Ньютоновская и эйнштейновская космологические модели Вселенной

С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным воззрениям приходят научные представления о происхождении Вселенной. Вселенная – от толкования как места вселения человека, благодаря ее доступности эмпирическому наблюдению и размышлению о ней в настоящее время изучается наукой, называемой космологией или наукой о космосе. Космология нацелена на открытие упорядоченности нашего мира, т.е. законов его функционирования как единого упорядоченного целого.

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Если наука (естествознание имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами) формулирует универсальные законы на основе экспериментальных данных, то Вселенная в этом смысле уникальна, так как к ней методологические правила науки остаются неприемлемыми. Все заключения о происхождении и развитии Вселенной не являются законами, а лишь космологическими моделями, т.е. возможными вариантами объяснения.

Первым ученым, который обнаружил силы космической значимости, был И. Ньютон, первооткрыватель закона всемирного тяготения. По Ньютону, если предположить, что космическое вещество первоначально было равномерно распределено по всему бесконечному космическому пространству, то различные его части сгущались бы, образуя Солнце и, как он считал, неподвижные звезды, а также планеты; светимость же звезд он объяснял ссылкой на Творца [Гуревич Л.Э., Чернин А.Д. «Происхождение галактик и звезд». М.: Наука, 1987]. Воззрения Ньютона относятся к 1692 г. Позднее они неоднократно воспроизводились философом И. Кантом и математиком П. Лапласом, но все ограничивалось пронаучными, сугубо гипотетическими рассуждениями.

В классической ньютоновской космологической модели Вселенной вопрос об ее эволюции не ставился. Вселенная представлялась всесуществующей и бесконечной в абсолютном пространстве и времени. В такой Вселенной изменяться могут только конкретные космические системы, но не «мир в целом». Вплоть до начала ХХ в. сохранялись убеждения о неизменности мира, и именно эти убеждения, имеющие столь почтенную историю, сыграли решающую роль,

Когда в 1916 году А. Эйнштейн попытался применить созданную им общую теорию относительности к описанию Метагалактики, точнее, к объяснению ее неизменности (он сам не сразу понял, что это приговор бесконечной Вселенной). Все современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой пространство и время определяются распределением гравитационных масс во Вселенной из этого следует так называемая «кривизна пространства» и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Свойства Вселенной как целого (ее прошлое, настоящее, будущее) ставятся наукой в зависимость от средней плотности материи в ней. Математическая теория тяготения Эйнштейна предлагает несколько решений «устройства» Вселенной, т.е. обуславливает наличие многих космологических моделей Вселенной.

Первая из них была разработана самим А. Эйнштейном в 1917 г.

Он разделял убеждение Ньютона, что звезды по отношению друг к другу находятся в стационарном положении. Но объяснить такое положение звезд одними силами тяготения затруднительно. Поскольку непосредственно из уравнений Эйнштейна неизменности Meтагалактики не следовало, он добавил к своим уравнениям так называемый А ­ член, в математической форме отражающий существование гипотетических сил, препятствующих силам тяготения, и в 1917г. построил стационарную модель метагалактики. Прием, использованный Эйнштейном, в науке называется ad hoc (ад хок), что в переводе с латинского означает «для данного случая». Эйнштейн использовал данный прием за неимением лучшего.

В такой модели Вселенной локальные искривления пространства-времени гравитирующими массами приводят к глобальному искривлению, делающему Вселенную замкнутой по пространственным координатам. В этой цилиндрической модели Эйнштейна временная координата не искривляется (время равномерно течет от прошлого к будущему). Впоследствии цилиндрическая модель была усовершенствована голландским астрофизиком Виллем де Ситтером, предположившим на основании наблюдаемого красного смещения, что время в удаленных частях Вселенной течет замедленно (искривление по временной координате) - модель замкнутой гиперсферы. Обе эти стационарные модели Вселенной имеют два недостатка: необходимость предположить существование дополнительных взаимодействий, препятствующих сжатию Вселенной под действием гравитирующих масс, и проблема “утилизации” света, испущенного звездами в предшествующие моменты времени в замкнутое пространство.

В эйнштейновской модели Вселенной материя распределена в среднем равномерно, а гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Время существования Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно. Вселенная в целом стационарна, бесконечна во времени и безгранична в пространстве.

Однако с давних пор как в философии, так и в естествознании известно утверждение о том, что нецелесообразно умножение сущностей сверх необходимо, и вскоре А ­член, введенный Эйнштейном без каких-либо физических предпосылок, кроме более чем тысячилетнеro убеждения мирового сообщества о неизменности Метагалактики, стал рассматриваться как такая «лишняя сущность». Поэтому ему пришлось отказаться от него.