Általános spekulációk arról, hogy a természet, a világ olyan régi, mint a görög előre Szókratészi filozófusok, hanem egy valóban tudományos kozmológia nem lehet megfogalmazni, amíg volt egy kis tudás, az alapvető természeti törvényeket. Isaac Newton felfedezése az egyetemes inverz-négyzet-törvény gravitáció biztosította az első komoly lehetőséget egy ilyen törekvés. Mivel a gravitáció vonzó, azonnali probléma az volt, hogy elmagyarázza, miért nem omlott össze az univerzum önmagában., A bolygómozgások megállították ezt a Naprendszerben, de mi a helyzet a “rögzített csillagokkal”? A válasz először azt sugallta, hogy egy végtelen méretű univerzumban, amelyet a csillagok egyenletesen laknak, a vonzó erők különböző irányokban megszüntetik egymást, egyensúlyt adva.
azonban volt egy probléma az ötlet egy korlátlan kozmosz. Minden látóvonalnak valahol egy csillag felszínén kell lennie. 1823-ban Wilhelm Olbers rámutatott, hogy ez azt jelenti, hogy az éjszakai égbolt mindenütt egyenletesen fényes., Ennek a paradoxonnak a modern felbontása azon a tényen alapul, hogy a fény véges sebessége és a világegyetem véges kora együttesen azt jelenti, hogy valójában csak véges számú csillag látható számunkra.
Sir William Herschel fontos felfedezést tett a tizennyolcadik század végén. Felfedezte, hogy a Tejút néven ismert fénysáv valójában csillagok sokaságából áll, amely egy hatalmas galaxist alkot, amelyből a Naprendszer csak egy apró komponens. Korai spekulánsok, köztük Immanuel Kant (1724-1804), azt javasolta, hogy ez a helyzet., Azt is javasolták, hogy a ködöknek nevezett világító foltok más “sziget-univerzumok” lehetnek, hasonlóan a Tejútrendszerhez, de nagy távolságra tőle. A kérdést végül a huszadik századig nem sikerült rendezni, de az ötlet már a levegőben volt, hogy a valóság megteremtése sokkal vaster lehet, mint korábban feltételezték.
a közeli csillagok távolsága parallaxissal mérhető, a látszólagos égi helyzet enyhe eltolódása, amikor a Föld a pályája körül mozog., Ezen a tartományon túl, a távolság becslése egy szabványos gyertya létrehozásától függ, egy ismert intenzitású fényforrás, amelynek megfigyelt fényereje a távolság mértékét biztosítja. A rendszeresen ingadozó fényerő csillagai, az úgynevezett Cepheid változók biztosítják ezt az intézkedést, mivel ismert, hogy belső fényességük szigorúan korrelál a variáció idejével. 1924-ben Edwin Hubble ezt a módszert alkalmazta annak megállapítására, hogy az Andromeda-köd egy távoli galaxis, amelyről ismert, hogy körülbelül kétmillió fényévnyire van a Tejútrendszertől.,
Hubble ezután folytatta legnagyobb felfedezését. A távoli Galaxisokból származó fény vörösödött a földi forrásból származó azonos fényhez képest. Ezt úgy értelmezik, hogy a recessional motion hatása miatt az indukált vörösödés mértéke korrelál a recesszió sebességével. A hatás (Doppler-eltolás) hasonló a mentő sziréna frekvenciájának változásához a jármű mozgása miatt. Hubble felfedezte, hogy az a sebesség, amellyel egy galaxis visszahúzódik, arányos a távolságával., Ezt azután úgy értelmezték, mint a tér tágulása miatt fellépő hatást. Ahogy a ballon felszínén lévő foltok eltávolodnak egymástól, ahogy a ballon felfújódik, így a tér kibővülésével a galaxisokat magával viszi. Hubble felfedezése a táguló univerzumról mély hatást gyakorolt a kozmológiai elmélet fejlődésére.
relativisztikus kozmológia
Newton a teret olyan tartálynak tekintette, amelyen belül az anyagatomok mozgása az abszolút idő áramlása során történt., Albert Einstein felfedezése az Általános relativitáselméletről teljesen megváltoztatta ezt a képet.
