Obecné spekulace o povaze světa jsou staré jako řecké pre-Socratic filozofové, ale skutečně vědecké kosmologie nemůže být formulována, dokud tam byl nějaký znalosti základních zákonů přírody. Objev univerzálního inverzního čtvercového práva Isaaca Newtona umožnil první vážnou příležitost pro takové úsilí. Protože gravitace je přitažlivá, okamžitým problémem bylo vysvětlit, proč se vesmír sám nezhroutil., Planetární pohyby to zastavily ve sluneční soustavě, ale co „pevné hvězdy“? Odpověď nejprve navrhl, že ve vesmíru nekonečného rozsahu, obydlené rovnoměrně hvězdami, atraktivní síly v různých směrech by se navzájem zrušit, dávat rovnováhu.
byl však problém s myšlenkou neomezeného vesmíru. Každý pohled by musel skončit někde na povrchu hvězdy. V roce 1823 Wilhelm Olbers poukázal na to, že by to znamenalo, že noční obloha byla všude rovnoměrně jasná., Moderní řešení tohoto paradoxu se opírá o skutečnost, že konečná rychlost světla a konečný věk vesmíru společně znamenají, že pro nás je skutečně viditelný pouze konečný počet hvězd.
důležitý objev byl učiněn na konci osmnáctého století sirem Williamem Herschelem. Zjistil, že pásmo světla známé jako Mléčná dráha je ve skutečnosti složeno z velkého množství hvězd, což představuje obrovskou galaxii, jejíž sluneční soustava je jen malou složkou. Časní spekulanti, včetně Immanuela Kanta (1724-1804), navrhli, že by tomu tak mohlo být., Navrhli také, že světelné skvrny zvané mlhoviny mohou být jiné „ostrovní vesmíry“, podobné Mléčné dráze, ale ve velkých vzdálenostech od ní. Problém nebyl, nakonec se usadil až do dvacátého století, ale nápad byl už ve vzduchu, který vytvořil realita může být mnohem větší, než se dříve předpokládalo.
vzdálenosti k blízkým hvězdám lze měřit paralaxou, mírným posunem zdánlivé nebeské polohy, když se Země pohybuje kolem své oběžné dráhy., Mimo tento rozsah, odhad vzdálenosti závisí na vytvoření standardní svíčky, zdroj světla známé intenzity, jehož pozorované stmívání pak poskytuje míru jeho vzdálenosti. Hvězdy pravidelně kolísá jas, nazývané Cefeidy proměnné, poskytnout toto opatření, neboť je známo, že jejich vnitřní jas je přísně koreluje s obdobím jejich variace. V roce 1924 Hubble použil tuto metodu ke zjištění, že mlhovina v Andromedě je vzdálené galaxie, nyní známý být o dva miliony světelných let od Mléčné dráhy.,
Hubble pak pokračoval ve svém největším objevu. Světlo ze vzdálených galaxií je zjištěno, že být zarudlé, ve srovnání se stejným světlo z pozemního zdroje. To je interpretováno jako kvůli účinku recesního pohybu a stupeň indukovaného zčervenání koreluje s rychlostí recese. Účinek (Dopplerův posun) je podobný změně frekvence sirény sanitky v důsledku pohybu vozidla. Hubble zjistil, že rychlost, s jakou galaxie ustupuje, je úměrná její vzdálenosti., To bylo pak interpretováno jako efekt díky rozšíření samotného prostoru. Stejně jako se skvrny na povrchu balónu pohybují od sebe, když je balón nafouknutý, tak jak se prostor rozšiřuje, nese s sebou galaxie. Hubbleův objev rozšiřujícího se vesmíru měl hluboký vliv na vývoj kosmologické teorie.
relativistická kosmologie
Newton považoval prostor za kontejner, ve kterém se pohyb atomů materiálu uskutečnil v průběhu toku absolutního času., Objev Alberta Einsteina teorie obecné relativity zcela změnil tento obraz.
