Образование Солнечной системы

Содержание:

Введение

1. Происхождение Вселенной

2. Эволюция Вселенной

3. Образование Солнечной системы

Заключение

Список  используемой литературы

Введение

«Всякий, кто способен чувствовать, глядя  на небо в ясную ночь, не может  не спрашивать себя, откуда берутся звезды, куда они исчезают, и что поддерживает порядок во вселенной. Такого же рода вопросы мы задаем, изучая самоорганизующийся бесконечный мир человеческого организма и заглядывая в восприимчивые и испытывающие человеческие глаза, постоянно стремящиеся преодолеть разрыв между двумя этими мирами»

Г. Селье.

Представления об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой, явилось основой  для утверждения в современном  естествознании эволюционного взгляда  на мир. Хотя отдельные эволюционные теории появились в конкретных науках еще в прошлом веке (теории возникновения солнечной системы Канта-Лапласа и эволюционная теория Дарвина), тем не менее, никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной до нашего века не существовало. Это и не удивительно, поскольку классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение не динамики, а статики систем. Такая тенденция наиболее рельефно была представлена атомистической концепцией классической физики как лидера тогдашнего естествознания. Атомистический взгляд опирался на представление, что свойства и законы движения различных природных систем могут быть сведены к свойствам тех мельчайших частиц матери, из которых они состоят. Вначале такими простейшими частицами считались молекулы и атомы, затем элементарные частицы, а в настоящее время - квархи.

Бесспорно, атомистический подход имеет большое  значение для объяснения явлений  природы, но он обращает главное внимание на строение и структуру различных  систем, а не на их возникновение  и развитие.

Правда  в последние годы получает распространение  также системный и эволюционный взгляды, которые обращают внимание скорее на характер взаимодействия элементов  различных систем, чем на анализ свойств тех частиц, которые рассматривались  в качестве свое рода последних кирпичиков мировоздания. Благодаря широкому распространению системных идей, а в недавнее время и представлений о самоорганизации открытых систем, сейчас все настойчивее выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции вселенной. Они усиленно обсуждаются в рамках своевременной космологии как науки о вселенной как едином целом.

1. Происхождение Вселенной

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Во все времена люди хотели знать, как возник наш мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождения мира объяснялось, как скажем, в «Ведах», распадом первочеловека Пуруши. То, что это была общая мифологическая схема, подтверждается и русскими апокрифами, например, «Голубой книгой».

Победа  христианства утвердила представления  о сотворении Богом мира из ничего. С появлением науки в ее современном  понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной.

Следует разделять три близких термина:бытие, универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает все существующее, бытующее. Второй употребляется в философии и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания) и обозначает все как таковое. Значение термина «Вселенная» уже и приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное суждение научного значения термина «Вселенная» вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами. Вселенную в целом изучает космология (т.е. наука о Космосе).

Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все, находящееся за пределами  атмосферы Земли, не так было в  Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность  хаосу - «беспорядку». Таким образом, космология, в своей основе, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытия этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Космология - один из трех разделов естествознания, которые по своему существу всегда находятся на стыке наук. Космология использует достижения и методы физики, математики, философии. Предмет космологии - весь окружающий нас мега мир, вся  «большая Вселенная», и задача состоит в описании наиболее общих свойств, строения и эволюции Вселенной. Ясно, что выводы космологии имеют большое мировоззренческое значение. Это изучение держится на несколько предпосылках.

Во-первых, формулируемые физикой универсальные  законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной.

Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространимыми на всю Вселенную.

И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека (так называемый антропный принцип). Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно привести бесконечное в принципе количество экспериментов и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делается заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения. Ко вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законам, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но не модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения.

2. Эволюция Вселенной

Эта модель предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 1013 градусов по абсолютной шкале Кельвина, в которой начало шкалы отсчета, соответствует - 273 градусам шкалы Цельсия. Плотность материи равнялась приблизительно 1093 г/см3. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти «большой взрыв», с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой поэтому также моделью «большого взрыва». Предполагают, что такой взрыв произошел примерно 15-20 млрд. лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более умеренным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, что через 0,01 секунды после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 1010 г/см3. В этих условиях в расширяющейся Вселенной должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить превращения пар электрон + позитрон в фотоны и обратно - фотонов в пару электрон + позитрон. Но уже через 3 минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: 2/3 водорода и 1/3 гелия. Остальные химические элементы образовались из этого дозвездного вещества в результате ядерных реакций. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей» Вселенной. Оно сохранилось до наших дней и наблюдается именно как реликт, или остаток, от той весьма отдаленной эпохи образования нейтральных атомов водорода и гелия.

По  мере расширения и охлаждения во Вселенной  происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновение  на этой основе новых структур. Тот  факт, что любая эволюция сопровождается разрушением симметрий, непосредственно следует из принципа положительной обратной связи, согласно которому неравновесность и неустойчивость, возникающая в открытой системе, вследствие взаимодействия системы со средой со временем не ликвидируется, а наоборот, усиливается. Это происходит, в конечном счете, к разрушению прежних симметрий и, как следствие, к возникновению новой структуры.

Очевидно, что о первоначальной эволюции Вселенной  мы можем судить только на основании  тех результатов, которые известны нам сегодня. Поэтому любая модель, которая строится для объяснения современного ее состояния, в частности, расширения Вселенной, должна учитывать эти факты. Другими словами, о ранней эволюции Вселенной мы можем делать заключения только путем экстраполяции или распространения известного на неизвестное, и выдвижение гипотез о неизвестных этапах ее развития. Предполагают, что одним из первых результатов расширения и соответственно охлаждения Вселенной было нарушение симметрии между веществом и антивеществом, а именно такими равноименно заряженными материальными частицами, как электрон, несущий отрицательный заряд е-, и позитрон с противоположенным положительным зарядом е+. Их взаимодействия при столкновении приводят к образованию двух фотонов. Как возникло подобное нарушение симметрии, остается только догадываться.

Неясным остается так же то, каким способом антивещество оказалось отделенным от вещества и что удерживает их от аннигиляции, или уничтожения. Так  как частица вещества и антивещества при взаимодействии аннигилируют, то есть е - + е+ ( 2y, то предполагают, что в далеком прошлом наш вещественный мир каким-то образом оказался изолированным от мира антивещественного. Иначе он не мог бы существовать в силу процессов аннигиляции вещества и антивещества.

В общих чертах формирование Вселенной, согласно стандартной модели, представляется следующим образом. Когда температура Вселенной после взрыва упала до 6 млрд. градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовало в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, количество частиц разного рода оставалось приблизительно одинаковым. Между частицами происходили непрерывные столкновения, в результате чего возникали пары фотонов, а из столкновения последних - электрон и позитрон. На этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижение ее температуры. Именно на этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы - протоны и нейтроны.

Самым же главным результатом этой стадии микро эволюции нашей области  Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества над излучением, которое оценивается примерно как излишек одного протона или нейтрона на миллиард фотонов. Как раз из этого излишка в процессе дальнейшей эволюции возникло то огромное богатство и разнообразие материальных образований, явлений и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая разнообразными горными образованьями, планетами, звездами и звездными ассоциациями, галактиками и скоплениями галактик.

Разумеется, стандартная гипотеза имеется еще  немало неясного и даже спорного, но она опирается на такой твердо установленный факт, как смещение спектральных линий света, идущего от далеких галактик который интерпретируется как удаление, или «разбегание», их от наблюдателя. Кроме того, эта гипотеза основывается на такой фундаментальной идее, как нарушении симметрий в процессе образования все новых и более сложных материальных структур и систем, которая лежит в фундаменте современной концепции системного подхода и синергетической самоорганизации. Этим, однако, не ограничивается связь синергетики со стандартной моделью Вселенной. Процессы микро эволюции Вселенной, продолжавшиеся не менее 10 млрд. лет, привели к образованию молекул и тем самым явились предпосылкой для начала макроэволюции Вселенной, в результате которой и возникли окружающие нас макро тела, разнообразные их системы вплоть до галактических. Здесь существенная роль принадлежит уже нарушению симметрии между различными физическими взаимодействиями.

В настоящее время различают четыре типа физических взаимодействий. Непосредственно  мы можем воспринимать два их типа:

1) гравитационные взаимодействие, т.е.  сила тяготения, которые действуют  на все микро тела и притом  на достаточно далеких расстояниях.  Именно они, как хорошо известно, определяют движение планет, звезд,  галактик и других космических систем;

2) электромагнитные силы, которые  играю решающую роль преобразовании  молекул, химических соединений, кристаллов и всех тел и  систем, которые занимают промежуточное  положение между микро миром  и мега миром, состоящим из  космических объектов и систем.

Остальные два типа физических взаимодействий (ядерные и слабые) непосредственно  не воспринимаются человеком, но играют существенную роль в преобразовании разнообразных объектов микромира. Следует, впрочем, отметить, что приведенная  характеристика четырех типов взаимодействия относиться к их современному состоянию.

В ходе эволюции Вселенной они соотносились иначе, а на первоначальном этапе, когда  Вселенная была достаточно горячей, ядерные силы находились в симметрии  с гравитационными, а силы электромагнитного взаимодействия - со слабыми взаимодействиями. Только вследствие нарушения симметрии между сильными ядерными и гравитационными силами стало возможным образование небесных тел, галактик и других космических систем. В свою очередь нарушение симметрии между электромагнитными силами и слабыми взаимодействиями привело к образованию огромного множества тел, структур и систем, которые составляют окружающий нас видимый мир.

Таким образом, благодаря разрушению симметрии  между разными типами физических взаимодействий стало возможно не только возникновение микро- и макрообъектов, но также последующая взаимосвязанная эволюция микроскопической макроскопической ветвей развития. Микроэволюция обеспечила условия для развертывания макроэволюции.

Освобождение  гравитационных сил, произошедшее вследствие разрушения их симметрии с ядерными силами примерно 700 000 лет после взрыва, привело к образованию звезд, галактик, их скоплений и других космических систем. В свою очередь гравитационные силы и ударные волны способствовали возникновению и развитию ядерных реакций внутри звезд и ядер галактик и их скоплений. Следовательно, микро- и макро эволюции взаимно обусловливали, дополняли друг друга, вот почему они представляют собой две ветви единого процесса. Отсюда становится ясным, что возникновение и эволюция физических, химических и других систем неорганической природы прочно укладывается в рамки космической и земной эволюции.