1908-ban Einsteinnek volt az, amit legboldogabb gondolatának tartott. Rájött, hogy ha szabadon esik, akkor teljesen tudatában lesz a gravitációnak. Ez a látszólag meglehetősen jelentéktelen megfigyelés arra késztette őt, hogy felismerje az egyenértékűség elvét, amely az általános relativitás gyökere., A tömegnek két fogalmilag különálló jelentése van: inerciális tömeg (a test mozgási állapotának megváltozásával szembeni ellenállásának mérése) és gravitációs tömeg (a test gravitációs mezővel való kölcsönhatásának erősségének mérése). Fogalmi megkülönböztetésük ellenére ez a két intézkedés mindig számszerűen azonos. Mennyiségileg az inerciális és a gravitációs tömeg egyenértékű. Ez azt jelenti, hogy minden test ugyanúgy mozog egy gravitációs mezőben., A tömeg megduplázása megduplázza a mozgásváltozással szembeni inerciális ellenállást, de megduplázza a változást előidéző gravitációs erőt is. Ennek következtében a kapott mozgás ugyanaz. Ez az univerzális viselkedés azt jelenti, hogy a gravitációnak az egyes testekre gyakorolt hatásai újraértelmezhetők a tér tulajdonságainak általános következményeként, vagy pontosabban, figyelembe véve Einstein korábbi felfedezését a különleges relativitás szoros kölcsönös tér-és idő asszociációjáról, a négydimenziós téridő tulajdonságairól., A tér, az idő és az anyag fogalmait, amelyeket Newton meglehetősen elkülönülten tartott, Einstein egyesítette egyetlen csomagüzletben. A gravitációs fizikát geometriává változtatta. Az anyag görbíti a téridőt, a téridő görbülete pedig befolyásolja az anyag útjait. Nincs idő tér és anyag nélkül, egy pont, amelyet Augustine tizenöt évszázaddal korábban ért el.
Einstein elindult, hogy felfedezze azokat az egyenleteket, amelyek kvantitatív kifejezést adnak az ötletének. A keresés hosszú volt, de 1915 novemberében rájuk csapott., Azonnal meg tudta mutatni, hogy kis eltérést jósoltak a Merkúr bolygó viselkedésében, amelyet már megfigyeltek, de amely szembeszállt a newtoni magyarázattal. Később, 1919-ben, a teljes napfogyatkozás megfigyelései megerősítették egy másik előrejelzést, amely a csillagfény nap általi hajlításával kapcsolatos. Egyik napról a másikra Einstein a nyilvánosság képzeletében az ikonikus tudományos hős lett.
a tér, az idő és az anyag egyetlen elméletbe való integrációja lehetőséget adott arra, hogy valóban tudományos beszámolót készítsenek az egész univerzumról. Úgy tűnt azonban, hogy probléma van., Abban az időben a fizikusok még mindig úgy vélték, hogy a kozmológiai elméletnek statikus képet kell adnia. A fizika volt az utolsó olyan tudomány, amely felismerte a temporalitás és a kibontakozó folyamat valódi jelentőségét. A geológusok a tizennyolcadik század végén értek oda, a tizenkilencedik század közepére pedig a biológusok, Charles Darwin faj eredetének 1859-es közzétételével, követték a példát. A huszadik század elején a fizikusok még mindig tartották az arisztotelészi fogalmat egy örökké változó kozmoszról. Einstein nem talált statikus megoldást egyenleteire., Következésképpen, amikor 1918-ban közzétette kozmológiai javaslatait, az egyenletekkel bütykölte, hozzáadva egy extra kifejezést (a kozmológiai állandó). Ez egyfajta antigravitációt jelentett, egy visszataszító erőt, amelynek célja a nagy távolságok ellensúlyozása a hagyományos gravitáció vonzó erejével.