v roce 1908 měl Einstein to, co považoval za svou nejšťastnější myšlenku. Uvědomil si, že kdyby měl volně padat, byl by zcela nevědomý gravitace. Toto zdánlivě nevýznamné pozorování ho vedlo k rozpoznání principu ekvivalence, který leží u kořene obecné relativity., Existují dva koncepčně odlišné významy hmoty: inerciální hmotnost (měření odporu těla vůči změně jeho stavu pohybu) a gravitační hmotnost (měření síly interakce těla s gravitačním polem). Navzdory jejich koncepční odlišnosti jsou tato dvě opatření vždy číselně identická. Kvantitativně, inerciální a gravitační hmotnost jsou ekvivalentní. To znamená, že všechna těla se pohybují stejným způsobem v gravitačním poli., Zdvojnásobení hmotnosti zdvojnásobí inerciální odpor vůči změně pohybu, ale také zdvojnásobí gravitační sílu ovlivňující změnu. V důsledku toho je výsledný pohyb stejný. Tento univerzální chování znamená, že účinky gravitace na jednotlivých tělech mohou být interpretován jako obecný důsledek vlastnosti samotného prostoru, nebo přesněji, s přihlédnutím Einstein dřívější objev speciální teorie relativity je blízko vzájemné asociace prostor a čas, vlastnosti čtyřrozměrný časoprostor., Koncepty prostoru, času a hmoty, které Newton zcela odlišil, spojil Einstein v jediném balíčku. Změnil gravitační fyziku na geometrii. Hmotné křivky časoprostoru a zakřivení časoprostoru zase ovlivňují cesty hmoty. Není čas bez prostoru a hmoty, bod Augustine si uvědomil o patnáct století dříve.
Einstein se pustil do práce objevit rovnic, které by kvantitativní vyjádření jeho nápad. Pátrání bylo dlouhé, ale v listopadu 1915 na ně narazil., Okamžitě dokázal ukázat, že předpovídali malou odchylku v chování planety Merkur, která již byla pozorována, ale která vzdorovala newtonovskému vysvětlení. Později, v roce 1919, pozorování úplného zatmění Slunce potvrdilo další předpověď týkající se ohýbání hvězdného světla sluncem. Přes noc se Einstein stal v představivosti veřejnosti ikonickým vědeckým hrdinou.
tato integrace prostoru, času a hmoty do jediné teorie umožnila vytvořit skutečně vědecký účet celého vesmíru. Zdálo se však, že existuje problém., V té době fyzici stále věřili, že kosmologická teorie by měla přinést statický obraz. Fyzika byla poslední z věd rozpoznat skutečný význam dochvilnosti a rozvíjející se proces. Geologové se tam dostali na konci osmnáctého století a v polovině devatenáctého století biologové s vydáním původu druhů Charlese Darwina v roce 1859 následovali. Na počátku dvacátého století fyzici stále drželi Aristotelovu představu o věčně neměnném vesmíru. Einstein nemohl najít statické řešení svých rovnic., Proto, když vydal své kosmologické návrhů v roce 1918 se vrtal s rovnic, přidání další termín (kosmologická konstanta). Představovala jakousi antigravitaci, odpudivou sílu určenou k vyvažování přitažlivé síly konvenční gravitace na velké vzdálenosti.
Einstein později nazval tento doplněk největší chybou svého života., Minul šanci předvídat expandující vesmír, za jeho nezměněné rovnice měla řešení (objeven ruský meteorolog Alexandr Friedmann a Belgický kněz Georges Lemaître), které odpovídaly chování později pozoroval Hubble. Navíc jeho navrhované statické řešení ve skutečnosti nefungovalo, protože bylo nestabilní a zhroutilo by se pod poruchou.
kosmologie velkého třesku
Pokud se galaxie v současné době pohybují od sebe, pak v minulosti musely být blíže k sobě., To vede k závěru, že vesmír, který dnes pozorujeme, se zřejmě vynořil z velkého třesku, pravěkého stavu nesmírně kondenzované a energické hmoty. Současné odhady datují tento vznik před 13,7 miliardami let.
