Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Естествознание пособиеДокумент Microsoft Word.docx
Скачиваний:
3
Добавлен:
06.12.2018
Размер:
315.56 Кб
Скачать

Раздел 2. Современное естествознание о микро-, макро-, мегамирах.

Главы раздела:

  1. Астрономия.

  2. Физика: основные понятия физики; основные концепции современной физики.

  3. Химия.

Вопросы темы.

  1. Мегамир в его многообразии и единстве. Мегамир, его состав и строение. Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд. Солнечная система, планеты и их спутники, астероиды, кометы, метеориты, звезды, туманности, межзвездная среда, космические лучи, электромагнитные волны. «Белый карлик», нейтронные звезды, «черная дыра».

  2. Проблема «начала» и конца» Вселенной. Принцип несотворимости и неуничтожимости материи. Проблема «тепловой смерти» Вселенной. Возможна ли единая теория мира в целом?

  3. Влияние космоса на земные процессы. Человек во Вселенной. Земля как элемент Солнечной системы. Космизм как особая форма мировоззрения. Солнечная активность и исторические события.

Введение.

Мегамир в его многообразии и единстве.

Законы Кеплера и их значение для науки 21 века.

Основные объекты астрономии и методы их исследования.

Уровни структурной организации материи применительно к астрономическим масштабам.

Содержание.

Мегамир в его многообразии и единстве.

Все многообразие известных человечеству объектов и свойственных им явлений разделяется на три качественно различные области: микромир, макромир, мегамир.

В начале ХХ века М. Планк /немецкий физик/ определил фундаментальные константы: константа длины (10 -33см )«планковская длина» и константа времени (10 –44 сек) «планковское время». Это более чем в миллиард миллиардов раз меньше размеров атомных ядер (10 –13 см). В области планковских масштабов общая теория относительности неприменима, для описания физических процессов необходима квантовая теория гравитации. Таким образом, квантовая механика относится к разделам физики занимающейся микромирами.

Метагалактика является самым большим объектом установленным наукой сегодня (10*28 см.) Свет проходит это расстояние за 20 миллиардов лет (300 000км/сек – скорость света). Допустимость множества мегамиров (метагалактик) во Вселенной предполагает наличие гипермира, т.е. нового уровня.

Сейчас выделяют 5 уровней строения материального мира: гипомир, микромир, макромир, мегамир, гипермир.

Им соответствуют расстояния от 10* -33см до 10* 28см. Гипомир, микромир - объекты квантовой механики; макромир – объект классической механики; мегамир, гипермир – объекты релятивистской механики.

При описании мегамира, необходимо считаться с релятивистскими эффектами – зависимостью размеров объектов, длительности процессов, одновременности или разновременности событий от системы отсчета, искривлением пространства – времени, изменением его геометрии и топологии, размерности.

При создании классической теории тяготения Ньютон опирался на законы Кеплера о движении планет Солнечной системы.

В первом законе утверждается движение планет по эллипсам, центром которых является Солнце. Нам важно, что эллипс – общая форма траектории тела, совершающего связанное движение. При этом два тела связаны взаимным гравитационным притяжением и не могут покинуть друг друга. Общей формой траектории является гипербола. Закон Кеплер равнозначен утверждению: 1. Сила направлена к Солнцу; 2. Сила обратно пропорциональна квадрату расстояния.

И.Р. Пригожин называет современную естественнонаучную революцию кеплеровской, благодаря глубине его законов, которые активно исследуются современной наукой.

Астрономия.

Астрономия (гр.astron – звезда, nomоs – закон) – наука о строении и развитие небесных тел и Вселенной; исследует расположение и движение небесных тел, их физическое состояние, химический состав, происхождение и развитие. Современная астрономия – разветвленная отрасль знания, включающая различные направления.

Оптическая астрономия изучает свет видимых звезд и других светящихся объектов на небесном своде. Невооруженный глаз различает 2000-3000 звезд. Небесная сфера (звездное небо) разделено на 88 участков по числу созвездий. Современные звездные каталоги содержат около 20 млн. звездных объектов.

Среднее расстояние между звездами в нашей Галактике – 10 световых лет. Мерцание звезд вызвано неоднородностью воздуха и движением его слоев в атмосфере Земли. Свет, испускаемый звездами, состоит из разных лучей, которые по-разному преломляются, проходя через атмосферу.

Радиоастрономия и нейтринная изучает радиоизлучения космических объектов. Впервые их обнаружил американский ученый К. Янский в 1931г.

Современные радиотелескопы работают на длинах волн от 3см до 15-30 м., они способны улавливать радиоизлучение на расстоянии 2-3 млрд. световых лет. Оптический телескоп имеет в два раза меньшую разрешающую способность.

Излучение нейтрино фундаментальное излучение. Потоки нейтрино присутствуют при всех событиях Вселенной. Понять нейтрино – понять Вселенную. Но – это будущее. Фон нейтрино во Вселенной пока недоступен. Проявление асимметрии устройства Вселенной проявляется в существовании антинейтрино.

Для исследования солнечных нейтрино построен нейтринным телескоп: огромные баки, содержащие 450000 л тетрахлорэтилена, на глубине 1,5 км (рудники), но лучше расположить баки в центре Земли. Для нейтрино нет преград, но «попутчики» отсеются.

