Всесвіт

ПЛАН.

Походження Вселенной.

Модель розширення Вселенной.

Еволюція й будову галактик.

Астрономія і космонавтика.

Походження Вселенной.

За часів люди хотіли знати, звідки і як стався світ. Коли культурі панували міфологічні уявлення, походження світу пояснювалося, як, скажімо, в «Ведах» розпадом первочеловека Пуруши. Те, що це був загальна міфологічна схема, підтверджено і російськими апокрифами, наприклад, «Голубиної книгою». Перемога християнства затвердила ставлення до створенні Богом світу з ничего.

З появою науки у її сучасному розумінні змінюють міфологічним і релігійною приходять наукові ставлення до походження Всесвіту. Слід розділяти три близьких терміна: буття, універсум і Всесвіт. Перший є філософським і позначає все існуюче, існуюче. Другий вживається й у філософії, й у науці, які мають специфічної філософської навантаження (у плані протиставлення буття й свідомості), і позначає все як таковое.

Значення терміна Всесвіт більш вузьке і набуло специфічно наукове звучання. Всесвіт — місце вселення людини, доступне емпіричному спостереженню. Поступове звуження наукового значення терміна Всесвіт цілком зрозуміла, оскільки природознавство, на відміну філософії, має тільки про те, що емпірично проверяемо сучасними науковими методами.

Всесвіт загалом вивчає наука, звана космологією, т. е. наукою про космосі. Слово це також випадково. Хоча й зараз космосом називають все яка була поза атмосфери Землі, негаразд був у Стародавню Грецію. Космос тоді приймався як «порядок», «гармонія», на противагу «хаосу» — «безладдя». Отже, космологія, основу своєї, як і личить науці, відкриває упорядкованість нашого світу і до пошуку законів його функціонування. Відкриття цих законів і становить мета вивчення Всесвіту як єдиного упорядкованого целого.

Це вивчення грунтується на кількох передумови. По-перше, формулируемые фізикою універсальні закони функціонування світу вважаються діючими у всьому Всесвіті. По-друге, вироблені астрономами спостереження теж зізнаються розповсюджуваними протягом усього Всесвіт. І, втретіх, істинними зізнаються ті висновки, які суперечать можливість існування самого спостерігача, т. е. людини (так званий антропный принцип).

Висновки космології називаються моделями походження та розвитку Всесвіту. Чому моделями? Річ у тім, що з основних принципів сучасного природознавства є уявлення про можливість проведення у час керованого і відтвореного експерименту над досліджуваним об'єктом. Тільки, якщо можна навести нескінченне, у принципі, кількість експериментів й вони ведуть до одного результату, з урахуванням цих експериментів роблять висновок про наявність закону, якому підпорядковується функціонування даного об'єкта. Лише цього разі результат вважається цілком достовірним з наукової точки зрения.

До Всесвіту це методологічне правило залишається незастосовним. Наука формулює універсальні закони, а Всесвіт унікальна. Це природне протиріччя, що потребує рахувати всі висновку про походження та розвитку Всесвіту не законами, а лише моделями, т. е. можливими варіантами пояснення. У принципі, всі закони і наукові теорії є моделями, оскільки вони можуть бути у розвитку науки іншими концепціями, але моделі Всесвіту як у більшою мірою моделі, ніж багато інші наукові утверждения.

Модель розширення Вселенной.

Найбільш загальноприйнятої в космології є модель однорідної ізотропного нестационарной гарячої розширення Всесвіту, побудована на основі спільної теорії відносності і релятивістської теорії тяжіння, створеної Альбертом Ейнштейном в 1916 року. У основі цієї моделі лежать два припущення: 1) властивості Всесвіту однакові у всіх її точках (однорідність) та напрями (ізотропність); 2) найкращим відомим описом гравітаційного поля є рівняння Ейнштейна. На цьому слід так звана кривизна простору й зв’язок кривизни з щільністю маси (енергії). Космологія, джерело якої в цих постулатах, — релятивистская.

Важливим пунктом даної моделі є його нестационарность. Це визначається двома постулатами теорії відносності: 1) принципом відносності, у яких ідеться, що у всіх інерційних системах всі закони зберігаються незалежно від цього, з якими швидкостями, рівномірно і прямолінійно рухаються ці системи друг щодо друга; 2) експериментально підтвердженим сталістю швидкості света.

З прийняття теорії відносності випливало як слідства (першим зазначив петроградський фізик і математик Олександр Олександрович ще Фрідман в 1922 року), що схиблене простір може бути стаціонарним: він повинен чи розширюватися, чи стискатися. Саме це висновок не було уваги до відкриття американським астрономом Едвіном Хабблом в 1929 року з так званого «червоного смещения».

Червоне усунення — це зниження частот електромагнітного випромінювання: в видимої частини спектра лінії зміщуються для її червоному кінцю. Виявлений раніше ефект Доплера був такий, що з віддаленні нас будь-якого джерела коливань, сприйнята нами частота коливань зменшується, а довжина хвилі відповідно збільшується. При випромінюванні відбувається «почервоніння», т. е. лінії спектра зсуваються у бік довгих червоних волн.

Отож, всім далеких джерел кольору червоне усунення було зафіксовано, причому, що далі перебував джерело, тим, у більшої ступеня. Червоне усунення виявилося пропорційно відстані до джерела, як і підтверджувало гіпотезу про видалення їх, т. е. про розширення Метагалактики — видимої частини Вселенной.

Червоне усунення надійно підтверджує теоретичний висновок про нестаціонарність області нашого Всесвіту з лінійними розмірами порядку кількох мільярдів парсек протягом по меншою мірою кількох мільярдів років. У той самий час кривизна простору може бути виміряти, залишаючись теоретичної гипотезой.

Складовою частиною моделі розширення Всесвіту є уявлення щодо Великого Вибуху, подію десь приблизно 12 —18 млрд. років тому я. «Спочатку було вибух. Не такий вибух, знайома нам Землі і який починається з певного центру і далі поширюється, захоплюючи все більше простору, а вибух, що відбувся одночасно скрізь, заповнивши від початку всі простір, причому кожна частка матерії кинулася проти від будь-якої іншої частки» (Вейнберг З. Перші три хвилини. Сучасний погляд на походження Вселенной.-М., 1981.-С. 30).

Початкова стан Всесвіту (так звана сингулярна точка): нескінченна щільність маси, нескінченна кривизна простору й вибухове, замедляющееся згодом розширення за високої температури, коли він могла існувати суміш елементарних частинок (включаючи фотони і нейтрино). Горячесть початкового стану підтверджено відкриттям в 1965 року реліктового випромінювання фотонів і нейтрино, які утворилися у ранній стадії розширення Вселенной.

Виникає цікаве запитання: із чого ж утворилася Всесвіт? Чим було те, із чого вона. У Біблії стверджується, що Бог створив всі з нічого. Знаючи, що у класичної науці сформульовані закони збереження матерію та енергії, релігійні філософи сперечалися у тому, що таке біблійне «нічого», і пояснюються деякі задля науці вважали, під нічим мають на увазі початковий матеріальний хаос, упорядкований Богом.

Як не дивно, сучасна наука допускає (саме допускає, але з стверджує), що це могло створитися з нічого. «Нічого» у науковій термінології називається вакуумом. Вакуум, який фізика ХІХ століття вважала порожнечею, по сучасним науковим уявленням є своєрідним формою матерії, яка за певних умов «народжувати» речові частицы.

Сучасна квантова механіка допускає (не суперечить теорії), що вакуум може приходити в «порушена стан», унаслідок чого в ньому може утворитися полі, та якщо з нього (що підтверджено сучасними фізичними експериментами) — вещество.

Народження Всесвіту «з нічого» означає із сучасною наукової точки зору її мимовільна виникнення із вакууму, як у відсутності частинок відбувається випадкова флуктуація. Якщо фотонів одно нулю, то напруженість поля немає певного значення (по «принципу невизначеності» Гейзенберга): полі постійно відчуває флуктуації, хоча середнє (бачимо) значення напруженості одно нулю.

Флуктуація є поява віртуальних частинок, які безупинно народжуються відразу ж знищуються, але як і беруть участь у взаємодію, як і реальні частки. Завдяки флуктуаціям, вакуум набуває особливі властивості, які у можна побачити эффектах.

Отже, Всесвіт могла утворитися з «нічого», т. е. з «порушеної вакууму». Така гіпотеза, звісно, вирішальною підтвердженням існування Бога. Адже все мало статися в відповідно до законів фізики природним шляхом до втручання державних ззовні будь-яких ідеальних сутностей. І це разі наукові гіпотези не стверджують і не спростовують релігійні догми, що лежать на той бік емпірично підтвердженого і спростовуваного естествознания.

У цьому дивовижне у сучасній фізиці не закінчується. Відповідаючи на прохання журналіста викласти суть теорії відносності лише у фразі, Ейнштейн сказав: «Раніше вважали, якби з Всесвіту зникла вся матерія, то простір та палестинці час збереглися б; теорія відносності стверджує, разом із матерією зникнуть також простір та палестинці час». Перенісши цей висновок на модель розширення Всесвіту, можна зрозуміти, що до освіти Всесвіту було ні простору, ні времени.

Зазначимо, що теорія відносності відповідає двом різновидам моделі розширення Всесвіту. У першій їх кривизна просторучасу негативною чи межі дорівнює нулю; у тому варіанті все відстані згодом необмежено зростають. У другій різновиду моделі кривизна позитивна, простір звісно, й у разі розширення згодом замінюється на стиснення. У обох варіантах теорія відносності цілком узгоджується з нинішнім емпірично підтвердженим розширенням Вселенной.

Пересічний розум неминуче ставить запитання: що було тоді, коли було нічого, І що перебуває поза межами розширення. Перше питання, очевидно, суперечливий сам собою, другий за межі конкретної науки. Астроном може сказати, що і учений не має права відповідати на такі питання. Але оскільки вони ж виникають, формулюються і можливі обгрунтування відповідей, що є й не так науковими, скільки натурфилософскими.

Так, проводиться різницю між термінами «нескінченний» і «безмежний». Прикладом нескінченності, яка безмежна, служить поверхні Землі: ми можемо йти ній як довго, але з тих щонайменше її обмежено атмосферою зверху і земної корою знизу. Всесвіт також може бути безкінечною, але обмеженою. З іншого боку, відома точка зору, відповідно до якої у матеріальному світі може бути нічого нескінченного, оскільки воно розвивається як кінцевих систем з петлями зворотний зв’язок, якими ці системи створюють у процесі перетворення среды.

Та облишмо вищезазначені міркування області натурфілософії, оскільки у природознавстві зрештою критерієм істини не є абстрактні міркування, а емпірична перевірка гипотез.

Що ж було після Великого Вибуху? Утворився згусток плазми — стану, де знаходяться елементарні частки — щось середнє між твердим і рідким станом, що й почав розширюватися дедалі більше під впливом вибуховий хвилі. Через 0,01 сік від початку Великого Вибуху у Всесвіті з’явилася суміш легких ядер (2/3 водню і 1/3 гелію). Як утворилися й інші хімічні элементы?

Еволюція й будову галактик.

Поет запитував: «Послухайте! Адже, якщо зірки запалюють — отже — це комусь потрібно?». Ми знаємо, що зірки потрібні, щоб світити, й наша Сонце дає необхідну свого існування енергію. Навіщо потрібні галактики? Виявляється і галактики потрібні, і Сонце як забезпечує нас енергією. Астрономічні спостереження доводять, що з ядер галактик відбувається безупинне витікання водню. Отже, ядра галактик є фабриками із виробництва основного будівельного матеріалу Всесвіту — водорода.

Водень, атом якого вже з протона в ядрі і самого електрона з його орбіті, є простим «кирпичиком», із якого надрах зірок утворюються у процесі атомних реакцій складніші атоми. Причому виявляється, що зірки зовсім випадково мають різну величину. Чим більший маса зірки, тим складніші атоми синтезуються в її недрах.

Наше Сонце як звичайна зірка виробляє лише гелій з водню (який дають ядра галактик), дуже масивні зірки виробляють вуглець — головний «цеглинка» живого речовини. Ось навіщо потрібні галактики і зірки. Щодо чого потрібна Земля? Вона виробляє всіх необхідних речовини для існування життя. Щодо чого є людина? Саме це питання неспроможна відповісти наука, але вона може змусити нас вкотре замислитися над ним.

Якщо «запалювання» зірок комусь потрібно, вона може і творча людина комусь потрібен? Наукові дані допомагають нам сформулювати уявлення наше призначення, про сенсі нашому житті. Звертатися у відповідях ці запитання до еволюції Всесвіту — це що означає мислити космічно. Природознавство вчить мислити космічно, до того ж час не полишаючи реальності нашого бытия.

Питання освіті та будову галактик — наступний важливе запитання походження Всесвіту. Його вивчає як космологія як наука про Всесвіту — єдиному цілому, але й космогонія (грецьк. «гонейа» означає народження) — область науки, у якій вивчається походження та розвитку космічних тіл та його систем (розрізняють планетну, зоряну, галактичну космогонию).

Галактика є гігантські скупчення зірок та його систем, які мають власний центр (ядро) та різноманітну, як сферичну, але часто спиралевидную, еліптичну, сплюснутую чи взагалі неправильне форму. Галактик — мільярди, в кожній їх нараховуються мільярди звезд.

Наша галактика називається Чумацький Шлях і складається з 150 млрд. зірок. Воно складається з ядра і знання кількох спіральних гілок. Її розміри —100 тис. світлових років. Більшість зірок нашої галактики зосереджена гігантському «диску» завтовшки близько 1500 світлових років. З віддалі близько тридцяти тис. світлових років від центру галактики розміщено Солнце.

Найближча до нашої галактика (до якої світловий промінь біжить 2 млн. років) — «туманність Андромеди». Вона названа так що саме в сузір'ї Андромеди в 1917 року було відкрито перший внегалактический об'єкт. Його належність до інший галактиці було доведено 1923 року Еге. Хабблом, знайшли шляхом спектрального аналізу, у цьому об'єкті зірки. Згодом були виявлено зірки й за іншими туманностях.

А 1963 року було відкрито квазари (квазизвездные радіоджерела) — найпотужніші джерела радіовипромінювання у Всесвіті зі світністю на сотні разів більшою світності галактик і розмірами вдесятеро меншими їх. Було припущено, що квазари є ядра нових галактик і став бути процес освіти галактик триває і поныне.

Астрономія і космонавтика.

Зірки вивчає астрономія (від грецьк. «астрон» — зірка, і «номос» — закон) — наука про будову та розвитку космічних тіл та його систем. Ця класична наука переживає в XX столітті свою другу молодість у зв’язку з бурхливим розвитком техніки спостережень — основного свого методу досліджень: телескопов-рефлекторов, приймачів випромінювання (антен) тощо. п. У СРСР 1974 року набрав чинності в Ставропольському краї рефлектор з діаметром дзеркала 6 м., збираючи світла мільйони разів більше, ніж людський глаз.

У астрономії досліджуються радіохвилі, світло, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське випромінювання та гамма-промені. Астрономія ділиться на небесну механіку, радіоастрономію, астрофізику та інші дисциплины.

Особливого значення стоїть у час астрофізика — частина астрономії, вивчає фізичні і хімічні явища, які у небесних тілах, їх системах й у космічному просторі. На відміну від фізики, основу якої лежить експеримент, астрофізика грунтується головним чином спостереженнях. Але в часто умови, у яких перебуває речовина в небесних тілах і системах відрізняється від доступних сучасним лабораторіях (надвисокі і наднизькі щільності, висока температура тощо. буд.). Завдяки цьому астрофізичні дослідження наводять на відкриття нових фізичних закономерностей.

Власне значення астрофізики залежить від того, що на даний час основну увагу в релятивістської космології переноситься на фізику Всесвіту — стан речовини і обов’язкові фізичні процеси, на різних стадіях розширення Всесвіту, включаючи найбільш ранні стадии.

Одне з основних методів астрофізики — спектральний аналіз. Якщо пропустити промінь білого сонячного світла через вузьку щілину, та був крізь скляну тригранну призму, він розпадається на складові кольору, і на екрані з’явиться райдужна колірна смужка із переходом від червоного до фіолетовому — безперервний спектр. Червоний кінець спектра освічений променями, найменш отклоняющимися під час проходження через призму, фіолетовий — найбільш отклоняемыми. Кожному хімічному елементу відповідають цілком конкретні спектральні лінії, що дозволяє використовувати даний метод вивчення веществ.

На жаль, короткохвильові випромінювання — ультрафіолетові, рентгенівські і гамма-промені — не проходять крізь атмосферу Землі, й тут на допомогу астрономам приходить наука, яка донедавна розглядали як передусім технічна — космонавтика (від грецьк. «наутике» — мистецтво кораблеводіння), забезпечує освоєння Космосу для потреб людства з допомогою літальних аппаратов.

Космонавтика вивчає проблеми: теорії космічних польотів — розрахунки траєкторій тощо. буд.; науково-технічні — конструювання космічних ракет, двигунів, бортових системам управління, пускових споруд, автоматичних станцій та пілотованих кораблів, наукових приладів, наземних систем управління польотами, служб траекторных вимірів, телеметрії, організація та постачання орбітальних станцій тощо.; медико-біологічні — створення бортових систем життєзабезпечення, компенсація несприятливих явищ в людському організмі, що з перевантаженням, невагомістю, радіацією і др.

Історія космонавтики починається з теоретичних розрахунків виходу людини у неземне простір, які дав До. Еге. Ціолковський у праці «Дослідження світових просторів реактивними приладами» (1903 р.). Роботи у сфері ракетної техніки розпочато у СРСР 1921 року. Перші запуски ракет на рідкому паливі здійснено в 1926 году.

Основними віхами історія космонавтики стали запуск першого штучного супутника Землі 4 жовтня 1957 року, перший політ людини у космос 12 квітня 1961 року, місячна експедиція в 1969 року, створення орбітальних пілотованих станцій на навколоземній орбіті, запуск космічного корабля багаторазового использования.

Роботи вели паралельно у СРСР та, але останні роки намітилося об'єднання зусиль у галузі досліджень космічного простору. 1995;го року здійснено спільний проект «Світ» — «Шаттл», у якому американські кораблі «Шаттл» використовувалися для доставки космонавтів російську орбітальну станцію «Мир».

Можливість вивчати на орбітальних станціях космічне випромінювання, яке затримується атмосферою Землі, сприяє суттєвого прогресу у сфері астрофізики.

Список литературы

.

Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики. М., 1965. Гейзенберг У. Та фізика і філософія. Частина і ціле. М., 1989. Короткий мить торжества. М., 1989.