Меню

Конечность бесконечность вселенной реферат

Глава 31.Конечность и бесконечность Вселенной.

Наука, которая изучает Вселенную как единое целое, называется космологией.

Взгляд человека, вооруженный достижениями техники, в настоящее время способен проникать до самых отдаленных уголков наблюдаемого космоса. Все пространство, которое доступно человеку для наблюдений, условились называть Вселенная.

Существование начала Вселенной было определено религией, как божественный акт творения. Но если у какого-либо объекта или явления есть начало – будет ли данное явление или данный объект конечным? Над вопросом, есть ли у Вселенной конец, размышляли многие философы и ученые в истории человечества. Это вопрос по наследству от предков достался и современному поколению.

Рис. 31/1. Эдвин Хаббл.

В 1929 году Хаббл сообщил об открытии им фундаментальной закономерности. Он обнаружил, что линии спектров всех наблюдаемых галактик, за исключением самых близких из них, смещены в красную сторону спектра. Явление смещения линий называется эффектом Доплера, и характеризует скорость движения объекта вдоль луча зрения наблюдателя.

Рис.31/2. Эффект Доплера – смещение линий спектра в красную область.

Хаббл также выяснил, что чем слабее наблюдается галактика, тем сильнее смещены ее спектральные линии. Поскольку слабый блеск галактики в общем свидетельствует об ее большей удаленности, то чем дальше галактика, тем выше скорость ее движения в противоположную от нас сторону, то есть, скорость удаления галактики пропорциональна ее расстоянию. Исследовав практически все наблюдавшиеся на тот момент времени галактики, Хаббл пришел к выводу, что это является фундаментальным законом Вселенной. Теперь он носит название закона Хаббла.

Принятие закона Хаббла должно неизбежно приводить к выводу, что все галактики (или материя, из которой они сформировались) некогда в прошлом (как давно, это зависит от величины коэффициента пропорциональности) вылетели одновременно, но с разными скоростями из некоторого сравнительно малого объема.Вывод Хаббла об имевшем место начальном моменте существования всей наблюдаемой Вселенной настораживал многих астрономов и вызывал у них недоверие к закону Хаббла. Радикально настроенным ученым казалось, что этот вывод прямо подтверждает религиозные воззрения о божественном акте творения. Но попытки игнорировать закон, основанный на точных наблюдениях, никогда не приводят к научному прогрессу. В наши дни закон Хаббла неоднократно подтверждался и проверялся различными методами наблюдений и исследований, и признан справедливым.

Закон Хаббла в общем виде выражается формулой v = H*r, где Н – некоторый коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. Именно этот коэффициент и определяет возраст наблюдаемой Вселенной, поэтому его установлению и уточнению было посвящено много разных работ.

Рис.31/3. Галактика NGC4321, сыгравшая большую роль при определении константы Хаббла.

Разные печатные и интернет-источники дают разные значения константы Хаббла. На 2016 год эта величина была уточнена до 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпс. Встречается также величина около 60 км/с*Мпс. Таким образом, в современную эпоху две галактики, разделенные расстоянием в 1 Мпс, в среднем разлетаются со скоростью около 60 — 70 км/с. По уточненной константе Хаббла возраст Вселенной составляет около (4,354 ± 0,012)·10 17 с или (13,798 ± 0,037)·10 9 лет.

Теоретические основы космологии, заложенные А. Эйнштейном, опираются на два главных наблюдаемых явления.

Рис.31/4. Альберт Эйнштейн.

Первое состоит в том, что галактики распространены по небу равномерно, если не считать области вдоль плоскости галактического экватора, где облака диффузной материи поглощают их свет, делая для нас невидимыми. Второе важное наблюдаемое явление – закон разбегания галактик во все стороны со скоростями, пропорциональными их расстояниям. Сопоставление этих наблюдаемых явлений приводит к выводу, что Вселенная, когда-то образовавшись, подобна однородному расширяющемуся шару.

Если при данной скорости расширения плотность материи в шаре достаточно велика, то гравитационные силы (силы притяжения) будут в состоянии замедлить, а потом и вовсе остановить расширение, и сменить его сжатием. Если же плотность материи мала, и гравитационные силы, следовательно, слабы, то процесс расширения никогда не прекратится, Вселенная будет расширяться безгранично, и средняя плотность материи в ней будет стремиться к нулю.

Существует, очевидно, некоторое критическое значение плотности материи во Вселенной ρ0. Если при действующей в настоящее время постоянной Хаббла Н средняя плотность материи во Вселенной будет больше данного критического значения, то когда-то в будущем расширение Вселенной закончится и сменится сжатием. Если же средняя плотность материи равна ρ0 или меньше, то экспансияВселенной будет продолжаться безгранично.

Справедливо и обратное утверждение: если задана некоторая средняя плотность материи, то существует некоторое критическое значение постоянной Хаббла Н0. Если действительное значение константы Хаббла меньше Н0, то расширение Вселенной сменится сжатием, если же равно или больше – Вселенная будет расширяться безгранично.

Эти соотношения по смыслу близки к тем, которые связывают среднюю плотность Земли (ее массу) и критическую (вторую космическую) скорость, необходимую телу для того, чтобы оно бесконечно удалялось от Земли.

Согласно законам релятивистской теории Эйнштейна (теории относительности), существуют соотношения между понятиями пространства, материи и времени. Не существует пространства без материи, не существует времени без материи и пространства. Поэтому, если средняя плотность материи больше ρ0, то гравитация замыкает пространство само на себя. Такую Вселенную принято называть закрытой.

Рис.31/5. Риман (1826 – 1866).

Аналогией для понимания закрытойВселенной служит поверхность сферы – она имеет ограниченную площадь, но на ней не существует ни центральных, ни граничных точек, все точки по своему положению равноправны. Законы геометрии, действующие в такой Вселенной отличаются от привычных нам евклидовых. Такая геометрия называется римановой ( по фамилии математика Римана, создавшего ее).

Читайте также:  Топ 10 всего самого большого во вселенной

Если средняя плотность материи в точности равна ρ0 (что, конечно же, крайне маловероятно), то во всем пространстве Вселенной действуют законы евклидовойгеометрии, и аналогией такой Вселенной может служить плоскость.

Рис.31/6. Н. И. Лобачевский (1792 – 1856)

Если же в природе осуществилась третья возможность, и средняя плотность материи меньше значения ρ0, то в пространстве бесконечно расширяющейся Вселенной должны действовать законы еще одной системы геометрии – геометрии Лобачевского. Некоторой аналогией такой расширяющейся, или, как говорят, открытой Вселенной, может служить гиперболический параболоид, имеющий седлообразную форму, хотя он имеет центр, а расширяющаяся Вселенная центра не имеет.

Деятельность человека ограничена пока очень малой областью пространства, отклонения от геометрии Евклида ничтожны и не могут быть обнаружены.

Итак, в какой же Вселенной мы живем?

ρ0= 3Н 2 /8πG, где Н – константа Хаббла, G– гравитационная постоянная

(G = 6,67408(31)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 , или Н·м²·кг −2 ).

Так как значения константы Хаббла сильно различаются у разных авторов, то и значение критической плотность также различно. Критическая плотность варьирует

5*10 -30 -2*10 -29 г/см 3 ; 10 -29 г/см 3 ; 9,31·10 −30 г/см 3 .

В 1989 году значение критической плотности считалось приблизительно равным

По оценкам астрономов, средняя плотность видимого светящегося вещества, а также диффузной материи лежит в пределах от 2*10 -31 до 5*10 -31 г/см 3 . Эта величина заметно меньше критической плотности. Пока не будет убедительно доказано существование во Вселенной какого-то еще вида материи (энергии), влияющего на величину средней плотности, Вселенная считается открытой.

Мы ответили на вопрос конечности Вселенной в пространстве. По релятивистской теории Эйнштейна(теории относительности) не существует пространства без времени, равно как и времени без пространства. Значит, Вселенная, будучи открытой, то есть, бесконечно расширяющейся, должна быть и бесконечной во времени.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник

Сообщение по физике на тему :»Бесконечность Вселенной.Расширение Вселенной.Модель горячей вселенной»

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области
«Каменский техникум строительства и автосервиса»

По дисциплине: ОУД. 08 Физика

На тему: «Бесконечность Вселенной. Расширение Вселенной. Модель горячей вселенной.»

Обучающейся 2 курса

Сообщение по теме: Бесконечность Вселенной. Расширение Вселенной. Модель горячей вселенной

Вселенная — это прежде всего процесс, характерными особенностями которого являются непрерывное движение и непрестанные переходы материи из одного состояния в другое. Поэтому бесконечность Вселенной — это и бесконечное разнообразие форм движения, видов материи, физических процессов, взаимосвязей и взаимодействий и даже свойств конкретных объектов.

Данные науки свидетельствуют о том, что при изучении свойств реального мира мы во всяком случае сталкиваемся с тем, что можно назвать физической, или практической, бесконечностью. Например, мы встречаемся с настолько большими (или настолько малыми) величинами, что, с определенной точки зрения, они ничем не отличаются от бесконечности. Эти величины лежат за тем количественным пределом, за которым любые их дальнейшие изменения уже не оказывают сколько-нибудь заметного влияния на существо рассматриваемого процесса.
Таким образом, бесконечность бесспорно существует объективно. Более того, как в физике, так и в математике мы сталкиваемся с понятием бесконечности чуть ли не на каждом шагу. Это не случайность. Обе эти науки, в особенности физика, несмотря па кажущуюся абстрактность многих положений, в конечном счете, всегда отталкивается от реальной действительности. Значит, природа, Вселенная в самом деле обладает некоторыми свойствами, которые отражаются в понятии бесконечности.
Совокупность этих свойств и может быть названа реальной бесконечностью Вселенной.

Расширение Вселенной — воображаемый процесс почти однородного и почти изотропного расширения космического пространства после гипотетического появления Вселенной, в результате так называемого «Большого взрыва». Предполагается, что расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Теоретически явление было предсказано А. Фридманом на раннем этапе разработки общей теорией относительности из общефилософских соображений об однородности и изотропности Вселенной.
Прямыми доказательствами наличия расширения Вселенной физика в настоящий момент не располагает, а также ставит под сомнение соответствие природе модели «Большого взрыва», исторически (по ошибке) называемой теорией. Никто не измерял точное расстояние до удаленных галактик и не показал что оно постоянно увеличивается.
В конце ХХ века появились утверждения, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется ускоренно. Такой вывод был сделан на основе наблюдения за спектрами сверхновых типа Ia. В действительности было обнаружено отклонение от закона Хаббла, что может говорить о его неточности или неверности (в рамках всей Вселенной).

Читайте также:  Конспект урока по географии 6 класса мы во вселенной

Модель горячей Вселенной — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении.

Источник

Бесконечность Вселенной: как понять и осознать космос

Современная космология возникла в XX веке с развитием Общей Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Именно эта наука изучает эволюцию Вселенной в целом. Многие парадоксы классической космологии вызывают интерес: фотометрический парадокс (почему ночью темно?), термодинамический парадокс (почему не наступило тепловое равновесие?), гравитационный парадокс (закон всемирного тяготения не объясняет гравитационное поле, создаваемое бесконечной системой масс).

Но один из главных вопросов, волнующий учёных, звучит так: бесконечна ли Вселенная? Бесконечна ли вселенная с точки зрения математики, физики, философии? Как представить бесконечность космоса? Ответы на эти вопросы помогут взглянуть на будущее человечества под другим углом.

Как доказать бесконечность Вселенной?

Космология Джордано Бруно

Джордано Бруно стал одним из первых, кто попытался ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения философии — и доказать это в своих трактатах: «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах». Однако его аргументы пересекались с теологией и основывались на божественном начале:

  1. Первое доказательство: принцип полноты. Если бог, сотворивший Вселенную, всемогущ и бесконечен, то и Вселенная бесконечна.
  2. Второе доказательство: принцип отсутствия основания. Если бог сотворил мир в одной точке пространства, то сотворил его в и в другой.
  3. Третье доказательство: вне Вселенной ничего нет, поэтому ничто не может её ограничить.

Эти выводы Бруно приводил с точки зрения философии и теологии, поэтому они имеют не научное, а культурное и историческое значение. Современная же наука хочет ответить на вопрос: бесконечна ли Вселенная с точки зрения математики и философии.

Памятник Джордано Бруно в Италии

Современная космология. Расширяющаяся Вселенная

На данный момент учёные доказали, что правильная модель Вселенной — расширяющаяся Вселенная, а не стационарная, как считалось столетиями до XX века. Это открытие совершил Эдвин Хаббл на основании эффекта Доплера (красное смещение).

