1 до бесконечности

приближение системы к равновесному состоянию

самопроизвольность, обусловленность свойствами самой системы

повышение упорядоченности системы

возникновение новых структур в системе

Решение: В число атрибутов (обязательных признаков) процесса самоорганизации в некоторой системе не входит приближение системы к равновесному состоянию.

ЗАДАНИЕ N 20 отправить сообщение разработчикам Тема: Космология Научная космология начала развиваться в …

XX веке на основе общей теории относительности

Древней Греции на основе натурфилософской картины мира Аристотеля

эпоху Возрождения на основе гелиоцентрической системы Коперника

XVII веке на основе классической механики Ньютона

ЗАДАНИЕ N 21 отправить сообщение разработчикам Тема: Общая космогония Химическим(-ми) элементом(-ами), образующимся(-имися) помимо реакций ядерного синтеза в недрах звезд, является(-ются) …

водород и гелий

только водород

только гелий

все элементы начала таблицы Менделеева, от водорода до железа

многократно больше

примерно равна

в несколько раз меньше

многократно меньше

ЗАДАНИЕ N 23 отправить сообщение разработчикам Тема: Геологическая эволюция Почти вся масса земной атмосферы сосредоточена в слое, толщина которого …

гораздо меньше радиуса Земли

сравнима с радиусом Земли

гораздо больше радиуса Земли

до сих пор остается совершенно неопределенной

Решение: Радиус нашей планеты превышает 6000 км. А вот толщина земной атмосферы – понятие не очень определенное, поскольку у атмосферы нет резкой границы. Однако в любом случает ее плотность быстро падает с высотой, и уже на высотах в несколько сотен километров от поверхности Земли атмосфера настолько разрежена, что не оказывает практически никакого сопротивления летающим на этих высотах космическим кораблям и спутникам. Понятно, что толщина слоя, в пределах которого сосредоточена основная масса атмосферы, еще меньше, то есть очень мала по сравнению с радиусом Земли.

ЗАДАНИЕ N 24 отправить сообщение разработчикам Тема: Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем) Установите соответствие между концепцией возникновения жизни и ее содержанием: 1) теория биохимической эволюции 2) стационарное состояние 3) креационизм

возникновение жизни есть результат длительных процессов самоорганизации неживой материи

проблемы зарождения жизни не существует, жизнь была всегда

жизнь есть результат божественного творения

земная жизнь имеет космическое происхождение

ЗАДАНИЕ N 25 отправить сообщение разработчикам Тема: Эволюция живых систем Согласно синтетической теории эволюции, элементарное эволюционное явление – это изменение …

генетического состава популяции

генотипа отдельного организма

фенотипа отдельного организма

хромосомного набора организма

ЗАДАНИЕ N 26 отправить сообщение разработчикам Тема: История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем) Среди названных таксономических групп организмов более раннюю ступень эволюционного развития в истории жизни на Земле занимали …

земноводные

пресмыкающиеся

птицы

млекопитающие

ЗАДАНИЕ N 27 отправить сообщение разработчикам Тема: Генетика и эволюция Установите соответствие между понятием и его определением: 1) генотип 2) фенотип

совокупность всех генов диплоидного набора хромосом организма

совокупность всех свойств и признаков конкретного организма

совокупность генов гаплоидного набора хромосом организма

ЗАДАНИЕ N 28 отправить сообщение разработчикам Тема: Экосистемы (многообразие живых организмов — основа организации и устойчивости живых систем) Установите соответствие между формой биотических отношений и парой организмов: 1) хищничество 2) паразитизм 3) нейтрализм

комар и лягушка

гриб трутовик и дерево

лось и белка

осина и подосиновик

ЗАДАНИЕ N 29 отправить сообщение разработчикам Тема: Биосфера Установите соответствие между утверждением об особенностях биогенной миграции атомов химических элементов и его характеристикой относительно верности или неверности: 1) эволюционируют виды, увеличивающие биогенную миграцию 2) биогенная миграция атомов стремится к минимальному проявлению 3) масса живого вещества остается постоянной на протяжении геологических периодов

верное утверждение об особенностях биогенной миграции

неверное утверждение об особенностях биогенной миграции

не является принципом биогенной миграции

может быть верным и неверным в зависимости от условий

ЗАДАНИЕ N 30 отправить сообщение разработчикам Тема: Человек в биосфере Одним из важнейших факторов, который выделил человека из животного мира, является …

трудовая деятельность

стадный образ жизни

особый генетический материал

высокая подвижность конечностей

ЗАДАНИЕ N 31 отправить сообщение разработчикам Тема: Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье) Одним из индикаторов глобального экологического кризиса современности является …

деградация водных, земельных и лесных ресурсов

развитие и применение биотехнологий

освоение Марса и Луны

использование нанотехнологий в фармакологии

ЗАДАНИЕ N 32 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 1 подзадача 1 Представьте, что с помощью машины времени организован симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий участвуют: один из первых атомистов Демокрит, древнегреческий философ Гераклит, самый универсальный мыслитель античности Аристотель, основоположник первой научной картины мира (механической) Ньютон, создатель молекулярно-кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, один из создателей атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, основоположник и вдохновитель развития квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик 2-й половины XX века Ричард Фейнман и известнейший физик современности Стивен Хокинг. Из названных участников симпозиума заявил, что ему известно ровно два фундаментальных взаимодействия …

Максвелл

Аристотель

Ньютон

Хокинг

ЗАДАНИЕ N 33 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 1 подзадача 2 Представьте, что с помощью машины времени организован симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий участвуют: один из первых атомистов Демокрит, древнегреческий философ Гераклит, самый универсальный мыслитель античности Аристотель, основоположник первой научной картины мира (механической) Ньютон, создатель молекулярно-кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, один из создателей атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, основоположник и вдохновитель развития квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик 2-й половины XX века Ричард Фейнман и известнейший физик современности Стивен Хокинг. В своем выступлении по вопросу о движении Гераклит заявил, что …

