность мира.
6.7.3. Модель расширяющейся Вселенной
Нестационарная релятивистская космология. С критикой предложенной Эйнштейном космологической модели выступил наш отечественный выдающийся математик и физик-теоретик А. А. Фридман. Именно А. А. Фридман, опубликовавший свою работу в 1922 г., впервые сделал из общей теории относительности космологические выводы, имеющие поистине революционное значение: он заложил основы нестационарной релятивистской космологии. Фридман показал, что теоретическая модель Эйнштейна является лишь частным решением гравитационных уравнений для однородных и изотропных моделей, а в общем случае решения зависят от зремени.
А. А. Фридман на основании строгих расчетов установил, что Вселенная никак не может быть стационарной. Фридман сделал это открытие, опираясь на сформулированный им космологический принцип, строящийся на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается как одинаковость всех точек Вселенной.
Фридман доказал, что уравнения Эйнштейна имеют решения, согласно которым Вселенная может расширяться либо сжимать­ся. При этом речь шла о расширении самого пространства, т. е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напо­минала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.
Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверж­дения. Однако в 1929 г. американский астроном Э. П. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра). Это было истолковано как следствие эффекта Допплера - изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. Красное смещение было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием (примерно 55 км/с на каждый миллион парсек).
В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, согласно которому Вселенная - это множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Фридман предложил три модели Вселенной.
А. А. Фридман показал, что решения уравнений общей теории относительности для Вселенной позволяют построить три возможные модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет и Вселенная бесконечно расширяется (в одной модели - из точки; в другой - начиная с некоторого конечного объема). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически изменяющимся радиусом кривизны. Выбор моделей зависит от средней плотности вещества во Вселенной.
По какому из этих вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлета вещества.
Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тя­готения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют «открытой Вселенной».
Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, пос­ле чего начнется сжатие вещества плоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконеч­но большой плотностью). Такой вариант модели назван осциллирующей, или «закрытой Вселенной».
В случае, когда силы гравитации равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю.
6.7.4. Происхождение Вселенной.
1. Концепция Большого взрыва
Представление о развитии Вселенной привело к постановке попроса о начале эволюции (рождении) Вселенной и ее конце (смерти). В настоящее время существует несколько космологических моделей, объясняющих отдельные аспекты возникновения материи во Вселенной, но они не объясняют причины и процесс рождения самой Вселенной. Только теория Большого взрыва Г. А. Гамова смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с этой проблемой. Основные черты этой модели сохранились до сих пор, хотя она была позже дополнена теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П. Стейнхардтом, и дополненной советским физиком А. Д. Линде.
В 1948 г. Гамов выдвинул предположение, что Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд лет тому назад. Тогда все вещество и вся энергия Вселенной были сконцентрированы в одном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был равен нулю, а ее плотность — бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью. Но по принципу неопределенности В. Гейзенберга вещество невозможно стянуть в одну точку, поэтому считается, что Вселенная в начальном состоянии имела определенную плотность и размеры.
В соответствии с наиболее распространенным представлением возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.
В соответствии с этой концепцией Вселенная на ранних стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой. В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала быстро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образования звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы - это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.
Теория расширяющейся Вселенной основана на истолковании экспериментально зафиксированного красного смещения 85-спектральных линий галактик как следствия эффекта Допплера, объясняющего красное смещение разбеганием галактик. Однако такое истолкование не единственное, за последние десятилетия все больше накапливается сомнений в реальности расширения Вселенной. Эволюция космических систем несомненна, но следует различать объективные законы эволюции и теоретические выражения их с помощью различных моделей. В частности, явление красного смещения линий спектра может быть объяснено как следствие уменьшения энергии и собственной частоты фотонов в результате взаимодействия с гравитационными полями при движении света в течение многих миллионов лет в межгалактическом пространстве.
2. Инфляционная модель Вселенной
Долгое время ничего нельзя было сказать о причинах Большого взрыва, переходе к расширению Вселенной. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы. Они лежат в основе. инфляционной модели развития Вселенной.
«Начало» Вселенной. Основная идея концепции Большого взрыва состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях возник­новения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии, возникшей из квантового излучения, т. е. из ничего. В вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но пока вакуум находится в равновесном состо­янии, в нем существуют виртуальные частицы, которые берут у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы ро­диться, быстро вернуть занятую энергию и исчезнуть. Когда же вакуум по какой-то причине в некоторой исходной точке (сингулярности) вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали схватывать энергию без отдачи и превращаться в реальные. Поэтому в определенной точке пространства образо­валось огромное количество последних. Когда же возбужденный вакуум разрушился, высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство.
