Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44. Развитие представлений  о строении мира.

Небесный мир всегда волновал человека. Вопрос о строении, развитии и происхождении Вселенной был  предметом научного поиска для многих поколений ученых.

Космология берет свое начало в древнегреческой мифологии, где достаточно подробно и систематизировано рассказывается о сотворении мира и его устройстве. Итогом научной космологии античности стала геоцентрическая концепция Птолемея, просуществовавшая в течение всего средневековья.

Основателем научной космологии считается Николай Коперник, создавший  гелиоцентрическую модель Вселенной. В центр Вселенной он поместил Солнце, вокруг которого вращались  планеты, за орбитами которых располагалась  сфера неподвижных звезд. Их природа  в тот период была неясна. За сферой неподвижных звезд, по мнению Коперника, находился «эмпирей» - место обитания сверхъестественных тел и существ. Таким образом, Вселенная по Копернику - это мир в скорлупе.

Теория множественности  миров была выдвинута Джордано Бруно. Он считал, что Вселенная состоит  из бесконечного множества звезд, которые  являются далекими солнцами, согревающими бесчисленные планеты. Идеи Бруно намного  обогнали его эпоху, но не имели фактов, доказывающих их справедливость.

Окончательно идея полицентризма, т. е. наличие множества центров  во Вселенной, была доказана Галилео  Галилеем. С помощью изобретенного  им телескопа он установил вращение планет вокруг Солнца и их сходство с Землей. Современник и друг Галилея, Иоганн Кеплер уточнил законы движения планет. Эти исследования заставили  постепенно отказаться от ошибочного представления о Солнце как центре Вселенной.

Классическая модель Вселенной  была построена Исааком Ньютоном. Сущность этой теории можно выразить в следующих положениях:

1. Вселенная вечна, т.  е. является бесконечной в пространстве  и времени. 

2. Пространство играет  пассивную роль и является  вместилищем небесных тел.

3. Количество звезд, планет  и звездных систем во Вселенной  бесконечно велико.

4. Движением планет и  развитием небесных тел управляет  закон всемирного тяготения.

5. Каждое небесное тело  проходит длительную эволюцию  и на смену погасшим светилам  приходят новые.

Классическая модель Вселенной  была признанной в науке вплоть до начала ХХ века.

 

45. Концепции происхождения  и эволюции вселенной.

Модель расширяющейся  Вселенной.

Современная космология –  наука, изучающая Вселенную как  единое целое. Космогония – наука  о происхождении и эволюции косм. тел, систем в космосе. В наст. время под понятием “космос” подразумевают астроном. определение Вселенной. Метагалактика – часть Вселенной, доступная совр. астроном. наблюдениям; включает в себя несколько млрд. галактик. Соврем. космология представляет собой астрофизич. теорию, структуры и динамики изменения метагалактики. Основывается на изучении звездных, планетных систем на астроном. наблюдениях, на общей теории относит-ти, физике высоких плотностей и микропроцессов. Космология использует филос. концепции, т.к. невозможность проведения экспериментов требует объяснений, фактов с точки зрения филос. понятий. Таким образом, она представляет собой сложную систему естественнонауч. и филос. знаний о Вселенной, основанных на наблюдениях и выводах, которые относятся к наблюдаемой части Вселенной. Основная задача: найти во Вселенной следы тех процессов, которые происходили при ее рождении. Это 3 пространственных и 1 временное измерение, 4 фундам. взаимодействия, преобладание частиц над античастицами.

