2.5. Естественно-научная картина мира

На протяжении всей истории человечество так или иначе стремилось сформировать свою картину мира, в которой пыталось отобразить имевшиеся на тот момент представления об окружающем мире, а также определить место человека и человеческого сообщества в нем. Постепенно, по мере накопления научных знаний, картина мира изменялась, приобретая на каждом историческом этапе свой специфический вид. Вплоть до XVIII века каждая картина мира представляла причудливое соединение научных представлений с вненаучными – религиозными, мистическими, эзотерическими.

Первой строго научной картиной мира считают механистическую, сформированную в Европе в XVII – XVIII веках. В ней уже четко доминируют механика, физика, математика, материалистические и атомистические представления о мироустройстве. Вселенная здесь уподобляется огромному механизму, где все основные части на всех уровнях бытия хорошо подогнаны друг к другу. Вместе с тем и здесь еще присутствует идея Бога, согласно которой Бог сотворил и запустил в ход Вселенский механизм, а далее, предоставив человеку свободу выбора, наблюдает за всем происходящим со стороны. В дальнейшей истории все новые и новые картины мира сменяют друг друга, каждый раз уточняя понимание мироустройства с позиций современных им научных представлений [21].

Современная естественно-научная картина мира сформировалась на синтезе знаний и научных представлений физики и космологии, математики и химии, биологии и геологии и т.д. В основу ее положена концепция единства материального мира, а все многообразие форм материи, процессов и взаимодействий рассматривается как проявление «внутренних» свойств материи, пространства и времени.

В современной научной картине мира можно выделить следующие основные положения.

• при всем многообразии материальных объектов и явлений – наш мир един вещественно, однако энергетически и структурно формы проявления такого единства чрезвычайно разнообразны.

• все многообразие материального мира системно организовано по принципу иерархической соподчиненности структурных уровней материи: микро-, макро- и мегамир.

• все процессы и явления в материальном мире причинно обусловлены и определяются естественными законами природы.

• все взаимодействия в материальном мире сводятся к четырем типам фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное), слабое.

• различные формы материи и ее движения способны к взаимным превращениям и взаимным переходам в рамках фундаментальных законов сохранения.

• все материальные объекты, в том числе и Вселенная, включены в глобальный эволюционный процесс, который, начавшись с рождения Вселенной, привел к появлению в ней Человека и его Разума.

• возникновение материи, пространства, времени и самой Вселенной произошло в едином процессе в момент «Большого взрыва» примерно 13,7 млрд. лет назад.

Под «Большим взрывом» в современной космологии понимают мгновенно начавшийся процесс расширения Вселенной из точки сингулярности. Космологическая сингулярность рассматривается как состояние нашей Вселенной в определенный момент времени в прошлом, когда плотность материи и кривизна пространства были практически равны бесконечности. По оценкам квантовой теории гравитации плотность составляла величину порядка , а пространственные и временные размеры практически равны нулю. Гипотеза «Большого взрыва» была предложена в 1948 году Дж. Гамовым, а затем дополнена моделью «Расширяющейся Вселенной» Фридмана. Подтверждением ее служат открытие «красного смещения», обусловленного разбеганием удаленных Галактик (Э. Хаббл, 1929 г.), и открытие реликтового излучения (1965 г.), которое изотропно распределено во Вселенной с момента «Большого взрыва». Согласно модели «пульсирующей Вселенной» процесс расширения Вселенной, по мере уменьшения ее средней плотности, может смениться процессом сжатия и закончиться точкой сингулярности.

В соответствии с гипотезой «Большого взрыва» в первые мгновения при температурах рождались всевозможные элементарные частицы: протоны, нейтроны, мезоны, нейтрино, электроны и т.д. и их античастицы, а также поля (излучение). По мере расширения Вселенной температура снижалась. К моменту времени с, она стала равной примерно К. При этой температуре у частиц при взаимодействиях уже не хватало энергии для рождения новых частиц. Результативными становятся только столкновения частиц с античастицами, в результате чего они аннигилируют (вымирают). К моменту времени во Вселенной остаются только нейтрино и антинейтрино всех сортов, фотоны (излучение) и вещество в виде плазмы, состоящей из протонов, нейтронов и электронов.

С дальнейшим понижением температуры через несколько минут после начала расширения Вселенной начинают интенсивно протекать ядерные реакции объединения протонов и нейтронов с образованием ядер гелия. Спустя еще несколько минут все ядерные реакции во Вселенной заканчиваются.

Примерно через 300 тыс. лет плазма остывает до температуры , электроны объединяются с протонами, образуя нейтральные атомы гелия и водорода, плазма превращается в нейтральный звездный газ, состоящий примерно на 25% из гелия и на 75% из водорода. Вещество с таким составом позже образует небесные тела, в частности протозвезды. Нейтрино и антинейтрино всех сортов ни с чем во взаимодействие не вступят, навечно останутся во Вселенной. Фотоны (электромагнитное излучение) также ни с чем во взаимодействие не вступили. Они заполнили практически изотропно все пространство Вселенной и в наши дни составляют так называемое реликтовое излучение, которое и было открыто в 1965 г.

Синтез более тяжелых элементов до железа включительно происходил уже много позже в недрах звезд в результате термоядерных реакций. Образование тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, вероятнее всего происходит в оболочках взрывающихся звезд (вспышках сверхновых). Вспышка сверхновой – явление для галактик довольно частое. По оценкам даже в окрестностях Солнечной системы оно наблюдается не реже одного раза за 10 млн. лет. В 1054 году в китайских летописях зарегистрирована вспышка сверхновой, причем такой светимости, что она была видна даже днем в течение 23 суток. На месте взрыва этой сверхновой образовалась Крабовидная туманность, которая и в наши дни видна на небе невооруженным глазом.

По данным современных космологических исследований предполагается, что в первые мгновения после «Большого взрыва» наряду с рождением обычных элементарных частиц, таких как протоны, электроны, нейтрино и т.п., образовались гипотетические гиперчастицы, составившие основу так называемой «скрытой массы», которую часто называют «темной материей». Эти частицы крайне слабо взаимодействуют с веществом и обнаруживают себя только по их гравитационному воздействию на движение и структуру галактик и скоплений галактик. По оценкам величина «скрытой массы» во много раз превосходит светящуюся (видимую) массу звезд и галактик. При изучении движения звезд в нашей галактике было установлено, что в ней «скрытая масса» по плотности сопоставима с плотностью видимого вещества. «Скрытую массу» галактик и скоплений галактик связывают с массивными трудно-наблюдаемыми гиперчастицами, пока неизвестной природы.

Контрольные вопросы

1. Единство материального мира.

2. Фундаментальные взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

3. Симметрия и асимметрия – универсальные свойства материи.

4. Законы сохранения – фундаментальные законы природы.

5. Законы сохранения энергии, импульса момента импульса.

6. Современная естественно-научная картина мира.