speculațiile generale despre natura lumii sunt la fel de vechi ca filosofii greci pre-Socratici, dar o cosmologie cu adevărat științifică nu a putut fi formulată până când nu a existat o cunoaștere a legilor fundamentale ale naturii. Descoperirea de către Isaac Newton a gravitației universale a legii inverse a pătratului a oferit prima ocazie serioasă pentru un astfel de efort. Deoarece gravitația este atractivă, o problemă imediată a fost aceea de a explica de ce universul nu s-a prăbușit în sine., Mișcările planetare au oprit acest lucru în sistemul solar, dar cum rămâne cu „stelele fixe”? Răspunsul sugerat pentru prima dată a fost că într-un univers de infinitate, populat uniform de stele, forțele atractive din direcții diferite s-ar anula reciproc, dând echilibru.cu toate acestea, a existat o problemă cu ideea unui cosmos nelimitat. Fiecare linie de vedere ar trebui să se termine undeva pe suprafața unei stele. În 1823, Wilhelm Olbers a subliniat că acest lucru ar implica faptul că cerul de noapte era peste tot uniform luminos., Rezoluția modernă a acestui paradox se bazează pe faptul că viteza finită a luminii și vârsta finită a universului înseamnă împreună că doar un număr finit de stele sunt de fapt vizibile pentru noi.o descoperire importantă a fost făcută la sfârșitul secolului al XVIII-lea de Sir William Herschel. El a descoperit că banda de lumină cunoscută sub numele de Calea Lactee este de fapt compusă dintr-o multitudine de stele, constituind o vastă galaxie din care sistemul solar este doar o componentă minusculă. Speculatorii timpurii, inclusiv Immanuel Kant (1724-1804), au propus ca acest lucru să fie cazul., Ei au sugerat, de asemenea, că patch-urile luminoase numite nebuloase ar putea fi alte „universuri insulare”, similare cu Calea Lactee, dar la distanțe mari de ea. Problema nu a fost rezolvată în cele din urmă până în secolul al XX-lea, dar ideea era deja în aer că realitatea creată ar putea fi mult mai vastă decât se presupunea anterior.distanțele față de stelele din apropiere pot fi măsurate prin paralaxă, schimbarea ușoară a poziției cerești aparente pe măsură ce Pământul se mișcă în jurul orbitei sale., Dincolo de acest interval, estimarea distanței depinde de stabilirea unei lumânări standard, o sursă de lumină de intensitate cunoscută a cărei diminuare observată oferă apoi o măsură a distanței sale. Stelele cu luminozitate fluctuantă în mod regulat, numite variabile Cepheide, oferă această măsură, deoarece se știe că luminozitatea lor intrinsecă este strict corelată cu perioada variației lor. În 1924, Edwin Hubble a folosit această metodă pentru a stabili că nebuloasa Andromeda este o galaxie îndepărtată, cunoscută acum la aproximativ două milioane de ani-lumină distanță de Calea Lactee.,Hubble a continuat apoi să facă cea mai mare descoperire. Se constată că lumina din galaxiile îndepărtate este înroșită în comparație cu aceeași lumină dintr-o sursă terestră. Acest lucru este interpretat ca datorită efectului mișcării recesionale, iar gradul de înroșire indus este corelat cu viteza recesiunii. Efectul (deplasarea Doppler) este similar cu schimbarea frecvenței unei sirene de ambulanță datorită mișcării vehiculului. Hubble a descoperit că viteza cu care o galaxie se retrage este proporțională cu distanța sa., Acest lucru a fost apoi interpretat ca un efect datorat extinderii spațiului în sine. La fel cum petele de pe suprafața unui balon se îndepărtează unul de celălalt pe măsură ce balonul este umflat, astfel încât spațiul se extinde, acesta poartă galaxiile cu el. Descoperirea universului în expansiune de către Hubble a avut un efect profund asupra dezvoltării teoriei cosmologice.
