Kozmológia

Kozmológia skúma pôvod, začiatok a možný osud vesmíru. Fyzikálna kozmológia vedecky skúma pôvod, vývoj, štruktúru, dynamiku a konečný osud vesmíru a tiež prírodné zákony, ktoré ovládajú vesmír.Introduction: Cosmology - space - 04 September 2006 - New Scientist Religiózna kozmológia (alebo mytologická kozmológia) je súbor názorov, ktoré sa zakladajú na historickej, mytologickej, náboženskej a ezoterickej literatúre a tradícii stvorenia a eschatológii.

Fyzikálnu kozmológiu skúmajú vedci, napr. astronómovia a teoretickí fyzici a akademickí filozofi ako napr. metafyzici, filozofi fyziky a priestoru a času. V modernej kozmológii dominuje teória Veľkého tresku, ktorá sa pokúša zjednotiť astronomické pozorovania a časticovú fyziku.

Aj keď slovo kozmológia vzniklo nedávno (použité prvýkrát v roku 1730 Christianom Wolffom v knihe Cosmologia Generalis), tak skúmanie vesmíru má dlhú históriu zahŕňajúcu vedu, filozofiu, ezoteriku a náboženstvo. Príbuzný výskum zahŕňa kozmogóniu, ktorá sa zameriava na pôvod vesmíru a kozmografiu, ktorá mapuje vlastnosti vesmíru. Kozmológia tiež súvisí s astronómiou.

 Disciplíny 
Fyzika a astrofyzika zohráva hlavnú úlohu v tvorení nášho porozumenia vesmíru pomocou vedeckých pozorovaní a experimentov. Fyzikálna kozmológia využíva tiež matematické a pozorovacie analýzy celého vesmíru. Všeobecne sa za začiatok považuje Veľký tresk takmer okamžite nasledovaný kozmickou infláciou – rozpínanie priestoru, z ktorého vznikol vesmír zhruba pred 13,798 ± 0,037 miliardou rokov.

Kozmológovia tvrdia, že história vesmíru je kompletne riadená fyzikálnymi zákonmi. Medzi oblasťami náboženstva a vedy sa nachádza filozofická perspektíva metafyzickej kozmológie. Táto starobylá oblasť výskumu hľadá intuitívne závery o povahe vesmíru, človeka a nadprirodzeného stvoriteľa a ich vzájomné vzťahy na základe faktov zo spirituálnych zážitkov alebo pozorovaní.

Náboženské mýty o stvorení vesmíru vysvetľujú existenciu a  povahu reality. Názory na pôvod (kozmogóniu) a konečný stav (eschatológiu) vesmíru tvoria základné prvky náboženského pohľadu na úlohu ľudstva vo vesmíre.

 Náboženská a mytologická kozmológia 
Náboženská a mytologická kozmológia považuje svet za súhrn priestoru, času a všetkých javov. Historicky mala veľmi široký záber a v mnohých prípadoch sa zakladala na náboženstve.
Moderná metafyzická kozmológia sa snaží zodpovedať otázky ako:
 Aký je pôvod vesmíru? čo je jeho príčinou? Je existencia nevyhnutná?
 Aké sú základné materiálové komponenty vesmíru?
 Aký je dôvod existencie vesmíru? Má vesmír nejaký zmysel, účel?

 Fyzikálna kozmológia 
náhľad|Hubblovo extrémne hlboké pole (XDF) skompletizované v septembri 2012, zobrazuje najvzdialenejšie galaxie aké kedy človek odfotil. Každý bod svetla je samostatná galaxia. Niektoré sú staré až 13,2 miliardy rokov. Počet galaxií vo viditeľnom vesmíre sa odhaduje na viac ako 200 miliárd.
Fyzikálna kozmológia je časťou fyziky a astrofyziky, ktorá skúma fyzikálny pôvod a vývoj vesmíru. Tiež skúma povahu vesmíru v najväčších mierkach. V najstaršej forme predstavovala to, čo dnes poznáme ako nebeská mechanika, skúmanie neba. Grécki filozofi Aristarchos zo Samosu, Aristoteles a Ptolemaios predložili rozličné kozmologické teórie. Geocentrický Ptolemaiovský model bol akceptovanou teóriou, popisujúcou pohyb na nebi, až do 16. storočia kedy Mikuláš Kopernik a neskôr Johannes Kepler a Galileo Galilei predstavili heliocentrický model.

