Cosmologie

Cosmologia ( cosmos + logos ) este o ramură a astronomiei care studiază proprietățile și evoluția universului în ansamblu. Matematica , fizica si astronomia stau la baza acestei discipline .

Istoria cosmologiei

Formele timpurii de cosmologie au fost mituri religioase despre crearea ( cosmogonia ) și distrugerea ( eshatologia ) lumii existente.

China

Descoperirile arheologice ne permit să afirmăm că carapacea unei țestoase terestre , ale cărei scuturi împart planul pământului în pătrate, ar putea fi considerată prototipul cosmosului.

În cele mai vechi modele de cosmologie chineză prezentate textologic , se credea că Pământul era acoperit de cer ca un baldachin pe un car , iar acest baldachin se rotește într-un plan orizontal, ca o umbrelă (așa- numitul gaitian蓋天model, numit și Zhoubi  - după numele unui tratat de matematică, care descrie calcule conform acestui model). Până la mijlocul dinastiei Han, acest model a fost contestat de observațiile astronomice. A fost înlocuită cu ideea sfericității cosmosului care înconjoară Pământul ( modelul huntian浑天). O.K. 180 d.Hr e. Cai Yong menționează și un al treilea model, xuanye宣夜, dar nu există informații despre acesta până la vremea lui.

Antichitatea europeană

Unii oameni de știință greci antici au susținut sistemul geocentric al lumii , conform căruia în centrul Universului se află un Pământ sferic nemișcat, în jurul căruia se învârt cinci planete, Soarele și Luna . Sistemul heliocentric al lumii propus de Aristarh din Samos , aparent, nu a primit sprijinul majorității astronomilor greci antici.

Lumea era considerată limitată de sfera stelelor fixe [1] . Uneori s-a adăugat o altă sferă, responsabilă de precesiune . Subiectul de controversă a fost întrebarea ce este în afara lumii: peripateticii , după Aristotel , credeau că nu există nimic în afara lumii (nici materie și nici spațiu), stoicii credeau că există un spațiu gol infinit, atomiștii ( Leucippus ). , Democrit , Metrodor , Epicur , Lucretius ) credeau că există alte lumi în afara lumii noastre. Priveliștile despre Heraclid Pontus stau deoparte , conform cărora stelele sunt lumi îndepărtate, inclusiv pământ și aer; el, ca si atomistii, credea ca universul este infinit. La sfârșitul antichității a apărut învățătura religioasă și mistică a hermetismului , conform căreia în afara lumii poate exista o zonă de ființe nemateriale - spirite [2] .

Mulți presocratici credeau că mișcarea luminilor era controlată de un vârtej gigant care a dat naștere universului. Cu toate acestea, după Aristotel, cei mai mulți astronomi antici credeau că planetele sunt purtate în mișcarea lor de sfere materiale, constând dintr-un element ceresc special - eterul , ale cărui proprietăți nu au nimic de-a face cu elementele pământului, apei, aerului și focului , care fac sus în „lumea sublunară”. Exista o opinie larg răspândită despre natura divină a sferelor cerești sau a luminilor, animația lor.

Evul Mediu

În Evul Mediu, astronomia și filosofia atât în ​​țările creștine, cât și în cele musulmane au fost dominate de cosmologia lui Aristotel , completată de teoria ptolemaică a mișcării planetelor, împreună cu ideea sferelor cerești materiale. Unii filozofi ai secolelor XIII-XIV. credea că Dumnezeul infinit atotputernic poate crea, pe lângă a noastră, și alte lumi [3] [4] ; totuși, această posibilitate a fost considerată pur ipotetică: deși Dumnezeu putea crea alte lumi, nu a făcut-o. Unii filozofi (de exemplu, Thomas Bradwardine și Nicholas Orem ) credeau că dincolo de lumea noastră există un spațiu infinit care servește drept sălaș al lui Dumnezeu (o modificare a cosmologiei hermetiștilor, care considerau și spațiul extra-lumesc ca fiind înrudit). spre sfera spirituală [5] ).

