Космоло́гія ( від — «всесвіт» і — «вчення») — вчення про Всесвіт у цілому та про місце людства у ньому. Незважаючи на давність самого вчення, термін «космологія» був уперше введений філософом Христіаном Вольфом () лише в 1730 році — і в наш час використовується в фізиці, філософії, езотериці та релігії.
Стародавні уявлення Аналіз поглядів стародавніх натурфілософів дає змогу стверджувати, що певні натурфілософські погляди набули подальшого розвитку і заклали підвалини сучасної теоретичної та експериментальної науки.
Месопотамія У стародавньому Вавилоні понад 3 тис. років тому виникла сукупність уявлень про космогонію (походження й розвиток небесних тіл та їх систем у Всесвіті) та космологію (уявлень стосовно будови Всесвіту як єдиного цілого). Вавилоняни вважали найважливішим світилом Місяць, але знали ще п'ять планет. Їм належить відкриття цілої низки законів, у тому числі послідовності віддаленості планет від Землі; періодичності сонячних та місячних затемнень. Вони розробили поділ екліптики відповідно до знаків зодіаку, запровадили в практику шістдесяткову систему числення, яку покладено в основу кутової (градусної) та часової систем мір, та місячний календар, поширений у багатьох народів і донині.
Стародавній Єгипет
Пізніше в стародавньому Єгипті виникли пояснення деяких життєво важливих природних явищ, насамперед повеней Нілу, що траплялися залежно від положення Сонця на небі. Це зумовило створення єгиптянами сонячного календаря. Відомий грецький географ і історик Геродот вважав, що саме єгиптяни вперше правильно визначили довжину року в добах (365 та 1/4), виділили 12 місяців однакової тривалості та додавали щороку 5 днів і навчилися, використовуючи календар, точно передбачати погодні зміни. Вавилоняни та єгиптяни ввійшли в історію як перші меліоратори, бо вони створили системи зрошення, що функціонували протягом тисячоліть.
Фінікійці Фінікійці й карфагеняни були мореплавцями та завойовниками. Їхній Всесвіт був набагато ширшим геометрично і прагматичнішим. Історики землезнавства вважають, що фінікійці задовго до Гомера вже добре вміли застосовувати астрономічні спостереження для навігації. Орієнтуючись за зорями, вони плавали у відкритому морі на відміну від греків, які навіть через 1000 років ще плавали вздовж узбережжя за периклами — давніми лоціями. На жаль, фінікійці зберігали свої знання про Землю і Всесвіт у суворій таємниці (її порушення каралося навіть смертю), тому ми знаємо про них лише в переказі греків.
На ранньому етапі свого розвитку фізична космологія була тим, що зараз відомо як дослідження небосхилу та небесна механіка.
Античність В античні часи (VII—IV століття до н. е.) древніми греками було запропоновано музично-числову систему Всесвіту піфагорійців, згідно з якою планети й зірки оберталися навколо Вічного вогню (уявного центра системи, що не збігався із Сонцем, яке оберталося разом із планетами). Послідовність небесних тіл встановлювалась у міру віддалення від Вічного вогню: Місяць, Земля, Сонце, Меркурій, Венера, Марс, Юпітер. Відстані між планетами вважали пропорційними частотам коливань струни за інтервалами музичного звукоряду, що визначали експериментально. Дещо пізніше виникли геоцентрична та геліоцентрична моделі Всесвіту.
Геоцентризм
За геоцентричною моделлю Арістотеля (III століття до н. е.), сферична Земля була розташована в центрі Всесвіту, а інші небесні тіла — планети й зоряний світ — оберталися навколо Землі разом із кришталевими сферами, кожна з яких рухалась окремо. За Аристотелем, таких сфер, одна в одній, було 56. Інакше він не міг пояснити, як би кожне з небесних тіл рухалось окремо від інших. З часом геоцентричну систему вдосконалювали. Учень Аристотеля Гіпарх відмовився від кришталевих сфер, вирішивши, що небесні тіла перебувають в ефірі. Він склав астрономічні таблиці руху небесних тіл, які через три століття було вдосконалено александрійським астрономом Клавдієм Птолемеєм. Геоцентризм як одна зі схем будови Всесвіту має вагоме значення, оскільки він став основою натурфілософської, а потім християнської доктрини, заклав підвалини системи уявлень про Землю — центр Всесвіту). Унаслідок виникла теорія антропоцентризму, що дістала втілення в християнстві. Ця система довгий час слугувала для розрахунку та пояснення видимих рухів світил на небосхилі.
