Космология

Космология, ғарыш ілімі – Ғаламның біртұтастығы және оның астрономиялық бақылаулар арқылы танылған бөлігі жайлы ілім; астрономияның бір бөлімі.

НАСАның жасаған суреті.

Космологияның тұжырымдары (Ғаламның модельдері) мен астрономиялық бақылаулардың деректеріне, сондай-ақ адамзат қоғамының әр түрлі дәуірлеріндегі философия принциптерге сүйенеді.

Алғашқы космологиялық түсініктер

Клавдий Птолемей.

Алғашқы космологиялық 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 философия мектептерінің Космологиялық көзқарастары қатаң логикалық талаптарды қанағаттандырды. Астрономия, т.б. жаратылыстану білімдерінің жинақталуы нәтижесінде және Ғалам туралы әр түрлі философия пайымдаулардың негізінде дүние құрылымын тұтас алып қарастырудың ең алғашқы әрекеті – (Птолемей) жасалды. Бұл жүйенің негізгі Космологиялық 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.) 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., т.б.) Қазіргі кезде Ғалам үшін галактикалар жиыны, яғни Метагалактика қабылданды. Ғылыми Космология өзінің даму барысында ньютондық Космология және Космология деп аталатын екі үлкен кезеңді басынан кешірді. И.Ньютоннан бастап Космология мәселелері жалаң ойлау нысанасы емес, нақты физикалық есеп түрінде қойылды және оларды шешу үшін математикалық жаңа тәсілдер кеңінен қолданылды. Космология мәселелері арқылы басқарылатын массалардың шексіз жүйесінің сипаты жайлы есептерді шешуге саяды. Массалар жүйесі үшін жұлдыздар жүйесі қабылданады және онда таза механикалық көзқарас үстем.

Релятивистік космология

Альберт Эйнштейн.

Қазіргі космология тартылыстың релятивистік теориясы (А.Эйнштейн, 1916) мен галактикадан тыс астрономияның (20 ғ-дың 20-жылдары) пайда болуына байланысты дамыды. Релятивистік Космологияның алғашқы даму кезеңінде Ғалам геометриясына (төрт өлшемді кеңістік пен уақыттың қисықтығы және Ғаламның не кеңістіктің мүмкін болатын тұйықтығы) ерекше назар аударылды. Ал релятивистік Космологияның екінші кезеңі орыс ғалымы А.А. 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. (галактикалардың бір-бірінен қашықтауы) ашылғаннан кейін (1929) ғана дәлелденді. Енді Ғалам механикасы мен оның «жасы» (Ғалам кеңеюінің ұзақтығы) туралы мәселелер алға қойылды. Релятивистік Космология дамуының үшінші кезеңі «ыстық» Ғалам моделін жасаудан басталады. Бұл модельді америкалық физик Г.(Дж.)Гамов 20 ғ-дың 40-жылдарының 2-жартысында құрастырды. моделінде негізгі назар Ғалам физикасына, яғни Ғаламның ұлғаюының әр түрлі сатысындағы заттардың күйлері мен Ғаламдағы өтетін физикалық процестерге аударылды.

Космологияда қатар , ядролық физика және 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 Космологиялық 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 Космологияның үшінші қағидасы болып есептеледі. 20 ғ-дың 60–70-жылдары «ыстық» Ғалам (бастапқы температурасы жоғары деп есептелетін) моделі ғалымдардың көпшілігі қабылдаған модель болды. Өте жоғары температурада (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, , т.б.) қоспасы ғана болады.

Қазіргі космология

Астрономия.

Ғалам дамуының әр түрлі сатысына сәйкес келетін мұндай элементар бөлшектер қоспасының құрамын (әр түрлі температурадағы) элементар бөлшектер физикасының негізінде есептеуге болады. Космология теңдеуі біртекті, изотропты Ғаламның ұлғаю заңын, сондай-ақ, Ғаламның ұлғаю процесі кезіндегі физикалық параметрлерінің өзгеруін анықтауға мүмкіндік береді. Температурасы шамамен 3 Кельвинге жуық ғарыштық сәуле – қалдық (реликт) сәуленің табиғаты да «ыстық» Ғалам моделімен түсіндіріледі. Қорыта айтқанда, қазіргі космология моделі бойынша Ғалам біртекті, изотропты, ыстық әрі ұлғаюда деп қарастырылады. Сонымен релятивистік космология бақыланып отырған Ғаламның қазіргі күйін түсіндіре алады, сонымен бірге ол бұрын белгісіз құбылыстарды да болжауға мүмкіндік береді. Дегенмен, космологияның дамуы жаңа, қиын әлі де шешімін таппаған мәселелерді алға қоюда. Мысалы, тығыздығы ядро тығыздығынан да бірнеше есе жоғары заттардың күйін зерттеуге тіпті жаңа физикалық теория қажет болып отыр. Космологияның дамуы нәтижесінде Ғаламның жалғыз болу мәселесі де алға қойылды. Қазіргі космология аясында Метагалактиканы жалғыз деп айтуға болады. Ғаламдағы зарядтың симметриясыздығы (ассимметриялығы) мәселесі де шешімін тапқан жоқ. Біздің ғарыштық кеңістікте (мысалы, Күн жүйесі мен Галактикада, мүмкін бүкіл Ғалам шегінде) заттың сандық мөлшері антизаттың сандық мөлшерінен әлдеқайда көп болып отыр. Ал космологияның галактикалық шоғырлар мен жекеленген галактикалардың түзілу мәселелері қазіргі кезде табысты шешілуде. Дегенмен, космологияның кейбір мәселелері (ерекше күйдегі Ғалам, ғарыштық модельдерді таңдау, т.б.) әлі де шешімін тапқан жоқ.

Қазақстандағы космологиялық зерттеулер

Қазақстанда космологиялық зерттеулер 20 ғ-дың 60-жылдарынан Астрофизика институты 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. Космологиялық сәуледен пайда болатын қосымша күштер ескеріле отырып, ұлғайған Метагалактикадағы галактикалар типтес жүйенің динамикасы (Омаров, Т.С.Қожанов) зерттелді. Жазық космологиялық 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 теориялық болжамдар (Қожанов) жасалды. Сызықты емес, Желі теориясы (string theory) 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.

Дереккөздер