Подчеркнем, что средняя интенсивность тепловыделения в типичных звездных термоядерных реакциях по земным масштабам ничтожна. Так, для Солнца на один грамм массы в секунду выделяется 2*107 Дж, что гораздо меньше энерговыделения в живом организме в процессе обмена веществ. Однако этот поток энергии поддерживается в течение 3-4 миллиардов лет, то есть общее энерговыделение в миллионы раз больше, чем при любом известном химическом процессе. Кроме того, вследствие огромной массы Солнца полная излучаемая им энергия чрезвычайно велика (она соответствует ежесекундному уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 миллиона тонн).

Особенности современной космологии

По определению А.Л. Зельманова (1913-1987) космология - это совокупность накопленных теоретических положений о строении вещества и структуре Вселенной, как цельного объекта, так и отдельные научные знания охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является возможность проведения управляемого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести любое количество экспериментов и все они приводят к одному результату, то на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения.

Космология имеет свой собственный предмет, отличный от предмета физики или математики - физико-геометрический аспект Вселенной как целого.

Предмет ее исследования задается языком математики.

Следствия космологической теории должны получать, в конечном счете, опытное (наблюдательное, экспериментальное) подтверждение или опровержение, чем утверждается научный статус космологии. Под опытной проверкой понимается наблюдательная и экспериментальная - в той мере, в какой физика элементарных частиц сопряжена с космологией - верифицируемость и фальсифицируемость космологического знания, производимая инструментальными средствами.

Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем, общей теории относительности, физике микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамике и ряде других новейших физических теорий.

Данное определение космологии берет в качестве предмета этой науки только Метагалактику. Это связано с тем, что все данные, которыми располагает современная наука, относятся только к конечной системе - Метагалактике, и ученые не уверены, что при простой экстраполяции свойств этой Метагалактики на всю Вселенную будут получены истинные результаты. При этом, безусловно, суждения о свойствах всей Вселенной являются необходимой составной частью космологии. Космология сегодня является фундаментальной наукой. И она больше, чем какая-либо другая фундаментальная наука, связана с различными философскими концепциями, по-разному понимающими устройство мира.

Данные для космологии в основном получают из астрономических наблюдений. Для их интерпретации в настоящее время используется общая теория относительности А. Эйнштейна (1915). Создание этой теории и проведение соответствующих наблюдений позволило в начале 1920-х годов поставить космологию в ряд точных наук, тогда как до этого она скорее была областью философии. Сейчас сложились две космологические школы: эмпирики ограничиваются интерпретацией наблюдательных данных, не экстраполируя свои модели в неизученные области; теоретики пытаются объяснить наблюдаемую Вселенную, используя некоторые гипотезы, отобранные по принципу простоты и элегантности. Широкой известностью пользуется сейчас космологическая модель Большого взрыва, согласно которой расширение Вселенной началось некоторое время тому назад из очень плотного и горячего состояния; обсуждается и стационарная модель Вселенной, в которой она существует вечно и не имеет ни начала, ни конца.

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 наблюдаемых 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. онди, 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.

Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения -- общая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности, неизменности Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве. Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства Вселенной. На основании проведенных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство представляет собой четырехмерную сферу.

При этом не следует представлять себе данную модель Вселенной в виде обычной сферы. Сферическое пространство есть сфера, но сфера четырехмерная, неподдающаяся наглядному представлению. По аналогии можно сделать вывод, что объем такого пространства конечен, как конечна поверхность любого шара, ее можно выразить конечным числом квадратных сантиметров. Поверхность всякой четырехмерной сферы также выражается конечным числом кубометров. Такое сферическое пространство не имеет границ, и в этом смысле оно безгранично. Летя в таком пространстве в одном направлении, мы в конце концов вернемся в исходную точку. Но в то же время муха, ползущая по поверхности шара, нигде не найдет границ и преград, запрещающих ей двигаться в любом избранном направлении. В этом смысле поверхность любого шара безгранична, хотя и конечна, т.е. безграничность и бесконечность -- это разные понятия.

Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой Вселенной может быть выражен, хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров. В принципе можно облететь всю замкнутую Вселенную, двигаясь, все время в одном направлении. Такое воображаемое путешествие подобно земным кругосветным путешествиям. Но конечная по объему Вселенная в то же время безгранична, как не имеет границ поверхность любой сферы. Вселенная Эйнштейна содержит хотя и большое, но все же конечное число звезд и звездных систем, а поэтому к ней неприменимы фотометрический и гравитационный парадоксы. В то же время призрак тепловой смерти тяготеет и над Вселенной Эйнштейна. Такая Вселенная, конечная в пространстве, неизбежно идет к своему концу во времени. Вечность ей не присуща.

Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира. Его более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый.

Модель расширяющейся Вселенной

Модель Вселенной Эйнштейна стала первой космологической моделью, базирующейся на выводах общей теории относительности. Это связано с тем, что именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях. Поэтому теоретическим ядром современной космологии выступает теория тяготения -- общая теория относительности. Эйнштейн допускал в своей космологической модели наличие некой гипотетической отталкивающей силы, которая должна была обеспечить стационарность, неизменность Вселенной. Однако последующее развитие естествознания внесло существенные коррективы в это представление.

Пять лет спустя, в 1922г., советский физик и математик А. Фридман на основе строгих расчетов показал, что Вселенная Эйнштейна не может быть стационарной, неизменной. При этом Фридман опирался на сформулированный им космологический принцип, который строится на двух предположениях: об изотропности и однородности Вселенной. Изотропность Вселенной понимается как отсутствие выделенных направлений, одинаковость Вселенной по всем направлениям. Однородность Вселенной понимается, как одинаковость всех точек Вселенной: мы можем проводить наблюдения в любой из них и везде увидим изотропную Вселенную.

Фридман на основе космологического принципа доказал, что уравнения Эйнштейна имеют и другие, нестационарные решения, согласно которым Вселенная может либо расширяться, либо сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т.е. об увеличении всех расстояний мира. Вселенная Фридмана напоминала раздувающийся мыльный пузырь, у которого и радиус, и площадь поверхности непрерывно увеличиваются.

Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверждения. Однако в 1929 г. американский астроном Э. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра). Это было истолковано как следствие эффекта Допплера -- изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу. «Красное смещение» было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием. Согласно последним измерениям увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек.

В результате своих наблюдений Хаббл обосновал представление, что Вселенная -- это мир галактик, что наша Галактика -- не единственная в ней, что существует множество галактик, разделенных между собой огромными расстояниями. Вместе с тем Хаббл пришел к выводу, что межгалактические расстояния не остаются постоянными, а увеличиваются. Таким образом, в естествознании появилась концепция расширяющейся Вселенной.

Какое же будущее ждет нашу Вселенную? Фридман предложил три модели развития Вселенной.

В первой модели Вселенная расширяется медленно для того, чтобы в силу гравитационного притяжения между различными галактиками расширение Вселенной замедлялось и, в конце концов, прекращалось. После этого Вселенная начинала сжиматься. В этой модели пространство искривляется, замыкаясь на себя, образуя сферу.

Во второй модели Вселенная расширялась бесконечно, а пространство искривлено как поверхность седла и при этом бесконечно.

В третьей модели Фридмана пространство плоское и тоже бесконечное.

По какому из этих трех вариантов идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества.

Если кинетическая энергия разлета вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлету, то силы тяготения не остановят разбегания галактик, и расширение Вселенной будет носить необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют открытой Вселенной.

Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнется сжатие вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объем с бесконечно большой плотностью). Такой вариант модели назван осциллирующей, или закрытой. Вселенной.

В граничном случае, когда силы гравитации точно равны энергии разлета вещества, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.

Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении пространства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающегося мыльного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения. Когда Э. Хаббл показал, что далекие галактики разбегаются друг от друга со всевозрастающей скоростью, был сделан однозначный вывод о том, что наша Вселенная расширяется. Но расширяющаяся Вселенная -- это изменяющаяся Вселенная, мир со всей своей историей, имеющий начало и конец. Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что оно не менее 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет. Таков приблизительный возраст нашей Вселенной.

Большой взрыв: Инфляционная модель

Представление о развитии Вселенной закономерно привело к постановке проблемы начала эволюции (рождения) Вселенной и ее конца (смерти). В настоящее время существует несколько космологических моделей, объясняющих отдельные аспекты возникновения материи во Вселенной, но они не объясняют причин и процесса рождения самой Вселенной. Из всей совокупности современных космологических теорий только теория Большого взрыва Г.Гамова смогла к настоящему времени удовлетворительно объяснить почти все факты, связанные с этой проблемой. Основные черты модели Большого взрыва сохранились до сих пор, хотя и были позже дополнены теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А.Гутом и П.Стейнхардтом и дополненной советским физиком А.Д.Линде.

В 1948 г. выдающийся американский физик русского происхождения Г.Гамов выдвинул предположение, что физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд. лет тому назад. Тогда все вещество и вся энергия Вселенной были сконцентрированы в одном крохотном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был и вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью -- точечный объем с бесконечной плотностью. Известные законы физики в сингулярности не работают. В этом состоянии теряют смысл понятия пространства и времени, поэтому бессмысленно спрашивать, где находилась эта точка. Также современная наука ничего не может сказать о причинах появления такого состояния.

Тем не менее, согласно принципу неопределенности Гейзенберга вещество невозможно стянуть в одну точку, поэтому считается, что Вселенная в начальном состоянии имела определенную плотность и размеры. По некоторым подсчетам, если все вещество наблюдаемой Вселенной, которое оценивается примерно в 1061г, сжать до плотности I094г/см3 то оно займет объем около 10-33см3. Ни в какой электронный микроскоп разглядеть ее было бы невозможно. Долгое время ничего нельзя было сказать о причинах Большого взрыва и переходе Вселенной к расширению. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы. Они лежат в основе инфляционной модели развития Вселенной.

Основная идея концепции Большого взрыва состоит в том, что Вселенная на ранних стадиях возникновения имела неустойчивое вакуумоподобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия возникла из квантового излучения, т.е. как бы из ничего. Дело в том, что в физическом вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но это не безжизненная пустота. В вакууме имеются виртуальные частицы, которые рождаются, имеют мимолетное бытие и тут же исчезают. Поэтому вакуум «кипит» виртуальными частицами и насыщен сложными взаимодействиями между ними. Причем, энергия, заключенная в вакууме, располагается как бы на его разных этажах, т.е. имеется феномен разностей энергетических уровней вакуума.

Пока вакуум находится в равновесном состоянии, в нем существуют лишь виртуальные (призрачные) частицы, которые занимают в долг у вакуума энергию на короткий промежуток времени, чтобы родиться, и быстро возвращают позаимствованную энергию, чтобы исчезнуть. Когда же вакуум по какой-либо причине в некоторой исходной точке (сингулярности) возбудился и вышел из состояния равновесия, то виртуальные частицы стали захватывать энергию без отдачи, и превращались в реальные частицы. В конце концов, в определенной точке пространства образовалось огромное множество реальных частиц вместе со связанной ими энергией. Когда же возбужденный вакуум разрушился, то высвободилась гигантская энергия излучения, а суперсила сжала частицы в сверхплотную материю. Экстремальные условия «начала», когда даже пространство-время было деформировано, предполагают, что и вакуум находился в особом состоянии, которое называют «ложным» вакуумом. Оно характеризуется энергией предельно высокой плотности, которой соответствует предельно высокая плотность вещества. В этом состоянии вещества в нем могут возникать сильнейшие напряжения, отрицательные давления, равносильные гравитационному отталкиванию такой величины, что оно вызвало безудержное и стремительное расширение Вселенной -- Большой взрыв. Это и было первотолчком, «началом» нашего мира.

С этого момента начинается стремительное расширение Вселенной, возникают время и пространство. В это время идет безудержное раздувание «пузырей пространства», зародышей одной или нескольких вселенных, которые могут отличаться друг от друга своими фундаментальными константами и законами. Один из них стал зародышем нашей Метагалактики.