Геліоцентризм Слід зазначити, що геліоцентризм виник навіть раніше з геоцентризмом у давній Греції. Один із учнів славнозвісного Платона Евдокс Кнідський у IV столітті до н. е. довів: якщо розмістити у центрі Всесвіту Сонце, то орбіти небесних тіл спрощуються. Дещо пізніше Аристарх Самоський (III століття до н. е.) обґрунтував геліоцентризм як систему Всесвіту, але його вчення до нас не дійшло.
Відродження та Новий час
Миколай Коперник у виданому при смерті творі запропонував значно простішу для розрахунків та уявного відтворення геліоцентричну модель сонячної системи, яка в той час ототожнювалась з моделлю Всесвіту. Надалі, протягом приблизно 100 років, у зв'язку з розвитком спостережної астрономії та появою телескопа для вивчення планет геліоцентризм не лише остаточно укріпився як астрономічна догма, а й набув світоглядного значення. Йоганн Кеплер, опираючись на спостереження Тихо Браге, здійснив якісний математичний опис цієї моделі. Поряд з цим Галілео Галілей довів її правильність на основі власних спостережень та наукових методів досліджень, які сам тоді вперше сформулював.
Роботи Галілея започаткували протистояння стрімко зростаючої фізичної космології, яка в той час була зародком науки з релігійною космологією, розширеною за рахунок космологічних поглядів Аристотеля щодо руху світил на небосхилі. Наслідком такого протистояння став перегляд прихильниками релігійної космології деяких її категоричних тверджень та висновків, зроблених на основі вчень Аристотеля, у той час як фізична космологія знайшла своє продовження в працях Ісаака Ньютона, який довершив створення цієї моделі формулюванням законів механіки та виведенням закону тяжіння. Втім, у астрономії лишилися деякі елементи геоцентризму, наприклад астрономічні таблиці, складені ще на початку нової ери Птолемеєм, слугують досі для розрахунку орбіт небесних тіл.
Принциповим для опанування людиною Всесвіту за межами Сонячної системи стало вчення Джордано Бруно, у якому йшлося про велику кількість зоряних світів — галактик (за сучасними уявленнями налічують порядка 108) — контури Всесвіту було істотно розширено. Модель Сонячної системи втратила значення моделі Всесвіту. Протягом наступних чотирьох століть стало відомо — зоряний світ такий величезний, що його не можна охопити людською уявою. Зовсім недавно було доведено, що саме зорі та інші видимі об'єкти Всесвіту є меншою частиною маси космічної речовини. Створення нової моделі Всесвіту було розпочато з гіпотези про поширеність законів механіки і всіх інших законів природи, відкритих у Сонячній системі, на всі ділянки простору та тіла у ньому. Базою такій гіпотезі слугували висновки теорії Ньютона про поширеність законів механіки на всі тіла Сонячної системи. Поширеність законів механіки та деяких інших законів природи (зокрема законів квантової механіки, яку можна вважати підґрунтям хімії, законів термодинаміки, електромагнетизму тощо) на віддалені об'єкти космосу з розвитком спостережувальної астрономії неодноразово перевірялась та підтверджувалась у явній та неявній формах у роботах численних астрономів.
Однією з перших відомих космогонічних гіпотез була гіпотеза Рене Декарта у 1644 році: фундаментальною властивістю матерії є протяжність та рух у просторі й часі. Це добре описується математично, й тому Р. Декарт стверджував: «Дайте мені протяжність та рух, і я побудую Всесвіт». За Р. Декартом речовина складається з частинок, що різняться за розміром та характером руху. Найважчі й найменш рухомі з них утворили Землю, яка самостійно не рухається, а переноситься в просторі «течією неба», тобто вихором частинок іншого типу — легших і рухливіших за перші. Декарт вважав, що «силою розуму можна охопити будь-яке явище». Фундаментальні властивості матерії — протяжності в просторі й часі — набуло принципового значення як основа нової філософії картезіанства, що стала фундаментом діалектики, й заклала підвалини сучасних уявлень про Всесвіт.
