generelle spekulationer om verdens natur er lige så gamle som de græske pre-socratiske filosoffer, men en virkelig videnskabelig kosmologi kunne ikke formuleres, før der var noget kendskab til naturens grundlæggende love. Isaac ne .tons opdagelse af universal invers-s .uare-la.gravity gav den første seriøse mulighed for en sådan indsats. Fordi tyngdekraften er attraktiv, et øjeblikkeligt problem var at forklare, hvorfor universet ikke kollapsede i sig selv., Planetariske bevægelser stoppede dette i solsystemet, men hvad med de “faste stjerner”? Det første svar var, at i et univers af uendelig udstrækning, befolket ensartet af stjerner, ville de attraktive kræfter i forskellige retninger annullere hinanden og give ligevægt.
Der var dog et problem med ideen om en ubegrænset kosmos. Hver sigtelinje ville have til at afslutte et sted på overfladen af en stjerne. I 1823 pointedilhelm Olbers påpegede, at dette ville indebære, at nattehimlen var overalt ensartet lyse., Den moderne opløsning af dette paradoks er afhængig af det faktum, at lysets endelige hastighed og universets endelige alder tilsammen betyder, at kun et begrænset antal stjerner faktisk er synlige for os.
en vigtig opdagelse blev lavet i slutningen af det attende århundrede af Sir Sirilliam Herschel. Han opdagede, at lysbåndet kendt som Mælkevejen faktisk består af et væld af stjerner, der udgør en enorm galakse, hvor solsystemet kun er en lille komponent. Tidlige spekulanter, herunder Immanuel Kant (1724-1804), havde foreslået, at dette kunne være tilfældet., De foreslog også, at de lysende pletter kaldet nebulae kunne være andre “øuniverser”, der ligner Mælkevejen, men i store afstande fra den. Spørgsmålet blev ikke endelig afgjort før i det tyvende århundrede, men ideen var allerede i luften, der skabte virkeligheden, kunne være meget større end tidligere antaget.afstande til nærliggende stjerner kan måles ved hjælp af parallakse, det lille skift i tilsyneladende himmelposition, når jorden bevæger sig rundt om sin bane., Ud over dette interval, estimering af afstand afhænger af etablering af et standardlys, en kilde til lys med kendt intensitet, hvis observerede dæmpning derefter giver et mål for dens afstand. Stjerner med regelmæssigt svingende lysstyrke, kaldet Cepheid-variabler, giver denne foranstaltning, for det er kendt, at deres egen lysstyrke er strengt korreleret med perioden for deres variation. I 1924 Edwin Hubble brugt denne metode til at fastslå, at Andromeda-tågen er en fjern galakse, nu kendt for at være omkring to millioner lysår fra Mælkevejen.,
Hubble fortsatte derefter med at gøre sin største opdagelse. Lys fra fjerne galakser viser sig at være rødt i sammenligning med det samme lys fra en jordisk kilde. Dette fortolkes som på grund af effekten af recessional bevægelse, og graden af rødme induceret er korreleret med recessionens hastighed. Effekten (Doppler skift) svarer til ændringen i hyppigheden af en ambulance sirene på grund af køretøjets bevægelse. Hubble opdagede, at den hastighed, hvormed en galakse er vigende, er proportional med dens afstand., Dette blev derefter fortolket som en effekt på grund af udvidelsen af rummet selv. Ligesom pletter på overfladen af en ballon bevæger sig væk fra hinanden, når ballonen er oppustet, så når rummet udvides, bærer det galakserne med sig. Hubbles opdagelse af det ekspanderende univers havde en dybtgående indvirkning på udviklingen af kosmologisk teori.