Инфляционный период - 10-33 с после начала расширения Вселенной, за которые ее размеры увеличились в 1050 раз.
К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной, но когда инфляция иссякла, Вселенная стала чрезвычайно «горячей» (1027 К). С этого момента Вселенная развивается соглас­но стандартной теории «горячего» Большого взрыва.
Ранний этап эволюции Вселенной. Эволюция Вселенной происходила поэтапно и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой — усложнением ее структур. Этапы различаются характеристиками взаимодействия элементарных частиц и называются эрами.
Адронная эра продолжалась 10-7 с. На этом этапе температура понизилась до 1013 К, появились все четыре фундаментальных взаимодействия, прекратилось свободное существование кварков.
Лептонная эра продолжалась 1 с. Температура Вселенной понизилась до Ш10 К. Главными ее элементами были лептоны. В конце этой эры вещество стало прозрачным для нейтрино.
Эра излучения (фотонная эра) продолжалась 1 млн лет. За это время температура Вселенной снизилась с 10 млрд К до 3000 К. На протяжении данного этапа происходило соединение протонов и нейтронов. К концу этого этапа Вселенная стала прозрачной для фотонов, так как излучение отделилось от вещества и образовало реликтовое излучение.
Затем почти 500 тыс. лет не происходило никаких качественных изменений — шло медленное остывание и расширение Все­ленной. Когда она остыла до 3000 К, образовалась однородная Вселенная.
После Большого взрыва образовавшееся вещество и электромагнитное поле были рассеяны и представляли собой газово-пылевое облако и электромагнитный фон. Спустя млрд лет после начала образования Вселенной из случайных уплотнений вещества стали появляться галактики и звезды.
Галактики существуют в виде групп (несколько галактик), скоплений (сотни галактик) и облаков скоплений (тысячи га­лактик). Одиночные галактики во Вселенной встречаются очень редко. Средние расстояния между галактиками в группах и скоплениях в 10—20 раз больше, чем размеры самых крупных галактик. Гигантские галактики имеют размеры до 18 млн световых лет. Пространство между галактиками заполнено газом, пылью и разного рода излучениями.
Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. -
Рождение звезд в галактике происходит непрерывно. Этот процесс компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Источник собственного свечения звезд - термоядерная реакция, превращающая водород в гелий.
С момента начала этой реакции звезда переходит на главную последовательность, в соответствии с которой будут изменяться с течением времени ее характеристики: светимость, температура, радиус, химический состав и масса.
6.9. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ. Метагалактика
Вселенная-это сотни миллионов галактик, каждая из которых содержит миллиарды звезд.
Галактики разделены друг от друга миллионами световых лет космического пространства. Все эти системы вращаются вокруг оси с периодами в сотни световых лет.
Вселенная и Метагалактика -практически трактуются как синонимы, ибо эти категории отражают разные аспекты одного и того же. Вселенная отражает целостный, всеобщий аспект.
Вселенная - это сотни миллионов галактик, каждая из которых содержит миллиарды звезд. Галактики разделены друг от друга миллионами световых лет космического пространства. Все эти системы вращаются вокруг своей оси с периодами в сотни миллионов лет.
Метагалактика, в определенном смысле, отражает структурный аспект Вселенной.
6.9.1. Галактики
Галактики — это крупные системы, состоящие из звезд, газа и пыли
Сверхскопление галактик:
Диаметр: 40 мсгапарсек Число галактик: 10 000
Центр местного сверхскопления:
в направлении созвездия Девы на расстоянии 12мегапарсек.
Ближайшие сверхскопления:
в созвездии Льва (расстояние — 87 мегаиарсек), в созвездии Геркулеса (расстояние — 100 мегапарсек).
Скопление галатик:
Диаметр: 5 мегапарсек, Число галактик: 100−500 (скопление в созвездии Девы 2500)
Группа галактик:
Диаметр: 1 мегапарсек Число галактик: 5−30
Местная группа галактик: диаметр 2 мегапарсека,
2 гипергалактики, внутри которых находятся гигантские галактики: Галактика и туманность Андромеды, окруженные 27 карликовыми галактиками.