Einstein később ezt a kiegészítést életének legnagyobb hibájának nevezte., Elszalasztotta a lehetőséget, hogy megjósoljon egy táguló univerzumot, mert nem módosított egyenletei olyan megoldásokat találtak (amelyeket Alexander Friedmann orosz meteorológus és Georges Lemaître belga pap fedezett fel), amelyek megfeleltek a Hubble által később megfigyelt viselkedésnek. Sőt, a javasolt statikus megoldás nem igazán működött, mert instabil volt, és zavarban összeomlott volna.
Big Bang kozmológia
Ha a galaxisok jelenleg távolodnak egymástól, akkor a múltban közelebb kellett lenniük egymáshoz., Ez azt a következtetést vonja le, hogy a világegyetem, amelyet ma megfigyelünk, úgy tűnik, hogy az ősrobbanásból származik, amely a rendkívül kondenzált és energikus anyag ősi állapota. A jelenlegi becslések szerint ez a megjelenés 13, 7 milliárd évvel ezelőtt történt.
a szó szoros értelmében vett Ősrobbanás maga a végtelen sűrűség és energia pillanata, egy olyan szingularitás, amely meghaladja a hagyományos tudomány elemzési erejét. (Néhány nagyon spekulatív ötletet a nagyon korai univerzumról, közel az Ősrobbanáshoz, az alábbiakban tárgyaljuk.,) Bár néhány vallásos ember (köztük XII. Pius pápa) engedett a kísértésnek, hogy a Nagyrobbanásról “a teremtés pillanataként” beszéljen, ez nyilvánvalóan teológiai hiba volt. A teremtés Judeo-keresztény-iszlám doktrínája az ontológiai eredettel foglalkozik (miért van valami inkább, mint semmi?), az időbeli eredet helyett (hogyan kezdődött az egész?). Isten ma ugyanolyan Teremtő, mint Isten 13,7 milliárd évvel ezelőtt. A Big Bang kozmológia tudományosan nagyon érdekes, de teológiailag nem kritikusan jelentős.,
mindazonáltal három kozmológus, Hermann Bondi, Fred Hoyle és Thomas Gold attól tartott, hogy a Big Bang kozmológia a vallást részesíti előnyben, így az 1960-as években alternatív állandósult állapotelméletet javasoltak, az örök univerzum képét mindig nagyjából ugyanaz. Az arisztotelészi elképzelésekhez való visszatérést a galaxisok recessziójával egyeztették az anyag folyamatos létrehozásának feltételezésével, amely túl kicsi ahhoz, hogy megfigyelhető legyen, de idővel elegendő ahhoz, hogy kitöltse a már meglévő galaxisok mozgása által hagyott réseket., További megfigyelési eredmények megsemmisítették ezt az elképzelést.
ahogy az univerzum kitágul, lehűl. Mire ez egy mikroszekundumos régi volt, hőmérséklete már azon a szinten volt, ahol a zajló kozmikus folyamatok elég alacsony energiákkal rendelkeztek ahhoz, hogy a tudósok megbízható megértéssel rendelkezzenek természetükről. A vitát tovább egyszerűsíti az a tény, hogy a korai világegyetem szinte egységes és strukturálatlan volt, így egy nagyon egyszerű fizikai rendszer, amelyet figyelembe kell venni.,
mire körülbelül három perc volt, az univerzum annyira lehűlt, hogy a nukleáris kölcsönhatások kozmikus léptékben megszűntek. Ennek eredményeként a világ bruttó atomszerkezete a mai napig változatlan: Háromnegyed hidrogén és egynegyed hélium. Mire a kozmosz körülbelül félmillió éves volt, a további hűtés arra a pontra vitte, ahol a sugárzás már nem volt elég energikus ahhoz, hogy felbomoljon minden olyan atomot, amely megpróbált kialakulni. Az anyagot és a sugárzást ezután leválasztották, az utóbbit pedig egyszerűen tovább hűlni hagyták, ahogy a kozmikus terjeszkedés folytatódott., Ma ez a sugárzás nagyon hideg, három fokkal az abszolút nulla felett. Először 1964-ben figyelték meg Arno Penzias és Robert Wilson. A kozmikus háttérsugárzás néven ismert, megkövesedett lerakódást képez a big bang korszakból, elmondva nekünk, milyen volt az univerzum, amikor félmillió éves volt. Az egyik dolog, amit megtanulunk, az, hogy a kozmosz akkoriban nagyon egységes volt, az átlagos sűrűség ingadozásaival, amelyek tízezerben legfeljebb egy részt tesznek ki., Ezt a háttérsugárzást az állandósult állapotelméletre helyezték, amely nem tudta megmagyarázni tulajdonságait a Big Bang kozmológia számára lehetséges természetes módon.
