Kosmologia

Kosmologia ( kosmos + logos ) on tähtitieteen ala, joka tutkii koko maailmankaikkeuden ominaisuuksia ja kehitystä . Matematiikka , fysiikka ja tähtitiede muodostavat tämän tieteenalan perustan .

Kosmologian historia

Kosmologian varhaiset muodot olivat uskonnollisia myyttejä olemassa olevan maailman luomisesta ( kosmogonia ) ja tuhoamisesta ( eskatologia ).

Kiina

Arkeologiset löydöt antavat meille mahdollisuuden väittää, että maakilpikonnan kuorta , jonka kilvet jakavat maan tason neliöiksi, voitaisiin pitää kosmoksen prototyyppinä.

Vanhimmassa tekstiologisesti esitellystä kiinalaisen kosmologian malleista uskottiin, että taivas peitti Maan kuin katos vaunuissa , ja tämä katos pyörii vaakatasossa, kuten sateenvarjo (ns . gaitian蓋天malli, jota kutsutaan myös Zhoubiksi  - matemaattisen tutkielman nimen mukaan, joka kuvaa tämän mallin mukaisia ​​laskelmia). Han-dynastian puoliväliin mennessä tätä mallia haastavat tähtitieteelliset havainnot. Se korvattiin ajatuksella Maata ympäröivän kosmoksen pallomaisuudesta ( huntian浑天 malli). OK. 180 jKr e. Cai Yong mainitsee myös kolmannen mallin, xuanye宣夜, mutta hänen aikaansa siitä ei ole tietoa.

Euroopan antiikin

Jotkut antiikin kreikkalaiset tiedemiehet kannattivat maailman geosentristä järjestelmää, jonka mukaan universumin keskellä on liikkumaton pallomainen maa, jonka ympärillä viisi planeettaa, aurinko ja kuu , pyörivät . Ilmeisesti Aristarkoksen Samoksen ehdottama heliosentrinen järjestelmä ei saanut useimpien antiikin kreikkalaisten tähtitieteilijöiden tukea.

Kiinteiden tähtien sfäärin katsottiin rajoittavan maailmaa [1] . Joskus lisättiin toinen pallo, joka vastasi precessiosta . Kiistan aiheena oli kysymys siitä, mitä on maailman ulkopuolella: peripatetiikka Aristotelesta seuraten uskoi, ettei maailman ulkopuolella ollut mitään (ei ainetta eikä avaruutta), stoalaiset uskoivat, että siellä oli ääretön tyhjä tila, atomistit ( Leucippus ) , Demokritos , Metrodorus , Epikuros , Lucretius ) uskoivat, että maailmamme ulkopuolella on muita maailmoja. Heraklid Pontuksen näkymät erottuvat toisistaan , joiden mukaan tähdet ovat kaukaisia ​​maailmoja, mukaan lukien maa ja ilma; hän, kuten atomistit, uskoi maailmankaikkeuden olevan ääretön. Antiikin lopulla ilmestyi uskonnollinen ja mystinen hermetismin opetus , jonka mukaan maailman ulkopuolella voi olla aineettomia olentoja - henkiä [2] .

Monet esisokratikot uskoivat, että valojen liikettä ohjasi jättimäinen pyörretuuli, joka synnytti maailmankaikkeuden. Aristoteleen jälkeen useimmat muinaiset tähtitieteilijät kuitenkin uskoivat, että planeettoja kuljettavat liikkeessään aineelliset pallot, jotka koostuvat erityisestä taivaallisesta elementistä - eetteristä , jonka ominaisuuksilla ei ole mitään tekemistä maan, veden, ilman ja tulen elementtien kanssa , jotka tekevät planeetoista. ylös "kuunalaiseen maailmaan". Taivaanpallojen tai valaisimien jumalallisesta luonteesta, niiden animaatiosta oli laaja käsitys.