Рентгеновские и гамма-источники: звезды, транзиент (новая), нейтронные звезды, «черные дыры», сверхмассивные «черные дыры». Недавно открыта новая популяция источников гамма-излучения, природа которых еще не изучена. Рентгеновские волны - электромагнитные волны в области энергий 0,1 – 300 КэВ. Рентгеновское излучение Солнца было обнаружено в1948 году, в 1962г. зафиксировано излучения источника Sco X -1. Для изучения этих излучений запускаются специализированные рентгеновские спутники.

Уровни структурной иерархии в астрономии: планета, звезда, галактика, метагалактика.

Солнечная система – некая область пространства, в которой преобладает притяжение Солнца и размеры превышают расстояние от Солнца до Земли в 2Х10 5 раз. Размеры определяются орбитой Плутона -40 а.е.

Первая теория происхождения Солнечной системы предложена И. Кантом и П. Лапласом. Современные концепции учитывают силы электромагнитного происхождения (Теория шведского физика Х. Альфвена). Электромагнитные силы определяют взаимодействие солнечного ветра со всеми планетами.

Солнечный ветер – это постоянное истечение плазмы короны в межпланетное пространство. Магнитное поле Земли – 0,5 Гс.

Теория развития звезд, предложенная И.С. Шкловским, предполагает, что эволюция звезд осуществляется таким образом: концентрация облака межзвездной газовопылевой среды – плотный газовый шар (протозвезда) – звезда.

Причины начала концентрации неизвестны, затем начинают действовать силы всемирного тяготения. Вследствие сжатия повышается температура недр, размеры уменьшаются, начинаются термоядерные реакции.

Изучение “Черных дыр» связано с именем Стивенса Хоукинга. Излучение Хоукинга обусловлено особенностью гравитационного поля «черной дыры», неустойчивостью вакуума в ней и рождением пар частиц, одна из которых может вылетать к отдаленному наблюдателю.

Список ближайших соседей- звезд (радиус 5 парсеков) составил американский астроном П. ван де Камп. Это - 42 звездных объекта: 31 одиночная звезда, 9 –двойных, 2 тройные – 55звезд, из них 10 можно видеть невооруженным глазом.

Лекция. Мегамир, его состав и строение.

Наша Земля представляет макромир, но в качестве одной из планет Солнечной системы она выступает как элемент мегамира. В солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, кометы и метеоритные тела. Расстояние от Солнца до Плутона 6 млрд. километров. Планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля, Марс – сравнительно невелики и состоят из плотного вещества. Планеты – гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. В их состав входят легкие вещества, поэтому их плотность меньше. Атмосферы планет земной группы четко отделены от твердой поверхности. Атмосферные газы планет – гигантов постепенно переходят в конденсированное состояние – «тело» планет, которое не имеет твердой или жидкой поверхности.

Астероиды – малые планеты, их суммарная масса меньше 0,001 массы Земли, но их очень много. Церера – самый крупный астероид, имеет поперечник около 1000 км. Сталкиваясь, астероиды дробятся на метеориты.

Кометы – самые дальние ( до 10 000 млрд км – расстояние одного светового года) объекты солнечной системы, состоящие из головы (небольшое плотное ядро) и хвоста (длиной в десятки миллионов километров). Ядра комет имеют размеры в несколько километров и состоят из каменных и металлических образований, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов.

Световой год – расстояние, которое проходит свет со скоростью 300 000 километров в секунду за один год. 1 световой год = 10 000млрд км = 10*13км.

Свет от Солнц до земли доходит за 8 минут, а от Проксимы Центавра (второй по близости к нам звезды) – более 4 лет.

Массы звезд составляют от 0,1 до 50 солнечных масс. Диаметры звезд от 10 –20 км (нейтронные звезды) до сотен миллионов километров (красные сверхгиганты). Плотности вещества звезд - от 1 г/ см*3 до 10*14 г/см*3. Светимости: от 0,001 до 1 млн. солнечной светимости. Атмосфера на 98% состоит из водорода и гелия.

Звезды образуют галактики, включающие сотни миллиардов звезд, туманности, межзвездную среду, космические лучи, электромагнитные волны. Наша галактика выглядит как двояковыпуклая линза (диск), толщина – 1,5 тыс. световых лет, диаметр – 100 тыс. световых лет, масса – 150 млрд. солнечных масс.

Лекция. Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд.

Теория расширяющейся Вселенной. Концепция разработана трудами А. Фридмана, А. Эйнштейна, Э. Хаббла, Ж. Леметра, Г.А. Гамова и др. Она основана на истолковании экспериментально зафиксированного красного смещения спектральных линий галактик как следствия эффекта Доплера, объясняющего красное смещение разбеганием галактик.

Предполагается, что современная Вселенная произошла из материи, которая находилась в раскаленном, сверхплотном состоянии. 15 –20 млрд лет назад этот сгусток материи как бы взорвался и стал быстро расширяться с резким падением температуры. В ходе этого процесса, продолжающегося до сих пор, сложилась современная структура Метагалактики.

Но, за последнее время накапливается все больше сомнений в реальности расширения Вселенной. Хотя эволюция космических систем несомненна. Все космические объекты претерпевают изменения. Звезды превращаются в «белые карлики», «нейтронные звезды», «черные дыры».