Наша Вселенная расширяется. Главное взаимодействие в космосе  – гравитация. Определяющая сила –  тяготение. Поэтому динамика косм. материи определяется теорией тяготения, в совр. науке – релятивистской теорией тяготения. По теории относ-ти Эйнштейна распределение и движение материи изменяют геометр. св-ва пространства и времени. Гравит. поле в космосе проявляется как искривление пространства и времени. Чем > поле, тем > искривление. Чтобы построить модель Вселенной Эйнштейн предположил, что св-ва пространства и времени неизменны, т.е. кривизна пространства постоянна. Поэтому Эйнштейн ввел косм. силу отталкивания, которая уравновешивала бы силу притяжения тел во Вселенной, т.е. он считал, что Вселенная конечна, но безгранична (пространство замыкается само на себя). Стационарная модель Эйнштейна была подвергнута критике в 1922 г. Математик Фридман доказал, что можно построить 3 модели Вселенной. Вселенная не может быть стационарной, она должна расширяться. Он имел виду, что идет расширение пространства, но не увеличение расстояния в мире. Эйнштейн признал критику Фридмана. Модели Вселенной: 1.радиус кривизны пространства растет; Вселенная бесконечно расширяется из одной точки. 2.радиус растет; Вселенная расширяется из некоторого конечного объема. 3.пульсирующая Вселенная; периодически происходит изменение кривизны пространства, идут периоды расширения и сжатия. Выбор модели зависит от плотности в-ва Вселенной. Они были подтверждены наблюдениями за движением галактик, т.е. наблюдался эффект красного смещения. Это доказывает, что Вселенная расширяется (55км/с). В космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной. Впоследствии эволюция Вселенной будет зависеть от сред. плотности в-ва Вселенной и его соотношения с критич. плотностью. В наст. время ?в-ва/?крит.<1, Вселенная расширяется, но оно близко к 1. Если бы ?в-ва/?крит.<<1, то можно говорить об открытой модели Вселенной, расширяющейся с огромной скоростью. Если ?в-ва/?крит.>1, то темп расширения Вселенной остановится и начнется сжатие вплоть до исходного состояния (точки сингулярности), когда V мал, а плотность огромна. Поэтому считают, что наша Вселенная будет расширяться еще 10-19 млрд. лет. Однако существуют др. гипотезы расширения Вселенной.

 Модель горячей Вселенной.

В основе представления об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной (большого взрыва). На ранней стадии своей эволюции Вселенная  была сгустком в-ва огромной плотности, с высокой tо и очень малым V. Затем в результате большого взрыва, вызванного силой косм. отталкивания, разорвавшей начальное состояние Вселенной, выделилось большое кол-во тепла и Вселенная начала быстро расширяться; затем темп расширения замедлился. В первые мгновения Вселенная была холодной и представляла собой состояние физ. вакуума. За счет выделения энергии из физ. вакуума как активной формы материи, Вселенная нагрелась до огромной tо. Длительное время во Вселенной не было в-ва.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Она представляла собой смесь  из виртуальных частиц, которые переносили взаимодействие в теории великого объединения. В этот момент произошло разделение в-ва и антив-ва. К этому времени были сформированы пространственно-временные характ-ки. С образованием в-ва и антив-ва произошла частичная аннигиляция в-ва, благодаря которой антив-во исчезло, превратившись в энергию ?-квантов. Затем оно остыло и образовало фоновое (реликтовое) излучение с tо 3К (-270°С). Через несколько мгновений были образованы все известные частицы и античастицы. Установилось их равновесие, и произошло распределение энергии между ними. Образованию в-ва препятствовала высокая t°, нов результате нарушения калибровочных симметрий отделилось электромагн. излучение. Еще до этого момента отделилось гравит. взаимодействие. Частицы приобрели массу, но некоторым (фотон, нейтрино) массы не досталось. В результате объединения кварков возникли протоны и нейтроны. Истинные частицы (электрон, кварк, нейтрино, фотон) возникли раньше. В результате снижения t° и образования протонов, нейтронов и электронов стало возможно образование атомов водорода и синтез атомов гелия. Электронные нейтрино стали реликтовыми с t° 2К, они не могут взаимодействовать с в-вом и существуют до сих пор. Подтверждением этой теории служит: 1.возраст небесных тел (10-15 млрд. лет у старых звезд). 2.внегалактические источники давали раньше излучение более интенсивное, чем сейчас. 3.распределение хим. элементов во Вселенной: ?Н и ?Не. Реликтовое излучение с t° 2К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46. Модель расширяющейся  Вселенной.

Современная космология –  наука, изучающая Вселенную как  единое целое. Космогония – наука  о происхождении и эволюции косм. тел, систем в космосе. В наст. время под понятием “космос” подразумевают астроном. определение Вселенной. Метагалактика – часть Вселенной, доступная совр. астроном. наблюдениям; включает в себя несколько млрд. галактик. Соврем. космология представляет собой астрофизич. теорию, структуры и динамики изменения метагалактики. Основывается на изучении звездных, планетных систем на астроном. наблюдениях, на общей теории относит-ти, физике высоких плотностей и микропроцессов. Космология использует филос. концепции, т.к. невозможность проведения экспериментов требует объяснений, фактов с точки зрения филос. понятий. Таким образом, она представляет собой сложную систему естественнонауч. и филос. знаний о Вселенной, основанных на наблюдениях и выводах, которые относятся к наблюдаемой части Вселенной. Основная задача: найти во Вселенной следы тех процессов, которые происходили при ее рождении. Это 3 пространственных и 1 временное измерение, 4 фундам. взаимодействия, преобладание частиц над античастицами.

Наша Вселенная расширяется. Главное взаимодействие в космосе  – гравитация. Определяющая сила –  тяготение. Поэтому динамика косм. материи определяется теорией тяготения, в совр. науке – релятивистской теорией тяготения. По теории относ-ти Эйнштейна распределение и движение материи изменяют геометр. св-ва пространства и времени. Гравит. поле в космосе проявляется как искривление пространства и времени. Чем > поле, тем > искривление. Чтобы построить модель Вселенной Эйнштейн предположил, что св-ва пространства и времени неизменны, т.е. кривизна пространства постоянна. Поэтому Эйнштейн ввел косм. силу отталкивания, которая уравновешивала бы силу притяжения тел во Вселенной, т.е. он считал, что Вселенная конечна, но безгранична (пространство замыкается само на себя). Стационарная модель Эйнштейна была подвергнута критике в 1922 г. Математик Фридман доказал, что можно построить 3 модели Вселенной. Вселенная не может быть стационарной, она должна расширяться. Он имел виду, что идет расширение пространства, но не увеличение расстояния в мире. Эйнштейн признал критику Фридмана. Модели Вселенной: 1.радиус кривизны пространства растет; Вселенная бесконечно расширяется из одной точки. 2.радиус растет; Вселенная расширяется из некоторого конечного объема. 3.пульсирующая Вселенная; периодически происходит изменение кривизны пространства, идут периоды расширения и сжатия. Выбор модели зависит от плотности в-ва Вселенной. Они были подтверждены наблюдениями за движением галактик, т.е. наблюдался эффект красного смещения. Это доказывает, что Вселенная расширяется (55км/с). В космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной. Впоследствии эволюция Вселенной будет зависеть от сред. плотности в-ва Вселенной и его соотношения с критич. плотностью. В наст. время ?в-ва/?крит.<1, Вселенная расширяется, но оно близко к 1. Если бы ?в-ва/?крит.<<1, то можно говорить об открытой модели Вселенной, расширяющейся с огромной скоростью. Если ?в-ва/?крит.>1, то темп расширения Вселенной остановится и начнется сжатие вплоть до исходного состояния (точки сингулярности), когда V мал, а плотность огромна. Поэтому считают, что наша Вселенная будет расширяться еще 10-19 млрд. лет. Однако существуют др. гипотезы расширения Вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47. Модель горячей  Вселенной.

В основе представления об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной (большого взрыва). На ранней стадии своей эволюции Вселенная  была сгустком в-ва огромной плотности, с высокой tо и очень малым V. Затем в результате большого взрыва, вызванного силой косм. отталкивания, разорвавшей начальное состояние Вселенной, выделилось большое кол-во тепла и Вселенная начала быстро расширяться; затем темп расширения замедлился. В первые мгновения Вселенная была холодной и представляла собой состояние физ. вакуума. За счет выделения энергии из физ. вакуума как активной формы материи, Вселенная нагрелась до огромной tо. Длительное время во Вселенной не было в-ва. Она представляла собой смесь из виртуальных частиц, которые переносили взаимодействие в теории великого объединения. В этот момент произошло разделение в-ва и антив-ва. К этому времени были сформированы пространственно-временные характ-ки. С образованием в-ва и антив-ва произошла частичная аннигиляция в-ва, благодаря которой антив-во исчезло, превратившись в энергию ?-квантов. Затем оно остыло и образовало фоновое (реликтовое) излучение с tо 3К (-270°С). Через несколько мгновений были образованы все известные частицы и античастицы. Установилось их равновесие, и произошло распределение энергии между ними. Образованию в-ва препятствовала высокая t°, нов результате нарушения калибровочных симметрий отделилось электромагн. излучение. Еще до этого момента отделилось гравит. взаимодействие. Частицы приобрели массу, но некоторым (фотон, нейтрино) массы не досталось. В результате объединения кварков возникли протоны и нейтроны. Истинные частицы (электрон, кварк, нейтрино, фотон) возникли раньше. В результате снижения t° и образования протонов, нейтронов и электронов стало возможно образование атомов водорода и синтез атомов гелия. Электронные нейтрино стали реликтовыми с t° 2К, они не могут взаимодействовать с в-вом и существуют до сих пор. Подтверждением этой теории служит: 1.возраст небесных тел (10-15 млрд. лет у старых звезд). 2.внегалактические источники давали раньше излучение более интенсивное, чем сейчас. 3.распределение хим. элементов во Вселенной: ?Н и ?Не. Реликтовое излучение с t° 2К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48. Возникновение  и эволюция звезд.

Звезды могут образовываться в результате гравитационного сжатия неоднородностей в межзвездной  среде. Межзвездная среда распределена очень неоднородна, она имеет клочковатую структуру. Комплексы являются гравитационно неустойчивыми, они должны сжиматься. По мере сжатия критерий гравитационной неустойчивости  начинает выполняться для неоднородностей внутри облака с меньшими массами, вплоть до солнечной. Массивное пылевое облако начинает  дробиться на менее массивные части, которые, сжимаясь, дают начало звездам.  Для того, чтобы образовавшаяся неоднородность массой, равной массе звезды, - протозвезда - могла сжиматься дальше, необходимо, чтобы по мере сжатия из нее отводилось тепло, выделившееся при сжатии.  Таким механизмом отвода является инфракрасное излучение пыли и молекул межзвездного газа. По мере того, как протозвезда сжимается, плотность ее растет, растет ее непрозрачность к инфракрасному излучению. Дальнейшее, более медленное сжатие происходит до тех пор, пока температура внутри звезды не повысится настолько, что становятся возможными термоядерные реакции синтеза гелия из водорода. Стабильное по излучению и свойствам состояние звезды продолжается до тех пор, пока в ее недрах не исчерпается ядерное горючее-водород.  По мере исчерпания водорода в центре звезды коэффициент непрозрачности вещества непрерывно уменьшается. Это приводит к непрерывной перестройке звезды, сопровождающейся сжатием ее ядра и ростом протяженности оболочки. Ядерные реакции синтеза гелия из водорода идут в узком слое, непосредственно окружающем ядро. По мере выгорания водорода в слоевом источнике масса гелиевого ядра постепенно увеличивается. Это приводит к увеличению силы тяжести, дальнейшему сжатию ядра и увеличением его температуры. При этом растет светимость звезды. Энергия не успевает переноситься наружу излучением, наступает конвенция. Сжатие ядра и повышение температуры происходит до тех пор, пока в нем не начнутся термоядерные реакции синтеза более тяжелых хим эл. При этом выделяется большое количество энергии, способное остановить сжатие ядра. Реакции синтеза идут с выделением энергии вплоть до образования ядер атомов железа. Образование более тяжелых хим эл требует затраты энергии и приводит к охлаждению звезды После выгорания водорода в ядре звезда становиться красным гигантом. Если масса звезды меньше 1,2 массы Солнца, то после исчерпания водорода оно начинает сжиматься. Сжатие ядра останавливается давлением вырожденного электронного газа, т.е ядро звезды представляет собой звезду – белый карлик. В то же время оболочка звезды увеличивается в размерах до 10-100 радиусов Солнца, так, что самс становиться красным гигантом. Довольно быстро оболочка вообще отделяется от ядра и на месте звезды остается ядро- звезда белый карлик и расширяющаяся оболочка, т.е. феномен планетарной туманности. Если же первоначально масса ядра звезды превосходит 1,2 массы солнца, но при этом меньше 2,4 массы Солнца, то в ней после исчерпания ядерного горючего происходит катастрофа в виде сверхновой вспышки. По мере сжатия ядра здесь происходит распад ядер тяж эл на более простые превращения всех частиц в нейтроны. Если масса Звезды  превосходит 2,5 –3 м Солнца, то ее неограниченное сжатие под давлением силы гравитации уже ничем не остановить. Она превращается в черную дыру.