Современные представления о мегамире

Современные представления о мегамире

Введение

Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независимо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль - бесстрастного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она - развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет научной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь парадоксальные, что сама ее объективность и беспристрастность начинает казаться мифом.

Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы фундаментальных общепринятых теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро - и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука, безусловно, успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами.[1]

Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы: во-первых, в связи с тем, что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим.

Современные науки о мегамире

Астрономия как наука.

Звезды изучает астрономия - наука о строении и развитии космических тел и их систем.[2] Эта классическая наука переживает в XX в. свою вторую молодость в связи с бурным развитием техники наблюдений - основного своего метода исследований: телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т.п. В СССР в 1974 г. вступил в действие в Ставропольском крае рефлектор с диаметром зеркала 6 м, собирающий света в миллионы раз больше, чем человеческий глаз.

В астрономии исследуются радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.

Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика - часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях. Но во многих случаях условия, в которых находится вещество в небесных телах и системах отличается от доступных современным лабораториям. Благодаря этому астрофизические исследования приводят к открытию новых физических закономерностей.

Собственное значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной - состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии.

Один из основных методов астрономии - спектральный анализ. Если пропустить луч белого солнечного света через узкую щель, а затем сквозь стеклянную трехгранную призму, он распадается на составляющие цвета и на экране появится радужная цветовая полоска с постепенным переходом от красного к фиолетовому - непрерывный спектр. Красный конец спектра образован лучами, наименее отклоняющимися при прохождении через призму, фиолетовый - наиболее отклоняемыми. Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные спектральные линии, что и позволяет использовать данный метод для изучения веществ.

К сожалению, коротковолновые излучения - ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи - не проходят сквозь атмосферу Земли, и здесь на помощь астрономам приходит наука, которая до недавнего времени рассматривалась как, прежде всего техническая - космонавтика, обеспечивающая освоение космоса для нужд человечества с использованием летательных аппаратов.

Космология как учение о вселенной

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, десмология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной.[3] 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.

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное в принципе количество экспериментов, и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

Принято считать, что основные положения современной космологии - науки о строении и эволюции Вселенной - начали формироваться после создания в 1917 г. А. Эйнштейном первой релятивистской модели, основанной на теории гравитации и претендовавшей на описание всей Вселенной. Данная модель характеризовала статическую Вселенную и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной.

Вселенная как система объектов

Теории эволюции Вселенной.

Эволюция Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро - и макроявлений, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро - и макроветвях эволюции.

Наша Вселенная участвует в закономерном эволюционном процессе.

Но было бы ошибкой процесс эволюции Вселенной, равно, как и всякой другой материальной системы, отождествлять лишь с одной прогрессивной ветвью развития. Развитие всегда состоит из двух ветвей или этапов - прогрессивного и регрессивного, которые объединяются одной общей характеристикой: необратимостью происходящих в них изменений.

Состояние вещества и ход физических процессов, сами понятия о времени и пространстве в “ранний” период эволюции Вселенной, когда плотность была грандиозна, еще недостаточно ясны и, вероятно, существенно отличаются от понятий физики сегодняшнего дня.

Но качественные изменения во Вселенной происходили не только в далеком прошлом. Имеются теоретические предположения, что при определенных условиях эволюция звезд приводит к образованию так называемых “черных дыр”. Поле тяжести у поверхности этих дыр так велико, что силы гравитации “сковывают” в этой части пространства все виды лучистой энергии, в том числе и свет. Поэтому эти массивные звезды становятся невидимыми, если только на них не падает вещество извне. Выяснение того, как при этом все же обнаружить “черные дыры”, является одной из интереснейших задач современной астрофизики.

Вселенная – это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов. Существуют разные модели Вселенной: “Вселенная Эйнштейна”, “Вселенная Фридмана”, “Вселенная Леметра”, “Вселенная Наана”, “Вселенная Зельманова”, соответствующие разным представлениям о ней как в целом.

Современная картина эволюционирующей Вселенной - не только расширяющейся, но и буквально “взрывающейся”, - пожалуй, так же мало похожа на картину статичной Вселенной, которую рисовала астрономия начала XX в., как современные представления о взаимопревращаемости атомов и элементарных частиц на неделимые атомы классической физики.[8]

Научная постановка вопроса об истории Вселенной - одно из важнейших завоеваний современной науки. Астрономия использует наблюдения с помощью телескопов, исследует спектры далеких небесных тел, изучает радиоволны, приходящие из самых отдаленных областей. Выводы из этих наблюдений делаются с учетом законов природы, изученных в земных лабораториях. Мы используем данные о спектрах атомов, о законах излучения и распространения радиоволн. Мы применяем к Вселенной и к огромным скоплениям звезд теорию всемирного тяготения, проверенную в земных условиях и в Солнечной системе, в частности по движению созданных человеком космических аппаратов.