«Белый карлик» – это электронная постзвезда, образующаяся в том случае, когда звезда на последней стадии своей эволюции имеет массу, меньшую 1,2 солнечной массы, диаметр равен диаметру Земли, темпратура - около миллиарда градусов, плотность – 10 т/см3 – в сотни тысяч раз больше земной плотности, светит в результате освобождающейся в процессе сжатия гравитационной энергии. В течение 1 млрд лет медленно остывает, превращаясь в «черный карлик» – ничего не излучающий холодный «труп» звезды.

«Нейтронные звезды» возникают на последней стадии эволюции звезд массой от1,2 до 2 солнечных масс. На предконечной стадии происходит быстрое сжатие звезды, входе которого начинается процесс ядерных реакций. В наружных слоях происходит взрыв с разбросом этого слоя, внутренние области сжимаются. Остаток звезды равен 20 –30 км, плотность – 100 млн т/см3, состоит из протонов и нейтронов – « нейтронная звезда», или пульсар ( источник пульсирующего, периодически изменяющегося импульсного излучения, открыт в 1967 году).

«Черная дыра» - конечная стадия постзвезды, масса которой превышает 2 солнечные массы, радиус «черной дыры» – 5 –10 км. Поглощает вещество и излучение.

Реликтовые «мини – черные дыры» – первичные, образовавшиеся на раннем этапе развития Вселенной, массой 10*15 г, диаметр – 10*-13 см, являются источниками сильного рентгеновского излучения.

Определение Вселенной дал выдающийся химик ХХ века, лауреат нобелевской премии Л. Полинг. Вселенная состоит из материи и излучения. Материя (лат.Materia – материал) можно определить как любой вид массы-энергии, движущейся со скоростями, меньшими скорости света, а излучение – как любой вид массы-энергии, движущейся со скоростью света.

Влияние космоса на земные процессы. Человек во Вселенной.

Вопросы темы:

1.Земля как элемент Солнечной системы.

2. Космизм как особая форма мировоззрения.

3.Солнечная активность и исторические события.

Концепция космологии

С этой темы начинается изучение концепций как таковых, мы с вами пройдем этапы создания современного мировоззрения, т.е. узнаем «через какие очки» мы смотрим на мир сегодня. Существует несколько понятий космологии:

  • это наука об эволюции Вселенной;

  • современная космология это астрофизическая теория структуры и динамики изменения метагалактики, которая дает определенное понимание о свойствах всей Вселенной.

В начале ХХ века астрономия основывалась на двух основных утверждениях:

  1. Вселенная бесконечна.

  2. Материя во Вселенной распределена равномерно.

Второе утверждение сегодня называется космологическим принципом.

20-е годы ХХ века: Вселенная не статична, а расширяется (Э.Хаббл, А. Эйнщтейн и др).

Совершенный космологический принцип (Бонди, Голда и Хойла): «Свойства Вселенной постоянны как в пространстве, так и во времени». Астрофизики А. Милн и М. Мак-Кри показали, что согласно законам Ньютона, Вселенной необходимо расширяться или сжиматься.

Что надо, для создания космологической модели?

  1. Разрешить парадокс Ольберса.

  2. Разрешить парадокс Зеелигера.

  3. Учитывать красное смещение, характеризуемое постоянной Хаббла.

  4. Соответствовать космологическому принципу.

  5. Не противоречить возрасту Земли (измеренному независимо).

  6. Не нарушать ни одного основного физического закона, установленного на основании земных экспериментов.

  7. Модель должна обладать внутренней красотой, удовлетворять эстетическим критериям.

  1. Материя, из которой состоит наблюдаемая Вселенная, предшествовали другие состояния материи. Метагалактика не исчерпывает всего мира, поэтому ее образование не означает образования всей Вселенной, ее начало не является абсолютным космологическим «началом». Пространсвенно- временные отношения современного состояния мира не могут быть использованы для описания таких состояний материи, свойства которых еще не известны или плохо известны. Абсолютной пустоты как полного отсутствия материи не существует. Если отсутствует вещество, то существует поле, если отсутствует поле, то существует его физический вакуум, под которым современная физика понимает особое состояние материи, а не абсолютное «ничто». Всесторонне выражение принципа несотворимости и неуничтожимости материи и ее атрибутов находтися в физических законах сохранения

  2. (массы, энергии, электрического заряда, импульса, момента импульса, честности, странности, барионного и лептонного зарядов и др.). В начале 70-х годов ХХ века на основании квантовых эффектов, выяснилось, что «черные дыры» излучают в пространство потоки вещества и анти вещества, электромагнитные волны, испущенные виртуальными частицами. Вокруг «черных дыр» происходит «вскипание» вакуума – особого состояния поля, а внешне это выглядит как постепенное испарение и стягивание «черной дыры». Как нет абсолютного начала, так и нет абсолютного «конца» развития. Все относительно и связано процессами взаимопревращения.

