Kosmologi

Kosmologi ( kosmos + logos ) är en gren av astronomi som studerar universums egenskaper och utveckling som helhet. Matematik , fysik och astronomi ligger till grund för denna disciplin .

Kosmologins historia

Tidiga former av kosmologi var religiösa myter om skapandet ( kosmogoni ) och förstörelse ( eskatologi ) av den existerande världen.

Kina

Arkeologiska fynd gör det möjligt för oss att hävda att skalet på en landsköldpadda , vars sköldar delar upp jordens plan i kvadrater, kan betraktas som prototypen av kosmos.

I de tidigaste av de textologiskt presenterade modellerna av kinesisk kosmologi, trodde man att jorden var täckt av himlen som en baldakin på en vagn , och denna baldakin roterar i ett horisontellt plan, som ett paraply (den så kallade gaitian蓋天modell, även kallad Zhoubi  - efter namnet på en matematisk avhandling, som beskriver beräkningar enligt denna modell). I mitten av Han-dynastin utmanades denna modell av astronomiska observationer. Det ersattes av idén om sfäriciteten hos kosmos som omger jorden ( huntian浑天-modell). OK. 180 e.Kr e. Cai Yong nämner också en tredje modell, xuanye宣夜, men det finns ingen information om den vid hans tid.

Europeiska antiken

Vissa forntida grekiska forskare stödde världens geocentriska system , enligt vilket i universums centrum finns en orörlig sfärisk jord, runt vilken fem planeter, solen och månen , kretsar . Det heliocentriska systemet i världen som föreslogs av Aristarchus från Samos , fick tydligen inte stöd av de flesta antika grekiska astronomer.

Världen ansågs begränsad av fixstjärnornas sfär [1] . Ibland tillkom en annan sfär, ansvarig för precession . Ämnet för kontroversen var frågan om vad som finns utanför världen: peripatetikerna , efter Aristoteles , trodde att det inte fanns något utanför världen (varken materia eller rymd), stoikerna trodde att det fanns ett oändligt tomt utrymme, atomisterna ( Leucippus , Demokritos , Metrodorus , Epikuros , Lucretius ) trodde att det finns andra världar utanför vår värld. Synen på Heraklid Pontus skiljer sig åt, enligt vilka stjärnorna är avlägsna världar, inklusive jord och luft; han, liksom atomisterna, trodde att universum var oändligt. I slutet av antiken uppträdde den religiösa och mystiska läran om Hermeticism , enligt vilken utanför världen kan det finnas ett område av icke-materiella varelser - andar [2] .

Många försokratiker trodde att armaturernas rörelse styrdes av en gigantisk virvelvind som gav upphov till universum. Men efter Aristoteles trodde de flesta forntida astronomer att planeterna i sin rörelse bärs av materiella sfärer, bestående av ett speciellt himmelskt element - eter , vars egenskaper inte har något att göra med elementen jord, vatten, luft och eld , som gör upp den "undermånära världen". Det fanns en utbredd åsikt om den gudomliga naturen hos de himmelska sfärerna eller armaturerna, deras animation.

Medeltiden

Under medeltiden dominerades astronomi och filosofi i både kristna och muslimska länder av Aristoteles kosmologi , kompletterad med den ptolemaiska teorin om planeternas rörelse, tillsammans med idén om de materiella himmelssfärerna. Vissa filosofer från XIII-XIV-talen. trodde att den oändligt allsmäktige Gud kunde skapa, förutom våra, andra världar [3] [4] ; denna möjlighet ansågs dock rent hypotetisk: även om Gud kunde skapa andra världar, gjorde han det inte. Vissa filosofer (till exempel Thomas Bradwardine och Nicholas Orem ) trodde att det bortom vår värld finns ett oändligt utrymme som tjänar som Guds boning (en modifiering av hermetisternas kosmologi, som också ansåg att rymden utanför världen var relaterad till den andliga sfären [5] ).

Renässansen

En nyskapande karaktär är Nicholas of Cusas kosmologi , som beskrivs i avhandlingen Om lärd okunnighet . Han antog universums materiella enhet och ansåg att jorden var en av planeterna som också rörde sig; himlakroppar är bebodda, liksom vår jord, och varje observatör i universum med samma förnuft kan anse sig vara orörlig. Enligt hans åsikt är universum obegränsat, men ändligt, eftersom oändligheten bara kan vara karakteristisk för Gud ensam. Samtidigt finns många element av medeltida kosmologi bevarade i Cusan, inklusive tron ​​på existensen av himmelska sfärer, inklusive den yttre - sfären av fixstjärnor. Dessa "sfärer" är dock inte absolut runda, deras rotation är inte enhetlig, rotationsaxlarna upptar inte en fast position i rymden. Som ett resultat har världen inte ett absolut centrum och en tydlig gräns (förmodligen är det i denna mening som Kuzanz tes om universums oändlighet bör förstås) [6] .