cosmologia relativistă
Newton a considerat spațiul ca un recipient în care mișcarea atomilor materiali a avut loc în cursul fluxului timpului absolut., Descoperirea lui Albert Einstein a teoriei relativității generale a schimbat complet această imagine.în 1908 Einstein a avut ceea ce el considera ca fiind cel mai fericit gând al său. Și-a dat seama că, dacă ar cădea liber, ar fi complet conștient de gravitație. Această observație aparent destul de nesemnificativă l-a determinat să recunoască principiul echivalenței, care se află la baza relativității generale., Există două semnificații conceptual distincte ale masei: masa inerțială (măsurarea rezistenței unui corp la schimbarea stării sale de mișcare) și masa gravitațională (măsurarea rezistenței interacțiunii corpului cu un câmp gravitațional). În ciuda distincției lor conceptuale, aceste două măsuri sunt întotdeauna identice numeric. Cantitativ, masa inerțială și gravitațională sunt echivalente. Aceasta implică faptul că toate corpurile se mișcă în același mod într-un câmp gravitațional., Dublarea masei va dubla rezistența inerțială la o schimbare de mișcare, dar, de asemenea, dublează forța gravitațională care afectează schimbarea. În consecință, mișcarea rezultată este aceeași. Acest comportament universal înseamnă că efectele gravitației asupra corpurilor individuale pot fi reinterpretate ca o consecință generală a proprietăților spațiului în sine, sau mai precis, ținând cont de descoperirea anterioară a lui Einstein a asocierii reciproce strânse a relativității speciale a spațiului și timpului, proprietățile spațiului timp-patru dimensional., Conceptele de spațiu, timp și materie, deținute destul de distinct de Newton, au fost unite de Einstein într-o singură afacere pachet. A transformat fizica gravitațională în geometrie. Curbele materiei Spațiu-timp și curbura spațiului-timp afectează la rândul lor căile materiei. Nu există timp fără spațiu și materie, un punct pe care Augustin îl realizase cu cincisprezece secole mai devreme.Einstein a început să lucreze pentru a descoperi ecuațiile care ar da expresie cantitativă ideii sale. Căutarea a fost lungă, dar în noiembrie 1915 a lovit asupra lor., Imediat a reușit să arate că au prezis o mică abatere în comportamentul planetei Mercur, care fusese deja observată, dar care sfidase explicația Newtoniană. Mai târziu, în 1919, observațiile unei eclipse totale de soare au confirmat o altă predicție, referitoare la îndoirea luminii stelare de către Soare. Peste noapte Einstein a devenit în imaginația publicului eroul științific iconic.această integrare a spațiului, timpului și materiei într-o singură teorie a oferit oportunitatea de a construi o relatare cu adevărat științifică a întregului univers. Cu toate acestea, părea să existe o problemă., La acea vreme, fizicienii încă credeau că teoria cosmologică ar trebui să producă o imagine statică. Fizica trebuia să fie ultima dintre științe care să recunoască adevărata semnificație a temporalității și a procesului de desfășurare. Geologii au ajuns acolo la sfârșitul secolului al XVIII-lea, iar până la mijlocul secolului al XIX-lea biologii, odată cu publicarea originii speciilor lui Charles Darwin în 1859, au urmat exemplul. La începutul secolului al XX-lea, fizicienii dețineau încă noțiunea aristotelică a unui cosmos veșnic neschimbat. Einstein nu a putut găsi o soluție statică a ecuațiilor sale., În consecință, când și-a publicat propunerile cosmologice în 1918, el a tinkered cu ecuațiile, adăugând un termen suplimentar (constanta cosmologică). A reprezentat un fel de antigravitate, o forță respingătoare concepută pentru a contrabalansa pe distanțe mari forța atractivă a gravitației convenționale.Einstein a numit mai târziu această adăugare cea mai mare gafă a vieții sale., El a ratat șansa de a prezice un univers în expansiune, deoarece ecuațiile sale nemodificate aveau soluții (descoperite de meteorologul rus Alexander Friedmann și de preotul Belgian Georges Lemaître) care corespundeau comportamentului observat ulterior de Hubble. Mai mult, soluția sa statică propusă nu a funcționat cu adevărat, deoarece era instabilă și s-ar fi prăbușit sub perturbare.