По разным оценкам, период «раздувания», идущий по экспоненте, занимает невообразимо малый промежуток времени -- до 10-33с после «начала». Он называется инфляционным периодом. За это время размеры Вселенной увеличились в 1050 раз, от миллиардной доли размера протона до размеров спичечного коробка.

К концу фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной, но когда инфляция иссякла, Вселенная вдруг стала чрезвычайно «горячей». Этот всплеск тепла, осветивший космос, обусловлен огромными запасами энергии, заключенными в «ложном» вакууме. Такое состояние вакуума очень неустойчиво и стремится к распаду. Когда распад завершается, отталкивание исчезает, заканчивается и инфляция. А энергия, связанная в виде множества реальных частиц, высвободилась в виде излучения мгновенно нагревшего Вселенную до 1О27 К.

Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой плазму из элементарных частиц всех видов и их античастиц в состоянии термодинамического равновесия при температуре IO27К, которые свободно превращались друг в друга. В этом сгустке существовали только гравитационное и большое (Великое) взаимодействия. Потом Вселенная стала расширяться, одновременно ее плотность и температура уменьшались. Дальнейшая эволюция Вселенной происходила поэтапно и сопровождалась, с одной стороны, дифференциацией, а с другой -- усложнением ее структур.

Первичное вещество, из которого родилась Вселенная, сотрудники Г. А. Гамова -- Р. Алфер и Р. Герман -- назвали библейским словом элем (греч. ylem -- «первичная материя»). Эта первичная субстанция представляла собой нейтронный газ. Ученые считали, что в «первичном аду» родились тяжелые ядра путем присоединения свободных нейтронов, и этот процесс продолжался, пока запас свободных нейтронов не истощился.

В начальной стадии (при t<0,01с) температура очень высока и вещество состоит из нейтронов и протонов в равных пропорциях. Благодаря присутствию электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино происходит непрерывное превращение:

п + е+ - р + v

р + е-- п + v+

При охлаждении за первые 10 с число протонов увеличится за счет нейтронов и начнется образование дейтерия, трития, изотопов гелия: Не-3 и Не-4. Через 100с от начала расширения заканчиваются все ядерные превращения: водорода получается 90 %, гелия--9 %, остальное приходится на более тяжелые элементы. По весу водород составляет около 70 %, гелий--30 %. Это и есть химический состав Вселенной к началу формирования звезд и галактик.

Для наглядности эту начальную (дозвездную) стадию делят на четыре эры. Для каждой из них можно выделить преобладающую форму существования материи, в соответствии, с чем и даны названия.

Эра адронов -- в самом начале, продолжается 0,0001 с. Плотность d>1017кг/м3, Т>1012К, t < 0,0001с. При высоких температурах могли существовать частицы только больших масс, для которых существенно и гравитационное взаимодействие. Элементарные частицы разделяются на адроны и лептоны, причем первые могут участвовать в сильных и быстрых взаимодействиях, а вторые -- в более слабых и медленных, поэтому первые эры получили такие названия. Адронная эра -- эра тяжелых частиц и мезонов, велика энергия ?-квантов. Основную роль играет излучение; количества вещества и антивещества могут быть примерно равными. В конце адронной эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов. Из равновесия с излучением вышли последовательно гипероны, нуклоны, К- и ?-мезоны и их античастицы.

Эра лептонов: 0,0001с<t<10с, при этом 1010К<Т<012К; 107 кг/м3<d<1017кг/м3. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами. Постепенно из равновесия с излучением вышли ?-мезоны и их античастицы, электронные и мезонные нейтрино, а избыточные мюоны распались на электроны, электронные антинейтрино и мюонные нейтрино. В конце эры лептонов происходит аннигиляция электронов и позитронов. Спустя 0,2с Вселенная становится прозрачной для электронных нейтрино, и они перестают взаимодействовать с веществом. Согласно теории, эти реликтовые нейтрино сохранились до нашего времени, но их температура ниже 2К, поэтому пока их не могут обнаружить.