Första hälften av 1500-talet präglades av framväxten av ett nytt, heliocentriskt världssystem av Nicolaus Copernicus. Copernicus placerade solen i mitten av världen, runt vilken planeterna kretsade (inklusive jorden, som också roterade runt sin axel). Copernicus ansåg fortfarande att universum var en begränsad sfär av fixstjärnor; uppenbarligen behöll han sin tro på existensen av himmelska sfärer [7] .

En modifiering av det kopernikanska systemet var Thomas Digges- systemet , där stjärnorna inte är belägna på samma sfär, utan på olika avstånd från jorden till oändligheten. Vissa filosofer ( Francesco Patrici , Jan av Essen ) lånade bara en del av Copernicus läror - jordens rotation runt sin axel, även med tanke på stjärnorna som är utspridda i universum till oändlighet. Dessa tänkares åsikter bär spår av hermetismens inflytande, eftersom universums region utanför solsystemet av dem ansågs vara den icke-materiella världen, Guds och änglarnas livsmiljö [8] [9] [10] .

Ett avgörande steg från heliocentrism till ett oändligt universum, jämnt fyllt med stjärnor, togs av den italienske filosofen Giordano Bruno . Enligt Bruno bör universum se ungefär likadant ut från alla håll. Av alla tänkare i modern tid var han den första som antydde att stjärnorna är avlägsna solar och att fysiska lagar är desamma i all oändlig och gränslös rymd [11] . I slutet av 1500-talet försvarade William Gilbert också universums oändlighet . I mitten av andra hälften av 1600-talet stöddes Brunos åsikter av Rene Descartes , Otto von Guericke och Christian Huygens .

Uppkomsten av modern kosmologi

Framväxten av modern kosmologi är förknippad med utvecklingen under 1900-talet av Einsteins allmänna relativitetsteori (GR) och partikelfysik . Einstein publicerade den första studien om detta ämne baserad på allmän relativitet 1917 under titeln Kosmologiska överväganden till den allmänna relativitetsteorin. I den introducerade han 3 antaganden: universum är homogent, isotropiskt och stationärt. För att uppfylla det senare kravet introducerade Einstein ytterligare en " kosmologisk term " i gravitationsfältsekvationerna . Lösningen han fick innebar att universum har en ändlig volym (stängd) och positiv krökning .

År 1922 föreslog A. A. Fridman en icke-stationär lösning på Einsteins ekvation , där det isotropa universum expanderade från en initial singularitet . Upptäckten av den kosmologiska rödförskjutningen av galaxer 1929 av E. Hubble bekräftade teorin om ett icke-stationärt universum . Således kom den nu allmänt accepterade teorin om Big Bang till .

Age of the Universe

Universums ålder är tiden sedan Big Bang . Enligt moderna vetenskapliga data ( WMAP 9-resultat) är det 13,830 ± 0,075 miljarder år [12] . Nya data från Europeiska rymdorganisationens kraftfulla Planck-satellitteleskop visar att universums ålder är 13,798 ± 0,037 miljarder år (68 % konfidensintervall ) [13] [14] [15] .

Den moderna uppskattningen av universums ålder är baserad på en av de vanligaste modellerna av universum, den så kallade standardkosmologiska ΛCDM-modellen .

Huvudstadierna i universums utveckling

Av stor betydelse för att bestämma universums ålder är periodiseringen av huvudprocesserna som förekommer i universum. Följande periodisering är för närvarande accepterad [16] :

• Den tidigaste epok som det finns några teoretiska spekulationer om är Plancktiden ( 10–43 s efter Big Bang ). Vid denna tidpunkt separerade gravitationsinteraktionen sig från resten av de fundamentala interaktionerna . Enligt moderna begrepp varade denna epok av kvantkosmologi till cirka 10 −11 s efter Big Bang.
• Nästa epok kännetecknas av födelsen av de ursprungliga partiklarna av kvarkar och separationen av typerna av interaktioner. Denna epok varade till tider av storleksordningen 10 −2 s efter Big Bang. För närvarande finns det redan möjligheter till en tillräckligt detaljerad fysisk beskrivning av denna periods processer.
• Den moderna eran av standardkosmologi började 0,01 sekunder efter Big Bang och fortsätter till denna dag. Under denna period bildades kärnorna av primära element, stjärnor, galaxer och solsystemet uppstod .

