Понимание космологии и ее влияние

Космология может быть сложной дисциплиной, чтобы справиться с ней, так как это область исследований в области физики, которая затрагивает многие другие области. (Хотя, по правде говоря, в наши дни практически все области физики затрагивают многие другие области.) Что такое космология? Что на самом деле делают изучающие его люди (называемые космологами)? Какие есть доказательства в поддержку их работы?

Космология это научная дисциплина, которая изучает происхождение и возможную судьбу вселенной. Он наиболее тесно связан с конкретными областями астрономии и астрофизики, хотя в прошлом веке космология также приблизилась к ключевым открытиям физики элементарных частиц.

Другими словами, мы достигаем захватывающей реализации:

Наше понимание современной космологии исходит из соединения поведения крупнейший структуры в нашей вселенной (планеты, звезды, галактики и скопления галактик) вместе с наименьшее структуры в нашей вселенной (фундаментальные частицы).

Изучение космологии, вероятно, является одной из древнейших форм умозрительного исследования природы, и оно началось в какой-то момент в истории, когда древний человек смотрел на небеса, задавал такие вопросы, как следующий:

• Как мы пришли сюда?
• Что происходит в ночном небе?
• Мы одни во вселенной?
• Что это за блестящие вещи на небе?

Вы поняли идею.

Древние придумали несколько неплохих попыток объяснить это. Главным среди них в западной научной традиции является физика древних грековкоторый разработал всеобъемлющую геоцентрическую модель вселенной, которая была усовершенствована на протяжении веков до времен Птолемея, и в этот момент космология действительно не развивалась в течение нескольких веков, за исключением некоторых деталей о скоростях различных компонентов система.

Следующее крупное достижение в этой области произошло от Николая Коперника в 1543 году, когда он опубликовал свою астрономическую книгу на смертном одре (ожидая, что это вызовет спор с католической церковью), обрисовывая в общих чертах доказательства его гелиоцентрической модели солнечного система. Ключевым моментом, который мотивировал эту трансформацию мышления, было представление о том, что основание предполагать, что Земля содержит принципиально привилегированное положение в физическом космос. Это изменение в предположениях известно как Принцип Коперника. Гелиоцентрическая модель Коперника стала еще более популярной и принятой на основе работы Тихо Браге, Галилео Галилей, и Йоханнес Кеплер, который накопил существенные экспериментальные доказательства в поддержку коперниканской гелиоцентрической модели.

это было Сэр Исаак Ньютон который был способен объединить все эти открытия, чтобы фактически объяснить движения планет. У него была интуиция и понимание, чтобы понять, что движение объектов, падающих на Землю, было похоже на движение объектов, вращающихся вокруг Земли (по сути, эти объекты постоянно падают вокруг Земля). Поскольку это движение было похоже, он понял, что, вероятно, оно было вызвано той же силой, которую он назвал сила тяжести. Путем тщательного наблюдения и развития новой математики называется исчисление и его три закона движенияНьютон смог создать уравнения, описывающие это движение в различных ситуациях.

Хотя закон тяготения Ньютона работал над предсказанием движения небес, была одна проблема... было не совсем понятно, как это работает. Теория предполагала, что объекты с массой притягивают друг друга через пространство, но Ньютон не смог разработать научное объяснение механизма, который гравитация использовала для достижения этой цели. Чтобы объяснить необъяснимое, Ньютон полагался на общее обращение к Богу, в основном объекты ведут себя таким образом в ответ на совершенное присутствие Бога во вселенной. Чтобы получить физическое объяснение, потребуется более двух столетий, пока не появится гений, интеллект которого может затмить даже интеллект Ньютона.

Космонология Ньютона доминировала в науке до начала двадцатого века, когда Альберт Эйнштейн разработал свою теорию общая теория относительности, который переопределил научное понимание гравитации. В новой формулировке Эйнштейна гравитация была вызвана изгибом четырехмерного пространства-времени в ответ на присутствие массивного объекта, такого как планета, звезда или даже галактика.

Одним из интересных следствий этой новой формулировки было то, что само пространство-время не было в равновесии. В довольно короткие сроки ученые поняли, что общая теория относительности предсказывает, что пространство-время будет либо расширяться, либо сокращаться. Поверьте, Эйнштейн верил, что вселенная на самом деле вечна, он ввел космологическая постоянная в теорию, которая обеспечила давление, которое противодействовало расширению или сжатию. Однако, когда астроном Эдвин Хаббл в конце концов обнаружил, что вселенная фактически расширяется, Эйнштейн понял, что допустил ошибку, и удалил космологическую константу из теории.

Если вселенная расширялась, то естественный вывод состоит в том, что если бы вы перематывали вселенную, вы бы увидели, что она должна была начаться в крошечном, плотном комке материи. Эта теория о том, как возникла Вселенная, стала называться Теорией Большого взрыва. Это была противоречивая теория в середине десятилетия двадцатого века, поскольку она боролась за господство против Фреда Хойла теория устойчивого состояния. Однако открытие космического микроволнового фонового излучения в 1965 году подтвердило предсказание, сделанное в отношении большого взрыва, поэтому оно стало широко распространенным среди физиков.

Хотя он был ошибочным в теории стационарного состояния, Хойл приписывают основные разработки в теории звездный нуклеосинтезЭто теория, согласно которой водород и другие легкие атомы превращаются в более тяжелые атомы в ядерных тиглях, называемых звездами, и выплескиваются во вселенную после смерти звезды. Затем эти более тяжелые атомы превращаются в воду, планеты и, в конечном итоге, жизнь на Земле, включая людей! Таким образом, по словам многих удивительных космологов, мы все сформировались из звездной пыли.

Во всяком случае, вернемся к эволюции Вселенной. Поскольку ученые получили больше информации о Вселенной и более тщательно измерили космическое микроволновое фоновое излучение, возникла проблема. Поскольку были проведены подробные измерения астрономических данных, стало ясно, что понятия из квантовой физика должна играть более важную роль в понимании ранних фаз и эволюции Вселенная. Эта область теоретической космологии, хотя все еще очень умозрительная, стала довольно плодородной и иногда называется квантовой космологией.

Квантовая физика показала, что вселенная была довольно близка к однородности по энергии и веществу, но не была полностью однородной. Тем не менее, любые колебания в ранней вселенной значительно расширились бы за миллиарды лет, что вселенная расширилась... и колебания были намного меньше, чем можно было ожидать. Таким образом, космологи должны были найти способ объяснить неоднородную раннюю вселенную, но тот, который имел только крайне небольшие колебания.

Введите Алан Гут, физик элементарных частиц, который решил эту проблему в 1980 году с разработкой теория инфляции. Колебания в ранней вселенной были незначительными квантовыми колебаниями, но они быстро расширялись в ранней вселенной из-за сверхбыстрого периода расширения. Астрономические наблюдения с 1980 года подтверждают предсказания теории инфляции, и в настоящее время это мнение большинства космологов.

Хотя космология значительно продвинулась за последнее столетие, все еще есть несколько открытых загадок. Фактически, две из центральных загадок в современной физике являются доминирующими проблемами в космологии и астрофизике:

• Темная материя - некоторые галактики движутся так, что не могут быть полностью объяснены в зависимости от количества вещества, которое наблюдаемый внутри них (называемый «видимой материей»), но который можно объяснить, если внутри галактика. Эта дополнительная материя, которая, по прогнозам, займет около 25% Вселенной, по последним данным, называется темной материей. В дополнение к астрономическим наблюдениям, эксперименты на Земле, такие как Криогенный поиск темной материи (CDMS) пытаются непосредственно наблюдать темную материю.
• Темная энергия - В 1998 году астрономы попытались определить скорость замедления вселенной... но они обнаружили, что это не замедляется. На самом деле ускорение ускорялось. Кажется, что космологическая постоянная Эйнштейна была необходима в конце концов, но вместо того, чтобы держать вселенную как состояние равновесия, на самом деле, кажется, что с течением времени галактики раздвигаются все быстрее и быстрее на. Неизвестно, что именно вызывает эту «отталкивающую гравитацию», но физики назвали это вещество это «темная энергия». Астрономические наблюдения предсказывают, что эта темная энергия составляет около 70% Вселенной. вещество.

Есть некоторые другие предложения, чтобы объяснить эти необычные результаты, такие как модифицированная ньютоновская динамика (MOND) и переменная скорость световой космологии, но эти альтернативы считаются периферийными теориями, которые не приняты многими физиками в поле.

Стоит отметить, что теория большого взрыва на самом деле описывает эволюцию Вселенной с тех пор, как вскоре после его создания, но не может дать никакой прямой информации о фактическом происхождении Вселенная.

Нельзя сказать, что физика ничего не может сказать нам о происхождении вселенной. Когда физики исследуют наименьший масштаб пространства, они обнаруживают, что квантовая физика приводит к созданию виртуальных частиц, о чем свидетельствует Эффект Казимира. Фактически, теория инфляции предсказывает, что в отсутствие какой-либо материи или энергии пространство-время будет расширяться. Таким образом, это дает ученым разумное объяснение того, как Вселенная могла изначально возникнуть. Если бы существовало истинное «ничто», неважно, без энергии, без пространства-времени, тогда ничто не было бы неустойчивым и начало бы генерировать материю, энергию и расширяющееся пространство-время. Это центральный тезис книг, таких как Гранд Дизайн и Вселенная из ничего, который утверждает, что вселенная может быть объяснена без ссылки на божество сверхъестественного создателя.

Было бы трудно переоценить космологическую, философскую и, возможно, даже теологическую важность признания того, что Земля не является центром космоса. В этом смысле космология является одной из самых ранних областей, которая дала доказательства, которые находились в конфликте с традиционным религиозным мировоззрением. Фактически, каждое продвижение в космологии, казалось, идет вразрез с самыми заветными предположениями, которые мы хотели бы сделать относительно того, насколько особенным является человечество как вид... по крайней мере, с точки зрения космологической истории. Этот отрывок из Гранд Дизайн по Стивен Хокинг и Леонард Млодинов красноречиво излагает трансформацию мышления, пришедшую из космологии:

Гелиоцентрическая модель Солнечной системы Николая Коперника признана первой убедительной научной демонстрацией того, что мы, люди, не являемся центром космоса... Теперь мы понимаем, что результат Коперника является лишь одним из ряда вложенных понижения, опровергающие давние предположения относительно Особый статус человечества: мы не находимся в центре солнечной системы, мы не находимся в центре галактики, мы не расположенные в центре вселенной, мы даже не сделаны из темных ингредиентов, составляющих подавляющее большинство масса вселенной. Такое космическое унизление... В качестве примера можно привести то, что ученые сейчас называют принципом Коперника. В общем плане все, что мы знаем, указывает на то, что люди не занимают привилегированного положения.