Теория нестационарной вселенной кратко

Теория нестационарного состояния Вселенной (А. Эйнштейн, А. Фридман, Э. Хаббл, Г. Гамов, А. Гут, А.Д. Линде)

1. Нестационарность означает:

· Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

· либо Вселенная сжимается;

· либо во Вселенной чередуются циклы сжатия и расширения.

2. Вселенная конечна в пространстве и имеет начало и конец во времени.

3. Базируется на постулатах Специальной (1905) и Общей (1916) теории относительности А. Эйнштейна.

В рамках теории нестационарного состояния Вселенной существуют несколько концепций.

1. Теория Большого взрыва. В ее разработке приняли участиеДж. Леметр, А. Фридман, Э. Хаббл, Г. Гамов.

Согласно этой теории вся существовавшая и существующая сейчас во Вселенной материя появилась в одно и то же время – около 13,8 миллиарда лет назад. В тот момент времени вся материя существовала в виде очень компактного абстрактного шара (или точки) с бесконечной плотностью и температурой. Это состояние носило название сингулярности. Неожиданно сингулярность начала расширяться и породила ту Вселенную, которую мы знаем.

2. Теория инфляции. В ее разработке приняли участие А. Гут, А.Д. Линде.

Гипотеза о физическом состоянии и законе расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 10 28 К), предполагает период ускоренного по сравнению со стандартной моделью горячей Вселенной расширения (А. Гут).

3. Теория хаотической инфляции (Мультивселенной) – развитие теории инфляции. Согласно ей, в результате Большого взрыва образовались и продолжают образовываться множество «карманных» Вселенных, каждая из которых проходит свой цикл инфляции. Каждая из этих вселенных имеет свой набор физических констант и свои физические законы (А. Линде).

Таблица 1

Краткая история развития Вселенной

Солнечная система

Солнечная система – это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел, которую образуют 8 больших планет с их спутниками (уже известно более 60), несколько тысяч малых планет (или астероидов), кометы и метеорные тела.

Солнечное тяготение управляет движением всех остальных тел. Только спутники обращаются вокруг своих планет, притяжение которых из-за близости оказывается сильнее солнечного.

Возраст Солнечной системы – 4,6 млрд лет. Она образовалась из вращавшегося газопылевого облака, сжатие которого породило центральное сгущение, которое потом превратилось в Солнце.

Наша солнечная система находится в рукаве Ориона галактики Млечный Путь. С большой вероятностью существуют миллиарды других солнечных систем в нашей Галактике Млечный Путь. И существуют миллиарды галактик во Вселенной.

Мы измеряем расстояние в нашей Солнечной системе в астрономических единицах (а.е.). Одна а.е. равна расстоянию между Солнцем и Землей, которая составляет 149 597 870 км (93 млн миль).

Планеты подразделяются на 2 группы: планеты земной группы и планеты юпитерианской, или планеты-гиганты.

Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс – формировались ближе к Солнцу и имеют большую плотность, состоят преимущественно из соединений кремния, железа.

Планеты юпитерианской группы: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – газовые гиганты, которые формировались в критически холодных температурах. Состоят преимущественно из водорода и гелия. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, плавно переходят в жидкую мантию.

Плутон не подпадает под научное определение термина «планета», так как по размерам и свойствам он близок к ледяным спутникам планет-гигантов.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (прямом). Орбиты планет по форме близки к круговым, а плоскости орбит – к основной плоскости Солнечной системы, называемой «неизменной плоскостью Лапласа».

Геологическая картина мира

Геологическая картина мира – образ мира, сложившийся как результат научного знания о земной коре и более глубоких сферах Земли; о составе, строении, движениях и истории развития земной коры и размещении в ней полезных ископаемых.

В геологических исследованиях можно выделить три основных направления:

1. Описательная геология – описание минералов, горных пород и их типов; изучение состава, формы, размеров, взаимоотношений, последовательности залегания и других вопросов, связанных с современным размещением и составом геологических тел (слоев горных пород, гранитных массивов и др.).

2. Динамическая геология – изучение геологических процессов и их эволюции. К числу этих процессов относятся как внешние по отношению к земной коре и более глубоким геосферам (разрушение горных пород, перенос и переотложение ветром, ледниками, наземными и подземными водами; накопление осадков на дне рек, озёр, морей, океанов и др.), так и внутренние (движения земной коры, землетрясения, извержения вулканов и сопутствующие им явления).