En viktig milstolpe i historien om universums utveckling under denna era är rekombinationens era , då frågan om det expanderande universum blev genomskinlig för strålning. Enligt moderna koncept hände detta 380 tusen år efter Big Bang. För närvarande kan vi observera denna strålning i form av en relikbakgrund , vilket är den viktigaste experimentella bekräftelsen av existerande modeller av universum.

"Planck"

" Planck " är en rymdfarkost från European Space Agency (ESA) utformad för att studera variationer i den kosmiska mikrovågsbakgrunden - den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som bildades som ett resultat av Big Bang vid tiden för universums födelse .

Informationen som samlats in av Planck gjorde det möjligt för forskare att bygga den mest detaljerade kartan över temperaturfluktuationer i distributionen av mikrovågsstrålning på himmelssfären hittills. Tidigare byggdes en liknande karta med hjälp av NASA:s WMAP-data , men dess upplösning var sämre än de data som erhölls av Planck.

Planckdata visade att temperaturfördelningen av CMB över himmelssfären motsvarar helt slumpmässiga fluktuationer med en normalfördelning . Parametrarna för funktionen som beskriver den uppmätta fördelningen överensstämmer med universums modell, som består av:

• 4,9 % av vanligt material,
• 26,8 % från den så kallade mörka materian (möjligen från hypotetiska tunga supersymmetriska partiklar ) och
• 68,3 % av den ännu mer mystiska mörka energin som orsakar den accelererade expansionen av universum.

Bland andra parametrar bestäms data från "Planck" (baserat på ΛCDM- modellen, det vill säga Friedmanns kosmologiska modell med Λ-termen och kall mörk materia engelska  Cold Dark Matter )

• Universums ålder : (13.787±0.020)⋅10 9 år;
• Hubble konstant : 67,66±0,42 km/s/ Mpc ;
• strömbarjondensitet : ( 0,02242 ±0,00014)⋅10 −7 cm −3 ;
• kall mörk materia densitet: 0,11933±0,00091
• optisk tjocklek av Thomson-spridning på grund av återjonisering: 0,0561±0,0071
• krökningsstörningseffektspektrum: 3,047±0,014
• skalärt spektralindex: 0,9665±0,0038
• mörk energitäthet: 0,6889±0,0056
• materiedensitet: 0,3111±0,0056
• densitetsfluktuationer vid 8h −1 Mpc: 0,825±0,011
• medföljande ljudhorisontstorlek vid z = z * (Mpc): 144,57±0,22
• 100× ljudhorisonts vinkelskala vid sista spridning: 1,04119±0,00029
• rödförskjutning med baryoniskt drag optiskt djup = 1: 1060,01±0,29
• medföljande ljudhorisontstorlek vid z = z impedans : 147,21±0,23

WMAP

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) är en NASA- rymdfarkost designad för att studera den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen som bildades som ett resultat av Big Bang vid tiden för universums födelse .

Informationen som samlats in av WMAP gjorde det möjligt för forskare att bygga den mest detaljerade kartan över temperaturfluktuationer i distributionen av mikrovågsstrålning på himmelssfären hittills. Tidigare byggdes en liknande karta med NASA COBE-data , men dess upplösning var betydligt - 35 gånger - sämre än de data som erhölls av WMAP.

WMAP-data visade att CMB- temperaturfördelningen över himmelssfären motsvarar helt slumpmässiga fluktuationer med en normalfördelning . Parametrarna för funktionen som beskriver den uppmätta fördelningen överensstämmer med universums modell, som består av:

• 4 % av vanligt material,
• 23 % från den så kallade mörka materian (möjligen från hypotetiska tunga supersymmetriska partiklar ) och
• 73% av den ännu mer mystiska mörka energin som orsakar den accelererade expansionen av universum.

WMAP-data tyder på att mörk materia är kall (det vill säga den består av tunga partiklar och inte neutriner eller andra lätta partiklar). Annars skulle ljuspartiklar som rör sig med relativistiska hastigheter sudda ut de små densitetsfluktuationerna i det tidiga universum.

Bland andra parametrar bestäms från WMAP-data (baserat på ΛCDM- modellen, det vill säga Friedmanns kosmologiska modell med Λ-termen och kall mörk materia engelska  Cold Dark Matter ) [17] :

• Universums ålder : (13,73 ± 0,12)⋅10 9 år;
• Hubble konstant : 71 ± 4 km/s/ Mpc ;
• strömbarjondensitet : (2,5 ± 0,1) ⋅10 −7 cm −3 ;
• universums planhetsparameter (förhållandet mellan den totala densiteten och den kritiska ): 1,02 ± 0,02;
• total massa för alla tre typer av neutrino : <0,7 eV.

Baserat på Planck TT, TE, EE+linsing+BAO+JLA+H0 recension

• 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( 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

Anteckningar

1. ↑ Furley, 1981 .
2. ↑ Gatti, 1999 , sid. 103.
3. ↑ McColley, 1936 .
4. ↑ Grant, 1994 .
5. ↑ För inflytandet av hermetisk litteratur på Bradwardine, se Grant, 1969 .
6. ↑ Koire, 2001 , sid. 2-17 och särskilt sid. fjorton.
7. ↑ Barker, 1990 .
8. ↑ Koire, 2001 .
9. ↑ Gatti, 1999 , sid. 105-106.
10. ↑ Granada, 2008 .
11. ↑ Koire, 2001 , sid. 31-45.
12. ↑ Kosmologiska parametrar  för WMAP . NASA . Goddard Space Flight Center. Hämtad 22 mars 2013. Arkiverad från originalet 22 mars 2013.
13. ↑ N° 7-2013 : PLANCK AVSÖR ETT NÄSTAN PERFEKT UNIVERSUM  . Hämtad 13 juli 2015. Arkiverad från originalet 6 oktober 2014.
14. ↑ Planck Collaboration. Planck 2013 resultat. XVI. Kosmologiska parametrar  (engelska)  // ArXiv/astro-ph. - 2013. - . - arXiv : 1303.5076 .
15. ↑ PAR Ade et al . (Planck Collaboration). Planck 2013 resultat. I. Översikt över produkter och vetenskapliga resultat  (engelska)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2013. - 22 mars ( vol. 1303 ). — S. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - . - arXiv : 1303.5062 . Arkiverad från originalet den 23 mars 2013. Arkiverad kopia (inte tillgänglig länk) . Hämtad 13 juli 2015. Arkiverad från originalet 13 augusti 2016. (obestämd) 
16. ↑ En kort historia av universum . Arkiverad från originalet den 30 september 2008. (obestämd)
17. ↑ D.N. Spergel, R. Bean, O. Dore et al. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Treårsresultat: Implikationer för kosmologi. Astrofysik, abstrakt astro-ph/0603449 . Hämtad 6 juli 2020. Arkiverad från originalet 21 juni 2020. (obestämd)

Litteratur

• Barker P. Copernicus, orbs och equant . — Syntes. - 1990. - T. 83, nr. 2. - P. 317-323.
• C. Bonneau, S. Brunier. En sond trotsar l'espace et le temps. Science&Vie, nr 1072, Janvier 2007, sid. 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 och renässansvetenskap. — Cornell University Press, 1999. .
• Gombrich, RF "Forntida indisk kosmologi." I Ancient Cosmologies, redigerad av Carmen Blacker och Michael Loewe, 110-142. London: Allen och Unwin, 1975.
• Granada, Miguel A. Kepler och Bruno om universums oändlighet och solsystem // Journal for the History of Astronomy. - 2008. - T. 39, nr 4. - P. 469-495.
• Grant E. Medeltida och sjuttonde århundrades föreställningar om ett oändligt tomrum bortom kosmos // Isis. - 1969. - T. 60, nr 201. - S. 39-60. .
• Grant E. Planets, Stars and Orbs: The Medieval Cosmos, 1200-1687. — Cambridge, 1994. .
• Henderson, John B. Den kinesiska kosmologins utveckling och nedgång. Serien om nykonfucianska studier. New York: Columbia University Press, 1984.-->
• McColley G. 1600-talets doktrin om en mångfald av världar // Annals of Science. - 1936. - Nr 1. - S. 385-430. .
• Sircar DS kosmografi och kosmologi i tidig indisk litteratur. Calcutta, 1976 (1 upplaga: Calcutta, 1967)
• Longair Malcolm S. The Cosmic Century: A History of Astrophysics and Cosmology. — Cambridge University Press, 2006.

