В XX веке в астрономию проникают идеи развития, под влиянием которых возникает новая наука - космология. До ХХ века, за исключением отдельных представлений о развитии Солнечной системы, идея всеобщности развития оставалась чужда астрономии. Сохранялась метафизическая картина Вселенной, сформировавшаяся в XVII – XVIII веках.
Метафизика как метод познания игнорирует развитие объекта, понимает движение только как перемещение объекта, или как количественное увеличение и уменьшение. Диалектика различает количественные и качественные изменения. Если движение – это любое изменение, то развитие – это качественные, направленные, необратимые изменения.
Уже в XIX веке стало очевидным, что вне развития не понять живую природу и общество. Но неживая природа по-прежнему представлялась статичной. Например, во Вселенной рождаются, перемещаются в пространстве и гибнут отдельные тела, но Вселенная в целом качественно не меняется. Наблюдательные данные того времени говорили в пользу вечной, неизменной и однородной Вселенной. При этом модель стационарной Вселенной противоречила даже тем законам, которые были известны уже в классической физике. Силы гравитации не позволяют Вселенной оставаться неизменной. Но даже Эйнштейн, создав теорию относительности, ещё пытался сохранить представления о неизменности Вселенной. Для этого он в 1917 году модифицировал уравнения ОТО, введя в них новую константу – космологическую постоянную. Новая константа характеризовала силу, которая должна была уравновесить силы притяжения и обеспечить миру статичность. Сама идея стационарности Вселенной оказалась заблуждением, но открытие космологической постоянной сыграло важнейшую роль в космологии.
Переворот во взглядах на Вселенную произошёл благодаря работам советского математика Александра Александровича Фридмана. Изначально веря в нестационарность Вселенной, Фридман сумел математически обосновать новый подход. Он доказал, что уравнения ОТО допускают несколько моделей, в которых динамика Вселенной связана с геометрией её пространства. В случае отрицательной или нулевой кривизны пространства Вселенная должна неограниченно расширяться. В случае положительной кривизны пространства Вселенная может как расширяться, так и сжиматься. Все три релятивистские модели предполагают, что расширение Вселенной начинается с сингулярного состояния, в котором Вселенная была точкой с бесконечной плотностью.
Т.о. Фридман сделал первый шаг к разрушению метафизических стереотипов, заложив основы современной космологии. Но модели Фридмана оставались умозрительными теориями до 1929 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл в наблюдениях установил факт расширения Вселенной. Хаббл эмпирически вывел линейный закон, согласно которому галактики удаляются от Земли со скоростью прямо пропорциональной расстоянию до них.
Следующим шагом в развитии теоретической космологии стала модель «горячей» Вселенной, созданная Георгием Антоновичем Гамовым. Экстраполяция на прошлое наблюдаемых процессов привела к выводу, что в начале истории Вселенная имела малый объём и, следовательно, огромную температуру. Гамов описал, какой могла быть материя в то время. Он предположил, что в настоящем должно сохраняться излучение, оставшееся с тех времён, когда Вселенная была раскалённой материей. Это излучение было обнаружено в 1965 г. и получило в отечественной науке название «реликтовое излучение». Применительно к модели Гамова, в науку также вошло понятие «Большой взрыв», характеризующее рождение Вселенной.
Последним крупнейшим открытием в космологии стало открытие космического вакуума. Диалектико-материалистическая философия ещё в XIX веке пришла к выводу о невозможности существования пустого пространства. Пространство и время – это всеобщие формы существования материи, а форма не может быть пустой, без содержания. В физике вакуум уже давно известен не как пустота, а как особая материальная среда, низшее энергетическое состояние квантовых полей. Но природа космического вакуума до сих пор остаётся невыясненной. В 1917 г. Эйнштейн ввёл космологическую постоянную и, сам того не подозревая, предсказал существование космического вакуума. А в 1998-99 гг. две группы астрономов эмпирически установили и факт существования космического вакуума как материальной среды, и его роль в расширении Вселенной.
Т.о. в настоящее в космологии считаются доказанными следующие факты. Вселенная эволюционирует. Её возраст составляет порядка 13,7 млрд. лет. В начале истории Вселенная была раскалённой материей, которая с огромной скоростью расширялась и постепенно остывала. Расширение замедлялось под действием сил гравитации. Но когда возраст Вселенной составил 6-8 млрд. лет скорость расширения стала опять возрастать под действием антигравитации вакуума.
Вакуум является одним из самых странных физических объектов. Он обладает положительной плотностью, но отрицательным давлением. Помещённые в вакуум вещественные тела испытывают действие антигравитации. Плотность вакуума во Вселенной остаётся постоянной, тогда как плотность вещества в процессе расширения постоянно падает. Последние 6-8 млрд. лет во Вселенной преобладает вакуум. Плотность его энергии превышает плотность энергии всех остальных видов материи вместе взятых. Поэтому силы отталкивания оказываются сильнее гравитации, скорость расширения постоянно возрастает, и ничто не сможет остановить этот процесс.
Наблюдаемая Вселенная в больших масштабах однородна, не имеет центра, а Земля не занимает в ней выделенного положения. Расширение происходит не от центра, а выражается в увеличении расстояния между всеми галактиками. Геометрия пространства в наблюдаемой Вселенной близка к евклидовой.
Наука 20 века углубила представления о диалектических взаимосвязях и развитии материального мира. Развиваться способны не только живая природа и общество. Идея развития окончательно проникает и в астрономию. Возникает принцип глобального эволюционизма, создаётся грандиозная картина меняющегося мира. Вселенная имеет историю, у которой было начало, и вероятно, может быть конец. История Вселенной – это единая цепочка превращений, в начале которой неупорядоченная материя, а в настоящий момент – возникновение и развитие разума.
ЧЕЛОВЕК И ВСЕЛЕННАЯ.
В ХХ веке наука раскрыла многие фундаментальные тайны человека и Вселенной. Наука свидетельствует, что жизнь нельзя понять как локальный феномен. Это не значит, что жизнь зародилась вне пределов Земли. Это значит, что предпосылкой для её зарождения стала вся история Вселенной. Выяснилось, что лежащие в основе природы законы образуют уникальное, единственно возможное сочетание, при котором во Вселенной может возникнуть жизнь и разум. Наука доказала, что наблюдаемая Вселенная не вечна, а возникла в результате Большого взрыва. Встаёт ряд важнейших для мировоззрения вопросов. Почему возникла именно такая Вселенная? Закономерно или случайно появился во Вселенной человек?
Сторонники религиозного мировоззрения считают человека целью божественного творения. Следовательно, Вселенная является именно такой, потому что такой её задумал бог, идеально приспособив для человека. Религиозное учение о целесообразности мира называется телеологией. Подобные взгляды лежали в основе антропоцентризма, согласно которому Земля и человек на ней являются центром мира, а вся Вселенная существует ради человека. Астрономия шаг за шагом разрушала предрассудки антропоцентризма. Выяснялось, что ни Земля, ни Солнце, ни даже Галактика не занимают центрального положения, потому что у Вселенной вообще нет центра. Наконец, возникло предположение, что и наблюдаемая Вселенная является лишь одной из многих возможных миров.
Теория допускает различные модели Вселенной, в том числе такие, в которых невозможна жизнь. Почему реализовалась именно наша модель, в которой начальные условия допускали возможность жизни? Сочетание фундаментальных констант, характеризующих нашу Вселенную, удивляет современную науку своей точной сбалансированностью. Малейшее отклонение в массах частиц или в величине фундаментальных констант связи, и жизнь во Вселенной никогда не смогла бы возникнуть. Осознание этих фактов привело к формированию в науке антропного принципа – принципа изучения Вселенной с точки зрения возможности появления в ней человека. Понятие «антропный принцип» охватывает множество различных идей, методологических подходов и имеет как минимум четыре основных формулировки.
Слабый антропный принцип Начальные условия Вселенной не содержали неизбежную возможность появления человека. Но Вселенная огромна, и возраст жизни её велик. Поэтому в одном или нескольких местах, на одном из этапов случайно могли сложиться условия, допускающие появление человека. Мы наблюдаем приспособленную к жизни Вселенную. Она не всегда была такой, но только такой мы и можем её наблюдать. Слабый антропный принцип привлекает многих учёных реалистичностью, и даже тривиальностью и не вызывает споров.
Сильный антропный принцип Наблюдаемая вселенная изначально должна была быть такой, чтобы в ней появился человек. Начальные условия должны быть настолько идеально подобраны, что появление человека в такой Вселенной стало закономерным. Фактически, вся история Вселенной стала подготовкой к неизбежному появлению человека. Сильный антропный принцип пугает учёных своей телеологичностью и воодушевляет религиозных мыслителей. Почему возникла именно такая Вселенная? С религиозной точки зрения её в таком виде сотворил бог. С научной точки зрения пока необъяснимы причины, породившие именно такую Вселенную. Возможно, возникало и продолжает возникать множество вселенных с совершенно разными законами. Но мы можем наблюдать только ту из них, в которой изначально содержались необходимые для жизни законы. Наша Вселенная такова, потому что другую Вселенную мы не смогли бы наблюдать. Она стала случайным вариантом из множества возможных. Возникновение именно такой Вселенной – случайность, а появление в ней человека – закономерность.
Антропный принцип участия (Дж. Уилер). Вселенная воспринимается как квантовый объект, а человек – не как наблюдатель, а как участник, влияющий на свойства этого объекта.
Финалистский антропный принцип (Типлер). Вселенная не только содержит закономерную возможность появления человечества, но и возможность его вечного развития во Вселенной, постепенного освоения человеком космоса.
Антропный принцип в некоторых формулировках напоминает религиозную телеологию. Но он изначально формулировался наукой для опровержения телеологии. Методологическая ошибка телеологии состоит в перевёртывании причинных связей. Следствие воспринимается как цель, ради которой идёт развитие, т.е. как настоящая причина развития. Такая целевая детерминация реализуется только в осознанной человеческой деятельности. А в природе нет целей. Большинство сторонников антропного принципа не воспринимаеют человека как цель, ради которой развивалась Вселенная. Человек воспринимается как следствие, ставшее возможным благодаря наличию определённых исходных причин. Раскрытие этих причин – и есть задача науки. Антропный принцип не является возвращением к донаучному антропоцентризму: не человек как центр Вселенной, а проблема происхождения разума как центральная проблема естествознания.
Некоторые формулировки антропного принципа справедливо вызывают научный скепсис и обвинения в непроверяемости, а, значит, в ненаучности. Но этот принцип сыграл и конструктивную роль в науке, как критерий оценки реалистичности моделей Вселенной. Если теоретическая модель не допускает возможность появления человека за 14 млрд. лет эволюции Вселенной, то она признаётся ошибочной.
С начала 80-х гг. антропный принцип обсуждается в рамках инфляционных моделей. Теории инфляции допускают, что в процессе «вздутия» вакуума могут постоянно возникать множество вселенных, каждая из которых больше наблюдаемого нами мира. И в одной из них могли сложиться необходимые для жизни условия.
Космос всегда был предметом человеческих мечтаний. В конце XIX – начале ХХ вв. в России появилась философия космизма, в яркой форме выразившая эти мечтания. Космисты мечтали о широчайшей экспансии и преобразовании человеком космоса. В XXI веке перед лицом глобальных проблем современности планы заселения космоса многим кажутся актуальными. Но не станет ли это бегством и признанием неразрешимости земных проблем?