Kosmologi

Kosmologi ( cosmos + logos ) er en gren af ​​astronomi , der studerer universets egenskaber og udvikling som helhed. Matematik , fysik og astronomi danner grundlaget for denne disciplin .

Kosmologiens historie

Tidlige former for kosmologi var religiøse myter om skabelsen ( kosmogoni ) og ødelæggelse ( eskatologi ) af den eksisterende verden.

Kina

Arkæologiske fund giver os mulighed for at hævde, at skallen af ​​en landskildpadde , hvis skjolde deler jordens plan i firkanter, kunne betragtes som prototypen af ​​kosmos.

I de tidligste af de tekstologisk præsenterede modeller af kinesisk kosmologi, mente man, at Jorden var dækket af himlen som en baldakin på en vogn , og denne baldakin roterer i et vandret plan, som en paraply (den såkaldte gaitian蓋天) model, også kaldet Zhoubi  - efter navnet på en matematisk afhandling, der beskriver beregninger efter denne model). I midten af ​​Han-dynastiet blev denne model udfordret af astronomiske observationer. Det blev erstattet af ideen om sfæriciteten af ​​det kosmos, der omgiver Jorden ( huntian浑天-model). OKAY. 180 e.Kr e. Cai Yong nævner også en tredje model, xuanye宣夜, men der er ingen oplysninger om den på hans tid.

Europæisk oldtid

Nogle antikke græske videnskabsmænd støttede verdens geocentriske system , ifølge hvilket i centrum af universet er en ubevægelig sfærisk Jord, omkring hvilken fem planeter, Solen og Månen , kredser . Det heliocentriske system i verden , der blev foreslået af Aristarchus fra Samos , modtog tilsyneladende ikke støtte fra de fleste gamle græske astronomer.

Verden blev betragtet som begrænset af fiksstjernesfæren [ 1] . Nogle gange blev der tilføjet en anden sfære, ansvarlig for præcession . Emnet for kontrovers var spørgsmålet om, hvad der er uden for verden: peripatetikerne , efter Aristoteles , mente, at der ikke var noget uden for verden (hverken stof eller rum), stoikerne mente, at der var et uendeligt tomt rum, atomisterne ( Leucippus ). , Demokrit , Metrodorus , Epikur , Lucretius ) mente, at der er andre verdener uden for vores verden. Heraklid Pontus ' synspunkter skiller sig ud , ifølge hvilke stjernerne er fjerne verdener, inklusive jord og luft; han, ligesom atomisterne, troede, at universet var uendeligt. I slutningen af ​​antikken dukkede den religiøse og mystiske lære om hermetisme op , ifølge hvilken der uden for verden kan være et område med ikke-materielle væsener - ånder [2] .

Mange præ-sokratikere troede, at armaturernes bevægelse blev styret af en kæmpe hvirvelvind, der gav anledning til universet. Men efter Aristoteles troede de fleste gamle astronomer, at planeterne i deres bevægelse bliver båret af materielle kugler, bestående af et særligt himmellegeme - æter , hvis egenskaber intet har at gøre med grundstofferne jord, vand, luft og ild , som gør op ad den "undermåneske verden". Der var en udbredt mening om den guddommelige natur af de himmelske sfærer eller lyskilder, deres animation.

Middelalder

I middelalderen var astronomi og filosofi i både kristne og muslimske lande domineret af Aristoteles ' kosmologi , suppleret med den ptolemæiske teori om planeternes bevægelse sammen med ideen om de materielle himmelsfærer. Nogle filosoffer fra XIII-XIV århundreder. mente, at den uendeligt almægtige Gud kunne skabe, udover vores, andre verdener [3] [4] ; dog blev denne mulighed betragtet som rent hypotetisk: selvom Gud kunne skabe andre verdener, gjorde han det ikke. Nogle filosoffer (for eksempel Thomas Bradwardine og Nicholas Orem ) mente, at der uden for vores verden er et uendeligt rum, der tjener som Guds bolig (en modifikation af hermetisternes kosmologi, som også anså rummet udenfor verden for at være relateret til den åndelige sfære [5] ).

Renæssance

En nyskabende karakter er Nicholas of Cusa 's kosmologi , der er beskrevet i afhandlingen Om tillært uvidenhed . Han antog universets materielle enhed og anså Jorden for at være en af ​​planeterne, der også bevægede sig; himmellegemer er beboede, ligesom vores jord er, og enhver observatør i universet med samme grund kan betragte sig selv som ubevægelig. Efter hans mening er universet ubegrænset, men begrænset, da uendelighed kun kan være karakteristisk for Gud alene. Samtidig er mange elementer af middelalderens kosmologi bevaret i Cusan, herunder troen på eksistensen af ​​himmelsfærer, inklusive den ydre - fiksstjernesfæren. Imidlertid er disse "sfærer" ikke absolut runde, deres rotation er ikke ensartet, rotationsakserne indtager ikke en fast position i rummet. Som følge heraf har verden ikke et absolut centrum og en klar grænse (sandsynligvis er det i denne forstand, at tesen fra Kuzanz om universets uendelighed skal forstås) [6] .

Den første halvdel af det 16. århundrede var præget af fremkomsten af ​​et nyt, heliocentrisk verdenssystem af Nicolaus Copernicus. Copernicus placerede Solen i centrum af verden, som planeterne drejede rundt om (inklusive Jorden, som også roterede om sin akse). Copernicus anså stadig universet for at være en begrænset kugle af fiksstjerner; tilsyneladende bevarede han sin tro på eksistensen af ​​himmelsfærer [7] .

En modifikation af det kopernikanske system var Thomas Digges -systemet , hvor stjernerne ikke er placeret på den samme kugle, men i forskellige afstande fra Jorden til det uendelige. Nogle filosoffer ( Francesco Patrici , Jan af Essen ) lånte kun ét element af Copernicus' lære - Jordens rotation omkring sin akse, også i betragtning af stjernerne spredt i universet til det uendelige. Synspunkterne fra disse tænkere bærer spor af indflydelsen af ​​hermetisme, eftersom området af universet uden for solsystemet af dem blev anset for at være den ikke-materielle verden, Guds og engles habitat [8] [9] [10] .

Et afgørende skridt fra heliocentrisme til et uendeligt univers, jævnt fyldt med stjerner, blev taget af den italienske filosof Giordano Bruno . Ifølge Bruno, set fra alle punkter, burde universet se nogenlunde ens ud. Af alle moderne tids tænkere var han den første til at antyde, at stjernerne er fjerne sole, og at fysiske love er de samme i alt uendeligt og grænseløst rum [11] . I slutningen af ​​det 16. århundrede forsvarede William Gilbert også universets uendelighed . I midten af ​​anden halvdel af det 17. århundrede blev Brunos synspunkter støttet af Rene Descartes , Otto von Guericke og Christian Huygens .

Fremkomsten af ​​moderne kosmologi

Fremkomsten af ​​moderne kosmologi er forbundet med udviklingen i det 20. århundrede af Einsteins generelle relativitetsteori (GR) og partikelfysik . Einstein offentliggjorde den første undersøgelse om dette emne baseret på generel relativitet i 1917 under titlen Kosmologiske overvejelser til den generelle relativitetsteori. I den introducerede han 3 antagelser: Universet er homogent, isotropt og stationært. For at opfylde sidstnævnte krav introducerede Einstein et yderligere " kosmologisk udtryk " i gravitationsfeltligningerne . Løsningen han modtog betød, at universet har et begrænset volumen (lukket) og positiv krumning .

I 1922 foreslog A. A. Fridman en ikke-stationær løsning til Einstein-ligningen , hvor det isotropiske univers udvidede sig fra en oprindelig singularitet . Opdagelsen af ​​den kosmologiske rødforskydning af galakser i 1929 af E. Hubble bekræftede teorien om et ikke-stationært univers . Således opstod den nu alment accepterede teori om Big Bang .

Age of the Universe

Universets alder er tiden siden Big Bang . Ifølge moderne videnskabelige data ( WMAP 9 resultater) er det 13,830 ± 0,075 milliarder år [12] . Nye data fra Den Europæiske Rumorganisations kraftfulde Planck-satellitteleskop viser , at universets alder er 13,798 ± 0,037 milliarder år (68 % konfidensinterval ) [13] [14] [15] .

Det moderne skøn over universets alder er baseret på en af ​​de mest almindelige modeller af universet, den såkaldte standard kosmologiske ΛCDM-model .

De vigtigste stadier i universets udvikling

Af stor betydning for at bestemme universets alder er periodiseringen af ​​de vigtigste processer, der forekommer i universet. Følgende periodisering er i øjeblikket accepteret [16] :

• Den tidligste epoke, som der er nogen teoretisk spekulation om, er Planck-tiden ( 10 -43 s efter Big Bang ). På dette tidspunkt adskilte gravitationsinteraktionen sig fra resten af ​​de fundamentale interaktioner . Ifølge moderne begreber varede denne epoke af kvantekosmologi indtil omkring 10 −11 s efter Big Bang.
• Den næste epoke er karakteriseret ved fødslen af ​​de oprindelige partikler af kvarker og adskillelsen af ​​typerne af interaktioner. Denne epoke varede indtil tider i størrelsesordenen 10 −2 s efter Big Bang. På nuværende tidspunkt er der allerede muligheder for en tilstrækkelig detaljeret fysisk beskrivelse af processerne i denne periode.
• Den moderne æra af standard kosmologi begyndte 0,01 sekunder efter Big Bang og fortsætter den dag i dag. I denne periode blev kernerne af primære elementer dannet, stjerner, galakser og solsystemet opstod .

En vigtig milepæl i historien om universets udvikling i denne æra er rekombinationens æra , hvor sagen om det ekspanderende univers blev gennemsigtig for stråling. Ifølge moderne koncepter skete dette 380 tusind år efter Big Bang. På nuværende tidspunkt kan vi observere denne stråling i form af en relikviebaggrund , som er den vigtigste eksperimentelle bekræftelse af eksisterende modeller af universet.

"Planck"

" Planck " er et rumfartøj fra European Space Agency (ESA) designet til at studere variationer i den kosmiske mikrobølgebaggrund - den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling dannet som et resultat af Big Bang på tidspunktet for universets fødsel .

Oplysningerne indsamlet af Planck gjorde det muligt for videnskabsmænd at bygge det mest detaljerede kort over temperatursvingninger i fordelingen af ​​mikrobølgestråling på himmelsfæren til dato. Tidligere blev et lignende kort bygget ved hjælp af NASAs WMAP-data , men dets opløsning var ringere end de data, der blev opnået af Planck.

Planck-dataene viste, at temperaturfordelingen af ​​CMB over himmelsfæren svarer til fuldstændig tilfældige udsving med en normalfordeling . Parametrene for funktionen, der beskriver den målte fordeling, stemmer overens med universets model, som består af:

• 4,9 % af almindeligt stof,
• 26,8 % fra det såkaldte mørke stof (muligvis fra hypotetiske tunge supersymmetriske partikler ) og
• 68,3% af den endnu mere mystiske mørke energi forårsager den accelererede udvidelse af universet.

Blandt andre parametre bestemmes data fra "Planck" (baseret på ΛCDM- modellen, det vil sige Friedmann kosmologiske model med Λ-termen og koldt mørkt stof engelsk  Cold Dark Matter )

• universets alder : (13.787±0.020)⋅10 9 år;
• Hubble konstant : 67,66±0,42 km/s/ Mpc ;
• strømbaryon- densitet : ( 0,02242 ±0,00014)⋅10 −7 cm −3 ;
• koldt mørkt stof tæthed: 0,11933±0,00091
• optisk tykkelse af Thomson-spredning på grund af reionisering: 0,0561±0,0071
• krumningsforstyrrelseseffektspektrum: 3,047±0,014
• skalært spektralindeks: 0,9665±0,0038
• mørk energitæthed: 0,6889±0,0056
• stoftæthed: 0,3111±0,0056
• tæthedsudsving ved 8 timer −1 Mpc: 0,825±0,011
• medfølgende lydhorisontstørrelse ved z = z * (Mpc): 144,57±0,22
• 100× lydhorisont vinkelskala ved sidste spredning: 1,04119±0,00029
• rødforskydning med baryonisk træk optisk dybde = 1: 1060,01±0,29
• medfølgende lydhorisontstørrelse ved z = z impedans : 147,21±0,23

WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) er et NASA -rumfartøj designet til at studere den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling dannet som et resultat af Big Bang på tidspunktet for universets fødsel .

Oplysningerne indsamlet af WMAP gjorde det muligt for videnskabsmænd at bygge det mest detaljerede kort over temperatursvingninger i fordelingen af ​​mikrobølgestråling på himmelsfæren til dato. Tidligere blev et lignende kort bygget ved hjælp af NASA COBE-data , men dets opløsning var betydeligt - 35 gange - ringere end dataene opnået af WMAP.

WMAP-dataene viste, at CMB -temperaturfordelingen over himmelsfæren svarer til fuldstændig tilfældige udsving med en normalfordeling . Parametrene for funktionen, der beskriver den målte fordeling, stemmer overens med universets model, som består af:

• 4% af almindeligt stof,
• 23 % fra det såkaldte mørke stof (muligvis fra hypotetiske tunge supersymmetriske partikler ) og
• 73% af den endnu mere mystiske mørke energi forårsager den accelererede udvidelse af universet.

WMAP-dataene tyder på, at mørkt stof er koldt (det vil sige, at det er sammensat af tunge partikler og ikke neutrinoer eller andre lette partikler). Ellers ville lyspartikler, der bevæger sig med relativistiske hastigheder, sløre de små tæthedsudsving i det tidlige univers.

Blandt andre parametre bestemmes ud fra WMAP-data (baseret på ΛCDM- modellen, det vil sige Friedmanns kosmologiske model med Λ-termen og koldt mørkt stof engelsk  Cold Dark Matter ) [17] :

• universets alder : (13,73 ± 0,12)⋅10 9 år;
• Hubble konstant : 71 ± 4 km/s/ Mpc ;
• strømbaryon - densitet : (2,5 ± 0,1)⋅10 −7 cm −3 ;
• universets planhedsparameter (forholdet mellem den totale tæthed og den kritiske ): 1,02 ± 0,02;
• total masse af alle tre typer neutrino : <0,7 eV.

Baseret på Planck TT, TE, EE+linsing+BAO+JLA+H0 anmeldelse

• 100 θ MC = 1,04077 ± 0,00032
• Ω b h2 = 0,02225 ± 0,00016
• Ω c h2 = 0,1198 ± 0,0015
• τ=0,079 ± 0,017
• ln( 1010 As)=3,094 ± 0,034
• ns = 0,9645 ± 0,0049
• H0 = 67,27 ± 0,66
• Ωm = 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

Noter

1. ↑ Furley, 1981 .
2. ↑ Gatti, 1999 , s. 103.
3. ↑ McColley, 1936 .
4. ↑ Grant, 1994 .
5. ↑ For indflydelsen af ​​hermetisk litteratur på Bradwardine, se Grant, 1969 .
6. ↑ Koire, 2001 , s. 2-17 og især s. fjorten.
7. ↑ Barker, 1990 .
8. ↑ Koire, 2001 .
9. ↑ Gatti, 1999 , s. 105-106.
10. ↑ Granada, 2008 .
11. ↑ Koire, 2001 , s. 31-45.
12. ↑ WMAP kosmologiske parametre  . NASA . Goddard Space Flight Center. Hentet 22. marts 2013. Arkiveret fra originalen 22. marts 2013.
13. ↑ Nr. 7-2013 : PLANCK AFSLÅR ET NÆSTEN PERFEKT UNIVERS  . Hentet 13. juli 2015. Arkiveret fra originalen 6. oktober 2014.
14. ↑ Planck-samarbejde. Planck 2013 resultater. XVI. Kosmologiske parametre  (engelsk)  // ArXiv/astro-ph. - 2013. - . - arXiv : 1303.5076 .
15. ↑ PAR Ade et al . (Planck Samarbejde). Planck 2013 resultater. I. Oversigt over produkter og videnskabelige resultater  (engelsk)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2013. - 22. marts ( bind 1303 ). — S. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - . - arXiv : 1303.5062 . Arkiveret fra originalen den 23. marts 2013. Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 13. juli 2015. Arkiveret fra originalen 13. august 2016. (ubestemt) 
16. ↑ En kort historie om universet . Arkiveret fra originalen den 30. september 2008. (ubestemt)
17. ↑ D.N. Spergel, R. Bean, O. Dore et al. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Treårsresultater: Implikationer for kosmologi. Astrofysik, abstrakt astro-ph/0603449 . Hentet 6. juli 2020. Arkiveret fra originalen 21. juni 2020. (ubestemt)

Litteratur

• Barker P. Copernicus, orbs og equant . — Syntese. - 1990. - T. 83, no. 2. - S. 317-323.
• C. Bonneau, S. Brunier. En sonde trodser l'espace og le temps. Science&Vie, nr. 1072, Janvier 2007, s. 43
• Furley, David J. The Greek Theory of the Infinite Universe // Journal of the History of Ideas. - 1981. - T. 42, nr. 4 (okt. - dec.). - S. 571-585. .
• Gatti H. Giordano Bruno og renæssancevidenskab. — Cornell University Press, 1999. .
• Gombrich, RF "Gammel indisk kosmologi." I Ancient Cosmologies, redigeret af Carmen Blacker og Michael Loewe, 110-142. London: Allen og Unwin, 1975.
• Granada, Miguel A. Kepler og Bruno om universets og solsystemers uendelighed // Journal for the History of Astronomy. - 2008. - T. 39, nr. 4. - P. 469-495.
• Grant E. Middelalderlige og syttende århundredes forestillinger om et uendeligt tomrum hinsides kosmos // Isis. - 1969. - T. 60, nr. 201. - S. 39-60. .
• Grant E. Planeter, stjerner og kugler: The Medieval Cosmos, 1200-1687. - Cambridge, 1994. .
• Henderson, John B. Den kinesiske kosmologis udvikling og tilbagegang. Serien om nykonfucianske studier. New York: Columbia University Press, 1984.-->
• McColley G. Det syttende århundredes doktrin om en flerhed af verdener // Annals of Science. - 1936. - Nr. 1. - S. 385–430. .
• Sircar DS kosmografi og kosmologi i tidlig indisk litteratur. Calcutta, 1976 (1 udgave: Calcutta, 1967)
• Longair Malcolm S. The Cosmic Century: A History of Astrophysics and Cosmology. - Cambridge University Press, 2006.