Чтобы наглядно представить эффект Доплера, прислушайтесь к проезжающему мимо вас автомобилю. Когда он приближается, звук его двигателя кажется громче, что соответствует более высокой частоте звуковых волн; когда удаляется, звук двигателя кажется более низким, что соответствует более низкой частоте звуковых волн. Аналогичное происходит со световыми волнами.

Величина красного смещения пропорциональна расстоянию — чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Все галактики имеют красное смещение. Это означает, что все они удаляются от нас. Следовательно, Вселенная расширяется.

Красное смещение: принцип действия

Однако долгое время считалось, что Вселенная стационарна. Главная теория, на которой строится современная космология, — Общая Теория Относительности, — предполагает, что Вселенная стационарна.

Теоретически доказать обратное смог Александр Фридман, что после экспериментально подтвердил своим открытием Эдвин Хаббл.

Модели Фридмана

На основе ОТО Альберта Эйнштейна Александр Фридман сделал два предположения:

  • Вселенная выглядит одинаково при наблюдении в любом направлении;
  • Это справедливо при наблюдении из любой точки пространства;

Благодаря этим предположениям были созданы модели Вселенной, которые можно разделить на два типа:

  1. Если средняя плотность вещества меньше или равна определённому критическому значению, то идея бесконечности Вселенной подтвердится. В этом случае её сегодняшнее расширение будет продолжаться вечно.
  2. Если средняя плотность больше критической, то создаваемое веществом гравитационное поле заставит Вселенную замкнуть саму себя. Она будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Затем гравитационные поля остановят расширение Вселенной и заставят её перейти в состояние сингулярности.

Критическая плотность пропорциональна квадрату параметра Хаббла. Если взять значение 15 км/с на миллион световых лет, получится критическая плотность, равная 5×10^30 грамм на кубический сантиметр, или три атома водорода на тысячу литров космического пространства.

Современные модели Вселенной (космологические теории)

Ускорение расширяющейся Вселенной

Вселенная не просто расширяется — она расширяется с ускорением. Это открытие было сделано в конце 1990-х Солом Перлмуттером, Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом при наблюдении сверхновых типа Ia. Яркость взрыва этих звёзд практически неизменна, поэтому по яркости света с Земли можно определить расстояние, на котором взрыв произошёл.

Другой способ определения расстояния — эффект Доплера (красное смещение). Результаты должны быть одинаковы, однако расстояние, вычисленное при помощи сверхновых Ia, превышало значение, определённое по методу красного смещения. Единственным объяснением было то, что Вселенная расширяется с ускорением.

На данный момент исследования в области космологии продолжаются. Одни учёные защищают бесконечность времени и пространства вселенной, другие — конечность. Но каким образом можно доказать истинность той или иной точки зрения?

Наиболее популярная модель нашей Вселенной, включающая темную энергию. Первые 6-7 млрд. лет галактики двигались с замедлением, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.

Можно ли доказать бесконечность Вселенной?

Первая попытка: космическое путешествие

Самый простой для понимания и сложный для исполнения способ — космическое путешествие. Для его представления следует сделать ряд допущений:

  • Космический корабль должен двигаться со сверхсветовой скоростью (299 792 458 м/с) и иметь бесконечный запас топлива;
  • Путешественник должен быть бессмертен и не иметь потребностей.
Читайте также:  Идеи для комикса своей вселенной

Если Вселенная бесконечна, то путешественник будет вечно двигаться на космическом корабле по бесконечному пространству. Он никогда не сможет понять, действительно ли бесконечен космос. Даже пройдя огромные расстояния, путешественник не сможет утверждать, что Вселенная не имеет края, ведь он попросту не осознает это. Проблема состоит в понимании бесконечности: трудно представить её теоретически и невозможно на практике — у неё нет аналога.

Вторая попытка: изучение Большого взрыва

Большой взрыв является общепринятой космологической моделью рождения Вселенной. Его исследование помогает открывать свойства современного космоса и, возможно, поможет найти ответ на интересующий нас вопрос. Однако доподлинно неизвестно, почему произошёл Большой взрыв — учёные не пришли к окончательному выводу.

Хронология Большого взрыва. Температура указана в кельвинах. Источник: starcatalog.ru.

Третья попытка: измерение плотности вещества

Как было сказано, если плотность вещества меньше или равна некоторому критическому значению, то Вселенная бесконечна. Если больше критического значения, то конечна. По сегодняшним данным наиболее вероятно, что плотность вещества меньше или равна критическому значению, следовательно, Вселенная плоская и бесконечна.

