|
Реферат: Научный метод (Естествознание)
Содержание
Введение 3
1. Научный метод 4
1.1. Уровни или стороны естествознания 4
1.2. Функции эмпирической, теоретической и прикладной сторон
естествознания 7
1.3. Общие, особенные и частные методы естествознания 10
1.4. Истина – предмет познания 12
1.5. Принципы научного познания 14
1.6. Антинаучные тенденции в развитии науки 16
1.7. Рациональная и реальная картины мира и познаваемость природы 17
Заключение 20
2. Задача 21
Список литературы 22
Введение
Наука явилась главной причиной столь бурно протекающей НТР, перехода
к постиндустриальному обществу, повсеместному внедрению информационных
технологий, появления «новой экономики», для которой не действуют законы
классической экономической теории, начала переноса знаний человечества в
электронную форму, столь удобную для хранения, систематизации, поиска и
обработки, и мн.др.
Все это убедительно доказывает, что основная форма человеческого
познания – наука в наши дни становиться все более и более значимой и
существенной частью реальности.
Однако наука не была бы столь продуктивной, если бы не имела столь
присущую ей развитую систему методов, принципов и императивов познания.
Именно правильно выбранный метод наряду с талантом ученого помогает ему
познавать глубинную связь явлений, вскрывать их сущность, открывать законы
и закономерности. Количество методов, которые разрабатывает наука для
познания действительности постоянно увеличивается. Точное их количество,
пожалуй, трудно определить. Ведь в мире существует около 15000 наук и
каждая из них имеет свои специфические методы и предмет исследования.
Цель данной работы – рассмотреть основы методов научного познания.
Для достижения поставленной цели, будут решены следующие задачи:
- Рассмотреть структуру и функции естествознания;
- Рассмотреть общие, особенные и частные методы научного познания;
- Рассмотреть предмет и принципы научного познания;
- Рассмотреть антинаучные тенденции в развитии науки и современные
картины мира.
1. Научный метод
1.1. Уровни или стороны естествознания
Основными элементами естествознания являются:
. твердо установленные факты;
. закономерности, обобщающие группы фактов;
. теории, как правило, представляющие собой системы закономерностей,
в совокупности описывающих некий фрагмент реальности;
. научные картины мира, рисующие обобщенные образы всей реальности, в
которых сведены в некое системное единство все теории, допускающие
взаимное согласование.
Проблема различия теоретического и эмпирического уровней научного
познания коренится в разнице способов идеального воспроизведения
объективной реальности, подходов к построению системного знания. Отсюда
вытекают и другие, уже производные отличия этих двух уровней. За
эмпирическим знанием, в частности, исторически и логически закрепилась
функция сбора, накопления и первичной рациональной обработки данных опыта.
Его главная задача — фиксация фактов. Объяснение же, интерпретация их —
дело теории. [4, с.56]
Методологические программы сыграли свою важную историческую роль. Во-
первых, они стимулировали огромное множество конкретных научных
исследований, а во-вторых, «высекли искру» некоторого понимания структуры
научного познания. Выяснилось, что оно как бы «двухэтажно». И хотя занятый
теорией «верхний этаж» вроде бы надстроен над «нижним» (эмпирией) и без
последнего должен рассыпаться, но между ними почему-то нет прямой и удобной
лестницы. Из нижнего этажа на верхний можно попасть только «скачком» в
прямом и переносном смысле. При этом, как бы ни была важна база, основа
(нижний эмпирический этаж нашего знания), решения, определяющие судьбу
постройки, принимаются все-таки наверху, во владениях теории.
В наше время стандартная модель строения научного знания выглядит
примерно так. Познание начинается с установления путем наблюдения или
экспериментов различных фактов. Если среди этих фактов обнаруживается некая
регулярность, повторяемость, то в принципе можно утверждать, что найден
эмпирический закон, первичное эмпирическое обобщение. И все бы хорошо, но,
как правило, рано или поздно отыскиваются такие факты, которые никак не
встраиваются в обнаруженную регулярность. Тут на помощь призывается
творческий интеллект ученого, его умение мысленно перестроить известную
реальность так, чтобы выпадающие из общего ряда факты вписались, наконец, в
некую единую схему и перестали противоречить найденной эмпирической
закономерности.
Обнаружить эту новую схему наблюдением уже нельзя, ее нужно
придумать, сотворить умозрительно, представив первоначально в виде
теоретической гипотезы. Если гипотеза удачна и снимает найденное между
фактами противоречие, а еще лучше — позволяет предсказывать получение
новых, нетривиальных фактов, это значит, что родилась новая теория, найден
теоретический закон.
Известно, к примеру, что эволюционная теория Ч. Дарвина долгое время
находилась под угрозой краха из-за распространенных в XIX в. представлений
о наследственности. Считалось, что передача наследственных признаков
происходит по принципу «смешивания», т.е. родительские признаки переходят к
потомству в некоем промежуточном варианте. Если скрестить, допустим,
растения с белыми и красными цветками, то у полученного гибрида цветки
должны быть розовыми. В большинстве случаев так оно и есть. Это эмпирически
установленное обобщение на основе множества совершенно достоверных
эмпирических фактов. [4, с.58]
Но из этого, между прочим, следовало, что все наследуемые признаки
при скрещивании должны усредняться. Значит, любой, даже самый выгодный для
организма признак, появившийся в результате мутации (внезапного изменения
наследственных структур), со временем должен исчезнуть, раствориться в
популяции. А это в свою очередь доказывало, что естественный отбор работать
не должен! Британский инженер Ф. Дженкин доказал это строго математически.
Ч. Дарвину данный «кошмар Дженкина» отравлял жизнь с 1867 г., но
убедительного ответа он так и не нашел. (Хотя ответ уже был найден. Дарвин
просто о нем не знал.)
Дело в том, что из стройного ряда эмпирических фактов, рисующих
убедительную в целом картину усреднения наследуемых признаков, упорно
выбивались не менее четко фиксируемые эмпирические факты иного порядка. При
скрещивании растений с красными и белыми цветками, пусть не часто, но все
равно будут появляться гибриды с чисто белыми или красными цветками. Однако
при усредняющем наследовании признаков такого просто не может быть — смешав
кофе с молоком, нельзя получить черную или белую жидкость! Обрати Ч. Дарвин
внимание на это противоречие, наверняка, к его славе прибавилась бы еще и
слава создателя генетики. Но не обратил. Как, впрочем, и большинство его
современников, считавших это противоречие несущественным. И зря.
Ведь такие «выпирающие» факты портили всю убедительность
эмпирического правила промежуточного характера наследования признаков.
Чтобы эти факты вписать в общую картину, нужна была какая-то иная схема
механизма наследования. Она не обнаруживалась прямым индуктивным обобщением
фактов, не давалась непосредственному наблюдению. Ее нужно было «узреть
умом», угадать, вообразить и соответственно сформулировать в виде
теоретической гипотезы. [4, с.60]
Эту задачу, как известно, блестяще решил Г. Мендель. Суть
предложенной им гипотезы можно выразить так: наследование носит не
промежуточный, а дискретный характер. Наследуемые признаки передаются
дискретными частицами (сегодня мы называем их генами). Поэтому при передаче
факторов наследственности от поколения к поколению идет их расщепление, а
не смешивание. Эта гениально простая схема, развившаяся впоследствии в
стройную теорию, объяснила разом все эмпирические факты. Наследование
признаков идет в режиме расщепления, и поэтому возможно появление гибридов
с «несмешивающимися» признаками. А наблюдаемое в большинстве случаев
«смешивание» вызвано тем, что за наследование признака отвечает, как
правило, не один, а множество генов, что и «смазывает» менделевское
расщепление. Принцип естественного отбора был спасен, «кошмар Дженкина»
рассеялся.