Cosmologie Big Bang
dacă galaxiile se deplasează în prezent, atunci în trecut ele trebuie să fi fost mai apropiate., Aceasta duce la concluzia că universul pe care îl observăm astăzi pare să fi apărut din Big Bang, o stare primordială de materie extrem de condensată și energetică. Estimările actuale datează această apariție la 13.7 miliarde de ani în urmă.luat literal, Big Bang-ul în sine este o clipă de densitate și energie infinită, o singularitate care depășește puterea științei convenționale de a analiza. (Câteva idei extrem de speculative despre universul foarte timpuriu, aproape de Big Bang, vor fi discutate mai jos.,) Deși unii oameni religioși (inclusiv Papa Pius al XII-lea) au cedat tentației de a vorbi despre Big Bang drept „momentul creației”, aceasta a fost în mod clar o greșeală teologică. Doctrina iudeo-creștin-islamică a creației este preocupată de originea ontologică (de ce există ceva mai degrabă decât nimic?), mai degrabă decât originea temporală (cum a început totul?). Dumnezeu este la fel de mult creatorul astăzi ca Dumnezeu a fost 13.7 miliarde de ani în urmă. Cosmologia Big Bang este foarte interesantă din punct de vedere științific, dar nu din punct de vedere teologic critic.,cu toate acestea, trei cosmologi, Hermann Bondi, Fred Hoyle și Thomas Gold, s-au temut că cosmologia Big Bang-ului ar putea favoriza religia, așa că în anii 1960 au propus o teorie alternativă la starea de echilibru, imaginea unui univers veșnic întotdeauna în linii mari aceeași. Această revenire la ideile aristotelice a fost împăcată cu recesiunea galaxiilor prin presupunerea creării continue a materiei, care are loc într-un ritm prea mic pentru a fi observat, dar suficient în timp pentru a umple golurile lăsate de mișcarea galaxiilor deja existente., Alte rezultate observaționale au eliminat această idee.pe măsură ce universul se extinde, se răcește. Până când a fost o microsecundă veche, temperatura sa era deja la nivelul în care procesele cosmice care aveau loc aveau energii suficient de scăzute pentru ca oamenii de știință să posede o înțelegere fiabilă a naturii lor. Discuția este simplificată și mai mult de faptul că universul timpuriu era aproape uniform și fără structură, făcându-l un sistem fizic foarte simplu de luat în considerare.,
până la vârsta de aproximativ trei minute, universul s-a răcit în măsura în care interacțiunile nucleare au încetat la scară cosmică. Ca urmare, structura nucleară brută a lumii a fost fixată la ceea ce este și astăzi, trei sferturi de hidrogen și un sfert de heliu. Până când cosmosul avea aproximativ o jumătate de milion de ani, răcirea ulterioară a dus-o până la punctul în care radiația nu mai era suficient de energică pentru a sparge atomii care încercau să se formeze. Materia și radiația s-au decuplat apoi, iar aceasta din urmă a fost lăsată pur și simplu să se răcească în continuare pe măsură ce expansiunea cosmică a continuat., Astăzi această radiație este foarte rece, cu trei grade peste zero absolut. A fost observată pentru prima dată în 1964 de către Arno Penzias și Robert Wilson. Cunoscută sub numele de radiație cosmică de fond, ea formează un depozit fosilizat rămas din epoca big bang, care ne spune cum era universul când avea o jumătate de milion de ani. Unul dintre lucrurile pe care le învățăm este că cosmosul era atunci foarte uniform, cu fluctuații ale densității medii care nu se ridicau la mai mult de o parte din zece mii., Această radiație de fond a plătit teoria stării de echilibru, care nu și-a putut explica proprietățile în mod natural care a fost posibil pentru cosmologia Big Bang.gravitația are efectul pe termen lung de a spori fluctuațiile mici. Un pic mai multă materie aici decât acolo a produs un pic mai multă atracție aici decât acolo, declanșând astfel un efect de bulgăre de zăpadă prin care universul a devenit în cele din urmă plin de galaxii și stele. Până la o vârstă cosmică de un miliard de ani, acest proces era în plină desfășurare. Pe măsură ce stelele s-au condensat, s-au încălzit și reacțiile nucleare au început din nou la scară locală., Inițial, stelele ard prin transformarea hidrogenului în heliu. Într-o etapă ulterioară a dezvoltării stelare, elementele mai grele, cum ar fi carbonul și oxigenul, se formează prin alte procese nucleare. În interiorul unei stele Această secvență nu poate trece dincolo de fier, cea mai stabilă dintre speciile nucleare. La sfârșitul vieții, însă, unele stele explodează ca supernove, nu numai că împrăștie