Космология

Средние века и Новое время

После крушения Римской империи и распространения христианства, Европа почти на тысячелетие погрузилась в Темные века – развитие естественных наук, в том числе и астрономии, практически остановилось. Европейцы черпали информацию об устройстве и законах Вселенной из библейских текстов, немногочисленные астрономы твердо придерживались геоцентрической системы Птолемея, небывалой популярностью пользовалась астрология. Реальное изучение учеными Вселенной началось только в эпоху Возрождения.

В конце XV столетия кардиналом Николаем Кузанским была выдвинута смелая идея об универсальности мироздания и бесконечности глубин Вселенной. Уже к XVI веку стало понятно, что взгляды Птолемея ошибочны, и без принятия новой парадигмы дальнейшее развитие науки немыслимо. Поломать старую модель решился польский математик и астроном Николай Коперник, предложивший гелиоцентрическую модель Солнечной системы.

Гелиоцентрическая модель, предложенная польским священником и астрономом Коперником

С современной точки зрения, его концепция была несовершенной. У Коперника движение планет обеспечивалось вращением небесных сфер, к которым они крепились. Сами орбиты имели круговую форму, а на границе мира находилась сфера с неподвижными звездами. Однако, поместив Солнце в центр системы, польский ученый, без сомнения, совершил настоящую революцию. Историю астрономии можно разделить на две большие части: древнейший период и изучение Вселенной от Коперника до наших дней.

В 1608 году итальянский ученый Галилей изобрел первый в мире телескоп, который дал огромный толчок развитию наблюдательной астрономии. Теперь ученые могли созерцать глубины Вселенной. Оказалось, что Млечный путь состоит из миллиардов звезд, Солнце имеет пятна, Луна – горы, а вокруг Юпитера вращаются спутники. Появление телескопа вызвало настоящий бум оптических наблюдений за чудесами Вселенной.

В середине XVI века датский ученый Тихо Браге первым начал регулярные астрономические наблюдения. Он доказал космическое происхождение комет, опровергнув тем самым идею Коперника о небесных сферах. В начале XVII столетия Иоганн Кеплер разгадал тайны движения планет, сформулировав свои знаменитые законы. В это же время были открыты туманности Андромеды и Ориона, кольца Сатурна, составлена первая карта лунной поверхности.

В 1687 году Исааком Ньютоном был сформулирован закон всемирного тяготения, объясняющий взаимодействие всех составляющих Вселенной. Он позволил увидеть скрытый смысл законов Кеплера, которые, по сути, были выведены эмпирическим путем. Принципы, открытые Ньютоном, позволили ученым по-новому взглянуть на пространство Вселенной.

XVIII столетие стало периодом бурного развития астрономии, значительно расширившим границы известной Вселенной. В 1785 году Кант выдвинул блестящую идею, что Млечный путь – это огромное звездное скопление, собранное воедино гравитацией.

В это время на «карте Вселенной» появлялись новые небесные тела, совершенствовались телескопы.

В XIX веке инструменты ученых стали более точными, появилась фотографическая астрономия. Спектральный анализ, появившийся в середине столетия, привел к настоящей революции в наблюдательной астрономии – теперь темой для исследований стал химический состав объектов. Был открыт пояс астероидов, измерена скорость света.

Модели вселенной

Космологические модели вселенной это представления о её формировании и развитии.

Впрочем, выделяют три основные идеи.

Теория Большого Взрыва

Описывает начальное зарождение вселенной. Её появление связывают со взрывом материи и образовании сингулярного состояния. Считается, что взрыв породил пространство. А его расширение привело к появлению Вселенной.

Большой взрыв

На сегодняшний день, данная теория признана общепринятой.

Модель расширяющейся Вселенной

По сути, описывает само расширение и рост вселенной. В основе лежит увеличение размера и объема пространства относительно наблюдателя. Главным вопросом данного представления о мире является бесконечность пространства.

Такая модель наиболее приближена к современной науке. Сформировалась она на основе теории относительности. Которую, как известно, предложил ещё Альберт Эйнштейн.

По принципу данной модели, вселенная может как сжиматься, так и расширяться. К сожалению, является она только теорией. Никаких научно-обоснованных подтверждений не несёт.

Теория стадии инфляции

Содержит пояснения появления и расширения вселенной.Она ориентирована на быстротечное расширение вселенной на нулевой момент времени.