все течет

невозможно дважды войти в одну и ту же реку

Земля все-таки вертится

в движении атомов присутствует неизбежный элемент случайности

ЗАДАНИЕ N 34 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 1 подзадача 3 Представьте, что с помощью машины времени организован симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий участвуют: один из первых атомистов Демокрит, древнегреческий философ Гераклит, самый универсальный мыслитель античности Аристотель, основоположник первой научной картины мира (механической) Ньютон, создатель молекулярно-кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, один из создателей атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, основоположник и вдохновитель развития квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик 2-й половины XX века Ричард Фейнман и известнейший физик современности Стивен Хокинг. Установите соответствие между участником симпозиума и его мнением по вопросу о том, какая концепция – корпускулярная или континуальная – правильнее описывает свойства материи. 1. Аристотель 2. Ньютон 3. Максвелл

свойства материи следует описывать в рамках континуальной концепции

свойства материи правильнее описывать в рамках корпускулярной концепции.

и корпускулярная, и континуальная концепции необходимы для описания свойств материи

и корпускулярная, и континуальная концепция неправильно описывают свойства материи

ЗАДАНИЕ N 35 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 2 подзадача 1 Если представить, что Вселенная существует один день, то человек появился на Земле всего пару секунд назад. Поэтому, наблюдая небо, мы видим мгновенный снимок, застывшее фото Вселенной в один из моментов ее эволюции. Тем не менее, и по этому фото можно многое сказать не только о том, что есть во Вселенной сейчас, но и о том, что происходило в ней ранее, а также о ее будущей судьбе. На фотографии изображен очень маленький участок неба, снятый с очень большим увеличением космическим телескопом имени Э. Хаббла. Фотография известна как «Портрет самых отдаленных глубин видимой Вселенной». Большинство объектов, видимых на данном фото, – это …

галактики

метагалактики

звезды

планеты

ЗАДАНИЕ N 36 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 2 подзадача 2 Если представить, что Вселенная существует один день, то человек появился на Земле всего пару секунд назад. Поэтому, наблюдая небо, мы видим мгновенный снимок, застывшее фото Вселенной в один из моментов ее эволюции. Тем не менее, и по этому фото можно многое сказать не только о том, что есть во Вселенной сейчас, но и о том, что происходило в ней ранее, а также о ее будущей судьбе. На фотографии изображен очень маленький участок неба, снятый с очень большим увеличением космическим телескопом имени Э. Хаббла. Фотография известна как «Портрет самых отдаленных глубин видимой Вселенной». Практически все изображенные на фото объекты в свое время сформировались по наиболее распространенному космогоническому сценарию, который предполагает, что планеты, звезды и галактики образуются …

в течение длительного времени

путем сжатия рассеянной материи под действием сил гравитации

в результате катастрофически быстрых событий

путем распада более крупных небесных тел

Решение: Согласно современным представлениям, основной механизм образования небесных тел и их компактных систем состоит в том, что благодаря гравитационной неустойчивости однородно распределенная в пространстве материя собирается в более плотные образования под действием сил взаимного притяжения (гравитации). На этом фоне, конечно, возможны и другие сценарии – распад крупного небесного тела на мелкие фрагменты или даже взрыв (например, взрыв Сверхновой), но они считаются менее распространенными.

ЗАДАНИЕ N 37 отправить сообщение разработчикам Кейс-задания: Кейс 2 подзадача 3 Если представить, что Вселенная существует один день, то человек появился на Земле всего пару секунд назад. Поэтому, наблюдая небо, мы видим мгновенный снимок, застывшее фото Вселенной в один из моментов ее эволюции. Тем не менее, и по этому фото можно многое сказать не только о том, что есть во Вселенной сейчас, но и о том, что происходило в ней ранее, а также о ее будущей судьбе. На фотографии изображен очень маленький участок неба, снятый с очень большим увеличением космическим телескопом имени Э. Хаббла. Фотография известна как «Портрет самых отдаленных глубин видимой Вселенной». Далекие галактики, попавшие на снимок, …

выглядят более красными, чем они есть

выглядят более молодыми, чем они есть

выглядят более яркими, чем они есть

движутся по направлению к земному наблюдателю

Решение: В 1929 г. Эдвин Хаббл открыл закон, согласно которому все далекие галактики удаляются от наблюдателя (где бы во Вселенной он ни находился) со скоростью, пропорциональной их удаленности. Вследствие эффекта Доплера это приводит к сдвигу спектров их излучения в длинноволновую (красную) сторону спектра. Космологическое красное смещение в спектрах галактик уменьшает энергию фотонов (которая обратно пропорциональна длине волны излучения) и, как следствие, делает для наблюдателя свет галактик более тусклым. Поскольку галактики на снимке весьма удалены от нас, их свету потребовалось значительное время, чтобы достичь телескопа имени Хаббла и сформировать данное изображение. Поэтому на снимке галактики выглядят более молодыми, чем они есть сейчас.

Принцип «наблюдаемости»: почему нереализуема теория бесконечной Вселенной?

В работе показано, что в космологических теориях выполняется эпистемологическая зависимость: все шаги космологии на пути утверждения её статуса как естественной науки обратно пропорциональны её же шагам по введению бесконечных значений физических величин. Так введение бесконечности в описание Вселенной в рамках ньютоновской космологии приводит к фотометрическому и гравитационному парадоксам. Для элиминации парадоксов релятивистская космология опять вынуждена вводить представления о характеристиках Вселенной, имеющих бесконечно малые или большие значения космологических величин. Эта же трудность характерна для инфляционного и хаотического сценариев описания Вселенной.

Введение

Вопрос о том, «Каков окружающий нас мир?», имеет множество ответов, причем большинство из них связано с естествознанием. Однако, если мы придадим этому вопросу более конкретную форму «Каков окружающий нас мир: конечный или бесконечный?», то будем вынуждены констатировать, что только одна естественная наука в состоянии предложить не него осмысленный ответ. Эта наука – космология. Почему? Потому, что прерогативой космологии всегда было рассмотрение природного мира с точки зрения его целостности. Предмет космологии до сих пор принято связывать с «физико-геометрическими характеристиками Вселенной как целого». Понятно, что предмет современной космологии существенно отличается от предмета космологии, скажем, в античности, однако и тогда и сейчас вопрос о том является ли наблюдаемый мир конечным или он бесконечен всегда сохранял свою актуальность. В настоящей работе мы ставим перед собой задачу — продемонстрировать эпистемологическую нереализуемость теории бесконечной Вселенной. Для этого нам потребуется сделать несколько предварительных допущений: 1) утверждение о нереализуемости относится только к европейской космологии; 2) утверждение «быть реализованной теорией» не тождественно утверждению «быть сконструированной теорией».

Понятно, что «сконструировать» можно, в определенном смысле, «любую» теорию, однако сделать теорию реализуемой, то есть получающей некоторое наблюдательное и экспериментальное подтверждение и лишенную внутренних противоречий, удается далеко не всегда. В этой связи и представляет интерес вопрос о том, какого класса теории – теории конечной (ограниченной) Вселенной или теории бесконечной (безграничной) Вселенной – оказываются не только наиболее реализуемыми, но если говорить строже — в принципе реализуемыми? Не получается ли так, что бесконечные значения каких-либо величин служит своеобразным индикатором их нереалистичности, и соответственно нереализуемости?

Понятно, что естественным стремлением исследователей во все времена было желание «раздвинуть границы» эмпирически наблюдаемого мира. Но вело ли это к обнаружению бесконечной Вселенной? Начнем рассмотрение с первой попытки, предпринятой в европейской космологии в Новое время.

Попытка реализовать теорию бесконечной Вселенной в ньютоновской парадигме

С развитием механики, теории гравитации, оптики и других разделов физики и математики формируется так называемая ньютоновская космологическая парадигма, которая господствовала, начиная с 17 столетия вплоть до конца 19 в. Её отличительной особенностью, в сравнении, например, с коперниканской — была ориентированность на физическое объяснение устройства Вселенной в границах наблюдаемых тел солнечной системы. Ньютон формулирует закон тяготения, целью которого было — дать физическое объяснение движения планет вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, подчиняющегося в свою очередь законам Кеплера.

В основании такого объяснения лежали несколько представлений, которые подразумевались, но в явном виде не формулировались. Что это за представления? Назовем их:1) Вселенная бесконечна, следовательно, она не может быть чем-то целым; 2) Любые изменения в бесконечной Вселенной имеют локальный характер; 3) Вселенная, рассмотренная как всё существующее (Универсум), неизменна.

Физическая космология 17-19 столетий ещё не рассматривалась как точная наука, ибо не имела собственного объекта, который был бы выражен в космологических уравнениях, оставаясь включенной в «тело» астрономии в качестве раздела общего знания о звездном небе. Однако уже в 19-м веке были осуществлены две теоретические попытки уточнить объект космологии – экстраполировать ньютоновскую космологическую картину мира на бесконечную Вселенную. И обе привели к космологическим парадоксам – фотометрическому и гравитационному.

Фотометрический парадокс Г. Ольберса (1826)

Суть парадокса Генриха Ольберса (1758 -1840) состояла в следующем. Допустим, что идея Ньютона о бесконечной вселенной верна. Теперь произведём мысленный эксперимент. Представим, что пространство вокруг Земли окружено огромной сферой (имеющей большой радиус). В этом случае, внутри этой сферы должно оказаться какое-то количество звёзд, которые придадут этой сфере некоторую яркость. Теперь удвоим радиус сферы. Если допустить, что все звёзды одинаковы по своей яркости и равномерно распределены в пространстве, то при удвоении радиуса должна увеличиться и яркость ночного неба. При такой операции яркость самых далеких звёзд уменьшится в 4 раза, поскольку она зависит от расстояния 1/r2, но из-за того, что количество звёзд прямо пропорционально объему сферы, то есть r3, то поэтому общая яркость ночного неба всё равно возрастёт. Если мы и далее будем продолжать эту процедуру, то, в конце концов, будем вынуждены признать следующий вывод: ночное небо должно быть таким же ярким как наше Солнце! Возникал парадокс (противоречие) между данными наблюдаемого ночного неба и выводом Ольберса, опирающегося на допущение о достоверности ньютоновских представлений о Вселенной .

Гравитационный парадокс Зеелигера (Seeliger) (1895)

Созданная Ньютоном теория гравитации давала достаточно точное объяснение причины движения планет вокруг Солнца по законам Кеплера. Ведь, например, сам Кеплер, не имея этого объяснения, был вынужден объяснять движение планет наличием «космических магнитных вихрей».

Здесь следует зафиксировать, что приложение гравитационной теории Ньютона к объяснению движения тел в Солнечной системе дало ряд замечательных научных результатов, среди которых, например,было предсказано существование такой планеты как Нептун.

Однако на этом общем благоприятном фоне возникла трудность: если допустить, что в бесконечной Вселенной выполняется закон всемирного тяготения, и она равномерно заполнена веществом, то мы приходим к удивительному выводу, на который и обратил внимание Хуго фон Зеелигер (1849-1924). Вывод заключается в том, что если верна гипотеза о бесконечной вселенной и верно допущение о том, что она в среднем равномерно заполнена веществом, то материя во Вселенной давно должна была бы под действием силы притяжения, по закону Ньютона, собраться в центре, где плотность была бы огромной, и, наоборот, при удалении в бесконечность плотность материи приближалась бы к нулю. Математически это выражалось следующим образом: в теории тяготения Ньютона гравитационный потенциал j удовлетворяет уравнению Пуассона ∆φ = 4πGρ, где G — гравитационная постоянная, ρ — плотность вещества. Решение этого уравнения имеет вид

φ= G∫ρdV/r + C,

где r — расстояние между объемом dV и точкой, в которой определяется потенциал φ, C – произвольная константа. Если допустить, что r стремится к бесконечности, а плотность вещества убывает быстрее чем по 1/ r2, то интеграл сходится и потенциал можно определить. Если же с увеличением расстояния плотность вещества уменьшается медленнее чем по 1/ r2 — а так и должно было бы быть в бесконечной однородной Вселенной – то интеграл расходится и потенциал определить нельзя. Выходом мог бы быть случай, когда средняя плотность вещества во Вселенной ρ = 0.

Однако, рассуждал Зеелигер, этого мы не наблюдаем. Следовательно, или она не бесконечна или вещество в ней не распределено равномерно, или то и другое вместе. Зеелигер пытался спасти положение допущением о том, что сила притяжения убывает быстрее, чем по ньютоновскому закону 1/r2.

Необходимо признать, что и сам Ньютон, будучи проницательным ученым, не мог не обдумывать подобную ситуацию. В переписке с Ричардом Бентли он уже обсуждал эту трудность .

Преодолеть парадокс, с которым столкнулась, «бесконечная Вселенная» Ньютона, пытался и Шарлье в самом начале 20 века допустив, что «плотность звезд уменьшается по мере удаления в пространство» и что «материя во Вселенной, хотя и бесконечна, но в то же время ее средняя плотность по мере удаления стремится к нулю» . Это положение из теории тяготения Ньютона не вытекает, а поэтому является ad hoc допущением, призванным спасти «закон Ньютона» от гравитационного парадокса.

Искусственность допущений, которые не подкреплялось никакими наблюдательными данными, фактически стимулировала поиски альтернативных объяснений, в которых бы эта проблема решалась естественным образом, как простое следствие решения уравнений.

Решение (устранение) парадоксов ньютоновской космологии

Для преодоления парадоксов, как мы знаем уже сегодня, потребовалась создание совершенно новой теоретической основы, в роли которой выступила новая теория гравитации (1915-1917 г.г.). Согласно этой теории вводились новые представления о свойствах пространства, времени и материи. Характеристики мира описывались космологическим уравнением Эйнштейна

Rik – ½ gikR = k/c2 Tik +gik ⋀

Где Rik — тензор Риччи, R – его след, (оба они функции от gik), Tik- тензор энергии-импульса материи, ⋀ — член, эквивалентный дополнительному члену в тензоре энергии-импульса. Решение этого уравнения обладало рядом особенностей : 1) При решении уравнения масштабный фактор а оказывался равным нулю, так как da/dt =0. Другими словами, Вселенная согласно этому уравнению оказывалась неэволюционирующей – статичной. 2) Впервые в истории новейшей космологии её уравнение описывало всю Вселенную, то есть включало в себя всё вещество и излучение её наполняющие. 3) Такой статичный мир автоматически оказывался замкнутым. 4) В уравнение вводился дополнительный параметр — ⋀, который оказывался существенным только в масштабе всей Вселенной. Поэтому он получает название «космологической постоянной». Внегалактические наблюдения ограничивают ⋀ величиной порядка ⃒⋀⃒≤ 10-55 см -2. Другими словами, лабораторное наблюдение оказывалось невозможным.

Для чего Эйнштейну понадобилось вводить ⋀ член? Зельдович Я.Б. замечает, что Эйнштейн считал желательным найти статическое решение с замкнутой геометрией трехмерного мира .

Созданная модель статичной Вселенной с описанными выше свойствами – статичностью, замкнутостью пространства, и конечностью радиуса, объема, количества материи — впервые позволила иметь дело с завершенным объектом, который может быть предметом конкретной науки.

С другой стороны, в статичной вселенной решался гравитационный парадокс Зеелигера. Как показал сам Эйнштейн в замкнутом сферическом мире количества вещества огромно, но все-таки конечно, радиус такого мира также конечен. В соответствии с теорией Эйнштейна такая Вселенная безгранична, но не бесконечна.

Появление в 1922-24 гг. нестатичных решений космологических уравнений А.А.Фридмана добавило к уже описанным чертам — эволюцию, то есть изменение физико-геометрических свойств Вселенной со временем. Как известно, Фридман отказался от дополнительного члена введенного Эйнштейном.

Теория Фридмана предсказывала три возможных сценария поведения и состояния мира: расширение, статичность и сжатие. В этой модели геометрические свойства пространства зависят от существования материи, её плотности и движения. Если наблюдаемая плотность вещества ρ больше некоторой критической плотности вещества ρc, то кривизна пространства является положительной, и, соответственно, Вселенная является закрытой и конечной (но безграничной). Если ρ = ρc, то кривизна пространства является равной нулю, а Вселенная является плоской. Если ρ < ρc, то кривизна пространства является отрицательной. Соответственно, Вселенная является открытой т бесконечной. Современное значение критической плотности вещества оценивается имеет значение ρc ~ 10 -30 г/см3.

Наблюдения, проведенные Хабблом (1928 -29) установили эффект «красного смещения», что позволило подтвердить сценарий расширения Вселенной. Вселенная Фридмана расширяется по закону Хаббла v = Hr, где vскорость с которой удаляется от наблюдателя объект (галактика или скопление галактик), H- постоянная Хаббла, которая имеет значение порядка » 75 км/сек· Мпс; r – расстояние до удаляющегося объекта. Из закона видно, что скорость прямо пропорциональна расстоянию. Другими словами, чем дальше от наблюдателя находится объект, тем с большей скоростью он от него удаляется. Скорости объектов, находящихся на границе видимости приближаются к световым. Следовательно, объекты, свет от которых до нас вообще не доходит, находятся за пределами нашей видимости — за световым горизонтом. Так решался фотометрический парадокс Ольберса.

Итак, какие результаты были получены в ответе на вопрос «конечна или бесконечна Вселенная?» внутри релятивистской космологии? Они следующие: 1) Общее решение трудностей было связано с построением новой теории — релятивистской космологии; 2) Решение парадоксов было связано с отказом от представления о бесконечной Вселенной в пользу такой, размер которой конечен (модель Эйнштейна 1915-1917г.); 3) Как мы теперь уже знаем, была построена теория безграничной, но конечной модели Вселенной.

Как мы видим, преодоление «угрозы бесконечности» в ньютоновской парадигме было достигнуто дорогой ценой: потребовалось введение принципиально новых представлений о физико-геометрической структуре Вселенной: 1) Была применена неэвклидова геометрия; 2) Теория Фридмана-Гамова (теория Большого Взрыва) (1922-1948) сохраняет такую черту Вселенной как конечный размер.

Однако эти допущения снова приводили к трудностям, среди которых сингулярность была одной из самых значительных. Что означает сингулярность в космологии? Её появление означает, что пространство и время являются бесконечно маленькими, давление материи бесконечно большим и т.д.

С методологической точки зрения это означало конец физики как эмпирической науки. Другими словами – такая теория бесконечной Вселенной не может быть реализована. Для решения этих вновь возникших затруднений предпринимается очередная попытка построения принципиально новой космологии — инфляционной.

Решение проблем фридмановской космологии в теории раздувающейся Вселенной

Напомним, что идея инфляционного сценария была впервые предложена в 1979г. в работе А.А.Старобинского (Старобинский,1979, p.719). В 1981 г. Алану Гусу удается использовать «инфляцию» для решения некоторых проблем фридмановской теории (Guth,1981,p.347), значительное количество которых было осознано в период между 1975 -1985 гг. Именно для их решения потребовалось существенно менять собственные и эпистемологические основания космологической теории (Pavlenko, 1994). Фактически, речь шла о «цене», которую было необходимо заплатить за «приобретение» новых оснований. Мерой цены в данном случае выступали господствующие представления локального наблюдателя о физико-геометрической структуре устройства Вселенной. Космология восьмидесятых становилась квантовой теорией, а фундаментом теоретических построений становится физический вакуум.

Итак, инфляционная теория (ИТ) по существу запустила механизм инноваций, которые далее обретают собственную жизнь. Возникает множество вариантов инфляционной теории: сценарий Старобинского А.А. (1979г.,1983г.), сценарий Гуса А.(1981г.), новый сценарий А. Альбрехта, П. Стейнхарда, Линде А.Д. (1982г.), и, наконец, хаотический сценарий (chaotic scenario) А.Д. Линде (1983г.). В связи с этим представляет интерес задача выявления собственных оснований инфляционного и хаотического сценариев, а также экспертиза этих оснований на предмет их реализации в качестве основы «теорий бесконечной Вселенной».

Собственные основания инфляционной теории (ИТ). Не претендуя на полноту, можно выделить следующие специфические основания теории:

1. ИТ вводит понятие «инфляция», которое описывает экспоненциально быстрое увеличение объема Вселенной, находящейся в вакуумоподобном состоянии. Давление (p) и плотность энергии вакуума (ρ) связаны соотношением p = — ρ (уравнение Глинера). Если связать уравнение состояния с законом сохранения энергии

ρ۬a 3 + 3 (ρ + p) a 2۬a۬ = 0

то мы обнаружим, что скорость увеличения размеров системы (на стадии раздувания) на много порядков превышает скорость света в вакууме: a(t) ≈ a0eHt, гдемасштабный фактор a(t) растет экспоненциально. Радиус Вселенной, на стадии раздувания в ИТ, примерно за период 10-43 — 10-35 сек. увеличивается от планковского размера 10-33 см до фантастически огромного размера 10 10 (7) — 10 10 (14) см.

2. Фундаментальность вакуума по отношению ко всем другим физическим формам существования материи. ИТ предполагает рождение наблюдаемой Метагалактики (мини-Вселенной) в результате вакуумной флуктуации.

3. Независимость пространства от вещества и излучения на ранних стадиях эволюции вселенной. Стадия раздувания в эволюции Вселенной осуществляется без присутствия вещества и излучения. Другими словами, раздувается «пустое» пространство. Оно наполнено лишь скалярным полем.

4. ИТ получает в 2001-02 гг. свое первое эмпирическое подтверждение благодаря проекту COBE (Cosmic Background Explorer) проводившемуся на спутнике по выявлению анизотропии реликтового излучения. (Smoot, G. F et al., 1992).

Эпистемологические основания ИТ. К ним можно отнести следующие положения:

1. Принципиально расширяется класс описываемых теорией объектов. Наблюдаемая область Вселенной (1028 см) становится локальной областью. Если раньше – в период господства теории эволюционирующей Вселенной — существовала проблема правомерности экстраполяции локальных свойств пространства-времени на крупномасштабную структуру Вселенной, то теперь возникает проблема правомочности экстраполяции свойств наблюдаемой области на принципиально ненаблюдаемые. Причина такой экстраполяции имеет многофакторную природу: проблема причинного горизонта, проблема светового горизонта и др.

2. ИТ решает большинство проблем эволюционной теории (плоскостности, горизонта, трехмерности и т.д.) ценой такого расширения своей теоретической базы, что эйнштейновское описание физического мира становится «классическим». В качестве ее теоретической базы в разных сценариях выступают ТВО, теория супергравитации, теория суперструн, дающих описание таких физических объектов и свойств пространства-времени, некоторые из которых в подавляющем большинстве не могут быть обнаружены земным наблюдателем в обозримом будущем или даже в принципе.

3. ИТ поставила вопрос не только о правомочности и статусе опосредованных наблюдений, но и вопрос о принципиальной ненаблюдаемости некоторых предсказанных ею фактах. В качестве подтверждения приведем несколько примеров. ИТ предсказывает, что в результате флуктуации вакуума рождаются «пузырьки»- домены, которые имеют плотные стены в виде крупномасштабных неоднородностей. Размер этих стенок порядка 1010(7) -1010(14) см, тогда как наблюдаемая область Вселенной равна приблизительно 1028 см. И хотя в современной наблюдательной астрофизике предлагаются различные «экзотические» способы проверки существования стенок домена, реальное подтверждение этого предсказания остается «за пределами» современных возможностей.

Таковы в самых общих чертах собственные и эпистемологические основания инфляционной теории в целом. Теперь, опираясь на них, перейдем к рассмотрению оснований хаотического сценария.

Основания хаотического сценария

К 2008 году прошло ровно двадцать пять с момента появления первой работы Линде (Linde,1983, p.177), предложившего «хаотический сценарий» происхождения Вселенной. Рассмотрим его основания.

Собственные основания хаотического сценария, который был предложен Андреем Линде в 1983-85 гг.

1. Хаотический сценарий, в отличие от предыдущих инфляционных

сценариев, исходит из того, что скалярное поле, наполняющее пространство, распределено хаотически. В качестве репрезентативного примера рассматривается простейший случай теории скалярного поля φ, лагранжиан которого

L = 1/2μφμφ – V (φ)

Предполагается также, что потенциал V (φ) при φ ≥ Мpрастёт медленнее, чем exp (6φ/ Мp). Этому условию удовлетворяет любой потенциал, который при φ ≥ Мp растет степенным образом:

V (φ) = λ φn/n М n- 4p

где n > 0, 0 < λ≪ 1.

Такая величина как плотность энергии вакуума ρ в нем определятся лишь с точностью до планковского ограничения 0 (М4p), в силу квантово-механического принципа неопределенности. (Linde, 1990, P. 40). Следовательно, значения скалярного поля могут принимать любые допустимые теорией значения. Флуктуации (колебания) этого поля могут иметь как положительный знак, в этом случае поле возрастает, так и отрицательный знак, в этом случае поле уменьшается и приближается к своему минимуму. Вероятность возрастания поля (в общем случае) равна ½, поэтому одна половина объема раздувающейся Вселенной будет заполнена возрастающим (неубывающим) скалярным полем, а вторая половина будет заполнена убывающим полем.

Итак, главная черта хаотического сценария, зафиксированная здесь, состоит в том, что скалярное поле, существование которого предполагает хаотический сценарий, распределено хаотически.

2. Скалярное поле в хаотическом сценарии способно хаотически

порождать новые области, заполненные этим же полем. Дело в том, что в тех областях, где флуктуации вакуума становятся меньше некоторой критической величины, инфляция, в конце концов, прекращается. Но в областях с неубывающим полем происходит порождение все новых и новых раздувающихся областей. Этот процесс не будет иметь конца и, по мнению, автора теории, возможно, не имел начала. Это, в свою очередь, приводит к трем принципиальным следствиям:

а) Вселенная в целом, если справедлив хаотический сценарий, никогда не сколлапсирует (не достигнет сингулярности как это имеет место в теории эволюционирующей Вселенной Фридмана). Не будет смерти Вселенной в целом. Внешне, это даёт повод говорить о возможности вечного существования Вселенной «в будущем». Это можно интерпретировать так, что в хаотическом сценарии параметр «времени» приобретает «в будущем» бесконечное значение.

б) Вселенная в целом — Multiverse — состоит из огромного числа (порядка 105) доменов, подобных наблюдаемой нами Вселенной. Поскольку таких рождающихся и умирающих доменов «одновременно» существует порядка десяти тысяч, постольку их число на протяжении существования «материнского скалярного поля» — не имеющего «начала» и «конца» — также должно стремится к бесконечности.

в) Вселенная в целом, возможно вообще не имела первоначальной космологической сингулярности (не было общего происхождения Вселенной в целом) (Линде, 1990, P. 58). Это можно интерпретировать так, что в хаотическом сценарии параметр «времени» приобретает бесконечное значение также и «в прошлом». Таким образом, хаотический сценарий решает самую сложную проблему релятивистской космологии – наличие сингулярности. Однако какой ценой?

Цена решения проблем релятивистской космологии и проблем первых инфляционных сценариев оказалась огромной: хаотический сценарий был вынужден расширить класс описываемых объектов, причём так, что радикальному реформированию подверглось само понятие Universe, превратившись в Multiverse. Элиминация бесконечных значений физических (плотности вещества и энергии, давления и др.) и геометрических (радиус Вселенной, кривизна пространства и др.) величин, стала возможна лишь благодаря введению представления о «квазибесконечном» размере самой материнской вселенной – Multiverse. Это в свою очередь вновь поставило вопрос о том — является ли космология естественной наукой, в смысле принципиальной проверяемости (Гемпель, 1998, P.32) её следствий?

Заключение

В заключение подведем некоторые итоги. Установлено, что на протяжении всей истории европейской космологии мы вправе фиксировать одну устойчивую тенденцию: космология, развиваясь и формируясь как естественнонаучная теория Вселенной, на всём своем протяжении стремится элиминировать бесконечные значения таких характеристик Вселенной как её размер, время, плотность и давление материи, её количество и др.

Поэтому, ответ, который я готов дать на вопрос сформулированный в заглавии, «Почему не может быть реализована теории бесконечной Вселенной?», будет следующим: «потому, что введение в космологическую теорию Вселенной бесконечных значений физических и космологических величин объективно приводит к дезавуированию космологии как естественной науки».

Другими словами, все шаги космологии на пути утверждения её статуса как естественной науки обратно пропорциональны её же шагам по введению бесконечных значений космологических величин: чем решительнее космология элиминировала бесконечные значения, тем увереннее она становилась полноценной естественной наукой (впервые мы наблюдаем это в релятивистской космологии), и, наоборот, чем больше бесконечных значений допускали космологические теории, тем непреодолимее космология покидала область «естественной науки».

Методологически этот процесс проявлялся двояко. Во-первых, с формальной стороны, введение бесконечных значений физических величин, приводит теорию к внутренним противоречиям (как в случае с парадоксами ньютоновской теории). Во-вторых, с содержательной стороны, бесконечные значения, вводимые в космологическую теорию навсегда закрывают для неё путь опытного (наблюдательного) подтверждения (как в случае введения множества экспоненциально растущих и убывающих доменов в хаотическом сценарии).

Вместе с тем было бы наивно полагать, что выявленные трудности когда-нибудь остановят исследователей в поисках реализуемой теории Вселенной. Скорее всего, её развитие в будущем будет сохранять выявленную нами тенденцию – балансирование на грани естественной науки и математизированной метафизики.

Гемпель К. (1998), Логика объяснения, — Мoscow. Дом интеллектуальной книги,

Шарлье К. Как может быть построена бесконечная Вселенная. — Симбирск. 1914.

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. (1975) Строение и эволюция Вселенной, М. Наука.

Эйнштейн А., (1965),Собрание научных трудов, — М. Наука,, Т.1.

Starobinsky A. (1979) Письма в ЖЭТФ, -, V.30.

Starobinsky A. (1980) Phys.Lett.,, V. 91.

Guth A.H. (1981) Phys.Rev. V. D23.

Hoskin Michael, (2008), Gravity and Light in the Newtonian Universe of Stars // JHA, xxxix.

Pavlenko A.N. (1994), The Ideals of Rationality in Contemporary Science // Herald of the Russian Academy of Science,, № 5.

Lakatos I. (1972) History of Science and its Rational Reconstructions // Boston Stud. in Philos. of Sci. Dordrecht. Vol. 8.

ЛиндеА.Д. (1983) Письма в ЖЭТФ, V.38.

Linde A.D. (1983) Phys.Lett., V. 129 B.

Линде А.Д. (1990) Физика элементарных частиц и инфляционная космология, Москва: Наука.

Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ: проект № 09-03-00125а

Под «Вселенной» принято понимать «совокупность физико-геометрических характеристик наблюдаемого мира, утверждения о которых лишены логических и фактуальных противоречий».

Необходимо отметить, что уже сам Ольберс пытался спасти положение с помощью допущения о существовании в пространстве Вселенной «поглощающей среды» — газа. Но критики этого аргумента справедливо указывали, что поглощающий газ, должен был бы нагреваться до высокой температуры и излучать почти такое же количество энергии.

Подробнее на эту тему смотрите: Hoskin Michael (2008), P.252.

Шарлье К. Как может быть построена бесконечная Вселенная. — Симбирск. 1914, С. 5.

Там же.

Подробнее смотрите: Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной, М. Наука. 1975, С.129-130.

Зельдович Я.Б., Новиков М.Д. С. 126-127.

Эйнштейн А., Собрание научных трудов, — М. Наука, 1965, Т.1., С.583-587.

В случае закрытой модели.

Лакатос, (Lakatos, 1972, P.125) сводил такие теории к гипотезам ad hoc 2 — «ни одно из ее следствий не верифицируется либо потому, что требуемый эксперимент не может быть выполнен, либо потому, что он дает негативный результат”. В современных космологических теориях мы как раз имеем дело со случаем, когда «требуемый эксперимент не может быть выполнен».

«Две вещи действительно бесконечны: Вселенная и человеческая глупость. Впрочем, насчет Вселенной у меня есть некоторые сомнения». Альберт Эйнштейн

Чт 23 августа 2018, 11:19

Фото: iteach.vspu.ru

Знак бесконечности имеет разные сферы применения. Многие впервые знакомятся с ним на уроках математики, а еще его используют в физике, логике, философии. Характеризуют его различными неисчисляемыми объектами, у которых нет размера и границ. Современная молодежь символ знака бесконечности использует для украшения своего тела в виде татуировки. Впервые этот знак изобразил математик Джон Валлис в 1655 году. Немного позднее, в 1694 г. швейцарский математик Якоб Бернулли в своей статье опубликовал изображение знака бесконечности, демонстрирующего описанную им плоскую алгебраическую кривую, и назвал его «лемнискатой». С тех пор в мире науки данную фигуру именуют «лемнискатой Бернулли». Так в Древней Греции именовали специальное крепление в виде бантика для венка, победителей в спортивных состязаниях.

По одной из исторических теорий, знак бесконечности был перемещён в современную западную цивилизацию из индийской культурной традиции. По другой версии история зарождения символа бесконечности своими корнями уходит к наскальным изображениям в Тибете. В общем, на сегодняшний день нет точной информации, почему был выбран именно такой символ.

Бесконечность в математике изображают в виде двух символов: -∞ и +∞(именуемых «минус бесконечность» и «плюс бесконечность»), определено некое понятие «наименьшего и наибольшего», которые, тем не менее, не являются числами, а условными символами: минус бесконечность как бы «меньше всех», а плюс бесконечность как бы «больше всех». В математике есть операции сложения, вычитания (и аналогично умножения и деления) числа x и бесконечности, например: x + (+∞) = +∞ и x — (+∞) = -∞. Здесь глупо задавать вопросы типа «а почему «1 + (+∞) = +∞», там же вроде число больше получается, поскольку здесь определено общепринятое понятие сложения числа с символом (напоминаю, бесконечность — это символ, а не число). Как вы бы раньше сложили число и символ? Никак, это было не определено. Бесконечность плюс единица равняется бесконечность, если отнять единицу — получаем бесконечность, сложив две бесконечности получим бесконечность, бесконечность, поделённая на два, равняется бесконечности. Если вычесть бесконечность из бесконечности, то результат не вполне ясен. А вот бесконечность, поделённая на бесконечность, скорее всего, равняется единице.

Израильский математик, профессор Дорон Зельбергер, убеждён, что числа не могут увеличиваться бесконечно, и существует такое огромное число, что если прибавить к нему единицу, получится ноль.

