КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАДОКСЫ

Cosmological Paradoxes

Difficulties (contradictions) arising out of attempts to extend to the Universe as a whole the physical laws established for finite parts thereof. Within the framework of Newtonian physics (see Newton) the most important cosmological paradoxes are the Neumann-Seeliger gravitational paradox and the Cheseaux-Olbers photometrical paradox.

The first refers to the insurmountable difficulties of applying Newton's law of universal gravitation to the infinite static system of masses with non-zero mean density. The second refers to the fact that the same system of radiating masses (stars, galaxies) would produce a glaring luminance in the nocturnal sky, comparable with the surface luminance of the Sun, which, however, is not the case.

Both these paradoxes are removed within the framework of traditional (pre-relativist) physics, if it is assumed that the distribution of matter in the Universe is strictly governed by laws in accordance with the so-called hierarchical pattern. In relativist cosmology these paradoxes are removed practically automatically, but other difficulties arise. The existing cosmological paradoxes may be seen as a warning against any attempt at a simplified approach to the problems of the structure of the Universe.

Космологические парадоксы

Затруднения (противоречия), возникающие при распространении законов физики на Вселенную в целом или достаточно большие её области. Так, при распространении на Вселенную второго начала термодинамики (без учёта гравитации) в прошлом делался вывод о необходимости тепловой смерти (См. Тепловая смерть Вселенной); возраст Метагалактики в теории нестационарной Вселенной (см. Космология) до 50-х гг. 20 в. оказывался меньше возраста Земли. Однако обычно под К. п. понимают два конкретных парадокса, возникающих при космологическом применении законов классической (ньютоновой) физики: фотометрический (парадокс Шезо - Ольберса, название по имени швейцарского астронома Ж. Шезо, 1744, и немецкого астронома Г. В. Ольберса, 1826) и гравитационный (парадокс Неймана - Зелигера, название по имени немецких учёных К. Неймана и Х. Зелигера, 19 в.).

Эти парадоксы (К. п. в узком смысле слова) преодолены релятивистской космологией. Классическая физика затрудняется объяснить, почему ночью темно: если повсюду в бесконечном пространстве стационарной Вселенной (или хотя бы в достаточно большой её области) имеются излучающие звёзды, то в любом направлении на луче зрения должна оказаться какая-нибудь звезда и вся поверхность неба должна представляться ослепительно яркой, подобной, например, поверхности Солнца. Это противоречие с тем, что наблюдается в действительности, и называлось фотометрическим парадоксом. В релятивистской космологии он не возникает, поскольку из-за красного смещения яркость далёких объектов понижается. Гравитационный парадокс имеет менее очевидный характер и состоит в том, что закон всемирного тяготения Ньютона не даёт какого-либо разумного ответа на вопрос о гравитационном поле, создаваемом бесконечной системой масс (если только не делать очень специальных предположений о характере пространственного распределения этих масс). Для космологических масштабов ответ даёт теория А. Эйнштейна, в которой закон всемирного тяготения уточняется для случая очень сильных гравитационных полей.

Лит.: 3ельманов А. Л., Гравитационный парадокс, в кн.: физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960; Фотометрический парадокс, там же, т. 5, М., 1966; Tolman R. С., Relativity thermodynamics and cosmology, Oxf., 1934.

Г. И. Наан.