a gravitációnak hosszú távú hatása van a kis ingadozások fokozására. Itt egy kicsivel több anyag keletkezett, mint itt, így hógolyóhatást vált ki, amellyel az univerzum végül csomós lett galaxisokkal és csillagokkal. Egy milliárd éves kozmikus korban ez a folyamat teljes lendületben volt. Ahogy a csillagok kondenzálódtak, felmelegedtek, és a nukleáris reakciók helyi szinten újra elkezdődtek., Kezdetben a csillagok égnek, ha a hidrogént héliummá alakítják. A csillagfejlődés későbbi szakaszában a nehezebb elemek, mint például a szén és az oxigén, további nukleáris folyamatokkal alakulnak ki. Egy csillag belsejében ez a sorozat nem tud túljutni a vason, a nukleáris Fajok legstabilabbján. Életük végén azonban egyes csillagok szupernóvaként robbannak fel, nemcsak szétszórva az általuk létrehozott elemeket a környezetbe, hanem magában a robbanásveszélyes folyamatban is, ami a hiányzó elemeket a vason kívül hozza létre. Ily módon a kilencvenkét kémiai elem végül elérhetővé vált., A huszadik századi asztrofizika egyik nagy diadala a nukleoszintézis finom folyamatainak részleteit feltárta. Amikor a csillagok és bolygók második generációja létrejött, rendelkezésre állt egy olyan kémiai környezet, amely elég gazdag ahhoz, hogy lehetővé tegye az élet fejlődését. Így kezdődött a kozmikus történelem egyik legfigyelemreméltóbb fejleménye. Az öntudat esetleges hajnalával az univerzum megismerkedett önmagával.,
az antropikus elv
mivel a tudósok megértették a kozmikus történelem evolúciós folyamatait, rájöttek, hogy a szénalapú élet fejlődésének lehetősége kritikusan függött az univerzumban ténylegesen működő természet törvényeinek részleteitől. Az erre a következtetésre mutató betekintésgyűjtemény az antropikus elv nevét kapta, bár a szén-dioxid-elv jobb választás lett volna, mivel az élet általánossága, nem pedig a Homo sapiens sajátossága, amely részt vesz., Számos példát adtak ezekre az antropikus “finomhangolásokra”.”
az egyiket a csillagfolyamatok biztosítják, amelyekkel az élethez szükséges elemek kialakultak. Minden szénatom minden élő testben egyszer egy csillag belsejében volt, és az a folyamat, amellyel a szén létrejött, kritikusan függ az Atomfizika kvantitatív részleteitől. Három héliummagot kell kombinálni a szén előállításához. Az egyik kétlépcsős folyamatra számítana, két hélium először berilliumot képez, majd egy harmadik héliumot adnak hozzá a szén előállításához., Van azonban egy probléma, mert a berillium nagyon instabil, ami a második lépést problematikussá teszi. Valójában ez csak azért lehetséges, mert kiderül, hogy egy jelentős erősítés hatása (rezonancia) előforduló pontosan a megfelelő energiát. Ha a nukleáris erők különböznének attól, ami valójában, akkor ez a rezonancia rossz helyen lenne, és egyáltalán nem lenne szén. Amikor Hoyle felfedezte ezt a figyelemre méltó véletlen egybeesést, úgy érezte,hogy nem csak boldog baleset lehet, de mögött valamilyen intelligencia rejlik.
