Începând din timpuri străvechi, problema infinității universului a fost întotdeauna una dintre cele mai importante probleme ale lumii. Modalitățile de rezolvare a acesteia au fost determinate nu numai de nivelul de dezvoltare a cunoașterii în această sau epoca respectivă, ci și de pozițiile filosofice ale cercetătorilor. De mult timp a rămas subiectul doar speculațiilor filosofice și numai după apariția fizicii clasice au fost încercări să o considerăm o problemă științifică naturală.
Chiar și în epoca antică, această părere a fost susținută de reprezentanții filosofiei materialiste ca Anaximander, Heraclitus, Democritus, Epicurus. În viziunea religioasă a Evului Mediu, ideea infinității universului a fost supusă unor critici feroce. Totuși, dezvoltarea materialismului în secolele XVII-XVIII. a dus din nou la renașterea ideii infinității universului. Un rol important în acest lucru au avut-o lucrările lui Copernic, Galileo, Newton și alți oameni de știință ai timpului.
Raționamentul prin care materialiștii timp de secole au susținut teza infinitului spațiale și temporale ale lumii, se bazează pe ideea existentă în antichitate de spațiu infinit și de timp. Exemple tipice de astfel de argumente pot fi găsite, de exemplu, în Arhitectură și Lucretia. Acesta se reduce la faptul că orice presupunere cu privire la prezența la sfârșitul limitei spațiului mondial duce la o contradicție. Încercarea de a ajunge (arhitect) sau arunca o lance (Lucrețiu) peste limita, vom găsi ceva, fie pentru a preveni această mișcare, și, prin urmare, limita ipoteza există ceva, adică, spațiul continuă, sau mișcarea se realizează, din nou .. mărturisește continuarea spațiului dincolo de limita aleasă. „Will este că nicăieri este nici un scop să nu livreze, iar zborul va dura la infinit întotdeauna oportunitate“, încheie discuția lui Lucretius. Același în principiu înțelegând infinitatea spațiului mondial a fost susținut de Bruno, Hobbes, Locke, Holbach și alții.
Argumentul tezei de infinitate (eternitate) a timpului a fost construit într-un mod similar. Bazat pe uncreatedness ideea și indestructibilitatea materiei, gânditorii materialiști au ajuns la concluzia că, indiferent ce punct în timp, s-ar putea lua în considerare a existat întotdeauna înainte și va exista după el ceva, ci pentru că ipoteza de la începutul sau la sfârșitul timpului este de neconceput.
Descriind viziunea materialistă a lumii infinit în spațiu și timp, Engels a scris: „Eternity în timp, infinit în spațiu - așa cum reiese din prima și în simpla sensul cuvintelor, - constau în faptul că nu există nici un scop în ce direcție, nici înainte, nici înapoi, nici în sus, nici în jos, nici în dreapta, nici la stânga ". Nu este greu de văzut că aici infinitul este înțeles ca nelimitat, ca o măsură nelimitată; argumentele dovedind că este spațiu nelimitat și timp, dar a lăsat deschisă întrebarea partea metrică a lucrurilor, adică. e. dacă există în univers distanțe arbitrar mari și intervale. Existența lor rezultă din aceste argumente numai cu condiția ca timpul și spațiul universului este soiuri de „deschise“ (deși acesta din urmă lucrările la Roma a fost luată de la sine).
Noțiunile de infinit spațial și temporal al universului, pentru a proteja materialiștii trecut, a primit dezvoltarea științei naturale în fizica newtoniană. Luând geometria euclidiană pentru o descriere adecvată a lumii spațiului și formularea legilor de conservare, mecanicii newtoniene presupune infinitatea de spațiu și timp. De la teoria lui Newton a fluxurilor de gravitație și necesitatea de a recunoaște faptul că materia nu poate ocupa în spațiul infinit limitat, și ar trebui să fie distribuite peste tot spațiul mondial (în caz contrar, Newton a remarcat, sub influența forțelor gravitaționale este concentrată la un corp sferic).
Cu toate acestea, în secolul al XIX-lea. în știință au existat semne ale crizei conceptelor de spațiu-timp infinit al universului, care au fost dezvoltate materialismului și științele naturii sa dezvoltat în viziunea cosmologică a lumii, construită pe baza fizicii newtoniene.
