- •Е.П. Прохорова
- •О.И. Тесленок
- •Современного естествознания
- •Введение
- •1. Понятие и история естествознания
- •Предмет и содержание современного естествознания. Естествознание как наука
- •1.2 Понятие, основные принципы и динамика развития науки
- •1.3 Методы и уровни научного познания
- •Всеобщие методы (общефилософские):
- •1.4 Исторические этапы познания природы. Научные революции и их значение
- •1.5 Выводы
- •2. Современная физическая картина мира
- •2.1 Введение в физику. Концепции описания природы.
- •2.2 Структурные уровни материи
- •2.3 Основы классической физики.
- •2.3.1 Механистическая картина мира
- •2.3.2 Законы сохранения.
- •2.3.3 Термодинамическая картина мира
- •3.2.4 Электромагнитная картина мира
- •2.4 Основы неклассической физики
- •2.4.1 Пространство и время. Принципы относительности
- •2.4.2 Эволюция представлений о строении атома. Корпускулярно-волновой дуализм.
- •2.4.3 Классификация элементарных частиц
- •2.4.4 Типы фундаментальных взаимодействий
- •2.5 Выводы
- •3. Современная химическая картина мира
- •3.1 Химия как наука. Этапы развития химии.
- •3.1.1 Учение о составе вещества
- •3.1.2 Учение о строении вещества
- •3.1.3 Учение о химических процессах
- •3.2. Особенности современной химии. Эволюционная химия
- •3.3 Выводы
- •4. Современные представления о мегамире
- •4.1 Происхождение и общие представления о Вселенной
- •4.1.1 Происхождение Вселенной
- •4.1.2 Общие представления о Вселенной
- •4.2 Происхождение и структура Солнечной системы
- •4.2.1 Структура Солнечной системы
- •4.2.2 Происхождение Солнечной системы.
- •4.3 Особенности планеты Земля
- •4.4 Выводы
- •5. Современная картина биологической реальности
- •5.1 Введение в биологию. Структура и уровни биологического познания
- •5.2 Сущность и определения жизни, отличительные признаки живого
- •5.3 Основные гипотезы происхождения жизни на Земле. Биохимическая эволюция.
- •5.4 Клетка как элементарная единица живого
- •5.5 Роль и функции днк и рнк как основы жизни
- •5.6 Эволюционная теория ч.Дарвина
- •5.7 Синтетическая теория эволюции.
- •5.8 Выводы
- •6 Основы учения в.И. Вернадского о биосфере
- •6.2 Принципы устройства биосферы, ее состав и строение
- •6.3 Теория ноосферы
- •6.4 Выводы
- •7 Феномен человека в естественнонаучной картине мира
- •7.1 Концепции происхождения человека и цивилизации
- •7.2 Сходство и отличие человека и животных
- •7.3 Соотношение в человеке биологического и социального
- •7.4 Стратегии выживания в современных условиях Устойчивое развитие
- •7.5 Глобальный эволюционизм
- •7.6 Выводы
- •8 Естествознание на рубеже XX и XXI веков
- •8.1 Перспективные материалы и технологии
- •8.2 Генные технологии. Проблемы клонирования
- •8.3 Кибернетика как наука об управлении сложными динамическими системами
- •8.4 Синергетика и современный взгляд на мир. Физические модели самоорганизации в экономике
- •8.5 Выводы
- •Литература
4.1.1 Происхождение Вселенной
Современные космологи оценивают возраст Вселенной в интервале 12-20 млрд. лет. В 40-е годы ХХ века для объяснения происхождения Вселенной физиком Г.Гамовым была предложена гипотеза Большого взрыва (по англ. — Big Bang). Гипотезу Большого взрыва называют также моделью горячей Вселенной или стандартной моделью. Согласно этой гипотезе, Вселенная возникла в результате взрыва из первоначального состояния сингулярности. Материя была сконцентрирована в необычайно малой точке (сингулярной точке) с радиусом 10-12 см, и имела огромную плотность 1093 г/см3 при температуре 1032К. В этом состоянии Вселенная представляла собой микрообъект, по размерам близкий к электрону.
Для моделирования первых мгновений существования Вселенной, прояснения причин Большого Взрыва и объяснения сингулярности физиком А.Гутом была предложена инфляционная гипотеза. Первоначальное состояние Вселенной – физический вакуум. Это особая форма материи, характеризующаяся высокой активностью. Вакуум «кипит», в нем постоянно рождаются и уничтожаются виртуальные частицы. В процессе порождения и отталкивания виртуальных частиц возникает огромная сила космического отталкивания, которая приводит к раздуванию «пузырей» - зародышей вселенных. Раздувание, или быстрое расширение, было названо инфляцией. На фазе инфляции (10-43 – 10-34 с) формируются пространственно-временные характеристики Вселенной. Наша Вселенная характеризуется собственными значениями фундаментальных физических констант (см. приложение).
Во время фазы инфляции Вселенная «раздулась» до размера намного большего, чем размер наблюдаемой сейчас Метагалактики. При этом неустойчивый вакуум распадается, а энергия, которая выделилась при его распаде, была использована на мгновенный нагрев Вселенной.
Силы космического отталкивания уменьшались, и во Вселенной начинают действовать силы гравитационного притяжения. Однако, поскольку первоначальный импульс расширения был очень сильным, Вселенная продолжает расширятся и сейчас, однако значительно медленнее.
Эволюция Вселенной происходила поэтапно. Этапы эволюции называют эрами.
Адронная эра: длительность 10-7 с, температура Вселенной 1032 К. Вселенная представляет собой разогретую плазму, материя существует в виде элементарных частиц, между которыми существует сильное взаимодействие.
Лептонная эра: длительность 10 с, температура Вселенной 1015 К. Образуются лептоны (электроны, позитроны и др.)
Эра излучения: длительность 1 млн. лет, температура во Вселенной 103 К. Вещество ионизировано, во Вселенной преобладает излучение. Возникают ядра атомов водорода и гелия.
Эра вещества: длится и сейчас. Вселенная остывает, становится нейтральной. В ней образуется первичное вещество, состоящее из водорода (75%) и гелия (25%), возникают протозвезды, протогалактики. Все другие химические элементы образовались при дальнейшей эволюции Вселенной главным образом в недрах звезд. Ионизирующее излучение перестает взаимодействовать с веществом и начинает свободно перемещаться во Вселенной. Эти фотоны, остывшие до 3 К, мы наблюдаем сейчас в виде реликтового излучения.
Реликтовое излучение – слабое радиоизлучение, которое сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально существование этого излучения было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим «красным смещением», реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва. «Красное смещение» означает понижение частот электромагнитного излучения при удалении источника света от наблюдателя. Космологическое красное смещение связано с расширением пространства.