Қандастар Ассамблея

Космология

05.12.2012 7845
Космология, ғ а р ы ш  і л і м і – Ғаламның біртұтастығы және оның астрон. бақылаулар арқылы танылған бөлігі жайлы ілім; астрономияның бір бөлімі. К-ның тұжырымдары (Ғаламның модельдері) физиканың заңдары мен астрон. бақылаулардың деректеріне, сондай-ақ адамзат қоғамының әр түрлі дәуірлеріндегі филос. принциптерге сүйенеді. Алғашқы К-лық түсініктер өте ерте заманда адамдардың дүниедегі өз орнын анықтау, түсіну әрекеттерінен шыққан. Бәрінен гөрі Демокриттің, Пифагордың, Аристотельдің (б.з.б. 5–4 ғ-ларда) ежелгі дәуірдегі филос. мектептерінің К-лық көзқарастары қатаң логикалық талаптарды қанағаттандырды. Астрономия, т.б. жаратылыстану білімдерінің жинақталуы нәтижесінде және Ғалам туралы әр түрлі филос. пайымдаулардың негізінде дүние құрылымын тұтас алып қарастырудың ең алғашқы әрекеті – дүниенің геоцентрлік жүйесі (Птолемей) жасалды. Бұл жүйенің негізгі К-лық идеялары: Жер қозғалмайды әрі ол Ғаламның кіндігі, Ғалам кеңістік бойынша шектелген, «аспан» мен «жердің» табиғаты бір-бірінен мүлдем алшақ. Кейінірек (16 ғ-да) астрономия мен жаратылыстану ғылымында төңкеріс болған дүниенің гелиоцентрлік жүйесі (Н.Коперник) жасалды. Птолемей және Коперник жүйелерінің бір-бірінен түбегейлі айырмашылықтарына қарамастан, олар Күн жүйесі шеңберіндегі мәселелерді ғана қамтыды. Астрономияның әдістері мен бақылау құралдарының дамуы барысында Жердің ғарыштағы рөлі төмендеп, бүкіл Күн жүйесінің өзі «жұлдыздық әлемнің» – Галактиканың кішігірім бір бөлігі екенін көрсетті. Күн осы орасан зор жүйедегі 100 млрд-тан астам жұлдыздың біреуі екендігі анықталды. Кейін Галактика сияқты орасан зор түзілімнің Ғаламда өте көп болу мүмкіндігі жайлы болжамдар айтыла бастады (И.Кант, т.б.) Қазіргі кезде Ғалам үшін галактикалар жиыны, яғни Метагалактика қабылданды. Ғыл. К. өзінің даму барысында ньютондық К. және релятивистік К. деп аталатын екі үлкен кезеңді басынан кешірді. И.Ньютоннан бастап К. мәселелері жалаң ойлау нысанасы емес, нақты физ. есеп түрінде қойылды және оларды шешу үшін матем. жаңа тәсілдер кеңінен қолданылды. К. мәселелері бүкіләлемдік тартылыс күштері арқылы басқарылатын массалардың шексіз жүйесінің сипаты жайлы есептерді шешуге саяды. Массалар жүйесі үшін жұлдыздар жүйесі қабылданады және онда таза мех. көзқарас үстем. Қазіргі К. тартылыстың релятивистік теориясы (А.Эйнштейн, 1916) мен галактикадан тыс астрономияның (20 ғ-дың 20-жылдары) пайда болуына байланысты дамыды. Релятивистік К-ның алғашқы даму кезеңінде Ғалам геометриясына (төрт өлшемді кеңістік пен уақыттың қисықтығы және Ғаламның не кеңістіктің мүмкін болатын тұйықтығы) ерекше назар аударылды. Ал релятивистік К-ның екінші кезеңі орыс ғалымы А.А.Фридманның еңбектерімен (1922–24) байланыстырылады. Ол өзара тартылыста болатын заттармен толған Ғалам (қисайған кеңістікте) тұрғылықты күйде бола алмайды, яғни Ғалам не ұлғаяды не сығылады деп тұжырымдады. Бұл принциптік жаңа тұжырым америкалық астроном Э.Хабблдың қызыл ығысу заңы (галактикалардың бір-бірінен қашықтауы) ашылғаннан кейін (1929) ғана дәлелденді. Енді Ғалам механикасы мен оның «жасы» (Ғалам кеңеюінің ұзақтығы) туралы мәселелер алға қойылды. Релятивистік К. дамуының үшінші кезеңі «ыстық» Ғалам моделін жасаудан басталады. Бұл модельді америкалық физик Г.(Дж.)Гамов 20 ғ-дың 40-жылдарының 2-жартысында құрастырды. Гамов моделінде негізгі назар Ғалам физикасына, яғни Ғаламның ұлғаюының әр түрлі сатысындағы заттардың күйлері мен Ғаламдағы өтетін физ. процестерге аударылды. К-да тартылыс заңымен қатар термодинамика заңдары, ядр. физика және элементар бөлшектер физикасы да ерекше рөл атқарады. Біртекті, изотропты Ғалам теориясының негізіне мынадай екі қағида (постулат) алынады: 1) жалпы салыстырмалық теориясындағы Эйнштейн теңдеуі (бұдан кеңістік пен уақыттың қисықтығы және қисықтықтың массамен не энергиямен байланысы шығады); 2) Ғаламда ерекше бөлектенген нүкте (біртектілік), ерекше бөлектенген бағыт (изотроптылық) болмайды, яғни Ғаламда барлық нүктенің, барлық бағыттың мәні бірдей болып есептеледі. Соңғы тұжырым К-лық қағида деп аталады. Бұл екі қағида Ғалам дамуының жалпы сипаты жөнінде тұжырым жасауға мүмкіндік береді. Бірақ олар Ғаламның бастапқы күйі жөніндегі сұраққа жауап бере алмайды. Ғаламның бастапқы күйінің берілуі релятивистік К-ның үшінші қағидасы болып есептеледі. 20 ғ-дың 60–70-жылдары «ыстық» Ғалам (бастапқы темп-расы жоғары деп есептелетін) моделі ғалымдардың көпшілігі қабылдаған модель болды. Өте жоғары темп-рада (T>1013 K) ерекше (сингулярлы) күйде тұрған Ғаламда молекула не атом ғана емес, тіпті ядроның өзі де бола алмайды, онда тек әр түрлі элементар бөлшектердің (фотондардың, нейтринолардың, т.б.) қоспасы ғана болады. Ғалам дамуының әр түрлі сатысына сәйкес келетін мұндай элементар бөлшектер қоспасының құрамын (әр түрлі темп-радағы) элементар бөлшектер физикасының негізінде есептеуге болады. К. теңдеуі біртекті, изотропты Ғаламның ұлғаю заңын, сондай-ақ, Ғаламның ұлғаю процесі кезіндегі физ. параметрлерінің өзгеруін анықтауға мүмкіндік береді. Темп-расы шамамен 3К-ге жуық ғарыштық сәуле – қалдық (реликт) сәуленің табиғаты да «ыстық» Ғалам моделімен түсіндіріледі. Қорыта айтқанда, қазіргі К. моделі бойынша Ғалам біртекті, изотропты, ыстық әрі ұлғаюда деп қарастырылады. Сонымен релятивистік К. бақыланып отырған Ғаламның қазіргі күйін түсіндіре алады, сонымен бірге ол бұрын белгісіз құбылыстарды да болжауға мүмкіндік береді. Дегенмен, К-ның дамуы жаңа, қиын әлі де шешімін таппаған мәселелерді алға қоюда. Мыс., тығыздығы ядро тығыздығынан да бірнеше есе жоғары заттардың күйін зерттеуге тіпті жаңа физ. теория қажет болып отыр. К-ның дамуы нәтижесінде Ғаламның жалғыз болу мәселесі де алға қойылды. Қазіргі К. аясында Метагалактиканы жалғыз деп айтуға болады. Ғаламдағы зарядтың симметриясыздығы (ассимметриялығы) мәселесі де шешімін тапқан жоқ. Біздің ғарыштық кеңістікте (мыс., Күн жүйесі мен Галактикада, мүмкін бүкіл Ғалам шегінде) заттың сандық мөлшері антизаттың сандық мөлшерінен әлдеқайда көп болып отыр. Ал К-ның галактикалық шоғырлар мен жекеленген галактикалардың түзілу мәселелері қазіргі кезде табысты шешілуде. Дегенмен, К-ның кейбір мәселелері (ерекше күйдегі Ғалам, ғарыштық модельдерді таңдау, т.б.) әлі де шешімін тапқан жоқ. Қазақстанда К-лық зерттеулер 20 ғ-дың 60-жылдарынан Астрофизика ин-ты мен ҚазМУ-да (қазіргі ҚазҰУ) жүргізіле бастады. Ұлғайған Метагалактиканың шектелмеуі жайлы идея одан әрі (Г.М.Идлис) дамытылды. Гравитация тұрақтысы әлсірей беретін галактикалар жүйесінің динамикалық ерекшеліктері (Т.Б.Омаров) анықталды. К-лық сәуледен пайда болатын қосымша күштер ескеріле отырып, ұлғайған Метагалактикадағы галактикалар типтес жүйенің динамикасы (Омаров, Т.С.Қожанов) зерттелді. Жазық К-лық модельде гравитацияланатын тозаң тәрізді материядағы екі дене есебінің жалпы шешімі табылды, сондай-ақ осы есептің релятивистік нұсқасы қарастырылды. Басқаша айтқанда, Ғаламның біртекті емес моделі негізінде ірі масштабты ғарыштық галактикалар жүйесінің бақыланатын қасиеттерін сипаттайтын метрика (Омаров) құрылды. Тартылыстың релятивистік теориясындағы нүктелік массалардың қозғалу заңдылықтары (М.М.Әбділдин, З.Х.Құрмақаев) қарастырылды. Сондай-ақ біртекті емес кіші өлшемдегі жүйелердің құрылысы мен дамуы жөнінде теор. болжамдар (Қожанов) жасалды. Сызықты емес «ішек» (струна) теориясы құрылып, оның Ғаламның ерте кездегі динамикасына әсері (Омаров, Л.М.Чечин) зерттелді. Біртекті емес ұлғайған Ғаламның қалай пайда болғанын түсіндіретін теория ұсынылды, сондай-ақ біртекті емес кіші өлшемдегі жүйелердің құрылымы мен дамуы жөнінде теор. болжамдар жасалды.  

Космология, ғ а р ы ш  і л і м і – Ғаламның біртұтастығы және оның астрон. бақылаулар арқылы танылған бөлігі жайлы ілім; астрономияның бір бөлімі. К-ның тұжырымдары (Ғаламның модельдері) физиканың заңдары мен астрон. бақылаулардың деректеріне, сондай-ақ адамзат қоғамының әр түрлі дәуірлеріндегі филос. принциптерге сүйенеді. Алғашқы К-лық түсініктер өте ерте заманда адамдардың дүниедегі өз орнын анықтау, түсіну әрекеттерінен шыққан. Бәрінен гөрі Демокриттің, Пифагордың, Аристотельдің (б.з.б. 5–4 ғ-ларда) ежелгі дәуірдегі филос. мектептерінің К-лық көзқарастары қатаң логикалық талаптарды қанағаттандырды. Астрономия, т.б. жаратылыстану білімдерінің жинақталуы нәтижесінде және Ғалам туралы әр түрлі филос. пайымдаулардың негізінде дүние құрылымын тұтас алып қарастырудың ең алғашқы әрекеті – дүниенің геоцентрлік жүйесі (Птолемей) жасалды. Бұл жүйенің негізгі К-лық идеялары: Жер қозғалмайды әрі ол Ғаламның кіндігі, Ғалам кеңістік бойынша шектелген, «аспан» мен «жердің» табиғаты бір-бірінен мүлдем алшақ. Кейінірек (16 ғ-да) астрономия мен жаратылыстану ғылымында төңкеріс болған дүниенің гелиоцентрлік жүйесі (Н.Коперник) жасалды. Птолемей және Коперник жүйелерінің бір-бірінен түбегейлі айырмашылықтарына қарамастан, олар Күн жүйесі шеңберіндегі мәселелерді ғана қамтыды. Астрономияның әдістері мен бақылау құралдарының дамуы барысында Жердің ғарыштағы рөлі төмендеп, бүкіл Күн жүйесінің өзі «жұлдыздық әлемнің» – Галактиканың кішігірім бір бөлігі екенін көрсетті. Күн осы орасан зор жүйедегі 100 млрд-тан астам жұлдыздың біреуі екендігі анықталды. Кейін Галактика сияқты орасан зор түзілімнің Ғаламда өте көп болу мүмкіндігі жайлы болжамдар айтыла бастады (И.Кант, т.б.) Қазіргі кезде Ғалам үшін галактикалар жиыны, яғни Метагалактика қабылданды. Ғыл. К. өзінің даму барысында ньютондық К. және релятивистік К. деп аталатын екі үлкен кезеңді басынан кешірді. И.Ньютоннан бастап К. мәселелері жалаң ойлау нысанасы емес, нақты физ. есеп түрінде қойылды және оларды шешу үшін матем. жаңа тәсілдер кеңінен қолданылды. К. мәселелері бүкіләлемдік тартылыс күштері арқылы басқарылатын массалардың шексіз жүйесінің сипаты жайлы есептерді шешуге саяды. Массалар жүйесі үшін жұлдыздар жүйесі қабылданады және онда таза мех. көзқарас үстем. Қазіргі К. тартылыстың релятивистік теориясы (А.Эйнштейн, 1916) мен галактикадан тыс астрономияның (20 ғ-дың 20-жылдары) пайда болуына байланысты дамыды. Релятивистік К-ның алғашқы даму кезеңінде Ғалам геометриясына (төрт өлшемді кеңістік пен уақыттың қисықтығы және Ғаламның не кеңістіктің мүмкін болатын тұйықтығы) ерекше назар аударылды. Ал релятивистік К-ның екінші кезеңі орыс ғалымы А.А.Фридманның еңбектерімен (1922–24) байланыстырылады. Ол өзара тартылыста болатын заттармен толған Ғалам (қисайған кеңістікте) тұрғылықты күйде бола алмайды, яғни Ғалам не ұлғаяды не сығылады деп тұжырымдады. Бұл принциптік жаңа тұжырым америкалық астроном Э.Хабблдың қызыл ығысу заңы (галактикалардың бір-бірінен қашықтауы) ашылғаннан кейін (1929) ғана дәлелденді. Енді Ғалам механикасы мен оның «жасы» (Ғалам кеңеюінің ұзақтығы) туралы мәселелер алға қойылды. Релятивистік К. дамуының үшінші кезеңі «ыстық» Ғалам моделін жасаудан басталады. Бұл модельді америкалық физик Г.(Дж.)Гамов 20 ғ-дың 40-жылдарының 2-жартысында құрастырды. Гамов моделінде негізгі назар Ғалам физикасына, яғни Ғаламның ұлғаюының әр түрлі сатысындағы заттардың күйлері мен Ғаламдағы өтетін физ. процестерге аударылды. К-да тартылыс заңымен қатар термодинамика заңдары, ядр. физика және элементар бөлшектер физикасы да ерекше рөл атқарады. Біртекті, изотропты Ғалам теориясының негізіне мынадай екі қағида (постулат) алынады: 1) жалпы салыстырмалық теориясындағы Эйнштейн теңдеуі (бұдан кеңістік пен уақыттың қисықтығы және қисықтықтың массамен не энергиямен байланысы шығады); 2) Ғаламда ерекше бөлектенген нүкте (біртектілік), ерекше бөлектенген бағыт (изотроптылық) болмайды, яғни Ғаламда барлық нүктенің, барлық бағыттың мәні бірдей болып есептеледі. Соңғы тұжырым К-лық қағида деп аталады. Бұл екі қағида Ғалам дамуының жалпы сипаты жөнінде тұжырым жасауға мүмкіндік береді. Бірақ олар Ғаламның бастапқы күйі жөніндегі сұраққа жауап бере алмайды. Ғаламның бастапқы күйінің берілуі релятивистік К-ның үшінші қағидасы болып есептеледі. 20 ғ-дың 60–70-жылдары «ыстық» Ғалам (бастапқы темп-расы жоғары деп есептелетін) моделі ғалымдардың көпшілігі қабылдаған модель болды. Өте жоғары темп-рада (T>1013 K) ерекше (сингулярлы) күйде тұрған Ғаламда молекула не атом ғана емес, тіпті ядроның өзі де бола алмайды, онда тек әр түрлі элементар бөлшектердің (фотондардың, нейтринолардың, т.б.) қоспасы ғана болады. Ғалам дамуының әр түрлі сатысына сәйкес келетін мұндай элементар бөлшектер қоспасының құрамын (әр түрлі темп-радағы) элементар бөлшектер физикасының негізінде есептеуге болады. К. теңдеуі біртекті, изотропты Ғаламның ұлғаю заңын, сондай-ақ, Ғаламның ұлғаю процесі кезіндегі физ. параметрлерінің өзгеруін анықтауға мүмкіндік береді. Темп-расы шамамен 3К-ге жуық ғарыштық сәуле – қалдық (реликт) сәуленің табиғаты да «ыстық» Ғалам моделімен түсіндіріледі. Қорыта айтқанда, қазіргі К. моделі бойынша Ғалам біртекті, изотропты, ыстық әрі ұлғаюда деп қарастырылады. Сонымен релятивистік К. бақыланып отырған Ғаламның қазіргі күйін түсіндіре алады, сонымен бірге ол бұрын белгісіз құбылыстарды да болжауға мүмкіндік береді. Дегенмен, К-ның дамуы жаңа, қиын әлі де шешімін таппаған мәселелерді алға қоюда. Мыс., тығыздығы ядро тығыздығынан да бірнеше есе жоғары заттардың күйін зерттеуге тіпті жаңа физ. теория қажет болып отыр. К-ның дамуы нәтижесінде Ғаламның жалғыз болу мәселесі де алға қойылды. Қазіргі К. аясында Метагалактиканы жалғыз деп айтуға болады. Ғаламдағы зарядтың симметриясыздығы (ассимметриялығы) мәселесі де шешімін тапқан жоқ. Біздің ғарыштық кеңістікте (мыс., Күн жүйесі мен Галактикада, мүмкін бүкіл Ғалам шегінде) заттың сандық мөлшері антизаттың сандық мөлшерінен әлдеқайда көп болып отыр. Ал К-ның галактикалық шоғырлар мен жекеленген галактикалардың түзілу мәселелері қазіргі кезде табысты шешілуде. Дегенмен, К-ның кейбір мәселелері (ерекше күйдегі Ғалам, ғарыштық модельдерді таңдау, т.б.) әлі де шешімін тапқан жоқ. Қазақстанда К-лық зерттеулер 20 ғ-дың 60-жылдарынан Астрофизика ин-ты мен ҚазМУ-да (қазіргі ҚазҰУ) жүргізіле бастады. Ұлғайған Метагалактиканың шектелмеуі жайлы идея одан әрі (Г.М.Идлис) дамытылды. Гравитация тұрақтысы әлсірей беретін галактикалар жүйесінің динамикалық ерекшеліктері (Т.Б.Омаров) анықталды. К-лық сәуледен пайда болатын қосымша күштер ескеріле отырып, ұлғайған Метагалактикадағы галактикалар типтес жүйенің динамикасы (Омаров, Т.С.Қожанов) зерттелді. Жазық К-лық модельде гравитацияланатын тозаң тәрізді материядағы екі дене есебінің жалпы шешімі табылды, сондай-ақ осы есептің релятивистік нұсқасы қарастырылды. Басқаша айтқанда, Ғаламның біртекті емес моделі негізінде ірі масштабты ғарыштық галактикалар жүйесінің бақыланатын қасиеттерін сипаттайтын метрика (Омаров) құрылды. Тартылыстың релятивистік теориясындағы нүктелік массалардың қозғалу заңдылықтары (М.М.Әбділдин, З.Х.Құрмақаев) қарастырылды. Сондай-ақ біртекті емес кіші өлшемдегі жүйелердің құрылысы мен дамуы жөнінде теор. болжамдар (Қожанов) жасалды. Сызықты емес «ішек» (струна) теориясы құрылып, оның Ғаламның ерте кездегі динамикасына әсері (Омаров, Л.М.Чечин) зерттелді. Біртекті емес ұлғайған Ғаламның қалай пайда болғанын түсіндіретін теория ұсынылды, сондай-ақ біртекті емес кіші өлшемдегі жүйелердің құрылымы мен дамуы жөнінде теор. болжамдар жасалды.