Возможно, это число и его значение лежат далеко за пределами человеческого понимания, и вероятно, это число никогда не будет найдено и доказано. Но почему тогда многие так легко оперируют со словом бесконечность, как будто это число?

Некоторые народы до сих пор используют простейшие системы записи чисел. Например, племя Пираха, живущее в Амазонии, применяет очень простую систему нумералов: один, два, много. Пираха не знают чисел больше двух, и у них такие операции, как 2+1 и 2+2, дают одинаковый результат, то есть «много». Они не в состоянии различать числа 3 и 4, не могут выполнять арифметические операции c ними и в целом не в состоянии сказать что-либо об этих числах, поскольку в их языке нет ни слов, ни концепций для этого.

А чтобы понять, откуда берется эта бесконечность, можно вернуться к школьной аналогии деления тортика. Делим торт, например массой 1 кг, на части. При уменьшении размера кусочков, на которые мы его делим, увеличивается количество кусочков, на которые мы его сможем разделить, если куски по полкило, будет два куска, кусков по 100 грамм — 10 штук, и так далее. Уменьшая размер кусков (которые при подсчете их количества будут в знаменателе) будет увеличиваться их количество, таким образом, если размер куска сделать бесконечно близким к нулю , то получится бесконечно большое количество кусков. При этом вопрос » а сколько можно получить кусков весом в 0 грамм ровно?» вообще не имеет ни смысла, ни ответа.

Валериан Чупин

Источник информации: Чайковские.Новости

Комментарии (1)

Уточним, Валериан Дмитриевич, что древние греки еще не знали про Бернулли — тот родился попозже, и просто называли бантик — лемнискатой
Добавить комментарийВсе комментарии

ЛЕНТА НОВОСТЕЙ

Популярные новости

Техосмотр: что ждет водителей в 2021 году

Обязательная для автомобилистов платная услуга прохождения планового техосмотра изменится с 1 марта 2021 года и будет включать в себя сразу несколько нововведений. Это не только новое оформление процедуры, но и другие правила прохождения техосмотра и тарифы.

Чт 08 октября 2020, 12:54 Комментариев: 2

Коронавирус: обстановка в Чайковском на 1 октября

За минувшие сутки в Пермском крае число заболевших коронавирусом увеличилось с 9827 до 9908 человек, в Чайковском – с 167 до 177.

Чт 01 октября 2020, 14:15 Комментариев: 1

С чем связаны короткие звонки с неизвестных номеров

В пресс-службу ГУ МВД России по Пермскому краю обратился житель краевого центра, обеспокоенный регулярными короткими звонками на его мобильный телефон с неизвестных номеров. Мужчина попросил разъяснить, с чем могут быть связаны такие «прозвоны» и насколько опасно перезванивать на незнакомые номера.

Чт 15 октября 2020, 10:32 Комментариев: 0

COVID-19 поражает тех, кто игнорирует СИЗ. Статистика от главврача Чайковской ЦГБ

«Молодежь гуляет, игнорирует средства индивидуальной защиты и другие меры предосторожности, а заложниками ситуации становятся их родители и старшее поколение, которые болеют COVID-19 намного тяжелее», – высказал свое мнение об эпидемической ситуации в Чайковском главный врач ЦГБ Александр Кожевников в интервью ТК «Чайковский ТВ».

Пт 02 октября 2020, 15:22 Комментариев: 8

Жители Чайковского могут компенсировать расходы за ХВС и водоотведение

Собственники и наниматели жилых помещений вправе обратиться за предоставлением субсидии, если плата за фактически предоставленные услуги холодного водоснабжения и водоотведения превышают установленный предел роста совокупного платежа за коммунальные услуги.

Пт 02 октября 2020, 13:16 Комментариев: 6

Массовая вакцинация от COVID-19 в Прикамье планируется с февраля 2021г.

Министр здравоохранения Оксана Мелехова 1 октября 2020 года на брифинге в редакции «Комсомолки» сообщила, что массовая вакцинация от коронавируса в Прикамье запланирована на начало следующего года.

Пт 02 октября 2020, 10:09 Комментариев: 1

«Рено Дастер» догнал «Ладу Весту»

Вчера, 11 октября, около 15.30 часов в районе дома №64 по ул. 40 лет Октября произошло ДТП. В результате столкновения водителю автомобиля «Рено» понадобилась медицинская помощь.

Пн 12 октября 2020, 15:27 Комментариев: 1

Какие законы вступают в силу в октябре 2020 года

Новые правила для продления выплат семьям с детьми, зачисление пенсий и соцвыплат на карты «Мир», упрощение заключения договора ОСАГО, запрет на курение кальянов в кафе и о других нововведениях месяца сообщает пресс-служба Госдумы РФ.

Ср 30 сентября 2020, 10:00 Комментариев: 2

В Прикамье в указ об ограничениях из-за COVID-19 внесены изменения

Для упреждения распространения коронавирусной инфекции и снижения уровня заболеваемости, особенно среди старшего поколения, в Пермском крае приняты дополнительные меры предосторожности.

Пт 23 октября 2020, 15:36 Комментариев: 18

Три пожара за выходные

В Чайковском на прошедшей неделе произошло три пожара: один в гараже, еще два – в частном секторе. В одном из пожаров есть пострадавший.

Пн 26 октября 2020, 11:56 Комментариев: 0

ВАЗ «влетел» в БМВ: есть пострадавшая

В результате аварии, произошедшей в Чайковском, пострадала женщина, находившаяся за рулем иномарки.

Вт 27 октября 2020, 12:00 Комментариев: 5

Как оформить подоконник? Есть идея!

Как обустроить на подоконнике небольшой квартиры дополнительную рабочую поверхность или создать выразительную декоративную композицию рассказывает rambler.ru.

Пт 26 августа 2016, 13:40 Комментариев: 1

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *