Доклад по теме космология вселенная

Доклад: Космология

Наука, которая изучает вселенную как единое целое, называется космологией. Большинство существующих космологических теорий опирается на теорию тяготения, физику элементарных частиц, общую теорию относительности и другие фундаментальные физические теории и, конечно, на астрономические наблюдения. В космологии широко используется метод моделирования, ученые строят теоретические модели Вселенной, ищут наблюдательные факты, на основе которых можно проверить правильность теоретических выводов. Применение ЭВМ позволяет проводить необходимые при этом расчеты. Реальная вселенная, как оказалось, хорошо описывается моделями расширяющейся Вселенной.

Первое успешное определение лучевой скорости галактики по наблюдению доплеровского смещения ее спектральных линий было выполнено в 1912 г. Слайфером в обсерватории Ловелла. Он нашел, что галактика в созвездии Андромеды приближается к Земле со скоростью около 200 км/с. Это удивительный результат, если вспомнить, что большинство звезд движется со скоростями не более 50 км/с. Изучая спектры других галактик, Слайфер нашел, что для большинства из них характерно красное смещение линий, т. е. в отличие от галактики в Андромеде эти галактики скорее всего удаляются, а не приближаются. Смещение спектральных линий снова давало большие скорости. К 1914 г. Слайфер измерил спектры 13 галактик; все они, за исключением двух, удалялись со скоростями около 300 км/с.

Такие скорости намного превосходили самые большие скорости, когда-либо измеренные в астрономии. Однако самое удивительное было еще впереди. К 1917 г. были зарегистрированы скорости в 600 км/с, но даже этот рекорд был вскоре превзойден. Интересно прочитать комментарий того времени. Эддингтон писал в 1923 г.:

«Одной из самых запутанных проблем космологии являются огромные скорости спиральных туманностей. Их лучевые скорости в среднем составляют около 600 км/с, и в громадном большинстве преобладают скорости удаления от Солнечной системы. Обычно считают, что спиральные туманности — самые удивительные из известных нам сейчас объектов (хотя эта точка зрения и оспаривается некоторыми авторитетами), так что скорее всего именно здесь, чем где-нибудь еще, мы могли бы поискать эффекты, обусловленные общими свойствами Вселенной».

Эддингтон приводит затем список лучевых скоростей спиральных галактик, измеренных Слайфером к февралю 1922г., и продолжает:

«Очень поразительно громадное преобладание положительных скоростей (удаление); однако, к сожалению, недостаток наблюдений туманностей в южном полушарии не позволяют сделать окончательное заключение. Если даже южные туманности покажут преобладание положительных скоростей, космологические трудности все же не исчезнут полностью… Нужно будет понять, почему две туманности( в том числе большая туманность Андромеды) приближается к нам с довольно большой скоростью; как раз эти скорости определены исключительно хорошо».

Это высказывание Эддингтона напоминает нам, что в то время не было с определенностью установлено, что спиральные галактики лежат вне Млечного Пути. Открытие Хаббла датируется 1924 г. В дальнейшем свет на природу слайферовских скоростей был пролит с открытием в 1926-1927 гг. вращения Млечного Пути. Скорость движения Солнца вокруг центра галактики составляет около 250 км/с. Другие объекты в Млечном пути также обращаются вокруг его центра, поэтому их лучевые скорости относительно Солнца значительно меньше 250 км/с. Объекты, находящиеся вне Млечного пути, не участвуют в его вращении, так что скорости галактик нужно исправить за движение Солнца, чтобы узнать их скорости относительно Млечного Пути как целого. Когда эта поправка была внесена, быстрое приближение двух галактик, которое так смущало Эддингтона, значительно замедлилось, но самое интересное, что после исправления скорость приближения галактики в Андромеде оказалась всего лишь около 100 км/с. Таким образом, первая измеренная Слайфером скорость, которая казалась в то время устрашающе большой, не давала представления о тех сюрпризах, которые должны были последовать.

Значение результатов Слайфера прояснилось в дальнейшем благодаря важному открытию Хаббла, который показал, что скорости удаления галактик отнюдь не случайны. Исходя из измеренных им расстояний до спиральных галактик, Хаббл В 1929 г. установил, что вплоть до расстояния 6 миллионов световых лет скорости галактик пропорциональны расстояниям до них. На первый взгляд могло бы показаться, что открытие Хаббла восстановило привилегированное положение Млечного Пути. Однако, как вскоре стало ясно, результат Хаббла вовсе не означает, что Млечный Путь является единственным центром разбегания галактик. Напротив закон расширения, в котором скорость прямо пропорциональна расстоянию, означает, что любую галактику можно принять за центр расширения. и при этом будет наблюдаться тот же самый закон разбегания.

Хаббл считал, что постоянная пропорциональности в его законе разбегания галактик равна приблизительно 500 км/(с·Мпс). Эту шкалу скоростей можно представить более наглядным способом, который объясняет, почему результат Хаббла означает, что 2 миллиона лет назад все галактики находились очень близко друг к другу. Этот результат был поразителен не только сам по себе, но также и потому, что, как считали, возраст Земли и Солнца больше 2 миллиардов лет.