• Bakina V. I. Kosmologisk doktrin om Heraclitus fra Efesos // Bulletin fra Moskva Universitet. Ser. 7. Filosofi. 1998. nr. 4. S. 42-55.
• Bakina V. I. Kosmologiske lære fra de tidlige græske filosoffer: Proc. godtgørelse. M., Forlag i Moskva. universitet 1999. - 104 s.
• Weinberg S. De første tre minutter: Et moderne perspektiv på universets oprindelse. - Izhevsk: Forskningscenter "Regular and Chaotic Dynamics", 2000, 272 s. ISBN 5-93972-013-7
• Gavryushin N. K. Byzantinsk kosmologi i det XI århundrede // Historisk og astronomisk forskning . - M .: "Nauka", 1983. Issue XVI. s. 325-338.
• Gavryushin N.K. Kosmologisk afhandling fra det 15. århundrede som et monument for gammel russisk naturvidenskab // Monumenter for videnskab og teknologi . 1981. Moskva: Nauka, 1981, s. 183-197.
• Lauren Graham Kapitel XII Kosmologi og kosmogoni fra bogen Natural Science, Philosophy and the Sciences of Human Behavior in the Soviet Union
• Zhitomirsky SV Heliocentrisk hypotese om Aristarchus fra Samos og gammel kosmologi. // Historisk og astronomisk forskning. M., 1986. Udgave. 18. S. 151-160.
• Idlis G. M. Revolutioner i astronomi, fysik og kosmologi. M., 1985. - 232 s.
• Koire A. Fra den lukkede verden til det uendelige univers. – 2001.
• Kosmologiske værker i det gamle Ruslands boglighed«. Del II: Tekster af flymyg og andre kosmologiske traditioner // Serie "Monumenter for gammel russisk tankegang". Problem. IV (2) / Res. Red.: V. V. Milkov, S. M. Polyansky. SPb.: Forlag. hus "Mir", 2008 (640 s. (50-7 a. l.).
• Lebedev A. V. Thales og Xenophanes (Gammel fiksering af Thales' kosmologi) // Antik filosofi i fortolkningen af ​​borgerlige filosoffer. M., 1981.
• Lupandin I. V. Aristotelisk kosmologi og Thomas Aquinas // Spørgsmål om naturvidenskabens og teknologiens historie . 1989. nr. 2. S. 64-73.
• Makeev V. A. Gammel filosofisk kosmografi i den moderne kultur i landene i Østen. - M.: RUDN Universitet, 1993
• Mochalova I. N. Om to kosmologiske traditioner i det tidlige akademi // Bulletin fra Leningrad State University opkaldt efter A. S. Pushkin (filosofiserie). 2007. - nr. 3 (6). - S. 26-34.
• Nagirner D. I. Elementer af kosmologi. - St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg State University, 2001.
• Pavlenko A.N. Moderne kosmologi: underbyggelsesproblemet // Astronomi og det videnskabelige billede af verden. M. IFRAN, 1996;
• Pavlenko A. N. European Cosmology: Foundations of the Epistemological Turn, M. - INTRADA, 1997;
• Sazhin M. V. Moderne kosmologi i populær præsentation. URSS. 2002. 240 s.
• Semushkin A. V. Spekulativ kult af kosmos i tidlig græsk filosofi // Religion i en verden i forandring. - M .: Forlag af RUDN, 1994. - S. 27-39.
• Tursunov A. Filosofi og moderne kosmologi. M., 1977.
• M. L. Filchenkov, S. V. Kopylov, V. S. Evdokimov Kursus i generel fysik: yderligere kapitler.
• Frolov B. Nummer i arkaisk kosmologi // Astronomi af antikke samfund. M., 2002. S. 61-68.
• Chernin A.D. Stjerner og fysik. Pulsarer, galaksers koronas, kvasarer, relikviestråling. — URSS, 2018, 176 s.

Links

• Hjemmeside om moderne kosmologi // modcos.com
• Klimushkin D. Yu. Kosmologi
• Ned Wrights Cosmology Tutorial . Arkiveret fra originalen den 25. august 2011.  (ubestemt) (Engelsk)
• Kosmologi og teologi . Arkiveret fra originalen den 15. marts 2013. (ubestemt)
• Udgivelse af forfatterne til WMAP- projektet
• Hvad WMAP målte // Astronet
• A. Levin. Mission "Ulysses" fuldført, men vandringen fortsætter. // "Elementer"

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk stor kinesisk stor kinesisk Fantastisk norsk Stor russer jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Brockhaus Katolsk (1997—...) Universalis
I bibliografiske kataloger BNF : 119317955 J9U : 987007567989505171 LCCN : sh85033169 LNB : 000055251 NDL : 00574083 NKC : ph114989