Содержание

1 Формирование релятивистской  космологии, ее основные  идеи и

принципы. Модель «Большого  Взрыва» 3

2.Крымская  война – Героическая  оборона Севастополя,  Заграничные походы  Русской армии  в 1813-1814 г. 10

3 Культура Византии 18

Список  литературы 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Формирование релятивистской космологии, ее основные идеи и

принципы. Модель «Большого Взрыва»

      1.1 Формирование релятивистской космологии, ее основные идеи и принципы

     Космологией называется раздел физики, изучающий  происхождение и строение Вселенной  как целого. Эмпирическим основанием космологии является внегалактическая астрономия. Ее теоретический фундамент  составляют основные физические теории, среди которых особую роль играет теория тяготения. Первая научная космология построена И. Ньютоном на основе открытого  им закона всемирного тяготения. Вслед  за Дж. Бруно, Г. Галилеем и другими  предшественниками, И. Ньютон считал, что  Вселенная бесконечна, вечна и находится в стационарном (т.е. устойчивом, относительно неизменном) состоянии. Идея бесконечности Вселенной подкреплялась у него тем соображением, что иначе под действием гравитации все вещество слилось бы в единую массу.

     Но  Э. Галлей сразу заметил, что в  такой Вселенной сила гравитации должна быть в каждой точке бесконечной. Сознавал данную проблему и сам Ньютон. В дальнейшем этот вывод был подтвержден  и получил название гравитационного парадокса, или парадокса Зеелигера. Некоторые современные авторы считают, что в свете новой науки такого парадокса не возникает, но при этом указывают, что во Вселенной Ньютона сила гравитации в каждой точке должна быть неопределенной. В 1744 г. швейцарский астроном Ж. Широ сформулировал т.н. фотометрический парадокс: во Вселенной Ньютона свечение неба должно быть равномерным, чего фактически не наблюдается. Позднее его стали называть парадоксом Ольберса.

     Идею  преодоления таких парадоксов на почве классической механики выдвинул еще в XVIII в. известный философ  И. Кант. Он предложил “островную”  теорию строения космоса, которую поддержали и развили И. Ламберт и У. Гершель. Сформировалось представление о  Вселенной как о бесконечной иерархии систем, подобных солнечной планетарной системе. Тогда на удалении от центра плотность вещества стремилась к нулю, и упомянутые парадоксы действительно исчезали. Однако со временем выяснилось, что фактическая плотность вещества во Вселенной и величина сил гравитации в ней недостаточны для построения иерархических систем, превышающих скопление галактик: более крупные системы такого рода неминуемо должны рассеяться. Кроме того (как верно заметил А. Эйнштейн), такая модель несостоятельна в философском отношении, т.к. предполагает абсолютный центр Вселенной.

     Современная космология называется релятивистской (от лат. relativus – относительный), т.к. в ней большую роль играют обе теории относительности А. Эйнштейна – специальная и, особенно, общая. В релятивистской космологии преодолеваются парадоксы старой космологии. Но под Вселенной в ней понимается уже не весь универсум, а только совокупность тел, производных от определенной субстанции – физического вакуума, природа и свойства которого рассмотрены в предыдущих лекциях. По современным представлениям, наша Вселенная существует "всего" около 13-15 млрд. лет и имеет ограниченный объем (хотя теоретически возможны и модели с бесконечным пространством и временем).

     Из  конечности объема Вселенной не следует, что она где-то имеет границы, препятствующие движению. Топологически  Вселенная замкнута на себя, подобно  поверхности шара. Но если из любой  ее точки протянуть радиусы в  пространство, то площадь сферы, замыкающей концы этих радиусов, сначала будет  увеличиваться, а с некоторого момента  начнет уменьшаться, пока они не "уткнутся" в ту же точку, из которой вышли. Радиус Вселенной определяется формулой R² = 1,08 10²⁷ / ρ см, где ρ – средняя плотность вещества во Вселенной. Т.к. эта плотность пока точно неизвестна, неизвестен и точный объем Вселенной. Известен только приблизительный размер Метагалактики – доступной наблюдению части Вселенной: около 10²² км. Видимо, это больше половины пространства Вселенной. В этой области находится несколько миллиардов галактик, подобных нашей галактике Млечного пути.

     Нет оснований считать, что наш физический вакуум – какая-то абсолютная первоматерия. Поэтому современная космология допускает, что кроме нашей Вселенной, могут существовать иные миры (видимо, бесконечно многие), в основе которых  лежат субстанции с другими свойствами и параметрами. Заметим, что идея эта не нова. Еще Демокрит говорил  о бесконечном множестве миров, "каждое со своими небесами", и  к той же концепции приближался  Дж. Бруно. Советский физик М.А. Марков предложил т.н. гипотезу фридмонов (от имени А.А. Фридмана), согласно которой  любая физическая вселенная в  пространстве другой вселенной может  иметь масштаб элементарной частицы. Теоретически установлено, что гравитационный дефект массы пространственно замкнутых "Вселенных" равен всей массе  этих "Вселенных". Это означает, что хотя во "Вселенной" содержатся миллиарды миллиардов тонн вещества, ее масса как целого равна нулю. Сегодня наличие множества Вселенных  теоретически доказывает, напр., видный отечественный космолог А.Д. Линде. Возможно, что Вселенные различной  природы взаимодействуют между  собой, напр., через т.н. черные дыры, о которых подробнее сказано  в следующей теме.

     Современная теория возникновения и развития Вселенной основана на космологических  уравнениях ОТО, сформулированных Эйнштейном. Но их решения зависят от средней  плотности вещества во Вселенной, которую  пока не удается установить. В результате, появилось около 20 различных космологических  моделей или сценариев, которые  можно разделить на три типа. Одни из них считают, что Вселенная  будет вечно находиться в приблизительно одинаковом состоянии, возможно, колеблясь (осциллируя) в известных пределах (теории стационарной Вселенной), другие – что она должна беспредельно расширяться, третьи считают, что Вселенной  предстоит радикальное сжатие. Выбор  зависит от того, достигает ли современная  плотность вещества некоторой критической  величины (около 10^–29 г/см³), или находится, соответственно, ниже либо выше этой величины. Сам Эйнштейн исходил из представления о стационарной Вселенной, но ему пришлось искусственно ввести в свои уравнения т.н. лямбда-член, отражающий неизвестную силу отталкивания, которая возрастала бы с расстоянием между телами, чтобы скомпенсировать силу тяготения. В конце 20-х гг. А. Эддингтон показал, что Вселенная Эйнштейна неустойчива к случайным нарушениям равновесия.

     По  современным данным, средняя плотность  вещества составляет около 3·10^–31 г/см³, т.е. ниже критической, в силу чего Вселенная должна расширяться. Возможно, что этот результат не окончателен, ибо в мире есть немало т. н. темной материи, влияние которой трудно учесть. Тем не менее, теории расширяющейся Вселенной получили приоритет, в силу иных соображений и наблюдений. В 1922 г. отечественный математик А.А. Фридман показал, что более естественно признать зависимость радиуса Вселенной от времени, и что космологические уравнения допускают в начале развития Вселенной т.н. сингулярность (от лат. singularis – отдельный, особый): практически точечное состояние сверхвысокой (в принципе – бесконечной) плотности вещества. Тем самым предполагалось и расширение Вселенной в процессе ее формирования. С точки зрения диалектики, расширение Вселенной – проявление дифференциации, присущей всякому процессу прогрессивного развития.

     Еще в 1912 г. американский астроном В. Слайфер  заметил космический доплер-эффект: смещение спектральных линий галактик в направлении длинноволновой (красной) части спектра. Так должно быть, если галактики удаляются от нас, в  результате чего световые волны между  ними "растягиваются" (хотя возможны и другие интерпретации красного смещения). В 1929 г. другой американский астроном, Эдвин Хаббл, установил, что  красные смещения спектров галактик растут в среднем пропорционально  их удалению от нас, как будто все они разлетаются из точки нашего местонахождения. Среднее значение постоянной Хаббла H определяется величиной 75 км/(с Мпк), но колеблется приблизительно от 50 до 100 км/(сМпк). Обратная величина 1/H имеет размерность времени и позволяет определить возраст Вселенной в пределах 10-20 млрд. лет.

     Опираясь  на эти наблюдения, Дж. Гамов в 1846-1848 гг. выдвинул гипотезу “горячей Вселенной”. Согласно ей, с момента появления Вселенная расширялась, и ее расширение продолжается поныне. При этом на ранних этапах расширения вещество и излучение имели большую плотность и высокую температуру. Исходя из этой гипотезы, в 1953 г. Гамов предсказал т. н. реликтовое излучение а в 1964 г. американские астрофизики А. Пензиас и Р. Вильсон эмпирически доказали его существование. Это излучение представляет собой огромное множество фотонов с одинаковой энергией, равномерно заполняющих Вселенную, и создает неустранимые радиопомехи на волне 7,35 см независимо от ориентации антенны. Сейчас реликтовое излучение имеет весьма низкую температуру (около 2,7 К), но объяснить его можно только предположив, что когда-то Вселенная имела маленький объем и была очень “горячей”, а затем "остыла" в процессе расширения. Энергичное развитие космологии началось только после этого открытия

     В 2000 г. появились даже представления, что расширение Вселенной непрестанно  ускоряется. В связи с этим говорят  о наличии в ней антигравитационных сил. Их связывают с космологической  постоянной Эйнштейна и пытаются объяснить как проявление энергии  вакуума. Кроме того, были обнаружены микрофлуктуации температуры реликтового  излучения и тонкие завихрения в  нем. В результате был сделан вывод  о плоской и бесконечно расширяющейся  Вселенной. Эти результаты можно  назвать сенсационными, однако необходим  их дальнейший тщательный анализ и  проверка временем.

     Итак, сегодня практически общепризнанно, что Вселенная в прошлом была "горячей", имела малый объем  и в процессе своей эволюции расширяется. Но остается еще вопрос о начале и путях ее расширения. Его мы рассмотрим в следующем пункте лекции.

1.2 Модель «Большого   Взрыва»

     Еще в 1927 г. бельгийский астроном Г. Леметр предложил т.н. гипотезу Большого взрыва, а Дж. Гамов в 50-х гг. принял ее как версию своей теории горячей Вселенной. Согласно этой гипотезе, расширение Вселенной началось благодаря взрыву т. н. сингулярности, при котором вещество приобрело колоссальные скорости, а сейчас это расширение продолжается по инерции. В 1970 г. Ст. Хокинг и Р. Пенроуз пришли к выводу, что неограниченное продолжение геодезических линий в пространстве в определенных условиях невозможно. Этот математический результат был истолкован в пользу существования сингулярности и Большого взрыва, и именно на 70-е гг. приходится пик популярности данной гипотезы. Однако в дальнейшем работы ряда отечественных и зарубежных специалистов показали, что полное сжатие пространства по всем трем направлениям невозможно. По одному из них оно непременно сменяется расширением, а с приближением к сингулярности должен наблюдаться т.н. отскок – общая смена сжатия расширением.

     Физически гипотеза Большого взрыва также представляется во многом странной. Ни в каком ином случае наука не сталкивается с единичными сингулярностями и единичными процессами: все явления в природе носят  множественный характер, что вытекает из диалектического закона единства и борьбы противоположностей. Далее: в состоянии сингулярности должно прекращаться действие всех физических законов (в т.ч., законов ОТО), в силу чего нельзя научно объяснить процесс порождения Вселенной. Непонятно также, почему скорость “разлетания” галактик пропорциональна их удалению от нас, как будто мы находимся в точке Большого взрыва. Неясно и само это возрастание скоростей: при взрыве и дальнейшем движении “осколков” по инерции так не бывает. Еще сложнее объяснить при таком подходе открытое в 2000 г. ускорение разлетания Вселенной.

     Сама  идея взрыва и разлетания осколков в пространстве вызывает ряд существенных проблем. Где, в каком месте происходит этот взрыв, куда разлетаются галактики? Ведь для них, с т. зр. ОТО, не существует никакого внешнего пространства, а до начала развития Вселенной вообще нет пространства для движения вещества. Судя по смещению спектральных линий, самые далекие из видимых галактик должны “улетать” друг от друга с относительными скоростями более 150000 км/с. Относительные скорости еще более удаленных, невидимых галактик должны бы приближаться к световой. А квазары (небольшие космические объекты, с мощным излучением в радиоволновом диапазоне) должны бы (судя по доплер-эффекту) удаляться от нас в 2,5-2,8 раз быстрее света, а их относительные скорости могут достигать почти 25 скоростей света! Если все эти массивные образования движутся в пространстве как “осколки” сингулярности, то их громадную кинетическую энергию ничем нельзя объяснить, а движение быстрее света вообще физически бессмысленно. Случай с квазарами пытались объяснить замедлением света в их сверхмощном поле тяготения, однако эта идея не оправдалась. Кроме того, гипотеза Большого взрыва не может объяснить само существование квазаров и крупномасштабное скручивание галактик.

     Первый  квазар был открыт еще в 1963 г., а  как раз в 70-е гг. XX в. началась т.н. вторая революция в астрономии. Развитие радиотелескопов, рентгеновских и гамма-приборов превратило астрономию из оптической во всеволновую, а затем появились электронные детекторы, чувствительность которых почти на два порядка превышает лучшие фотопластины. Глубина и детальность исследования Вселенной неизмеримо возросли, были открыты и изучены многие тысячи новых галактик. Новая астрономия обнаружила, что в больших масштабах наша Вселенная выглядит весьма однородной. В целом она имеет как бы пористую структуру и напоминает кусок пемзы, пронизанный пустотами, а в срезе похожа на пчелиные соты. Нетрудно видеть сходство этой структуры с ячейками Бенара – одним из типичных примеров самоорганизации. Как и ячейки сот, ячейки (домены) Вселенной близки в плане к правильному шестиграннику; и как в сотах, вещество в них сосредоточено по краям, тогда как середина практически пуста. Масштаб этих доменов порядка сотен и тысяч парсек. Среди них есть т. н. черные области – быстро растущие домены, в которых еще нет галактик, и только у границ расширения возникает молекулярный водород. Все это гипотеза Большого взрыва может объяснить лишь искусственно и с натяжками, подобно тому, как геоцентрическая астрономия Птолемея объясняла видимые эволюции планет.