relativistisk kosmologi
ne .ton betragtede rummet som en beholder, inden for hvilken bevægelsen af materielle atomer fandt sted i løbet af strømmen af absolut tid., Albert Einsteins opdagelse af teorien om generel relativitet ændrede fuldstændigt dette billede.i 1908 havde Einstein det, han betragtede som sin lykkeligste tanke. Han indså, at hvis han skulle falde frit, ville han være helt uvidende om tyngdekraften. Denne tilsyneladende ret ubetydelige observation førte ham til at anerkende ækvivalensprincippet, som ligger til grund for generel relativitet., Der er to begrebsmæssigt forskellige betydninger af masse: inertiel masse (måling af et legemes modstand mod at få sin bevægelsestilstand ændret) og gravitationel masse (måling af styrken af kroppens interaktion med et gravitationsfelt). På trods af deres konceptuelle særpræg er disse to mål altid numerisk identiske. Kvantitativt er inertiel og gravitationel masse ækvivalente. Dette indebærer, at alle kroppe bevæger sig på samme måde i et gravitationsfelt., Fordobling af massen vil fordoble den inertielle modstand mod en bevægelsesændring, men det fordobler også den tyngdekraft, der påvirker ændringen. Som følge heraf er den resulterende bevægelse den samme. Denne universelle opførsel betyder, at virkningerne af tyngdekraften på individuelle kroppe kan genfortolkes som en generel konsekvens af egenskaberne i selve rummet, eller mere præcist under hensyntagen til Einsteins tidligere opdagelse af speciel relativitetens nære gensidige forening af rum og tid, egenskaberne ved firedimensionel rumtid., Begreberne rum, tid og sag, holdt helt adskilt af Ne .ton, blev forenet af Einstein i en enkelt pakkeløsning. Han vendte gravitationsfysik til geometri. Stofkurver rumtid og krumning af rumtid påvirker igen materiens stier. Der er ingen tid uden plads og stof, et punkt Augustin havde realiseret femten århundreder tidligere.
Einstein sat til at arbejde for at opdage de ligninger, der ville give kvantitative udtryk for hans id.. Søgningen var lang, men i November 1915 ramte han på dem., Straks kunne han vise, at de forudsagde en lille afvigelse i opførslen af planeten Merkur, som allerede var blevet observeret, men som havde trodset ne .tonsk forklaring. Senere, i 1919, bekræftede observationer af en total solformørkelse en anden forudsigelse, der vedrørte bøjning af stjernelys fra solen. I løbet af natten blev Einstein i offentlighedens fantasi den ikoniske videnskabelige helt.
denne integration af rum, tid og stof i en enkelt teori gav mulighed for at konstruere en virkelig videnskabelig redegørelse for hele universet. Der syntes dog at være et problem., På det tidspunkt troede fysikere stadig, at kosmologisk teori skulle give et statisk billede. Fysik skulle være den sidste af videnskaberne til at anerkende den sande betydning af temporalitet og udfoldelse proces. Geologerne var kommet dertil i slutningen af det attende århundrede, og i midten af det nittende århundrede havde biologerne med udgivelsen af Charles Dar .ins Origin of Species i 1859 fulgt efter. I begyndelsen af det tyvende århundrede holdt fysikerne stadig den aristoteliske forestilling om et evigt foranderligt kosmos. Einstein kunne ikke finde en statisk løsning af hans ligninger., Derfor, da han offentliggjorde sin kosmologiske forslag i 1918, han fikseret med ligninger, tilføje en ekstra sigt (den kosmologiske konstant). Det repræsenterede en slags antigravitet, en afstødende kraft designet til at modvirke over store afstande den attraktive kraft af konventionel tyngdekraft.Einstein kaldte senere denne tilføjelse den største blunder i sit liv., Han havde forpasset chancen for at forudsige et ekspanderende univers for sin umodificerede ligninger, der havde løsninger (opdaget af den russiske meteorolog Alexander Friedmann og den Belgiske præst Georges masser af naturligt lys), der svarede til den adfærd senere observeret af Hubble. Desuden virkede hans foreslåede statiske løsning ikke rigtig, for den var ustabil og ville have kollapset under forstyrrelse.
Big Bang kosmologi
Hvis galakserne i øjeblikket bevæger sig fra hinanden, så må de tidligere have været tættere sammen., Dette fører til den konklusion, at det univers, vi observerer i dag, ser ud til at være opstået fra Big Bang, en urtilstand af enormt kondenseret og energisk stof. Nuværende estimater daterer denne fremkomst for 13, 7 milliarder år siden.