Однако существуют другие формы материи: тёмная материя и и экзотические формы материи, которые мы не можем наблюдать и исследовать. Они могут нарушить баланс, и значение плотности станет выше критического.

Сейчас учёные исследуют Вселенную, чтобы дать ответ на вопрос о её бесконечности. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

  • Стивен Хокинг — «Краткая история времени», «Теория всего», «Краткие ответы на большие вопросы», «Кратчайшая история времени», «О вселенной в двух словах», «Природа пространства и времени»
  • Стивен Вайнберг — «Гравитация и космология», «Первые три минуты», «Объясняя мир»
  • Константин Циолковский — «Жизнь Вселенной»
  • Нил Деграсс Тайсон — «Астрофизика с космической скоростью», «История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции»
  • Аристотель — «О небе»
  • Джордано Бруно — «Пир на пепле», «О бесконечном, Вселенной и мирах».
  • В.Н. Лукаш, Е. В. Михеева — «Актуальные проблемы космологии»
  • Д. Шама — «Современная космология»
  • Ф. Пиблс — «Физическая космология»
  • Дэйв Голберг — «Вселенная в зеркале заднего вида»

Книги, которые стоит прочесть для понимания современных космологических теорий

Что посмотреть?

  • «Удивительное путешествие от Земли до конца вселенной — живём ли мы в бесконечной вселенной?» — National geographic
  • «Наша бесконечная Вселенная» — К.Р. Коллинз
  • «Путешествие на край Вселенной» — National geographic
  • «Телескоп Хаббл в 3D» — Тони Майерс
  • «Бесконечная бесконечность» — BBC Horizon
  • «Каковы размеры Вселенной» — BBC Horizon

Бесконечность Вселенной — FAQ

Это была информация о бесконечности Вселенной, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Сейчас наиболее вероятно, что Вселенная бесконечна. Это подтверждают недавние исследования. Учёные с точностью до 1% смогли измерить дистанции между галактиками на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли, что позволило сделать вывод о модели Вселенной. Астрономы говорят, что их результаты согласуются и подтверждают теорию о плоской бесконечной Вселенной.

Пример с бессмертным космическим путешественником подтверждает, что участнику событий представить бесконечность невозможно, но наблюдатель сможет это сделать. Представьте отрезок, на одном конце которого ноль, а на другом единица, и попробуйте отметить ещё одно число в интервале между нулём и единицей. 0,5? Есть числа меньше. 0, 25? Ещё меньше. Это только рациональные числа. А если постепенно помещать на числовую прямую в этот интервал действительные числа — рациональные и иррациональные? Вы будете перебирать их вечно. Это и есть наглядная демонстрация бесконечности. Аналогичное происходит с бесконечной Вселенной.

Такая модель будет конечной, но неограниченной, как сферическая поверхность. Не будет условной стены или края: Вселенная будет замыкать саму себя. Если мы будем двигаться из определённой точки пространства в определённом направлении, рано или поздно мы вернёмся в эту точку.

Учёные считают, что ускорение расширяющейся Вселенной связано с воздействием на неё тёмной энергии.

Тёмная энергия — особый вид энергии, который невозможно обнаружить с помощью стандартных методов наблюдения. Считается, что тёмная энергия управляет процессами, происходящими во Вселенной. Однако сейчас она мало изучена, поэтому выводы делать рано.

Тёмная материя — особый вид материи, не взаимодействующий с электромагнитным излучением, поэтому названа «тёмной». Единственная сила, с которой взаимодействует тёмная материя, — гравитационная сила. Этот вид материи был обнаружен благодаря воздействию гравитации.

Вселенная расширяется достаточно медленно, вследствие чего гравитационное притяжение между галактиками замедляет его, а затем останавливает. После галактики начинают сближаться друг с другом, и Вселенная сжимается. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, затем увеличивается до критического значения, а после снова равно нулю.

Вселенная расширяется настолько быстро, что гравитационное притяжение не может остановить его, лишь немного замедляет. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, но в конечном счёте они разлетаются с постоянной скоростью.

Вселенная расширяется, и этой скорости достаточно для того, чтобы предотвратить сжатие. Расстояние между двумя соседними галактиками сначала равно нулю, оно постоянно растёт. В таком случае скорость разлёта галактик уменьшается, но никогда не будет равняться нулю.

Источник

➤ Adblock
detector