6.9.2.Формы галактик
Спиральные галактики:
Наша Галактика
(Млечный Путь) - типичный представи­тель спиральных га­лактик. Ее централь­ная часть имеет вид выпуклости в центре спирали. Два спиральных рукава отходят от центра, образуя плоский звездный диск. Спутник Млечного Пути, туманность Андромеды, - одна из самых массивных среди известных спиральных га­лактик. Ее масса равна 400 млрд. масс Солнца (не включая темную материю). Минимальная масса спиральной галактики - 1 млрд солнечных масс
Неправильные галактики
Галактики, имеющие массу менее 1 млрд солнечных масс, не в состоянии сохранить правильный диск и устойчивые спиральные рукава. Их «растрепанный» вид дал основание назвать их «неправильными галактиками». Самые малые из неправильных галактик не намного больше, чем скопления звезд и газа, встречающиеся в рукавах спиральных галактик
Эллиптические галактики
Эллиптические галактики - шаровые скопления звезд, сферические или эллиптические по форме. В них содержится незначительное количество газа и пыли, поэтому в таких галактиках отсутствуют области, где могли бы зарождаться звезды и нет молодых звезд. Рождение звезд в таких галактиках происходит одновременно с образованием самих галактик. Размеры их различны - от самых больших и массивных, состоящих из миллиона миллионов (1012) звезд, до самых слабых скоплений, содержащих менее миллиона звезд
Галактики окружены энергетическими сферами. На странице «О дуализме» приведена следующая фотография, с изображенной на ней энергетической сферой крошечной галактики с двумя спиралевидными рукавами, заключенной вместе с группой отдельно стоящих звезд в энергетическую сферу. Вне этой сферы есть другая огромная энергетическая сфера (решетка из шестиугольников).
рис. 4
Закономерность двойственности Вселенной характеризует единство Материи и окружающего ее Поля. Между ними идет обмен энергией. Кинетическая энергия Материи превращается в потенциальную энергию окружающего ее Поля и наоборот. Цикличность всех космических процессов предопределяет исход эволюции Вселенной. Она должна иметь начало и должна иметь конец, для того, чтобы начать новый цикл своей эволюции. Вселенная имеет оболочечное строение, со строгой преемственностью. Макрокосмос живет по тем же самым закономерностям, что и Микрокосмос.
Поэтому «рыночные отношения» в макрокосмосе также осуществляются в соответствии с принципами самоорганизации.
рис. 5
Накоплен большой экспериментальный материал, который свидетельствует о разбегании галактик. Но известны и другие факты. Так, самые крупные массы Вселенной, вопреки теории общей теории относительности, разбегаются с не замедлением, а с ускорением до 20 км/с через каждый миллион световых лет расстояния, что не согласуется с теорией Большого взрыва. Общая теория относительности не затронула и трудные вопросы о том, почему происходит разбегание галактик, с одной стороны, но сбегание тел и звезд внутри галактик. Может быть, это происходит потому, что Вселенная, галактики и звезды относятся к разным собственным подпространствам. Вследствие разных наборов собственных значений ритмы «жизни» соответствующих подпространств разные, а следовательно, разные времена их жизни. Разные времена жизни собственных подпространств Вселенной характеризуют разные ритмы жизни космических объектов и могут служить косвенным доказательством того, что за циклом расширения в каждом собственном подпространстве следует цикл сжатия. Но эти циклы не обязательно означают сжатия в «нуль». Любое собственное пространство может колебаться вокруг своего устойчивого состояния. И если в рамках саморегуляции происходит выход критических параметров за предельно-допустимые, то происходит переход к следующему «возмущенному» состоянию космического объекта. Ведь атом не сжимается каждый раз в «нуль»? Он дышит, переводя электрон с одной устойчивой орбиты на другую. И Вселенная, и каждая ее самодостаточная часть, также может дышать, переходя из одного состояния в другое, в соответствии со своей собственной гексадой эволюции (звездным тетраэдром), со своим собственным временем эволюции. Может быть, поэтому звезды врываются чаще, чем галактики, галактики чаще, чем Метагалактики? Интенсивное изучение галактик, открытие новых, совершенно необычных космических объектов типа квазаров привело к возникновению новых загадок и к созданию множества космологических моделей строения и происхождения Вселенной.
Все эти модели по своей природе двойственны. Одни утверждают, что исходный материал, из которого образовались небесные тела, был сначала холодным, а затем постепенно (или, напротив, мгновенно) разогревался. Вторые доказывают обратное, что исходный материал изначально был горячим (и даже сверхгорячим), а остывание началось после образования космических протообъектов. В первом случае мы имеем дело с «холодными моделями», во втором — с «горячими». Но мир един, и он имеет два противоположных полюса. Отсюда и возникает двойственный подход к моделям происхождения Вселенной.