  3. В 60-е годы 19 века немецкий физик Р. Клаузиус сформулировал второе начало термодинамики – закон возрастания энтропии ( меры неупорядоченного, хаотического движения) в необратимых процессах. Из этого закона был сделан вывод, что процесс мирового развития идет в направлении превращения других форм движения в тепловую и равномерного распределения в бесконечном пространстве, который приведет к невозможности существования высших форм материи, в том числе и жизни. Но такой вывод следует считать ошибочным, так как он отражает распространение закона, характеризующего тепловое равновесие замкнутых систем, на всю бесконечную Вселенную. Аналогично расширение или сжатие какой-либо части Вселенной (нашей Метагалактики) суть местный, конечный эффект и его нельзя распространять на всю бесконечную Вселенную. Философ и астрофизик А.П. Трофименко предлагает следующую трактовку взаимоотношения форм движения и энергии в космических масштабах. Рассеянная энергия излучения, концентрируясь в черных дырах, превращается в кинетическую энергию, которая, являясь энергией рассеиваемой материи антиколлапса – антипод черной дыры, переходит в гравитационную потенциальную энергию. Распад рассеянного вещества на отдельные облака и их дальнейшая концентрация (сжатие) ведет непрерывному переходу потенциальной энергии в энергию теплового движения. Этот процесс приводит к образованию звездных объектов, в которых тепловая форма движения дает жизнь ядерной форме.

  4. СХЕМА:

Рассеянная энергия излучения – кинетическая энергия – гравитационная потенциальная энергия – энергия теплового движения.Физик В.С. Барашенков предлагает брать второе начало термодинамики вместе с «теоремой площадей черных дыр». Размеры черной дыры пропорциональны квадрату ее массы и могут возрастать по мере накопления поглощаемой массы, что, в отличие от второго начала термодинамики, говорит об уменьшении, а не увеличении энтропии. Но, взятая в отдельности, эта теорема также приведет к выводу о неизбежности «смерти» Вселенной в результате гравитационного стягивания ( а не диссипации) всего вещества Вселенной в черные дыры. Черные дыры – это концентраторы вещества и энергии, возвращающие их обратно в окружающее пространство путем квантового испарения и взрывов. Следовательно, можно предположить, что неубывающей величиной в действительности является сумма: уменьшение (увеличение) энтропии сопровождается увеличением (уменьшением) площади черных дыр. Обобщение второго начала термодинамики: общая теория относительности, термодинамика, квантовая теория – три раздела физики, в философском плане является безупречным подходом к проблеме.

  1. Концепции возникновения Вселенной.

О концепции Большого взрыва мы говорили ранее.

Сегодня расширяющуюся Вселенную сопоставляют с поверхностью надуваемого шара, все точки которого в процессе надувания, расходятся. Эта теория не противоречит космологическому принципу, не нарушает основных законов классической и ядерной физики. Теоретическое сжатие и расширение Вселенной - единственные концепции, разрешаемые космологическим принципом.

Темное ночное небо, создается видимой Вселенной, т. к. свет от звезд за пределами сферы с радиусом 10 млрд световых лет никогда не дойдет до нас.

Факты, свидетельствующие о мгновенном возникновении Вселенной:

- свободные нейтроны, необходимые для образования стабильных ядер, имеют период полураспада около 12 мин. Уже после 3 периодов осталась бы 1\8часть нейтронов;

-через 30 минут температура, соответствующая первоначальным частицам, опустилась бы ниже, чем необходимо для термоядерного синтеза.

Никакого «места взрыва» не было. Вещество было равномерно распределено. Расширяясь вещество остывало, и материя распалась на галактики и звезды.

Скорость движения галактик – это не скорость их движения в пространстве. Галактики неподвижны относительно окружающего пространства.

Общепринятая модель Вселенной сегодня – однородная, изотропная, нестационарная, горячая, расширяющаяся, построенная наОТО и релятивистской теории тяготения.

Существует множество иных моделей Вселенной: электрическая Вселенная Бонди - Боннара – Литтлтона – Уитли;

-модель с изменяющимися мировыми константанстами Йордана – Дирака, Хойла – Нарликара; стационарная модель Бонди – Голда – Хойла( изотропность в основе).

В Библии утверждается, что Бог создал Вселенную из ничего. Современная наука допускает это. «Ничего» в науке – это вакуум, способный «порождать» вещественные частицы.

  1. В ХХ веке наибольший интерес вызвала теорема, которую предложил австрийский математик и логик К. Гедель. Ученый утверждал, что в любой теории существуют вопросы, на которые нельзя дать ответ в рамках этой теории, но его (ответ) может быть найден в более общей теории. Возможность «законченных теорий» предполагает конец науки: дальше нечего познавать. Любые известные науке обобщающие теории предполагают бесконечность всего научного познания и составляют важные этапы его развития. Любая теория основана на конкретных принципах, в основе которых лежат определенные факты; любая теория допускает возможность и необходимость дальнейшего развития по пути создания все более общих теорий , которые должны будут учитывать новые , неизвестные ранее факты. Таков главный закон познания, обусловленный законами самой природы.

Литература: Готт В.С. Философские вопросы современной физики. М., 1988.