Более того, теория стадии инфляции имеет большое количество возможных идей развития вселенной.К тому же, в своей основе содержит начальный этап развития пространства после Большого Взрыва.

С точки зрения учёных, сначала вселенная была горячей и плотной. А уже в результате своего расширения она остыла. Затем появилась гравитация и электромагнитное поле. В результате начали образовываться тела, планеты, спутники и др.

Данные, на которых основана наука

Существует шесть основных принципов построения Вселенной, которые используются в космологии:

• Пространство изотропно. Это означает, что все объекты в космосе — как планеты и астероиды, так и галактики и черные дыры — двигаются хаотично, вне определенного порядка, и космология изучает именно данное движение. В некоторых местах они могут скапливаться и образовывать области искаженного пространства, высокого давления и температуры. В других, наоборот, рассеиваться, разрежая пространство до минимума.
• Постоянное расширение границ. Главным образом космология изучает эволюцию Вселенной, и этот процесс, можно сказать, происходит прямо на наших глазах. Все космические объекты, а в особенности галактики удаляются друг от друга. При этом чем больше их параметры, тем быстрее увеличиваются расстояния.
• Пространство, окружающее нашу планету, также изотропно. Это говорит о том, что Земля, как и ее орбита, – рядовая часть Вселенной, которая по структуре мало чем будет отличаться от, скажем, зон, приближенных к планете Кеплер-36Б.
• В соответствии с теорией Большого взрыва, возраст Земли, всех астероидов, звезд, галактик и самой Вселенной примерно одинаковый. Возникновение материи исследователи опускают в века примерно на 20 миллиардов лет, в то время как самые старые звезды появились около 15 млрд лет назад. Куда большие цифры приводят нам археологи, которые откапывают скелеты гигантских рептилий. В соответствии с этими данными, получается, что Земля появилась ранее, чем вся материя в космосе. На самом деле ученые долго недооценивали параметры расстояния между галактиками. Более современные подсчеты позволяют полагать, что Вселенная бесконечна и в плане пространства, и в плане времени.
• Тайны Вселенной, которая необъятна, кроются в самых малых ее частицах – атомах. Как мы уже говорили выше, любой участок пространства будет идентичен предыдущему по своему составу, который исследователи смогли высчитать. На 10 атомов водорода приходится 1 атом гелия.
• Факт, который, наоборот, подтверждает правильность теории постоянного расширения Вселенной, заключается в том, что на большом расстоянии от СС куда больше квазаров, которые живут более активной жизнью.

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Под космологическими данными понимают результаты экспериментов и наблюдений, имеющие отношение к Вселенной в целом в широком диапазоне пространства и времени. Любая мыслимая космологическая модель должна удовлетворять этим данным. Можно выделить 6 основных наблюдательных фактов, которые должна объяснить космология:

1. В больших масштабах Вселенная однородна и изотропна, т.е. галактики и их скопления распределены в пространстве равномерно (однородно), а их движение хаотично и не имеет явно выделенного направления (изотропно). Принцип Коперника, «сдвинувшего Землю из центра мира», был обобщен астрономами на Солнечную систему и нашу Галактику, которые также оказались вполне рядовыми. Поэтому, исключая мелкие неоднородности в распределении галактик и их скоплений, астрономы считают Вселенную такой же однородной везде, как и вблизи нас.

2. Вселенная расширяется. Галактики удаляются друг от друга. Это обнаружил американский астроном Э.Хаббл в 1929. Закон Хаббла гласит: чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Но это не означает, что мы находимся в центре Вселенной: в любой другой галактике наблюдатели видят то же самое. С помощью новых телескопов астрономы углубились во Вселенную значительно дальше, чем Хаббл, но его закон остался верен.

3. Пространство вокруг Земли заполнено фоновым микроволновым радиоизлучением. Открытое в 1965, оно стало, наряду с галактиками, главным объектом космологии. Его важным свойством является высокая изотропность (независимость от направления), указывающая на его связь с далекими областями Вселенной и подтверждающая их высокую однородность. Если бы это было излучение нашей Галактики, то оно отражало бы ее структуру. Но эксперименты на баллонах и спутниках доказали, что это излучение в высшей степени однородно и имеет спектр излучения абсолютно черного тела с температурой около 3 К. Очевидно, это реликтовое излучение молодой и горячей Вселенной, сильно остывшее в результате ее расширения.