3. Историческая геология – восстановление картины геологического прошлого Земли (историко-геологическая реконструкция). Задачи этого направления сводятся к изучению распространения и последовательности образования геологических напластований и др. геологических тел, а также к установлению последовательности различных геологических процессов и событий, например процессов тектогенеза, метаморфизма, образования и разрушения залежей полезных ископаемых, трансгрессий и регрессий морей, смены эпох оледенений эпохами межледниковий и т.д.

Все три направления геологии неразрывно связаны друг с другом и исследование каждого геологического объекта, как и любой территории, ведётся со всех трёх точек зрения, хотя каждое направление является самостоятельным в смысле основных принципов и методов исследования.

Разработка теоретических вопросов геологии тесно связана с одной из её крупнейших практических задач – прогнозом поиска и разведки полезных ископаемых и созданием минерально-сырьевой базы мирового хозяйства.

Общая характеристика Земли

Земля – третья от Солнца планета. Пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы. Она является также крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Характеристики Земли:

1. По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 километров, полярный – 6356,777 км, экваториальный – 6378,160 км.

2. Масса Земли 5,976·10 24 кг, средняя плотность 5518 кг/м 3 .

3. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167).

4. Среднее расстояние от Солнца 149,6 миллионов километров.

5. Период одного обращения по орбите составляет 365,24 солнечных суток.

6. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10-5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 часа 56 минут 4,1 секунды.

7. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе – около 465 м/с.

8. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33′ 22». Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение – смену дня и ночи.

Рис. 1.Внутреннее строение Земли

Химическая картина мира

Химическая картина мира формируется на основе четырех концептуальных систем химического знания: учения о составе вещества, структурной химии, учения о химических процессах, эволюционной химии.

Ее содержанием является

· Концептуальные знания о строении материального мира со стороны его химического содержания – учение о химической организации объектов живой и неживой природы.

· Концептуальные знания о развитии материального мира в плане его химической эволюции.

· Концептуальные знания о происхождении основных видов и форм вещества, о его химической структуре.

· Концептуальные знания о закономерностях природных процессов как процессов химического движения.

· Концептуальные знания теоретических основ химии: строение атома, учение о химической связи, катализе, реакционной способности веществ и другие направления в химии.

Развитие химии – это процесс становления концептуальных систем, причем каждая новая возникала на основе предыдущей и включала ее в себя в преобразованном виде.

Таблица 2. Концептуальные системы химических знаний

Развитие химии как науки

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

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

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

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

Источник

Теория нестационарной Вселенной

Работа выполнена в рамках Всероссийского конкурса «Достижения России в науке и технике в XX — XXI веках». В работе рассказывается о вкладе русского математика и геофизика Александра Александровича в развитие теории нестационарной Вселенной. Работа признана победителем конкурса.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

А. А. Фридман. Теория нестационарной Вселенной. Выполнила: Ученица 11 класса МБОУ СОШ № 135, Шамсутдинова Диляра .

Невозможно представить, насколько ниже в своём развитии оказалось бы человечество, если бы оно никогда не видело звёздного неба. Анри Пуанкаре (французский математик, физик, астроном и философ). .

Если бы открыл звезду я, Я ее назвал бы «Фридман». Фридман ! До сих пор он житель ишь немногих книжных полок — Математики любитель, Молодой метеоролог И военный авиатор На германском фронте где-то. Факт , что кое в чем пошел он Дальше самого Эйнштейна: Чуя форм непостоянство В этом мире-урагане, Видел в кривизне пространства Он Галактик разбеганье . Расширение Вселенной? В этом надо разобраться. Этот Фридман был ученым С будущим весьма завидным. О , блесни над небосклоном Новою звездою, Фридман ! Леонид Мартынов

ФРИДМАН Александр Александрович (1888-1925) Русский и советский математик и геофизик А.А. Фридман родился 16 (28) июня 1888 года в Санкт-Петербурге в музыкальной семье. В 1906 году Александр Фридман окончил с золотой медалью 2-ю Санкт-Петербургскую гимназию и поступил на математическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Его учителем, надежной защитой и опорой стал блестящий математик Владимир Андреевич Стеклов, имя которого носит сейчас Математический институт Академии наук. А весной 1913 года, после сдачи магистерских экзаменов, он поступил на работу в Аэрологическую обсерваторию Российской Академии наук в Павловске под Петербургом и стал заниматься изучением способов наблюдения атмосферы, динамической метеорологией. Кроме синоптики и динамической метеорологии, ему пришлось ознакомиться с теорией земного магнетизма. С началом Первой мировой войны Фридман вступил добровольцем в авиационный отряд. Фридман многократно участвовал в качестве лётчика-наблюдателя в боевых полётах, в разведывательных операциях. В 1920 году в Петрограде он начал работать в Главной физической обсерватории (с 1924 года — Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова ), одновременно преподавал в различных учебных заведениях Петрограда. В 1923 году А.А. Фридман был назначен главным редактором «Журнала геофизики и метеорологии». В этом же году он вторично женился на Н. Е. Малининой ,докторе физико-математических наук. Умер ученый в Ленинграде от брюшного тифа 16 сентября 1925 года и п охоронен на Смоленском православном кладбище. Его единственный сын А.А. Фридман родился уже после смерти отца. А поэтическое пожелание Леонида Мартынова сбылось лишь отчасти: если и не звезда, то один из объектов на Луне назван именем Александра Фридмана.