Keskiaika

Keskiajalla tähtitiedettä ja filosofiaa sekä kristityissä että muslimimaissa hallitsi Aristoteleen kosmologia , jota täydensi Ptolemaioksen teoria planeettojen liikkeestä sekä ajatus aineellisista taivaanpalloista. Jotkut XIII-XIV vuosisatojen filosofit. uskoi, että äärettömän kaikkivaltias Jumala voisi luoda meidän maailmojemme lisäksi muita maailmoja [3] [4] ; tätä mahdollisuutta pidettiin kuitenkin puhtaasti hypoteettisena: vaikka Jumala saattoi luoda muita maailmoja, hän ei tehnyt sitä. Jotkut filosofit (esim. Thomas Bradwardine ja Nicholas Orem ) uskoivat, että maailmamme ulkopuolella on ääretön avaruus, joka toimii Jumalan asuinpaikkana (muunnos hermetistien kosmologiaan, jotka myös pitivät ulkopuolista avaruutta sukulaisena henkiselle alueelle [5] ).

Renessanssi

Innovatiivinen hahmo on Nikolai Kusalaisen kosmologia , joka esitetään tutkielmassa Oppitun tietämättömyydestä . Hän omaksui universumin aineellisen ykseyden ja piti Maata yhtenä planeetoista, joka myös liikkuu; taivaankappaleet ovat asuttuja, kuten maammekin, ja jokainen maailmankaikkeuden tarkkailija voi yhtäläisellä syyllä pitää itseään liikkumattomana. Hänen mielestään universumi on rajaton, mutta äärellinen, koska äärettömyys voi olla ominaista vain Jumalalle yksin. Samaan aikaan Cusanissa on säilynyt monia keskiaikaisen kosmologian elementtejä, mukaan lukien usko taivaanpallojen olemassaoloon, mukaan lukien ulompi - kiinteiden tähtien pallo. Nämä "pallot" eivät kuitenkaan ole täysin pyöreitä, niiden pyöriminen ei ole tasaista, pyörimisakselit eivät ole kiinteässä asemassa avaruudessa. Tämän seurauksena maailmalla ei ole absoluuttista keskustaa ja selkeää rajaa (luultavasti juuri tässä mielessä Kuzanzin teesi maailmankaikkeuden äärettömyydestä tulisi ymmärtää) [6] .

1500-luvun alkupuoliskolla oli Nikolaus Kopernikuksen luoma uusi, heliosentrinen maailmanjärjestelmä . Kopernikus asetti Auringon maailman keskelle, jonka ympäri planeetat pyörivät (mukaan lukien Maa, joka myös pyöri akselinsa ympäri). Kopernikus piti maailmankaikkeutta edelleen rajoitettuna kiinteiden tähtien pallona; ilmeisesti hän säilytti uskonsa taivaanpallojen olemassaoloon [7] .

Kopernikaanisen järjestelmän muunnos oli Thomas Digges -järjestelmä , jossa tähdet eivät sijaitse samalla pallolla, vaan eri etäisyyksillä Maasta äärettömään. Jotkut filosofit ( Francesco Patrici , Jan of Essen ) lainasivat Kopernikuksen opetuksista vain yhden elementin - Maan pyörimisen akselinsa ympäri, ottaen huomioon myös maailmankaikkeudessa hajallaan olevat tähdet äärettömään. Näiden ajattelijoiden näkemyksissä on jälkiä hermeettisyyden vaikutuksesta, koska he pitivät aurinkokunnan ulkopuolella olevaa maailmankaikkeuden aluetta ei-aineellisena maailmana, Jumalan ja enkelien elinympäristönä [8] [9] [10] .

Italialainen filosofi Giordano Bruno otti ratkaisevan askeleen heliosentrismistä äärettömään universumiin, joka on tasaisesti täynnä tähtiä . Brunon mukaan kaikista pisteistä katsottuna maailmankaikkeuden pitäisi näyttää suunnilleen samalta. Kaikista nykyajan ajattelijoista hän ehdotti ensimmäisenä, että tähdet ovat kaukaisia ​​aurinkoja ja että fyysiset lait ovat samat kaikessa äärettömässä ja rajattomassa avaruudessa [11] . 1500-luvun lopulla William Gilbert puolusti myös maailmankaikkeuden äärettömyyttä . 1600-luvun puolivälissä ja toisella puoliskolla Brunon näkemyksiä tukivat Rene Descartes , Otto von Guericke ja Christian Huygens .