4. Возраст Земли, метеоритов и самых старых звезд немногим меньше возраста Вселенной, вычисленного по скорости ее расширения. В соответствии с законом Хаббла Вселенная всюду расширяется с одинаковой скоростью, которую называют постоянной Хаббла Н. По ней можно оценить возраст Вселенной как 1/Н. Современные измерения Н приводят к возрасту Вселенной ок. 20 млрд. лет. Исследования продуктов радиоактивного распада в метеоритах дают возраст ок. 10 млрд. лет, а самые старые звезды имеют возраст ок. 15 млрд. лет. До 1950 расстояния до галактик недооценивались, что приводило к завышенному значению Н и малому возрасту Вселенной, меньшему возраста Земли. Чтобы разрешить это противоречие, Г.Бонди, Т.Голд и Ф.Хойл в 1948 предложили стационарную космологическую модель, в которой возраст Вселенной бесконечен, а по мере ее расширения рождается новое вещество.

5. Во всей наблюдаемой Вселенной, от близких звезд до самых далеких галактик, на каждые 10 атомов водорода приходится 1 атом гелия. Кажется невероятным, чтобы всюду местные условия были столь одинаковы. Сильная сторона модели Большого взрыва как раз в том, что она предсказывает везде одинаковое соотношение между гелием и водородом.

6. В областях Вселенной, удаленных от нас в пространстве и во времени, больше активных галактик и квазаров, чем рядом с нами. Это указывает на эволюцию Вселенной и противоречит теории стационарной Вселенной.

Литература

• C. Bonneau, S. Brunier. Une sonde defie l’espace et le temps. Science&Vie, № 1072, Janvier 2007, p. 43
• Furley, David J. The Greek Theory of the Infinite Universe // Journal of the History of Ideas. — 1981. — Т. 42, № 4 (Oct. — Dec.). — P. 571–585..
• Gatti H. Giordano Bruno and Renaissance Science. — Cornell Univercity Press, 1999..
• Gombrich, R. F. «Ancient Indian Cosmology.» In Ancient Cosmologies, edited by Carmen Blacker and Michael Loewe, 110—142. London: Allen and Unwin, 1975.
• Granada, Miguel A. Kepler and Bruno on the Infinity of the Universe and of Solar Systems // Journal for the History of Astronomy. — 2008. — Т. 39, № 4. — P. 469—495.
• Grant E. Medieval and Seventeenth-Century Conceptions of an Infinite Void Space Beyond the Cosmos // Isis. — 1969. — Т. 60, № 201. — P. 39—60..
• Grant E. Planets, Stars, and Orbs: The Medieval Cosmos, 1200—1687. — Cambridge, 1994..
• Henderson, John B. The Development and Decline of Chinese Cosmology. Neo-Confucian Studies Series. New York: Columbia University Press, 1984.—>
• McColley G. The seventeenth-century doctrine of a plurality of worlds // Annals of Science. — 1936. — № 1. — P. 385–430..
• Sircar D.S. Cosmography and Cosmology in Early Indian Literature. Calcutta, 1976 (1 ed.: Calcutta,1967)

