Тема 3.

Современные космологические концепции развития Вселенной

Космология: ее предмет, методы исследования. Рождение космологии как науки о физико-геометрических свойствах Вселенной. Различение космологии и астрономии. Вселенная и Метагалактика. Космологический постулат. Предмет исследования космологии: электромагнитные волны, космические лучи, гравитационные волны, квазары, радиогалактики, нейтронные звезды, пульсары, распад и рождение звезд, реликтовое излучение и т.д. Формирование модели Вселенной в классической космологии. Н. Коперник, Г. Галилей, И. Ньютон. Космологические парадоксы классической модели: гравитационный, фотометрический, термодинамический. Модель стационарной Вселенной. Противоречия модели А. Эйнштейна. Вселенная в релятивистской космологии. Модель нестационарной расширяющейся Вселенной ( А.А. Фридман, Ж. Леметр, Э. Хаббл, Г. Гамов. Клиффорд). Теория «Большого взрыва»и её конструктивы: «ложный вакуум», сингулярность, инфляция, структурирование вещества. Предмет астрономии. Новые средства и способы исследования космоса и его объектов: рентгеноскопия, радиолокация, оптические средства нового поколения. Солнечная система, ее физические характеристики и состав: планеты, спутники, астероиды, кометы, метеоритные тела и т.д. Межгалактическая среда: различи вещества, полей, солнечный ветер, космическая пыль и т.д. Планеты Солнечной системы. Планеты земной группы и планеты - гиганты. Химический состав планет. Звезды и их характеристики. Химический состав звезд. Гидростатическое и тепловое равновесие звездных тел как саморегулирующихся систем. Звездообразование, особенности процесса в разных поколениях звезд. Эволюция звезд: стационарное состояние, желтый, красный, белый, темный карлик, гравитационный коллапс. Черные дыры, их природа и свойства: замедляют время, искривляют пространство. Гравитационный коллапс и изменение геометрии пространства-времени. Галактики как наблюдаемая часть Вселенной, их характеристики: спиральные, эллиптические, дискообразные, неправильной формы. Строение Галактик. Загадки «темного вещества». Дрейф галактик. Возраст галактик, Галактический год. «Вириальный» парадокс. Сценарии будущего Вселенной: «закрытые» и «открытые» модели Вселенной. Стрела времени Эддингтона.

Современные концепции движения, пространства и времени в физической картине мира. Феномен детерминизма.Формирование моделей движения, пространства и времени в классической физике. Принцип относительности Г. Галилея для инерциальных систем. Парадоксы классической теории. Суть специальной теории относительности. Специальный принцип относительности А. Эйнштейна. Относительность одновременности. Преобразования А. Лоренца. Переход к новой фундаментальной теории движения – специальной теории относительности (СТО). Четырехмерное плоское пространство - время Минковского, конус Минковского. Роль наблюдателя и приборов в познавательном процессе. Суть общей теории относительности. Неинерциальные системы отсчета как реальность. Характеристики движения, пространства и времени в релятивистской механике. Понятие поля тяготения. Создание неклассической теории гравитации – ОТО. Факторы, искривляющие пространственно-временный континуум. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения. Неевклидова геометрия Б. Римана, Лобачевского. Особенности пространственно-временного континуума в мега, макро и микромирах. Гравитационные волны. Физика и современная топология. Проблемы всеобщей связи в мироздании. Феномен детерминизма, отождествление детерминизма и причинности в механистической картине мира. Детерминизм и индетерминизм. Формирование вероятностного детерминизма в естествознании XХ века. Вероятностные (статистические) закономерности, их эвристическая значимость. Необходимость и случайность в вероятностном детерминизме; типы детерминации. Физика о строении материи.Гипотеза рождения материи: возбужденный вакуум, точка бифуркации, некое событие, спонтанная флуктуация. Возникновение Вселенной как результат первичного всплеска энтропии. Проблема строения материи. Научное и мировоззренческое значение понятия материя. Классическая физика о дискретном, корпускулярном строении материи. Философский и научный атомизм. Абсолютизация классической механической парадигмы о строении вещества. Формирование неклассических представлений о материи и формах ее бытия. Оптика о волновой и корпускулярной природе света. Творчество Гюйгенса. Теория квантов М. Планка. Фотонная теория света А. Эйнштейна. Идея волновых свойств материальных объектов Л. де Бройля. Возникновение квантовой механики. Постулаты квантовой механики: корпускулярно-волновой дуализм, взаимосвязь вещества и энергии. Принцип неопределенности В. Гейзенберга. Принцип дополнительности Н. Бора. Понятие силового поля в электродинамике. Вещество и поле, их физические характеристики. Создание новых способов изучения физической реальности микромира: релятивистского и квантового. Математизация физических исследований и отказ от попыток создания наглядных моделей физических явлений (искривленного пространства, частиц, одновременно являющихся волной, Большого взрыва и т.д.). Интерпретации характера связи вещества и среды (Т.Юнг). Утверждение всеобщности принципов относительности. Уровни организации материи в микромире: кварковый, нуклонный, атомный, молекулярный. Атом как система элементарных частиц. Модели строения атома - У. Томсона, Э. Резерфорда, Н.Бора. Субатомные частицы. Их свойства и характеристики: масса, заряд, спин, время жизни, внутреннее квантовое число. Принцип запрета В. Паули. Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационные, слабые, электромагнитные, сильные. электрослабые. Переносчики взаимодействий: гравитоны, вионы, фотоны, глюоны. Теория «Великого объединения. Типы симметрии. Понятие калибровочных полей. Принципы симметрии и законы сохранения. Законы А.Нетер. Поле Хиггса и спонтанное нарушение симметрии. Создание В. Гейзенбергом и Э.Шредингером квантовой нерелятивистской механики. Основные конструктивы квантовой механики: элементарные и неэлементарные частицы, кварки, квантовое состояние, вектор состояний, оператор и т.д. Обобщение квантово-релятивистских закономерностей П. Дираком. Особенности квантовой механики: абстрактность квантово-механических формализмов, вероятностно - статистический характер её описания, замена динамических закономерностей статистическими, кинематических и динамических переменных абстрактными символами некоммутативной алгебры, отсутствие понятий о траектории движения частиц, электронной орбите. Дискуссии А. Эйнштейна, Н. Бора, В. Гейзенбергам. Борна по поводу методологии «доработки» квантовой механики.