užívaný doslova, samotný Velký třesk je okamžikem nekonečné hustoty a energie, singularity, která je mimo sílu konvenční vědy analyzovat. (Některé vysoce spekulativní představy o velmi raném vesmíru, blízké Velkému třesku, budou popsány níže.,) Ačkoli někteří náboženští lidé (včetně papeže Piuse XII.) podlehli pokušení hovořit o Velkém třesku jako o „okamžiku stvoření“, šlo jednoznačně o teologickou chybu. Židovsko-Křesťansko-Islámská Doktrína stvoření se zabývá ontologickým původem (proč existuje něco spíše než nic?), spíše než časový původ (jak to všechno začalo?). Bůh je dnes Stvořitelem stejně jako Bůh před 13,7 miliardami let. Kosmologie velkého třesku je vědecky velmi zajímavá, ale ne kriticky významná teologicky.,
Nicméně, tři kosmologové, Hermann Bondi, Fred Hoyle, a Thomas Gold, se obával, že kosmologie Velkého Třesku možná prospěch náboženství, a tak v roce 1960 navrhli alternativní ustáleném stavu teorie, obraz věčného vesmíru vždy v zásadě stejné. Tento návrat k Aristotelské myšlenky byl smířen s recese galaxií tím, že předpoklad nepřetržitého stvoření hmoty, které se konají na rychlost příliš malá, aby byla vidět, ale dostačující průběhu času k vyplnění mezery vlevo v pohybu již existující galaxie., Další pozorovací výsledky tuto myšlenku zlikvidovaly.
jak se vesmír rozšiřuje, ochlazuje se. V době, kdy to bylo mikrosekundu stará, její teplota už byla na úrovni, kde kosmické procesy, které probíhají měl energie dostatečně nízká pro vědce mají spolehlivé pochopení jejich povahy. Diskuse je dále zjednodušena tím, že raný vesmír byl téměř jednotný a structureless, což je velmi jednoduchý fyzikální systém, aby zvážila.,
v době, kdy bylo asi tři minuty staré, vesmír ochladil do té míry, že jaderné interakce přestaly v kosmickém měřítku. V důsledku toho se hrubá jaderná struktura světa upevnila na to, co je dnes, tři čtvrtiny vodíku a čtvrtina helia. V době, kdy vesmír byl o půl milionu let, dále chlazení vzal to do bodu, kde záření byl již aktivní dost rozbít atomy, které se snažil tvořit. Hmota a záření se pak oddělily a ta byla ponechána jednoduše vychladnout dále, jak pokračovala kosmická expanze., Dnes je toto záření velmi chladné, tři stupně nad absolutní nulou. To bylo poprvé pozorováno v roce 1964 Arno Penzias a Robert Wilson. Známý jako kosmické záření pozadí, tvoří zkamenělé vklad zbyly z velký třesk éra, nám říká, co svět byl, jako když to bylo půl milionu let. Jedna z věcí, které se dozvídáme, je, že vesmír byl tehdy velmi jednotný, s kolísáním průměrné hustoty ve výši nejvýše jedné části z deseti tisíc., Toto pozadí záření dal zaplaceno teorii ustáleného stavu, který nemohl vysvětlit své vlastnosti přirozeným způsobem, který byl možný pro Big Bang kosmologie.
gravitace má dlouhodobý účinek na zvýšení malých výkyvů. Trochu víc k věci, než tu vyrábí trochu větší přitažlivost, než tu, což zapříčinilo koulování efekt, který vesmír se nakonec stal lumpy s galaxií a hvězd. V kosmickém věku jedné miliardy let byl tento proces v plném proudu. Když hvězdy kondenzovaly, zahřívaly se a jaderné reakce začaly znovu v místním měřítku., Zpočátku hvězdy hoří přeměnou vodíku na helium. V pozdější fázi hvězdného vývoje jsou těžší prvky, jako je uhlík a kyslík, tvořeny dalšími jadernými procesy. Uvnitř hvězdy se tato sekvence nemůže dostat za železo, nejstabilnější jaderného druhu. Na konci svého života, nicméně, některé hvězdy explodují jako supernovy, a to nejen rozptylu prvků, které se do prostředí, ale také v explozivní proces sám o sobě, vytváří chybějící prvky za železem. Tímto způsobem bylo nakonec k dispozici devadesát dva chemických prvků., Jedním z velkých triumfů astrofyziky dvacátého století bylo odhalení detailů jemných procesů nukleosyntézy. Když se vytvořila druhá generace hvězd a planet, bylo k dispozici chemické prostředí dostatečně bohaté na to, aby umožnilo rozvoj života. Tak začal jeden z nejpozoruhodnějších vývojů v kosmické historii, který je nám znám. S eventuálním úsvitem sebevědomí si vesmír uvědomil sám sebe.,