Владимир Андреевич Стеклов Александр Александрович Фридман

Известные и примечательные работы Александра Фридмана. 1906 – Первая математическая работа в одном из ведущих научных журналов Германии «Математические анналы» (» Mathematische Annalen «); «Исследование неопределенных уравнений второй степени» (в 1909 году была удостоена золотой медали. ); 1913 — Работа «О распределении температуры воздуха с высотою», напечатанная в «Географическом сборнике» ; 1922 — «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости», ставший основным трудом Фридмана по гидромеханике; 1922 – статья «О кривизне пространства», опубликованная в нем. ж урнале » Zeitschrift fur Physik » 1923 -книга «Мир как пространство и время» (переиздана в 1965), познакомившая широкую публику с новой физикой.

Основными уравнениями общей теории относительности являются «мировые уравнения» Эйнштейна, которые описывают геометрические свойства, или метрику, четырехмерного искривленного пространства — времени. Решение их позволяет в принципе построить математическую модель Вселенной. Первую такую попытку предпринял сам Эйнштейн. Считая радиус кривизны пространства постоянным (т. е. исходя из предположения о стационарности Вселенной в целом, что представлялось наиболее разумным), он пришел к выводу, что Вселенная должна быть пространственно конечной и иметь форму четырехмерного цилиндра. В 1922—1924 гг. Фридман, будучи всерьез заинтересовавшимся теорией относительности, выступил с критикой выводов Эйнштейна. Он показал необоснованность его исходного постулата — о стационарности, неизменности во времени Вселенной. Проанализировав мировые уравнения, Фридман пришел к заключению, что их решение ни при каких условиях не может быть однозначным и не может дать ответа на вопрос о форме Вселенной, ее конечности или бесконечности. Конечна или бесконечна?

Исходя из противоположного постулата — о возможном изменении радиуса кривизны мирового пространства во времени, Фридман нашел нестационарные решения «мировых уравнений». В качестве примера таких решений он построил три возможные модели Вселенной.

В двух из них радиус кривизны пространства монотонно растет , и Вселенная расширяется (в одной модели — из точки, в другой — начиная с некоторого конечного объема). Третья модель рисовала картину пульсирующей Вселенной с периодически меняющимся радиусом кривизны . Модель Фридмана предполагает возможность как закрытой (сужающейся вселенной), плоской и открытой (расширяющейся вселенной) подмоделей, а в приделе позволяет говорить о пульсирующей Вселенной (как изменении коэффициента, соответствующему космологической постоянной Эйнштейна, с течением жизни Вселенной).

Две первые модели Вселенной Фридмана уже вскоре нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далеких галактик — в так называемом эффекте «красного смещения» в их спектрах. Он свидетельствует о взаимном удалении всех достаточно далеких друг от друга галактик и их скоплений.

Если обратить картину во времени, то это приводит к заключению о существовании «начала» обнаруженного общего расширения пространства Вселенной! Такие выводы и были сделаны уже в конце 20-х годов бельгийским астрономом аббатом Ж. Леметром (о расширении Вселенной из точки, из «атома-отца») и А. Эддингтоном (предположившим, что расширение началось от состояния плотного сгустка конечных размеров). Все это ломало привычные, тысячелетиями складывавшиеся представления, прежде всего о «вечности» Вселенной, поскольку она отождествлялась со «всей существующей материей».

Таким образом, Александру Фридману удалось развить теорию возникновения Вселенной. Вселенная Фридмана по сравнению со Вселенной Эйнштейна эволюционирует так же, как и все в ней существующее. Теперь мы лучше понимаем процесс возникновения Вселенной. Но поймем ли мы это когда-нибудь до конца?

Источник