példák lehet szorozni., Az élet fejlődése egy bolygón attól függ, hogy a csillag hosszú élettartamú és megbízható energiaforrást biztosít-e. A csillagok így égnek a világegyetemünkben, mert a gravitációs erő olyan, hogy lehetővé teszi. A legigényesebb antropikus finomhangolás Einstein kozmológiai állandójához kapcsolódik. A Modern gondolkodás újjáélesztette ezt a fogalmat, de erősségének rendkívül gyengenek kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza az univerzum összeomlását vagy szétesését. Sok kozmológus úgy véli ,hogy az erő (általában sötét energiának nevezik) valójában jelen van, de olyan szinten, amely csak 10-120 annak, amit természetes értéknek tekintünk., Bármi nagyobb, mint ez az apró szám, lehetetlenné tette volna az élet fejlődését, vagy bármilyen összetett kozmikus struktúrát.
ezek a tudományos ismeretek vitathatatlanok, de hogy mi lehet mélyebb, metascientific jelentősége, azt erősen vitatták. Kevesen vannak felkészülve arra, hogy ezeket az antropikus egybeeséseket pusztán boldog balesetekként kezeljék, ezért két ellentétes magyarázó javaslatot széles körben áttekintettek., Az egyik az univerzumot isteni teremtésnek tekinti, finoman hangolt specifikusságát a Teremtő akaratának kifejezésére magyarázza, hogy képesnek kell lennie gyümölcsöző történelemre. A másik a multiverzális megközelítés, feltételezve, hogy ez a különleges univerzum csak egy tagja a különböző létező világok hatalmas portfóliójának, amelyek mindegyike külön van egymástól, és mindegyiknek megvan a saját természeti törvényei és körülményei. Univerzumunk egyszerűen az egyetlen ebben a hatalmas kozmikus tömbben, ahol véletlenül a szén-alapú élet fejlődése lehetséges., Bár vannak nagyon spekulatív tudományos ötletek, hogy lehet, hogy egy bizonyos fokú ösztönzése multiversal gondolkodás (lásd alább), a nem megfigyelhető prodigality a multiverzum megközelítés miatt úgy tűnik, egy metafizikai javaslat jelentős pazarlás, ami úgy tűnik, hogy csak egy darab magyarázó munka hatástalanítani a fenyegető theism.
A nagyon korai Univerzum
minél közelebb állnak a tudósok az Ősrobbanáshoz, annál szélsőségesebbek az érintett rendszerek, ezért minél spekulatívabbak a gondolkodásuk.,
sokan úgy vélik, hogy amikor az univerzum körülbelül 10-36 másodperces volt, egyfajta forráspont volt a tér, az úgynevezett infláció, amely nagyon nagymértékben és óriási gyorsasággal bővítette az univerzumot. Az ötletet nem csak néhány elméleti érv támasztja alá, hanem hitelességet is nyer azzal, hogy képes megmagyarázni néhány jelentős tényt az univerzumról., Az egyik a kozmikus izotrópia: a háttérsugárzás gyakorlatilag minden irányban azonos, annak ellenére, hogy az ég sok olyan régiót tartalmaz, amelyek egy egyszerű extrapolációval vissza a Nagyrobbanáshoz, soha nem lett volna ok-okozati kapcsolatban egymással. Inflációs képen azonban ezek a különböző régiók egy kezdetben sokkal kisebb tartományból származnak, ahol a hőmérséklet és a sűrűség egységességének előállításához szükséges okozati kapcsolat lett volna., Az inflációnak is simító hatása lett volna, ezzel magyarázva az univerzum nagyfokú homogenitását és a ténylegesen megfigyelt expanzív és gravitációs hatások közötti szoros egyensúlyt (és ami valójában egy másik antropikus ne-cessity).
sokkal spekulatívabb az a kísérlet, hogy megértsük a Planck korszakot, 10-43 másodperc előtt, amikor az univerzum olyan kicsi volt, hogy kvantummechanikusan meg kell érteni. A kvantumelmélet és az általános relativitáselmélet megfelelő egységesítése nem valósult meg., Ennek következtében sok különböző hipotetikus számlák kvantum kozmológia. Gyakori téma, hogy az univerzumok folyamatosan a kvantum gravitáció ur-vákuumának ingadozásaiból eredhetnek, és univerzumunk csak egy tagja ennek a szaporodó multiverzumnak. Az az állítás, hogy ez a folyamat a tudomány azon képességét képviseli, hogy a semmiből magyarázza a teremtést, csupán a nyelv visszaélése. A kvantum vákuum nagyon strukturált és aktív közeg, nagyon különbözik a nihiltől.,
Cosmic Destiny
a kozmosz története a nagyrobbanás kiterjedt tendenciái és a gravitáció összehúzó ereje közötti háborúskodást foglalja magában. Ha végül a gravitáció nyer, az, ami az Ősrobbanással kezdődött, a nagy crunch-ban ér véget, mivel az univerzum önmagában összeomlik. Ha a terjeszkedés nyer (a jelenleg előnyben részesített lehetőség), az univerzum tovább fog terjeszkedni örökre, egyre fokozatosan hidegebb és híg, végül bomlik egy hosszú kihúzott haldokló nyöszörgés.,
eszkatológiai gondolkodásában a teológiának figyelembe kell vennie a jelenlegi folyamat esetleges hiábavalóságának ezen megbízható tudományos prognosztikáját. Végső soron egy egyszerű evolúciós optimizmus nem életképes lehetőség.
Lásd még:
fizika és vallás.
bibliográfia
Barrow, John és Frank Tipler. Az Antropikus Kozmológiai Elv. – Oxford, 1986. Egy enciklopédikus felmérés antropikus betekintést és érvek.
Drees, Willem. Az Ősrobbanáson túl: kvantum-Kozmológiák és Isten. La Salle, III., 1990., A kvantum-kozmológiák és a teológia lehetséges kapcsolatainak gondos és meglehetősen technikai felmérése.
Hawking, Stephen. Az idő rövid története: az ősrobbanástól a fekete lyukakig. – London, 1988. A szerző kvantum-kozmológia különleges változatának híres kiállítása.
Leslie, John. Univerzumok. – London, 1989. Az antropológiai elvvel kapcsolatos tudományos és filozófiai kérdések tömör és gondos mérlegelése.
Leslie, John, ed. Fizikai kozmológia és filozófia. – New York, 1990. Az újranyomtatott papírok hasznos gyűjteménye.
Molnár, Jakab, Szerk. Kozmikus Kérdések., – New York, 2001. Széles körű papírgyűjtemény, amelyet az American Association for the Advancement of Science által szponzorált konferencián adtak.
Polkinghorne, John. Tudomány és teremtés: a megértés keresése. – London, 1988. A tudós-teológus a teremtésnek tekintett univerzumot vizsgálja.
Polkinghorne, John, and Michael Welker, eds. A világ vége és Isten vége: az eszkatológia tudománya és teológiája. Harrisburg, Apa., 2000. A gyűjtemény a papírok figyelembe véve eszkatológiai kérdések fényében a modern tudomány.
Rees, Martin., A kezdet előtt: a mi univerzumunk és mások. – London, 1998. A modern kozmológiai ötletek olvasható beszámolója; támogatja a multiverzum gondolatát.
Weinberg, Steven. Az első három perc: egy Modern nézet az univerzum eredetéről. 2D Szerk. – New York, 1988. Klasszikus és mérsékelten technikai beszámoló a korai világegyetemi kozmológiáról.
Worthing, Mark. Isten, teremtés és kortárs fizika. – Minneapolis, 1996. A modern fizika fényében figyelembe vett alkotás.
John Polkinghorne (2005)