elementele pe care le-au format în mediul înconjurător, ci și în procesul exploziv în sine, generând elementele lipsă dincolo de fier. În acest fel, cele nouăzeci și două de elemente chimice au devenit în cele din urmă disponibile., Unul dintre marile triumfuri ale astrofizicii secolului al XX-lea a fost dezvăluirea detaliilor proceselor delicate ale nucleosintezei. Când s-a format o a doua generație de stele și planete, era disponibil un mediu chimic suficient de bogat pentru a permite dezvoltarea vieții. Astfel a început una dintre cele mai remarcabile evoluții din istoria cosmică cunoscute de noi. Odată cu apariția eventuală a conștiinței de sine, universul a devenit conștient de sine.,pe măsură ce oamenii de știință au ajuns să înțeleagă procesele evolutive ale istoriei cosmice, au început să-și dea seama că posibilitatea dezvoltării vieții pe bază de carbon depindea critic de detaliile legilor naturii care operează efectiv în univers. Colecția de perspective care indică această concluzie a primit numele principiului antropic, deși principiul carbonului ar fi fost o alegere mai bună, deoarece este vorba de generalitatea vieții, mai degrabă decât de specificitatea Homo sapiens., Multe exemple au fost date de aceste antropice ” acordaje fine.unul este asigurat de procesele stelare prin care s-au format elementele necesare vieții. Fiecare atom de carbon din fiecare corp viu a fost odată în interiorul unei stele, iar procesul prin care a fost făcut acel carbon depinde critic de detaliile cantitative ale fizicii nucleare. Trei nuclee de heliu trebuie să se combine pentru a produce carbon. Ne-am aștepta la un proces în două etape, două heliumuri fuzionând mai întâi pentru a forma beriliu, apoi un al treilea heliu fiind adăugat pentru a face carbon., Cu toate acestea, există o problemă deoarece beriliul este foarte instabil și acest lucru face ca al doilea pas să fie problematic. De fapt, este posibilă numai pentru că se dovedește a fi un efect de îmbunătățire substanțială (o rezonanță) care apar la exact energia dreapta. Dacă forțele nucleare ar fi diferite de ceea ce sunt de fapt, această rezonanță ar fi în locul greșit și nu ar exista deloc carbon. Când Hoyle a descoperit această coincidență remarcabilă, el a simțit că nu ar putea fi doar un accident fericit, dar trebuie să existe o anumită inteligență situată în spatele ei.exemplele pot fi multiplicate., Dezvoltarea vieții pe o planetă depinde de faptul că steaua sa oferă o sursă de energie de lungă durată și fiabilă. Stelele ard în acest fel în universul nostru, deoarece forța gravitației este de așa natură încât să o permită. Cea mai exigentă reglare antropică se referă la constanta cosmologică a lui Einstein. Gândirea modernă a reînviat această noțiune, dar puterea ei trebuie să fie extrem de slabă pentru a împiedica universul fie să se prăbușească, fie să se distrugă. Mulți cosmologi cred că forța (numită de obicei energie întunecată ) este de fapt prezentă, dar la un nivel care este doar 10-120 din ceea ce s-ar considera ca valoare naturală., Orice lucru mai mare decât acest număr mic ar fi făcut imposibilă evoluția vieții, sau orice structură cosmică complexă.
aceste perspective științifice sunt necontroversate, dar ceea ce semnificația lor mai profundă, metascientific ar putea fi considerat a fi a fost foarte susținut. Puțini sunt pregătiți să trateze aceste coincidențe antropice ca doar accidente fericite, astfel că două propuneri explicative contrastante au fost analizate pe scară largă., Unul privește universul ca pe o creație divină, explicându-i specificitatea fin reglată ca expresie a voinței creatorului de a fi capabil să aibă o istorie fructuoasă. Cealaltă este abordarea multiversului, presupunând că acest univers particular este doar un membru al unui vast portofoliu de lumi existente diferite, fiecare separată una de cealaltă și fiecare având propriile legi și circumstanțe naturale. Universul nostru este pur și simplu cel din această imensă matrice cosmică unde, din întâmplare, dezvoltarea vieții pe bază de carbon este o posibilitate., Deși sunt extrem de speculativ idei științifice care ar putea să o diplomă încuraja multiversale de gândire (a se vedea mai jos), neobservabile risipă de multivers abordare face să pară o metafizică propunere de considerabile extravaganță, care apare de-a face doar o bucata de muncă explicativă în dezamorsarea amenințarea de teismul.cu cât oamenii de știință mai apropiați încearcă să apese spre Big Bang, cu atât sunt mai extreme regimurile implicate și, prin urmare, cu atât gândirea lor este mai speculativă.,mulți cred că atunci când universul avea aproximativ 10-36 de secunde, a apărut un fel de fierbere a spațiului, numită inflație, care a extins universul foarte mult și cu o rapiditate imensă. Ideea nu este susținută doar de unele argumente teoretice, ci și câștigă credibilitate prin capacitatea sa de a explica unele fapte semnificative despre univers., Unul este cosmice izotropiei: radiația de fond apare practic aceeași în toate direcțiile, în ciuda faptului că cerul conține multe regiuni care, la o simplă extrapolare înapoi la Big Bang, nu ar fi fost de cauzalitate în contact cu fiecare alte. Pe o imagine inflaționistă, totuși, aceste regiuni diferite derivă dintr-un domeniu inițial mult mai mic, unde ar fi existat contactul cauzal necesar pentru a produce uniformitatea temperaturii și densității., Inflația ar trebui, de asemenea, a avut un efect de netezire, explicând astfel scară largă omogenitatea universului și aproape echilibru între expansiv și efecte gravitaționale, care este, de fapt observat (și care, în fapt, este un alt antropic necesitate).mult mai speculativă este încercarea de a înțelege Epoca Planck, înainte de 10-43 de secunde, când universul era atât de mic încât trebuie înțeles mecanic cuantic. Unificarea corectă a teoriei cuantice și a relativității generale nu a fost realizată., În consecință, există multe conturi ipotetice diferite ale cosmologiei cuantice. O temă frecventă este că universurile pot apărea continuu din inflația fluctuațiilor în vidul ur al gravitației cuantice, iar universul nostru este doar un membru al acestui multiverse proliferant. Afirmația că acest proces ar reprezenta capacitatea științei de a explica creația din nimic, este doar un abuz de limbaj. Un vid cuantic este un mediu foarte structurat și activ, foarte diferit de nihil.,pe cea mai mare scară, istoria cosmosului implică un remorcher de război între tendințele expansive ale Big Bang-ului și forța contractivă a gravitației. Dacă în cele din urmă gravitația câștigă, ceea ce a început cu Big Bang-ul se va sfârși în marea criză, pe măsură ce universul se prăbușește asupra sa. Dacă expansiunea câștigă (opțiunea favorizată în prezent), universul va continua să se extindă pentru totdeauna, devenind progresiv mai rece și mai diluat, în cele din urmă descompunându-se într-un scâncet pe moarte.,în gândirea eshatologică, teologia trebuie să țină cont de aceste prognoze științifice fiabile ale eventualei inutilități a procesului curent. În cele din urmă, un simplu optimism evolutiv nu este o posibilitate viabilă.
Vezi și
fizică și religie.
Bibliografie
Barrow, John și Frank Tipler. Principiul Antropic Cosmologic. Oxford, 1986. Un studiu enciclopedic de perspective antropice și argumente.Drees, Willem. Dincolo de Big Bang: Cosmologiile cuantice și Dumnezeu. La Salle, Bolnav., 1990., Un studiu atent și destul de tehnic al posibilelor conexiuni între cosmologiile cuantice și teologie.Hawking, Stephen. O scurtă istorie a timpului: de la Big Bang la găuri negre. Londra, 1988. Expoziție faimoasă a versiunii particulare a cosmologiei cuantice a autorului.
Leslie, John. Universuri. Londra, 1989. O prezentare concisă și atentă a problemelor științifice și filosofice legate de principiul antropic.
Leslie, John, ed. Cosmologie fizică și filozofie. New York, 1990. O colecție utilă de lucrări retipărite.
Miller, James, ed. Întrebări Cosmice., New York, 2001. O colecție largă de lucrări oferite la o conferință sponsorizată de Asociația Americană pentru progresul științei.Polkinghorne, John. Știință și creație: căutarea înțelegerii. Londra, 1988. Un om de știință-teolog privește universul considerat o creație.Polkinghorne, John și Michael Welker, eds. Sfârșitul lumii și capetele lui Dumnezeu: știință și teologie despre Eshatologie. Harrisburg, Tată., 2000. O colecție de lucrări care analizează problemele escatologice în lumina științei moderne.Rees, Martin., Înainte de început: universul nostru și alții. Londra, 1998. Relatare lizibilă a ideilor cosmologice moderne; susținerea ideii unui multivers.Weinberg, Steven. Primele trei minute: o viziune modernă asupra originii universului. Ed 2D. New York, 1988. Cont clasic și moderat tehnic al cosmologiei Universului timpuriu.
Worthing, Mark. Dumnezeu, creație și fizică contemporană. Minneapolis, 1996. Crearea considerată în lumina fizicii moderne.
John Polkinghorne (2005)