Конечно, предположение, что Вселенная расширяется все время с постоянной скоростью, может быть ошибочным. В этом случае момент, когда галактики находились в одной области пространства, мог иметь место больше, чем 2 миллиарда лет назад. Этот вопрос нельзя решить без теории расширения. Между тем многие считали, что время 2 миллиарда лет, которое называется постоянной Хаббла, имеет фундаментальное значение для Вселенной в целом.

Такой вывод может показаться поспешным, однако последующие работы, как правило, подтверждали его. К 1931 г. Хаббл расширил область справедливости своего закона с 6 миллионов до 150 миллионов световых лет. Наконец, благодаря новым измерениям доплеровского смещения, выполненным Хьюмассоном, Хаббл достиг расстояний 240 миллионов световых лет, где скорости удаления составляли около 1/7 скорости света. Такова была ситуация, когда Хаббл опубликовал свою книгу «Мир туманностей» в 1936 г.

С тех пор вступил в строй 200-дюймовый телескоп в Маунт-Вилсон и усовершенствованы методы регистрации света, собираемого телескопом. Это позволило определить красные смещения более слабых и удаленных галактик. Однако единственное важное изменение результатов Хаббла связано с большой ошибкой в его шкале расстояний. Постоянную Хаббла теперь принимают равной примерно 10 миллиардам лет. Это значение больше предполагаемых возрастов Земли и Солнца и сравнимо с возрастом старейших звездных скоплений. Таким образом, предположение, что некогда Вселенная была очень плотной, не встречает больше никаких трудностей.

Источник

Космология — это раздел астрономии. Космология: определение, история и этапы

Космология — это комплексное рассмотрение нашей Вселенной с научной и философской точки зрения. Ее зарождение началось ещё во времена древних людей. Они очень увлекались мифами, поклонению богам, первым изучением звёзд и т. д. Благодаря древним людям мы узнали о существовании первых планет. В основе изучения космологии лежит сопоставление физических свойств Вселенной.

Понятие космологии с точки зрения науки

Космология — это наука, которая объединяет астрофизику и астрономию. Данные для нее получают путем наблюдения за астрономическими изменениями во Вселенной. Для этого применяются законы относительности, которые были приняты ещё самим Альбертом Эйнштейном. Уже в 20-х годах XX века эта наука была отнесена к классу точных, до этого она считалась частью философских учений. Современная космология на сегодняшний день становится очень популярной. Она объединяет в себе новые открытия в сфере физики, астрономии, астрологии и философии. Последним достижением является так называемая теория Большого взрыва, согласно которой наша Вселенная меняется в своих размерах из-за высокой плотности и температуры.

Исторические аспекты становления данной науки

Ещё в начале XX века, перед тем как заявить о своем открытии, учёный должен был не только теоретически, но и практически доказать уникальность результатов. Но вернемся в древние века, когда люди только начинали делать свои первые шаги в астрономии. Ещё в Древнем Египте, Китае, Индии, Греции ученые занимались наблюдением за небесными явлениями. Благодаря этому был создан лунный календарь, по которому очень длительное время ориентировались жители Земли.

Античная космология была основана на различных мифах и легендах. Аристотель был основателем теории гомоцентрических сфер: наша планета лежит на поверхности полой сферы, центр которой является центром Земли. Именно поэтому тогда была очень популярна модель божественного происхождения Земли. В дальнейшем происходило изменение учений с каждым последующим веком. Древние физики утверждали, что вокруг Земли происходит движение планет, а сама она находится непосредственно в центре самой Вселенной. Однако все это было лишь теорией, практических подтверждений на тот момент не было.

Современное развитие космологии как науки

Лишь в XV веке Николаю Копернику удалось обобщить все существовавшие на тот момент знания. Согласно его теории, в центре нашей Вселенной находится Солнце, вокруг которого постоянно движутся планеты, в том числе и Земля с Луной. В основу своей теории Коперник положил утверждения таких учёных, как Аристарх Самосский, Леонардо да Винчи, Гераклит и Кузо.

Ещё один большой шаг в развитии этой науки был сделан Кеплером. Он создал свои известные три теории, которые в дальнейшем использовал Исаак Ньютон для своих законов динамики. Именно благодаря этим законам люди увидели абсолютно другой подход к движению планет во Вселенной. Таким образом, можно сделать вывод, что космология и физика были очень тесно связаны между собой. Космология кратко дает общие понятия процессов, происходящих в нашей Вселенной.

Основные концептуальные взгляды космологии

Ещё древние люди искали ответ на вопрос: «Какое место наш окружающий мир занимает в самой Вселенной?» В Библии было написано, что наша Вселенная в самом начале была абсолютно невидимой и непримечательной. Эйнштейн утверждал, что Вселенная не движется и находится в стационарном положении. Однако позднее ученый Фридман доказал, что за счёт определенного движения происходит ее постепенное сужение и расширение. С помощью результатов исследований, полученных астрономом Хабблом, были с точностью измерены расстояния до галактик. Именно благодаря его открытиям и возникла так называемая теория Большого взрыва.

Основы теории Большого взрыва

Согласно ее положениям, начинать отсчет возраста Вселенной нужно с момента ядерного взрыва. Таким образом, ученые получили результат в 13 млрд лет. На сегодняшний день положения астрофизики для космологии имеют только теоретический аспект. В первые секунды после Большого взрыва произошло развитие частиц под названием «кванты», затем спустя время стали появляться кварки, которые имели разные виды взаимодействий. Лишь спустя 0,01 с после взрыва начали свое развитие различные звёзды, галактики и собственно сама Солнечная система.

Что изучает космология?

Это наука, которая объединяет знания по физике, математике, астрономии и философии. Космология изучает Вселенную как одно целое. В её основе лежит изучение появления всех небесных тел (планеты, Солнце, Луна, метеориты и т. д.), а также звездных скоплений. Теоретические утверждения космологии почерпнуты из астрономии, в некоторых случаях даже из геологии, а практические — из физики.

Понятие Вселенной в космологии

Исходя из утверждений ученых, Вселенная состоит из определенных структур: галактик, звёзд и планет. Каждая из них прошла определенную эволюцию:

прототипом галактик в древние времена были протогалактики;
для звезд это протозвёзды;
для планет — протопланетные облачные образования.

Самой изученной частью на данный момент является метагалактика. Это объединение большого числа галактик, которые находятся в поле зрения астронавтов. Их распределение неравномерно, что экспериментально доказано в астрономии. На сегодняшний день учёные занимаются изучением большого пространства, в котором абсолютно отсутствуют галактики. По возрасту метагалактика приближена к Вселенной.

Сама по себе галактика с точки зрения астрономии — это совокупность звёзд, туманных образований, которые со временем объединяются в достаточно плотную структуру. Они бывают различных форм и размеров. Самой известной из них считается Млечный путь, который может видеть каждый из обитателей Земли. Также в состав галактик входит газ и космическая пыль. Звёзды совершенно разные по возрасту: одни из них могут быть возрастом, как сама Вселенная, другие могут только родиться. Их зарождение происходит при воздействии гравитации, магнитной и других сил.

Таким образом, можно сделать вывод, что космология Вселенной на сегодняшний день обладает очень многими знаниями, однако в тоже время таит в себе много загадок. разгадать которые под стать только самым гениальным учёным.

Проблемы теории Большого взрыва

Космология — это относительно молодая наука. Она стала существовать отдельно лишь с середины XX века. Её основные доводы экспериментально доказаны благодаря учёным из области астрономии, которые вели наблюдения за нашей Вселенной. Космология — это постоянно развивающаяся наука, она не стоит на месте. Те теоретические данные, которые были выдвинуты несколько десятилетий назад, уже получили экспериментальное подтверждение или опровержение.

Например, во времена учений Эйнштейна и Фридмана плотность Вселенной могла иметь любое значение. Сегодня научно доказано, что эта величина составляет критическое значение р_кр. Таких примеров можно привести огромное количество.

Существует ряд основных проблем космологии, которые остаются актуальными на сегодняшний день:

плоскость Вселенной;
горизонт Вселенной (выглядит идентично с разных направлений);
откуда возникли гравитационные уплотнения, в результате которых образовались галактики;
из каких именно веществ на самом деле состоит наша Вселенная;
согласно теории квантовой гравитации космологическая постоянная должна быть выше в 120 раз;
как между собой согласуются время жизни Вселенной и звезд.

Различие между астрономией и космологией

Космология — это наука о Вселенной как едином целом, астрономия же изучает лишь звёздные тела.
Астрономия возникла у древних людей намного раньше, они ориентировались только по звёздам, поклонялись древним богам и т. д.
Космология объединяет знания из астрофизики, физики, философии, геологии, космогонии и астрономии.
В космологии ученые не привязывают свои теории к конкретным планетам, а трактуют их как бы обобщенно.
Астрономия не полагается практически ни на один закон физики, в то время как в основе космологии лежат многие физические утверждения.
Космология, в отличие от астрологии, не относится к строгим наукам. Ряд её предположений не несет никакого практического подтверждения.
Астрономия включает в себя наблюдения за космическими явлениями, в то время как космология находит объяснения для каждого из них.

Однако даже на сегодняшний день многие ученые считают, что космология является частью астрономии и не относят её к отдельным направлениям.

В современной науке сделано много открытий, которые позволяют расширить знания о нашей Вселенной. Некоторые из теорий подтверждены учеными мира экспериментально. Однако остается ещё много задач, которые требует тщательного изучения и материальной базы. Даже сегодня не существует единого мнения, что собой представляет Вселенная, из какого вещества она состоит. Это и является одним из заданий учёных в области не только космологии, но и сопутствующих ей наук. Знания об окружающем нас мире растут в геометрической прогрессии, но наряду с ними появляется все больше дополнительных вопросов. Для космологии это можно считать нормальным путём развития и становления как отдельной науки.

Источник