Слк Дж. Большой взрыв: рождение и эволюция Вселенной. М., 1989

Спасский Б.И. Физика для философов. М., 1989

В этой концепции пересекаются другие научные концепции об окружающем нас мире. Концепция космология на собственном примере позволяет нам впервые проследить и увидеть структурное строение. Т.е. представления, которые мы имеем сейчас, они во многом основаны на существующих астрофизических моделях. Модели, т.к. космология это специфический, уникальный предмет для изучения. В связи с этим мы пользуемся и разрабатываем модели, которые почти адекватно отражают существо процессов происходящих вокруг нас. Помимо моделей существуют и концепции, но и те и другие являются вероятностными. Современная концепция космологии основывается на астрофизических наблюдениях, общей теории относительности, физики элементарных частиц (физики микропроцессов) и физики высоких плотностей энергии. Здесь можно еще отметить квантовую механику, квантовую хромодинамику. Особенностью космологии как науки является то:

  • что она более чем любая другая наука связана с философскими представлениями (концепциями);

  • в этой концепции пересекается множество других концепций, в том смысле, что онвключает в себя различные концепции;

  • имеет большой исторический период развития, который начинался с мифологии, т.е. космология имеет теснейшие связи с мировоззренческими воззрениями.

Можно выделить две ветви развития космологии:

  1. Мировоззренческая концепция.

  2. Научная концепция, которая постоянно подпитывалась знаниями из различных областей науки.

На каком основании мы можем делать те или иные умозаключения, которые происходят в масштабах всей Вселенной? Ответ на этот вопрос содержится в методологической установке, согласно которой на разных уровнях существования природы действуют одни и те же законы. Здесь уместно вспомнить схему организации структурных уровней существования материи. При переходе от одних масштабов организации материи к другим, если переходы достаточно велики (микро и мега уровень), могут происходить и происходят глубокие качественные изменения. Суть этих рассуждений достаточно проста. Она состоит в том, чтобы попытаться ответить на вопрос, есть ли связь между микро и макро уровнем, каковы законы перехода, что происходит при эволюции вселенной на микро и макро уровнях. Как шел процесс трансформации и был ли он вообще? Эти вопросы возникли сравнительно недавно.

Из истории развития науки.

Начало научной космологии связывают с Николаем Коперником. Он поместил солнце в центр Вселенной, в этом его принципиальная заслуга, и при этом низвел Землю до уровня рядовой планеты, а ведь в ранее существовавших концепциях Земля была помещена в центр мироздания. Согласно его представлениям природа звезд для него была неясной. Он поместил звезды в так называемую сферу, но поскольку он был служителем церкви, это оказало влияние на его концепции, поэтому за сферой неподвижных звезд, которую он наблюдал, расположился эмпирей или жилище блаженных, обитель сверхъестественных сил.

Джордано Бруно считал звезды далекими солнцами, которые согревают бесчисленные планеты других планетных систем. Согласно ему, Вселенная являлась бесконечной, кроме того, существовало бесконечное количество миров подобных Земле. Космология Д. Бруно это концепция бесконечной вечной Вселенной. После изобретением Галилеем телескопа, концепция Бруно подтвердилась.

Кеплер выявил закономерности движения планет.

А Ньютон обнаружил, что все космические тела независимо от свойств и размеров тяготеют друг к другу, создав концепцию всемирного тяготения, классическую, которая сводится к следующим положениям:

  1. Вселенная считается бесконечной в пространстве и времени.

  2. Основным законам, который управляет движением и развитием небесных тел является закон всемирного тяготения.

  3. Пространство никак не связано с находящимися в нем телами.

  4. Количество звезд, планет и звездных систем во вселенной бесконечно велико.

Пространство ранее считали вместилищем материи, и она никак не связана. Это положение оказалось неверным, но эти формулировки классической концепции космологии на долгое время получили всемирное признание и понимание, т.к. альтернативы не было. Надо сказать, что именно на современном этапе наука подошла к систематическому изучению космологии, благодаря многим фундаментальным открытиям в физике. Наиболее проблемные вопросы касаются таких моментов:

  • определение возраста Вселенной

  • происхождение Вселенной

  • эволюция Вселенной. Термин эволюция употребляется в более широком смысле и под ним понимают глубинные изменения и преобразования в масштабах всей Вселенной. Сейчас доказано, что наша Вселенная эволюционирует. Прежде всего, вопросы, связанные с эволюцией, касаются процесса изменения расстояния между космическими телами и образование новых структур во Вселенной. В настоящее время можно отметить следующие факты:

  1. факт расширения вселенной;

  2. асимметрия между веществом и антивеществом, которая выражается в преобладании вещества в структуре нашей Вселенной;

  3. однородность и изотропность светящейся материи;

  4. существование реликтового излучения, оно доходит к нам с Начала (с момента когда образовалась Вселенная).

  5. существование ячеистой структуры Вселенной.

С позиций современного космического эволюционизма, возникновение и развитие Вселенной следует рассматривать как результат, с одной стороны дифференциации, с другой - усложнения форм организации материи. Эти положения основаны на результатах работ нашего соотечественника Фридмана в 1922г. Он взял за основу теорию относительности и путем расчетов установил и показал возможность существования расширяющейся Вселенной. Хаббл при проведении анализа спектральных линий установил, что происходит "разбегание" галактик, это означает, что в настоящее время галактики разбегаются не только от наблюдателя, но и друг от друга, по сути дела его работы были оформлен в виде следующего закона: "Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга". Данный закон определенно важен для существования Вселенной, т.к. сценарий "разбегания" или сжатия галактик приведет к различным последствиям. По оценкам возможных гипотез оказывается, что "разбегание" галактик в какой-то момент может приостановиться. Если предположить это, то возможно, что со временем может начаться их сжатие, и такой сценарий может привести к коллапсу, т.е. если бесконечно большая масса будет стянута в малую точку, то произойдет взрыв (так вроде бы и образовалась наша Вселенная). Эту точку еще называют точкой сингулярности. Фактически точка сингулярности математическая абстракция, но здесь при переходе из этой точки будет глубокий революционный скачок.