Un vestitor al crizei a fost crearea geometriei non-euclidiene, dintre care bazele au fost puse de lucrările lui Lobachevsky și Bolyai. Deja descoperirea faptului că geometria euclidiană nu este singura posibilă geometria spațiului, pentru a pregăti terenul pentru îndoieli cu privire la natura spațiului euclidian al universului. Iar când studiile Riemann au demonstrat că a admis în mod logic existența unor spații de curbură pozitive care sunt topologic nemarginita, dar având volumul final (spații eliptic), atunci a existat o „divizare“ a conceptului de infinit spațială pe conceptul de nelimitat (în sensul lipsei de limite care restricționează lungimea) și conceptul metric infinitate (în sensul absenței limitelor care limitează valoarea maximă a distanțelor și volumelor).
Ca rezultat, a devenit clar că, în cazul general, neîngrădirea nu coincide în mod necesar cu infinitatea metrică, așa cum este cazul spațiului euclidian. Aceasta a deschis posibilitatea teoretică de a introduce ideea în cosmologie, conform căreia spațiul mondial, fiind neîngrădit, poate fi în același timp finit (în sensul metric).
Pentru criza ideilor clasice despre infinitatea lumii în spațiu și timp au fost descoperite în secolul al XIX-lea. cosmologice paradoxuri. Din fotometrică (G. Olbers, 1826) și gravitațională (K. Neumann, 1874; X. Seeliger 1895) paradox implică faptul că principiile teoretice ale fizicii clasice nu sunt compatibile cu noțiunea de existența unui număr infinit de stele, mai mult sau mai puțin uniform distribuite în spațiu infinit. Pentru a elimina aceste paradoxuri, a fost necesar fie să se facă schimbări în teoria fizică, fie să se renunțe la această viziune.
Pe lângă paradoxurile fotometrice și gravitaționale din secolul al XIX-lea. Thomson și apoi Clausius a fost formulată o alta - termodinamică - un paradox, ceea ce conduce la concluzia că, dacă existența universului este infinit, atunci mai devreme sau mai târziu trebuie să ajungă la o stare de „moarte termică“ de echilibru termic. Din moment ce nu a ajuns în această stare, este imposibil să credem că există pentru un timp infinit.
Ieșirea din dificultățile care au apărut în imaginea newtoniană a lumii, sa dovedit a fi, crearea de care a avut ca rezultat posibil numai pe baza relativității generale (GR) la o schimbare fundamentală în abordarea problemei de spațiu-timp infinit al universului.
Două idei fundamentale stau la baza relativității generale: ideea de cronogeometrie și ideea unității metricilor și gravitației. Realizarea primei idei este că spațiul-timp fizic este reprezentat ca un spațiu pseudo-Riemannian patru-dimensional a cărui metrică este definită local la fiecare punct de către un tensor metric. Abaterile proprietăților metrice ale unui spațiu pseudo-rimanian din spațiile euclidane sunt echivalente cu prezența câtorva câmpuri gravitaționale.
Formal, acest lucru înseamnă că componentele tensorului metric Gik nu definesc numai valorile de spațiu într-un punct x, dar în același timp, este potențialul câmpului gravitațional în acest punct (ideea de unitate metrice și gravitate). Prin urmare, geometria spațiu-timp în GR ar trebui să fie determinată de aceiași factori care determină gravitația, r. E. Distribuția și mișcarea materiei (materia și câmpul electromagnetic, și, în principiu, și celelalte domenii, cu excepția gravitației).
Conexiunea care există în vecinătatea unui punct între proprietățile metrice (curbura) unui spațiu pseudo-rimanian și distribuția și mișcarea materiei care creează un câmp gravitațional este exprimată prin ecuații.
GRT a deschis noi modalități de cosmologie pentru a găsi o lume a geometriei spațiu-timp, inclusiv pentru a aborda problema de spațiu și timp infinit sau finit. Noutatea constă în următoarele: În primul rând, o geometrie pseudo permite să descrie timpul și spațiul universului sub forma unui infinit și ca un colector metric finit, rezultând într-o decizie cu privire la infinitatea universului lipsit de acea unicitate, care a avut loc în cosmologia newtonian, care utilizează geometria euclidiană. În al doilea rând, problema proprietăților spațiu-timp „cadru“ a universului depinde de soluționarea problemelor legate de ea „umplutura“ și nu este postulat a priori și indiferent de acesta din urmă, la fel ca în fizica newtoniană.
Dar din ecuațiile lui Einstein rezultă că pentru neuniformitatea distribuției materiei, structura metrică a spațiului pseudo-rimanian se dovedește a fi extrem de confuză. În consecință, în GR, fără a introduce condiții suplimentare, devine imposibil să judecăm proprietățile globale ale întregului spațiu-timp din proprietățile locale ale oricărui domeniu spațiu-timp.
Prin urmare, dezvoltarea cosmologia relativistă, t. E. Cosmologie bazat pe teoria relativității generale, impune tot felul de ipoteze ipotetice, prin care un număr mare de posibile variații ale structurii globale a limitat într-un fel spațiu-timp. În funcție de natura presupunerilor, pot fi obținute diverse soluții generale ale ecuațiilor Einstein. În general, orice soluție generală a acestora poate constitui baza unui model cosmologic. De exemplu, pe baza celui soluția Schwarzschild (dintre primele decizii în istoria relativității generale), puteți construi un modele cosmologice care descriu lumi spherically simetrice dintr-un corp masiv central. Dar dacă cosmologia încearcă să ofere o descriere globală a lumii în jur, atunci nu toate aceste modele au dreptul de a fi considerate cosmologice.
În primul rând, ca modelele cosmologice ale universului considera pe bună dreptate doar acele soluții care sunt „complet“, în sensul că acoperă lume spațiu-timp ca întreg (de ex., E. Istoria tuturor particulelor de material trebuie să fie complet „se potrivesc“ în spațiul modelului descris timp, nici o particulă materială nu poate trece dincolo de ea sau nu apare din exterior).
În al doilea rând, modelul cosmologic al universului trebuie să fie conforme cu informațiile empirice disponibile despre regiunea înconjurătoare de spațiu (de ex., E. De la modelul Davao care descrie universul ar trebui să urmeze constatările specifice ale părții din jurul proprietăților sale, care pot fi verificate datele de observații astronomice, și a constatat că au confirmat ). Având în vedere aceste două condiții pentru construirea de teorii cosmologice în rezolvarea ecuațiilor lui Einstein, este necesar să se utilizeze numai aceste ipoteze simplificatoare, care permit să construiască modelul de „plin“, fără a fi în conflict cu fapte cunoscute de observare.
Rolul fundamental în aceste ipoteze este așa-numitul postulat cosmologică (este numit, de asemenea, principiul cosmologic, principiul omogenității, principiul extrapolare, principiul Giordano Bruno și t. D.). Se bazează pe afirmația că "toate părțile universului sunt echivalente". sau în mai dezvoltat formularea „proprietăți de bază orice suficient de mare parte a universului sunt identice cu proprietățile oricărei alte părți, având dimensiuni de același ordin, dacă nu se ia în considerare natura locală a abaterilor aleatoare.“ Postulatul cosmologic ne permite să extindem proprietățile unei anumite regiuni a universului în toate zonele sale și să construim astfel o imagine uniformă a universului.
În diferite teorii cosmologice, acest postulat este specificat, în funcție de ceea ce sunt recunoscute ca fiind principalele, cele mai importante pentru construirea unui model al universului. În cosmologică relativist este administrat de obicei ca principiu, postula distribuție uniformă a materiei în spațiu (în mijloc și pe o scară suficient de mare).
Acest principiu este forma principală a postulat cosmologice, acesta a fost folosit chiar și în cosmologia newtoniană și este acum utilizat într-o serie de teorii cosmologice non-relativiste. Din ecuațiile lui Einstein rezultă că un spațiu uniform umplut cu materie este omogen și izotrop. În acest sens, în relativistă cosmologici postulat cosmologică și adesea formulate ca postulat de omogenitate și izotropia spațiului.
Asumarea uniformității distribuției materiei cosmice pare simplă și firească. Totuși, de fapt, aceasta este o idealizare destul de puternică a realității, în regiunea observabilă a cosmosului ne confruntăm cu o mare inegalitate.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: