Строение Вселенной

Средневековая картина мироздания в эпоху Средневековья выглядела следующим образом. Земля представлялась плоским диском, в центре которого располагался Иерусалим. На самом крайнем Востоке (на средневековых картах он занимал место Северного полюса) с высокой горы стекали четыре реки – Тигр, Евфрат, Ганг и Нил. Средиземное море делило земной диск на три части: Азию, Европу, Африку. Над землей протянулись небесные сферы: воздуха, огня, эфира, звезд, ангелов, Святой Троицы и прочее. Вокруг Земли по круговой траектории якобы вращалось Солнце.

История мира считалась конечной. Сотворение мира исчисляли в 4-5 тысяч лет до пришествия Христа. Рождение, жизнь, смерть и воскресение Иисуса Христа как бы делили историю мира на две части: «до» и «после» рождества Христова. Вторым пришествием Христа и Страшным судам история мира должна была закончиться.

За зримым миром стоял мир незримый, а за души людей боролись ангелы и демоны.

Время мира текло медленно, практически ничего традиционно не менялось от поколения к поколению. Единицей измерения времени был год, а точнее повторяющийся цикл сельскохозяйственных работ. Час определяли по колокольному звону, солнечным или песочным часам. Минуты не измерялись вообще. Время связывалось с какими-то событиями, пространство – с лесами, полями, горами и прочими заполняющими его вехами.

В любом событии символично видели некий божественный смысл.

Средневековую картину мира постепенно разрушили научные открытия, сделанные в русле Коперниканской революции, подготовленной следующими событиями:

- открытием книгопечатания (в 1440 г. в Голландии появилась печать с наборного шрифта, в 1450 году в Германии Иоганн Гуттенберг отпечатал первую «Библию», в 1564 году Иван Федоров отпечатал первую книгу в России);

- появлением дешевой бумаги вместо пергамента или бересты;

- открытием Америки в 1492 году генуэзцем Христофором Колумбом и кругосветным путешествием в 1519 году португальца Фернандо Мегеллана, что практически доказывало шарообразность Земли.

Гелиоцентрическая система мира взамен геоцентризму Птолемея вновь была открыта польским монахом Николаем Коперником и изложена в его труде «Об обращении небесных сфер» в 1543 году. Земля у него лишалась своего центрального положения и рассматривалась одной из планет, вращающихся вокруг Солнца.

Подлинным основоположником современной науки в начале XVI века стал итальянец Галилео Галилей «Он первым начал систематически применять экспериментальный метод, соединенный с точным измерением и математической обработкой полученных данных» [Никифоров А. Л., 2008, с. 140]. С помощью экспериментов и наблюдения Галилей установил закон свободного падения («все тела падают на землю с одинаковым ускорением»), ввел понятие инерции, обнаружил горы на Луне и пятна на Солнце, открыл четыре спутника планеты Юпитер, рассмотрел в телескоп, что Млечный путь – это мириады звезд.

Современник Галилея немецкий астроном Иоганн Кеплер, опираясь на 20-летние наблюдения датчанина Тихо де Браге, установил эллиптическую траекторию планет, устранив эпициклы (ранее предполагалось, что круговое движение испытывает не сама планета, а некий центр, вокруг которого вращается планета).

Итальянец Джордано Бруно в конце XVI века писал, «что Вселенная бесконечна, что звезды – это такие же солнца, как наше собственное, что они также способны иметь планеты, на которых, возможно, обитают разумные существа, подобные нам самим» [Никифоров А. Л., 2008, с. 141-142].

В 1687 году англичанин Исаак Ньютон в своем главном труде «Математические начала натуральной философии» объяснил движение земных и небесных тел. Опираясь на сформулированные им три закона механики и закон всемирного тяготения, Ньютон «показал, что падение яблока на землю и движение Луны вокруг Земли подчиняется одним и тем же законам» [Никифоров А. Л., 2008, с. 142]. Ученый заявил, что Вселенная есть безграничное пространство, в котором движутся звезды и планеты, что Пространство это однородно и изотропно (не имеет выделенных мест и направлений, «верха» и «низа»).

Последовавшее за этим в XVIII веке быстрое усовершенствование астрологических инструментов позволило немецкому астроному Фридриху Вильгельму (Уильяму) Гершелю в 1784 году открыть новую планету – Уран, более чем в два раза увеличив представляемые размеры Солнечной системы. Гершель обнаружил движение уже не только Земли, но и Солнца в направлении созвездия Геркулеса; обнаружил колоссальное количество новых звезд и звездных скоплений – галактик и метагалактик; установил, что звезды различаются размерами, температурой, возрастом; открыл двойные и тройные звезды, связанные силами тяготения.

В середине XIX века немецкий физик Г. Кирхгоф и химик Р. Бунзен разработали спектральный анализ, позволяющий установить существование в атмосфере Солнца паров натрия. Кирхгоф сформулировал закон, согласно которому газы поглощают волны света той же длины, которую они способны излучать. «Таким образом, зная, волны света какой длины излучают светящиеся газы тех или иных химических элементов, и, наблюдая темные линии в спектре светящегося тела на месте этих волн, физик может сказать, какие химические элементы присутствуют в составе этого тела [Никифоров А. Л., 2008, с. 145]. Было доказано, что по своему химическому составу Земля, Солнце, звезды практически однородны.

Итак, Земля стала рассматриваться в качестве одной из многих и многих планет, а Солнечная система – одной из множества звездных систем периферийной области одной из многочисленных галактик (в нашем случае спиралевидной).

Дальнейшее развитие знаний о Вселенной было связано с созданием Альбертом Эйнштейном в начале XX века общей и специальной теории относительности. В 1905 году была опубликована его статья «К электродинамике движущихся сред», утверждающая, что принцип относительности распространяется и на электромагнитные явления.

Еще задолго до Эйнштейна в классической механике Ньютона был известен принцип относительности Галилея, согласно которому во всех инерциальных системах все механические процессы описываются (происходят) одинаково, какие бы инерциальные системы координат, то есть системы отсчета, покоящиеся или движущиеся друг относительно друга прямолинейно и равномерно мы не выбирали. Для механических явлений этот закон действовал.

Когда же исследованные к тому времени электрические, магнитные и оптические явления были объединены английским физиком Дж. К. Максвеллом в единую электромагнитную теорию, встал вопрос о применимости принципа относительности специально для электромагнитных явлений. На поставленный вопрос и ответил Эйнштейн, но его ответ требовал существенного пересмотра представлений о пространстве и времени. В классической механике пространство и время рассматривались независимыми от материальных масс и неизменными. В теории относительности пространство и время уже зависели от материальных тел, а их свойства изменялись в зависимости от скорости движения этих тел. Что полностью согласовывалось с уже установленным фактом постоянства и неизменности скорости света (300 000 км/сек).

В 1916 году Эйнштейн опубликовал важное дополнение к теории относительности, согласно которому вещество влияет на геометрическую структуру пространства: увеличение массы тела усиливает искривление пространства.

На этой основе Эйнштейн создал модель стационарной Вселенной. В соответствие с данной моделью вещество Вселенной искривляет пространство в колоссальную замкнутую сферу (не-Евклидово пространство). Таким образом, вселенная оказывается не бесконечной, а безграничной (если двигаться в одном направлении, то теоретически можно попасть в то же место, откуда началось движение, но с другой стороны).

В конце 20-х годов XX века американский астроном Э. Хаббл установил, что далекие звездные системы (галактики) удаляются от нас с огромной скоростью. Он сформулировал закон прямой зависимости возрастания скорости «убегания» галактики от увеличения её расстояния до наблюдателя. Так появилась нестационарная модель Вселенной, идея расширяющейся Вселенной, опираясь на которую русский физик Г. Гамов выдвинул концепцию «Большого взрыва». Согласно этой концепции, наша Вселенная возникла 15 млрд. лет назад в результате колоссального взрыва, породившего вещество, пространство, время.