Наша Галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам. Она похожа на очень плоский диск с поперечником 70 000 световых лет, который вращается как полужидкое тело. Солнце находится на расстоянии 23 000 световых лет от центра Галактики, обращается вокруг него со скоростью 190 км/с и совершает один оборот за 220 млн. лет (галактический год). Из рисунка видна еще одна замечательная особенность нашей Галактики. Она состоит из двух половинок — «верхней» и «нижней». Если ядро нашей планеты имеет такую же структуру, то станет понятна возможная причина «вздрагивания» орбит спутников Земли при пересечении экватора.
Таким образом, структуру спиральной галактики можно отождествить со структурой любой ядерной оболочки, которая состоит из двух подоболочек, с антипараллельными спинами. Наша Галактика не одинока: на огромных расстояниях от нее расположены другие звездные острова, также состоящие из многих миллиардов звезд. Установлено, что основную массу во Вселенной составляют спиралевидные галактики: их около 75%, эллиптических — 20%, а имеющих неправильную форму — 5%. Большая часть галактик входит в состав скоплений. Отдельные галактики и их скопления, как правило, являются изолированными звездными системами. Наша Вселенная еще очень молода. Возможно, что она прожила еще не более 1/ 4 отпущенного ей срока. Тогда, может быть, и наша Вселенная в целом является спиральной, как и наша галактика? А может быть наша Вселенная еще так молода, что является не правильной? Видимо, самыми молодыми галактиками являются неправильные галактики, т. к. между ними еще существуют перемычки, которые характеризуют процессы размежевания единой галактики на два рукава. Науке известны случаи, когда галактики, расположенные относительно недалеко, влияют на форму и структуру друг друга и образуют мультидвойственные структуры. Такие галактики называются взаимодействующими. Их причудливые формы поражают исследователей. Основоположником систематизации и изучения взаимодействующих галактик является астрофизик Б. А. Воронцов-Вельяминов, который составил первый «Атлас взаимодействующих галактик», насчитывающий около 1000 объектов. По астрономической традиции в этом Атласе взаимодействующие галактики обозначаются первыми буквами фамилии составителя в латинском написании и соответствующим номером. Примеров взаимодействия галактик очень много. Их формы и особенности очень разнообразны и неповторимы: прямые, натянутые как струна прямолинейные звездные перемычки; цепочки из пяти-шести галактик; галактики, соединенные не одной, а двумя, причем дугообразными, перемычками и т. д. Также было установлено, что распределяются галактики не равномерно, а как бы по ячейкам. В стенках ячеек много скоплений галактик, а внутри — пустота. Большие скопления находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные ее фрагменты иногда называют сверхскоплениями, и они имеют сильно вытянутую, наподобие нитей, форму.
Экспериментальная астрономия подтверждает, что по наблюдениям вспышек в других галактиках удалось установить, что взрывы Сверхновых бывают двух типов. Сверхновые 1-го типа — это довольно старые звезды с массой, лишь немного превосходящей солнечную. Такие сверхновые вспыхивают в эллиптических галактиках, а также в спиральных звездных системах. Этот класс сверхновых можно отнести к классу звездных объектов при фазовых переходах ядра системы в новое состояние (в новое собственное подпространство). Так называемые сверхновые 2-го типа вспыхивают в спиральных галактиках. Они никогда не вспыхивают в эллиптических галактиках. Они наблюдаются в спиральных ветвях, где еще продолжает идти процесс звездообразования. Это значит, что могут происходить попытки синтеза тройственных частиц, в результате которых «лишняя макрочастица» будет выброшена за пределы звездной системы (локальная перенормировка), или произойдет их слияние в новую частицу с последующим взрывом (глобальная перенормировка). Эти же закономерности имеют место и в атомах (все протоны и нейтроны в ядре атома вращаются вокруг своего «центра тяжести») и, следовательно, отражаются в структуре и свойствах Периодической системы химических элементов. Природа всегда использует последовательно-параллельный способ соединения своих подоболочек и оболочек.
Фазовые переходы, происходящие в звездных скоплениях нашей галактики по мере их «расталкивания — сталкивания» также заставляют всерьез задуматься о том, что существует маятник фазовых взаимопревращений, в результате которых происходит трансформация всех самодостаточных частей звездных скоплений нашей галактики и галактики в целом. Поэтому рассматривая процессы взаимодействия фундаментальной пары сил «гравитация — антигравитация» нельзя исключать гипотезу о возможных звездных катаклизмах и в нашем «уголке» Вселенной. Возможно, что от общепланетного катаклизма спастись никому не удастся и наша цивилизация может развеяться как дым. Для наших потомков, если таковые выживут, она превратится в неопознанную цивилизацию древности, об уцелевших обломках которой в памяти «пещерных людей» сохранятся предания как о небесных посланниках. Может быть об этом свидетельствуют предания древних о всемирном потопе, о существовании и гибели Атлантиды и др. катаклизмах? Периодичность подобных катаклизмов позволяет всерьез задуматься об их истинных причинах, к которым должен иметь непосредственное отношение Универсальный закон Вселенной. Возможные причины периодической инверсии полюсов обосновываются на страницах данного сайта (подробнее).
6.9.3. ЗВЕЗДЫ И ЗВЕЗДНЫЕ СИСТЕМЫ
Современная астрономия располагает методами определения основных звездных характеристик: светимости, поверхностной температуры (цвета), радиуса, химического состава и массы. И оказывается, что эти характеристики не являются независимыми. Так, например, существует функциональная зависимость между радиусом звезды, ее болометрической (интегральной по всему спектру) светимостью и поверхностной температурой.
рис. 6
На рисунке изображена диаграмма Герцшпрунга-Рассела для звезд с близкими светимостями и спектрами. Главная последовательность отражает «стрелу оптимальности», вдоль которой происходит эволюция звезд.
На рисунке видна последовательность звезд, расположенная ниже главной последовательности («субкарлики»). Спектральные исследования выявили очень любопытную деталь. Их химический состав резко отличается от состава звезд Главной Последовательности малым наличием тяжелых элементов.
Отметим, что вид диаграмм Герцшпрунга-Рассела для различных звездных скоплений весьма различен (рис. 2).
рис. 7
На рисунке представлена сводная диаграмма Герцшпрунга-Рассела для звездных 11 скоплений (И.С. Шкловский. «Вселенная, жизнь, разум"М., Наука, 1980 г.). Из этих рисунков видно, что разных участках Главной Последовательности от нее отпочковываются звездные семейства (скопления).
Тот факт, что практически все звезды имеют собственную эволюционную «нишу» может свидетельствовать о наличии в природе звезд устойчивых соотношений функциональных параметров, обеспечивающих их стабильное и долгое существование.
Одна из особенностей Главной Последовательности является то, что она состоит из параллельных линий-последовательностей со строго фиксированным процентом тяжелых элементов. Нижний край полосы Главной Последовательности заселен звездами с незначительным наличием в них тяжелых элементов (количество элементов тяжелее водорода Z=0,01).
рис. 8
По мере продвижения вверх доля тяжелых элементов растет, и на правом краю Главной Последовательности Z=0, 6.
Рассмотренные особенности эволюции звезд и звездных систем, тяготеющим к строго определенным, собственным эволюционным «нишам» и ветвям, позволяет сделать первое предположение о том, что эволюция звезд и звездных систем подчиняется определенным периодическим закономерностям.
Во-первых, существование главной последовательности в пределах «цветов радуги» позволяет сделать вывод о том, что Главная Последовательность отражает только «проявленную» компоненту Мироздания, в которую звезды могут «вливаться"из нижестоящих ПОТОКОВ МИРОЗДАНИЯ и завершив свой путь по Главной Последовательности, или ее ветвям, эти звезды затем могут исчезать с горизонта «осознанного мира».
В общем виде в космологии различают следующие виды звезд.
рис. 9
6.9.4. ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД
Общую схему эволюции звезд можно представить в виде следующей схемы.
рис. 10
6.9.5. Солнечная система
О механизме образования планет в Солнечной системе нет общепризнанных заключений. Солнечная система, по оценкам, образовалась примерно 5 млрд лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Таким образом, Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений, скапливавшихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает основание назвать Солнечную систему малой частью звездной пыли.
О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо для построения теории планетообразования. От первых научных гипотез, выдвинутых примерно 250 лет назад, до наших дней было предложено большое число различных моделей происхождения и развития Солнечной системы, но ни одна из них не удостои­лась перевода в ранг общепризнанной теории. Большинство из выдвигавшихся ранее гипотез сегодня представляет лишь исторический интерес.
Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга
Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца о разевалась в результате действия сил притяжения и отталкив ния между частицами рассеянной материи (туманности), нахдящейся во вращательном движении вокруг Солнца.
Началом следующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотеза английского физика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако, учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется совершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостать этой теории.
Современные концепции происхождения планет Солнечно системы основываются на том, что нужно учитывать не толы механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойло).
Считается вероятным, что именно электромагнитные сил сыграли решающую роль при зарождении Солнечной систем! В соответствии с современными представлениями, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалос Солнце, на очень большом расстоянии от него остались т большие части этого облака. Гравитационная сила стала npитягивать остатки газа к образовавшейся звезде - Солнцу, и его магнитное поле остановило падающий газ на различны расстояниях - как раз там, где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот  же процесс повторился в меньших масштабах, создав таким образом систем) спутников. Теории происхождения Солнечной системы нося гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об и достоверности на современном этапе развития науки невоз можно. Во всех существующих теориях имеются противоречи и неясные места.
Структура Солнечной системы
Солнечная система обращается вокруг Галактики со скоростью около 220 км/с. При этом она совершает один оборот вок­руг центра Галактики за 250 млн лет (галактический год). Она включает в свой состав Солнце, девять планет со спутниками, астероиды, кометы и метеориты.
Солнце — звезда среднего размера, радиус которой состав­ляет около 700 тыс. км, температура на поверхности — около 6000 «С.
Активность Солнца циклична, периодичность циклов составляет 11 лет. Солнце состоит из водорода, гелия и других элементов, соотношение которых изменяется от поверхности к ядру.
Крупнейшие после Солнца объекты Солнечной системы — планеты и их спутники. Считается, что все планеты Солнечной системы возникли одновременно примерно 4,6 млрд лет назад. В современной космогонии доминирует концепция холодного начального состояния планет, которые под влиянием электро­магнитных и гравитационных сил образовались в результате объединения твердых частиц газово-пылевого облака, окружав­шего Солнце.
Все планеты Солнечной системы можно разделить на две группы: планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Маркс, Плутон). Оба типа планет отличаются друг от друга по химическому составу.
В настоящее время в составе Солнечной системы насчитывается девять планет, которые расположены в следующем от солнца порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Расстояние от центра Солнечной системы до последней ее планеты — Плутона — составляет примерно 5,5 световых лет.
Некоторые планеты солнечной системы имеют собственные спутники: Земля и Плутон — по одному, Марс и Нептун — по два, Уран — пять, у Сатурна по последним данным — 32, а у Юпитера — 63.
В Солнечной системе имеется также огромное множество мелких спутников, называемых астероидами, кометами и метеорами. Большинство из них находятся в поясе астероидов, между орбитами Марса и Юпитера —
Астероиды — малые планеты, имеющие в поперечнике диаметр до 1000 км. Всего зафиксировано более 6000 малых планет. Сталкиваясь друг с другом, астероиды дробятся на метеориты.
Метеориты — небесные тела, которые беспорядочно двига­ются в межпланетном пространстве, имеют массу до нескольких десятков тонн. Довольно часто они попадают в земную атмосферу. Большинство при этом полностью сгорает в верхних слоях на высоте 40−70 км, а самые крупные могут достигать земной поверхности, оставляя на ней кратеры.
Солнечную систему пересекают кометы («хвостатые звезды»). Они состоят из головы, небольшого плотного ядра и хвоста длиной в десятки миллионов километров. Ядра комет имеют разме­ры несколько километров и состоят из каменных и металличе­ских образований, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов. Согласно современным данным кометы являются побочными продуктами формирования планет-гигантов. Живут они сравнительно недолго: от нескольких столетий до нескольких тысячелетий. Со временем кометы рассыпаются, оставляя после себя облака космической пыли.

© Беляев М. И., «МИЛОГИЯ», 1999-2006г.
Опубликован: 13/04/2006г.,
Сайт ЯВЛЯЕТСЯ ТВОРЧЕСКОЙ МАСТЕРСКОЙ АВТОРА, открытой для всех посетителей.
Убедительная просьба сообщать о всех замеченных ошибках, некорректных формулировках.
Книги «Основы милогии», «Милогия» могут быть высланы в Ваш адрес наложенным платежом,
URL1: www. milogiya2007.ru e-mail: milogiya@narod.ru
Архив 2001 г:URL1: www.newnauka.narod.ru Архив 2006 г: URL1: www. milogiya. narod.ru