taget bogstaveligt talt er Big Bang i sig selv et øjeblik med uendelig tæthed og energi, en singularitet, der er uden for den konventionelle videnskabs magt til at analysere. (Nogle meget spekulative ideer om det meget tidlige univers, tæt på Big Bang, vil blive diskuteret nedenfor.,) Selv om nogle religiøse mennesker (herunder Pave Pius PIII) bukkede under for fristelsen til at tale om Big Bang som “skabelsens øjeblik”, var det helt klart en teologisk fejltagelse. Den jødisk-kristne-islamiske skabelseslære handler om ontologisk oprindelse (hvorfor er der noget snarere end intet?), snarere end tidsmæssig Oprindelse (hvordan begyndte det hele?). Gud er lige så meget skaberen i dag, som Gud var for 13,7 milliarder år siden. Big Bang kosmologi er meget interessant videnskabeligt, men ikke kritisk signifikant teologisk.,
ikke desto mindre, tre kosmologer, Hermann Bondi, Fred Hoyle, og Thomas Gold, frygtede, at Big Bang kosmologi kan favorisere en religion, og så i 1960’erne foreslog en alternativ steady-state teorien, billedet af en evig univers stort set altid den samme. Denne tilbagevenden til aristoteliske ideer blev forsonet med recessionen i galakserne ved antagelse af den kontinuerlige skabelse af stof, der finder sted med en hastighed, der er for lille til at blive observeret, men tilstrækkelig over tid til at udfylde de huller, der er efterladt af bevægelsen af de allerede eksisterende galakser., Yderligere observationsresultater har bortskaffet denne ID..
efterhånden som universet udvides, afkøles det. Da det var et mikrosekund gammelt, var temperaturen allerede på det niveau, hvor de kosmiske processer, der fandt sted, havde energier, der var tilstrækkeligt lave til, at forskere kunne have en pålidelig forståelse af deres natur. Diskussionen forenkles yderligere af det faktum, at det tidlige univers var næsten ensartet og strukturløst, hvilket gør det til et meget simpelt fysisk system at overveje.,
da det var omkring tre minutter gammelt, var universet afkølet i det omfang, at nukleare interaktioner ophørte i kosmisk skala. Som følge heraf blev verdens brutto nukleare struktur fast på, hvad den stadig er i dag, tre fjerdedele brint og en fjerdedel helium. Da kosmos var omkring en halv million år gammel, havde yderligere afkøling taget det til det punkt, hvor stråling ikke længere var energisk nok til at nedbryde atomer, der forsøgte at danne sig. Stof og stråling blev derefter afkoblet, og sidstnævnte blev simpelthen afkølet yderligere, efterhånden som den kosmiske ekspansion fortsatte., I dag er denne stråling meget kold, tre grader over absolut nul. Det blev først observeret i 1964 af Arno Pen .ias og Robert .ilson. Kendt som kosmisk baggrundsstråling danner det en fossiliseret aflejring tilbage fra big bang-æraen og fortæller os, hvordan universet var, da det var en halv million år gammel. En af de ting, vi lærer, er, at kosmos dengang var meget ensartet, med udsving omkring den gennemsnitlige tæthed på højst en del ud af ti tusind., Denne baggrundsstråling blev betalt til steady state teorien, som ikke kunne forklare dens egenskaber på den naturlige måde, der var muligt for Big Bang kosmologi.
tyngdekraft har den langsigtede effekt af at øge små udsving. Lidt mere stof her end der producerede lidt mere tiltrækning her end der, derved udløste en sneboldeffekt, hvorved universet til sidst blev klumpet af galakser og stjerner. Ved en kosmisk alder på en milliard år var denne proces i fuld gang. Når stjernerne kondenserede, opvarmede de sig, og nukleare reaktioner begyndte igen i lokal skala., Oprindeligt brænder stjerner ved at omdanne brint til helium. På et senere stadium af stjerneudvikling dannes tungere elementer, såsom kulstof og ilt, ved yderligere nukleare processer. Inde i en stjerne kan denne sekvens ikke komme ud over jern, den mest stabile af de nukleare arter. I slutningen af deres liv eksploderer nogle stjerner imidlertid som supernovaer og spreder ikke kun de elementer, de har lavet ud i miljøet, men også i selve eksplosionsprocessen genererer de manglende elementer ud over jern. På denne måde blev de tooghalvfems kemiske elementer til sidst tilgængelige., En af de store triumfer i det tyvende århundredes astrofysik var at afsløre detaljerne i de delikate processer af nukleosyntese. Da en anden generation af stjerner og planeter dannede sig, var der et kemisk miljø, der var tilstrækkeligt rigt til at muliggøre livets udvikling. Således begyndte en af de mest bemærkelsesværdige udviklinger i kosmisk historie, vi kendte. Med den eventuelle gryende selvbevidsthed blev universet opmærksom på sig selv.,
Det Antropiske Princip,
Som forskere kom til at forstå de evolutionære processer af den kosmiske historie, begyndte de at indse, at muligheden for udvikling af carbon-baseret liv afhang kritisk af detaljer af naturens love, faktisk opererer i universet. Samlingen af indsigt, der peger på denne konklusion, har fået navnet på det antropiske princip, skønt kulstofprincippet ville have været et bedre valg, da det er livets generelle karakter, snarere end Homo sapiens specificitet, der er involveret., Der er givet mange eksempler på disse antropiske ” finjusteringer.”
