Студопедия


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram

III.Проблема бесконечности Вселенной




Возникнув в глубокой древности, проблема бесконечности Вселенной всегда была одной из важнейших мировоззренческих проблем. Пути ее решения определялись не только уровнем развития знания в ту или иную эпоху, но и философскими позициями исследователей. В течение долгого времени она оставалась предметом лишь философского умозрения, и только после возникновения классической физики были предприняты попытки рассматривать ее как естественнонаучную проблему.

В идейных спорах по поводу проблемы бесконечности Вселенной как раньше, так и теперь ее содержание сводится главным образом к вопросу о пространственной и временной бесконечности. Для материализма в целом было характерно убеждение в пространственно-временной бесконечности Вселенной.

Еще в античную эпоху эту точку зрения отстаивали такие представители материалистической линии в философии, как Анаксимандр, Гераклит, Демокрит, Эпикур. В религиозном мировоззрении средневековья идея бесконечности Вселенной была подвергнута ожесточенной критике. Однако развитие материализма в XVII-XVIII вв. вновь привело к возрождению идеи бесконечности Вселенной. Большую роль в этом сыграли работы Коперника, Галилея, Ньютона и других выдающихся творцов науки того времени.

Аргументация, с помощью которой материалисты на протяжении многих веков отстаивали тезис о пространственно-временной бесконечности мира, опирается на сложившиеся еще в древности представления о неограниченности пространства и времени. Типичные образцы такой аргументации можно найти, например, у Архита и Лукреция. Она сводится к тому, что всякое предположение о наличии конца, предела мирового пространства приводит к противоречию. Пытаясь протянуть руку (Архит) или бросить копье (Лукреций) за установленный предел, мы обнаруживаем: либо что-то мешает этому движению и, следовательно, за предположенным пределом существует нечто, т. е. пространство продолжается, либо это движение осуществляется, что вновь свидетельствует о продолжении пространства за избранный предел. «Выйдет лишь то, что нигде никакого конца не поставить, и для полета всегда беспредельно продлится возможность», заключает свои рассуждения Лукреций. Такого же в принципе понимания бесконечности мирового пространства придерживались Бруно, Гоббс, Локк, Гольбах и другие.

Аналогично строилась и аргументация тезиса о бесконечности (вечности) времени. Опираясь на идею несотворимости и неуничтожимости материи, мыслители-материалисты приходили к выводу, что какой бы момент времени мы ни рассматривали, всегда существовало до и будет существовать после него нечто, а потому предположение о начале или конце времени несостоятельно.




Характеризуя материалистическое представление о бесконечности мира в пространстве и времени, Ф. Энгельс писал: «Вечность во времени, бесконечность в пространстве,- как это ясно с первого же взгляда и соответствует прямому смыслу этих слов,- состоят в том, что тут нет конца ни в какую сторону, ни вперед, ни назад, ни вверх, ни вниз, ни вправо, ни влево». Нетрудно заметить, что здесь бесконечность понимается как неограниченность, как безграничная протяженность; приведенные аргументы доказывают именно неограниченность пространства и времени, но оставляют открытым вопрос о метрической стороне дела, т. е. о том, существуют ли во Вселенной сколь угодно большие расстояния и промежутки времени. Их существование вытекает из данных аргументов только при условии, что пространство и время Вселенной являются «открытыми» многообразиями (впрочем, до работ Римана последнее считалось само собой разумеющимся).

Представления о пространственной и временной бесконечности Вселенной, защищавшиеся материалистами прошлого, получили естественнонаучную разработку в ньютоновской физике. Принимая евклидову геометрию за адекватное описание мирового пространства и формулируя законы сохранения, ньютоновская механика необходимо предполагает бесконечность пространства и времени. Из теории тяготения Ньютона вытекает и необходимость признания того, что материя не может занимать в бесконечном пространстве ограниченный объем, а должна быть распределена по всему мировому пространству (иначе, отмечал Ньютон, под действием сил тяготения она сконцентрировалась бы в одно сферическое тело).



Однако в ХIХ в. в науке появились признаки кризиса тех представлений о пространственно-временной бесконечности Вселенной, которые были выработаны материализмом и получили естественнонаучное развитие в космологической картине мира, построенной на базе ньютоновской физики.

Предвестником этого кризиса явилось создание неевклидовой геометрии, основы которой были заложены трудами Лобачевского и Больяи. Уже обнаружение того факта, что евклидова геометрия не есть единственно возможная геометрия пространства, подготавливало почву для сомнений в евклидовом характере пространства Вселенной. А когда исследования Римана показали, что логически допустимо существование пространств положительной кривизны, являющихся топологически неограниченными, но имеющих конечный объем (эллиптических пространств), то произошло «расщепление» понятия пространственной бесконечности на понятие неограниченности (в смысле отсутствия пределов, ограничивающих протяженность) и понятие метрической бесконечности (в смысле отсутствия пределов, ограничивающих максимальную величину расстояний и объемов).

В результате стало ясно, что в общем случае неограниченность не обязательно совпадает с метрической бесконечностью, как это имеет место в евклидовом пространстве. Тем самым открылась теоретическая возможность введения в космологию идеи, согласно которой мировое пространство, будучи неограниченным, может быть в то же время конечным (в метрическом смысле).

К кризису классических представлений о бесконечности мира в пространстве и времени вели обнаруженные в XIX в. космологические парадоксы. Из фотометрического (Г. Ольберс, 1826) и гравитационного (К. Нейман, 1874; X. Зеелигер, 1895) парадоксов следует, что теоретические принципы классической физики несовместимы с представлением о существовании бесконечного числа звезд, более или менее равномерно распределенных в бесконечном пространстве. Для устранения этих парадоксов необходимо было либо внести изменения в физическую теорию, либо отказаться от указанного представления.

Помимо фотометрического и гравитационного парадоксов в XIX в. Томсоном и затем Клаузиусом был сформулирован еще один - термодинамический - парадокс, приводящий к выводу, что если время существования Вселенной бесконечно, то она рано или поздно должна прийти в состояние «тепловой смерти», теплового равновесия. Поскольку сейчас она не достигла этого состояния, постольку нельзя думать, что она существует бесконечное время.

Выход из трудностей, возникших в ньютоновской картине мира, оказался возможным лишь на основе общей теории относительности (ОТО), создание которой привело к принципиальному изменению постановки проблемы пространственно-временной бесконечности Вселенной.

В основе ОТО лежат две фундаментальные идеи: идея хроногеометрии и идея единства метрики и тяготения. Реализация первой идеи состоит в том, что физическое пространство-время изображается в виде четырехмерного псевдориманова пространства, метрика которого определяется локально в каждой точке метрическим тензором. Отклонения метрических свойств псевдориманова пространства от евклидовых эквивалентны наличию некоторого гравитационного поля.

Формально это означает, что компоненты метрического тензора Gik не только определяют метрику пространства в точке х, но вместе с тем являются потенциалами гравитационного поля в этой точке (идея единства метрики и тяготения). Поэтому геометрия пространства-времени в ОТО должна определяться теми же факторами, которые порождают тяготение, т. е. распределением и движением материи (вещества и электромагнитного поля, а также в принципе и других полей, кроме гравитационного).

Связь, существующая в окрестности некоторой точки между метрическими свойствами (кривизной) псевдориманова пространства и распределением и движением материи, создающей гравитационное поле, выражается уравнениями.

ОТО открыла перед космологией новые пути для нахождения геометрии мирового пространства-времени, в том числе к решению проблемы бесконечности или конечности пространства и времени. Новизна и заключалась в следующем: во-первых, псевдориманова геометрия позволяет описывать пространство и время Вселенной как в виде бесконечного, так и в виде конечного метрического многообразия, в результате чего решение вопроса о бесконечности Вселенной лишается той однозначности, которая имела место в ньютоновской космологии, использовавшей евклидову геометрию. Во-вторых, решение вопроса о свойствах пространственно-временного «каркаса» Вселенной зависит от решения вопросов, касающихся его «начинки», а не постулируется априорно и независимо от последних, как в ньютоновской физике.

Но из уравнений Эйнштейна следует, что при неравномерности распределения материи метрическая структура псевдориманова пространства оказывается чрезвычайно запутанной. Вследствие этого в ОТО без введения дополнительных условий становится невозможным по локальным свойствам какой-либо области пространства-времени судить о глобальных свойствах всего мирового пространства-времени.

Поэтому развитие релятивистской космологии, т. е. космологии, основанной на ОТО, требует принятия разного рода гипотетических допущений, с помощью которых необозримое множество возможных вариаций структуры мирового пространства-времени так или иначе ограничивается. В зависимости от характера допущений могут быть получены различные общие решения уравнений Эйнштейна. Вообще говоря, любое общее их решение может быть положено в основу некоторой космологической модели. Например, на основе решения Шварцшильда (одного из первых решений в истории ОТО) можно строить космологические модели, описывающие сферически-симметричный мир с центральным массивным телом. Но если космология стремится дать глобальное описание окружающего мира, то далеко не всякая из подобных моделей имеет право считаться космологической.

Во-первых, в качестве космологических моделей Вселенной правомерно рассматривать только такие решения, которые являются «полными» в том смысле, что охватывают мировое пространство-время в целом (т. е. история всех материальных частиц должна полностью «умещаться» в описываемом моделью пространстве-времени; никакая материальная частица не может выйти за пределы его или появиться в нем извне).

Во-вторых, космологические модели Вселенной должны соответствовать имеющимся эмпирическим сведениям об окружающей области космоса (т. е. из даваемого моделью описания Вселенной должны вытекать конкретные выводы о свойствах окружающей нас части ее, которые могут быть проверены данными астрономических наблюдений и находят в них свое подтверждение). Учитывая эти два условия, для построения космологических теорий при решении уравнений Эйнштейна необходимо использовать лишь такие упрощающие допущения, которые позволяют строить «полные» модели, не вступающие в противоречие с известными из наблюдений фактами.

Основополагающую роль в таких допущениях играет так называемый космологический постулат (его называют также космологическим принципом, принципом однородности, принципом экстраполяции, принципом Джордано Бруно и т. д.). В его основе лежит утверждение, что «все части Вселенной равноценны» , или в более развернутой формулировке «основные свойства любой достаточно большой части Вселенной тождественны свойствам любой другой ее части, имеющей размеры того же порядка, если только не принимать во внимание местных отклонений случайного характера». Космологический постулат позволяет распространить свойства отдельной области Вселенной на все ее области и тем самым строить единообразную картину Вселенной.

В различных космологических теориях данный постулат конкретизируется в зависимости от того, какие свойства признаются в качестве основных, наиболее существенных для построения модели Вселенной. В релятивистской космологии он обычно вводится как принцип, постулирующий равномерность распределения материи в пространстве (в среднем и в достаточно больших масштабах).

Этот принцип является главной формой космологического постулата, он использовался еще в ньютоновской космологии и применяется ныне в ряде нерелятивистских космологических теорий. Из уравнений Эйнштейна следует, что пространство, равномерно заполненное материей, является однородным и изотропным. В связи с этим космологический постулат в релятивистской космологии часто формулируется и как постулат однородности и изотропности пространства.

Предположение о равномерности распределения космической материи кажется простым и естественным. Однако на самом деле это довольно сильная идеализация действительности, в наблюдаемой области космоса мы сталкиваемся с большой неравномерностью.





Дата добавления: 2015-05-27; просмотров: 4602; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8748 - | 7484 - или читать все...

Читайте также:

 

34.204.173.45 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.


Генерация страницы за: 0.002 сек.