Вопрос 8 «Физическая вселенная: современная космология.»
Проблема зарождения и существования Вселенной во все времена занимала человечество. Небо, которое было доступно для его обозрения, очень его интересовало. Недаром астрономия считается одной из самых древних наук. Для изучения вселенной в целом, в астрономии появилась новая наука-космология.
По определению А.Л. Зельманова (1913-1987) космология — это совокупность накопленных теоретических положений о строении вещества и структуре Вселенной, как цельного объекта, так и отдельные научные знания охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.
Современная космология — это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем, общей теории относительности, физике микропроцессов и высоких плотностей энергии, релятивистской термодинамике и ряде других новейших физических теорий.
Данное определение космологии берет в качестве предмета этой науки только Метагалактику. Это связано с тем, что все данные, которыми располагает современная наука, относятся только к конечной системе — Метагалактике, и ученые не уверены, что при простой экстраполяции свойств этой Метагалактики на всю Вселенную будут получены истинные результаты. При этом, безусловно, суждения о свойствах всей Вселенной являются необходимой составной частью космологии. Космология сегодня является фундаментальной наукой. И она больше, чем какая-либо другая фундаментальная наука, связана с различными философскими концепциями, по-разному понимающими устройство мира.
Основателем научной космологии считается Николай Коперник, который поместил Солнце в центр Вселенной и низвел Землю до положения рядовой планеты Солнечной системы. Конечно, он был весьма далек от правильного понимания устройства мира. Так, по его убеждению, за орбитами пяти известных в то время планет располагалась сфера неподвижных — звезд. Звезды на этой сфере считались равноудаленными от Солнца, а природа их была неясной. Коперник не видел в них тел, подобных Солнцу, и, будучи служителем церкви, склонялся к мнению, что за сферой неподвижных звезд находится «эмпирей», или «жилище блаженных» — обитель сверхъестественных тел и существ.В одном Коперник был твердо уверен — радиус сферы неподвижных звезд должен был быть очень велик. Иначе было бы трудно объяснять, почему с движущейся вокруг Солнца Земли звезды кажутся неподвижными.
Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направления (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь, кривизны с плотностью массы. Космологию, основанную на этих постулатах называют релятивистской. Важным пунктом данной модели является ее нестационарность, это означает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии.
В литературе по космологии высказывается мнение, что различные космологические модели Вселенной, выдвинутые на основе решения уравнений общей теории относительности, могут характеризовать не просто одну нашу Вселенную, но разные состояния Вселенной в разные периоды ее существования в прошлом и будущем, аналогично потенциально возможным мирам в концепции Лейбница. Все, что не запрещено законами природы, где-нибудь и когда-нибудь может быть реализовано.
Второе начало термодинамики показывает, что конец эволюции Вселенной наступит, когда выровняется температура ее вещества. Так как тепло передастся от более теплых тел к более холодным, различие их температур со временем сглаживается, совершение дальнейшей работы становится невозможным. Эта мысль о «тепловой смерти» Вселенной была высказана еще в 1854 г. Г. Гельмгольцем (1821-1894)
Интересно, что наше современное представление о неограниченно расширяющейся Вселенной вместе с концепцией квантового излучения черных дыр, которая основана на аналогии между гравитацией и термодинамикой, привели к тем же выводам, что сделал Гельмгольц. Мы не можем знать точно, каков будет исход противоборства расширения селенной и гравитационного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, то Вселенная когда-нибудь сколлапсирует в процессе Большого сжатия, которое может оказаться концом ее существования, либо прелюдией к новому расширению. Если же силы тяготения проиграют «сражение», то расширение будет продолжаться неограниченно долго, но тяготение будет продолжать играть существенную роль в определении окончательного состояния вещества. Вещество может превратиться в безбрежное море однородного излучения, либо продолжится рассеивание темных холодных масс. В неясном далеком будущем прошедшая эпоха звездной активности может оказаться лишь кратчайшим мгновением в бесконечной жизни Вселенной.
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 320 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
Современная космология
С самых ранних веков человечество задавалось вопросами о том, какое место оно занимает в мире, что его окружает и как это называется. Как оказалось, звёзды и планеты являются частицами Вселенной, в которой мы находимся. Знания об этих элементах, теории о возникновении мира, физические гипотезы, математические законы, философия – все это впоследствии включилось в одну единую науку. Которую, как известно, назвали космология. Далее мы хотели бы рассказать об основах современной космологии, ее достижениях и концептуальных взглядах.
Космология
Возникновение современной космологии
Если говорить о периоде, когда вышеназванная наука получила наибольшее развитие, то стоит сказать о 20 веке. Тогда Альберт Эйнштейн выдвинул сразу несколько теорий относительно Вселенной. Впоследствии он доказал их на примере уравнения гравитационного поля. Обозначенные исследования были связаны с общей теорией относительности. Которая, к тому же, на тот момент получила общественную огласку.
Альберт Эйнштейн
В своем первой работе (Космологические соображения к общей теории относительности) Эйнштейн вывел три предположения. В них он рассматривал Вселенную однородной, стационарной и изотропной.
Как мы уже сказали, для доказательства сказанного он использовал уравнения гравитационного пола. Интересно, что в него учёный ввёл дополнительную переменную. В итоге, удалось получить решение задачи. Именно оно послужило доказательством его предположений. Получается, что Вселенная имеет определенные границы и положительную кривизну.
Однако, на этом исследования не закончились. Следующим работу над уравнением продолжил Александр Александрович Фридман (1922 г). Он выдвинул другое, нестационарное решение. Согласно его мнению, Вселенная расширялась из начальной сингулярности.
Физик Александр Александрович Фридман
Впоследствии предположение Фридмана подтвердилось. В то время, когда Эдвин Хаббл открыл космологическое красное смещение. За счет вышеназванных открытий удалось получить актуальную и в данный момент теорию Большого Взрыва. Если говорить обобщенно, фундаментом современной космологии являются именно открытия 20 века. Несмотря на то, что начало изучения науки было положено в гораздо более ранние времена.
На самом деле современная космология установила возраст вселенной. По примерным подсчетам учёных он составляет 13,8 миллиарда лет.
Принятая в настоящее время периодизация
На данный момент самой ранней эпохой считается планковское время. Потому как наиболее ранние теоретические идеи возникли именно в этот период. Согласно имеющимся данным, в этом периоде гравитационное взаимодействие стало самостоятельным. К тому же, оно отделилось от остальных фундаментальных сил. Следующий период обозначается в науке, как появление первых частиц кварков и разделение сил взаимодействия. Так как эпоха обусловлена более поздним промежутком времени, то ученые смогли получить достаточно подробное описание всех происходящих тогда процессов.
По-видимому, последний же отрезок характеризуется созданием небесных тел (звезд), галактики и Солнечной системы в целом. Более того, это время и по сей день считается незавершённым.
Стоит отметить, что одной из одной из важнейших эр для эволюции Вселенной является эра рекомбинации. Именно в это время Вселенная стала прозрачной для излучения, а значит его можно увидеть, например, в виде реликтового фона. Подобный эксперимент стал наглядным подтверждением наличия моделей Вселенной.
Реликтовое излучение
Развитие современной космологии как науки
Прежде, чем перейти к современным достижениям в области космологии, стоит сказать о некоторых других этапах исследований. В первую очередь нужно отметить труды Николая Коперника (15 век). В своих работах он обобщил все накопленные за прошлые периоды знания. Сюда же вошли труды Самосского, Леонардо да Винчи, Гераклита и Кузо. Основой идеи стало то, что Солнечная система была инерциальной. То есть, в центре находилось солнце. вокруг которого двигались планеты, в том числе и Земля.
Солнечная система
Несколько позднее свой вклад в космологию внес Кеплер. В конце концов, он основал три важнейшие теории. На самом деле именно их впоследствии использовал Ньютон для законов динамики. В остальном же, другие наиболее существенные открытия произошли в 20 веке. Как мы уже упоминали выше, первыми своими наработками поделились Эйнштейн, Фридман и Хаббл. Далее же Фриц Цвикки выдвигает идею о существовании определенного вещества. Которое не реагирует с электромагнитным излучением, но участвует в гравитационном воздействии. Его решили назвать темной материей.
Тёмная материя
Следующими выделились Гамов (с теорией горячей Вселенной), Пензиас и Вилсон (которые открыли изотропный источник помех в радиодиапазоне).
В заключении, можно сказать что физические законы достаточно плотно связаны с космологией. Так как многие результаты и доказательства теорий были обоснованы именно с физической точки зрения.
Основные концептуальные взгляды космологии
На самом деле идей возникновения Вселенной несколько. Одну из них можно назвать теологической. То есть той, которая прописана в Библии. Согласно писаниям, до определенного момента Вселенная была скрыта от других и являлась чем-то невидимым, недостижимым для чужих глаз.
Вселенная
Другие же предположения исходили из научных соображений. Первым был Эйнштейн, утверждавший, что Вселенная находится в стационарном положении. Впоследствии его опроверг Фридман, доказавший ее сужение и расширение за счет определенных движений. Далее, по результатам исследований Хаббла, выяснились наиболее точные расстояния от других галактик и была создана теория Большого взрыва.
Источник
Физическая Вселенная: современная космология.
Одной из основных концепций современного естествознания является космология – учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого. Выводы космологии основываются как на законах физики, так и на данных наблюдательной астрономии. Космология в своей структуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень философских предпосылок, философских оснований.
Космический объект — небесное тело, находящиеся за пределами земной атмосферы в космическом пространстве. К естественным космическим объектам относятся звёзды, планеты и их естественные спутники, астероиды, кометы и т.п.
Космические исследования имеют огромное научное и познавательное значение. Они обогащают новыми открытиями и новыми научными результатами физику и космологию, геофизику и аэрономию, метеорологию и биологию, дают ценный экспериментальный материал о структуре околоземного космического пространства, о Луне и ближайших планетах, о процессах, протекающих в атмосфере Земли, и их связи с активностью Солнца, о строении вещества. Эти новые факты уточняют, а иногда и меняют наши представления об окружающей нас материи.
Эпоха космических исследований с использованием средств непосредственного исследования межпланетного космического пространства Луны и ближайших планет, средств внеатмосферной астрономии, исследование Земли и ее атмосферы из космоса — это новый этап в развитии науки вообще, качественно новый этап в исследовательской деятельности человека, в развитии методов и средств познания тайн природы. С этой эпохой связано дальнейшее укрепление материалистической теории познания, укрепление принципов марксистской философии и материалистического объяснения окружающего нас мира.
Исследования, проводимые в рамках различных направлений науки, целью которых является познание Вселенной, ее строения и процессов, протекающих в ее просторах и распределенных в ней космических телах, — это одна из наиболее широких сфер исследовательской деятельности человека, в которой диалектический процесс познания является весьма плодотворным и уже дал много ярких результатов. За короткий строк космические исследования обогатили науку многими выдающимися открытиями в изучении Луны и ближайших планет, позволили узнать много нового о нашей Земле как о космическом объекте. С появлением возможности вывода в космос спутников, автоматических станций и пилотируемых космических кораблей космические исследования в нашей стране развивались в трех основных направлениях:
исследование околоземного космического пространства с помощью геофизических ракет, спутников и космических кораблей,
исследование Луны и планет,
медико-биологические исследования и полеты человека в космическое пространство.
Реликтовое излучение — космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности.
Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.
Источник