Antropický Princip
Jak vědci dospěli k pochopení evolučních procesů kosmické historie, oni si začali uvědomovat, že možnost pro vývoj života na bázi uhlíku závisí kriticky na podrobnosti o přírodní zákony ve skutečnosti působí ve vesmíru. Kolekce poznatky ukazující na tento závěr byl dán název antropický princip, i když uhlík princip by byl lepší volbou, jak to je obecnost života, spíše než specifičnost Homo sapiens, který je zapojen., Mnoho příkladů bylo uvedeno z těchto antropických “ jemné ladění.“
jeden je poskytován hvězdnými procesy, kterými byly vytvořeny prvky nezbytné pro život. Každý atom uhlíku v každém živém těle byl kdysi uvnitř hvězdy a proces, kterým byl tento uhlík vyroben, kriticky závisí na kvantitativních detailech jaderné fyziky. Tři jádra helia se musí kombinovat, aby vytvořily uhlík. Dalo by se očekávat, že dvoustupňový proces, dvě helium nejprve fusing tvořit berylium, a pak třetí helium je přidán na aby se uhlík., Existuje však problém, protože beryllium je velmi nestabilní, což činí druhý krok problematickým. Ve skutečnosti je to možné pouze proto, že se ukáže, že existuje podstatný efekt vylepšení (rezonance), který se vyskytuje přesně na správné energii. Pokud by se jaderné síly lišily od toho, co ve skutečnosti jsou, tato rezonance by byla na špatném místě a vůbec by neexistoval žádný uhlík. Když Hoyle objevil tuto pozoruhodnou náhodu, cítil, že to nemůže být jen šťastná nehoda, ale za tím musí být nějaká inteligence.
příklady lze násobit., Rozvoj života na planetě závisí na jeho hvězdě, která poskytuje dlouhodobý a spolehlivý zdroj energie. Hvězdy hoří tímto způsobem v našem vesmíru, protože gravitační síla je taková, aby to umožnila. Nejnáročnější antropické doladění se týká Einsteinovy kosmologické konstanty. Moderní myšlení oživilo tento pojem, ale jeho síla musí být extrémně slabá, aby zabránila kolapsu vesmíru nebo rozpadu. Mnoho kosmologů věří, že síla (obvykle tzv. temná energie ) je skutečně přítomen, ale na úrovni, která je pouze 10-120 co by člověk považovat za svou přirozenou hodnotu., Cokoli větší než toto malé číslo by způsobilo, že vývoj života nebo jakákoli složitá kosmická struktura by byla zcela nemožná.
Tyto vědecké poznatky jsou nekontroverzní, ale jejich hlubší, metascientific význam může být shledána byl velmi spokojený. Málokdo je připraven považovat tyto antropické náhody za pouhé šťastné nehody, a tak byly široce prozkoumány dva kontrastní vysvětlující návrhy., Jeden vnímá vesmír jako boží stvoření, vysvětluje svůj jemně vyladěné specifičnost jako výraz boží vůle, že to by měl být schopen s plodnou historii. Na druhé straně je multivesmíru přístup, za předpokladu, že tento vesmír je jen jedním členem rozsáhlé portfolio různých existujících světů, každý od sebe oddělit a každý má své vlastní, přirozené zákony a okolnosti. Náš vesmír je prostě ten v tomto obrovském kosmickém poli, kde je náhodou možný vývoj života založeného na uhlíku., Ačkoli tam jsou vysoce spekulativní vědecké myšlenky, které by v míře podporovat multiversal myšlení (viz níže), nepozorovatelné marnotratnost multivesmíru přístup dělá to zdát jako metafyzický návrh značnou extravagance, která se zdá dělat jen jeden kus vysvětlující práce v zneškodnění hrozby teismus.
velmi raný vesmír
čím blíže se vědci snaží tlačit na Velký třesk, tím extrémnější jsou zapojené režimy, a proto spekulativnější je jejich myšlení.,
Mnozí věří, že když byl vesmír o 10-36 sekundy staré, druh vroucí prostoru došlo, tzv. inflace, která se rozšířila vesmíru velmi výrazně a s nesmírnou rychlostí. Myšlenka je nejen podporována některými teoretickými argumenty, ale také získává důvěryhodnost díky své schopnosti vysvětlit některé významné skutečnosti o vesmíru., Jeden je kosmické isotropy: záření pozadí se objeví prakticky ve všech směrech stejné a to navzdory skutečnosti, že obloha obsahuje mnoho regionů, které, na jednoduché extrapolaci zpět k velkému Třesku, by nikdy nebyl v příčinné kontaktu s ostatními. Na inflační obrázek, nicméně, tyto různé regiony odvodit z původně mnohem menší domény, kde by byly příčinnou kontaktu potřebné k výrobě rovnoměrnost teploty a hustoty., Inflace by také měly zklidňující účinek, čímž se vysvětluje velký-měřítko homogenity vesmíru a blízko rovnováhy mezi expanzivní a gravitační účinky, které je skutečně pozoroval (a který, ve skutečnosti, je další antropický nutnost).
mnohem spekulativnější je pokus pochopit Planckovu éru před 10-43 sekundami, kdy byl vesmír tak malý, že musí být chápán kvantově mechanicky. Správné Sjednocení kvantové teorie a obecné relativity nebylo dosaženo., V důsledku toho existuje mnoho různých hypotetických účtů kvantové kosmologie. Časté téma je, že vesmírů může neustále vznikají inflační výkyvy v ur-vakuum kvantové gravitace, a náš vesmír je jen jeden člen této proliferující multivesmíru. Tvrzení, že by tento proces představoval schopnost vědy vysvětlit stvoření z ničeho, je pouze zneužíváním jazyka. Kvantové vakuum je vysoce strukturované a aktivní médium, velmi odlišné od nihilu.,
Vesmírný Osud
v největším měřítku, historie vesmíru, která zahrnuje přetahování lanem mezi expanzivní tendence Velkého Třesku a stahovací síla gravitace. Pokud nakonec gravitace vyhraje, to, co začalo Velkým třeskem, skončí ve velké krizi, protože vesmír se zhroutí na sebe. Pokud rozšíření výher (v současné době oblíbenou možností), že se vesmír bude rozpínat navždy, stává postupně chladnější a více nařeďte, případně rozkládající se v dlouhý táhlý umírání fňukat.,
ve svém eschatologickém myšlení musí teologie vzít v úvahu tyto spolehlivé vědecké prognostiky eventuální marnosti současného procesu. Jednoduchý evoluční optimismus nakonec není životaschopnou možností.
Viz také
fyzika a náboženství.
bibliografie
Barrow, John A Frank Tipler. Antropický Kosmologický Princip. Oxford, 1986. Encyklopedický průzkum antropických poznatků a argumentů.
Drees, Willem. Za Velkým třeskem: kvantová kosmologie a Bůh. La Salle, Nemocný., 1990., Pečlivý a poměrně technický průzkum možných souvislostí mezi kvantovou kosmologií a teologií.
Hawking, Stephen. Stručná historie času: od Velkého třesku po černé díry. Londýn, 1988. Slavná expozice autorovy konkrétní verze kvantové kosmologie.
Leslie, John. Vesmír. Londýn, 1989. Stručný a pečlivý popis vědeckých a filozofických otázek týkajících se antropického principu.
Leslie, John, ed. Fyzikální kosmologie a filozofie. New York, 1990. Užitečná sbírka přetištěných papírů.
Miller, James, ed. Kosmické Otázky., New York, 2001. Rozsáhlá sbírka dokumentů poskytnutých na konferenci sponzorované Americkou asociací pro rozvoj vědy.
Polkinghorne, John. Věda a tvorba: hledání porozumění. Londýn, 1988. Vědec-teolog se dívá na vesmír považovaný za stvoření.
Polkinghorne, John, and Michael Welker, eds. Konec světa a konce Boha: Věda a teologie o eschatologii. Harrisburg, Pa., 2000. Sbírka dokumentů s ohledem na eschatologické otázky ve světle moderní vědy.
Rees, Martin., Před začátkem: náš vesmír a další. Londýn, 1998. Čitelný popis moderních kosmologických myšlenek; podpora myšlenky multivesmíru.
Weinberg, Steven. První tři minuty: moderní pohled na původ vesmíru. 2D ed. New York, 1988. Klasický a středně technický popis kosmologie raného vesmíru.
Worthing, Mark. Bůh, stvoření a současná fyzika. Minneapolis, 1996. Tvorba zvažovaná ve světle moderní fyziky.
John Polkinghorne (2005)