Renaștere

Un personaj inovator este cosmologia lui Nicolae din Cusa , expusă în tratatul Despre ignoranța învățată . El și-a asumat unitatea materială a Universului și a considerat că Pământul este una dintre planete, de asemenea în mișcare; Corpurile cerești sunt locuite, la fel ca Pământul nostru, și fiecare observator din Univers cu aceeași rațiune se poate considera nemișcat. În opinia sa, Universul este nelimitat, dar finit, deoarece infinitul poate fi caracteristic numai lui Dumnezeu. În același timp, în Cușan se păstrează multe elemente de cosmologie medievală, inclusiv credința în existența sferelor cerești, inclusiv cea exterioară - sfera stelelor fixe. Cu toate acestea, aceste „sfere” nu sunt absolut rotunde, rotația lor nu este uniformă, axele de rotație nu ocupă o poziție fixă ​​în spațiu. Ca urmare, lumea nu are un centru absolut și o graniță clară (probabil, în acest sens ar trebui înțeleasă teza lui Kuzanz despre infinitul Universului) [6] .

Prima jumătate a secolului al XVI-lea a fost marcată de apariția unui nou sistem heliocentric al lumii de către Nicolaus Copernic. Copernic a plasat Soarele în centrul lumii, în jurul căruia se învârteau planetele (inclusiv Pământul, care s-a rotit și el în jurul axei sale). Copernic considera încă universul ca fiind o sferă limitată de stele fixe; se pare că și-a păstrat credința în existența sferelor cerești [7] .

O modificare a sistemului copernican a fost sistemul Thomas Digges , în care stelele nu sunt situate pe aceeași sferă, ci la distanțe diferite de la Pământ la infinit. Unii filozofi ( Francesco Patrici , Jan din Essen ) au împrumutat doar un element din învățăturile lui Copernic - rotația Pământului în jurul axei sale, luând în considerare și stelele împrăștiate în Univers până la infinit. Părerile acestor gânditori poartă urme ale influenței hermetismului, deoarece regiunea Universului din afara sistemului solar era considerată de ei ca fiind lumea nematerială, habitatul lui Dumnezeu și al îngerilor [8] [9] [10] .

Un pas decisiv de la heliocentrism la un univers infinit , plin uniform de stele, a fost făcut de filozoful italian Giordano Bruno . Potrivit lui Bruno, privit din toate punctele de vedere, universul ar trebui să arate aproximativ la fel. Dintre toți gânditorii timpurilor moderne, el a fost primul care a sugerat că stelele sunt sori îndepărtați și că legile fizice sunt aceleași în tot spațiul infinit și nemărginit [11] . La sfârșitul secolului al XVI-lea, William Gilbert a apărat și infinitul universului . În mijlocul și a doua jumătate a secolului al XVII-lea, opiniile lui Bruno au fost susținute de Rene Descartes , Otto von Guericke și Christian Huygens .

Ascensiunea cosmologiei moderne

Apariția cosmologiei moderne este asociată cu dezvoltarea în secolul al XX-lea a teoriei generale a relativității (GR) a lui Einstein și a fizicii particulelor . Einstein a publicat primul studiu pe această temă bazat pe relativitatea generală în 1917 sub titlul Considerații cosmologice la teoria generală a relativității. În ea, el a introdus 3 ipoteze: Universul este omogen, izotrop și staționar. Pentru a îndeplini această din urmă cerință, Einstein a introdus un „ termen cosmologic ” suplimentar în ecuațiile câmpului gravitațional . Soluția pe care a primit-o a însemnat că Universul are un volum finit (închis) și o curbură pozitivă .

În 1922, A. A. Fridman a propus o soluție non-staționară a ecuației Einstein , în care Universul izotrop sa extins de la o singularitate inițială . Descoperirea deplasării cosmologice către roșu a galaxiilor în 1929 de către E. Hubble a confirmat teoria unui univers non-staționar . Astfel, a luat ființă teoria general acceptată a Big Bang-ului .

Epoca Universului

Vârsta universului este timpul de la Big Bang . Conform datelor științifice moderne ( rezultatele WMAP 9), este de 13,830 ± 0,075 miliarde de ani [12] . Date noi de la puternicul telescop satelit Planck al Agenției Spațiale Europene arată că vârsta universului este de 13,798 ± 0,037 miliarde de ani ( interval de încredere de 68% ) [13] [14] [15] .

Estimarea modernă a vârstei Universului se bazează pe unul dintre cele mai comune modele ale Universului, așa-numitul model cosmologic standard ΛCDM .

Principalele etape ale dezvoltării universului

De mare importanță pentru determinarea vârstei Universului este periodizarea principalelor procese care au loc în Univers. În prezent este acceptată următoarea periodizare [16] :

• Cea mai veche epocă despre care există vreo speculație teoretică este timpul Planck ( 10 -43 s după Big Bang ). În acest moment, interacțiunea gravitațională s-a separat de restul interacțiunilor fundamentale . Conform conceptelor moderne, această epocă a cosmologiei cuantice a durat până la aproximativ 10 -11 s după Big Bang.
• Epoca următoare este caracterizată de nașterea particulelor originale de quarci și de separarea tipurilor de interacțiuni. Această epocă a durat până la vremuri de ordinul a 10 −2 s după Big Bang. În prezent, există deja posibilități pentru o descriere fizică suficient de detaliată a proceselor din această perioadă.
• Era modernă a cosmologiei standard a început la 0,01 secunde după Big Bang și continuă până în zilele noastre. În această perioadă s-au format nucleele elementelor primare, stele, galaxii și a apărut sistemul solar .

O etapă importantă în istoria dezvoltării Universului în această eră este epoca recombinării , când materia Universului în expansiune a devenit transparentă radiațiilor. Conform conceptelor moderne, acest lucru s-a întâmplat la 380 de mii de ani după Big Bang. În prezent, putem observa această radiație sub forma unui fond de relicvă , care este cea mai importantă confirmare experimentală a modelelor existente ale Universului.

„Planck”

„ Planck ” este o navă spațială a Agenției Spațiale Europene (ESA) concepută pentru a studia variațiile fondului cosmic cu microunde - radiația cosmică de fond cu microunde formată ca urmare a Big Bang-ului la momentul nașterii Universului .

Informațiile colectate de Planck le-au permis oamenilor de știință să construiască cea mai detaliată hartă a fluctuațiilor de temperatură în distribuția radiațiilor cu microunde pe sfera cerească până în prezent. Anterior, o hartă similară a fost construită folosind datele WMAP ale NASA , dar rezoluția sa a fost inferioară datelor obținute de Planck.

Datele Planck au arătat că distribuția temperaturii CMB peste sfera cerească corespunde unor fluctuații complet aleatorii cu o distribuție normală . Parametrii funcției care descriu distribuția măsurată sunt consecvenți cu modelul Universului, care constă în:

• 4,9% din materia obisnuita,
• 26,8% din așa-numita materie întunecată (posibil din ipotetice particule supersimetrice grele ) și
• 68,3% din energia întunecată și mai misterioasă provoacă expansiunea accelerată a universului.

Printre alți parametri, din „Planck” se determină datele (pe baza modelului ΛCDM , adică modelul cosmologic Friedmann cu termenul Λ și materie neagră rece engleză Cold Dark Matter )  

• vârsta Universului : (13,787±0,020)⋅10 9 ani;
• Constanta Hubble : 67,66±0,42 km/s/ Mpc ;
• densitatea barionului curent : (0,02242±0,00014)⋅10 −7 cm −3 ;
• densitatea materiei întunecate la rece: 0,11933±0,00091
• grosimea optică a împrăștierii Thomson datorită reionizării: 0,0561±0,0071
• spectrul de putere a perturbațiilor de curbură: 3,047±0,014
• indice spectral scalar: 0,9665±0,0038
• densitatea energiei întunecate: 0,6889±0,0056
• densitatea materiei: 0,3111±0,0056
• fluctuații de densitate la 8h −1 Mpc: 0,825±0,011
• Dimensiunea orizontului sonor însoțitor la z = z * (Mpc): 144,57±0,22
• Scala unghiulară a orizontului de sunet de 100× la ultima împrăștiere: 1,04119±0,00029
• deplasare spre roșu cu adâncime optică barionică = 1: 1060,01±0,29
• Mărimea orizontului sonor însoțitor la impedanța z = z : 147,21±0,23

WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) este o navă spațială NASA concepută pentru a studia radiația cosmică de fond cu microunde formată ca urmare a Big Bang-ului la momentul nașterii Universului .

Informațiile colectate de WMAP au permis oamenilor de știință să construiască cea mai detaliată hartă a fluctuațiilor de temperatură în distribuția radiațiilor cu microunde pe sfera cerească până în prezent. Anterior, o hartă similară a fost construită folosind datele NASA COBE , dar rezoluția sa a fost semnificativ - de 35 de ori - inferioară datelor obținute de WMAP.

Datele WMAP au arătat că distribuția temperaturii CMB peste sfera cerească corespunde unor fluctuații complet aleatorii cu o distribuție normală . Parametrii funcției care descriu distribuția măsurată sunt consecvenți cu modelul Universului, care constă în:

• 4% din materia obisnuita,
• 23% din așa-numita materie întunecată (posibil din ipotetice particule supersimetrice grele ) și
• 73% din energia întunecată și mai misterioasă provoacă expansiunea accelerată a universului.

Datele WMAP sugerează că materia întunecată este rece (adică este compusă din particule grele și nu neutrini sau orice alte particule ușoare). În caz contrar, particulele de lumină care se mișcă la viteze relativiste ar estompa fluctuațiile mici de densitate din universul timpuriu.

Printre alți parametri, din WMAP se determină datele (pe baza modelului ΛCDM , adică modelul cosmologic Friedmann cu termenul Λ și materie neagră rece engleză Cold Dark Matter ) [17] :  

• vârsta Universului : (13,73 ± 0,12)⋅10 9 ani;
• Constanta Hubble : 71 ± 4 km/s/ Mpc ;
• densitatea barionului curent : (2,5 ± 0,1)⋅10 −7 cm −3 ;
• parametrul de planeitate al Universului (raportul dintre densitatea totală și cea critică ): 1,02 ± 0,02;
• masa totală a tuturor celor trei tipuri de neutrini : <0,7 eV.

Pe baza revizuirii Planck TT, TE, EE+lensing+BAO+JLA+H0

• 100 θ MC = 1,04077 ± 0,00032
• Ω b h 2 = 0,02225 ± 0,00016
• Ω c h 2 = 0,1198 ± 0,0015
• τ=0,079 ± 0,017
• ln(10 10 As)=3,094 ± 0,034
• ns = 0,9645 ± 0,0049
• H0 = 67,27 ± 0,66
• Ω m =0,3089 ± 0,0062
• Ω Λ = 0,6911 ± 0,0062
• Σmv [ eV ]< 0,17
• Ωk = 0,0008 −0,0039 +0,0040
• w= -1,019 -0,08 +0,075

