Космологія - наука про Всесвіт як єдине ціле. У Новий час вона відділяється від філософії і перетворюється в самостійну науку. Ньютоновская космологія грунтувалася на наступних постулатах:
· Всесвіт існував завжди, це «світ в цілому» (універсум).
· Всесвіт стаціонарне (незмінна), змінюються тільки космічні системи, але не світ в цілому.
· Простір і час абсолютні.
Метрично простір і час нескінченні.
· Простір і час ізотропні (изотропность характеризує однаковість фізичних властивостей середовища в усіх напрямках) і однорідні (однорідність характеризує розподіл у середньому речовини у Всесвіті).
Сучасна космологія заснована на загальній теорії відносності і тому її називають релятивістської, на відміну від колишньої, класичної.
У 1929 р Едвін Хаббл (американський астрофізик) виявив явище «червоного зсуву». Світло від далеких галактик зміщується в бік червоного кінця спектра, що свідчило про видалення галактик від спостерігача. Виникла ідея про нестаціонарності Всесвіту. Олександр Олександрович Фрідман (1888 - 1925) вперше теоретично довів, що Всесвіт не може бути стаціонарним, а повинна періодично розширюватися або стискатися. На перший план висунулися проблеми дослідження розширення Всесвіту і визначення її віку. Наступний етап дослідження Всесвіту пов'язаний з роботами американського вченого Георгія Гамова (1904-1968). Стали досліджуватися фізичні процеси, що відбувалися на різних стадіях розширення Всесвіту. Гамов відкрив «реліктове випромінювання». (Реликт - залишок давньої давнини).
Існує кілька моделей Всесвіту: загальним для них є уявлення про її нестационарном, изотропном і однорідному характері.
За способом існування - модель «Всесвіту» і модель «пульсуючого Всесвіту».
Залежно від кривизни простору розрізняють - відкриту модель, в якій кривизна негативна або дорівнює нулю, в ній представлена незамкнута нескінченний Всесвіт; замкнуту модель з позитивною кривизною, в ній Всесвіт кінцева, але необмежена, безмежна.
Обговорення питання про кінцівки або нескінченність Всесвіту породив кілька так званих космологічних парадоксів, згідно з якими, якщо Всесвіт нескінченний, то вона конечна.
1. експансійної парадокс (Е. Хаббл). Беручи ідею нескінченної протяжності, приходимо до протиріччя з теорією відносності. Видалення туманності від спостерігача на нескінченно велику відстань (відповідно до теорії «червоного зсуву» В.М.Слайфера і «ефекту Допплера») має перевищувати швидкість світла. Але вона є граничною (з теорії Ейнштейна) швидкістю поширення матеріальних взаємодій, ніщо не може рухатися з більшою швидкістю.
2. Фотометричний парадокс (Ж.Ф.Шезо і В.Ольберс). Це теза про нескінченну світності (при відсутності поглинання світла) неба згідно із законом освітленості будь-якого майданчика і за законом зростання числа джерел світла в міру зростання обсягу простору. Але нескінченна світність суперечить емпіричним даним.
3. Гравітаційний парадокс (К.Нейман, Г. Зеелігер): нескінченне число космічних тіл має приводити до нескінченного тяжіння, а значить до нескінченного прискоренню, що не спостерігається.
4. Термодинамічний парадокс (або так звана «теплова смерть» Всесвіту). Перехід теплової енергії в інші види утруднений в порівнянні із зворотним процесом. Результат: еволюція речовини призводить до термодинамічної рівноваги. Парадокс говорить про кінцевий характер просторово-часової структури Всесвіту.
2. Еволюція Всесвіту. Теорія великого вибуху"
З давніх-давен і до початку XX століття космос вважали незмінним. Зоряний світ уособлював собою абсолютний спокій, вічність і безмежну протяжність. Відкриття в 1929 році вибухового розбігання галактик, тобто швидкого розширення видимої частини Всесвіту, показало, що Всесвіт нестаціонарна. Екстраполюючи цей процес розширення в минуле, вчені зробили висновок, що 15-20 мільярдів років тому Всесвіт була укладена в нескінченно малий обсяг простору при нескінченно великої щільності ( «точка сингулярності»), а вся нинішня Всесвіт кінцева, тобто володіє обмеженим обсягом і часом існування.
Точку відліку часу життя еволюціонує Всесвіту починається з моменту, коли стався "Великий Вибух» і раптово порушилося стан сингулярності. На думку більшості дослідників, сучасна теорія "Великого Вибуху" в цілому досить успішно описує еволюцію Всесвіту, починаючи приблизно з 10-44 секунди після початку розширення. Слабким єдиною ланкою в цій прекрасній теорії вважають проблему Почала - фізичного опису сингулярності.
Вчені сходяться на думці, що первісна Всесвіт перебувала в умовах, які важко уявити і відтворити на Землі. Ці умови характеризуються наявністю високої температури і високого тиску в сингулярності, в якому була зосереджена матерія.
Час еволюції Всесвіту оцінюється приблизно в 20 млрд. Років. Теоретичні розрахунки показали, що в сингулярному стані її радіус був близький до радіусу електрона, тобто вона була мікрооб'єктів мізерно малих масштабів. Передбачається, що тут почали позначатися характерні для елементарних частинок квантові закономірності.
Всесвіт перейшла до розширення від первісного сингулярного стану в результаті Великого вибуху, який заповнив увесь простір. Виникла температура 100 000 млн. Град. за Кельвіном, при якій не можуть існувати молекули, атоми і навіть ядра. Речовина знаходилася в вигляді елементарних частинок, серед яких переважали електрони, позитрони, нейтрино, і фотони, і менше було протонів і нейтронів. В кінці третьої хвилини після вибуху температура Всесвіту знизилася до 1 млрд. Град. за Кельвіном. Стали утворюватися ядра атомів - важкого водню і гелію, але речовина Всесвіту складалося до цього часу в основному з фотонів, нейтрино і антинейтрино. Лише через кілька сотень тисяч років почали утворюватися атоми водню і гелію, утворюючи воднево-гелієву плазму. Астрономи виявили «реліктове» радіовипромінювання в 1965 р - випромінювання гарячої плазми, яка збереглася з того часу, коли ще не було зірок і галактик. З цієї суміші водню і гелію в процесі еволюції виникло все різноманіття сучасної Всесвіту. За теорією Дж. Х. Джинса головним фактором еволюції Всесвіту є її гравітаційна нестійкість: матерія не може розподілятися з постійною щільністю в будь-якому обсязі. Однорідна спочатку плазма розпалася на величезні згустки. З них потім утворилися скупчення галактик, які розпалися на протогалактики, а з них виникли протозвезди. Цей процес триває і в наш час. Навколо зірок сформувалися планетні системи. Дана модель (стандартна) Всесвіту не є достатньо обґрунтованою, залишається багато питань. Доводами на її користь є лише встановлені факти розширення Всесвіту і реліктове випромінювання.