При построении механической модели Вселенной Ньютон пришел к бесконечности Вселенной, но рассматривал (в переписке с английским теологом Р. Бентли в 1692 — 1693 гг.) и альтернативный вариант — конечную Вселенную. Вывод о бесконечности Вселенной был сделан Ньютоном во избежании гравитационного парадокса. При допущении конечности Вселенной должен существовать центр гравитации, к которому притягиваются все тела. Через конечное время эти тела должны собраться в единую массу. Но бесконечность Вселенной приводит к другому гравитационному парадоксу, на который указали спустя столетие после появления модели Вселенной Ньютона немецкие ученые — математик К. Нейман и астроном Г. Зелигер, Суть парадокса заключается в том, что при бесконечной Вселенной гравитационные силы, воздействующие на тело, оказываются бесконечно большими, «раздирающими» это тело. В некотором случае эти силы по расчетам ученых оказывались неопределенными, и, соответственно, неопределенным оказывалось движение тела. Ничего похожего, как известно, не наблюдается. Таким образом, гравитационные представления, лежащие в основе Ньютоновской модели Вселенной, «не позволяют» ей быть ни конечной, ни бесконечной. Другим космологическим парадоксом является так называемый фотометрический парадокс. На этот парадокс указали швейцарский астроном X. Шезо (в 1744 г.) и в более развитом виде немецкий астроном В. Ольберс (в 1826 г.). По некоторым данным фотометрический парадокс был высказан впервые другом Ньютона Э. Галлеем в начале XVIII в. Смысл фотометрического парадокса заключается в том, что при бесконечной Вселенной, заполненной бесконечным числом звезд, небо должно быть равномерно светящимся. После открытия второго начала термодинамики Кельвин и Клаузиус сформулировали парадокс «тепловой смерти» Вселенной. При всех превращениях различные виды энергии, в конечном счете, переходят в тепло. В соот- 299 Раздел III. Современные проблемы и концепции естествознания ветствии со вторым началом термодинамики Вселенная будет стремиться к термодинамическому равновесию, поскольку тепло необратимо рассеивается. Все активные процессы в природе прекратятся, звезды погаснут, возникнет холодная пустыня. Гипотеза тепловой смерти Вселенной произвела огромное впечатление, поскольку в природе не наблюдались процессы, противоречащие второму началу термодинамики. Идеи устранения космологических парадоксов оказывались противоречивыми. Так, предлагалось устранить гравитационный парадокс «раздирания» материи коррекцией закона Всемирного тяготения, введением в формулу закона экспонеционального множителя ехр(—рг), зависящего от расстояния г, где р — некоторая постоянная. При малых риг экспонента обращается в единицу, и закон тяготения действует в классической форме, в частности в пределах Солнечной системы. При больших г гравитационная сила убывает. Фотометрический парадокс и парадокс «тепловой смерти» Вселенной такой коррекцией закона всемирного тяготения не устранялись. Одновременное преодоление трудностей, возводимых гравитационным и фотометрическим парадоксом, предложил шведский астроном К.В.Л. Шар- лье (1862 — 1934). Он развил иерархическую концепцию Лапласа и показал, что при бесконечной иерархии объектов во Вселенной по их размерам и соответствующему увеличению расстояний между объектами, гравитационный и фотометрический парадоксы устраняются, так как и гравитация и освещенность подчиняются закону обратных квадратов. Чем крупнее объект, тем дальше расстояние до него и тем меньше гравитация и освещенность. Требования к иерархии оказались очень жесткими, предполагавшими практически детерминированное распределение тяготеющих масс во Вселенной. Парадокс «тепловой смерти» Вселенной пытался преодолеть Л. Больц- ман, не сомневавшийся в бесконечности Вселенной в пространстве и во времени. Больцман предложил вероятностную трактовку второго начала термодинамики. Эта трактовка предполагала, что процессы, уменьшающие энтропию, возможны, но весьма маловероятны, то есть состояние хаоса более вероятно, чем состояние упорядоченности. По трактовке Больцмана Вселенная должна пребывать в состоянии тепловой смерти, однако в некоторых ее областях с весьма малой вероятностью возможны флуктуации (отклонения) от термодинамического равновесия, и тогда в этой области возникает островок жизни. К такой области принадлежит Земля. Вероятность подобного события, как подсчитали ученые, практически равна нулю. Устранение космологических парадоксов стало возможным после отказа от классической Ньютоновской модели Вселенной. Древняя восточная мудрость гласит: «Чтобы познать истину, нужно выйти за ее пределы». Первый выход за пределы, определяемые Ньютоновской моделью Вселенной, был связан с отказом от евклидовой геометрии и признанием весьма необычных свойств пространства.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Космологические парадоксы» з дисципліни «Історія науки»