Note

1. ↑ Furley, 1981 .
2. ↑ Gatti, 1999 , p. 103.
3. ↑ McColley, 1936 .
4. ↑ Grant, 1994 .
5. ↑ Pentru influența literaturii hermetice asupra Bradwardinei, vezi Grant, 1969 .
6. ↑ Koire, 2001 , p. 2-17 și mai ales p. paisprezece.
7. ↑ Barker, 1990 .
8. ↑ Koire, 2001 .
9. ↑ Gatti, 1999 , p. 105-106.
10. ↑ Granada, 2008 .
11. ↑ Koire, 2001 , p. 31-45.
12. ↑ Parametrii  cosmologici WMAP . NASA . Centrul de zbor spațial Goddard. Consultat la 22 martie 2013. Arhivat din original pe 22 martie 2013.
13. ↑ N° 7-2013 : PLANCK DEZVLEVĂ UN UNIVERS APROAPE PERFECT  . Consultat la 13 iulie 2015. Arhivat din original la 6 octombrie 2014.
14. ↑ Colaborarea Planck. Rezultatele Planck 2013. XVI. Parametri cosmologici  (engleză)  // ArXiv/astro-ph. - 2013. - . - arXiv : 1303.5076 .
15. ↑ PAR Ade et al . (Colaborarea Planck). Rezultatele Planck 2013. I. Prezentare generală a produselor și a rezultatelor științifice  (engleză)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2013. - 22 martie ( vol. 1303 ). — P. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - Cod . - arXiv : 1303.5062 . Arhivat din original pe 23 martie 2013. Copie arhivată (link indisponibil) . Preluat la 13 iulie 2015. Arhivat din original la 13 august 2016. (nedefinit) 
16. ↑ O scurtă istorie a universului . Arhivat din original la 30 septembrie 2008. (nedefinit)
17. ↑ D.N. Spergel, R. Bean, O. Dore et al. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Rezultate trei ani: Implicații pentru cosmologie. Astrofizică, abstract astro-ph/0603449 . Preluat la 6 iulie 2020. Arhivat din original la 21 iunie 2020. (nedefinit)

Literatură

• Barker P. Copernicus, globurile și ecuantul . — Sinteză. - 1990. - T. 83, nr. 2. - P. 317-323.
• C. Bonneau, S. Brunier. Une sonde defie l'espace et le temps. Science&Vie, nr.1072, Janvier 2007, p. 43
• Furley, David J. The Greek Theory of the Infinite Universe // Journal of the History of Ideas. - 1981. - T. 42, nr. 4 (oct. - dec.). - P. 571-585. .
• Gatti H. Giordano Bruno și Știința Renașterii. — Cornell University Press, 1999. .
• Gombrich, RF „Cosmologie indiană veche”. În Cosmologii antice, editat de Carmen Blacker și Michael Loewe, 110-142. Londra: Allen și Unwin, 1975.
• Granada, Miguel A. Kepler și Bruno despre infinitul universului și al sistemelor solare // Journal for the History of Astronomy. - 2008. - T. 39, nr. 4. - P. 469-495.
• Grant E. Concepții medievale și din secolul al XVII-lea despre un spațiu vid infinit dincolo de Cosmos // Isis. - 1969. - T. 60, nr. 201. - P. 39-60. .
• Grant E. Planete, stele și globuri: Cosmosul medieval, 1200-1687. — Cambridge, 1994. .
• Henderson, John B. Dezvoltarea și declinul cosmologiei chineze. Seria Studii Neo-Confuciane. New York: Columbia University Press, 1984.-->
• McColley G. Doctrina secolului al XVII-lea a unei pluralități de lumi // Annals of Science. - 1936. - Nr. 1. - P. 385–430. .
• Sircar DS Cosmografia și Cosmologia în literatura indiană timpurie. Calcutta, 1976 (1 ed.: Calcutta, 1967)
• Longair Malcolm S. Secolul cosmic: o istorie a astrofizicii și a cosmologiei. — Cambridge University Press, 2006.

• Bakina V. I. Doctrina cosmologică a lui Heraclit din Efes // Buletinul Universității din Moscova. Ser. 7. Filosofie. 1998. Nr 4. S. 42-55.
• Bakina V. I. Învățăturile cosmologice ale primilor filozofi greci: Proc. indemnizatie. M., Editura Moscovei. universitate 1999. - 104 p.
• Weinberg S. Primele trei minute: o perspectivă modernă asupra originii universului. - Izhevsk: Centrul de cercetare „Dinamica regulată și haotică”, 2000, 272 p. ISBN 5-93972-013-7
• Gavryushin N. K. Cosmologia bizantină în secolul XI // Cercetări istorice și astronomice . - M .: „Nauka”, 1983. Numărul XVI. p. 325-338.
• Gavryushin N.K. Tratat cosmologic al secolului al XV-lea ca monument al științelor naturale antice rusești // Monumente ale științei și tehnologiei . 1981. Moscova: Nauka, 1981, p. 183-197.
• Lauren Graham Capitolul XII Cosmologie și Cosmogonie din cartea Științe naturale, filozofie și științe ale comportamentului uman în Uniunea Sovietică
• Zhitomirsky SV Ipoteza heliocentrică a lui Aristarh din Samos și cosmologia antică. // Cercetări istorice și astronomice. M., 1986. Emisiunea. 18. S. 151-160.
• Idlis G. M. Revoluții în astronomie, fizică și cosmologie. M., 1985. - 232 p.
• Koire A. De la lumea închisă la universul infinit. — 2001.
• Lucrări cosmologice în livrescul Rusiei antice. Partea a II-a: Texte de avion-țânțar și alte tradiții cosmologice // Seria „Monumente ale gândirii vechi rusești”. Problema. IV (2) / Rez. Ed.: V. V. Milkov, S. M. Polyansky. SPb.: Editura. casa „Mir”, 2008 (640 p. (50-7 a. l.).
• Lebedev A. V. Thales și Xenophanes (Fixarea antică a cosmologiei lui Thales) // Filosofia antică în interpretarea filosofilor burghezi. M., 1981.
• Lupandin I. V. Cosmologia aristotelică și Toma d'Aquino // Întrebări de istorie a științei naturale și a tehnologiei . 1989. Nr 2. S. 64-73.
• Makeev V. A. Cosmografia filosofică antică în cultura modernă a țărilor din Orient. — M.: Universitatea RUDN, 1993
• Mochalova I. N. Despre două tradiții cosmologice în Academia timpurie // Buletinul Universității de Stat din Leningrad numit după A. S. Pușkin (serie de filozofie). 2007. - Nr. 3 (6). - S. 26-34.
• Nagirner D. I. Elemente de cosmologie. - Sankt Petersburg: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2001.
• Pavlenko A.N. Cosmologia modernă: problema fundamentarii // Astronomia și imaginea științifică a lumii. M. IFRAN, 1996;
• Pavlenko A. N. European Cosmology: Foundations of the Epistemological Turn, M. - INTRADA, 1997;
• Sazhin M. V. Cosmologie modernă în prezentare populară. URSS. 2002. 240 p.
• Semushkin A. V. Cultul speculativ al cosmosului în filosofia greacă timpurie // Religia într-o lume în schimbare. - M .: Editura RUDN, 1994. - S. 27-39.
• Tursunov A. Filosofie și cosmologie modernă. M., 1977.
• M. L. Filchenkov, S. V. Kopylov, V. S. Evdokimov Curs de fizică generală: capitole suplimentare.
• Frolov B. Numărul în cosmologia arhaică // Astronomia societăților antice. M., 2002. S. 61-68.
• Chernin A.D. Stele și fizică. Pulsari, coroane de galaxii, quasari, radiații relicve. — URSS, 2018, 176 p.

Link -uri

• Site web despre cosmologie modernă // modcos.com
• Klimushkin D. Yu. Cosmologie
• Tutorialul de cosmologie al lui Ned Wright . Arhivat din original pe 25 august 2011.  (nedefinit) (Engleză)
• Cosmologie și Teologie . Arhivat din original pe 15 martie 2013. (nedefinit)
• Publicarea autorilor proiectului WMAP
• Ce a măsurat WMAP // Astronet
• A. Levin. Misiunea „Ulysses” s-a încheiat, dar rătăcirile continuă. // „Elemente”

Dicționare și enciclopedii	mare danez mare chinezesc mare chinezesc Mare norvegian Rusă mare in jurul lumii Micul Brockhaus și Efron Britannica (online) Brockhaus Catolică (1997—…) Universalis
În cataloagele bibliografice BNF : 119317955 J9U : 987007567989505171 LCCN : sh85033169 LNB : 000055251 NDL : 00574083 NKC : ph114989