Труды Лескова Л.В. Лекции по космологии

Лекции по космологии

УДК 621.311.25:621.181.61
Л50
ISBN 5-8208-0038-9
М.: НИЦ «Инженер» ,2007, 94с.

Аннотация Содержание

Аннотация

Данная книга — последняя. Она написана автором, профессором Л.В. Лесковым, в виде краткого конспекта лекций, которые он хотел читать в МГУ им. М.В. Ломоносова и МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В книге излагаются взгляды автора на многие космологические проблемы и на ряд сценариев прошлого и будущего Вселенной.

Книга предназначена для специалистов, научных работников и студентов, занимающихся проблемами космологии, а также для всех читателей увлекающихся этой тематикой.

Книга издана при финансовой поддержке Гранта Президента Российской Федерации для ведущих научных школ России № НШ-5188.2006.8.

Содержание

Последняя книга
Человек планеты Земля
Л.В. Лесков — профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Л.В. Лесков — профессор МГУ им. М.В. Ломоносова
Биография и перечень научных трудов

Лекция 1. ПРЕДМЕТ КОСМОЛОГИИ. АНТИЧНАЯ КОСМОЛОГИЯ

Лекция 2. КОПЕРНИКАНСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Лекция 3. МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Лекция 4. ЗАВЕРШЕНИЕ И КРИЗИС МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА
Лекция 5. РОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Лекция 6. ФРИДМАНОВСКАЯ КОСМОЛОГИЯ
Лекция 7. БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ И ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
Лекция 8. КОСМОМИКРОФИЗИКА
Лекция 9. ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Лекция 10. ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ И СКРЫТАЯ МАССА
Лекция 11. СТРУННАЯ КОСМОЛОГИЯ
Лекция 12. ПАРАДОКСЫ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ
Лекция 13. АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП
Лекция 14. РАЗУМ И ВСЕЛЕННАЯ

Лекция 1. ПРЕДМЕТ КОСМОЛОГИИ. АНТИЧНАЯ КОСМОЛОГИЯ

Космология — это наука о структуре, происхождении и эволюции Вселенной как единого целого.

Космологию иногда рассматривают как часть астрономии. Но это вряд ли верно: хотя обе науки и близки, но у каждой своя область задачи, кроме того, они используют разную методологию исследований.

Астрономия — это наука о Вселенной, изучающая расположение, строение, происхождение и развитие небесных тел и образованных ими систем (astron по-гречески означает звезда, nomos — закон).

Методологически в космологии преобладает роль теоретических гипотез и обобщений о структуре и эволюции Вселенной. Отсюда следует большое философское и мировоззренческое значение космологии. Развитие космологии нередко приводит к радикальному пересмотру существующей научной парадигмы.

Астрономия — это главным образом наблюдательная научная дисциплина.

Недавно возникла новая научная дисциплина — космомикрофизика, изучающая физику макро- и микромира в их фундаментальном взаимодействии. Космомикрофизика исследует явления, которые зависят от сочетания микрофизических, астрофизических и космологических процессов.

Первые целостные системы космологии возникли 5—6 тысяч лет назад в Вавилоне, Египте, Индии, Китае и в некоторых других государствах. Все они носили мифологический характер, однако послужили основой решения ряда практически важных задач: построение календаря, упорядочение по времени сельскохозяйственных работ, звездная навигация.

Греческая философия совершила мировоззренческий прорыв, сумев освободиться из сетей мифологического мышления к рационализму. Это не означает, что греческая культура освободилась от мифов, но в философии рационализм стал главным методом исследования проблем космологии. Первым греческим философом, у которого этот переход проявился особенно ярко, был Пифагор (VI в. до н.э.). Рассмотрим основные идеи космологии Пифагора.

  1. Новое отношение к философии — как обособленном размышлении о мире. Он полагал, что это дает надежду на преодоление превратностей бытия, спасение от колеса Фортуны.
  2. Открытие музыкальных интервалов — простейших числовых отношений: если настроенную струну укоротить наполовину, она станет звучать в октаву. Если уменьшить до 3/4, получим четверть, если до 2/3 — пятую часть. Четверть и пятая часть дают октаву: (4/3)*(3/2) = 2/1. Эти интервалы соответствуют гармонической прогрессии 2:4/3:1.
  3. Открытия в музыке привели Пифагора к мысли, что все вещи суть числа. Поэтому чтобы понять мир, надо найти числа в вещах. Миром управляет число. Узнав его числовую конструкцию, получаем контроль над миром. Современная наука прочно усвоила этот принцип: математика — основной способ построения моделей мира.
  4. Пифагор был первым философом, который ввел в науку понятие космос. Он вкладывал в это понятие комплекс мировоззренческих функций:
    • упорядоченность мира,
    • его красота — эстетическая функция,
    • математически выверенная гармония мира.
  5. Открытия в области геометрии. Греческая геометрия отправлялась от аксиом, которые полагаются самоочевидными. Затем путем дедуктивного рассуждения осуществляется переход к теоремам, которые от самоочевидности далеки. Аксиомы и теоремы, как утверждалось, отражают истинную структуру пространства. Здесь, однако, возникла мировоззренческая проблема: из теорем Пифагора следовало, что существуют иррациональные числа. Согласовать этот факт с тезисом Пифагора, что вещи сути числа, было невозможно. Решения этой проблемы Пифагору найти не удалось.

Геометрический дедуктивный метод Пифагора доказательств оказал большое влияние на европейскую культуру. В Декларации независимости США, составленной Джефферсоном и Франклином в связи с естественными правами человека, говорится: «Мы утверждаем, что эти истины самоочевидны» — они следуют геометрическим методам доказательств. Использовала эти методы и теология.

Пифагор, утверждал Бертран Рассел, из всех философов оказал наибольшее влияние на развитие европейской науки. Он был одинаково велик, когда был прав, и тогда, когда ошибался.

В стороне от магистрального развития античной космология лежит Космология Демокрита (V в. до н.э.). Его основная книга «Великое строение мира» не сохранилась. Не сохранились и труды его предшественника Левкиппа. Демокрит учил, что мир состоит из атомов и пустоты (атом по-гречески означает неделимый). Атомы разнообразны по размерам и по функциям. Согласно Демокриту, есть атомы, определяющие духовную жизнь человека. Атомы полностью определяют все происходящее в мире. Никаких случайных событий не существует. Нет и того, что мы называем свободой воли. Платон, которому эти идеи не нравились, хотел сжечь все сочинения Демокрита.

Принцип атомарного строения вещества давно принят наукой.

Идеи Демокрита противоречили мировосприятию, которое установилось у греческой цивилизации. А.Ф. Лосев определил его как героический фаталистический космологизм «Человеком правят космические силы, они определяют его судьбу, фатум господствует над ним. Человек подобен герою кино: он исполняет положенные ему роли, а затем уходит в небытие. Ахилл знает, что он погибнет, но пока жив, он совершает воинские подвиги. Он герой.

Разумеется, все это относилось только к миру Эллады. На окружающие племена варваров смотрели как на недочеловеков, которые пригодны только на то, чтобы быть рабами. Чтобы добыть новых рабов, с варварами вели войны. Что ж, таковы закономерности рабовладельческого общества.

Высокая философия, которую мы рассматриваем, относились только к греческой культуре.

Ближайшим последователем Пифагора был Платон (427—347 гг. до н.э.). Обратимся к основным принципам его версии космологии.

  1. Космос сотворен Демиургом. Он сотворил из хаоса по собственному подобию, запечатлев себя в мире. В этом проявилась его благость.

    Аристотель возразил на это: мир не может быть сотворен, т.к. он вечен. Все рожденное конечно: Сократ родился — Сократ умер.

    Современная космология утверждает, что Вселенная имеет начало.

  2. Космический принцип Платона. Космос — живой, одухотворенный и соразмерный организм. Его совершенство поверяется математикой.

    Космос телесен, и имеет душу. Она математически строга, гармонична, эстетически прекрасна.

    В космосе все связано со всем: он «объемлет все остальное живое по особям и родам как свои части».

    Человек тоже органическая часть космоса. Существует неразрывная связка человек — космос — Демиург.

    Современная космология разделяет взгляд на органическое единство и целостность Вселенной.

  3. Проблема поиска математической основы телесности космоса. Платон видел ее решение в законе, лежащем в основе взаимодействия материальных элементов. По его мнению, этот закон заключается в математической пропорции, имеющей арифметическое и геометрическое представление.

    Развивая эти мысли, Платон утверждал, что человеческое познание несовершенно и, следовательно, математические модели мира, построенные таким путем, могут не вполне точно отражать реальность.

    Развивая эти мысли, Платон утверждал, что человеческое познание несовершенно и, следовательно, математические модели мира, построенные таким путем, могут не вполне точно отражать реальность.

    Эта точка зрения соответствует понятие фаллибилизма, введенного в науку К. Поппером.

    По поводу установки Платона на поиск математической, скрытый от непосредственного наблюдения модели мира один из основоположников квантовой механики В. Гейзенберг писал: «Современная физика идет вперед по тому пути, по которому шли Платон и Пифагорейцы. Это развитие физики выглядит так,словно в конце его будет установлена простая формулировка закона природы, такая простая, какой ее надеялся увидеть еще Платон».

    Альфред Уайтхед говорил, что всю последующую философию можно рассматривать как комментарий к Платону.

  4. Строение телесного космоса. В этом разделе космологии Платона много фантазии. Тело космоса, учит он, сотворено гладким, повсюду равномерным, одинаково распространяясь во все стороны от центра, целостным и совершенным.

    В центре мира находится Земля, которая вращается вокруг своей оси. Вокруг нее расположены семь сфер, на которых укреплены небесные тела. Изготовлены сферы из хрусталя, и сидят сирены, создающие музыкальную гармонию мира. Дальше расположена сфера неподвижных звезд, которые представляют собой «божественные сущности», сделанные из огня.

Эту космографию Платона развил Евдокс, его слушатель в Академии. Геоцентрической системе мира Платона он придал математическую форму. Для этого потребовалось ввести большое количество равномерно вращающихся сфер. Для Луны и для Солнца потребовалось 3 сферы, а всего таких сфер потребовалось 26.

Ученик Платона Аристотель полностью разошелся с ним по проблемам космологии. Рассмотрим, каким образом он решал эти проблемы.

  1. Космос никем не сотворен, он вечен, неизменен и совершенен. Бог выступает в троякой функции:
    • как перводвигатель,
    • как цель: «там, где все движется, существует вопрос «ради чего»,
    • с этической стороны эта цель означает наилучший предел, т.е. благо.
  2. Отказ от эпистемологического принципа Платона: математика не может быть положена в основание физики. Необходимо опираться на чувственный опыт. Реально то, что можно наблюдать.

    Б. Рассел отмечал, что Аристотель нанес большой вред науке, т.к. отстаивал контрпродуктивный метод познания.

  3. Космография Аристотеля мало отличалась от стандартной для античной космологии гелиоцентрической системы мира. Специфика у него состояла в том, что он отрицал собственное вращение Земли и полагал, что небесные тела сделаны из эфира. И на этом основании отрицал существование пустоты. Его принцип «природа боится пустоты» продержался в науке две тысячи лет.

Несмотря на ее недостатки, космология Аристотеля явилась вершиной античной натурфилософии. Если у Платона субстанцией, т.е. истинной реальностью, считались эйдосы, идеи, то в учении Аристотеля роль субстанции отводилась видимому миру. Учение Аристотеля о мироздании изложено в двух книгах — «Метафизике» и «Физике». Первая посвящена исследованию высших причин космоса, т.е. всего вечного, бестелесного, неподвижного. Предметом второй является природа, материальный мир — видимый, текучий, подверженный законам случая.

Как снять фундаментальное противоречие между обоими пластами реальности? Чтобы решить эту проблему, Аристотель вводит два рода бытия — возможное и действительное. Первое — это материя, которая в первозданном состоянии напоминает хаос, второе — форма, ее воздействие на материю сообщает ей предметное бытие, движение, доступное опыту. Таким образом, потенциально возможное превращается в актуальную реальность под причинным воздействием формы. Механизм этого воздействия Аристотель называл энтелехией. Придуманную им концепцию мироздания называют гилеморфизмом (от греческих слов hyle — материя, morphe — форма.) Природа, понимаемая как совокупность вещей и энтелехии, — это уже не хаос, а гармоничный космос.

Космография античности практически полностью гелиоцентрична, единственным исключением явилось учение Аристарха Самосского, который поместил в центр мира не Землю, а Солнце. Однако греческая натурфилософия не восприняла его идей, в частности потому, что в его гелиоцентрической системе оказалось затруднительным объяснить обратное движение планет. Кроме того, гелиоцентрическая система противоречила физике Аристотеля.

Геоцентрическая система Евдокса не позволяла с необходимой точностью предсказывать движение небесных тел. Работу по приданию этой системы математического совершенства выполнил Клавдий Птолемей (II в. н.э.). Его сочинение «Альмагест» состоит из 13 книг и в переводе на европейские языки содержит более 900 страниц. Птолемей жил в Александрии — в то время культурном центре античного мира.

В основе его системы мира лежит эпистемологический принцип Аристотеля: реально то, что можно наблюдать. Поэтому Птолемей, выстраивая свою модель, не считал нужным искать законы, управляющие ее динамикой. При таком подходе можно было сколько угодно совершенствовать модель, вводя в нее все новые предположения. Именно этим путем и пошел Птолемей.

Для того, чтобы повысить точность модели, он ввел постулат, согласно которому небесные тела вращаются не вокруг Земли, а вокруг экванта — точки, расположенной на некотором расстоянии от Солнца. Была введена система эпициклов — дополнительных сфер, удерживающих небесные тела, и вместе с ними вращающихся вокруг основных сфер.

Система мира, построенная Птолемеем, позволяла делать с высокой точностью практически все необходимые предсказания. Можно было посмотреть, как двигались небесные тела в прошлом и рассчитать их положение для любого момента в будущем, даже далеком.

Эта система явилась вершиной греческой космографии и продержались в науке долгие 14 веков.

В XIV в. часовой мастер из Падуи изготовил Астрариум — механическую модель, наглядно показывающую, как работает система мира Птолемея.

С философской точки зрения интересно сопоставить характер уточнений, которые вводятся в гелиоцентрическую систему Аристарха Самосского (310—250 г.г. до н.э.) и систему Птолемея. В первом случае это делает систему более точной. Во втором точность тоже повышается, но ценой все большего удаления от объяснения реального движения тел. Получается парадокс: если к одной лжи добавить другую, то результат окажется более правдоподобным — с точки зрения земного наблюдателя.

В XIII космографией Аристотеля заинтересовался «ангельский доктор» Фома Аквинский. Он обратил внимание на то, что христианское учение и космологию Аристотеля объединяет одна общая особенность — догматизм.

Космология Аристотеля дает «окончательные» ответы на все вопросы о материальной Вселенной. Дальнейшие усилия научной мысли уже не нужны. Надо только внимательно читать труды Аристотеля.

А христианская теология владеет Абсолютной истиной. И, следовательно, наука — верная служанка богословия. В книге «Summa Theologia» Аквинат сформулировал принципы христианской философии — объединение вероучения и космологии Аристотеля. Эта наука получила название томизм.

Философский смысл томизма заключается в абсолютном антропоцентризме. Мир создан Богом, а в центре его поставлен человек, сотворенный по образу и подобию Бога. Посредником между Богом и человеком является католическая церковь. Философская система Фомы Аквинского — это теоретическое обоснование абсолютной власти католической церкви.

В 1871 г. папа Лев XIII выпустил рескрипт о том, что философская система Фомы — единственно истинная философия. С тех пор томизм преподается во всех католических университетах.