Сценарии:

  • расширяющейся вселенной

  • сжимающейся вселенной

  • пульсирующей вселенной.

Это означает, что в процессе эволюции Вселенной, процессы расширения и сжатия будут сменять друг друга, т.е. будут наблюдаться циклы. Вопрос сценариев до конца не решен по причине скрытой массы, т.к. она влияет не только на силы сжатия/отталкивания, но она может кардинальным способом изменять пространство в котором она находится. Здесь мы приходим к тому, что пространство и масса взаимосвязаны, и эта взаимосвязь достаточно весома. Скорости с которой удаляются галактики друг от друга исчисляются десятками тысяч километров в секунду. Анализ обратной ситуации того, что после расширения, Вселенная когда-то была сжата и что 15-20 миллиардов лет назад наша Вселенная была сконцентрирована в малом объеме 10 в минус 33 степени сантиметра. Наша Вселенная является результатом большого взрыва, изсверх плотного вещества 10 в 93 степени грамм/сантиметр кубический.

Концепция большого взрыва в настоящее время получила широкое признание и считается стандартной моделью. И все-таки концепция большого взрыва испытывала определенные затруднения при объяснении ряда фактов. Она не давала ответа - чем определяется образование галактик при их возникновении из ионизированного газа? Почему наблюдается асимметрия вещества и антивещества (если бы антивещества было больше, чем вещества, нашего мира бы не существовало)? Была разработана теория инфляции или теории раздувающейся Вселенной. Разработка теории принадлежит Бутту и Стейнхарду. В рамках этой модели проводились работы российских физиков в частности Линделя. Модель раздувающейся Вселенной не противоречит модели большого взрыва, она фактически совпадает с тем сценарием, который предложен в рамках большого взрыва, но совпадает она в 10 в минус 30 степени после начала расширения. Инфляционная концепция проникает в более ранние этапы времени зарождения Вселенной, т.е. со времени вакуумно-подобного состояния в себе. Основная идея этой концепции состоит в том, что на самых ранних стадиях возникновения, Вселенная имела неустойчивое, вакуумно-подобное состояние с большой плотностью энергии. Полагается, что эта энергия, как и исходная материя, возникла из квантового вакуума, т.е. как бы из ничего. Если говорить о физическом вакууме, то в этом вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но с другой стороны это не является безжизненной пустотой. Тем не менее, в нем имеются виртуальные частицы, которые рождаются, имеют мимолетное бытие и исчезают. Исходя из этого, что вакуум наполнен этими виртуальными частицами, взаимодействующими между собой, вводят понятие энергетических уровней вакуума. В соответствии с этим, энергия имеющаяся в вакууме, расположена на разных уровнях и именно благодаря этим уровням и происходят процессы взаимодействия частиц. В инфляционной теории речь идет не просто о физическом вакууме, она предполагает наличие возбужденного или ложного вакуума. Полагается, что зарождающаяся Вселенная на самых ранних этапах как раз и была возбужденной квантовой системой. Несмотря на то, что такое состояние вакуума является неустойчивым и стремится к распаду, в нем заложены гигантские возможности для процессов отталкивания. Именно эти процессы ответственны за расширение Вселенной. Согласно инфляционной теории расширение Вселенной в 10 в 50 степени раз, больше чем полагалось в концепции большого взрыва. Согласно этой теории идет гигантское расширение с образованием гигантской энергии и при этом происходит понижение температуры в пространстве. Энергия, которая была выделена в результате распада ложного вакуума, пошла на мгновенный нагрев Вселенной. Полагается, что температура нагрева достигала порядка 10 в 27 Кельвина. Когда говорят о характере высвобожденной энергии полагается, что она описывается теорией великого объединения, которую можно представить как некую суперсилу, которая объединяет (а точнее объединяла) в то время гравитационное сильное, ядерное слабое и электромагнитное взаимодействие. Полагается, что процесс расширения Вселенной продолжался примерно в 10 в минус 35 до 10 в минус 30 секунды это так называемая фаза инфляции. А с последующего времени эволюция Вселенной достаточно хорошо описывается теорией горячего большого взрыва. Та энергия, которая постепенно высвобождалась шла на энергию излучения, которое и есть реликтовое излучение. Когда говорят о ранних стадиях эволюции Вселенной вводят понятие многомерной пенистой структуры пространства и времени. До сих пор мы не говорили о времени, на самом деле полагается, что пространство и время образовывались одновременно.

Эволюция материи Вселенной.

Согласно современным космологическим моделям, процесс эволюции материи на уровне микромира и мегамира происходил поэтапно. Эти этапы в космологии принято называть эрами. Для каждой из эр характерна своя организация материи и вид взаимодействия. В пространстве и времени на ранней стадии образования была некая суперсила, затем по мере развития она стала разделяться.

Эры:

  1. Великого объединения. Охватывает промежуток времени приблизительно от 10 в минус 43 до 10 в минус 35 секунды и включает в себя превращение материи от возбужденного вакуума через его разрушение до образования сверхплотной материи. Именно на этом этапе действует суперсила.

  2. Адронная эра. Охватывает промежуток от 10 в минус 35 до 10 в минус 6 секунды. Начало эры адронов знаменуется большим взрывом. Адронами называют частицы, которые обладают вещественной массой и им принадлежит роль сильного взаимодействия. После этого взрыва, единая суперсила распадается на гравитационное, слабое и т.д. Результатом такого разделения стало образование кварков и лептонов, а на их основе адронов. Из адронов образуются протоны и нейтроны, т.е. те элементы, которые являются основными слагаемыми вещества вселенной.

  3. Лептонная эра. Промежуток от 10 в минус 6 до 1 секунды.

  4. Фотонная эра. От 1 секунды до 1 млн лет. Считается, что начало новой эры ознаменовалось разделением электрослабых взаимодействий на слабые и электромагнитные. Температура Вселенной начала снижаться в эту эру в промежутке от 10 в 10 Кельвина до 1000 Кельвина. Снижалась энергия нуклонов, а нейтроны стали захватываться протонами. Что привело к образованию ядер гелия, на долю которых приходилось до 25% всего вещества, а затем при объединении свободных протонов и электронов образовался атомарный водород, на долю которого приходилось до 75% всего вещества. Именно в эту эру во Вселенной образовался газ, состоящий из атомов водорода, гелия, и считалось, что в это время стало возможным образования очень небольшого количества бериллия и лития. По мере дальнейшего расширения Вселенной и ее охлаждения (газа) начали образовываться газовые облака, из которых постепенно стали образовываться протогалактики. В результате уплотнения этих протогалактик происходило притягивание к ним остального вещества. Вследствие этого сила тяготения возрастала. Под действием сил самогравитации происходило дальнейшее сжатие этих образований. Считается, что по мере эволюции этих образований, примерно через 1 млрд лет, начался процесс звездообразования.

  5. Эра образования галактик и звезд. Откуда произошло образование более тяжелых элементов? Считается, что оно происходило в недрах звезд. Т.е. многие элементы являются продуктом взрывов этих звезд, которые сопровождаются грандиозными вспышками и являются результатами ядерных реакций. Здесь употребляют термин взрыв сверхновой звезды. В результате такого взрыва по галактике разбрасывается большое количество тяжелых элементов. При образовании нового поколения звезд, строительным материалом для них являются продукты взорвавшихся звезд. Таким образом, можно считать, что наша планета образовалась из звездного пепла.

  6. Современная эпоха.

  7. 1.Земля – космическое тело, объем – 1012 км3(Объём находится по формуле: ),

масса – 6 Х 1021т.,средняя плотность вещества – 5,5 г/см3, радиус экват. –6378 км, полярный –6357 км. (-21км), площадь –510млн.км2 (361 млн км2 –Мировой океан, 149млн км2 –суша); расстояние от Солнца 150 млн км, скорость вращения – 30км/сек; образовалась 4,5 млрд лет назад в процессе гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества.

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду вращения — шарообразная форма с утолщениями на экваторе. Расстояние точек геоида, до точек аппроксимирующего его эллипсоида составляет до 100 метров.[21] Средний диаметр планеты примерно равен 12 742 км. Это 40 000 км/π, так как метр в прошлом определялся, как 1/10 000 000 расстояния от экватора до Северного полюса через Париж.[22]

Вращение земли создаёт экваториальная выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты.[23] Высшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8 848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впади (10 911 м под уровнем моря). Поэтому, по сравнению с идеальным эллипсоидом, Земля имеет допуск в пределах 0,17 % (1/584), что меньше 0,22 % — допустимого допуска для бильярдного шара.[24] Из-за выпуклости экватора, самой удалённой точкой поверхности от центра Земли фактически является вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре.[25]

Сопоставление размеров планет земной группы (слева направо): Меркурий, Венер, Земля, Марс.

Эллипсо́ид - поверхность в трёхмерном пространстве, полученная деформацией сферы вдоль трёх взаимно перпендикулярных осей. Каноническое уравнение эллипсоида в декартовой системе координат, совпадающих с осями деформации эллипсоида:

Величины a, b, c называют полуосями эллипсоида. Также эллипсоидом называют тело, ограниченное поверхностью эллипсоида. Эллипсоид представляет собой одну из возможных форм поверхностей второго порядка.

В случае, когда пара полуосей имеет одинаковую длину, эллипсоид может быть получен вращением эллипса вокруг одной из его осей. Такой эллипсоид называют эллипсоидом вращения или сфероидом.

Общая структура планеты Земля.

Магнитосфера – пространство вокруг Земли, заполненное магнитным полем. Внутри магнитосферы находятся радиационные пояса (защищающие Землю от космических лучей), в которых заряженные частицы захватываются магнитным полем.

Межпланетная среда, окружающая Землю, состоит из твердых тел различных размеров, пылинок, атомов, молекул, элементарных частиц и т.п., искусственных спутников и других объектов. Занесенных в космос человеком.

