Методы и приборы для изучения вселенной

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО  «Алтайский государственный университет»

Факультет журналистики. Кафедра неорганической химии 
 

МЕТОДЫ  И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

(реферат) 
 

Выполнила студентка

III курса группы 1581-з ЗО

Ващенко Алина Евгеньевна

_________________________

Проверил:

заведующий  кафедрой неорганической химии, профессор, доктор химических наук Новоженов В. А..

_________________________

Оценка __________________

«____»  __________________ 
 
 
 

Барнаул-2011

 

 

ВВЕДЕНИЕ

"...откуда  взялась Вселенная? как и почему  она возникла? придет ли ей  конец, а если придет, то как?  Эти вопросы интересуют всех нас..." (Стивен Хокинг." Краткая история времени от большого взрыва до черных дыр", Санкт-Петербург, 2001)

Астрономия является одной из древнейших наук. Первые записи астрономических наблюдений, подлинность которых несомненна, относятся к VIII в. до н.э. Однако известно, что еще за 3 тысячи лет до н. э. египетские жрецы подметили, что разливы Нила, регулировавшие экономическую жизнь страны, наступали вскоре после того, как перед восходом Солнца на востоке появлялась самая яркая из звезд, Сириус, скрывавшаяся до этого около двух месяцев в лучах Солнца. Из этих наблюдений египетские жрецы довольно точно определили продолжительность тропического года.

В Древнем  Китае за 2 тысячи лет до н.э. видимые  движения Солнца и Луны были настолько  хорошо изучены, что китайские астрономы  могли предсказывать наступление  солнечных и лунных затмений. Астрономия, как и все другие науки, возникла из практических потребностей человека.

Дальнейшее  развитие человеческого общества вызвало  потребность в измерении времени  и в летосчислении (составлении  календарей).

Все это  могли дать и давали наблюдения над  движением небесных светил, которые  велись в начале без всяких инструментов, были не очень точными, но вполне удовлетворяли  практические нужды того времени. Из таких наблюдений и возникла паука  о небесных телах – астрономия.

С развитием  человеческого общества перед астрономией  выдвигались все новые и новые  задачи, для решения которых нужны  были более совершенные способы  наблюдений и более точные методы расчетов. Постепенно стали создаваться  простейшие астрономические инструменты  и разрабатываться математические методы обработки наблюдений.

1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

В древние  времена представления об окружающем нас мире формировались исключительно  на основании наблюдаемой реальности и интуитивных ощущений. Великие мыслители прошлого создали классические труды по философии, этике, логике, математике физике, в том числе о происхождении и строении Вселенной как они ее себе представляли.

Первоначально небеса изображались весьма похожими на земной мир. Повседневные наблюдения говорили также, что земля неподвижна и, кроме земного мира, не может  быть ничего сущего. Изо дня в  день, из года в год человек убеждался  на опыте, что Солнце, Луна, планеты  и звезды движутся по небу, восходят на востоке и заходят на западе.

Историки  древнего мира говорят, что уровень, достигнутый древней астрономией, был очень высок. Это верно. Но нельзя забывать, что астрономия была в ту пору чисто описательной наукой, бессильной что-либо противопоставить религиозным пред ставлениям об устройстве мира

Поэтому размышления древних о природе  небес строились главным образом  на домыслах, обрастали фантастическими, часто религиозными образами. Древнегреческий  математик Пифагор (VI в. до н. э.), много  путешествовавший, первым высказал мысль  о шарообразности Земли. Философ  Аристотель (IV в. до н. э.) доказывал, что  Земля – шар, ибо в южных странах на небе появляются новые созвездия, невидимые в северных, а чем дальше мы двигаемся к северу, тем все больше появляется на небосводе незаходящих звезд.

Постепенно  идея о том, что Земля – шар, висящий в пространстве и ни на что не опирающийся, все шире распространялась среди античных мыслителей. Еще в древнегреческой философии возникло течение, резко противопоставлявшее небесное и земное. В то время как великий материалист древности Демокрит (V – IV в. до н. э.) развенчивал веру в богов и отрицал божественность небесных светил, Платон (V – IV в. до н. э.) философ-идеалист, говорил, что астрономия изучает на небе идеальный мир, соответствующий достоинствам обитающих там богов. Все небесное, по учению Платона, вечно и неизменно. Это представление поддерживал и ученик Платона Аристотель. Он считал, что земной мир состоит из четырех элементов – огня, воздуха, воды и земли. Представления Платона и Аристотеля оказали сильное влияние на картину мира, созданную греческим астрономом Птолемеем во II веке до нашей эры.

В IV в. до н. э. величайший древнегреческий философ  Аристотель (384—322 гг. до н. э.), систематизировал и объединил, накопленные на протяжении веков, знания и создал универсальную  картину мира, в которой впервые  была высказана идея взаимосвязи  свойств материи, пространства и  времени.

Принципы , которыми руководствовался Аристотель:

".. в  науке о природе надо попытаться  определить прежде всего то, что  относится к началам".

"...природа  всегда осуществляет наилучшую  из всех возможностей" и "...природе  свойственно сходное поведение  во всех случаях".

Источником  всякого движения Аристотель считал "перводвигатель" мира- неподвижное, но движущее начало.

В космологии Аристотеля планетные сферы имеют  реальное физическое существование: Вселенная  состоит из ряда концентрических  сфер, движущихся с различными скоростями и приводимых в движение крайней  сферой неподвижных звёзд. Земля  как наиболее тяжёлый элемент  занимает центральное место, над  ней последовательно располагаются  оболочки воды, воздуха и огня. Область между орбитой Луны и крайней сферой неподвижных звёзд, есть область вечноравномерных движений, а сами звёзды состоят из пятого совершеннейшего элемента – эфира. Такое определение Вселенной подтверждали наблюдения и оно не вызывало сомнений, поскольку "видно было невооруженным глазом".

Только  в 15 веке на смену геоцентрической  теории, представленной в трудах Аристотеля,а  позднее в трудах александрийского астронома Птоломея, пришла гелиоцентрическая  теория строения Вселенной. Эту новую, революционную в его время, теорию создал гениальный польский астроном Николай Коперник (1473—1543, «О вращениях небесных сфер. Шесть книг»).

Гелиоцентрическая система Вселенной Коперника  также включала всю существующую материю, однако в ее центре он поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты  и среди них Земля со своим  спутником Луной. На огромном расстоянии от планетной системы находилась сфера с неподвижными звездами.

Коперник, так же представлял Вселенную  конечным пространством, а движения небесных тел равномерными и круговыми. Одно из достоинств космологической  концепции Коперника – это  логическая простота планетной теории, которая быстро получила всеобщее признание.

Иоганн  Кеплер (1571 – 1630), немецкий математик и астроном, используя огромный материал астрономических наблюдений датского астронома Тихо Браге (1546–1601), открыл законы движения планет, в соответствии с которыми:

Все орбиты планет — эллипсы, общим фокусом  орбит является Солнце (первый закон). Второй закон установил, как меняется скорость планеты при удалении или  приближении к Солнцу – в первом случае они движутся медленнее. Третий закон позволяет рассчитать эту скорость и период обращения вокруг Солнца. Таким образом была окончательно подтверждена гелиоцентрическая система Коперника.

Законы  планетной кинематики, открытые Кеплером, послужили позже Ньютону основой  для создания теории тяготения. Ньютон математически доказал, что все  законы Кеплера являются следствиями  закона тяготения.

В 1584 году Джордано Бруно (1548-1600)- представил миру новую концепцию Вселенной, которую  изложил в двух книгах: «О причине, начале и едином» и «О бесконечности, вселенной и мирах». Эта концепция существенно меняла астрономическую картину мира. Она содержала идею множественности миров, отрицала существование какого бы то ни было центра Вселенной, утверждала ее бесконечность во времени и пространстве. Все пространство Вселенной, "единое и безмерное, Бруно представлял заполненной космическим веществом (эфиром), в котором, взаимодействуя с ним, движутся "бесчисленные звезды, созвездия, шары, солнца и земли", а в основе всех вещей, всех элементов, из которых состоит Земля и все другие небесные тела, лежит вечная – неисчезающая и неизменная первичная материальная субстанция.

Классическая  физика нового времени была подготовлена научными открытиями великого итальянского физика, астронома и философа Галилео  Галилея (1564-1642). Сформулировав принцип  относительности движения, закон  свободного падения тел, механику их падения по наклонной плоскости, идею инерции – Галлилей заложил основы классической динамики. В июле 1609 Галилей построил свою первую подзорную трубу – оптическую систему, состоящую из выпуклой и вогнутой линз, – и начал систематические астрономические наблюдения. Астрономические открытия Галилея сыграли огромную роль в развитии научного мировоззрения и способствовали победе и утверждению гелиоцентрической системы мира.

Первую  универсальную физико-космологическую  и космогоническую картину мира на основе гелиоцентризма пытался построить  великий французский ученый и  философ, физик, математик, физиолог Рене Декарт (в латинизированной транскрипции — Картезиус, 1596—1650). В книге "Мир или трактат о свете» Декарт предложил механическую теорию распространения света путем мгновенной передачи давления от одной частицы материи к другой.

По Декарту, вся Вселенная пронизана вихревыми  движениями, которые происходили  в однородной мировой материи  — эфире, и в результате которых  бразовались все небесные тела. Движение во Вселенной вечно, так же как  и сама материя, и все явления  в мире сводятся к движениям частиц материи. В физике Рене Декарта нет места силам действующим на расстоянии через пустоту. Все явления мира сводятся к движениям и взаимодействию соприкасающихся частиц. Такое физическое воззрение получило в истории науки название картезианского, от латинского произношения имени Декарта—Картезий.

Декарт  внес новую идею для объяснения тяжести: он считал, что в вихрях, возникающих  вокруг планет, частицы давят друг на друга и тем вызывают явление  тяжести, в том числе на Земле. Таким образом Декарт рассматривал тяжесть как свойство присущее не телам, а окружающему тело пространству Вселенной.

Три основных закона механики и закон всемирного тяготения, которые сфомулировал великий  английский ученый, физик и математик  Иссак Ньютон (1643-1727) в книге "Математические принципы натуральной философии " (1687г., Лондон), определили новую гравитационную физическую картину мира, на основе которой формировались все более  сложные и совершенные модели Вселенной.

"Общая  картина мира, нарисованная в  трудах Ньютона, представлялась  ясной и очевидной: в бесконечном  абсолютном неизменном пространстве  с течением времени происходит  движение миров. Движение их  может быть весьма сложным,  процессы на небесных телах  весьма многообразны, но это никак  не влияет на бесконечную сцену  – пространство, в котором развертывается  в неизменном времени драма  бытия Вселенной. С такой точки  зрения для материалиста абсолютно  ясно, что у времени (как и  у пространства) не может быть  границ; не может быть истоков  реки времени. Ибо это означало  бы нарушение принципа неизменности  времени. Означало бы возникновение  – «создание» движения материального  мира Вселенной.