en er tilvejebragt af de stjerneprocesser, hvormed de elementer, der er nødvendige for livet, er blevet dannet. Hvert carbonatom i hver levende krop var engang inde i en stjerne, og processen, hvormed dette kulstof blev lavet, afhænger kritisk af de kvantitative detaljer i atomfysik. Tre heliumkerner skal kombineres for at fremstille kulstof. Man kunne forvente en to-trins proces, to Helier først fusionerer til dannelse af beryllium, og derefter tilsættes et tredje helium for at fremstille kulstof., Der er dog et problem, fordi beryllium er meget ustabilt, og det gør det andet trin problematisk. Faktisk er det kun muligt, fordi der viser sig at være en betydelig forbedringseffekt (en resonans), der forekommer på nøjagtigt den rigtige energi. Hvis kernekræfterne var forskellige fra, hvad de faktisk er, ville denne resonans være på det forkerte sted, og der ville slet ikke være noget kulstof. Da Hoyle opdagede dette bemærkelsesværdige tilfældighed, følte han, at det ikke bare kunne være en lykkelig ulykke, men der skal være en vis intelligens bag det.
eksempler kan multipliceres., At udvikle livet på en planet afhænger af, at dens stjerne giver en lang levetid og pålidelig energikilde. Stjerner brænder på denne måde i vores univers, fordi tyngdekraften er sådan, at den tillader det. Den mest krævende antropiske finjustering vedrører Einsteins kosmologiske konstant. Moderne tænkning har genoplivet denne opfattelse, men dens styrke skal være ekstremt svag for at forhindre, at universet enten kollapser eller blæser fra hinanden. Mange kosmologer mener, at kraften (normalt kaldet mørk energi ) faktisk er til stede, men på et niveau, der kun er 10-120 af det, man ville betragte som dens naturlige værdi., Noget større end dette lille antal ville have gjort livets udvikling eller en hvilken som helst kompleks kosmisk struktur helt umulig.
disse videnskabelige indsigter er ukontroversielle, men hvad deres dybere, metascientific betydning kan anses for at være, er blevet stærkt bestridt. Kun få er villige til at behandle disse antropiske tilfældigheder som blot lykkelige ulykker, og så to kontrasterende forklarende forslag er blevet bredt canvassed., Man ser universet som en guddommelig skabelse og forklarer dets finjusterede specificitet som et udtryk for Skaberens vilje, at det skal være i stand til at have en frugtbar historie. Den anden er den multiverse tilgang, forudsat at dette særlige univers kun er et medlem af en enorm portefølje af forskellige eksisterende verdener, hver adskilt fra hinanden og hver besidder sine egne naturlige love og omstændigheder. Vores univers er simpelthen det i dette enorme kosmiske array, hvor tilfældigt udviklingen af kulstofbaseret liv er en mulighed., Selv om der er meget spekulative videnskabelige ideer, der kan til en vis grad tilskynde multiversal tænkning (se nedenfor), og en observerbar ødselhed af multiverset fremgangsmåde gør det synes en metafysisk forslag af stor ekstravagance, som ser ud til at gøre, kun ét stykke af forklarende arbejde i eliminere truslen fra teisme.
det meget tidlige Univers
jo tættere forskere forsøger at presse på Big Bang, jo mere ekstreme er de involverede regimer og derfor mere spekulative deres tænkning.,
mange tror, at når universet var omkring 10-36 sekunder gammelt, opstod der en slags kogning af rummet, kaldet inflation, som udvidede universet meget meget og med enorm hurtighed. Ideen understøttes ikke kun af nogle teoretiske argumenter, men får også troværdighed gennem sin evne til at forklare nogle væsentlige fakta om universet., Den ene er kosmisk isotropi: baggrundsstrålingen forekommer stort set den samme i alle retninger på trods af at himlen indeholder mange regioner, som på en simpel ekstrapolering tilbage til Big Bang aldrig ville have været i kausal kontakt med hinanden. På et inflationsbillede stammer disse forskellige regioner imidlertid fra et oprindeligt meget mindre domæne, hvor der ville have været den kausale kontakt, der var nødvendig for at skabe ensartethed i temperatur og densitet., Inflationen ville også have haft en udjævnende effekt, hvilket forklarer den store ensartethed i universet og de nære balance mellem ekspansiv og gravitationelle effekter, der er faktisk observerede (og som i virkeligheden er en anden antropiske nødvendighed).
meget mere spekulativt er forsøget på at forstå Planck-æraen, før 10-43 sekunder, da Universet var så lille, at det skal forstås kvantemekanisk. Den korrekte forening af kvanteteori og generel relativitet er ikke opnået., Som følge heraf er der mange forskellige hypotetiske regnskaber kvantekosmologi. Et hyppigt tema er, at universer kontinuerligt kan opstå som følge af inflationen af udsving i ur-vakuumet i kvantegravitation, og vores univers er kun et medlem af denne spredende multiverse. Påstanden om, at denne proces ville repræsentere videnskabens evne til at forklare skabelsen ud af ingenting, er blot et misbrug af sprog. Et kvantevakuum er et meget struktureret og aktivt medium, meget forskelligt fra nihil.,
kosmisk skæbne
på den største skala involverer kosmos historie et træk mellem Big Bangs ekspansive tendenser og tyngdekraften. Hvis tyngdekraften i sidste ende vinder, vil det, der begyndte med Big Bang, ende i big crunch, da Universet kollapser i sig selv. Hvis ekspansion vinder (den aktuelt foretrukne mulighed), vil universet fortsætte med at ekspandere for evigt, blive gradvist koldere og mere fortyndet og til sidst forfalde i et langt trukket døende klynk.,
i sin eskatologiske tænkning skal teologien tage hensyn til disse pålidelige videnskabelige prognoser for den endelige nytteløshed i den nuværende proces. I sidste ende er en simpel evolutionær optimisme ikke en levedygtig mulighed.
Se også
fysik og Religion.
bibliografi
Barro., John, and Frank Tipler. Det Antropiske Kosmologiske Princip. O ,ford, 1986. En encyklopædisk undersøgelse af antropiske indsigter og argumenter.Drees, Dreillem. Beyond The Big Bang: Kvantekosmologier og Gud. La Salle, Syg., 1990., En omhyggelig og ret teknisk undersøgelse af mulige sammenhænge mellem kvantekosmologier og teologi.ha Hawking, Stephen. En kort Tidshistorie: fra Big Bang til sorte huller. London, 1988. Berømt udstilling af forfatterens særlige version af kvantekosmologi.Leslie, John. Univers. London, 1989. En kortfattet og omhyggelig redegørelse for videnskabelige og filosofiske spørgsmål vedrørende det antropiske princip.Leslie, John, Red. Fysisk kosmologi og filosofi. Ne 1990 York, 1990. En nyttig samling af genoptrykte papirer.Miller, James, ed. Kosmiske Spørgsmål., Ne.York, 2001. En bred samling af papirer givet på en konference sponsoreret af American Association for the Advancement of Science.Polkinghorne, John. Videnskab og skabelse: søgen efter forståelse. London, 1988. En videnskabsteolog ser på universet, der betragtes som en skabelse.Polkinghorne, John og Michael Michaelelker, eds. Verdens Ende og Guds ende: videnskab og teologi om eskatologi. Harrisburg, Far., 2000. En samling af papirer overvejer eskatologiske spørgsmål i lyset af moderne videnskab.Rees, Martin., Før begyndelsen: vores univers og andre. London, 1998. Læsbar redegørelse for moderne kosmologiske ideer; støtter ideen om en multiverse.inberg, Steven. De første tre minutter: et moderne syn på universets oprindelse. 2D ed. Ne, York, 1988. Klassisk og moderat teknisk beretning om den tidlige universets kosmologi.
Wororthing, Mark. Gud, skabelse og moderne fysik. Minneapolis, 1996. Skabelse overvejet i lyset af moderne fysik.
John Polkinghorne (2005)