Московський ДержавнийУніверситет Печатки
Концепції сучасного природознавства
Тема:В«Сучасна космологія і
проблема прихованої маси у Всесвіті В»
Здано -В« добре В»
Москва
2003
1. ВСТУП
Прагнення представити структурувсього навколишнього світу завжди було однією з насущних потреблюдства, що розвивається. В«Як улаштований світ? Чому існує? Звідкивзявся? В»- це приклади вічних питань. Їх задавали собі люди і тоді, колисправжньої науки ще не було, і потім, коли зароджується і набирає силу, почало свій нескінченний рух у відшуканні істини. Під час роботинад цією темою була зроблена спроба невеликого аналізу історії космологіїі проблеми прихованої маси у Всесвіті.
На кожному історичному етапі у людейбули різні пануючі уявлення про Всесвіт. Ці уявленнявідображали той рівень знань і досвід вивчення природи, який досягався навідповідному етапі розвитку суспільства. У міру того як розширилисяпросторові (і тимчасові) масштаби пізнаної людиною частини Всесвіту,мінялися і космологічні уявлення. Першою космологічною моделлю, що маєМатематичне обгрунтовування, можна рахувати геоцентричну систему миру К.Птолемея (II століття н. Е..). В системі Птолемея в центрі Всесвіту була нерухомакуляста Земля, а навкруги неї звертався Місяць, Сонце, планети, рухоміскладною системою кіл - В«епіциклівВ» і В«диферентівВ», і, нарешті, всіце було укладено в сферу нерухомих зірок. Тобто система претендувала наопис всього матеріального світу, тобто була саме космологічною системою.Як би наївно з нашої сьогоднішньої точки зору не виглядав цей В«весь світВ»,необхідно відзначити, що в ній було раціональне зерно - дещо ця системаописувала в основному правильно. Звичайно, правильний опис торкався не всьогосвіту, всього Всесвіту, а тільки маленької його частини. Що ж у цій системібуло правильним? Правильним було уявлення про нашу планету як прокулясте тіло, вільно що висить в просторі; правильним було те, щоМісяць обертається навколо Землі. Все інше, як з'ясувалося, не відповідалодійсності. Наука тоді була ще в такому стані, що, за виняткомокремих геніальних припущень, не могла вийти за рамки системи Земля - ​​̳сяць.Система миру Птолемея панувала в науці близько 1,5 тисяч років. Потім їїзмінила геліоцентрична система світу Н. Коперника (XVI століття і. е..).
Революція, виробленав науці навчанням Коперника, зв'язана в першу чергу з тим, що наша Земля булавизнана рядовою планетою. Зникло всяке зіставлення В«земногоВ» іВ«НебесногоВ». Система Коперника також вважалася системою В«всього світуВ». У центрімиру було Сонце, навкруги якого зверталися планети. Все це охоплювала сферанерухомих зірок.
Як ми знаємо тепер, внасправді система Коперника була зовсім не В«системою мируВ», а схемоюбудови Сонячної системи, і в цьому значенні була правильною.
Надалі незвичайнерозширення масштабів дослідженого миру завдяки винаходу і вдосконаленнютелескопів привело до уявлення про зоряний Всесвіт. Нарешті, на початку XXстоліття виникло уявлення про Всесвіт як про світ галактик (метагалактики). Прирозгляді цього історичного ланцюжка змін космологічних уявлень яснопростежується наступний факт. Кожна В«система мируВ» по суті була моделлюнайбільшої достатньо добре вивченої на той час системи небесних тіл.Так, модель Птолемея правильно відображала будову системи Земля - ​​̳сяць, системаКоперника була моделлю Сонячної системи, ідеї моделі зоряного миру В.Гершеля і ін відображали деякі риси будови нашої зоряної системи -Галактики. Але кожна з цих моделей претендувала свого часу на описбудови В«всього ВсесвітуВ». Ця ж тенденція на новому рівні простежується, якми побачимо, і в розвитку сучасної космології в XX столітті.
2. ТРОХИ істо
Розглянемо дуже стисло,які етапи пройшов розвиток науки про Всесвіт вже у наш час. Сучаснакосмологія виникла на початку XX століття після створення А. Ейнштейномрелятивістської теорії тяжіння (загальної теорії відносності).
Перша релятивістськакосмологічна модель, заснована на новій теорії тяжіння і що претендує наопис всього Всесвіту, була побудована А. Ейнштейном в 1917 р. Проте вонаописувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні нагляди,виявилася невірною.
У 1922-1924 рр.. радянськимматематиком А. А. Фрідманом були одержані загальні рішення рівнянь Ейнштейна,застосованих до опису всього Всесвіту. Виявилося, що в загальному вигляді ці рішенняописують Всесвіт, змінну з часом. Зоряні сис-теми,заповнюють простір, не можуть знаходитися в середньому на незмінних відстаняходин від одного. Вони повинні або віддалятися, або зближуватися. Ми уви-дим далі,що це є неминучим слідством наявності сил тяжіння, якіочолюють в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвітповинна або розширюватися, або стискатися. Висновок цей означав коріннуперебудову наших найзагальніших уявлень про Всесвіт і далеко не відразу бувзрозумів і прийнятий навіть самим передовим розумом людства. У 1929 р. аме-ріканськийастроном Е. Хаббл за допомогою астрофізичних наглядів відкрив розширенняоточуючого нас світу галактик, відкрив розширення Всесвіту, підтверджуючеправильність висновків А.А. Фрідмана. Моделі Фрідмана є основою всьогоподальшого розвитку космології. Як ми побачимо далі, ці моделі описувалимеханічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальнуструктуру. Якщо колишні Космологічні побудови були покликані описуватиголовним чином саме спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним всередньому рухом світів в ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними,зв'язували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. ВЗокрема, з цієї теорії виходило, що у далекому минулому Всесвіт був зовсімсхожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл,ні їх систем, вся речовина була майже однорідною, дуже щільною і швидкорозширювалося. Тільки значно пізніше з цієї речовини виникли галактики іїх скупчення. Починаючи з кінця 40-х років нашого століття вся більша увага в космологіїпривертає фізика процесів на різний етапах космологічного розширення.
У цей час Г. Гамовим була висунута так звана теорія гарячого Всесвіту. У цій теорії розглядалисяядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дужещільній речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини булавелика (звідси і назва теорії) і падала з розширенням. Хоча в першихваріантах теорії і були ще істотні недоліки (згодом вони булиусунені), вона зробила два важливі прогнози, які могли бути перевіреніспостереженнями. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалисяперші зірки і галактики, повинна складатися головним чином з водню(Приблизно на 75%) і гелію (близько 25%), домішка інших хімічних елементівнезначна. Інше виведення теорії полягало в тому, що в сьогоднішньому Всесвітіповинне існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохивеликої густини і температури речовини. Це випромінювання, що остигнуло в ходірозширення Всесвіту, було названо радянським астрофізиком І. С. Шкловськимреліктовим випромінюванням. Обидва прогнози теорії блискуче підтвердилися.
До цього ж часу (кінець 40-х років)відноситься поява принципово нових наглядових можливостей в космології.Виникла радіоастрономія, а потім після початку космічної ери розвинулася рентгенівська,гамма-астрономія і ін Нові можливості з'явилися і у оптичної астрономії.Зараз різними методами Всесвіт досліджується аж до відстаней в декількамільярдів парсеків (парсек - одиниця відстані, що використовується астрономами ірівна зразково трьом світловим рокам або 3 • 10 18 див.).
У 1965 р. американські фізики А.Пензіас і Р. Вилсон відкрили реліктове випромінювання, за що в 1978 р. вонибули удостоєні Нобелівської премії. ...
