Астрономическая картина мира

Астрономическая картина мира 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

1. Новая астрономическая  революция.

 

В ХХ в. в астрономии произошли поистине радикальные изменения. Прежде всего, значительно расширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук. Начиная с 20-30-х годов, в качестве теоретической основы астрономического познания стали выступать (наряду с классической механикой) релятивистская и квантовая механика, что существенно раздвинуло "теоретический горизонт" астрономических исследований. Общая теория относительности создала возможность модельного теоретического описания явлений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию – эту чрезвычайно важную отрасль астрономии – на твердую теоретическую почву¹.

А создание квантовой механики послужило чрезвычайно  мощным импульсом развития, как астрофизики, так и космогонического аспекта астрономии (в частности, выяснения источников энергии и механизмов эволюции звезд, звездных систем и др.); обеспечило переориентацию задач астрономии с изучения в основном механических движений космических тел (под влиянием гравитационного поля) на изучение их физических и химических характеристик. Выдвижение на первый план астрофизических проблем сопровождалось также интенсивным развитием таких отраслей астрономической науки, как звездная и внегалактическая астрономия.

Наряду  с этим существенно совершенствовались и эмпирические методы астрономического познания. Астрономия стала всеволновой, т.е. астрономические наблюдения проводятся на всех диапазонах длин волн излучений (радио,- инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма - диапазоны). Появилась также возможность непосредственного исследования с помощью космических аппаратов и наблюдений космонавтов околоземного космического пространства, Луны и планет Солнечной системы.

Все это  привело к значительному расширению наблюдаемой области Вселенной  и открытию целого ряда необычных (и, как правило, неожиданных и во многом необъяснимых) явлений. Среди этих открытий особенное значение имеют нестационарные процессы во Вселенной:

• обнаружение в конце 40-х годов существования "звездных ассоциаций", представляющих собой группы распадающихся после своего рождения звезд;
• обнаружение в 50-х годах явлений распада скоплений и групп галактик;
• открытие в 60-е годы квазаров (Квазары - самые мощные из известных сейчас источников энергии. При сравнительно небольших размерах (не более 1 светового месяца) средний квазар излучает вдвое больше энергии, чем вся наша Галактика, имеющая в поперечнике размер в 100 тысяч световых лет и состоящая из 200 млрд. звезд. Для квазаров характерны и признаки явной нестабильности: переменность блеска и выбросы вещества с огромными скоростями), радиогалактик, взрывной активности ядер галактик с колоссальным энерговыделением (~ 1 0 n эрг, где n = 6 0);
• нестационарных явлений в недрах звезд;
• нестационарных явлений в Солнечной системе (быстрый распад короткопериодических комет, планетарная эруптивная деятельность и др.).

Кроме того, к выдающимся астрономическим  открытиям следует отнести обнаружение²:

• "реликтового" излучения, которое является важнейшим аргументом в пользу теории "горячей" Вселенной;
• "рентгеновских звезд";
• пульсаров;
• космических мазеров на линиях некоторых молекул (воды, ОН и др.);
• вероятное открытие "черных дыр"; и др.

Попытки объяснить эти и другие новейшие открытия столкнулись с  рядом принципиальных трудностей, преодоление  которых связано с необходимостью совершенствования теоретико- методологического инструментария современной астрономии. Все это привело к значительному возрастанию количества разрабатываемых астрофизических и космологических моделей, концепций, опирающихся на разные принципы и не связанных пока единой фундаментальной теорией.

На этом фоне происходит интенсивная  дифференциация и интеграция знаний о Вселенной. Выделяются не только новые  отрасли теоретической и наблюдательной астрономии, но в связи с успехами космической техники возникают  прикладные отрасли астрономии.

В то же время возрастает роль общетеоретических  интегративных принципов, понятий, установок, которые формируются  под влиянием математики, физики, других естественных и даже гуманитарных наук³. Изменяется место астрономии в системе научного познания: она сближается не только с естественными и математическими, но и с гуманитарными науками, философией.

По сути, астрономия во второй половине ХХ века астрономия вступила в период научной революции, которая изменила способ астрономического познания – на смену классическому способу познания пришел "неклассический" способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок астрономического познания и астрономической картины мира⁴.

2. Методологические установки «неклассической» астрономии XX в.

 

Обзор современной астрономической картины мира показывает, что астрономия в XX в. кардинально преобразовала старые классические представления о Вселенной, ее структуре и эволюции, пережила глубокую научную революцию, которая изменила способ астрономического познания. На смену классического пришел «неклассический» способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок астрономического познания.

Основа астрономического познания – признание объективного существования предмета астрономической науки (космических тел, их систем и Вселенной в целом) и их принципиальной познаваемости научно-рациональными средствами (причем не только структурного, но и исторического аспекта Вселенной). Следовательно, можно говорить о полной победе материалистического принципа познаваемости природы, истории Вселенной в системе методологии астрономии XX в⁵.

Эмпирическая  основа современной астрономии – наблюдение во всеволновом диапазоне. Теоретические исследования и экспериментальные попытки регистрации гравитационных волн открывают перспективы развития гравитационной астрономии. Сведения о космосе несут космические лучи и нейтрино. Важная особенность наблюдений во внеоптических диапазонах состоит в том, что они дают информацию, как правило, о нестационарных процессах во Вселенной.

Теоретическая основа современной астрономии – не только классическая механика, но и релятивистская и квантовая механика, квантовая теория поля. Классическая механика не потеряла своего значения для астрономического познания (прежде всего, для объяснения процессов, происходящих в Солнечной системе). Как и прежде, все расчеты движений тел планетной системы и искусственных спутников Земли, Луны и планет, космических аппаратов, созданных человеком, осуществляются (в силу слабости релятивистских и квантовых эффектов для этих систем) на базе ньютоновской механики.

Физическая  реальность состоит из трех качественно  несводимых друг к другу уровней: микро-, макро- и мегамиров. В системе астрономического познания выделяются две большие подсистемы: во-первых, астрономические науки, изучающие закономерности космических тел и процессов макроуровня (небесная механика, астродинамика, астрометрия и др.); во-вторых, астрономические науки, изучающие космические процессы на уровне мегамира (внегалактическая астрономия, релятивистская космология и др.). Считается, что исследования носят космологический характер, если предмет изучения имеет линейные размеры, превышающие 109 пк; именно здесь проходит разграничительная линия между «обычным» астрономическим и космологическим масштабами.

В системе астрономического познания большую роль играет исследование закономерностей  микромира, связанных с процессами излучения звезд, ранних этапов эволюции Вселенной и т.п., поэтому современная астрономия пользуется и аппаратом микрофизики (квантовая механика, квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика и др.). Вопрос о глубинных внутренних связях между микро-, макро- и мегамирами, о том, что на определенном уровне они представляют, собой некое (диалектическое) единство, также входит в поле зрения современной астрономии.

Вопрос о единственности Вселенной как объекта космологии в современной астрономии решается отнюдь не однозначно. Наряду с точкой зрения, что Вселенная как объект космологии – это наша Метагалактика в ее самых общих свойствах, существует мнение, что множество вселенных, порождаемых виртуальной «пеной» физического вакуума, могут сосуществовать друг с другом, а тезис об уникальности Вселенной должен рассматриваться как исторически относительный, определяемый уровнем практики.

Хотя эмпирических данных, подтверждающих представление о множественности вселенных, пока нет (более того, проблематична даже та конкретная логико-гносеологическая форма, в которой такой эмпирический базис может быть зафиксирован), тем не менее, такое представление вытекает из принципов инфляционной космологии.

Претерпевают значительные изменения трактовки сущности пространства и времени. С одной стороны, современная астрономия опирается на общую теорию относительности, в соответствии с которой пространственно-временные характеристики перестают быть фундаментальными, не зависимыми ни от чего понятиями физики.

Геометрические характеристики тел, их поведение и ход часов зависят  прежде всего от гравитационных полей, которые в свою очередь создаются  материальными телами. Важное значение имеет то обстоятельство, что в релятивистской физике такая характеристика, как «конечность-бесконечность», является вариантом (относительной величиной), значит, противопоставление конечности и бесконечности относительно – конечность пространства в одной системе не исключает его бесконечности в другой. Более того, относительны не только «конечность-бесконечность», но и топологические характеристики пространства-времени.

Это значит, что метрический и  континуальный характер пространства-времени  в нашей Вселенной относителен  и возможны пространственно-временные организации вещества и поля с иными топологическими характеристиками.

С другой стороны, инфляционная космология допускает на ранних стадиях эволюции Вселенной раздувание физического  вакуума со скоростью, на много порядков превышающей скорость света; стадия раздувания физического вакуума, наполненного скалярным полем, осуществляется без присутствия вещества и излучения, которые к тому времени еще не образовались⁶.

Современная астрономия теоретически и эмпирически обосновывает идею нестационарности Вселенной: мир астрономических объектов находится в состоянии постоянного качественного изменения, развития. Идея развития пронизывает всю современную астрономию. Эта идея носит не умозрительный характер, а воплощается в конкретных астрофизических и космологических моделях.

Общая идея о нестационарности Вселенной (пространственной и структурной) конкретизируется в следующих методологических установках:

• во-первых, развитие космических тел рассматривается диалектически – со взрывами, скачками, перерывами постепенности; при этом учитывается многообразие путей развития, включая моменты нисходящего, регрессивного движения;
• во-вторых, в качестве факторов, определяющих процесс развития космических тел, рассматриваются все четыре известных сейчас фундаментальных взаимодействия; прибегать ко всем четырем приходится в моделировании начальных стадий эволюции Вселенной, вблизи сингулярности; в масштабах Метагалактики решающая роль принадлежит силе тяготения;
• в-третьих, признается необходимость доведения теоретического описания астрономического объекта и его эволюции до выделения его индивидуальных черт, поскольку астрономические объекты даже одного типа (например, звезды или даже звезды определенного класса) имеют заметные индивидуальные различия (масса, светимость, химический состав, температура и др.).

Современная астрономия исходит из установки о космогоническом  смысле (прямом или опосредованном) любой астрономической проблемы. Именно космогонический аспект исследования Вселенной начинает все больше выступать в виде того организующего центра, который объединяет различные разделы дифференцировавшейся астрономической науки.

В современной неклассической астрономии (так же, как и в классической) нет свободы выбора условий наблюдения. Современная астрономия осознает зависимость результата наблюдения от условий, в которых находится наблюдатель. Но в отличие от классической современная астрономия не во всех случаях допускает возможность пренебречь этой зависимостью или внести в нее поправку. В современной астрономии на эмпирическом уровне познания возрастает роль субъекта. Так, при объяснении с помощью общей теории относительности космологических явлений (искривленного пространства-времени) необходимо пользоваться классическими понятиями для описания содержания эксперимента с излучением от удаленных объектов, поскольку он происходит в однородной и изотропной локальной области плоского пространства-времени. Это описание условий эксперимента не может быть элиминировано в окончательном результате исследования.

Резкое возрастание теоретической активности субъекта современного астрономического познания. Современная астрономия (как и «неклассическая» физика) отвергает классический идеал абсолютного описания, согласно которому в рамках одной теории можно достичь исчерпывающего описания закономерностей и свойств мира астрономических объектов. В системе теоретического описания структуры и эволюции Вселенной необходима не одна, а множество теоретических моделей.