Таким образом, традиционная модель строения научного знания
предполагает движение по цепочке: установление эмпирических фактов —
первичное эмпирическое обобщение — обнаружение отклоняющихся от правила
фактов — изобретение теоретической гипотезы с новой схемой объяснения —
логический вывод (дедукция) из гипотезы всех наблюдаемых фактов, что и
является ее проверкой на истинность. Подтверждение гипотезы конституирует
ее в теоретический закон. Такая модель научного знания называется
гипотетико-дедуктивной. Считается, что большая часть современного научного
знания построена именно таким способом. [4, с.61]
1.2. Функции эмпирической, теоретической и прикладной сторон естествознания
Главная опора, фундамент науки — это, конечно, установленные факты.
Если они установлены правильно (подтверждены многочисленными
свидетельствами наблюдений, экспериментов, проверок и т.д.), то считаются
бесспорными и обязательными. Это эмпирический, т.е. опытный базис науки.
Количество накопленных наукой фактов непрерывно возрастает. Естественно,
они подвергаются первичному эмпирическому обобщению, приводятся в различные
системы и классификации. Обнаруженные в опыте общность фактов, их
единообразие свидетельствуют о том, что найден некий эмпирический закон,
общее правило, которому подчиняются непосредственно наблюдаемые явления.
Но значит ли это, что наука выполнила свою главную задачу, состоящую,
как известно, в установлении законов? К сожалению, нет. Ведь фиксируемые на
эмпирическом уровне закономерности, как правило, мало что объясняют.
Обнаружили, к примеру, древние наблюдатели, что большинство светящихся
объектов на ночном небе движется по четким кругообразным траекториям, а
несколько других совершают какие-то петлеобразные движения. Общее правило
для тех и других, стало быть, есть, только как его объяснить? А объяснить
непросто, если не знать, что первые — это звезды, а вторые — планеты, и их
«неправильное» поведение в небе вызвано совместным с Землей вращением
вокруг Солнца.
Кроме того, эмпирические закономерности обычно малоэвристичны, т.е.
не открывают дальнейших направлений научного поиска. Эти задачи решаются
уже на другом уровне познания — теоретическом.
Проблема различения двух уровней научного познания — теоретического и
эмпирического (опытного) — вытекает из одной специфической особенности его
организации. Суть этой особенности заключается в существовании различных
типов обобщения доступного изучению материала. Наука ведь устанавливает
законы. А закон — есть существенная, необходимая, устойчивая, повторяющаяся
связь явлений, т.е. нечто общее, а если строже — то и всеобщее для того или
иного фрагмента реальности. [1, с.34]
Общее же (или всеобщее) в вещах устанавливается путем
абстрагирования, отвлечения от них тех свойств, признаков, характеристик,
которые повторяются, являются сходными, одинаковыми во множестве вещей
одного класса. Суть формально-логического обобщения как раз и заключается в
отвлечении от предметов такой «одинаковости», инвариантности. Данный способ
обобщения называют «абстрактно-всеобщим». Это связано с тем, что выделяемый
общий признак может быть взят совершенно произвольно, случайно и никак не
выражать сути изучаемого явления.
Например, известное античное определение человека как существа
«двуногого и без перьев» в принципе применимо к любому индивиду и,
следовательно, является абстрактно-общей его характеристикой. Но разве оно
что-нибудь дает для понимания сущности человека и его истории? Определение
же, гласящее, что человек — это существо, производящее орудия труда,
напротив, формально к большинству людей неприменимо. Однако именно оно
позволяет построить некую теоретическую конструкцию, в общем
удовлетворительно объясняющую историю становления и развития человека.
Здесь мы имеем дело уже с принципиально иным видом обобщения,
позволяющим выделять всеобщее в предметах не номинально, а по существу. В
этом случае всеобщее понимается не как простая одинаковость предметов,
многократный повтор в них одного и того же признака, а как закономерная
связь многих предметов, превращающая их в моменты, стороны единой
целостности, системы. А внутри этой системы всеобщность, т.е.
принадлежность к системе, включает не только одинаковость, но и различия, и
даже противоположности. Общность предметов реализуется здесь не во внешней
похожести, а в единстве генезиса, общем принципе их связи и развития.
Именно эта разница в способах отыскания общего в вещах, т.е.
установления закономерностей, и разводит эмпирический и теоретический
уровни познания. На уровне чувственно-практического опыта (эмпирическом)
возможно фиксирование только внешних общих признаков вещей и явлений.
Существенные же внутренние их признаки здесь можно только угадать, схватить
случайно. Объяснить же их и обосновать позволяет лишь теоретический уровень
познания. [1, с.36]
В теории происходит переорганизация или переструктуризация добытого
эмпирического материала на основе некоторых исходных принципов. Это вроде
игры в детские кубики с фрагментами разных картинок. Для того чтобы
беспорядочно разбросанные кубики сложились в единую картинку, нужен некий
общий замысел, принцип их сложения. В детской игре этот принцип задан в
виде готовой картинки-трафаретки. А вот как такие исходные принципы
организации построения научного знания отыскиваются в теории — великая
тайна научного творчества.
Наука потому и считается делом сложным и творческим, что от эмпирии к
теории нет прямого перехода. Теория не строится путем непосредственного
индуктивного обобщения опыта. Это, конечно, не означает, что теория вообще
не связана с опытом. Изначальный толчок к созданию любой теоретической
конструкции дает как раз практический опыт. И проверяется истинность
теоретических выводов опять-таки их практическими приложениями. Однако сам
процесс построения теории и ее дальнейшее развитие осуществляется от
практики относительно независимо.
1.3. Общие, особенные и частные методы естествознания
Различаются рассматриваемые уровни познания и по объектам
исследования. Проводя исследование на эмпирическом уровне, ученый имеет
дело непосредственно с природными и социальными объектами. Теория же
оперирует исключительно с идеализированными объектами (материальная точка,
идеальный газ, абсолютно твердое тело и пр.). Все это обусловливает и
существенную разницу в применяемых методах исследования. Для эмпирического
уровня обычны такие методы, как наблюдение, описание, измерение,
эксперимент и др. Теория же предпочитает пользоваться аксиоматическим
методом, системным, структурно-функциональным анализом, математическим
моделированием и т.д.
Существуют, конечно, и методы, применяемые на всех уровнях научного
познания: абстрагирование, обобщение, аналогия, анализ и синтез и др. Но
все же разница в методах, применяемых на теоретическом и эмпирическом
уровнях, не случайна. [3, с.67]
Более того, именно проблема метода была исходной в процессе осознания
особенностей теоретического знания. В XVII в., в эпоху зарождения
классического естествознания, Ф. Бэкон и Р. Декарт сформулировали две
разнонаправленные методологические программы развития науки: эмпирическую
(индукционистскую) и рационалистическую (дедукционистскую).
Под индукцией принято понимать такой способ рассуждения, при котором
общий вывод делается на основе обобщения частных посылок. Проще говоря, это
движение познания от частного к общему. Движение в противоположном
направлении, от общего к частному, получило название дедукции.
Логика противостояния эмпиризма и рационализма в вопросе о ведущем
методе получения нового знания в общем проста.
Эмпиризм. Действительное и хоть сколько-нибудь практичное знание о
мире можно получить только из опыта, т.е. на основании наблюдений и
экспериментов. А всякое наблюдение или эксперимент — единичны. Поэтому
единственно возможный путь познания природы — движение от частных случаев
ко все более широким обобщениям, т.е. индукция. Другой способ отыскания
законов природы, когда сначала строят самые общие основания, а потом к ним
приспосабливаются и посредством их проверяют частные выводы, есть, по Ф.
Бэкону, «матерь заблуждений и бедствие всех наук».
Рационализм. До сих пор самыми надежными и успешными были
математические науки. А таковыми они стали истому, что применяют самые
эффективные и достоверные методы дознания: интеллектуальную интуицию и
дедукцию. Интуиция позволяет усмотреть в реальности такие простые и
самоочевидные истины, что усомниться в них невозможно. Дедукция же
обеспечивает выведение из этих простых истин более сложного знания. И если
она проводится по строгим правилам, то всегда будет приводить только к
истине, и никогда — к заблуждениям. Индуктивные же рассуждения, конечно,
тоже бывают хороши, но они не могут приводить ко всеобщим суждениям, в
которых выражаются законы.
Эти методологические программы ныне считаются устаревшими и
неадекватными. Эмпиризм недостаточен потому, что индукция и в самом деле
никогда не приведет к универсальным суждениям, поскольку в большинстве
ситуаций принципиально невозможно охватить все бесконечное множество
частных случаев, на основе которых делаются общие выводы. И ни одна крупная
современная теория не построена путем прямого индуктивного обобщения.
Рационализм же оказался исчерпанным, поскольку современная наука занялась
такими областями реальности (в микро- и мегамире), в которых требуемая
«самоочевидность» простых истин исчезла окончательно. Да и роль опытных
методов познания оказалась здесь недооцененной. [3, с.69]
1.4. Истина – предмет познания
Теория является высшей формой организации научного знания, дающей
целостное представление о существенных связях и отношениях в какой-либо
области реальности. Разработка теории сопровождается, как правило,
введением понятий, фиксирующих непосредственно не наблюдаемые стороны
объективной реальности. Поэтому проверка истинности теории не может быть
непосредственно осуществлена прямым наблюдением и экспериментом. Такой
«отрыв» теории от непосредственно наблюдаемой реальности породил в XX в.
немало дискуссий на тему о том, какое же знание можно и нужно признать
научным, а какому в этом статусе отказать. Проблема заключалась в том, что
относительная независимость теоретического знания от его эмпирического
базиса, свобода построения различных теоретических конструкций невольно
создают иллюзию немыслимой легкости изобретения универсальных
объяснительных схем и полной научной безнаказанности авторов за свои
сногсшибательные идеи. Заслуженный авторитет науки зачастую используется
для придания большего веса откровениям всякого рода пророков, целителей,
исследователей «астральных сущностей», следов внеземных пришельцев и т.п.
Внешняя наукообразная форма и использование полунаучной терминологии
создают впечатление причастности к достижениям большой науки и еще
непознанным тайнам Вселенной одновременно.
Критические же замечания в адрес «нетрадиционных» воззрений
отбиваются нехитрым, но надежным способом: традиционная наука по природе
своей консервативна и склонна устраивать гонения на все новое и необычное —
и Джордано Бруно ведь сожгли, и Менделя не поняли и пр. Возникает вопрос:
можно ли четко отграничить псевдонаучные идеи от идей собственно науки?
При этом можно отметить, что сами работающие в науке ученые считают
вопрос о разграничении науки и ненауки не слишком сложным. Дело в том, что
они интуитивно чувствуют подлинно и псевдонаучный характер знания, так как
ориентируются на определенные нормы и идеалы научности, некие эталоны
исследовательской работы. В этих идеалах и нормах науки выражены
представления о целях научной деятельности и способах их достижения. Хотя
они исторически изменчивы, ко все же во все эпохи сохраняется некий
инвариант таких норм, обуслоапенный единством стиля мышления,
сформированного еще в Древней Греции. Его принято называть рациональным.
Этот стиль мышления основан по сути на двух фундаментальных идеях:
• природной упорядоченности, т.е. признании существования
универсальных, закономерных и доступных разуму причинных связей;
• формального доказательства как главного средства обоснованности
знания.
В рамках рационального стиля мышления научное знание характеризуют
следующие методологические критерии:
• универсальность, т.е. исключение любой конкретики — места,
времени, субъекта и т.п.;
• согласованность или непротиворечивость, обеспечиваемая
дедуктивным способом развертывания системы знания;
• простота; хорошей считается та теория, которая объясняет
максимально широкий круг явлений, опираясь на минимальное количество
научных принципов;
• объяснительный потенциал;
• наличие предсказательной силы.
Эти общие критерии, или нормы научности, входят в эталон научного
знания постоянно. Более же конкретные нормы, определяющие схемы
исследовательской деятельности, зависят от предметных областей науки и от
социально-культурного контекста рождения той или иной теории. [6, с.107]
1.5. Принципы научного познания
Для этих целей разными направлениями методологии науки сформулировано
несколько принципов. Один из них получил название принципа верификации:
какое-либо понятие или суждение имеет значение, если оно сводимо к
непосредственному опыту или высказываниям о нем, т.е. эмпирически
проверяемо. Если же найти нечто эмпирически фиксируемое для такого суждения
не удается, то оно либо представляет собой тавтологию, либо лишено смысла.
Поскольку понятия развитой теории, как правило, не сводимы к данным опыта,
то для них сделано послабление: возможна и косвенная верификация. Скажем,
указать опытный аналог понятию «кварк» невозможно. Но кварковая теория
предсказывает ряд явлений, которые уже можно зафиксировать опытным путем,
экспериментально. И тем самым косвенно верифицировать саму теорию.
Принцип верификации позволяет в первом приближении отграничить
научное знание от явно вненаучного. Однако он не может помочь там, где
система идей скроена так, что решительно все возможные эмпирические факты в
состоянии истолковать в свою пользу — идеология, религия, астрология и т.п.
В таких случаях полезно прибегнуть еще к одному принципу разграничения
науки и ненауки, предложенному крупнейшим философом XX в. К. Поппером, —
принципу фальсификации. Он гласит: критерием научного статуса теории
является ее фальсифицируемость или опровержимость. Иначе говоря, только то
знание может претендовать на звание «научного», которое в принципе
опровержимо.
Несмотря на внешне парадоксальную форму, а, может быть, и благодаря
ей, этот принцип имеет простой и глубокий смысл. К. Поппер обратил внимание
на значительную асимметрию процедур подтверждения и опровержения в
познании. Никакое количество падающих яблок не является достаточным для
окончательного подтверждения истинности закона всемирного тяготения. Однако
достаточно всего лишь одного яблока, полетевшего прочь от Земли, чтобы этот
закон признать ложным. Поэтому именно попытки фальсифицировать, т.е.
опровергнуть теорию, должны быть наиболее эффективны в плане подтверждения
ее истинности и научности.
Теория, неопровержимая в принципе, не может быть научной. Идея
божественного творения мира в принципе неопровержима. Ибо любую попытку ее
опровержения можно представить как результат действия все того же
божественного замысла, вся сложность и непредсказуемость которого нам
просто не по зубам. Но раз эта идея неопровержима, значит, она вне науки.
Можно, правда, заметить, что последовательно проведенный принцип
фальсификации делает любое знание гипотетичным, т.е. лишает его
законченности, абсолютности, неизменности. Но это, наверное, и неплохо:
именно постоянная угроза фальсификации держит науку «в тонусе», не дает ей
застояться, почить на лаврах. Критицизм является важнейшим источником роста
науки и неотъемлемой чертой ее имиджа. [7, с.97]
1.6. Антинаучные тенденции в развитии науки
Достижения научного метода огромны и неоспоримы. С его помощью
человечество не без комфорта обустроилось на всей планете, поставило себе
на службу энергию воды, пара, электричества, атома, начало осваивать
околоземное космическое пространство и т.п. Если к тому же не забывать, что
подавляющая часть всех достижений науки получена за последние полторы сотни
лет, то эффект получается колоссальный — человечество самым очевидным
образом ускоряет свое развитие с помощью науки. И это, возможно, только
начало. Если наука и дальше будет развиваться с таким ускорением, какие
удивительные перспективы ожидают человечество! Примерно такие настроения
владели цивилизованным миром в 60-70-е гг. нашего века. Однако ближе к его
концу блистательные перспективы немножко потускнели, восторженных ожиданий
поубавилось и даже появилось некоторое разочарование: с обеспечением
всеобщего благополучия наука явно не справлялась.
Сегодня общество смотрит на науку куда более трезво. Оно начинает
постепенно осознавать, что у научного метода есть свои издержки, область
действия и границы применимости. Самой науке это было ясно уже давно. В
методологии науки вопрос о границах научного метода дебатируется по крайней
мере со времен И. Канта. То, что развитие науки непрерывно наталкивается на
всевозможные преграды и границы, — естественно. На то и разрабатываются
научные методы, чтобы их преодолевать. Но, к сожалению, некоторые из этих
границ пришлось признать фундаментальными. Преодолеть их, вероятно, не
удастся никогда.
Одну из таких границ очерчивает наш опыт. Как ни критикуй эмпиризм за
неполноту или односторонность, исходная его посылка все-таки верна:
конечным источником любого человеческого знания является опыт (во всех
возможных формах). А опыт наш, хоть и велик, но неизбежно ограничен. Хотя
бы временем существования человечества. Десятки тысяч лет общественно-
исторической практики — это, конечно, немало, но что это по сравнению с
вечностью? И можно ли закономерности, подтверждаемые лишь ограниченным
человеческим опытом, распространять на всю безграничную Вселенную?
Распространять-то, конечно, можно, только вот истинность конечных выводов в
приложении к тому, что находится за пределами опыта, всегда останется не
более чем вероятностной.
Причем и с противником эмпиризма — рационализмом, отстаивающим
дедуктивную модель развертывания знания, положение не лучше. Ведь в этом
случае все частные утверждения и законы теории выводятся из общих первичных
допущений, постулатов, аксиом и пр. Однако эти первичные постулаты и
аксиомы, не выводимые и, следовательно, не доказуемые в рамках данной
теории, всегда чреваты возможностью опровержения. Это относится и ко всем
фундаментальным, т.е. наиболее общим теориям. Таковы, в частности,
постулаты бесконечности мира, его материальности, симметричности и пр.
Нельзя сказать, что эти утверждения вовсе бездоказательны. Они доказываются
хотя бы тем, что все выводимые из них следствия не противоречат друг другу
и реальности. Но ведь речь может идти только об изученной нами реальности.
За ее пределами истинность таких постулатов из однозначной превращается
опять-таки в вероятностную. Так что сами основания науки не имеют
абсолютного характера и в принципе в любой момент могут быть поколеблены.
Таким образом, можно подвести своеобразный итог сказанному: наш
«познавательный аппарат» при переходе к областям реальности, далеким от
повседневного опыта, теряет свою надежность. Ученые вроде бы нашли выход:
для описания недоступной опыту реальности они перешли на язык абстрактных
обозначений и математики. [2, с.121]
1.7. Рациональная и реальная картины мира и познаваемость природы
Другой пограничный барьер на пути к всемогуществу науки возвела
природа человека. Загвоздка оказалась в том, что человек — существо
макромира (т.е. мира предметов, сопоставимых по своим размерам с
человеком). И средства, используемые учеными в научном поиске — приборы,
язык описания и пр., — того же масштаба. Когда же человек со своими
макроприборами и макропредставлениями о реальности начинает штурмовать
микро- или мегамир, то неизбежно возникают нестыковки. Наши
макропредставления не подходят к этим мирам, никаких прямых аналогов
привычным нам вещам там нет, и поэтому сформировать макрообраз, полностью
адекватный микромиру, невозможно. Для нас, к примеру, все электроны
одинаковы, они неразличимы ни в каком эксперименте. Возможно, что это и не
так, но чтобы научиться их различать, надо самому человеку стать размером с
электрон. А это невозможно.
Что такое, например, «аромат» или «цвет» кварка? Совершенно
определенные физические понятия? Это некие физические состояния
субэлементарных частиц, которым соответствуют определенные математические
параметры. Больше о них ничего сказать нельзя. Реальность исчезла, когда
дело дошло до математических формул. И дело не только в том, что это не
слишком удобно: представьте себе, что фразу «солнце всходит и заходит»
пришлось бы передавать окружающим с помощью системы ньютоновских уравнений.
Сложность ситуации в том, что сами логика и математика родом из привычного
нам макромира. На тех «этажах» реальности, до которых сумел добраться
ученый мир, они работают. А вот сработают ли на следующих?!
Другую пограничную полосу наука соорудила себе сама. Мы привыкли к
выражениям типа: «наука расширяет горизонты». Это, конечно, верно. Но не
менее верно и обратное утверждение: наука не только расширяет, но и
значительно сужает горизонты человеческого воображения. Любая теория,
разрешая одни явления, как правило, запрещает другие. Классическая
термодинамика запретила вечный двигатель, теория относительности наложила
строжайший запрет на превышение скорости света, генетика не разрешает
наследование приобретенных признаков и т.п. К. Поппер даже отважился на
утверждение: чем больше теория запрещает, тем она лучше. [5, с.88]
Открывая человеку большие возможности, наука одновременно высвечивает
и области невозможного. И чем более развита наука, тем больше «площадь»
этих запрещенных областей. Наука — не волшебница. И хотя мечтать, как
говорится, не вредно, делать это рекомендуется исключительно в разрешенных
наукой направлениях.
И наконец, еще одно значимое ограничение потенциала научного метода
связано с его инструментальной по сути природой. Научный метод — инструмент
в руках человека, обладающего свободой воли. Он может подсказать человеку,
как добиться того или иного результата, но он ничего не может сказать о
том, что именно надо человеку делать. Человечество за два последних
столетия настолько укрепилось в своем доверии к науке, что стало ожидать от
нее рекомендаций практически на все случаи жизни. И во многом эти ожидания
оправдываются. Наука может существенно поднять комфортность существования
человека, избавить от голода, многих болезней и даже клонировать его почти
готова. Она знает или будет знать, как это сделать. А вот во имя чего все
это надо делать, что в конечном счете хочет человек утвердить на Земле —
эти вопросы вне компетенции науки. Наука — это рассказ о том, что в этом
мире есть и что в принципе может быть. О том же, что «должно
быть» в социальном, конечно, мире — она молчит. Это уже предмет выбора
человека, который он должен сделать сам. «Научных рекомендаций» здесь быть
не может.
Итак, наука, научный метод, безусловно, полезны и необходимы, но, к
сожалению, не всемогущи. Точные границы научного метода пока еще размыты,
неопределенны. Но то, что они есть, — несомненно. Это не трагедия и не
повод лишать науку доверия. Это всего лишь признание факта, что реальный
мир гораздо богаче и сложнее, чем его образ, создаваемый наукой.
Заключение
В данной работе были рассмотрены методы научного познания.
В заключении можно сделать следующие выводы:
Традиционная модель строения научного знания предполагает движение по
цепочке: установление эмпирических фактов — первичное эмпирическое
обобщение — обнаружение отклоняющихся от правила фактов — изобретение
теоретической гипотезы с новой схемой объяснения — логический вывод
(дедукция) из гипотезы всех наблюдаемых фактов, что и является ее проверкой
на истинность.
Подтверждение гипотезы конституирует ее в теоретический закон. Такая
модель научного знания называется гипотетико-дедуктивной. Считается, что
большая часть современного научного знания построена именно таким способом.
Теория не строится путем непосредственного индуктивного обобщения
опыта. Это, конечно, не означает, что теория вообще не связана с опытом.
Изначальный толчок к созданию любой теоретической конструкции дает как раз
практический опыт. И проверяется истинность теоретических выводов опять-
таки их практическими приложениями. Однако сам процесс построения теории и
ее дальнейшее развитие осуществляется от практики относительно независимо.
Общие критерии, или нормы научности, входят в эталон научного знания
постоянно. Более же конкретные нормы, определяющие схемы исследовательской
деятельности, зависят от предметных областей науки и от социально-
культурного контекста рождения той или иной теории.
Можно подвести своеобразный итог сказанному: наш «познавательный
аппарат» при переходе к областям реальности, далеким от повседневного
опыта, теряет свою надежность. Ученые вроде бы нашли выход: для описания
недоступной опыту реальности они перешли на язык абстрактных обозначений и
математики.
2. Задача
Рассчитать материальный и тепловой баланс процесса выпаривания
Список литературы
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2003.
2. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных
систем. — М.: Наука, 1994.
3. Концепции современного естествознания. / Под ред.проф.В.Н.Лавриненко,
В.П.Ратникова. – М.: ЮНИТА-ДАНА, 1999.
4. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. — М.: Агар,
1996.
5. Лакатос И. Методология научных исследовательских программ. – М.:
Владос, 1995.
6. Современная философия науки. — М.: Логос, 1996.
7. Степин В. С., Горохов В. Г., Розов М. А. Философия науки и техники. —
М.: Гардарика, 1996.
8. Философия и методология науки. — М.: Аспект Пресс, 1996.
Реферат на тему: Начало и конец Вселенной
Содержание:
Введение 2
Ранняя Вселенная. 2
Назад к Большому взрыву. 3
Абсолютная сингулярность. 7
Раздувание. 9
Эпоха адронов. 10
Эпоха лептонов. 10
Эпоха излучения. 11
Фоновое космическое излучение. 11
Эпоха галактик. 13
Дальнейшая судьба Вселенной. 14
Скрытая масса. 15
Судьба замкнутой Вселенной. 19
Отскок. 20
Судьба открытой Вселенной. 20
Заключение. 21
Список литературы: 24
Словарь терминов. 25
Введение
Красота и величие темного ночного неба всегда волнуют нас. Каждое
светящееся пятнышко на нем — образ звезды, ее свет, который давно, может
быть задолго до нашего рождения, оторвался от светила. Человеку трудно
представить себе необъятные просторы Вселенной, протекающие в ней сложные и
мощные процессы приводят нас в трепет. Свет от некоторых видимых объектов
шел к Земле миллионы лет, а ведь расстояние от нас до Луны тот же луч света
преодолевает меньше чем за две секунды.
Наша Земля — всего лишь песчинка, затерявшаяся в бескрайнем пространстве,
одна из девяти планет, обращающихся вокруг неприметной желтой звезды,
называемой Солнцем…
Многие люди, всматриваясь в небо и смотря на звёзды, думают, что хотя их
жизнь и имеет свой конец, но эти все далекие звезды будут всегда –
Вселенная бесконечна. Но это не так. Все в этом мире изменяется и Вселенная
не исключение. Но было ли у Вселенной начало и будет ли конец? Если было
начало, то для Вселенной было ''началом''? В этой работе мне хотелось бы
рассмотреть современные теории возникновение и развитие Вселенной.
Для данной работы в качестве основного матерьяла использовалась книги
''Мечта Эйнштейна, в поисках единой теории строения Вселенной'',
''Фейманские лекции по физике'', ''Вселенная, жизнь, разум'' и ''Прошлое и
будущее Вселенной''. Остальные источники использовались как дополняющие и
поясняющие.
Мы начнем с теории возникновение Вселенной.
Ранняя Вселенная.
Мы живем в расширяющейся Вселенной, которая, согласно теории Большого
взрыва, возникла примерно 18 миллиардов лет назад в результате взрыва
невообразимой силы. В первые мгновения после взрыва не было ни звезд, ни
планет, ни галактик – ничего кроме частиц, излучения и черных дыр. Короче
говоря, Вселенная находилась в состоянии полнейшего хаоса со столь высокой
энергией, что частицы, обладавшие гигантскими скоростями, сталкивались
практически непрерывно. Это был, по сути, колоссальный ускоритель частиц,
намного мощнее тех, которые построены в наши дни.
Теперь ученые строят все более и более мощные установки, чтобы
разобраться, как взаимодействуют высокоэнергичные частицы. Но крупные
ускорители очень дорогостоящи, а на их строительство уходят годы. Поэтому
некоторые особенно нетерпеливые ученые обратились к ранней Вселенной. Ее в
шутку называют “ускорителем для бедных”, хотя это и не самое удачное
название. Если бы нам пришлось строить ускоритель на такие характерные для
ранней Военной энергии, он протянулся бы до ближайших звезд.
Раз уж строительство такой установки нам не по плечу, то, взяв за
образец раннюю Вселенную или, по крайней мере, ее модель, можно попытаться
понять, что происходит при столь больших энергиях.
Но чем вызван интерес к явлениям, происходящим при таких энергиях?
Прежде всего, тем, что они помогают понять природу фундаментальных частиц,
а также фундаментальных взаимодействий. Установление связи между ними
существенно для уяснения взаимозависимости космических явлений, а согласно
современным теориям понимание связи между фундаментальными взаимодействиями
может пролить свет на процессы в ранней Вселенной. Возникает, например,
вопрос: почему фундаментальных взаимодействий четыре, а не одно, что
казалось бы более естественным? Такой же вопрос можно задать и о
фундаментальных частицах.
Конечно, одна фундаментальная сила и одна фундаментальная частица
значительно упростили бы описание Вселенной. Как мы увидим, возможно, она
именно так и устроена. Согласно появившимся недавно теориям, при энергиях,
характерных для ранней Вселенной, все четыре фундаментальных взаимодействия
были слиты воедино. По мере расширения и остывания Вселенной, видимо,
происходило разделение сил; как при понижении температуры замерзает вода,
так, возможно, из единой силы могло “вымерзти” тяготение, оставив остальные
три. Вскоре “вымерзло” слабое взаимодействие, и, наконец, разделились
сильное и электромагнитное. Если такая идея верна и при высоких энергиях
действительно происходит объединение, исследование ранней Вселенной
представляет исключительный интерес.
К середине 60-х годов большинство астрономов приняло концепцию
происхождения Вселенной в результате Большого взрыва, предполагавшую, что в
начале своего существования Вселенная имела бесконечно малые размеры.
Многим трудно согласиться с мыслью о том, что вся масса Вселенной когда-то
содержалась в ядре, меньше чем атом. Однако есть нечто еще труднее
воспринимаемое в этой идее первичного ядра. Нам кажется, что оно
существовало в некотором бесконечном пространстве, где и взорвалось, однако
астрономы утверждают, что это не так. Вокруг этого ядра не было
пространства: ядро и было Вселенной. Взорвавшись, оно создало пространство,
врем и материю. Позднее мы внимательнее рассмотрим этот взрыв и увидим, как
из него развилась Вселенная, но прежде вернемся назад во времени к этому
взрыву.
Назад к Большому взрыву.
Чтобы вернуться к самому началу, нужно знать возраст Вселенной. А это
очень сложный и спорный вопрос. Долгие годы считалось, что возраст
Вселенной составляет примерно 18 миллиардов лет. Эта цифра приводилась в
большинстве учебников, статей и популярных книг по космологии и
принималась большинством ученых, так как основывалась на работе Хаббла,
которую долгие годы развивали Аллен Сэндейдж из Хейльской обсерватории и
Густав Там-ман из Базеля.
Не все, однако, были согласны с таким результатом. Жерар де Вокулер из
Техасского университета I работал над этой проблемой, используя сходную
методику, и постоянно получал результат около 10 миллиардов лет. Сидни ван
ден Берг из канадской обсерватории в Виктории также получил близкое
значение. Но почему-то эти результаты остались без внимания. В 1979 году
еще трое астрономов объявили о том, что с помощью других методов получили
результаты, близкие по значению к полученным Вокулером.
Ученые, наконец, обратили внимание на эти результаты, и кое-кто
задумался, — не надо ли по-новому взглянуть на проблему возраста Вселенной.
Большинство продолжало придерживаться прежнего результата — 18 миллиардов
лет, но по мере того, как появлялись новые данные, свидетельствовавшие в
пользу 10 миллиардов лет, начинал разгораться спор. Давайте немного
задержимся на этом и разберемся в сути этого спора. Мы уже видели, что
Хаббл, соотнеся расстояние до галактик с их красным смещением, предсказал
расширение Вселенной. На его диаграмме особо важным представляется угол
наклона прямой, проходящей через точки; значение H называется постоянной
Хаббла. Важность этой постоянной определяется ее связью с возрастом
Вселенной. Она дает нам представление о скорости расширения, и если мы
повернем расширение или, что-то же самое, время вспять (предположив, что
оно течет в обратную сторону), то Вселенная сожмется. Тогда возраст
Вселенной будет определяться тем временем, которое потребуется всему
веществу, чтобы сжаться до размеров точки. Если бы Вселенная расширялась
равномерно, то ее возраст был бы обратным величине H (1/H). Однако
существует явное свидетельство в пользу того, что это не соответствует
действительности: похоже, что расширение замедляется. Значит, чтобы узнать
реальный возраст Вселенной, нам следует помнить об этом и соответственно
знать, как быстро расширение замедляется.
[pic]
С помощью своей лестницы, которая помогла ему вычислить расстояние до
далёких звезд, Хаббл получил в 1929 году значение Н, которое
соответствовало поразительно малому возрасту — 2 миллиарда лет.
Поразительным его можно считать потому, что результаты геологических
исследований дают гораздо большее значение, и эти данные весьма надежны.
Замешательство длилось недолго: Вальтер Бааде из обсерватории Маунт-Вилсон
вскоре нашел ошибку в методике, с помощью которой Хаббл определял
расстояние. Он пользовался зависимостью период — светимость для цефеид (чем
больше период цефеид, тем больше абсолютная светимость) для определения
расстояния до ближайших галактик, но звезды переменной светимости в этих
галактиках не были обычными цефеидами и, следовательно, указанной
зависимости не подчинялись. С поправками возраст Вселенной удваивался.
Через несколько лет Сэндейдж заметил, что Хаббл принял скопления звезд за
отдельные звезды в более отдаленных галактиках. С этими исправлениями
возраст еще раз удвоился.
Так возраст Вселенной был определен в 10 миллиардов лет. Однако Сэндейджа
и Таммана это не удовлетворило. Они тщательно проанализировали работу
Хаббла, расширив ее рамки. В их распоряжении были новейшая техника и
методика калибровки, не говоря уже о 200-дюймовом телескопе-рефлекторе
Паломар-ской обсерватории. В результате их исследований возраст Вселенной
еще раз удвоился и составил около 18 миллиардов лет, так что некоторое
время никто не смел и подумать о новых вычислениях.
Пока Сэндейдж и Тамман проверяли и корректировали работы Хаббла, в
Техасском университете усердно трудился де Вокулер. Подобно Сэндейджу, он
пользовался космической лестницей, идя по ступенькам вглубь ко все более
слабым галактикам. Однако что-то его беспокоило. Через несколько лет он
внимательно изучил окружающую нас группу галактик, называемую местным
скоплением, и обнаружил, что она является частью гораздо большей группы —
скопления скоплений. Доминирующим в группе было гигантское скопление,
называемое Девой (расположенное в направлении созвездия Девы). Де Вокулер
пришел к выводу, что это колоссальное скопление воздействует на нашу
галактику, поэтому он и получил гораздо меньшее число, чем Сэндейдж и
Тамман, которые не учли этого обстоятельства.
Однако никто не обращал на идеи де Вокулера ни малейшего внимания.
Наверное, легче было считать, что мы живем в обычной области Вселенной, а
де Вокулер уверял, что это аномальная область. Для разрешения противоречия
требовался какой-то совершенно новый метод. Такой метод (который, однако,
не позволил найти окончательное решение) появился в 1979 году — Марк
Ааронсон из обсерватории Стюарда, Джон Хачра из Гарварда и Джереми Моулд из
национальной обсерватории Китт-Пик объявили о том, что полученное ими
значение Н лежит между значениями, предложенными де Вокулером и Сэндейджем.
Однако большинство их измерений, как и измерения Сэндейджа, проводились в
направлении скопления Девы. Де Вокулер предложил провести их в каком-либо
другом участке неба, подальше от Девы. И конечно же, полученное значение
оказалось очень близким к результату де Вокулера.
Ааронсон с сотрудниками использовали метод, разработанный намного
раньше Брентом Талли из Гавайского университета и Ричардом Фишером из
Национальной обсерватории. Талли и Фишер определяли массу галактик, проводя
наблюдения на длине волны 21 см. Линия спектра, соответствующая этой длине
волны при вращении галактик расширяется, т. е. чем больше скорость вращения
галактики, тем шире соответствующая линия. Поскольку известно, что наиболее
массивные, самые крупные галактики вращаются быстрее других, Талли и Фишеру
оставалось лишь измерить ширину линии и тем самым определить «вес»
галактики, а из этого, в свою очередь, ее истинную яркость, или светимость.
Узнав светимость и определив из наблюдений видимую яркость, легко найти
расстояние до галактики.
Несмотря на простоту, метод вызывает на практике ряд трудностей. Прежде
всего, отнюдь не все галактики повернуты к нам «лицом»; обычно они видны
под каким-то углом, а значит, большая часть их света поглощается пылью. Для
учета этого обстоятельства приходится вводить соответствующие поправки, что
и сделали Талли с Фишером. Тем не менее их резуль-: таты подверглись
суровой критике.
Заинтересовавшись этим методом, Ааронсон с сотрудниками решили измерять
не видимый свет галактик, а их инфракрасное излучение, тем самым избежав
необходимости введения поправок. Инфракрасное излучение не задерживается
пылью, а потому и нет необходимости делать поправку на поворот галактик. В
итоге ученые получили значение Я, согласующееся с результатом измерения де
Вокулера.
Ааронсон и его коллеги вскоре убедились, что мы в самом деле живем в
аномальной области Вселенной. Мы находимся на расстоянии примерно 60
миллионов световых лет от суперскопления в Деве и стремимся к нему под
действием притяжения с весьма большой скоростью. Значит, для того чтобы
получить верное значение постоянной Хаббла, нужно из скорости разбегания
галактик (с которой они удаляются от нас) вычесть эту скорость.
Правда, Сэндейдж и Тамман не убеждены, что мы живем в аномальной области.
Их измерения, как утверждают авторы, не дают оснований считать, что мы
движемся к скоплению в Деве, а следовательно, не нужно вводить
соответствующую поправку. Интересно, что наша собственная скорость,
измеренная Ааронсоном, не совпадает со значением, полученным де Вокулером.
По мнению Ааронсона, мы движемся к скоплению в Деве не по прямой, а по
спирали; такой вывод основывается на весьма сложной модели вращающегося
суперскопления.
Итак, возникает проблема — действительно ли мы живем в аномальной
области, как свидетельствуют последние результаты, или же правы Сэндейдж и
Тамман? Казалось бы, решить ее довольно легко, ведь в предыдущей главе
рассказывалось о реликтовом излучении, заполняющем всю Вселенную, причем в
разных направлениях его температура различна. По данным таких измерений, мы
движемся к созвездию Льва со скоростью примерно 600 км/с, но Лев отстоит от
центра скопления в Деве примерно на 43°! Итак, одни измерения
свидетельствуют, что мы движемся в направлении Льва, а другие — что к Деве.
Какие из них верны? Пока неизвестно.
Похоже, что мы зашли в тупик, и в вопросе о возрасте Вселенной — 10 ей
миллиардов лет или 20? К счастью, есть еще два метода определения возраста
Вселенной. Правда, и тот и другой позволяют найти лишь возраст нашей
Галактики, но поскольку довольно хорошо известно, насколько Вселенная
старше Галактики, эти методы весьма надежны. В первом из них используются
гигантские скопления звезд, так называемые глобулярные скопления; они
окружают нашу Галактику подобно тому, как пчелы окружают улей. Если
построить зависимость абсолютной, или истинной, яркости от температуры
поверхности звезд, входящих в такие скопления, откроется весьма интересный
результат. (Такой график называется диаграммой Герцшпрунга — Рессела, по
именам впервые построивших его ученых.)
[pic]
Прежде чем рассказать о полученном результате, рассмотрим типичную
диаграмму Герцшпрунга — Рессела. Если скопление относительно молодое,
большинство точек лежит на диагонали, называемой главной
последовательностью; кроме того, есть несколько точек в верхнем правом углу
и совсем мало — в нижнем левом. На главной последовательности представлены
все звезды — от небольших красных карликов до голубых гигантов. Одной из
особенностей этой диаграммы является то, что звезда, по мере старения,
сходит с главной последовательности. Самые верхние точки, соответствующие
голубым гигантам, сходят первыми, а по ходу старения скопления с главной
последовательности сходит все больше и больше звезд, причем всегда, начиная
сверху диаграммы. Это означает, что чем старше скопление, тем короче его
главная последовательность. Особое значение имеет то, что точка, выше
которой нет звезд (она называется точкой поворота), позволяет оценить
возраст скопления.
Диаграмма Герцшпрунга — Рессела для молодого скопления (слева) и та же
диаграмма для старого скопления (справа); показана точка поворота
При рассмотрении диаграммы Герцшпрунга — Рессела для глобулярных
скоплений становится видно, что у них точка поворота находится почти внизу
главной последовательности. Это означает, что они очень стары; их возраст —
от 8 до 18 миллиардов лет, т. е. Вселенной должно быть больше 10 миллиардов
лет.
Второй метод заключается в наблюдении скоростей распада различных
радиоактивных веществ. Мерой скорости этого процесса служит так называемый
период полураспада — время, в течение которого распадается половина ядер
данндго вещества. Измеряя периоды полураспада атомов радиоактивных
элементов в Солнечной системе, можно определить ее возраст, а на его основе
— возраст нашей Галактики. И вновь результаты указывают на то, что
Галактике больше 10 миллиардов лет.
Сотрудник Чикагского университета Дэвид Шрамм и некоторые другие ученые
применили ряд методов определения возраста Галактики, а затем обработали
результаты для получения наиболее вероятного значения. Таким образом они
получили оценку 15-16 миллиардов лет. Но и это убедило отнюдь не всех.
Гарри Шипмен из университета Делавэра недавно провел исследование эволюции
белых карликов и определил их число в нашей Галактике; теперь он
утверждает, что Млечному Пути не более 11 миллиардов лет. С его выводами
согласны Кен Джейнс из Бостонского университета и Пьер де Марк из Йеля. Они
внимательно изучили методику определения возраста глобулярных скоплений на
основе графиков зависимости светимость — температура и пришли к выводу, что
учет погрешностей в наблюдениях звезд, а также некоторых теоретических
допущений позволяет снизить оценку их возраста до 12 миллиардов лет.
Вот так обстоит дело. Пока с уверенностью можно утверждать лишь то, что
возраст Вселенной составляет от 10 до 20 миллиардов лет.
Это означает, что около 10-20 миллиардов лет назад произошел
колоссальный взрыв, в результате которого родилась наша Вселенная.
Сейчас галактики разбегаются от нас во всех направлениях, а если
представить себе, что мы движемся во времени вспять, то нам покажется, что
Вселенная сжимается. Теперь галактики расположены так далеко друг от друга,
что для их сближения потребовалось бы около 16 миллиардов лет. Представим
себе, что мы бессмертные существа, путешествующие против течения времени;
для нас миллиард лет – одна минута. Мы увидим вспыхивающие и гаснущие в
нашей Галактике звезды; они образуются из межзвездных газа и пыли, проходят
свой жизненный цикл и либо взрываются, разбрасывая вещество в пространство,
либо медленно угасают. Издала все это похоже на расцвеченную огнями
новогоднюю елку. Двигаясь дальше назад во времени, мы увидим, что
светимость некоторых галактик немного возрастает, но постепенно все они
тускнеют из-за того, что в них становится все больше газа и все меньше
звезд. Но вот погасла последняя звезда, и не осталось ничего кроме
гигантской бурлящей массы газа. Каждая из огромных спиралей газа растет в
размерах, постепенно приближаясь к другим спиралям, а потом, когда
Вселенной становится лишь несколько сот миллионов лет от роду, эти
колоссальные газовые сгустки рассеиваются и все пространство оказывается
заполненным очень разреженным, но весьма однородным газом. Тем не менее, в
нем все же есть заметные флуктуации плотности. Астрономы пока еще точно не
знают, отчего они образовались, но скорее всего это было вызвано
своеобразной ударной волной, пронесшейся через несколько секунд (или минут)
после взрыва.
В возрасте около 10 миллионов лет Вселенная имела температуру, которую
мы сейчас называем комнатной. Может показаться, что она в то время была
абсолютно пуста и черна, но на самом деле там было сильно разреженной
вещество будущих галактик.
Чем ближе к моменту рождения Вселенной, тем больше разогревается газ;
за несколько миллионов лет до этого события появляется слабое свечение,
которое постепенно приобретает темно-красный оттенок, - температура на этом
этапе составляет примерно 1000 К. Вселенная производит жутковатое
впечатление, но все еще прозрачна и однородна; постепенно желтым. И вдруг
при температуре 3000 К. происходит нечто странное – до этого момента
Вселенная была прозрачной (правда, смотреть в ней было не на что, но свет
сквозь нее проходил), а теперь все заволок ослепительно сияющий желтый
туман, через который ничего не видно.
Двигаясь еще дальше назад во времени, мы увидим, что Вселенная состоит
почти целиком из плотного излучения, в которое кое-где вкраплены ядра
атомов. По мере роста температуры яркость тумана все возрастает. Повсюду
появляются легкие частицы и их античастицы – Вселенная на этом этапе
представляет собой смесь излучения, электронов, нейтронов и их античастиц.
Наконец, при еще более высоких температурах, появляются тяжелые частицы их
античастицы, а также черные дыры. Вселенная превращается в невообразимую
кашу – частицы и излучение врезаются друг в друга с колоссальной силой.
Теперь она очень мала, размером с надувной мяч, а еще через долю секунды
может превратиться в сингулярность. Но до того перед нами закроется
“занавес”. Мы не в состоянии сказать, что в действительности произойдет в
последнюю долю секунды в последнюю долю секунды, потому что не в силах
заглянуть за “занавес”, о котором я говорил, занавес нашего неведения. При
таких условиях отказывает не только общая теория относительности, но,
возможно, и квантовая теория, поэтому мы и не можем сказать наверняка,
появляется ли сингулярность.
Абсолютная сингулярность.
Вселенская сингулярность или состояние близкое к ней, о чёрной дыре. В
отличие от черный дыр, которые имеют массу, равную массе крупной звезды;
теперь же речь идет о сингулярности, содержащей всю массу Вселенной. Но
помимо этого есть еще одно фундаментальное отличие. В случае
сколлапсировавшей звезды был горизонт событий, в центре которого помещалась
сингулярность; иными словами, черная дыра находилась где-то в нашей
Вселенной. В случае вселенской черной дыры сразу же возникают трудности –
несли вся наша Вселенная сколлапсировала в черную дыру, значит все вещество
и пространство исчезли в сингулярности, то есть не останется ничего, в чем
можно было бы находится – не будет Вселенной.
Более того, в случае вселенской черной дыры (может быть, вернее будет
сказать, квазичерной дыры) нельзя быть уверенным в том, что имеешь дело с
истинной сингулярностью.
Но даже если сингулярности не было, остается вопрос, что было раньше,
намного раньше. Один из ответов на него может выглядеть так: раньше была
другая Вселенная, которая сколлапсировала, превратившись или почти
превратившись в сингулярность, из которой затем возникла наша Вселенная.
Возможно, что такие коллапсы и возрождения происходили неоднократно. Такую
модель называют осциллирующей моделью Вселенной.
Посмотрим теперь, когда отказывает общая теория относительности; это
происходит через 10(-43) с после начала отсчета времени (интервал,
называемый план-ковским временем). Это как раз тот момент, когда
задергивается «занавес»; после него во Вселенной царит полный хаос, но с
помощью квантовой теории мы можем хотя бы грубо представить себе, что там
происходило.
Ранее уже упоминалось о точке зрения Стивена Хокинга, согласно которой
на самой ранней стадии развития Вселенной образовывались маленькие черные
дыры; он также доказал, что эти черные «дырочки» испаряются примерно через
10(-43) с. Отсюда вытекает, что по истечении этого интервала времени во
Вселенной существовала странная «пена» из черных дыр. Сотрудник Чикагского
университета Дэвид Шрамм так выразился по этому поводу: «...Мы приходим к
представлению о пространстве-времени как о пене из черных мини-дыр, которые
внезапно появляются... ре комбинируют и образуются заново». В этот момент
пространство и время были совершенно не похожи на теперешние — они не
обладали непрерывностью. Эта пена представляла собой по сути дела смесь
пространства, времени, черных дыр и «ничего», не связанных друг с другом. О
таком состоянии мы знаем очень мало.
Температура в момент, о котором идет речь, составляла примерно 10(32)
К — вполне достаточно для образования частиц. Частицы могут образовываться
Посмотрим теперь, когда отказывает общая теория относительности; это
происходит через 10(-43) с после начала отсчета времени (интервал,
называемый план-ковским временем). Это как раз тот момент, когда
задергивается «занавес»; после него во Вселенной царит полный хаос, но с
помощью квантовой теории мы можем хотя бы грубо представить себе, что там
происходило. Ранее уже упоминалось о точке зрения Стивена Хокинга, согласно
которой на самой ранней стадии развития Вселенной образовывались маленькие
черные дыры; он также доказал, что эти черные «дырочки» испаряются примерно
через 10(-43) с. Отсюда вытекает, что по истечении этого интервала времени
во Вселенной существовала странная «пена» из черных дыр. Сотрудник
Чикагского университета Дэвид Шрамм так выразился по этому поводу: «...Мы
приходим к представлению о пространстве-времени как о пене из черных мини-
дыр, которые внезапно появляются... ре комбинируют и образуются заново». В
этот момент пространство и время были совершенно не похожи на теперешние —
они не обладали непрерывностью. Эта пена представляла собой по сути дела
смесь пространства, времени, черных дыр и «ничего», не связанных друг с
другом. О таком состоянии мы знаем очень мало.
Температура в момент, о котором идет речь, составляла примерно 10(32) К
— вполне достаточно для образования частиц. Частицы могут образовываться
двумя способами. В первом случае | |
