Реферат
з дисципліни Концепції сучасного природознавства
«Походження Всесвіту. Концепція Великого вибуху. Властивості мегасвіту »
Зміст
1. Введення
2. Походження Всесвіту - теорія «Великого вибуху»
3. Загальна характеристика мегасвіту
4. Властивості мегасвіту
Висновок
Список літератури
Введення
Людство завжди цікавилося всім, що оповите таємницями, а найбільшим вмістилищем незвіданого є Всесвіт. Всесвіту є весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі і просторі і нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія в процесі свого розвитку. І, природно, завжди було цікаво дізнатися, з чого ж усе почалося? Пошук відповіді на дане питання залишається актуальним і в наш час, а проблема еволюції Всесвіту займає центральне місце в природознавстві. Відповідно склалося безліч різних концепцій, що намагаються пояснити дане явище.
Використовуючи досягнення різних наук, таких, як фізика, математика, філософія, виникла нова наука - космологія. Це сукупність накопичених теоретичних положень про будову речовини та структуру Всесвіту, як цілісного об'єкта, так і окремі наукові знання охопленого астрономічними спостереженнями світу як частини Всесвіту. Предметом космології є весь навколишній мегасвіт, а завдання полягає в описі найбільш загальних властивостей, будови і еволюції Всесвіту. У Новий час, до речі, зароджується космогонія - наука про походження і розвиток космічних тіл і їх систем.
Сучасна астрономія не тільки відкрила грандіозний світ галактик, але і виявила унікальні явища: розширення Метагалактики, космічну поширеність хімічних елементів, реліктове випромінювання, що свідчать про те, що Всесвіт безперервно розвивається.
З еволюцією структури Всесвіту пов'язане виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Сама Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного та гарячого проторечовини. Існує точка зору, що з самого початку протовещества з гігантською швидкістю початок розширяться. На початковій стадії це щільне речовина розліталося у всіх напрямках і являло собою однорідну вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У цих комплексах, у свою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
У результаті гравітаційної нестабільності в різних зонах утворилися галактик можуть сформуватися щільні «протозвездние освіти» з масами, близькими до маси Сонця. Розпочатий процес стиснення буде прискорюватися під впливом власного поля тяжіння. Процес цей супроводжує вільне падіння частинок хмари до його центру - відбувається гравітаційне стиснення. У центрі хмари утворюється ущільнення, що складається з молекулярного водню і гелію. Зростання густини і температури в центрі призводить до розпаду молекул на атоми, іонізації атомів і утворення щільного ядра протозірки.
Існує гіпотеза про циклічність стану Всесвіту. Колись виникнувши з надщільного згустку матерії, Всесвіт, можливо, вже в першому циклі породила всередині себе мільярди зоряних систем і планет. Н потім Всесвіт починає прагнути до того стану, з якого починалася історія циклу. Зрештою, речовина Всесвіту повертається в початкове надщільного стан, знищивши все життя, що попалася на шляху. І так повторюється кожного разу, в кожному циклі протягом вічності.
Походження Всесвіту - теорія «Великого вибуху»
Сама Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного та гарячого проторечовини. Сьогодні можна тільки припускати, яким було це речовина, що породило Всесвіт, як воно утворилося, якими законами підпорядковувалося і що за процеси привели його до розширення. Існує точка зору, що з самого початку протовещества з гігантською швидкістю почало розширюватися.
На початковій стадії це щільне речовина розліталося у всіх напрямках і являло собою однорідну вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненнях частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У них у свою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
Конечна або нескінченна Всесвіт, яка в неї геометрія - ці та багато інших питань пов'язані з еволюцією Всесвіту, зокрема з піднаглядним розширенням. Якщо, як це вважають в даний час, швидкість "розльоту" галактик збільшиться на 75 км / с на кожен мільйон парсеків, то екстраполяція до минулого призводить до дивного результату: приблизно 10 - 20 млрд. років тому весь Всесвіт була зосереджена в дуже маленькій області . Багато вчених вважають, що в той час щільність Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт представляв собою одну гігантську «ядерну краплю». З якихось причин ця «крапля» прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми спостерігаємо зараз як системи галактик. Модель гарячої вибухає Всесвіту була розроблена учнем Фрідмана Дж. Гамовим в кінці 40-х років, поклавши початок так званої теорії «Великого вибуху», але широке поширення ця теорія отримала лише в середині 1960-х років.
Питати про те, що було до «Великого вибуху», і що знаходиться за межами цього розширюється світу, безглуздо. Всесвіт, згідно теорії "Великого вибуху» обмежена в просторі і часі, принаймні, з боку минулого. Така, складна для розуміння, картина слідувала з формул Фрідмана. Незабаром, однак, американський астроном Е. Хаббл підтвердив факт розширюється навколо нас простору, вимірюючи швидкість цього явища. Завдяки цьому стало можливим виміряти час існування Всесвіту - приблизно, 15-20 млрд. років.
До самого вибуху не існувало ні речовини, ні часу, ні простору. Події в першу секунду протікали стрімко. Спочатку утворилися випромінювання (фотони), потім частинки і речовини (кварки і антикварки). Протягом тієї ж секунди з них утворилися протони, антипротони і нейтрони. При зіткненні протона і антипротона, які, як відомо, відрізняються один від одного протилежними зарядами, відбувається реакція анігіляції, в ході чого обидві частинки зникають, залишаючи випромінювання (фотони). Ці реакції стали досить частими, оскільки речовина «новонародженої» Всесвіту було досить щільним - частки постійно між собою стикалися. У Всесвіті переважало випромінювання.
До кінця першої секунди, коли температура впала до 10 млрд. градусів, утворилися і нові частинки, у тому числі електрон і його античастинка - позитрон. До цього ж часу велика частина частинок вже анігілювали. Так вийшло, що число частинок було на мізерну частку відсотка більше числа античастинок (цей факт досі не пояснений), внаслідок чого наша всесвіт складається з речовини, а не з антиматерії.
До третьої хвилини з чверті всіх протонів і нейтронів утворилися ядра гелію. Через кілька сотень років постійно розширюється Всесвіт охолола настільки, що протони і ядра гелію змогли утримувати біля себе електрони. Так утворилися атоми гелію і водню. Випромінювання, не стримувана більш вільними електронами, змогло тепер розповсюдитися на величезні відстані. У значно «постигла» (за 15 млрд. років) Всесвіту, в наш час ми можемо чути «відгомони» того випромінювання - воно є мікрохвильовим, і, рівномірно спадає з усіх сторін, відповідає випромінюванню тіла, нагрітого всього до 3 К. Його прийнято називати реліктовим випромінюванням. Його виявлення і існування підтверджують теорію «Великого вибуху».
При розширенні у Всесвіті стали утворюватися області скупчення речовини, а також і області, де його майже не було. під впливом гравітації ці ущільнення росли і на їх місці стали утворюватися галактики, скупчення і сверхскопленія галактик.
Доповнена теорією ядерних реакцій в остигає в міру свого розширення речовині, теорія «Великого вибуху» дозволила розрахувати відносні концентрації водню, дейтерію більш важких хімічних елементів у природі.
в. В кінці XX ст. дана теорія стала практично загальноприйнятою в космології.
Загальна характеристика мегасвіту
Сучасна наука розглядає мегасвіт як взаємодіє і розвивається систему небесних тіл.
Між мегасвіті і макросвітом немає чіткої межі. Зазвичай вважають, що він починається з відстаней близько м і мас кг.
Оскільки мегасвіт має справу з великими відстанями, для їх вимірювання введені спеціальні одиниці: астрономічна одиниця, світловий рік і парсек.
Астрономічна одиниця - середня відстань від Землі до Сонця, рівне 1,5 м.
Світловий рік - це відстань, яку проходить світло протягом одного року, а саме 9,46 м.
Парсек (паралакс-секунда) - відстань, на якому щороку паралакс земної орбіти (тобто кут, під яким видно велику піввісь земної орбіти, розташована перпендикулярно променю зору) дорівнює одній секунді. Це відстань дорівнює 206265 а.о. = 3,08 = 3,26 св.г.
Небесні тіла у всьому Всесвіті утворюють системи, різної складності. Всі існуючі галактики входять в систему самого високого порядку - Метагалактика. Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15 - 20 млрд. св. р. Поняття «Всесвіт» і «Метагалактика» - дуже близькі поняття: вони характеризують один і той самий об'єкт, але в різних аспектах. Поняття «Всесвіт» означає весь існуючий матеріальний світ; поняття «Метагалактика» - той самий світ, але з точки зору його структури - як упорядковану систему галактик. Метагалактика - представляє собою сукупність зоряних систем - галактик, а її структура визначається їх розподіл у просторі, заповненому надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом і пронизує міжгалактичними променями. Згідно сучасним уявленням, для метагалактики характерно чарункова (сітчаста, пориста) структура. Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки освіта структури припадати на період, наступний за роз'єднанням речовини і випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється в 15 млрд. років.
Галактика - гігантська система, що складається з скупчень зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію.
За формою галактики умовно розподіляються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.
вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения.
На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджена в зірках, що представляють собою гігантські плазмові утворення різної величини, температури, з різною характеристикою руху. их массы. У багатьох інших галактик, якщо не в більшості, «зоряна субстанція» становить більш ніж 99,9% їх маси. млрд. Вік зірочок змінюється в досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. самых молодых. років, відповідних віку Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших. Є зірки, які утворюються в даний час і знаходяться в протозвездной стадії, тобто вони ще не стали справжніми зірками. На завершальному етапі еволюції зірки перетворюються в інертні («мертві») зірки. Зірки не існують ізольовано, а утворюють системи.Сонячна система являє собою групу небесних тіл, дуже різних за розмірами і фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет і незліченну безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. Солнца.
Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла - Сонця. Сонячна система є впорядкованою системою, що має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячної системи проявляється в тому, що всі планети обертаються навколо Сонця в одному і тому ж напрямку і майже в одній і тій же площині. Сонце, планети, супутники планет обертаються навколо своїх осей в тому ж напрямку, в якому вони роблять рух за своїми траєкторіями. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно в два рази далі, ніж попередня.Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом та французьким математиком П. С. Лапласом. Відповідно до цієї гіпотези система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяною матерії (туманності), що знаходиться в обертальному русі навколо Сонця.
Властивості мегасвіту
Перші астрономічні знання були отримані мислителями Давнього Сходу - Єгипту, Вавилонії, Індії, Китаю. Астрономи стародавнього світу навчилися передбачати наступ затемнень, стежили за рухом планет. Ці астрономічні знання, накопичені ще в VII - VI ст. до н.е., запозичили стародавні греки.
У VI столітті до н.е. вчений і філософ Стародавньої Греції Арістотель фактично висунув ідею геоцентричного будови Всесвіту. Аристотель вважав, що Земля і всі небесні тіла кулясті, що Земля є нерухомим центром Всесвіту, навколо якої обертаються всі небесні тіла. Всесвіт, на думку Аристотеля, має кінцеві розміри, її як би замикає сфера зірок. Після Аристотеля в III столітті до н.е. грецький астроном Аристарх Самоський висунув ідею, що Земля обертається навколо Сонця, що відстань від Землі до Сонця дорівнює 600 діаметрів Землі. На жаль, сучасники не зрозуміли його і ідею його не прийняли. У II столітті до н.е. остаточно сформувалася геоцентрична система світу. Олександрійський астроном Птолемей узагальнив існували до нього уявлення і запропонував свою модель Всесвіту. Згідно Птолемею, навколо кулястої і нерухомої Землі рухаються Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн і небо нерухомих зірок. Кожна з планет, на думку Птолемея, має центром свого руху не Землю, а якусь точку. Ця точка в свою чергу, рухається по колу, в центрі якої знаходиться Земля.
Геліоцентрична система світу пов'язана з ім'ям польського вченого Миколи Коперника (XV століття). Він відродив гіпотезу Аристарха Самоського про будову світу: Земля поступилася місцем центру Сонця і виявилася третьою за рахунком серед обертаються по круговим орбітам планет. При цьому вчений вважав, що зірки нерухомі, Всесвіт обмежений сферою нерухомих зірок.
Ідею нескінченність Всесвіту розвинув Джордано Бруно (XVI століття). За Бруно Сонце - зірка, таких зірок нескінченно багато, навколо зірок обертаються планети, подібно до Землі, яка обертається навколо Сонця. Бруно висловив припущення, що і Сонце, і зірки обертаються навколо своїх осей, а в Сонячній системі, крім відомих планет, існують і інші, поки ще не відкриті.
З винаходом телескопа Галілео Галілей в першій половині XVII століття зробив видатне відкриття, які підтвердили вчення Коперника і припущення Бруно. Галілей прийшов до висновку, що обертання притаманне не тільки Землі, а й інших небесних тіл. Одночасно з Галілеєм видатні відкриття в астрономії зробив Йоганн Кеплер, який сформулював закони руху тіл в Сонячній системі.
Завданням сучасної астрономії є не тільки пояснення даних астрономічних спостережень, а й вивчення еволюції Всесвіту. Ці питання розглядає космологія. При вивченні Всесвіту неможливо провести емпіричну перевірку результатів дослідження, тому висновки космології називають не законами, а моделями походження і розвитку Всесвіту. Модель - це схема певного фрагмента природної чи соціальної реальності, можливий варіант його пояснення. У процесі розвитку науки стара модель замінюється новою моделлю. В основі сучасної космології лежить еволюційний підхід до питань виникнення і розвитку Всесвіту, відповідно до якого розроблено модель Всесвіту, що розширюється.
Ключовою передумовою створення моделі еволюціонує розширення Всесвіту послужила загальна теорія відносності А. Ейнштейна. Об'єктом теорії відносності виступають фізичні події. Фізичні події характеризують поняття простору, часу, матерії, руху, які в теорії відносності розглядаються в єдності. Виходячи з єдності простору, матерії і часу випливає, що зі зникненням метрії, простір і час теж зникнуть. Отже, до виникнення Всесвіту не було ні простору, ні часу. Ейнштейн вивів фундаментальні рівняння, які пов'язують розподіл матерії з геометричними властивостями простору, з ходом часу і на їх основі розробив статистичну модель Всесвіту. Відповідно до цієї моделі, Всесвіт має такі властивості:
1. однорідністю, тобто має однакові властивості у всіх точках;
2. ізотропності, тобто має однакові властивості в усіх напрямках;
3. третя властивість випливає із закону Хаббла: «чим далі галактики відстоять один від одного, тим з більшою швидкістю вони віддаляються один від одного», тобто Всесвіт нестаціонарна - вона знаходиться в стані постійного розширення; агентом прискорення розширення є темна енергія;
4. У XX столітті доповнюється ще одна властивість Всесвіту - вона гаряча.
В даний час існує припущення, що Всесвіт виник з «сингулярної точки» - початковий стан Всесвіту - шляхом Великого вибуху даної вихідної космічної матерії. На додаток і розвиток концепції Великого вибуху виникла теорія інфляції, яка говорить, що Всесвіт виник з вакууму.
Переконливими аргументами, які підтверджують обгрунтованість космологічної моделі Всесвіту, що розширюється, є встановлені факти. До числа таких фактів належать такі:
1. розширення Всесвіту відповідно до закону Хаббла;
2. однорідність світиться матерії на відстанях порядку 100 МКП;
3. існування реліктового фону випромінювання з тепловим спектром, відповідним температурі 2,7 К.
Висновок
Здавна люди намагаються знайти пояснення незрозумілості і примхливість навколишнього світу, але складніше за все це зробити в світі, який практично не піддається вивченню. Однак, вченими проведена колосальна робота в дослідженні Всесвіту і зроблено дуже багато відкриттів. Нехай багато чого ще не доведено, але достатньо вже того, що ми значно наближаємося до розгадки незрозумілого.
Список літератури
1. Маров М.Я. Планети сонячної системи - М.: Наука, 1986.
2. Дягілєв Ф.М. Концепції сучасного природознавства - М.: ІЕМПЕ, 1998.
3. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства - Новосибірськ: ЮКЕА, 1998.
4. Рузавін Г.І. Концепції сучасного природознавства - М.: ЮНИТИ, 1997.
5. Новіков І.Д. Як вибухнула Всесвіт. - М.: Наука, 1988.
6. Горєлов А.А. Концепції сучасного природознавства - М.: Вища освіта, 2006
7. Садохін А.П. Концепції сучасного природознавства - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006
8. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепції сучасного природознавства - М.: Дашков і К °, 2007.
9. Сівінцев Ю.В. Радіація і людина - М.: Знание, 1987.
10. Карпенків С.Х. Концепції сучасного природознавства - М.: ЮНИТИ, 1997.