На русском

• Бакина В. И. Космологическое учение Гераклита Эфесского // Вестник Московского университета. Сер. 7. Философия. 1998. № 4. С. 42—55.
• Бакина В. И. Космологические учения раннегреческих философов: Учеб. пособие. М., Изд-во Моск. ун-та. 1999. — 104 с.
• Вайнберг С. Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000, 272 с. ISBN 5-93972-013-7
• Гаврюшин Н. К. Византийская космология в XI веке // Историко-астрономические исследования. — М.: «Наука», 1983. Выпуск XVI. С. 325—338.
• Гаврюшин Н. К. Космологический трактат XV века как памятник древнерусского естествознания // Памятники науки и техники. 1981. М.: Наука, 1981, С. 183—197.
• Житомирский С. В. Гелиоцентрическая гипотеза Аристарха Самосского и античная космология. // Историко-астрономические исследования. М., 1986. Вып. 18. С. 151—160.
• Идлис Г. М. Революции в астрономии, физике и космологии. М., 1985. — 232 с.
• Койре А. От замкнутого мира к бесконечной вселенной. — 2001.
• Космологические произведения в книжности Древней Руси. Ч. II: Тексты плоскостно-комарной и других космологических традиций // Серия «Памятники древнерусской мысли». Вып. IV (2) / Отв. ред.: В. В. Мильков, С. М. Полянский. СПб.: Издат. дом «Міръ», 2008 (640 с. (50Б7 а. л.).
• Лебедев А. В. Фалес и Ксенофан (Древнейшая фиксация космологии Фалеса) // Античная философия в интерпретации буржуазных философов. М., 1981.
• Лупандин И. В. Аристотелевская космология и Фома Аквинский // Вопросы истории естествознания и техники. 1989. № 2. С. 64—73.
• Макеев В. А. Древняя философская космография в современной культуре стран Востока. — М.: РУДН, 1993
• Мочалова И. Н. О двух космологических традициях в Ранней Академии // Вестник Ленинградского государственного университета имени А. С. Пушкина (серия философия). 2007. — № 3 (6). — С. 26—34.
• Нагирнер Д. И. Элементы космологии. — СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001.
• Павленко А. Н. Современная космология: проблема обоснования // Астрономия и научная картина мира. М. ИФРАН, 1996;
• Павленко А. Н. Европейская космология: основания эпистемологического поворота, М.- ИНТРАДА, 1997;
• Сажин М. В. Современная космология в популярном изложении. URSS. 2002. 240 с.
• Семушкин А. В. Умозрительный культ космоса в раннегреческой философии // Религия в изменяющемся мире. — М.: Изд-во РУДН, 1994. — С. 27—39.
• Турсунов А. Философия и современная космология. М., 1977.
• М. Л. Фильченков, С. В. Копылов, В. С. Евдокимов Курс общей физики: дополнительные главы.
• Фролов Б. Число в архаической космологии // Астрономия древних обществ. М., 2002. С. 61—68.
• Чернин А. Д. Звезды и физика. Изд.2. URSS. 2004. 176 с.
• Лоуренс Краусс. Почему мы существуем. Величайшая из когда-либо рассказанных историй = Krauss. The Greatest Story Ever Told — So Far: Why Are We Here?. — М.: Альпина Нон-фикшн, 2018. — ISBN 978-5-91671-948-2.

Проблема антивещества

После начала эры частиц. Не существует никакого известного процесса, который мог бы изменить чистое число крупиц Вселенной. К тому времени, когда космос устарел на миллисекунды, баланс между веществом и антивеществом был исправлен навсегда.

Основной частью стандартной модели материи во Вселенной является идея парного производства. Это демонстрирует рождение электрон-позитронных дублей. Обычный тип взаимодействия между рентгеновскими лучами высокой жизни или гамма-излучением и типичными атомами преобразует большую часть энергии фотона в электрон и его античастицу, позитрон. Массы крупиц следуют соотношению Эйнштейна E = mc2. Произведенная бездна имеет равное количество электронов и позитронов. Поэтому если бы все процессы массового производства были парными, во Вселенной было бы точно такое же количество вещества и антивещества.

Ясно, что в том, как природа относится к материи, есть некоторая асимметрия. Одним из перспективных направлений исследования является нарушение СР-симметрии при распаде частиц слабым взаимодействием. Основным экспериментальным доказательством является разложение нейтральных каонов. Именно они показывают небольшое нарушение симметрии СР. При распаде каонов на электроны человечество имеет четкое различие между веществом и антивеществом, и это может быть одним из ключей к преобладанию материи во Вселенной.

Новое открытие на большом адронном коллайдере — разница в скорости распада D-мезона и его античастицы — 0,8 %, что может стать еще одним вкладом в решение вопроса антивещества.

Проблема начала космологического расширения

Ус­пе­хи фи­зи­ки эле­мен­тар­ных час­тиц при боль­ших энер­ги­ях по­зво­ли­ли при­сту­пить к ис­сле­до­ва­нию про­цес­сов, имев­ших ме­сто в са­мом на­ча­ле рас­ши­ре­ния Все­лен­ной. Со­глас­но тео­рии, при $T>10^{13}$ К ве­ще­ст­во со­стоя­ло в осн. из квар­ков. При темп-ре по­ряд­ка 1015 К ве­ще­ст­во со­дер­жа­ло боль­шое коли­че­ст­во про­ме­жу­точ­ных бо­зо­нов – час­тиц, осу­ще­ст­в­ляю­щих еди­ное элек­тро­сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие. При ещё бóль­ших темп-pax (по­ряд­ка 1028 К) про­ис­хо­ди­ли про­цес­сы, ко­то­рые, ве­ро­ят­но, обу­сло­ви­ли са­мо су­ще­ст­во­ва­ние ве­ще­ст­ва в совр. Все­лен­ной. В рам­ках дан­ной ги­по­те­зы при $T>10^{28}$ К во Все­лен­ной име­лось боль­шое чис­ло очень мас­сив­ных т. н. Х- и Y-бо­зо­нов, осу­ще­ст­в­ляю­щих еди­ное силь­ное и элек­тро­сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие. С уча­сти­ем этих час­тиц квар­ки мо­гут пре­вра­щать­ся в леп­то­ны и об­рат­но. В это вре­мя ко­ли­че­ст­во час­тиц и ан­ти­час­тиц ка­ж­до­го сор­та бы­ло, ве­роят­но, со­вер­шен­но оди­на­ко­вым. Ко­гда темп-pa рас­ши­ряю­щей­ся Все­лен­ной ста­ла ни­же 1028 К, Х- и Y-бо­зо­ны и их анти­час­ти­цы на­ча­ли рас­па­дать­ся, при­чём их рас­пад про­ис­хо­дил по-раз­но­му. В ре­зуль­та­те об­ра­зо­ва­лось не­мно­го боль­ше час­тиц, чем ан­ти­час­тиц. Это при­ве­ло к то­му, что во Все­лен­ной при темп-ре по­ряд­ка 1013 К воз­ник не­боль­шой из­быток (по­ряд­ка 10–9) ба­рио­нов над ан­ти­ба­рио­на­ми. Этот из­бы­ток ба­рио­нов и при­вёл к су­ще­ст­вова­нию не­боль­шой при­ме­си обыч­но­го ве­ще­ст­ва в «мо­ре» лёг­ких час­тиц (при $T К). Позд­нее из это­го ве­ще­ст­ва сфор­ми­ро­ва­лись все не­бес­ные те­ла.

При темп-ре $T>10^{28}$ К Все­лен­ная, ве­ро­ят­но, чрез­вы­чай­но бы­ст­ро рас­ши­ря­лась (см. Ин­фля­ци­он­ная мо­дель Все­лен­ной). При­чи­ной это­го, воз­мож­но, бы­ло имев­шее­ся во Все­лен­ной осо­бое ска­ляр­ное по­ле (или по­ля) с урав­не­ни­ем со­стоя­ния, близ­ким к ва­ку­ум­но-по­доб­но­му: $P≈–ρc^2$. Под­ста­нов­ка это­го урав­не­ния в (5) по­ка­зы­ва­ет, что $ρ$ при этом не ме­ня­ет­ся со вре­ме­нем. Из урав­не­ния (3) сле­ду­ет, что вме­сто сил тя­го­те­ния, об­услов­ли­ваю­щих $\ddot R, при от­ри­ца­тель­ном дав­ле­нии$P$ име­ют­ся си­лы гра­ви­тац. от­тал­ки­ва­ния и $\ddot R>0$. В ре­зуль­та­те Все­лен­ная рас­ши­ря­ет­ся поч­ти по экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну $R(t)∼exp(t/t^*)$ (где $t^*⩽10^{–35}$ с – по­сто­ян­ная) и за ко­рот­кое вре­мя мас­штаб­ный фак­тор воз­рас­та­ет в ог­ром­ное чис­ло раз. В кон­це пе­рио­да «ин­фля­ции» плот­ность энер­гии ска­ляр­но­го по­ля пе­ре­хо­дит в плот­ность мас­сы обыч­ной ма­те­рии ульт­ра­ре­ля­ти­ви­ст­ских час­тиц и ан­ти­час­тиц, и да­лее рас­ши­ре­ние про­те­ка­ет с за­мед­ле­ни­ем в со­гла­сии со «стан­дарт­ной» тео­ри­ей Фрид­ма­на. На­чаль­ная ин­фля­ци­он­ная ста­дия, ве­ро­ят­но, объ­яс­ня­ет та­кие фун­дам. свой­ст­ва совр. Все­лен­ной, как её боль­шой раз­мер, од­но­род­ность в боль­ших мас­шта­бах, бли­зость ср. плот­но­сти ма­те­рии к кри­тич. зна­че­нию $\Omega_0=1$ и др. Воз­му­ще­ния плот­но­сти, ро­ж­даю­щие­ся па­ра­мет­рич. об­ра­зом в кон­це ин­фля­ци­он­ной ста­дии, рас­тя­ги­ва­ют­ся ин­фля­ци­ей и по­па­да­ют в об­ласть га­лак­тич. мас­шта­бов, что в кон­це кон­цов и при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию круп­но­мас­штаб­ной струк­ту­ры Все­лен­ной.

Гра­ни­цу при­ме­ни­мо­сти са­мых об­щих кон­цеп­ций совр. фи­зи­ки в К. пред­став­ля­ют боль­шие плот­но­сти энер­гии, при ко­то­рых долж­ны про­яв­лять­ся ещё не изу­чен­ные кван­то­вые или мно­го­мер­ные свой­ст­ва про­стран­ст­ва-вре­ме­ни и тя­го­те­ния. Ин­фля­ци­он­ная мо­дель Все­лен­ной да­ёт воз­мож­ность пред­по­ло­жить, что про­стран­ст­вен­ная од­но­род­ность Все­лен­ной про­сти­ра­ет­ся на рас­стоя­ния, на­мно­го пре­вы­шаю­щие раз­ме­ры ох­ва­чен­ной на­блю­де­ния­ми об­лас­ти Все­лен­ной, но всё же на ко­неч­ные мас­шта­бы. На гра­ни­цах этой об­лас­ти од­но­род­но­сти, воз­мож­но, име­ют­ся эк­зо­тич. об­ра­зо­ва­ния, пред­ска­зы­вае­мые тео­ре­тич. фи­зи­кой, – до­мен­ные стен­ки, маг­нит­ные мо­но­по­ли и др., а за гра­ни­цей – др. об­лас­ти Все­лен­ной с ины­ми свой­ст­ва­ми, чем об­ласть, дос­туп­ная на­блю­де­ни­ям.

СовÑеменное ÑазвиÑие коÑмологии как наÑки

ÐиÑÑ Ð² XV веке ÐÐ¸ÐºÐ¾Ð»Ð°Ñ ÐопеÑÐ½Ð¸ÐºÑ ÑдалоÑÑ Ð¾Ð±Ð¾Ð±ÑиÑÑ Ð²Ñе ÑÑÑеÑÑвовавÑие на ÑÐ¾Ñ Ð¼Ð¾Ð¼ÐµÐ½Ñ Ð·Ð½Ð°Ð½Ð¸Ñ. СоглаÑно его ÑеоÑии, в ÑенÑÑе наÑей ÐÑеленной наÑодиÑÑÑ Ð¡Ð¾Ð»Ð½Ñе, вокÑÑг коÑоÑого поÑÑоÑнно движÑÑÑÑ Ð¿Ð»Ð°Ð½ÐµÑÑ, в Ñом ÑиÑле и ÐÐµÐ¼Ð»Ñ Ñ ÐÑной. РоÑÐ½Ð¾Ð²Ñ Ñвоей ÑеоÑии ÐопеÑник положил ÑÑвеÑÐ¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ ÑÐ°ÐºÐ¸Ñ ÑÑÑнÑÑ, как ÐÑиÑÑаÑÑ Ð¡Ð°Ð¼Ð¾ÑÑкий, ÐеонаÑдо да ÐинÑи, ÐеÑÐ°ÐºÐ»Ð¸Ñ Ð¸ ÐÑзо.