Фотонная эра приходит позже и продолжается 1 млн лет. Основная доля массы-энергии Вселенной приходится на фотоны, которые еще взаимодействуют с веществом. В первые 5 мин эры происходили события, во многом определившие устройство нашего мира. В конце лептонной эры происходили взаимные превращения протонов и нейтронов, к началу эры фотонов количества их были примерно равными. При уменьшении температуры протонов стало больше, поскольку реакции с образованием протонов оказывались энергетически более выгодными, значит, более вероятными. Это определило скорости реакций, и к началу следующей эры число нейтронов остановилось на 15 %.

Эра излучения в своем начале характеризуется параметрами: 3000 К<Т<1010 К;

10-18кг/м3<d<107кг/м3, нейтроны захватываются протонами и образуются ядра гелия. За первые минуты некоторое количество нейтронов пошло на образование ядер бериллия и лития, а некоторое количество распалось. В результате доля гелия в веществе могла составить 1/3. В конце эры температура снизилась до 3000К, плотность уменьшилась на 5-6 порядков, в результате чего создались условия для образования первичных атомов. Излучение отделилось от вещества. Вселенная стала прозрачной для вещества, и пришло новое время -- время вещества. Излучение играет главную роль, образуется гелий. В конце эры главную роль в образовании вещества Вселенной начинает играть само вещество (масса Вселенной).

При Т?3000К и плотности d?10-18кг/м3 начинается сложный процесс образования протозвезд и протогалактик.

Модель «горячего» начала объясняла происхождение химических элементов, их количественные соотношения сейчас, однако образование крупномасштабных скучиваний в пространстве или существование квазаров она не объясняла.

Рациональность. Суть научной рациональности

Рациональность - это определенный тип вписывания человека в мир. Человек может вписываться в мир через любовь к богу, может вписываться в него через любовь к природе. Рациональность - это такое вписывание в мир, когда оно опосредовано работой в идеальном плане. Еще в эпоху Парменида стало ясно, что проникнуть в сущность вещей нельзя путем простого наблюдения, обобщения фактов. Необходимы специальные процедуры трансформации реальных объектов в идеальные, существующие только в мысли. Мир идеальных конструкций - это теоретический мир. Его преобразовывают, с ним работают только в мыслях и при помощи мысли. Например, можно мысленно представить, что существует мир, в котором сопротивление, возникающее при трении поверхности одного тела о поверхность другого, стало бесконечно малым. Сконструировав такой мир, затем можно установить законы, которые будут в нем действовать. Именно теоретически, т.е. мысленно сконструировав такой мир, Г. Галилей открыл закон инерции.

Открыв способность мышления работать с идеальными объектами, античность тем самым открыла рациональность. Наука использовала это открытие, но внесла в него существенные изменения и добавления.

Античность не запрещала мысли конструировать любые идеальные объекты. Никто и ничто не контролировали деятельность мышлении по созданию идеальных миров. Наука на такую свободу мысли согласиться не могла, ибо она искала знания, пригодные для практического использования. Наука признает правомерной работу мысли только с такими идеальными конструктами, которые проверяемы на практике (непосредственно или опосредованно). Это будут идеальные модели и идеализации реальных объектов. Развитие научной рациональности, в первую очередь, связано с развитием (совершенствованием) идеальных моделей и идеализаций реальных объектов.

Основные установки научной рациональности такие:

1. Мышление, которое руководствуется законом причинности, может проникнуть в любые тайны бытия.

2. Это мышление может и исправить бытие, а не только его познать.

3. Знаниями и доводами можно избавить людей от всех экзистенциональных проблем, в частности, от переживаний (эта установка научной рациональности не оправдалась).

4. Мышление должно для людей сделать понятным то, что существует, и тем самым оправдать его существование.

5. Способностью работать в идеальном плане, т.е. в чистой мысли, обладают не все люди. Для приобретения такой способности необходимо специальное обучение.

Многие авторы, говоря о развитии науки, подчеркивают, что она в своем развитии проходит три этапа: классический, неклассический и постнеклассический (современный). Соответственно этому различают и три исторических типа научной рациональности, сменявшие друг друга в истории техногенной цивилизации. «Между ними, как этапами развития науки, существуют своеобразные “перекрытия”, причем появление каждого нового типа рациональности не отбрасывало предшествующего, а только ограничивало сферу его деятельности, определяя его применимость только к определенным типам проблем и задач». (Степин В.С., Горохов В.Г., Розов М.А. Философия науки и техники. - М., 1995. - 287 С.)

Классический тип научной рациональности

Классическая наука - это наука 18-19 вв. Исследуя свои объекты, она стремилась при их описании и теоретическом объяснении изъять все, что относится к субъекту, средствам, приемам и операциям его деятельности. Здесь господствует объектный стиль мышления, стремление познать предмет сам по себе, безотносительно к условиям его изучения. Именно классическая механика, которая является ядром классической науки, породила объектный стиль мышления. Действительно, мы уже подчеркивали ранее, что классическая механика считала свойства, обнаруживаемые при измерении, присущими объекту и только ему (принцип абсолютности свойств). Мы также ранее показали, что классическая механика исходила из того, что средства познания на изучаемые объекты не влияют.

Классическая механика явилась первой естественнонаучной теорией, основывающейся в формулировке своих законов на строгом языке математики.

Развитие всей классической физики, начиная от механики твердого тела и сплошных сред и кончая классической электродинамикой, происходило под определяющим воздействием классической механики. Само логическое строение последующих теорий классической физики в принципе аналогично схеме классической механики. Такой тип закономерностей получил название динамических.

В качестве определяющей черты класса динамических закономерностей обычно рассматривается строго однозначный характер всех без исключения связей и зависимостей, отображаемых в рамках соответствующих представлений и теорий на основе этих законов. В негативной формулировке это означает: там, где нет строгой однозначности в связях, нельзя говорить и о соответствующих закономерностях. Из однозначного характера связей вытекает их равноценность: любая рассматриваемая связь, независимо от природы соответствующих свойств или параметров, в равной мере признается необходимой.

На основе развития классической физики и ее успехов схема жесткой детерминации была в известной мере абсолютизирована. Философская концепция, выразившая это, получила название лапласовского детерминизма. Ее основные положения такие:

1. Хаос - сугубо деструктивное начало мира, он ведет в никуда. Для такого вывода были весьма веские основания. Действительно, в соответствии с фундаментальными законами статистической механики, образование организованных структур в изолированных системах с большим числом частиц может носить только характер флуктуаций, имеющих чрезвычайно малую вероятность появления. Чем значительнее масштаб флуктуации, тем менее возможна ее реализация. Гораздо более вероятны процессы разрушения, дезорганизации правильных структур, которые, как правило, и имеют место, когда система не взаимодействует с другими объектами или взаимодействует с термостатом.

Развитие изолированных систем приводит к тому, что система стремится к равновесному состоянию, что означает, что ее энтропия достигает максимального значения. Равновесное состояние является состоянием наибольшей разупорядоченности, так как именно его реализации отвечает наибольшая вероятность. Состояние термодинамического равновесия и соответствует понятию “максимальный хаос системы”. Чем большее число микросостояний реализует данное макросостояние, тем больше хаоса в системе. Второе начало термодинамики гласит, что любая замкнутая система стремится перейти в состояние с большим хаосом, что означает, что энтропия системы будет расти.

С другой стороны, для замкнутой динамической системы произвольной сложности А. Пуанкаре доказана следующая теорема: за достаточно большое время фазовая траектория в Г-пространстве вернется в область, сколь угодно близкую к начальной точке этой траектории. Таким образом, любое неравновесное макроскопическое состояние рано или поздно должно повториться, как бы ни было велико отклонение от равновесия. Расчеты показывают, что время возврата порядка 102х1019 единиц времени. В то же время возраст Вселенной оценивается как Т~5х109 лет.

Таким образом, имеет место практическая необратимость макроскопических процессов, если речь идет о сколь-нибудь существенных отклонениях от термодинамического равновесия.

2. Случайность тщательно изгонялась из научных теорий. Существовало убеждение, что случайности не сказываются, забываются, стираются, не оставляя следа в общем течении событий природы.

Мир, в котором мы живем, рассматривался как не зависящий ни от микрофлуктуации на нижележащих уровнях бытия, ни от малых влияний космоса. Неравновесность и неустойчивость рассматривались как досадные неприятности, которые должны быть преодолены. Это нечто негативное.

3. Развитие понималось как поступательное, без альтернатив. Пройденное имеет лишь исторический интерес.

4. Мир связан причинно-следственными связями жестко. Причинные цепи имеют линейный характер. Следствие пропорционально причине. По причинным цепям ход развития может быть просчитан неограниченно в прошлое и будущее. Настоящее определяется прошлым, а будущее - настоящим и прошлым.

5. Подход к управлению сложными системами основывался на представлении, согласно которому результат внешнего воздействия есть однозначное и линейное, предсказуемое следствие приложенных усилий, что соответствует схеме: управляющее воздействие - желаемый результат. Чем больше вкладываешь энергии, тем больше будто бы и отдача.

С точки зрения классической рациональности считалось, что мир можно разложить на множество независимых элементов экспериментальными методами. Этот метод в принципе неограничен, так как весь мир - это совокупность огромного числа неделимых частиц. Основа мира - атомы, т.е. мельчайшие неделимые, бесструктурные частицы. Атомы перемещаются в абсолютном пространстве и времени. Время рассматривается как самостоятельная субстанция, свойства которой определяются ею самой. Пространство же абсолютно, ибо оно не зависит ни от материи, ни от времени.

Для классической рациональности было характерно совпадение объяснения явления с его пониманием. Объяснить явление - значит создать его наглядную механическую модель. Так считала классическая рациональность.

Итак, видно, что классическая научная рациональность была построена на физическом знании. И это не является случайным. Физика классического периода развития науки занимала ведущее место среди естественных наук. Ее математический аппарат был наиболее развитым. Она обладала самыми развитыми экспериментальными методами. Ее представления, результаты и методы использовались всеми без исключения естественными науками.

Неклассический тип научной рациональности. Сравнительный анализ классического и неклассического типов научной рациональностей

Неклассическая наука - это наука первой половины XX века. Ее исходный пункт связан с разработкой релятивистской и квантовой теорий. Неклассическая наука отвергает объектный стиль мышления классической науки. Она отбрасывает представление о реальности как чего-то независящего от средств ее познания, субъективного фактора. Она осмысливает связи между знаниями субъекта и характером средств и операций деятельности субъекта.

Действительно, уже теория относительности вскрыла количественную относительность таких свойств, как длина, время жизни объекта, масса. Количественная величина этих свойств зависит не только от самого объекта, но и от системы отсчета, которую выбирает субъект. Квантовая теория пошла дальше в этом направлении. Она показала, что существуют две взаимно дополнительные картины при описании объекта: пространственно-временная и импульсно-энергетическая.

Для неклассической рациональности характерно принципиальное изменение понимания роли вероятности в науке. В классической физике для систем с большим числом частиц более употребителен язык вероятностей потому, что количество молекул слишком велико и поэтому детерминистское описание в действительности оказывается недостижимым. Вероятностное описание микрочастиц имеет принципиальный характер. Оно определяется корпускулярно-волновым дуализмом микрочастиц.

Для неклассической рациональности характерно и то, что создание наглядной механической модели изучаемого явления перестает быть синонимом физического объяснения явления. Однако это не означает, что наука отказалась от построения моделей изучаемых явлений. Модели как входили в ткань теории, так и продолжают входить, но это уже, как правило, математические модели. А они не должны обязательно опираться на классические наглядные представления. Оперирование математическим аппаратом производится часто без опоры на наглядные модельные представления изучаемых явлений.

Неклассическая рациональность во взглядах на пространство и время следует за Лейбницем. Естественнонаучной теорией пространства и времени считается теория относительности-специальная (СТО) и общая (ОТО).

Для неклассической рациональности характерно и то, что корпускулярный подход к объяснению физических явлений и процессов практически слился с континуальным. Представление поля как потока определенного рода частиц (квантовая теория поля) и приписывание любому физическому объекту волновых свойств (гипотеза Луи де Бройля) соединили вместе эти два подхода к анализу физических явлений.

Очень существенно то, что остальные положения классической рациональности перешли в неклассическую рациональность.

Размещено на Allbest.ru