Generelle spekulasjoner om arten av verden er like gammel som den greske pre-Sokratiske filosofer, men en virkelig vitenskapelig kosmologi ikke kunne være formulert før det var noen kunnskap om de grunnleggende lovene i naturen. Isaac Newtons oppdagelse av universal invers-plassen-loven tyngdekraften gis den første alvorlige muligheten for en slik oppgave. Fordi tyngdekraften er attraktive, en umiddelbar problemet var å forklare hvorfor universet ikke skjul i mot seg selv., Planetenes bevegelser stoppet dette skjer i solsystemet, men hva om den «faste stjerner»? Svaret første forslag var at i et univers fylt av uendelig utstrekning, befolket jevnt med stjerner, attraktive styrker i forskjellige retninger ville avbryte hverandre, noe som gir likevekt.
Men det var et problem med ideen om en grenseløs kosmos. Hver linje av syne ville ha å si opp et sted på overflaten av en stjerne. I 1823 Wilhelm Olbers pekte ut at dette ville bety at nattehimmelen var overalt jevnt lys., Den moderne oppløsning på dette paradokset er avhengig av det faktum at den begrensede hastigheten på lyset og det finitte alder av universet sammen betyr at bare et begrenset antall stjerner er faktisk synlig for oss.
En viktig oppdagelse ble gjort på slutten av det attende århundre av Sir William Herschel. Han oppdaget at bandet av lys kjent som melkeveien er faktisk består av et mangfold av stjerner, utgjør en stor galakse som solsystemet er bare en liten komponent. Tidlig spekulanter, inkludert Immanuel Kant (1724-1804), hadde foreslått at dette kan være tilfelle., De foreslo også at den lysende flekker kalles stjernetåker kan være andre «øy-universer,» lik melkeveien, men på store avstander fra det. Problemet var ikke endelig avgjort før det tjuende århundre, men ideen var allerede i luften som skapte virkeligheten kan være mye større enn det hadde tidligere vært antatt.
Avstander til nærliggende stjerner kan måles ved parallax, små skift i relativ celestiale posisjon som Jorden beveger seg rundt sin bane., Utover dette området, beregne avstand er avhengig av å etablere en standard stearinlys, en kilde av lys av kjent intensitet som observert dimming deretter gir et mål på avstanden. Stjerner av regelmessig varierende lysstyrke, kalt Cepheid variabler, gir dette tiltaket, for det er som kjent sine iboende lysstyrke er strengt korrelert med den perioden av deres variasjon. I 1924 Edwin Hubble brukt denne metoden for å fastslå at Andromeda nebula er en fjern galakse, nå kjent for å være rundt to millioner lysår unna fra melkeveien.,
Hubble gikk så videre til å gjøre sin største oppdagelse. Lys fra fjerne galakser er funnet å være rødmet i sammenligning med det samme lyset fra en terrestrisk kilde. Dette er tolket som på grunn av effekten av recessional bevegelse, og grad av rødhet indusert er korrelert til hastighet av lavkonjunktur. Effekten (Doppler shift) er tilsvarende endring i frekvens av ambulanse sirene på grunn av bevegelse av kjøretøyet. Hubble oppdaget at prisen på som en galaxy er på tilbakegang, er proporsjonal med avstanden., Dette ble så tolket som en effekt på grunn av utvidelse av plassen i seg selv. Akkurat som flekker på overflaten av en ballong bevege seg bort fra hverandre når ballongen er oppblåst, så som universet utvider det bærer galakser med det. Hubble ‘ oppdagelse av ekspanderende universet hadde en betydelig effekt på utviklingen av kosmologiske teorien.
Relativistiske Kosmologi
Newton anses plass som en beholder som en bevegelse av materiale atomer fant sted i løpet av flyten av absolutt tid., Albert Einstein ‘ oppdagelse av teorien om generell relativitetsteori fullstendig endret dette bildet.
I 1908 Einstein hadde det han betraktet som sin lykkeligste trodde. Han skjønte at hvis han skulle falle fritt, ville han være helt uvitende om tyngdekraften. Denne tilsynelatende ganske ubetydelig observasjon ledet ham til å gjenkjenne likebehandlingsprinsippet, som ligger ved roten av generell relativitetsteori., Det er to konseptuelt forskjellige betydninger av masse: treghet i masse (måling av kroppens motstand til å ha sin tilstand av bevegelse endret) og gravitasjonsfelt masse (som måler styrken i kroppens interaksjon med et gravitasjonsfelt). Til tross for deres konseptuelle distinkt, disse to tiltakene er alltid numerisk identiske. Kvantitativt, treghet og gravitasjonsfelt masse er tilsvarende. Dette innebærer at alle organer bevege seg på samme måte i et gravitasjonsfelt., Dobling massen vil doble treghet motstand til endring av bevegelse, men det dobler også gravitasjonskraft gjennomføre endringen. I følge den resulterende bevegelse er den samme. Denne universelle atferd betyr at effekten av tyngdekraften på enkelte organer kan bli tolket som en generell konsekvens av egenskaper på plass i seg selv, eller mer nøyaktig, og med hensyn til Einstein er tidligere funn av spesielle relativitetsteorien er nær gjensidig forening av tid og rom, egenskapene til firedimensjonal romtid., Begrepene rom, tid og materie, holdt ganske tydelig av Newton, ble forent av Einstein i en enkelt pakke avtale. Han snudde seg gravitasjonsfelt fysikk i geometri. Saken kurver romtid og krumning av romtid i sin tur påvirker stier av saken. Det er ingen tid uten plass og rolle, et punkt Augustine hadde realisert femten århundrer tidligere.
Einstein satt til å arbeide for å oppdage ligninger som ville gi kvantitative uttrykk for sin idé. Søket ble lang, men i November 1915 han traff på dem., Umiddelbart ble han i stand til å vise at de spådde et lite avvik i atferd av planeten Merkur, som allerede hadde blitt observert, men som hadde trosset Newtonsk forklaring. Senere, i 1919, observasjoner av en total solformørkelse bekreftet enda en forutsigelse, og er knyttet til bøying av starlight av Solen. Over natten Einstein ble i publikums fantasi den ikoniske vitenskapelige helten.
Denne integrasjonen av rom, tid og materie i en enkelt teori gis mulighet til å bygge en virkelig vitenskapelig konto for hele universet. Imidlertid ser det ut til å være et problem., På den tiden, fysikere fortsatt trodde at kosmologiske teorien skal gi et statisk bilde. Fysikk var å være den siste av vitenskapene for å erkjenne den sanne betydningen av midlertidig og utfoldelse prosessen. Geologene hadde fått det på slutten av det attende århundre, og ved midten av det nittende århundre biologer, med publisering av Charles Darwins Origin of Species i 1859, hadde fulgt etter. I begynnelsen av det tjuende århundre, fysikere fortsatt holdt den Aristoteliske forestillingen om en evig uforanderlig kosmos. Einstein kunne ikke finne en statisk løsning av hans ligninger., Følgelig, når han publiserte hans kosmologiske forslag i 1918 han flikket med ligninger, legge til en ekstra semester (kosmologiske konstant). Det representerte en slags antigravitasjon, en frastøtende kraft som er designet til å motvirke over store avstander tiltrekningskraften av konvensjonelle tyngdekraften.
Einstein senere kalt dette tillegg de største tabbe i sitt liv., Han hadde gått glipp av sjansen til å forutsi et ekspanderende univers, for sin umodifiserte ligninger hadde løsninger (oppdaget av den russiske meteorolog Alexander Friedmann og den Belgiske presten Georges Lemaître) som tilsvarte atferd senere observert av Hubble. Videre, sin foreslått statisk løsning ikke virkelig fungerer, for det var ustabil og ville ha kollapset under forstyrrelser.
Big Bang-Kosmologien
Hvis galakser er i dag flytter fra hverandre, så i det siste de må ha vært nærmere sammen., Dette fører til den konklusjon at det universet vi observerer i dag ser ut til å ha dukket opp fra Big Bang, en opprinnelige tilstand av umåtelig kondensert og energisk saken. Gjeldende anslag dato denne fremveksten på 13,7 milliarder år siden.
Tatt bokstavelig, Big Bang i seg selv er et øyeblikk av uendelig tetthet og energi, en singularitet som er utenfor effekt av konvensjonell vitenskap til å analysere. (Noen svært spekulative ideer om den svært tidlige universet, i nærheten av Big Bang, vil bli diskutert nedenfor.,) Selv om noen religiøse mennesker (inkludert Pave Pius XII) falt for fristelsen til å snakke om » the Big Bang som «the moment of creation»,» dette var helt klart en teologisk feil. Den Jødisk-Kristne-Islamske læren om skapelsen er opptatt med ontologiske opprinnelse (hvorfor er det noe heller enn ingenting?), snarere enn timelige opprinnelse (hvordan gikk det alt begynner?). Gud er så mye Skaperen i dag som Gud var 13,7 milliarder år siden. Big Bang-kosmologien er veldig interessant vitenskapelig, men ikke kritisk betydelig teologisk.,
Likevel, tre cosmologists, Hermann Bondi, Fred Hoyle, og Thomas Gull, fryktet at Big Bang-kosmologien kan favør religion, og så i 1960-de har foreslått en alternativ steady state-teorien, bildet av et evig univers alltid store trekk det samme. Dette går tilbake til Aristoteles ‘ ideer ble forsonet med lavkonjunktur av galakser ved antagelsen av kontinuerlig etablering av saken, som finner sted på en pris for liten til å bli observert, men nok over tid til å fylle ut hullene til venstre ved bevegelse av allerede eksisterende galakser., Ytterligere observasjon resultatene har solgt av denne ideen.
Som universet utvider seg, det er nedkjølt. Av den tiden det var et mikrosekund gamle, temperaturen var allerede på det nivået hvor det kosmiske prosesser som finner sted hadde energier tilstrekkelig lav for forskere å ha en pålitelig forståelse av deres natur. Diskusjonen er ytterligere forenklet ved det faktum at den tidlige universet var nesten uniform og structureless, noe som gjør det til en veldig enkel fysisk system for å vurdere.,
Av den tiden det var ca tre minutter gammel, universet hadde kjølt ned til den grad at kjernefysisk vekselsvirkningene sluttet på en kosmisk skala. Som et resultat brutto kjernefysiske struktur av verden fikk fast på hva som er det fortsatt i dag, tre fjerdedeler hydrogen og ett kvartal helium. Etter den tid kosmos var om lag en halv million år gamle, ytterligere kjøling hadde tatt det til et punkt hvor strålingen var ikke lenger er energisk nok til å bryte opp noen atomer som forsøkte å danne. Materie og stråling så er frakoblet og den siste som var igjen bare for å kjøle videre som kosmiske ekspansjonen fortsatte., I dag er denne stråling er veldig kaldt, tre grader over absolutt null. Det ble først observert i 1964 av Arno Penzias og Robert Wilson. Kjent som kosmiske bakgrunnen stråling, det danner en forsteinet innskudd igjen fra big bang-tiden, til å fortelle oss hva universet var da det var en halv million år gamle. En av de tingene vi lærer er at kosmos var så veldig jevn, med svingninger om gjennomsnittlig tetthet utgjorde ikke mer enn én del i ti tusen., På denne bakgrunn stråling sette betalt til steady state-teorien, som ikke kunne forklare egenskapene i naturlig måte som ikke var mulig for Big Bang-kosmologien.
Tyngdekraften har den langsiktige effekten av å styrke små svingninger. En litt større rolle her enn det produsert litt mer attraksjonen her enn det, og dermed utløse en snowballing effekt som universet ble til slutt klumpete med galakser og stjerner. Ved en kosmisk alder av én milliard år denne prosessen var i full sving. Som stjerner kondensert, de varmet opp og kjernefysiske reaksjoner begynte igjen på en lokal skala., I utgangspunktet, stjerner brenne av konvertering av hydrogen til helium. På et senere stadium av stellar utvikling, tyngre grunnstoffer, for eksempel karbon og oksygen, er dannet av ytterligere kjernefysiske prosesser. Inside a star denne sekvensen kan ikke få utover strykejern, den mest stabile av de kjernefysiske arter. På slutten av sitt liv, men noen stjerner eksploderer som supernovae, ikke bare spredning av elementer som de har gjort ut i miljøet, men også, i den eksplosive prosessen i seg selv, generere mangler elementer utover jern. På denne måten nitti-to kjemiske elementer til slutt ble tilgjengelig., En av de store triumfer av tyvende århundre astrofysikk ble unraveling detaljer av den delikate prosesser av nucleosynthesis. Når en andre generasjon av stjerner og planeter ble dannet, var det tilgjengelig en kjemisk miljø tilstrekkelig rik for å tillate utvikling av liv. Dermed begynte en av de mest bemerkelsesverdige utviklingen i kosmiske historie kjent for oss. Med den eventuelle gryr av selv-bevissthet universet ble oppmerksom på seg selv.,
Anthropic Prinsippet
Som forskere kom til å forstå evolusjonære prosesser av kosmiske historie, de begynte å innse at muligheten for utvikling av karbon-basert liv avhang kritisk på detaljer av naturlovene faktisk opererer i universet. Innsamling av innsikt som peker til denne konklusjonen har blitt gitt navnet av anthropic prinsippet om karbon prinsippet ville ha vært et bedre valg, så det er generelle i livet, snarere enn spesifisiteten av Homo sapiens, som er involvert., Mange eksempler kunne vært gitt av disse anthropic «fine-stemming.»
Ett er gitt av stellar prosesser som nødvendige elementer for livet har blitt dannet. Hvert atom av karbon i alle levende kropp som en gang var inne i en stjerne, og den prosessen som gjør at utslippene ble gjort, avhenger kritisk på de kvantitative opplysninger om kjernefysikk. Tre heliumkjerner har til sammen utgjør karbon. Man forventer en to-trinns prosess, to heliums første festes til form beryllium, og deretter en tredje helium blir lagt på å gjøre karbon., Det er imidlertid et problem fordi beryllium er svært ustabil, og dette gjør det andre trinnet problematisk. Faktisk er det bare mulig fordi det viser seg å være en betydelig forbedring effekt (resonans) oppstår på nøyaktig riktig energi. Hvis kjernefysiske styrker som var forskjellige fra hva de faktisk er, denne resonansen ville være på feil sted, og det ville være ingen karbon i det hele tatt. Når Hoyle oppdaget dette merkelig tilfeldighet, han følte det kunne ikke bare være en lykkelig tilfeldighet, men det må være en Intelligens som lå bak det.
Eksempler kan bli multiplisert., Utvikling av livet på en planet avhenger av at det stjerners gir lang levetid og pålitelig kilde av energi. Stjerner brenne på denne måten i vårt univers fordi tyngdekraften er for eksempel å tillate det. Den mest krevende anthropic fine-tuning er knyttet til Einsteins kosmologiske konstant. Moderne tenkning har gjenopplivet denne forestillingen, men dens styrke har til å være ekstremt svak til å hindre at universet enten har kollapset eller blåser fra hverandre. Mange cosmologists tror force (vanligvis kalt mørk energi ) er faktisk til stede, men på et nivå som er bare 10-120 av hva man ville se på som sin naturlige verdi., Noe som er større enn denne lille antallet ville ha gjort utviklingen av livet, eller en kompleks kosmiske struktur, helt umulig.
Disse vitenskapelige innsikt er uncontroversial, men hva er deres dypere, metascientific betydning kan anses som har vært svært anført. Noen er forberedt på å behandle disse anthropic tilfeldigheter som bare glad for ulykker, og så to kontrasterende forklarende forslag har vært mye belyst., Man ser på universet som en guddommelig skapelse, forklarer dens finstemt spesifisitet som et uttrykk for Skaperens vil at det skal være i stand til å ha en fruktbar historie. Den andre er multivers tilnærming, forutsatt at dette universet er bare ett medlem av en stor portefølje av ulike eksisterende verdener, hver skille fra hverandre, og hver har sin egen naturlige lover og omstendigheter. Vårt univers er rett og slett en i dette enorme kosmiske matrise der, ved en tilfeldighet, utvikling av karbon-basert liv er en mulighet., Selv om det er svært spekulativt vitenskapelige ideer som kan til en viss grad oppmuntre multiversal tenkning (se nedenfor), uobserverbare prodigality av multivers tilnærming gjør det virke en metafysisk forslag om betydelig ekstravaganse, som ser ut til å gjøre bare en del av forklarende arbeid i avverge trusselen av teisme.
De Tidlige Universet
Den nærmere forskere prøver å trykke på Big Bang, den mer ekstreme er de regimene som er involvert, og derfor mer spekulative sin tenkning.,
Mange tror at da universet var om 10-36 sekunder gammel, en form for koking av plass oppstått, kalles inflasjon, som utvidet universet veldig sterkt, og med enorm hurtighet. Ideen er ikke bare støttet av noen teoretiske argumenter, men også får troverdighet gjennom sin evne til å forklare noen vesentlige fakta om universet., En er kosmisk isotropy: bakgrunnen stråling vises praktisk talt den samme i alle retninger, til tross for at himmelen inneholder mange regioner, som på en enkel ekstrapolering tilbake til Big Bang, ville aldri ha vært i uformell kontakt med hverandre. På en inflasjon bildet, men disse ulike regioner stammer fra en i utgangspunktet mye mindre område der det ville ha vært uformell kontakt som er nødvendig for å produsere ensartethet av temperatur og tetthet., Inflasjonen ville også ha hatt en mykgjørende effekt, og dermed forklarer de store homogenitet av universet og nær balanse mellom store og gravitasjonsfelt effekter som faktisk er observert (og som, faktisk, er en annen anthropic nødvendighet).
Mye mer spekulative er forsøk på å forstå Planck-tiden, før 10-43 sekund, da universet var så liten at den må forstås quantum mekanisk. Riktig samlingen av kvante-teori og generell relativitetsteori har ikke blitt oppnådd., I følge det finnes mange ulike hypotetiske kontoer av quantum kosmologi. Et hyppig tema er at universer kan stadig oppstår fra inflasjon av svingninger i ur-vakuum av quantum gravity, og vårt univers er bare ett medlem av dette voksende multivers. Påstanden om at denne prosessen ville representerer vitenskapens evne til å forklare skapelsen ut av ingenting, er bare et misbruk av språket. En quantum vakuum er en svært strukturert og aktiv middels, svært forskjellig fra nihil.,
Kosmiske Skjebne
På den største skalaen, historie kosmos innebærer en tautrekking mellom den ekspansive tendenser til Big Bang og contractive av tyngdekraften. Hvis du er i slutten tyngdekraften vinner, det som begynte med » the Big Bang vil ende i big crunch, som universet kollapser i mot seg selv. Hvis utvidelsen vinner (som for øyeblikket er foretrukket alternativ), universet vil fortsette å utvide seg for alltid, blir gradvis kaldere og mer fortynnet, til slutt råtnende i en lang trukket ut døende klynk.,
I sin eschatological tenkning, teologi må ta hensyn til disse pålitelig vitenskapelig prognostications av eventuelle nytteløse av en prosess. Til slutt, en enkel evolusjonære optimisme er ikke en levedyktig mulighet.
Se Også:
Fysikk og Religion.
Bibliografi
Barrow, John og Frank Tipler. Den Anthropic Kosmologiske Prinsipp. Oxford, 1986. En encyclopedic undersøkelse av anthropic innsikt og argumenter.
Drees, Willem. Utover Big Bang: Quantum Kosmologier og Gud. La Salle, Ill., 1990., En forsiktig og ganske teknisk undersøkelse av mulige forbindelser mellom quantum kosmologier og teologi.
Hawking, Stephen. A Brief History of Time: Fra Big Bang til Sorte Hull. London, 1988. Berømte utredning av forfatterens bestemt versjon av quantum kosmologi.
Leslie, John. Univers. London, 1989. En presis og forsiktig hensyn til vitenskapelige og filosofiske problemstillinger knyttet til anthropic prinsippet.
Leslie, John, ed. Fysisk Kosmologi og Filosofi. New York, 1990. En nyttig samling av trykt papir.
Miller, James, ed. Kosmiske Spørsmål., New York, 2001. En omfattende samling av artikler som er gitt på en konferanse sponset av American Association for the Advancement of Science.
Polkinghorne, John. Vitenskap og Etablering: Søk for å Forstå. London, 1988. En forsker-teolog ser på universet betraktes som en etablering.
Polkinghorne, John og Michael Welker, red. Slutten på Verden, og Endene av Gud: Vitenskapen og Teologien på Eschatology. Harrisburg, Pennsylvania., 2000. En samling av artikler vurderer eschatological problemer i lys av moderne vitenskap.
Rees, Martin., Før Begynnelsen: Vårt Univers og Andre. London, 1998. Lesbar konto av moderne kosmologiske ideer, støtter ideen om et multivers.
Weinberg, Steven. De Første Tre Minuttene: En Moderne Syn på Opprinnelsen av Universet. 2. utg. New York, 1988. Klassisk og moderat teknisk konto tidlige universet kosmologi.
Worthing, Mark. Gud, Skapelse, og Moderne Fysikk. Minneapolis, 1996. Etableringen vurdert i lys av moderne fysikk.
John Polkinghorne (2005)