Problém nebeského pohybu konečne vyriešil až Isaac Newton publikovaním jeho knihy Principia Mathematica v roku 1687. Newton poskytol fyzikálny mechanizmus pre Keplerove zákony a svoj zákon univerzálnej gravitácie. Základným rozdielom medzi Newtonovskou kozmológiou a jej predchodcami bol Kopernikov princíp, tzn. že pre telesá na zemi platia rovnaké zákony ako pre nebeské telesá. To bola kľúčová myšlienka pre pokrok fyzikálnej kozmológie.

Za začiatok modernej kozmológie sa považuje publikovanie poslednej Einsteinovej úpravy všeobecnej relativity v roku 1917 v publikácii "Cosmological Considerations of the General Theory of Relativity". Všeobecná relativita prinútila kozmologistov ako Willem de Sitter, Karl Schwarzschild a Arthur Eddington skúmať astronomické následky teórie, čo ešte viac pomohlo možnosti pozorovať čoraz vzdialenejšie objekty. Predtým fyzici predpokladali, že vesmír je statický a nemenný.

Súčasne vrcholila dlhodobá debata o štruktúre vesmíru. Harlow Shapley, astronóm observatória Mount Wilson, bol špecialistom na model kozmu tvoreného iba Mliečnou cestou, zatiaľ čo Heber D. Curtis tvrdil, že špirálové hmloviny sú samostatné galaxie -ostrovy vo vesmíre. Rozdiely v myšlienkach vyvrcholili vo Veľkej debate na stretnutí Národnej akadémie vied 26. apríla 1920 vo Washingtone. Riešenie tejto diskusie priniesol Edwin Hubble a objav novy v galaxii Andromeda v rokoch 1923 a 1924. Výpočet vzdialenosti potvrdil, že Androméda sa nachádza veľmi ďaleko za hranicami Mliečnej cesty.

Nasledujúce modely vesmíru skúmali možnosť, že kozmologická konštanta, predstavená Einsteinom v roku 1917, povoľuje expanziu vesmíru, v závislosti na jej hodnote. Na základe toho vytvoril Belgičan Georges Lemaitr v roku 1927 model Veľkého tresku, ktorý neskôr v roku 1929 potvrdil Edwin Hubble objavom červeného posunu a ďalej, Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson, objavom kozmického mikrovlnného pozadia v roku 1964. Tieto objavy predstavovali prvý krok k vylúčeniu niektorých alternatívnych kozmologických teórií.

Súčasné pozorovania žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia satelitmi COBE a WMAP efektívne, v očiach mnohých vedcov, zmenili kozmológiu z vysoko špekulatívnej vedy na vedu, ktorá poskytuje reálne predpoklady. Tieto pozorovania sa zhodujú s predpokladmi teórie Kozmickej inflácie. Práve pre tieto objavy mnoho vedcov označuje súčasnosť ako zlatý vek kozmológie.Uvádza sa, že Alan Guth uviedol toto tvrdenie v interview Edge Foundation EDGE 

