Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОУ ВПО ВСЕРОССИЙСКИЙ  ЗАОЧНЫЙ 

ФИНАНСОВО – ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

По дисциплине – «Концепции современного естествознания»

на тему: "Мегамир: современные астрофизические и космологические

концепции" 
 
 
 
 

                                                                          Выполнила: Новосёлова Э.А. 
                                                                          факультет: ФНО

                                                                          специальность: БУ, А и А

                                                                          группа: 3 поток

                                                                          Проверил:

                                                                          д.ф.н., доцент Якупов С.Ф 
 

Уфа – 2011

СОДЕРЖАНИЕ:

                                                                                                                             

Введение                                                                                                                   3                                                                                             

1. Современные космологические модели Вселенной                                 4                                                                                   
2. Проблема происхождения и эволюции Вселенной                                   6                            
3. Структура Вселенной                                                                                    9                      

Заключение                                                                                                             13

Словарь                                                                                                                   14                                 

Список  литературы                                                                                               19

 

Введение

       Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд; звезд и звездных систем – галактик.

     Все существующие галактики входят в  систему высокого порядка – Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15-20 млрд. световых лет.

     Понятия «Вселенная» и «Метагалактика» - очень близкие понятия: они характеризуют  один и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие «Вселенная» обозначает весь существующий материальный мир; понятие «Метагалактика» - тот же мир, но с точки зрения его структуры -  как упорядоченную систему галактик.

     Задачами  данной работы являются:

      - изложить современное понимание мегамира, раскрыть его сущность и границы, а также показать его связь с разработкой моделей Вселенной;

      - охарактеризовать проблему происхождения  Вселенной и показать основные этапы ее эволюции;

      - изложить современные представления  о том, как «устроена» Вселенная.

 

      1. Современные космологические модели

     Вселенной

     Космос (от греч. hosmos – мир) – термин, идущий из древнегреческой философии для обозначения мира как структурно организованного и упорядоченного целого. Космосом греки называли Мир упорядоченный, прекрасный в своей гармонии в отличие от Хаоса – первозданной сумятицы. Сейчас под космосом понимают все находящееся за пределами атмосферы Земли. Иначе космос называют Вселенной (место вселения человека) [5].

     Согласно  теории стационарного состояния Вселенной - Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Наука XIX в. рассматривала атомы как вечные простейшие элементы материи. Источник энергии звезд был неизвестен, поэтому нельзя было судить об их времени жизни. Когда они погаснут, Вселенная станет темной, но по-прежнему будет стационарной. Холодные звезды продолжали бы хаотическое и вечное блуждание в пространстве, а планеты порождали бы свой неизменный бег по рискованным орбитам.

     Современная релятивистская космология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А. Эйнштейном в общей теории относительности, которое связывает геометрию пространства (точнее, метрический тензор) с плотностью и распределением материи в пространстве.

     Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель была разработана А. Эйнштейном в 1917 г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства. В соответствии с космологической моделью Вселенной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотроцно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Модель А. Эйнштейна носит стационарный характер, поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени. Время существования Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно. Эта модель казалась в то время вполне удовлетворительной, поскольку она согласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А. Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблеме решительно изменился.

     В том же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер предложил другую модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае «пустой» Вселенной, свободной от материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некоторого рода космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга [1, с.128].

     В 1922 г. русский математик и геофизик А.А. Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение уравнений Эйнштейна, описывающее Вселенную с «расширяющимся» пространством.

     В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал «расширение» пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие «начало Вселенной» как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.

     В 1929 г. американский астроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, — система галактик расширяется.

     Расширение  Вселенной долгое время считалось  научно установленным фактом, однако однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели в настоящее время не представляется возможным.

 

      2. Проблема происхождения и эволюции Вселенной

     Как бы ни решался вопрос о многообразии космологических моделей, очевидно, что наша Вселенная эволюционирует. Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10^-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 10⁹⁶ г/см³. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров.

     От  первоначального сингулярного состояния  Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва. Начиная с конца 40-х гг. прошлого века все большее внимание в космологии привлекает физика процессов на разных этапах космологического расширения. Ученик А.А. Фридмана Г.А. Гамов разработал модель горячей Вселенной, рассмотрев ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной, и назвал ее «космологией Большого взрыва».

     Ретроспективные расчеты определяют возраст Вселенной  в 13—15 млрд. лет. В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюции Вселенной делят на эры.

     Эра адронов (тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия). Продолжительность эры 0,0001 с, температура 10¹² градусов по Кельвину, плотность 10¹⁴см³. В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов.

     Эра лептонов (легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие). Продолжительность эры 10 с, температура 10¹⁰ градусов по Кельвину, плотность 10⁴/см³. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами.

     Фотонная  эра. Продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы — энергии Вселенной — приходится на фотоны. К концу эры температура падает с 10¹⁰ до 3000 градусов по Кельвину, плотность — от 10⁴ г/см³ до 10^-21 г/см³. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества.

     Звездная  эра наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик. Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.

     В современной космологии наряду с  гипотезой Большого взрыва обосновывается и так называемая инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается идея творения Вселенной. Эта идея имеет очень сложное обоснование и связана с квантовой космологией. В данной модели описывается эволюция Вселенной, начиная с момента 10^-45 с после начала расширения.

     Уже с самого начала появления идеи расширяющейся  и эволюционирующей Вселенной вокруг нее началась борьба.

     Первой  стала проблема начала и конца  времени существования Вселенной, признание которой противоречило материалистическим утверждениям о вечности времени и бесконечности пространства, несотворимости и неуничтожимости материи.

     Вторая  проблема связана с творением мира из ничего. Материалисты отвергали возможность творения, поскольку вакуум — это не ничего, а вид материи. В теории физического вакуума Г.И. Шилова высшим уровнем реальности выступает геометрическое пространство — Абсолютное Ничто. Из абсолютного Ничто, пустого геометрического пространства в результате его кручения образуются пространственно-временные вихри правого и левого вращений, переносящие информацию.

     Попытку разрешить одну из основных проблем  мироздания — возникновения всего из ничего — предприняли в 80-х гг. XX в. американский физик А. Гут и советский физик А. Линде. Энергию Вселенной, которая сохраняется, разделили на гравитационную и негравитационную части, имеющие разные знаки. И тогда полная энергия Вселенной будет равна нулю. Физики считают, что если предсказываемое несохранение барионного числа подтвердится, то тогда ни один из законов сохранения не будет препятствовать рождению Вселенной из ничего.

     Самая большая трудность для ученых возникает при объяснении причин космической эволюции. Можно выделить две основные концепции, объясняющие эволюцию Вселенной: концепцию самоорганизации и концепцию креационизма.

     Для концепции самоорганизации материальная Вселенная является единственной реальностью, и никакой другой реальности помимо нее не существует. Эволюция Вселенной описывается в терминах самоорганизации: идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении становления все более сложных структур. Динамичный хаос порождает порядок. Вопрос о цели космической эволюции в рамках концепции самоорганизации ставиться не может.

     В рамках концепции креационизма, т.е. творения, эволюция Вселенной связывается с реализацией программы, определяемой реальностью более высокого порядка, чем материальный мир. Сторонники креационизма обращают внимание на существование во Вселенной направленного номогенеза - развития от простых систем ко все более сложным и информационно емким, в ходе которого создавались условия для возникновения жизни и человека.