ÐÑÑ Ð¾Ð´Ð¸Ð½ болÑÑой Ñаг в ÑазвиÑии ÑÑой наÑки бÑл Ñделан ÐеплеÑом. Ðн Ñоздал Ñвои извеÑÑнÑе ÑÑи ÑеоÑии, коÑоÑÑе в далÑнейÑем иÑполÑзовал ÐÑаак ÐÑÑÑон Ð´Ð»Ñ ÑÐ²Ð¾Ð¸Ñ Ð·Ð°ÐºÐ¾Ð½Ð¾Ð² динамики. Ðменно благодаÑÑ ÑÑим законам лÑди Ñвидели абÑолÑÑно дÑÑгой подÑод к Ð´Ð²Ð¸Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¿Ð»Ð°Ð½ÐµÑ Ð²Ð¾ ÐÑеленной. Таким обÑазом, можно ÑделаÑÑ Ð²Ñвод, ÑÑо коÑÐ¼Ð¾Ð»Ð¾Ð³Ð¸Ñ Ð¸ Ñизика бÑли оÑÐµÐ½Ñ ÑеÑно ÑвÑÐ·Ð°Ð½Ñ Ð¼ÐµÐ¶Ð´Ñ Ñобой. ÐоÑÐ¼Ð¾Ð»Ð¾Ð³Ð¸Ñ ÐºÑаÑко Ð´Ð°ÐµÑ Ð¾Ð±Ñие понÑÑÐ¸Ñ Ð¿ÑоÑеÑÑов, пÑоиÑÑодÑÑÐ¸Ñ Ð² наÑей ÐÑеленной.

Основные космогонические гипотезы

Титульный лист «Всеобщей естественной истории и теории неба». Первое издание, 1755 год.

Первой так называемой космогонической гипотезой является труд выдающегося философа Иммануила Канта, а именно — книга «Всеобщая естественная история и теория неба», вышедшая в свет в 1755 году. Согласно его предположению, наша планетарная система возникла из некой туманности – хаотично расположенных отдельных частиц. Постепенно, за счет гравитации, эти частицы скапливались в различных местах, образуя тем самым некие точки сгущения материи. Некоторые из частиц, которые не падали к центрам этих точек, получали боковое движение, в результате которого сгусток материи туманности обретал вращательное движение. Из-за последнего процесса туманность сдавливалась с двух сторон, приобретая форму, близкую к плоскости. Из упомянутых сгустков материи было образовано центральное тело, сердцевина системы  – Солнце, а также все другие космические объекты нашей планетарной системы. Именно Иммануилу Канту принадлежит известное выражение: «Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир».

Следующим мыслителем, который намеревался описать процесс зарождения Солнечной системы стал Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века. В то время до французского физика и астронома труды Канта не дошли, и его гипотеза была результатом собственного анализа и математических расчетов. Спустя столетие его гипотеза была дополнена Отто Юльевичем Шмидтом.

Образование Солнечной системы по Лапласу

Согласно Лапласу и Шмидту, туманность, из которой образовалась наша планетарная система – это огромных размеров раскаленная атмосфера Солнца. Равномерное же вращение Солнца и его атмосферы существовало всегда. Далее в результате постепенного сжатия атмосферы вращение данной системы ускоряется. Большинство материи атмосферы «падает» на Солнце, но значительная ее часть не имеет достаточной скорости, чтобы отделиться от общей массы, и скачками вырывается обратно в плоскости экватора. Эта часть материи начинает образовывать туманные вращающиеся кольца, которые впоследствии станут планетами. Однако, в случае такого формирования вращение планет вокруг своей оси должно быть обратным существующему. Гипотеза объясняет изменение направления вращения приливами от вращающегося Солнца. Приливы, сталкиваясь с планетами, замедляли их вращение, после чего меняли его в обратном направлении. Аналогично образовываются и спутники вокруг каждой из планет.

Гипотеза Лапласа-Шмидта имеет несколько важных недостатков:

• Туманное облако, формирующее нашу планетную систему, имело недостаточную плотность для осуществления равномерного вращения.
• Материя не обязана отрываться от Солнца скачками и в области экватора.
• Согласно физическим законам вращающиеся туманные кольца вероятнее всего рассеются, при этом возможно сформируют ряд малых тел, вроде астероидов, но не планеты.

Особенность работы Шмидта заключается в том, что он намеревался определить первичный состав туманности и последующие его распределения. Так, туманность, по его предположению, являлось не газовым или пылевым, а газопылевым облаком, в основном, состоящем из водорода и гелия, а также сотой доли примесей иных химических элементов. Далее близлежащие к Солнцу пылинки нагревались и выделяли газ, который под действием давления света и потоков солнечного ветра удалялся от центра планетарной системы и накапливался на дальних пылинках. Вблизи же Солнца остались наиболее тяжелые пылинки. Таким образом, вещество распределилось в диске Солнечной системе и образовало две планетарные группы: земную и газовых гигантов.

Солнечная система во время планетообразования в представлении художника