• Bakina V. I. Kosmologiska läran om Herakleitos från Efesos // Bulletin of Moscow University. Ser. 7. Filosofi. 1998. Nr 4. S. 42-55.
• Bakina V. I. Kosmologiska läror från de tidiga grekiska filosoferna: Proc. ersättning. M., Moscows förlag. universitet 1999. - 104 sid.
• Weinberg S. The First Three Minutes: A Modern Perspective on the Origin of the Universe. - Izhevsk: Forskningscentrum "Regular and Chaotic Dynamics", 2000, 272 s. ISBN 5-93972-013-7
• Gavryushin N. K. Bysantinsk kosmologi under XI-talet // Historisk och astronomisk forskning . - M .: "Nauka", 1983. Nummer XVI. sid. 325-338.
• Gavryushin N.K. Kosmologisk avhandling från 1400-talet som ett monument över forntida rysk naturvetenskap // Monument för vetenskap och teknik . 1981. Moskva: Nauka, 1981, s. 183-197.
• Lauren Graham Kapitel XII Kosmologi och kosmogoni från boken Natural Science, Philosophy and the Sciences of Human Behavior in the Soviet Union
• Zhitomirsky SV Heliocentrisk hypotes om Aristarchus från Samos och antik kosmologi. // Historisk och astronomisk forskning. M., 1986. Nummer. 18. S. 151-160.
• Idlis G. M. Revolutioner inom astronomi, fysik och kosmologi. M., 1985. - 232 sid.
• Koire A. Från den slutna världen till det oändliga universum. – 2001.
• Kosmologiska verk i det antika Rysslands bokaktighet. Del II: Texter av plan-mygga och andra kosmologiska traditioner // Serien "Monument of Old Russian Thought". Problem. IV (2) / Res. Utg.: V.V. Milkov, S.M. Polyansky. SPb.: Förlag. hus "Mir", 2008 (640 s. (50-7 a. l.).
• Lebedev A. V. Thales och Xenophanes (Forntida fixering av Thales kosmologi) // Antik filosofi i tolkningen av borgerliga filosofer. M., 1981.
• Lupandin I. V. Aristotelian kosmologi och Thomas Aquinas // Frågor om naturvetenskapens och teknikens historia . 1989. Nr 2. S. 64-73.
• Makeev V. A. Forntida filosofisk kosmografi i den moderna kulturen i länderna i öst. — M.: RUDN-universitetet, 1993
• Mochalova I. N. Om två kosmologiska traditioner i Early Academy // Bulletin of the Leningrad State University uppkallad efter A. S. Pushkin (filosofiserie). 2007. - Nr 3 (6). - S. 26-34.
• Nagirner D. I. Element av kosmologi. - St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg State University, 2001.
• Pavlenko A.N. Modern kosmologi: problemet med belägg // Astronomi och den vetenskapliga bilden av världen. M. IFRAN, 1996;
• Pavlenko A. N. European Cosmology: Foundations of the Epistemological Turn, M. - INTRADA, 1997;
• Sazhin M. V. Modern kosmologi i populär presentation. URSS. 2002. 240 sid.
• Semushkin A. V. Spekulativ kult av kosmos i tidig grekisk filosofi // Religion i en föränderlig värld. - M .: RUDNs förlag, 1994. - S. 27-39.
• Tursunov A. Filosofi och modern kosmologi. M., 1977.
• M. L. Filchenkov, S. V. Kopylov, V. S. Evdokimov Kurs i allmän fysik: ytterligare kapitel.
• Frolov B. Nummer i arkaisk kosmologi // Astronomy of ancient societies. M., 2002. S. 61-68.
• Chernin A.D. Stjärnor och fysik. Pulsarer, galaxernas koronor, kvasarer, relikstrålning. — URSS, 2018, 176 sid.

Länkar

• Webbplats om modern kosmologi // modcos.com
• Klimushkin D. Yu. Kosmologi
• Ned Wrights handledning om kosmologi . Arkiverad från originalet den 25 augusti 2011.  (obestämd) (Engelsk)
• Kosmologi och teologi . Arkiverad från originalet den 15 mars 2013. (obestämd)
• Publicering av författarna till WMAP- projektet
• Vad WMAP mätte // Astronet
• A. Levin. Uppdraget "Ulysses" avslutat, men vandringen fortsätter. // "Element"

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk stor kines stor kines Stor norsk Stor ryss runt världen Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Brockhaus Katolsk (1997—...) Universalis
I bibliografiska kataloger BNF : 119317955 J9U : 987007567989505171 LCCN : sh85033169 LNB : 000055251 NDL : 00574083 NKC : ph114989