Сучасні моделі розвитку Всесвіту

Контрольна робота

Сучасні моделірозвитку Всесвіту

Санкт-Петербург, 2009

Введення

З давніхчасів людини мучило питання, як влаштований світ, в якому ми живемо і звідки вінвзявся. Придумувалися найнеймовірніші гіпотези. В останній часлюдство дуже просунулося у вивченні цього питання. Тепер доситьдобре відомо, як влаштований Всесвіт в дуже великий її області. Тим неПроте, чим більше ми дізнаємося про світ, тим більше з'являється питань. На кожномуетапі пізнання вчені стикаються з межами пізнавальних можливостей,накладаються недосконалістю інструментів і методів дослідження. Ці питання,як правило, вирішуються, але в даний час наука в пізнанні світу проникла такдалеко, що обмеження в пізнанні за допомогою експерименту та спостереженнянакладаються вже самими законами природи.

Тому всібільше науці доводиться вдаватися до допомоги філософії. Сучасна космологія НЕможлива без філософських підходів, оскільки, на сьогоднішній день неможливозаглянути ні в далеке минуле Всесвіту, ні в ті області, які віддаляються віднас зі швидкостями, близькими до швидкості світла.

1. Всесвітв цілому

1.1Космологія - наука про Всесвіт

Космологія - астрофізичнатеорія структури та динаміки зміни Метагалактики, що включає в себе і певнурозуміння властивостей всього Всесвіту.

Сам термін В«космологіяВ»утворений від двох грецьких слів: cosmos - Всесвіт і logos - закон, вчення.За своєю суттю космологія являє собою розділ природознавства, що використовуєдосягнення та методи астрономії, фізики, математики, філософії.Природничо базою космології є астрономічні спостереженняГалактики та інших зоряних систем, загальна теорія відносності, фізикамікропроцесів і високих густин енергії, релятивістська термодинаміка та рядінших новітніх фізичних теорій.

Багатоположення сучасної космології здаються фантастичними. Поняття Всесвіту,нескінченності, Великого вибуху не піддаються наочному фізичній сприйняттю;такі об'єкти і процеси не можна зафіксувати безпосередньо. Через цеобставини складається враження, що мова йде про щосьнадприродному. Але таке враження оманливе, оскільки функціонуваннякосмології носить досить конструктивний характер, хоча багато її положень івиявляються гіпотетична.

Сучаснакосмологія - це розділ астрономії, в якому об'єднані дані фізики іматематики, а також універсальні філософські принципи, тому вонаявляє собою синтез наукових і філософських знань. Такий синтез вкосмології необхідний, оскільки роздуми про походження і пристроїВсесвіту емпірично важко перевірятися і найчастіше існують у виглядітеоретичних гіпотез або математичних моделей. Космологічні дослідженнязазвичай розвиваються від теорії до практики, від моделі до експерименту, і тутвихідні філософські та загальнонаукові установки набувають великого значення. Зацієї причини космологічні моделі істотно різняться між собою - в їхоснові найчастіше лежать протилежні вихідні філософські принципи. У своючергу, будь космологічні висновки також впливають на загальнофілософськіуявлення про будову Всесвіту, тобто змінюють фундаментальніуявлення людини про світ і самому собі.

Найважливішийпостулат сучасної космології полягає в тому, що закони природи,встановлені на основі вивчення вельми обмеженої частини Всесвіту, можутьбути екстрапольовані на значно ширші області, а, в кінцевому рахунку, іна весь Всесвіт. Космологічні теорії розрізняються залежно від того,які фізичні принципи і закони покладені в їх основу. Побудовані на їх базімоделі повинні допускати перевірку для спостережуваної області Всесвіту, а висновкитеорії - підтверджуватися спостереженнями або, у всякому разі, не суперечитиім.

1.2 Щотаке Всесвіт?

Всесвіт - весь існуючий матеріальний світ, безмежний в часі іпросторі і нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія впроцесі свого розвитку. Всесвіт, яка вивчалася астрономією, - частинаматеріального світу, яка доступна дослідженню астрономічними засобами,відповідними досягнутому рівню розвитку (цю частину Всесвіту називаютьМетагалактикою).

Раніше вчені вважали, що простір, в якому знаходятьсязірки, є абсолютна порожнеча. Лише окремі астрономи час від часупіднімали питання про можливе поглинання світла в міжзоряному середовищі. І тільки всамому початку XX сторіччя німецький астроном Гартман переконливо довів, щопростір між зірками є зовсім не міфічну порожнечу.Воно заповнене газом, правда, з дуже малою, але цілком визначеною щільністю.Це видатні відкриття, так само як і багато інших, було зроблено за допомогоюспектрального аналізу.