Всесвіт вважають нестаціонарною системою, тобто такою, стан якої залежить від моменту спостереження (система, що саморозвивається). Завдяки сучасним дослідженням фізиків-теоретиків доведено такі положення теорії Всесвіту:
Всесвіт безмежний, але скінченний; відбувається розбігання галактик, тобто кожна з них віддаляється водночас від усіх інших, про що свідчить червоний зсув спектрів випромінення зірок (за ефектом Доплера це відповідає віддаленню джерела випромінення від спостерігача); вік Всесвіту становить близько 13,7 млрд років.
Перші уявлення стосовно будови й утворення Землі з'явилися наприкінці XVII століття. За теорією Лейбніца, Земля утворилася з речовини, що перебувала у вогняно-рідкому стані. Згодом, протягом трьох століть, виникло кілька десятків гіпотез наступних видів.
Гіпотези, за якими Сонце утворилося раніше, ніж планети Утворення планет з речовини Сонця. Найраннішу гіпотезу висловив математик Ж. Бюффон ще наприкінці XVIII століття, припустивши, що із Сонцем зіткнулася комета, котра виштовхнула з нього певну кількість розжареної речовини, з якої й утворилися планети. На початку XX століття англійський фізик і астроном Джеймс Джинс математично довів, що подібне явище викиду сонячної речовини мало траплятися навіть без зіткнення небесних тіл — лише через їхнє відносне наближення, що спричиняло припливоутворювальну силу, яка й розривала первісне Сонце.
У середині XX століття харківський учений В. Г. Фесенков висунув гіпотезу, згідно з якою сонячна речовина була викинута із зорі внаслідок прискорення її осьового обертання (завдяки стисненню й зменшенню радіуса небесного тіла). Але цій гіпотезі суперечить надзвичайно повільне обертання Сонця навколо осі, тому згодом і сам автор від неї відмовився.
Захоплення Сонцем сторонньої речовини. Праці О. Ю. Шмідта, опубліковані в 1940-х роках пропонували гіпотезу, що Сонце захопило величезну масу космічного пилу й газів, що поступово ця хмара набувала впорядкованого обертання у вигляді сочевиці та розкладалася на окремі згустки речовини (планетезималі, тобто зародки планет), які згодом утворили окремі небесні тіла. Проблемою гіпотези була розбіжність між моментами руху планет і Сонця. Майже одночасно Карл Вайцзекер пояснив перенесення моменту руху через тертя між частинками космічної матерії. Надалі в гіпотезах такого типу вивчалися процеси акреції — зіткнення й злипання частинок під впливом гравітаційної сили, що сприяла цьому (за Г. Альвеном), та електромагнітної взаємодії, що диференціювала частинки (за Г. В. Войткевичем). Нині такі гіпотези вважаються чи не найімовірнішими.
Гіпотези захоплення Сонцем сторонньої речовини Небулярні гіпотези. Першу наукову гіпотезу, згідно з якими Сонце й планети утворились із речовини туманності («небулюс» — хмаринка) розробив Іммануїл Кант (середина XVIII століття) та П'єр-Симон Лаплас (кінець XVIII століття). Парадоксально, що Кант та Лаплас жили в різні часи, не співпрацювали, крім того, розробили дещо відмінні уявлення, але гіпотеза історично дістала назву космогонічної гіпотези Канта — Лапласа. Вона домінувала в науці аж до середини XX століття, коли В. Г. Фесенков опрацював найповніший її варіант, що був опублікований у 1960 році. Вченим було виділено кілька етапів утворення зірок і планет:
утворення туманності за рахунок викиду газу з нової або ж наднової зорі; утворення в туманності неоднорідностей («ниток» та «волокнин») — самоутворення структурних відмінностей; виникнення згущень у складі «ниток» і «волокнин» й подальше перетворення їх на небесні тіла — планети;