Modernin kosmologian nousu

Modernin kosmologian syntyminen liittyy Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian (GR) ja hiukkasfysiikan kehitykseen 1900-luvulla . Einstein julkaisi ensimmäisen tästä aiheesta yleiseen suhteellisuusteoriaan perustuvan tutkimuksen vuonna 1917 otsikolla Kosmologiset näkökohdat yleiseen suhteellisuusteoriaan. Siinä hän esitteli 3 oletusta: Universumi on homogeeninen, isotrooppinen ja paikallaan pysyvä. Täyttääkseen jälkimmäisen vaatimuksen Einstein otti gravitaatiokentän yhtälöihin käyttöön ylimääräisen " kosmologisen termin " . Hänen saamansa ratkaisu tarkoitti, että universumilla on rajallinen tilavuus (suljettu) ja positiivinen kaarevuus .

Vuonna 1922 A. A. Fridman ehdotti ei-stationaarista ratkaisua Einsteinin yhtälölle , jossa isotrooppinen universumi laajeni alkuperäisestä singulaarisuudesta . E. Hubblen vuonna 1929 tekemä galaksien kosmologisen punasiirtymän löytö vahvisti teorian ei-stationaarisesta universumista . Näin ollen nyt yleisesti hyväksytty teoria alkuräjähdyksestä syntyi .

Age of the Universe

Universumin ikä on aika alkuräjähdyksestä . Nykyaikaisten tieteellisten tietojen mukaan ( WMAP 9 tulokset) se on 13,830 ± 0,075 miljardia vuotta [12] . Euroopan avaruusjärjestön tehokkaan Planck-satelliittiteleskoopin uudet tiedot osoittavat , että maailmankaikkeuden ikä on 13,798 ± 0,037 miljardia vuotta (68 % :n luottamusväli ) [13] [14] [15] .

Nykyaikainen arvio maailmankaikkeuden iästä perustuu yhteen maailmankaikkeuden yleisimmistä malleista, niin sanottuun standardikosmologiseen ΛCDM-malliin .

Universumin kehityksen päävaiheet

Universumin iän määrittämisessä on suuri merkitys universumissa tapahtuvien pääprosessien periodisaatiolla. Seuraava jaksotus on tällä hetkellä hyväksytty [16] :

Tärkeä virstanpylväs maailmankaikkeuden kehityksen historiassa tällä aikakaudella on rekombinaation aikakausi , jolloin laajenevan maailmankaikkeuden aineesta tuli läpinäkyvä säteilylle. Nykyaikaisten käsitteiden mukaan tämä tapahtui 380 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tällä hetkellä voimme tarkkailla tätä säteilyä jäännetaustana , joka on tärkein kokeellinen vahvistus olemassa oleville universumin malleille.

"Planck"

" Planck " on Euroopan avaruusjärjestön (ESA) avaruusalus , joka on suunniteltu tutkimaan vaihteluja kosmisessa mikroaaltotaustassa - kosmisessa mikroaaltotaustasäteilyssä , joka muodostui alkuräjähdyksen seurauksena universumin syntyhetkellä .

Planckin keräämien tietojen ansiosta tutkijat pystyivät rakentamaan tähän mennessä yksityiskohtaisimman kartan lämpötilan vaihteluista mikroaaltosäteilyn jakautumisessa taivaanpallolla. Aikaisemmin samanlainen kartta rakennettiin NASAn WMAP-tiedoilla , mutta sen resoluutio oli huonompi kuin Planckin hankkima data.

Planckin tiedot osoittivat, että CMB :n lämpötilajakauma taivaanpallon yli vastaa täysin satunnaisia ​​vaihteluja normaalijakaumalla . Mitattua jakaumaa kuvaavan funktion parametrit ovat yhdenmukaisia ​​maailmankaikkeuden mallin kanssa, joka koostuu:

Muiden parametrien ohella "Planck"-data määritetään (perustuu ΛCDM - malliin, eli Friedmannin kosmologiseen malliin , jossa on termi Λ ja kylmän pimeän aineen englantilainen  Cold Dark Matter )

WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) on NASAn avaruusalus , joka on suunniteltu tutkimaan kosmista mikroaaltotaustasäteilyä , joka muodostui alkuräjähdyksen seurauksena maailmankaikkeuden syntyhetkellä .

WMAP:n keräämien tietojen ansiosta tutkijat pystyivät rakentamaan tähän mennessä yksityiskohtaisimman kartan lämpötilan vaihteluista mikroaaltosäteilyn jakautumisessa taivaanpallolla. Aikaisemmin samanlainen kartta rakennettiin NASA COBE -tietojen avulla , mutta sen resoluutio oli merkittävästi - 35 kertaa - huonompi kuin WMAP:n avulla saatu data.

WMAP-tiedot osoittivat, että CMB :n lämpötilajakauma taivaanpallolla vastaa täysin satunnaisia ​​normaalijakauman vaihteluita . Mitattua jakaumaa kuvaavan funktion parametrit ovat yhdenmukaisia ​​maailmankaikkeuden mallin kanssa, joka koostuu:

WMAP-tiedot viittaavat siihen, että pimeä aine on kylmää (eli se koostuu raskaista hiukkasista, ei neutriinoista tai muista kevyistä hiukkasista). Muuten relativistisilla nopeuksilla liikkuvat valohiukkaset hämärtäisivät varhaisen universumin pienet tiheysvaihtelut.

WMAP-tiedoista määritetään muiden parametrien ohella (perustuu ΛCDM - malliin eli Friedmannin kosmologiseen malliin , jossa on termi Λ ja kylmän pimeän aineen englantilainen  Cold Dark Matter ) [17] :

Perustuu Planck TT, TE, EE+linssi+BAO+JLA+H0 arvosteluun

Muistiinpanot

  1. Furley, 1981 .
  2. Gatti, 1999 , s. 103.
  3. McColley, 1936 .
  4. Grant, 1994 .
  5. Hermeettisen kirjallisuuden vaikutuksesta Bradwardinen, katso Grant, 1969 .
  6. Koire, 2001 , s. 2-17 ja erityisesti s. neljätoista.
  7. Barker, 1990 .
  8. Koire, 2001 .
  9. Gatti, 1999 , s. 105-106.
  10. Granada, 2008 .
  11. Koire, 2001 , s. 31-45.
  12. ↑ WMAP- kosmologiset parametrit  . NASA . Goddardin avaruuslentokeskus. Haettu 22. maaliskuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 22. maaliskuuta 2013.
  13. ↑ N° 7-2013 : PLANCK ILMAISEE LÄHES TÄYDELLISEN KAIKKEUKSEN  . Haettu 13. heinäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2014.
  14. Planck-yhteistyö. Planck 2013 tulokset. XVI. Kosmologiset parametrit  (englanniksi)  // ArXiv/astro-ph. - 2013. - . - arXiv : 1303.5076 .
  15. PAR Ade et ai . (Planck Collaboration). Planck 2013 tulokset. I. Yleiskatsaus tuotteisiin ja tieteellisiin tuloksiin  (englanniksi)  // Astronomy and Astrophysics  : Journal. - 2013. - 22. maaliskuuta ( nide 1303 ). — s. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - . - arXiv : 1303.5062 . Arkistoitu alkuperäisestä 23. maaliskuuta 2013. Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Haettu 13. heinäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 13. elokuuta 2016. 
  16. Universumin lyhyt historia . Arkistoitu alkuperäisestä 30. syyskuuta 2008.
  17. D.N. Spergel, R. Bean, O. Dore et ai. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) kolmen vuoden tulokset: vaikutukset kosmologiaan. Astrofysiikka, abstrakti astro-ph/0603449 . Haettu 6. heinäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 21. kesäkuuta 2020.

Kirjallisuus

Venäjäksi

Linkit