Майже половину сторіччя міжзоряний газ досліджувався головнимчином шляхом аналізу утворюються в ньому ліній поглинання. З'ясувалося,наприклад, що досить часто ці лінії мають складну структуру, тобто складаютьсяз декількох близько розташованих один до одного компонент. Кожна такакомпонента виникає при поглинанні світла зірки в якомусь певномухмарі міжзоряного середовища, причому хмари рухаються один щодо одного зішвидкістю, близькою до 10 км/сек.

Хімічний склад міжзоряного газу в першому наближенні виявивсядосить близьким до хімічного складу зірок. Переважаючими елементами єводень і гелій, тим часом як інші елементи можна розглядати як В«домішкиВ».

Міжзоряний газ в галактиках зазвичай становить кілька відсотківвід повної маси зірок. Найбільше газу зустрічається у неправильних галактиках(Іноді до 50%) і найменше в еліптичних галактиках.

Міжзоряний пил, що знаходиться в площині диска, поглинає світлозірок, і галактика через це здається пересіченій темною смугою. Міжзорянепил - це тверді мікроскопічні частинки речовини розміром менше мікрона.Ці пилинки мають складний хімічний склад. Встановлено, що порошинки маютьдосить витягнуту форму і якоюсь мірою В«орієнтуютьсяВ», тобтонапрями їх витягнутості мають тенденцію "вибудовуватисяВ» в даному хмарібільш-менш паралельно. З цієї причини проходить через тонку середузоряний світ стає частково поляризованим.

Якщо за своїм складом галактики подібні, то структура спостережуванихгалактик різна. Галактики, в основному, бувають трьох видів: еліптичні (E), спіральні (S) і неправильної форми (Ir).

Найпростіше виглядають еліптичні галактики: вони рівні,однорідні за кольором і симетричні. Їх майже досконале будова наводить надумка про їх суттєвої простоті, і дійсно, параметри еліптичнихгалактик виявилося легше виміряти і підшукати під них теоретичні моделі, ніжзробити це для більш складних родичів цих об'єктів.

Розглянемо, наприклад, будова типової еліптичної галактики. Вїї центрі знаходиться яскраве ядро, оточене розмитим сяйвом, яскравість якогопадає по мірі віддалення від центру. Як і у всіх еліптичних галактик, падінняяскравості описується простою математичною формулою. Форма контуру галактикитеж залишається майже однаковою на всіх рівнях яскравості. Всі ізофотаміявляють собою майже ідеальні еліпси, центровані в точності на ядрогалактики. Напрямки великих осей і відносини великої осі до малої майжеоднакові у всіх еліпсів.

Фундаментальна простота еліптичних галактик узгоджується зприпущенням про те, що вони управляються невеликим числом сил. Орбіти зірокгладкі і добре перемішані і ніщо, крім гравітації, не впливає на їхрозташування, і ніяке безперервне зореутворення не зруйнувало їхправильності.

На відміну від еліптичних галактик для спіральних характернанаявність диска і балджа (потовщення). Спіральні рукави поступаються диску і балджаза кількістю містяться в них зірок, хоча і є важливими і видатнимичастинами галактики. Диск спіральної галактики досить плоский. Видимі з ребрагалактики говорять про те, що товщина типового диска становить близько 1/10 йогодіаметра.

За допомогою методів моделювання на ЕОМ було доведено, щоспіральні галактики являють собою швидко обертаються зоряні системи.Причиною утворення балдж, які володіють більшістю структурних власти...востейеліптичних галактик, є те, що зірки починають утворюватися спочаткув центральних областях галактик, де щільність найвища.

Спіральна структура спіральних галактик виникає через те, щовнутрішня частина галактики обертається зі швидкістю, відмінною від швидкості зовнішньоїчастини та рукави поступово закручуються в спіральний візерунок. Для галактик звіком, характерним для оточуючих нас галактик, число оборотів візерунка повиннобути дуже великим - приблизно рівним віком, поділене на середній періодобертання - близько 100. Однак у реальних спіральних галактик - принаймні утих, що мають чіткі безперервні спіральні гілки, спостерігається закрученняспірального візерунка становить лише на один-два оберти. Постає питання: як цепояснити? Проблема до теперішнього часу не дозволена. Вчені віддаютьперевагу магнітної, хвильової і вибуховий гіпотезам, що враховуєастрофізичну бік проблеми.

У багатьох спіральних галактик є ще одна чудоваструктурна особливість - концентрація зірок у формі бруска (бару),перетинає ядро ​​і простягається симетричним чином в обидві сторони. Данівимірювань швидкостей в них показують, що бари обертаються навколо ядра яктверді тіла, хоча, зрозуміло, вони насправді складаються з окремих зірок ігазу. Все ще йдуть суперечки про рухи газу в цих барах. Деякі данісвідчать про те, що газ тече назовні уздовж бару, а за іншими даними, вінтече всередину. У будь-якому випадку, існування барів не дивує астрономів, що вивчаютьдинаміку галактик. Чисельні моделі показують, що нестійкості в дискуобертової галактики можуть виявлятися у формі бару, що нагадуєспостережувані.

Одне із завдань сучасної астрономії - зрозуміти, як утворилисягалактики і як вони еволюціонують.

1.3Моделі Всесвіту

ПідВсесвіті немає нічого єдиного і неповторного в тому сенсі, що в ній немаєтакого тіла, такого явища, основні та загальні властивості якого не були бповторені в іншому тілі, іншими явищами.

Теоретичнемоделювання має важливе значення для з'ясування минулого і майбутньогоспостережуваного Всесвіту. У 1922 р. А.А. Фрідман зайнявся розробкоюоригінальної теоретичної моделі Всесвіту. Він припустив, що середнящільність не є постійною, а змінюється з часом. Фрідман прийшовдо висновку, що будь-яка досить велика частина Всесвіту, рівномірно заповнюванаматерією не може знаходитися в стані рівноваги: ​​вона повинна аборозширюватися, або стискатися. Ще в 1917 р. В.М. Слайдер виявив В«червонезсув "спектральних ліній в спектрах далеких галактик. Подібне зміщенняспостерігається тоді, коли джерело світла віддаляється від спостерігача. У 1929 р.Е. Хаббл пояснив це явище взаємним разбегания цих зоряних систем.Явище В«червоного зсувуВ» спостерігається в спектрах майже всіх галактик, крімнайближчих (декількох). І чим далі від нас галактика, тим більше зсув ліній уїї спектрі, тобто всі зоряні системи віддаляються від нас із величезними швидкостями всотні, тисячі десятки тисяч кілометрів на секунду, більш далекі галактикиволодіють і великими швидкостями. А після того, як ефект В«червоного зсувуВ» буввиявлений і в радіодіапазоні, то не залишилося, ніяких сумнівів в тому, щоспостерігається Всесвіт розширюється. В даний час відомі галактики,віддаляються від нас зі швидкістю 0,46 швидкості світла. А сверхзвезди і квадри -0,85 швидкості світла. На галактики постійно діє якась сила. Ввіддаленому минулому матерія в нашій області Всесвіту перебувала в надщільнимстані. Потім стався "вибух", в результаті якого і почалосярозширення. Щоб з'ясувати подальшу долю метагалактики, необхідно оцінитисередню щільність міжзоряного газу. Якщо вона вища 10 протонів на 1м 3 ,то загальне гравітаційне поле Метагалактика досить велика, щоб поступовозупинити розширення. І воно зміщується стиском.

Виниклидві думки з приводу стану Метагалактики до початку розширення. Згідноодного з них початкове речовина Метагалактика складалося з "холодної" сумішіпротонів, тобто ядер атомів водню, електронів і нейтронів. Згідно з другою,температура була дуже велика, а щільність випромінювання навіть перевершувалащільність речовини. Але після відкриття в 1965 р. реліктового випромінювання А. Тіцнасомі Р. Вілсоном перевага була віддана другому теорії. Після була представленаспроба представити хід подій на перших стадіях розширення Метагалактика:через 1с після початку розширення надщільний вихідної плазми щільністьречовини знизилася до 500 кг/см 3 , а t = 10 13 В° С. Протягомнаступних 100 щільність знизилася до 50 г/см 2 температура впала.Об'єдналися протони і нейтрони => ядра гелію. При t = 4000 про , цетривало кілька сотень тисяч років. Потім, після того, як утворилисяатоми водню, почалося поступове формування гарячих водневих хмар,з яких утворилися галактики і зірки. Однак у процесі розширення моглизберегтися згустки надщільного до зоряного речовини, а в процесі їхрозпаду утворилися зірки і галактики. Не виключено, що діяли обидвамеханізму. Поняття Метагалактика не є цілком зрозумілим. Воно сформувалосяна підставі аналогії з зірками. Спостереження показують, що галактики,подібно зіркам, групуються в розсіяні й кульові скупчення, такожоб'єднуються в групи і скупчення різної чисельності. Вся охоплена сучаснимиметодами астрономічних спостережень частина Всесвіту називається Метагалактика(Або нашого Всесвіту). У Метагалактика простір між галактиками заповненонадзвичайно розрядженим межгалактіческіх газом, пронизується космічнимипроменями, в ньому існують магнітні і гравітаційні поля, і можливо невидимімаси речовин.

В1929 Хаббл відкрив чудову закономірність, яка була названа В«закономХаббла В»абоВ« закон червоного зміщення В».

Пояснившичервоні зміщення ефектом Доплера (сприймана частота хвилі залежить відвідносної швидкості її джерела), вчені прийшли до висновку про те, щовідстань між нашою та іншими галактиками безперервно збільшується. Хоча,безумовно, галактики не розлітаються в усі боки від нашої галактики, якане займає ніякого особливого стану в Метагалактика, а відбувається взаємневидалення всіх галактик. Отже, Метагалактика не стаціонарний.

Проміжокрозширення дорівнює 20-13 млрд. років. Розширення метагалактики є самимграндіозним з відомих в теперішній час явищем природи. Це відкриттясправило докорінна зміна у поглядах філософів і вчених. Адже деякіфілософи ставили знак рівності між Метагалактика і всесвіту, і намагалисядовести, що розширення метагалактики підтверджує релігійне уявлення пробожественності походження всесвіту. Але Всесвіту відомі природніпроцеси, по всій ймовірності це вибухи. Є припущення, що розширенняметагалактики також почалося з явища нагадує. Колосальний вибухречовини, що володіє величезною температурою і щільністю.

Цятеорія називається теорією "гарячого ВсесвітуВ». Щоб надщільного речовинаперетворилося в речовину з близькою щільністю до щільності води. Через кількагодин щільність майже зрівнялася з щільністю нашого повітря, а зараз, позакінчення мільярдів років оцінка середньої щільності речовини в Метагалактикапризводить до значення близько 10 -28 кг/м 3 .

Алевсі ці дані вдалося отримати тільки за допомогою унікального складногообладнання дозволяє розширити межі Всесвіту. Досі людствоудосконалює його, винаходили все більш геніальні прилади, але ще на зоріцивілізації, коли допитливий людський розум звернувся до захмарних висот,великі філософи мислили своє уявлення про Всесвіт, як про щосьнескінченному.

Давньогрецькийфілософ Анаксимандр (VI в. до н.е.) ввів уявлення про якоїсь єдиноїбезмежності, не володіла ні якими звичними спостереженнями, якостями,першооснову всього - апейрон (щось безмежне, безмежне, нескінченне).

Давньогрецькийфілософам належить ряд геніальних здогадок про будову Всесвіту.Анаксимандр висловив ідею ізольованості Землі, в просторі. Ейлалай першийописав піфагорейської систему світу, де Земля, як і Сонце, зверталися навколоякогось В«гігантського вогнюВ». Кулястість Землі ст...верджував інший піфагорієцьПарменід (VI-V ст. Ст. До н.е.). Геракліт Понтійський (V-IV ст до н.е.)стверджував так само її обертання навколо своєї осі і доніс до греків ще більшдавню ідею єгиптян про те, що саме сонце може служити центром обертаннядеяких планет (Венера, Меркурій).

Французькийфілософ і вчений, фізик, математик, фізіолог Рене Декарт (1596-1650) створивтеорію про еволюційної вихровий моделі Всесвіту на основі геліоцентралізма. Всвоєї моделі він розглядав небесні тіла та їх системи в їхньому розвитку. Для XVII в.в. його ідея була незвичайно сміливою. За Декарту, всі небесні тілаутворювалися в результаті вихрових рухів, що відбувалися в однорідної в

Сонячна

ВеликийЦедії.

В

Спеціальна

Вперше

ЦимСвоїми

2.

2.1

Існує

Теорія

ГоловнаТаким чином,

Теорія

Теорія

2.2

КонцепціяТака

1.

Вчастот.

За

Історичновибуху.

2.

Однак

Теорія

Звичайно,

3.

ВеличезнеАдже

Віншому.

Вмікрорівні.

В

І

Висновок

Процес

Сучаснавідповідей.

Списоклітератури