Большим достижением нашего века является установление факта эволюции, изменяемой Вселенной. Звезды расходуют свой запас горючего - водорода. Горение здесь заключается в превращении водорода в гелий путем ядерных реакций. Удаляются друг от друга огромные скопления звезд. Частью такого скопления является и наша Галактика с ее 100 тыс. млн. звезд. Нужно только помнить, что ни сама Земля, ни Солнечная система, ни Галактика не расширяются.

Космические объекты

3.1. Типы космических объектов: звезды, планеты, малые тела. Межзвездная среда.

В 1963 г. на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границе наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие название квазаров.

Какие физические процессы могут приводить к выделению столь грандиозного количества энергии, все еще остается неясным. Но все же достигнуты некоторые успехи в решении другого вопроса: какое место занимают квазары в ряду других объектов Вселенной? Астрономы обратили внимание на определенное сходство между квазарами и ядрами некоторых галактик, проявляющими особенно высокую активность. Как уже отмечалось, квазары - весьма удаленные объекты. А чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной скоростью распространения света. Хотя она и составляет около 300 тыс. км/с, даже при такой огромной скорости для преодоления космических расстояний необходимы десятки, сотни и даже миллиарды лет. Так что, глядя на небо, мы видим объекты Вселенной - Солнце, планеты, звезды, галактики - в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад. А галактику в созвездии Андромеды мы наблюдаем с опозданием на 2 млн лет.

Вопрос об образовании космических объектов в результате нестационарных процессов и о самоорганизации Вселенной еще окончательно не решен. Кроме того, одна из важных проблем современного естествознания состоит в том, чтобы установить, в каком физическом состоянии находилось вещество до начала расширения Метагалактики. Видимо, это было состояние чрезвычайно высокой плотности. Для описания явлений, происходящих при столь высокой плотности, современные фундаментальные физические теории, к сожалению не применимы. При таких условиях проявляются не только гравитационные, но и квантовые эффекты, характерные для процессов микромира. А теории, которая объединяла бы их, пока нет - ее предстоит еще создать.

Одно из предположений, следующих из концепции самоорганизации, заключается в том, что первоначальный сгусток материи возник из физического вакуума. Физический вакуум, как уже отмечалось, - своеобразная форма материи, способная при определенных условиях «рождать» вещественные частицы без нарушения законов сохранения материи и движения.

Вселенная в широком смысле - это среда нашего обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности человека имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствует необратимые физические процессы, что она изменяется с течением времени, находится в постоянном развитии. Человек приступил к освоению космоса, наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны изучать не только земные явления и процессы, но и закономерности космического масштаба.

3.2. Звезды: образование, эволюция, характеристики. Классификация. Понятия сверхновых звезд, пульсаров, черных дыр.

Существуют две основные концепции происхождения небесных тел. Первая основывается на небулярной модели образования солнечной системы, выдвинутой еще французским физиком и математиком Пьером Лапласом и развитой немецким философом Эммануилом Кантом. В соответствии с нею звезды и планеты образовались из рассеянного диффузного вещества путем постепенного сжатия первоначальной туманности.

Открытие В. Амбарцумяном звездных ассоциаций очень молодых звезд, стремящихся друг от друга, было понято как подтверждение гипотезы образования звезд из первоначального сверхплотного вещества.

Что представляют собой «черные дыры»? [9] Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для ее преодоления надо было бы развить скорость большую, чем скорость света. Поэтому «черная дыра» ничего не выпускает наружу и не отражает, и стало быть ее невозможно обнаружить. В черной дыре пространство искривляется и время замедляется. Если сжатие продолжается дальше, тогда на каком-то этапе начинаются незатухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру». Предположено, что «черные дыры» находятся в ядрах галактик, являясь сверхмощным источником энергии.

Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию - звезды, и не испускающие - планеты, кометы, метеориты, космическую пыль. Энергия звезд генерируется в их недрах ядерными процессами при температурах, достигающих десятки миллионов градусов, что сопровождается выделением особых частиц огромной проницающей способности - нейтрино.

Звезды - это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. Тем самым решаются сразу несколько задач. Звезды движутся вокруг центра галактики по сложным орбитам. Могут быть звезды, у которых меняются блеск и спектр-переменные звезды (Кита) и нестационарные звезды, а также звездные ассоциации, возраст которых не превышает 10 млн. лет. Возможно, из них образуются сверхновые звезды, при вспышках которых происходит выделение огромного количества энергии нетеплового происхождения и образование туманностей.

Существуют очень крупные звезды - красные гиганты и сверхгиганты, и нейтронные звезды, масса которых близка к массе Солнца, но радиус составляет 1/50000 от солнечного. Они называются так потому, что состоят из огромного сгустка нейтронов.

В 1967 г. были открыты пульсары - космические источники радио, оптического, рентгеновского и гамма-излучения, приходящие на Землю в виде периодически повторяющихся всплесков. У радиопульсаров периоды импульсов - 0, 03-4 секунды, у рентгеновских пульсаров периоды составляют несколько секунд.

К интересным небесным телам, которым часто приписывалось сверхъестественное значение, относятся кометы. Под воздействием солнечного излучения из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы. Влияние солнечного излучения и солнечного ветра обусловливает образование хвоста, иногда достигающего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое пространство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы. В связи с этим кометы живут относительно недолго.

Небо только кажется спокойным. В нем постоянно происходят катастрофы, рождаются новые и сверхновые звезды, во время вспышек которых, светимость звезды возрастает в сотни тысяч раз. Эти взрывы характеризуют галактический пульс.

В конце эволюционного цикла, когда все водородное горючее истрачено, звезда сжимается до бесконечной плотности. Обычная звезда превращается в «белого карлика» - звезду, имеющую относительно высокую температуру поверхности и низкую светимость, во много раз меньшую светимости Солнца.

Предполагается, что одной из стадий эволюции нейтронных звезд является образование новой и сверхновой звезды, когда она увеличивается в объеме, сбрасывает свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет энергию, светя, как миллиарды солнц. Затем, исчерпав ресурсы, звезда тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.

Если звезда имела сверхкрупные размеры, то в конце ее эволюции частицы и лучи, едва покинув поверхность, тут же падают обратно из-за сил гравитации, т.е. образуется «черная дыра», переходящая затем в «белую дыру».

Солнечная система

Строение Солнечной системы.

Возраст Солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Конденсировались также присутствовавшие газы, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды и соединения азота.

Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в «ловушки» из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло вращательный момент, передавая его газовому облаку.

Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.

Чтобы преодолеть это противоречие, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.

Известна также гипотеза образования планет Солнечной системы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, предложенная Отто Юльевичем Шмидтом.

Солнечная система состоит из девяти планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы 5, 5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км.

Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения.

Заключение

История окружающего нас мира, история Вселенной - это вопрос, который волновал человечество, начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои “космологические системы”, свои теории эволюции Вселенной.

Науками о Вселенной выдвинут в последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми.[15] Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой - утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира - это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.

Для утверждения в сознании людей научно-материалистического мировоззрения огромное значение имеет экспериментальное подтверждение и практическое использование научных знаний. В наши дни намного короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование научных знаний на практике - один из наиболее весомых и действенных аргументов против религиозных взглядов и представлений.

Список литературы

Вейнберг С., Первые три минуты. - «Владос», М., 1981.

Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983.

Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988.

Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968.

Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1972.

Чижевский А.Л., Земное эхо солнечных бурь. - «Юристь», М., 1976.

Шкловский К.С., Звезды, их рождение, жизнь и смерть. – «Юристь», М., 1999

 

[1] Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983. С. 367

 

[2] Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1972. С. 38

 

[3] Шкловский К.С., Звезды, их рождение, жизнь и смерть. – «Юристь», М., 1999. С. 421

 

[4] Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С.153

 

[5] Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 453

 

[6] Вейнберг С., Первые три минуты. - «Владос», М., 1981. С. 198

 

[7] Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 196

 

[8] Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 458

 

[9] Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 345

 

[10] Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С.124

 

[11] Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 256

 

[12] Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 470

 

[13] Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 532

 

[14] Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983. С. 243-252

 

[15] Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1992. С. 189

 

Современные представления о мегамире

Введение

Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независимо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль - бесстрастного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она - развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет научной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь парадоксальные, что сама ее объективность и беспристрастность начинает казаться мифом.

Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы фундаментальных общепринятых теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро - и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука, безусловно, успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами.[1]

Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы: во-первых, в связи с тем, что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим.

12Следующая ⇒

Поделиться: