Как образовалась Вселенная
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала.
Определение Вселенной
Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.
Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все».
В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной.
Теории происхождения Вселенной
Креационизм: все создал Господь Бог
Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога.
Например, Альберт Эйнштейн говорил:
«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им.»
Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается.
Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Теория Большого взрыв
Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон.
Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения. Два этих явления — самые весомые доводы в пользу правильности теории.
Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется.
Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае не рассматривается, когда и почему Вселенная начала расширяться. В основе большинства моделей лежит общая теория относительности и её геометрический взгляд на природу гравитации.
Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.
Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с температурой всего 2,7 Кельвин.
Теория эволюции крупномасштабных структур
Как показывают данные по реликтовому фону, в момент отделения излучения от вещества Вселенная была фактически однородна, флуктуации вещества были крайне малыми, и это представляет собой значительную проблему.
Вторая проблема — ячеистая структура сверхскоплений галактик и одновременно сфероподобная — у скоплений меньших размеров. Любая теория, пытающаяся объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, в обязательном порядке должна решить эти две проблемы.
Современная теория формирования крупномасштабной структуры, как впрочем и отдельных галактик, носит названия «иерархическая теория».
Суть — вначале галактики были небольшие по размеру (примерно как Магеллановы облака ), но со временем они сливаются, образуя всё большие галактики.
В последнее время верность теории поставлена под вопрос.
Теория струн
Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса.
Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.
Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.
Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.
Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде
Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные.
Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
Теория Ли Смолина
Эта теория достаточно известна и предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.
Эволюция Вселенной
Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты.
Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).
Что было до появления Вселенной
Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся Вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва, один из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился Большой взрыв?
Этот вопрос современной космологии уходит корнями еще в четвертое столетие нашей эры. 1600 лет назад теолог Августин Блаженный как и один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пытались понять природу до сотворения Вселенной. Они пришли к выводу , что просто не было никакого «до».
В настоящее время человеком выдвигаются различные теории.
Теория Мультивселенной
Что если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.
Но, как выяснилось, нет. Последние исследования дали понять, что Вселенная на самом деле однобока, и в некоторых областях флуктуаций больше, чем в других. Некоторые космологи считают, что это наблюдение подтверждает, что у нашей Вселенной была «мать»(!)
В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве Мультивселенных.
Теория белых и черных дыр
Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.
Большой скачок
Другие ученые считают, что в основе формирования сингулярности лежит цикл под названием «большой скачок», в результате которого расширяющаяся вселенная в итоге коллапсирует сама в себя, порождая другую сингулярность, которая, опять же, порождает другой большой взрыв.
Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования Вселенной.
Теория циклической Вселенной
Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.
Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая Вселенная или другая версия нашей. Может, океан Вселенных, в каждой из которых — свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.
Проблемы современных моделей рождения и эволюции Вселенной
Многие теории, касающиеся Вселенной в последнее время сталкиваются с проблемами, как теоретического, так и, что более важно, наблюдательного характера:
- Вопрос о форме Вселенной является важным открытым вопросом космологии. Говоря математическим языком, перед нами стоит проблема поиска трёхмерного пространственного сечения Вселенной, то есть такой фигуры, которая наилучшим образом представляет пространственный аспект Вселенной.
- Неизвестно, является ли Вселенная глобально пространственно плоской, то есть применимы ли законы Евклидовой геометрии на самых больших масштабах.
- Также неизвестно, является ли Вселенная односвязной или многосвязной. Согласно стандартной модели расширения, Вселенная не имеет пространственных границ, но может быть пространственно конечна.
- Существуют предположения, что Вселенная изначально родилась вращающейся. Классическим представлением о зарождении является идея об изотропности Большого взрыва, то есть о распространении энергии одинаково во все стороны. Однако появилась и получила некоторое подтверждение конкурирующая гипотеза о наличии изначального момента вращения Вселенной.
Видео
Источник
География
План урока:
Земля – часть Солнечной системы
В ясную ночь очень интересно наблюдать за небом: сверкает луна и тысячи сияющих звезд раскиданы по нему. Возникает ощущение, что оно безгранично. Та часть, которую мы видим, очень мала. В действительности весь существующий мир бесконечен в пространстве. Свое название он получил от греков – космос или Вселенная.
Земля считается планетой и расположена в пределах Солнечной системы. Составными ее частями считаются: Солнце, девять больших планет, астероиды, кометы, метеорные тела. Остановимся подробнее на строении Солнечной системы.
- Какая часть Солнечной системы наиболее значительная? Центральной частью считается близко расположенная к нашей планете звезда – Солнце. Это тело можно сравнить с горячим шаром в Солнечной системе. Ее поверхность накалена до шести тысяч градусов, а внутри еще больше. Поэтому звезда распространяет свет, перемещающийся с высокой скоростью. До нашей планеты освещение доходит приблизительно за 8 минут.
- Вокруг Солнца обращаются плотные шарообразные тела, называемые планетами. В Солнечной системе есть большие и малые планеты. Какая Земля планета в Солнечной системе? Наша планета относится к большим, как и еще 8 других. Познакомимся с большими планетами Солнечной системы на рисунке.
На рисунке хорошо видны размеры планет. В Солнечной системе есть планеты намного больше, чем Земля.
У многих планет есть спутники. Например, у Юпитера двенадцать, у Сатурна девять, а у Земли спутником считается Луна.
Из всех планет Солнечной системы особенной считается Земля. Отличием является наличие живых организмов. Какая по форме планета Земля интересовало людей издавна. Шарообразность Земли была доказана Фернандо Магелланом. Однако, людей интересовала не только форма, но и размеры планеты. Ученый Эратосфен определил радиус планеты Земля очень точно. Его расчеты были близки к современным, определенным современной техникой. А вот по массе Земля занимает 5 место среди планет.
- Также есть и другие тела во Вселенной, не излучающие света. К ним относятся малые планеты или астероиды, кометы, метеоры.
В Солнечной системе насчитывается малых планет около 1600.
Часто встречаются на небосводе кометы – тела с длинным хвостом. Ядро ее представлено глыбой затвердевших газов, а хвост состоит из потока газов и пылинок. С появлением кометы связывают некоторые суеверия. Например, люди предполагали, что появление кометы предвещает несчастье – болезни, голод, войну. Опасались также, что комета может столкнуться с нашей планетой и все погибнут. Однако за прошедшие столетия ничего не произошло, поэтому это лишь вымысел людей.
Метеориты представляют собой обломки комет и астероидов, упавшие на поверхность планеты. Они содержат железо, медь, фосфор и другие вещества. Падают метеориты на Землю из межпланетного пространства в Солнечной системе. Попадая в атмосферу, они могут распадаться на множество мелких обломков, образуя метеоритные дожди.
К небесным телам дальнего космоса относятся звезды, имеющие форму шара и состоящие из газов. Они могут различаться по размерам, по степени раскаленности, а также по удаленности от нашей планеты. Самая близкая к нам звезда – Солнце, обладающая средней величиной.
Звезды в небе располагаются в виде созвездий. Названия им давали в зависимости от формы. Например, созвездие Большая Медведица можно принять за ковш, однако соединив все звезды между собой, получим фигуру медведицы.
Осевое движение Земли
В 17 веке благодаря открытиям Галилея узнали, что не небесные тела движутся вокруг нас, а Земля вращается вокруг своей оси.
Осью обычно считают стержень, располагающийся в центре тела. Около него совершается перемещение. Мы можем ее встретить у разных предметов, например колесо велосипеда или коляски. Ось Земли считается не настоящей, а воображаемой линией и она немного наклонена.
Эта воображаемая линия или ось вращения Земли выходит с двух сторон планеты, эти места принято называть полюсами. С одной стороны расположен Северный, с другой – Южный полис. На равнозначном расстоянии от полюсов проведена окружность – экватор. Эта линия делит планету на два полушария: северное и южное.
Земля обращается вокруг своей оси незаметно для нас. Осевое движение Земли совершается плавно, а вместе с ней вращаемся и мы.
Когда-то люди предполагали, что движение небесных тел протекает с востока на запад.
Однако направлением осевого движения Земли считается перемещение с запада на восток. Получается, что при вращении Земли вокруг своей оси освещается то одна ее часть, то другая. На хорошо освещенной части планеты день, а там, где недостаток света, наступает ночь. Таким образом, следствием осевого движения Земли является смена дня и ночи. Такое движение Земли называется осевым или суточным.
Земля делает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа или за сутки. Скорость движения Земли вокруг оси может различаться в разных местах. Например, на экваторе она достигает приблизительно 1600 км/час.
При движении любого тела начинает действовать центробежная сила, которая растягивает планету в области экватора и сплющивает с полюсов. Поэтому форма Земли не круглая, а сплюснутая, что является следствием движения Земли.
Обращение Земли вокруг Солнца
Помимо осевого существует и орбитальное движение Земли. Путь, который проходит Земля при обращении вокруг Солнца, называют орбитой.
Период обращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год. Солнечный год равен 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Поэтому принято считать 3 года по 365 суток, а 4-й – 366. Этот год получил название високосный.
Скорость обращения Земли составляет 30 км/сек.
Обращение Земли вокруг Солнца Источник
Наклон земной оси играет немаловажную роль при смене сезонов года. От скорости обращения земли вокруг Солнца зависит протяженность времен года.
Многие ребята хотели бы, чтобы постоянно было лето. Однако такого не бывает. За жарким летом идет прохладная осень, которая сменяется морозной зимой. На место ледяной зимы вступает теплая весна и лето. Однако период обращения Земли по своей орбите вокруг Солнца равен году и замена сезонов происходит систематично.
Следствием обращения Земли вокруг Солнца считается неравномерное получение тепла в разных полушариях.
На рисунке видно как происходит освещение планеты. Россия находится в северном полушарии. Если планета поворачивается этой стороной к Солнцу, то тепла здесь будет больше и наступит лето. Земля делает свое обращение вокруг Солнца за определенный период и поворачивается в другую сторону. Тогда в наше полушарие приходит зима.
От наклона оси зависит неравенство дня и ночи. Часто встречаются такие понятия как солнцестояние и равноденствие.
Предположите, что Земля прекратила свое обращение вокруг Солнца или вокруг своей оси. Планета стала бы располагаться одной стороной к источнику света. Температура бы здесь стала достигать более 100 0 и произошло бы испарение всей воды. Другая сторона, до которой не доходит излучение, пошла по пути оледенения.
Из всего сказанного становится понятно, что все виды движения Земли играют большую роль для жизни на планете.
Влияние космоса на Землю и жизнь людей
Люди во все времена пытались постичь загадки космоса и изучить его влияние на земную жизнь. Однако, даже с появлением современной техники влияние космоса на планету Земля изучено недостаточно. Самая ближайшая часть космоса – это Солнечная система. Именно о ее воздействии известно более всего.
- Под влиянием космоса происходит притяжение Луны, Солнца и Земли, и осуществляются приливно-отливные явления в Мировом океане. В морях и океанах два раза в сутки вода поднимается, заливая низкие берега, и два раза опускается. Такие подъем и спад воды называются приливами и отливами.
Это воздействие космоса на планету Земля человек научился использовать в своей жизни. Приливы и отливы дают людям бесплатную энергию, которая вырабатывается на экологически чистых предприятиях – приливных гидроэлектростанциях.
Приливная электростанция во Франции
- Влияние космоса проявляется также в поступлении тепла на нашу планету. Эту энергию мы получаем от Солнца, которая служит источником тепла и основным двигателем процессов, происходящих на планете. Без этого мы и другие живые организмы не смогли бы существовать.
Во все края исходит излучение от небесного светила. При остывании Солнца наш мир окунется в темноту. Не будет тепла, и живые организмы погибнут от холода. Наступила бы еще одна эпоха оледенения.
Существует и другая сторона влияния Солнца из космоса на Землю. Ее излучение содержит в себе большое количество ультрафиолета. Наша планета защищена озоновым экраном, через который проникает лишь небольшая доля ультрафиолетового излучения.
При всем при этом, если в этом экране будут дыры, то живые организмы получат ожоги различной тяжести. Человек оказывает большое влияние на космос, и постепенно озоновый экран истончается. Этому способствует загрязнение нашего места обитания. Поэтому необходимо решать экологические проблемы на нашей планете для сохранения жизни.
- Солнце посылает на Землю потоки заряженных частиц. Из глубин космоса в верхние слои земной атмосферы проникают невидимые глазом лучи, которые оказывают влияние на жизнь людей. Эти потоки порождают на Земле магнитные бури, полярные сияния и так далее.
Во многом на организм человека оказывают влияние магнитные бури, зарождающиеся в космосе.
На них обычно реагируют люди с заболеваниями сердечно-сосудистой и нервной систем. У них при этом могут появляться головные боли, повышается или понижается артериальное давление, наступает быстрая утомляемость, могут быть обмороки.
- Земля в силу всемирного тяготения проявляет свое влияние на небесные тела, и другие небесные тела из космоса воздействуют на ее жизнь. Например, на поверхность Земли могут падать метеориты, принося разрушения. В 1908 году это произошло с Тунгусским метеоритом, который образовал при падении огромный кратер, и вследствие взрыва были уничтожены в этом районе деревья.
Влияние дальнего космоса на жизнь людей и планеты Земля не изучено достаточно хорошо. Человечество издавна изучает Вселенную и ее интересует вопрос: а есть ли жизнь на других планетах? Пока есть только предположения ученых, что на каждый миллион звезд приходится одна обитаемая планета. Возможно в ближайшем будущем эти тайны и загадки Вселенной будут разгаданы.
Источник