Сведения о природе земных недр дает анализ сейсмических волн – механических колебаний, возникающих при землетрясениях или взрывах. Земные недра делятся на 3 основные области: ядро, мантию, кору. Температура, плотность и давление растут с увеличением глубины. Температура в центре Земли – 10 000 градусов.

Земная кора на континентах имеет толщину до 65 км, а под океанами –8км. Максимальная высота на поверхности Земли – гора Джомолунгма в Гималаях –8848 м, самое глубокое место – Марианская впадина в Тихом океане –11 022м.

Мантия – самая мощная из твердых оболочек Земли, расположена под корой, глубиной 2900км, составляет 60 % массы и 80 % объема Земли.

Ядро – состоит из двух частей: внешней (жидкой), внутренней (твердой). Внешнее оказывает влияние на магнитное поле Земли. Ядро изучено мало.

Солнце –возраст 5млрд. лет , диаметр – в 109 раз больше земного, масса в333 000 больше массы Земли. Температура –15 млн. градусов, давление – сотни млрд. атмосфер. Выделение энергии происходит за счет ядерных реакций синтез ядер водорода и гелия.

Солнце состоит из ядра, конвективной зоны, атмосферы ( фотосфера, хромосфера, корона). Средняя температура на поверхности – 6 000градусов. Толщина фотосферы –300 км; короны – десятки солнечных радиусов.

Периоды колебания солнечной активности: каждые 11-12 лет усиливаются факелы и пятна в фотосфере, вспышки в хромосфере, протуберанцы в короне.

На Землю попадает менее одной миллиардной доли всей энергии излучаемой Солнцем.

По предположению А.Л. Чижевского, солнечная активность оказывает влияние не только на атмосферу, биосферу Земли , но и на социальные процессы.

2. «Две вещи наполняют душу всегда новым и все более сильным удивлением и благоговением, чем чаще и продолжительнее мы размышляем о них, - это звездное небо надо мной и моральный закон во мне». И. Кант.

Космизм – особое мировоззрение, выражающее научно – осмысленное, философски – эвристическое и эмоционально – личностное отношение к неразрывной взаимосвязи человека с космосом. Космизация–это объективный процесс как часть и аспект совокупного научно – технического процесса. В развитие русских космистских идей принимали участие ученые А.Н Бекетов, В.И. Вернадский, И.А. Козырев, Н.А. Морозов, И.А. Умов, К.Э. Циолковский, А.Л. Чижевский. В.И. Вернадский создал учение о биосфере и ноосфере, обобщив данные физики, химии, биологии, геохимии, геологии, истории и философии. Под биосферой он понимал планетарную область распространения жизни, взятой в прошлом, настоящем ибудущем. Биосфера переходит в ноосферу (сферу разума) под влиянием научной мысли и человеческого труда. Концепция В.И. Вернадского охватывает эволюцию жизни и планеты в единстве космических, геологических, биологических, антропогенных и техногенных факторов. Принцип «не навреди» – главнейший для человечества при организации как собственной эволюции, так и эволюции биосферы в целом.

3. Для размышления: на периоды пика солнечной активности приходятся 1905, 1917, 1929, 1941, 1991 года.

В 1924 году А.Л. Чижевский писал: «Мы должны помнить, что влияние космических факторов отражается более ли менее равномерно на всех двух миллиардах человеческих индивидов, ныне населяющих Землю, и было бы преступно игнорировать изучение их влияния, как бы тонко и неуловимо с первого взгляда оно ни было. В 1927 –1929 годах следует предполагать наступления максимума солнцедеятельности… По всему вероятию в эти годы произойдут вследствие наличия факторов социально-политического порядка крупные исторические события, которые снова видоизменят географическую карту».

Циклические изменения солнечной активности проявляются на Земле в частоте и интенсивности магнитных бурь, полярных сияний, в колебаниях ультрафиолетовой радиации, степени ионизации верхних слоев атмосферы и проч., что отражается на биосфере в целом, на телесном и психическом состоянии людей.

Литература:

Вернадский В.И. Размышления натуралиста. М., 1977

Философия русского космизма. М., 1996

Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. 1977, Космический пульс жизни: Земля в объятиях Солнца. 1995.

Справочный материал.

Парадокс Г. Ольберса. Если существует бесконечное количество звезд и они распределены равномерно, то ночное небо должно казаться полностью покрытым сверкающими точками, т.е. все небо должно быть таким же ярким как Солнце. Этот парадокс также называют фотометрический парадокс или парадокс Шезо – Ольберса. Ученый Рене Шезо в 1774 году высказал такое предположение.

Парадокс Г. Зеелигера (гравитационный парадокс): Если бесконечная материя распределена в бесконечном пространстве однородно (по Ньютону), то интенсивность гравитационного поля, проистекающая от бесконечной массы Вселенной, также будет бесконечна.

Изотропность - равнозначность, эквивалентность, равноценность всех возможных направлений. Получено с http://www.openwiki.org.ua/index.php?title=%D0%98%D0%B7%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8CИзотропными телами называются такие, в которых по трем (и по всем другим) взаимно перпендикулярным направлениям упругость одинакова; вместе с тем одинаковы и другие свойства (теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света). Аморфные тела суть И.