 Historické kozmologické modely 

 Názov Autor a dátum Klasifikácia Hlavné myšlienky Hinduistická kozmológia Rigvéda (2000 pred Kr.) Cyklická alebo oscilujúca, nekonečná v čase. Jeden cyklus existencie trvá približne 311 triliónov rokov a život jedného vesmíru je okolo 8 miliárd rokov. Tomuto vesmírnemu cyklu predchádzal nekonečný počet vesmírov a po ňom nasleduje nekonečný počet vesmírov. Zahŕňa aj nekonečný počet vesmírov v danom čase.  Džinistická kozmológia  Džinistické ágamy (Napísané okolo 500 pred Kr.), podľa učenia Mahávíru (599 – 527 pred Kr.)  Cyklická alebo oscilujúca, večná a konečná.  Džinistická kozmológia považuje lóku, alebo vesmír, za entitu bez stvorenia, existujúcu nekonečne dlho. Tvar vesmíru je podobný stojacemu človeku s rozkročenými nohami a rukami vbok. Tento vesmír je podľa džinizmu navrchu široký, v strede úzky a smerom dole sa rozširuje. Babylonská kozmológia Babylonská literatúra (cca 3000 pred Kr.) Plochá zem plávajúca v nekonečných „vodách chaosu“. Zem a Nebo tvoria jednotu v rámci nekonečných "vôd chaosu"; zem je plochá a kruhová a pevný dóm ho oddeľuje od vonkajšieho oceánu "chaosu". Biblická kozmológia Hovorená verzia stvorenia (cca 500 pred Kr.) Plochá zem plávajúca v nekonečnom vodnom chaose. Založené na Babylonskej kozmológii. Zem a Nebo tvoria jednotu v rámci nekonečných "vôd chaosu"; zem je plochá a kruhová a pevný dóm ho oddeľuje od vonkajšieho oceánu "chaosu". Atómový vesmír Anaxagoras z Klazomen (500 – 428 pred Kr.) a neskôr Epikouros zo Samu Nekonečný rozsah. Vesmír obsahuje iba dve veci: nekonečné množstvo malých semien, alebo atómov a prázdnotu nekonečného rozsahu. Všetky atómy sú vyrobené z rovnakej látky, líšia sa však veľkosťou a tvarom. Objekty sa tvoria z agregácií atómov a rozpadajú sa späť na atómy. Zahŕňa Leukippoov princíp kauzality: „nič sa nedeje náhodne; všetko sa deje z dôvodu a nevyhnutnosti.“ Vesmíru nevládli bohovia. Pytagorovský vesmír Filolaos z Krotóna (390 pred Kr.) Existencia „centrálneho ohňa“ v strede vesmíru. V strede vesmíru je centrálny oheň, okolo ktorého sa Zem, Slnko, Mesiac a planéty rovnomerne točia. Slnko sa točí okolo centrálneho ohňa raz ročne, hviezdy sú nepohyblivé. Toto je prvý známy negeocentrický model vesmíru. Stoický vesmír Stoici (300 pred Kr. – 200 po Kr.) Vesmírny ostrov.Kozmos je konečný a obklopený nekonečnou prázdnotou. Je v stave toku, pretože pulzuje vo veľkosti a pravidelne prechádza rozruchmi a požiarmi.   Pseudo-Aristoteles (asi 250 pred Kr. alebo medzi 350 a 200 pred Kr.) Vesmír je systém zložený z neba a zeme a prvkov, ktoré sú v nich obsiahnutéExistuje „päť prvkov, ktoré sú umiestnené v sférach v piatich oblastiach, z ktorých menšie sú obklopené väčšími – teda zem obklopená vodou, voda vzduchom, vzduch ohňom a oheň éterom – tvoria celý Vesmír. Aristotelovský vesmír Aristoteles (384 – 322 pred Kr.) Geocentrický, statický, nemenný, konečný, nekonečný čas. Sférická zem je obklopená sústrednými nebeskými sférami. Vesmír existuje nezmenený po celú večnosť. Obsahuje piaty živel, nazývaný éter (neskôr známy ako kvintesencia), pridaný k štyrom klasickým živlom. Aristarchov vesmír Aristarchos zo Samu (zhruba 280 pred Kr.) Heliocentrický. Zem rotuje každý deň okolo svojej osi a každý rok sa točí okolo Slnka na kruhovej obežnej dráhe. Sféra pevných hviezd je sústredená okolo slnka. Geocentrický model, Ptolemaiov model (založený na Aristotelovskom vesmír) Klaudios Ptolemaios (2. storočie) Geocentrický. Vesmír obieha okolo nehybnej Zeme. Planéty sa pohybujú v epicykloch, z ktorých každý má stred, ktorý sa pohybuje po väčšej kruhovej obežnej dráhe (nazývanej excentrická alebo deferentná) okolo stredového bodu v blízkosti Zeme. Použitie ekvantu pridalo ďalšiu úroveň zložitosti a umožnilo astronómom predpovedať polohy planét. Najúspešnejší model vesmíru všetkých čias využívajúci kritérium dlhovekosti. Almagest (Veľká kniha). Árjabhatanov model Árjabhata (499) Geocentrický alebo heliocentrický Zem rotuje a planéty sa pohybujú v eliptických dráhach, pravdepodobne okolo Zeme alebo Slnka. Nie je zrejmé, či je model geocentrický alebo heliocentrický v dôsledku planetárnych dráh daných vzhľadom na Zem aj na Slnko. Stredoveký vesmír Stredoveký filozofi (500 – 1200) S konečným časom A universe that is finite in time and has a beginning is proposed by the Christian philosopher John Philoponus, who argues against the ancient Greek notion of an infinite past. Logical arguments supporting a finite universe are developed by the early Moslim philosopher Al-Kindí, the Jewish philosopher Saadia Gaon and the Moslim theologian Al-Gazzálí. Viacvesmírová kozmológia Fakhr al-Din al-Razi (1149 – 1209) Multiverse, viacero svetov a vesmírov Za známym svetom existuje nekonečný vonkajší vesmír, a Boh má moc naplniť vákuum s nekonečným množstvom vesmírov. Maragha modely Maragha škola (1259 – 1528) Geocentrické Various modifications to Ptolemaic model and Aristotelian universe, including rejection of equant and eccentrics at Maragheh observatory, and introduction of Tusi-couple by Al-Tusi. Alternative models later proposed, including the first accurate lunar model by Ibn al-Shatir, a model rejecting stationary Earth in favour of Earth's rotation by Ali Kuşçu, and planetary model incorporating "circular inertia" by Al-Birjandi. Nilakanthanov model Nilakantha Somayaji (1444 – 1544) Geocentrický and Heliocentrický Vesmír, v ktorom planéty obiehajú okolo Slnka a Slnko obieha okolo Zeme, podobne ako neskorší Tychovský systém. Kopernikovský vesmír Mikuláš Kopernik (1473 – 1543) Heliocentrický s kruhovými dráhami planét Prvýkrát jasne opísaný heliocentrický model v diele De revolutionibus orbium coelestium. Tychovský systém Tycho Brahe (1546 – 1601) Geocentrický and Heliocentrický Vesmír, v ktorom planéty obiehajú okolo Slnka a Slnko obieha okolo Zeme, podobne ako skorší Nilakanthanov model. Keplerovský Johannes Kepler (1571 – 1630) Heliocentrický s eliptickými dráhami planét Kepler's discoveries, marrying mathematics and physics, provided the foundation for our present conception of the Solar system, but distant stars were still seen as objects in a thin, fixed celestial sphere. Statický Newtonovký Sir Isaac Newton (1642 – 1727) Statický vesmír (vyvíjajúci sa), v ustálenom stave, nekonečný Every particle in the universe attracts every other particle. Matter on the large scale is uniformly distributed. Gravitationally balanced but unstable. Karteziánsky vesmír René Descartes, 17. storočie Statický vesmír (vyvíjajúci sa), v ustálenom stave, nekonečný A system of huge swirling whirlpools of aethereal or fine matter produces what we would call gravitational effects. His vacuum was not empty. All space was filled with matter that swirled around in large and small vortices. Hierarchický vesmír Immanuel Kant, Johann Lambert 18. storočie Statický vesmír (vyvíjajúci sa), v ustálenom stave, nekonečný Matter is clustered on ever larger scales of hierarchy. Matter is endlessly being recycled. Einsteinov vesmír s kozmologickou konštantou Albert Einstein 1917 Statický. Ohraničený "Matter without motion." Contains uniformly distributed matter. Uniformly curved spherical space; based on Riemann's hypersphere. Curvature is set equal to Λ. In effect Λ is equivalent to a repulsive force which counteracts gravity. Unstable. De Sitterov vesmír Willem de Sitter 1917 Expandujúci plochý vesmír

V ustálenom stave.

Λ > 0 "Motion without matter." Only apparently static. Based on Einstein's General Relativity. Space expands with constant acceleration. Scale factor (radius of universe) increases exponentially, i.e. constant inflation. MacMillanov vesmír William Duncan MacMillan 20-te roky 20. storočia Statický &

V ustálenom stave New matter is created from radiation. Starlight is perpetually recycled into new matter particles. Friedmannov vesmír s guľovým priestorom Alexander Friedmann 1922 Expadnujúci guľový vesmír.

k= +1 ; bez Λ Positive curvature. Curvature constant k = +1

Expands then recollapses. Spatially closed (finite). Friedmannov vesmír s hyperbolickým priestorom Alexander Friedmann, 1924 Hyperbolický expandujúci vesmír.

k= -1 ; bez Λ Negatívne zakrivenie. Je nekonečný (ale nejednoznačný). Bez obmedzenia. Navždy sa rozširuje. Diracova hypotéza veľkých čísel Paul Dirac, 30. roky 20. storočia Expandujúci Vyžaduje veľkú variáciu G, ktorá sa s časom zmenšuje. Gravitácia slabne s vývojom vesmíru. Friedmannov s nulovým zakrivením, tzv. Einsteinov-de Sitterov vesmír Einstein & DeSitter 1932 Expandujúci plochý vesmír.

k= 0 ; Λ = 0

Critical density Curvature constant k = 0. Said to be infinite (but ambiguous). 'Unbounded cosmos of limited extent.' Expands forever. 'Simplest' of all known universes. Named after but not considered by Friedmann. Has a deceleration term q =½ which means that its expansion rate slows down. Pôvodný Veľký tresk. / Friedmann-Lemaître Model Georges Lemaître 1927 – 29 Expanzia

Λ > 0

Λ > |Gravitácia| Λ is positive and has a magnitude greater than Gravity. Universe has initial high density state ('primeval atom'). Followed by a two stage expansion. Λ is used to destabilize the universe. (Lemaître is considered to be the father of the big bang model.) Oscilujúci vesmír (Friedmann-Einstein) preferovaný Friedmann, v 20-tych rokoch 20. storočia Expandujúci a sťahujúci sa v cykloch Čas je bez konca a bez počiatku; vyhýba sa tak paradoxu počiatku času. Večné cykly veľkého tresku, po ktorých nasleduje big crunch. Eddington Arthur Eddington 1930 Najskôr statický, potom expanduje Statický Einsteinov vesmír roku 1917 so svojou nestabilitou narušenou do rozpínaveho režimu; s neúnavným riedením hmoty sa stáva DeSitterovým vesmírom. Λ dominuje gravitácii. Milneova kinematická relativita Edward Milne, 1933, 1935; William H. McCrea, 30. roky 20. storočia Kinematická expanzia bez expanzie priestoru Odmieta všeobecnú teóriu relativity a paradigmu rozširujúceho sa vesmíru. Gravitácia nie je zahrnutá ako počiatočný predpoklad. Rešpektuje kozmologický princíp a pravidlá špeciálnej relativity. Milneov rozpínajúci sa vesmír pozostáva z konečného sférického oblaku častíc (alebo galaxií), ktorý sa rozširuje V RÁMCI plochého priestoru, ktorý je nekonečný a inak prázdny. Má stred a kozmickú hranu (povrch oblaku častíc), ktorá expanduje rýchlosťou svetla. Jeho vysvetlenie gravitácie bolo zložité a nepresvedčivé. Napríklad jeho vesmír má nekonečné množstvo častíc, teda nekonečnú hmotnosť, v konečnom kozmickom objeme. Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) model Howard Robertson, Arthur Walker, 1935 rovnomerne expandujúci Trieda vesmírov, ktoré sú homogénne a izotropné. Časopriestor sa rozdeľuje na rovnomerne zakrivený priestor a kozmický čas spoločný pre všetkých spolupohybujúcich sa pozorovateľov.  Expandujúci ustálený stav (Bondi & Gold) Herman Bondi, Thomas Gold, 1948 Expandujúci, v ustálenom stave, nekonečný Rýchlosť vytvárania hmoty udržuje konštantnú hustotu. Neustály vznik hmoty z ničoho. Exponenciálna expanzia. Čas spomalenia q = -1. Expandujúci ustálený stav (Hoyle) Fred Hoyle 1948 Expandujúci, v ustálenom stave, ale nestabilný Rýchlosť vytvárania hmoty udržuje konštantnú hustotu. Ale keďže rýchlosť vytvárania hmoty musí byť presne vyvážená s rýchlosťou expandovania priestoru je systém nestabilný. Ambiplazma Hannes Alfvén, 1965, Oskar Klein Bunkový vesmír, expandujúci vďaka anihilácii hmoty a antihmoty Založený na koncepte plazmovej kozmológie. Vesmír je zobrazený ako „meta-galaxie“ rozdelený dvojvrstvami - preto má svoju bublinovú povahu. Ostatné vesmíry sú tvorené z iných bublín. Prebiehajúce zničenie kozmickej hmoty a antihmoty udržuje bubliny oddelené a vzďaľujú sa, čo im bráni v interakcii. Brans-Dicke Carl H. Brans; Robert H. Dicke Expandujúci Založený na Machovom princípe. G sa mení s časom rozpínania vesmíru.  Kozmická inflácia Alan Harvey Guth, 1980 Veľký tresk s úpravou na vyriešenie problému horizontu a problému s plochosťou. Na základe konceptu horúcej inflácie. Vesmír sa považuje za mnohonásobný kvantový tok - preto má podobu bubliny. Ostatné vesmíry sú tvorené z iných bublín. Prebiehajúca vesmírna expanzia udržiava bubliny oddelené a vzďaľuje ich, čo im bráni v interakcii.  Večná inflácia (model s viacerými vesmírmi) Andrei Linde 1983 Veľký tresk s kozmickou infláciou Multivesmír založený na koncepcii studenej inflácie, v ktorej sa inflačné udalosti vyskytujú náhodne, každá s nezávislými počiatočnými podmienkami; niektoré expandujú do bublinových vesmírov údajne ako celý náš vesmír. Bubliny nukleujú v kvantovej pene. Oscilujúci vesmír Paul Steinhardt; Neil Turok 2002 Expandujúci a sťahujúci sa v cykloch, M-teória. Dve paralelné roviny alebo membrány periodicky kolidujú vo viacdimenzionálnom priestore. S kvintesenciou tmavej energie. Oscilujúci vesmír Lauris Baum; Paul Frampton 2007 Riešenie Tolmanovho problému s entropiou Tmavá energia rozdeľuje vesmír na veľký počet oddelených častí. Naša časť sa sťahuje a obsahuje len tmavú hmotu s nulovou entropiou.

Poznámky k tabuľke: termín statický znamená neexpandujúci a nesťahujúci sa, Symbol G = Newtonova gravitačná konštanta, Λ (lambda) = kozmologická konštanta.

 Pozri aj 
 Kozmogónia
 Planetárna kozmogónia
 Astronómia

 Poznámky 

 Referencie 

 Cronin, Vincent, The View from Planet Earth: Man Looks at the Cosmos, New York: William Morrow & Company, Inc., 1981, ISBN 0-688-00642-6
 Jean-Marc Rouvière, Brèves méditations sur la création du monde, L'Harmattan, Paris 2006.
 Roos, Matts Introduction to Cosmology. John Wiley & Sons, Ltd, Chichester: 2003.
 Hawley, John F. & Katerine A. Holcomb Foundations of Modern Cosmology. Oxford University Press, Oxford: 1998.
 Hetherington, Norriss S. Cosmology: Historical, Literary, Philosophical, Religious, and Scientific Perspectives. Garland Publishing, New York: 1993.
 Long, Barry. The Origins of Man and the Universe ISBN 0-9508050-6-8
 Martinus Thomsen's The Third Testament is about the explanation of life, everything inside it and the reason (or origin) of it.
 Arthur Koestler's The Sleepwalkers (1959) provides a scholarly study of the history of cosmology from the Chaldeans to Kepler.
 Schechner, Sara J. Comets, Popular Culture, and the Birth of Modern Cosmology. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. 1997.
 Weinberg, Steven, 1992. Dreams of a Final Theory (Pantheon Books, NY) ISBN 0-679-41923-3 – non-technical book.
 Weinberg, Steven, 2008, Cosmology (Oxford University Press) ISBN 0-19-852682-2 – theoretical textbook.

 Externé odkazy 

 Cosmic Journey: A History of Scientific Cosmology  from the American Institute of Physics
 Project Cosmology  A schematic for the cosmos (3D, interactive unification of scientific schematics)
 Introduction to Cosmology David Lyth's lectures from the ICTP Summer School in High Energy Physics and Cosmology
 The Sophia Centre The Sophia Centre for the Study of Cosmology in Culture, University of Wales Trinity Saint David
 the Genesis cosmic chemistry module