Сучасна наука про походження Всесвіту

Реферат по естествознанию.

Тема: Сучасна наука про походження Вселенной.

Виконав студента.

_________ курса.

_______________________.

Преподаватель:

_______________________.

_______________________.

ПЛАН РЕФЕРАТУ :

Введение

3 Донаучное розгляд походження Всесвіту. 5 Теорії сучасності про походження Всесвіту. 8 Сучасна наука про походження Всесвіту. 12 Використана література: 18.

На всьому протязі свого існування Людина вивчає навколишній світ. Будучи мислячим істотою, Людина як і віддаленому минулому, і зараз, було не може обмежуватися тим, що він безпосередньо дано лише на рівні його повсякденної практичної діяльності, і завжди прагнув і прагнутиме вийти до її пределы.

Характерним є те, що пізнання навколишнього світу людиною почалося з космогонічних роздумів. Саме тоді біля підніжжя розумової роботи і прийшла думка про «початку всіх почав ». Історія не знає жодного народу, який рано чи пізно у тому чи іншого формі не задався це питання і намагався б дати відповідь нею. Відповіді, звісно, були різні, залежно від рівня духовному розвитку даного народу. Розвиток людській думці, науково-технічний прогрес дозволили просунутися у вирішенні питання про виникненні Всесвіту від міфологічного мислення побудувати наукових теорий.

Проблема «початку світу «- одне з тих нечисленних світоглядних проблем, які відбуваються крізь усе інтелектуальну історію людства. З’явившись якось на біле світло, ідея «початку світу «відтоді завжди займала думки вчених і раз у раз у цьому чи іншому образі знову і знову спливає на поверхню. Так, начебто, назавжди похована у часи середньовіччя, вона неждано-негадано побачила обрії наукової думки другої половини двадцятого століття і став всерйоз обговорюватися на сторінках спеціальних журналів і засіданнях проблемних симпозиумов.

За минуле століття наука Всесвіт дісталася найвищих поверхів структурної організації матерії - галактик, їх скупчень і сверхскоплений. Сучасна космологія активно почала читати проблему походження (формування) цих космічних образований.

Які ж усвідомлювали освіту Всесвіту наші далекі предки? Як пояснює походження Всесвіту сучасна наука? Розгляду цих та інших що з виникненням Всесвіту питань присвячується даний реферат.

Донаучное розгляд походження Вселенной.

З чого усе пішло? Як усе космічне стало таким, яким було постає перед людством? Якими були такі вихідні умови, які поклали початок що спостерігається Вселенной?

Відповідь ці запитання змінювався з недостатнім розвитком людську думку. У древніх народів походження Всесвіту наділялося міфологічної формою, сутність якої зводиться одного — якесь божество створило весь навколишній Людини світ. Відповідно до древнеиранской мифопоэтической космогонією Всесвіт є наслідком діяльності двох рівносильних і взаємозалежних творить почав — бога Добра — Ахурамазды і бога Зла — Ахримана. Відповідно до одного з її текстів, прасуществом, поділ якого призвело до освіті частин видимої Всесвіту, був явно існуючий Космос. Міфологічна форма походження Всесвіту властива усім існуючим религиям.

Багато визначні мислителі далекі від нас історичних епох намагалися пояснити походження, будову та існування Всесвіту. Заслуговують особливого поваги їх спроби за відсутності сучасних засобів у вигляді лише власного розуму та найпростіших пристосувань осмислити сутність Всесвіту. Якщо зробити невеличкий екскурс до минулого, то виявиться, ідея эволюционирующей Всесвіту, взятій на озброєння сучасній науковій думкою, вывигалась ще древнім мислителем Анаксагором (500−428 е.). Вартий уваги і космологія Аристотеля (384−332 до н.е.), та містить праці видатного мислителя Сходу Ібн Сіни (Авіценна) (980- 1037), намагався логічно спростувати божественне творіння світу, і інших, дійшли по наш час имен.

Людська думку не на місці. Разом зі зміною ставлення до побудову Всесвіту, змінювалося і помилкове уявлення про її походження, хоча у умовах існуючої сильної ідеологічної влади релігії це було пов’язано з певною небезпекою. Може цим правилом і пояснюється й те, що природознавство новоєвропейського часу уникало обговорення питання про походження Всесвіт і зосередилося на вивченні устрою Близького Космосу. Ця наукова традиція надовго визначила загальне напрям і методику астрономічного, та був і астрофизичного досліджень. Через війну основи наукової космогонії було закладено не природознавцями, а филисофами.

Першим цей шлях ступив Декарт, що спробував теоретично відтворити «походження світил, Землі та іншого видимого світу ніби з деяких насіння «і дати єдине механічне пояснення всієї сукупності відомих йому астрономічних, фізичних і біологічних явищ. Проте ідеї Декарта далекі від сучасної йому науки.

Тому історію наукової космогонії справедливішою було б розпочати ні з Декарта, і з Канта, нарисовавшего картину «механічного походження всього світобудови ». Саме Канту належить перша група у научно-космогоническая гіпотеза — про природному механізмі виникнення матеріального світу. У безмежному просторі Всесвіту, відтвореної творчим уявою Канта, існування незліченної кількості інших сонячних систем і інших млечных шляхів так само природно, як і безупинне освіту нових світів і смерть старих. Саме з Канта починається свідоме і практичне з'єднання принципу загальної зв’язку й єдності матеріального світу. Всесвіт перестав бути сукупністю божественних тіл, скоєних і вічних. Тепер перед здивованим людським розумом постала світова гармонія зовсім іншого роду — природна гармонія систем взаємодіючих і эволюционирующих астрономічних тіл, пов’язаних між собою, як ланки ланцюжка природи. Однак необхідно відзначити дві характерні риси її подальшого розвитку наукової космогонії. Першою з них те, що послекантовская космогонія обмежила себе межами Сонячної системи та до середини сучасності йшлося лише про походження планет, тоді як зірки й їх системи залишалися за обрієм теоретичного аналізу. Другий особливістю і те, що обмеженість спостережних даних, невизначеність доступною астрономічної інформації, неможливість досвідченого обгрунтування космогонічних гіпотез зрештою зумовили перетворення наукової космогонії до системи абстрактних ідей, відірваних тільки від інших галузей природознавства, а й від родинних розділів астрономии.

Теорії сучасності про походження Вселенной.

Наступний етап у розвитку космології належить до ХХ віці, коли радянський учений А. А. Фридман (1888−1925) математично довів ідею саморазвивающейся Всесвіту. Робота А. А. Фридмана від початку змінила основоположення колишнього наукового світогляду. За твердженням космологічні початкові умови освіти Всесвіту були сингулярними. Роз’яснюючи характер еволюції Всесвіту, розширення починаючи з сингулярного стану, Фрідман особливо виділяв два випадку: а) радіус кривизни Всесвіту з часом невпинно зростає, починаючи з нульового значення; б) радіус кривизни змінюється періодично: Всесвіт стискається в точку (на ніщо, сингулярне стан), потім знову з точки, доводить свій радіус до деякого значення, далі знову, зменшуючи радіус своєї кривизни, звертається до точку, і т.д.

У математичному сенсі сингулярне стан постає як ніщо — геометрична сутність нульового розміру. У фізичному ж плані сингулярність постає як дуже своєрідне стан, у якому щільність речовини і кривизна простору-часу нескінченні. Уся сверхгорячая, сверхискривленная і сверхплотная космічна матерія буквально стягнута в і може, по образним висловом американського фізика Дж. Уилера, «протискуватися крізь вушко голки » .

Переходячи для оцінювання сучасного погляду сингулярне початок Всесвіту, слід звернути увагу до такі важливі особливості аналізованої проблеми, у целом.

По-перше, поняття початковій сингулярності має можливість досить конкретне фізичне зміст, які з з розвитком науки дедалі більше деталізується і уточнюється. У цьому плані його треба розглядати не як понятійну фіксацію абсолютного початку «всіх речей і подій », бо як початок еволюції того фрагмента космічної матерії, який сучасному рівні природознавства стала об'єктом наукового познания.

По-друге, якщо, по сучасним космологічним даним, еволюція Всесвіту почалася 15−20 мільярдів років тому я, а тому означає, що доти Всесвіт ще існувала або ж плекала стані вічного застоя.

Досягнення науки розширювали можливості у пізнанні навколишнього Людини світу. Траплялися нові спроби пояснити з чого ж усе почалося. Жорж Леметр був охарактеризований першим, що поставили запитання про походження що спостерігається великомасштабної структури Всесвіту. Їм було висунуто концепція «Великого Вибуху «з так званого «первісного атома «і наступного перетворення його осколків в зірки й галактики. Звісно, я з висот сучасного астрофизичного знання дана концепція становить лише історичний інтерес, але сама ідея початкового вибухонебезпечного руху космічної матерію та її наступного еволюційного розвитку невід'ємною частиною увійшла у сучасну наукову картину мира.

Принципово новий етап у розвитку сучасної еволюційної космології пов’язаний з ім'ям американського фізика Г. А. Гамова (1904;1968), завдяки якому науку ввійшло поняття гарячого Всесвіту. Відповідно до запропонованої ним моделі «початку «эволюционирующей Всесвіту «первоатом «Леметра складалася з сильно стиснутих нейтронів, щільність яких досягала жахливої величини — один кубічний сантиметр первинного речовини важив мільярд тонн. Через війну вибуху цього «первоатома «на думку Г. А. Гамова утворився всоеобразный космологічний казан з температурою порядку трей мільярдів градусів, що й стався природний синтез хімічних елементів. Осколки первинного яйця — окремі нейтрони потім розпалися на електрони і протони, які, своєю чергою, об'єднавшись з нераспавшимися нейтронами, утворили ядра майбутніх атомів. Усе це відбулося у перших 30 хвилин після «Великого Вибуху » .

Гаряча модель являла собою конкретну астрофізичну гіпотезу, який вказує шляху досвідченої перевірки своїх наслідків. Гамов передбачив існування у час залишків теплового випромінювання первинної гарячої плазми, яке співробітники Альфер і Герман ще 1948 р. досить точно розрахували величину температури цього залишкового випромінювання вже сучасної Всесвіту. Проте Гамову та його співробітникам зірвалася дати задовільний пояснення природному утворенню відкладень і распостраненности важких хімічних елементів у Всесвіті, що було причиною скептичного ставлення до його теорії із боку фахівців. Як виявилося, запропонований механізм ядерного синтезу було забезпечити виникнення спостережуваного нині кількості цих элементов.

Вчені почали шукати інші фізичні моделі «початку ». У 1961 року академік Я. Б. Зельдович висунув альтернативну холодну модель, відповідно до якої початкова плазма складалася з суміші холодних (з температурою нижче абсолютного нуля) вырожденных частинок — протонів, електронів і нейтрино. Три роки астрофізики И. Д. Новиков і А. Г. Дорошкевич справили з порівняльного аналізу дві протилежні моделей космологічних початкових умов — гарячої і холодної - і зазначили шлях досвідченої перевірки і вибору, а такою. Було запропоновано з допомогою вивчення спектра випромінювань зірок і космічних радіоджерел спробувати знайти залишки первинного випромінювання. Відкриття залишків первинного випромінювання підтверджувало б правильність гарячої моделі, і якщо такі не існують, це буде свідчити на користь холодної модели.

Майже до того ж час група американських дослідників на чолі з фізиком Робертом Дікке, не знаючи про опублікованих результатах роботи Гамова, Альфера і Германа, відродила з інших теоретичних міркувань гарячу модель Всесвіту. З допомогою астрофізичних вимірів Р. Дікке і його працівники знайшли підтвердження існування космічного теплового випромінювання. Це епохальне відкриття дозволило отримати важливу, раніше недоступну інформацію про початкових порах еволюції астрономічної Всесвіту. Зареєстрована реліктове випромінювання не що інше, як прямий радіорепортаж про унікальних общевселенских подіях, які мали місце невдовзі після «Великого Вибуху «- самого грандіозного за своїми масштабами і наслідків катастрофічного процесу у доступній для огляду історії Вселенной.

Отже, внаслідок астрономічних спостережень останнього часу вдалося однозначно вирішити принципове питання про характер фізичних умов, пануючих на ранніх стадіях космічної еволюції: найадекватнішою виявилася гаряча модель «початку ». Сказане, проте, значить, що підтвердилися все теоретичні затвердження, ідучи висновки космологічної концепції Гамова. Із двох вихідних гіпотез теорії - про нейтронном складі «космічного яйця «і гарячому стані молодий Всесвіту — перевірку часом витримала лише остання, яка вказує на кількісне переважання випромінювання над речовиною біля джерел нині спостережуваного космологічного расширения.

Сучасна наука про походження Вселенной.

Та на нинішній стадії розвитку фізичної космології на чільне місце вийшла завдання створення теплової історії Всесвіту, особливо сценарію освіти великомасштабної структури Вселенной.

Останні теоретичні пошуки фізиків проводили у напрямі наступній фундаментальної ідеї: основу всіх відомих типів фізичних взаємодій лежить одне універсальне взаємодія; электро-магнитное, слабке, сильне і гравітаційне взаємодії є різними гранями єдиного взаємодії, расщепляющегося принаймні зниження рівня енергії відповідних фізичних процесів. Інакше висловлюючись, за дуже високих температурах (перевищують певні критичні значення) різні типи фізичних взаємодій починають об'єднуватися, але в межі чотири типу взаємодії зводяться до обному єдиному протовзаимодействию, званому «Великим синтезом » .

Відповідно до квантової теорії те, що залишається після видалення частинок матерії (приміром, з якогось закритого судини з допомогою вакуумного насоса), не є порожнім в буквальному розумінні, як і вважала класична физика. Хотя вакуум зовсім позбавлений звичайних частинок, він насичений «полуживыми », так званими віртуальними тільцями. Щоб їх перетворити на справжні частки матерії, досить порушити вакуум, наприклад, впливати нею електромагнітним полем, створюваним внесеними до нього зарядженими частицами.

Але що усе-таки стало причиною «Великого Вибуху »? Судячи з даних астрономії фізична величина космологічної постійної, записаної в энштейновских рівняннях тяжіння, дуже мала, можливо близька нанівець. Але навіть будучи настільки незначною, вони можуть викликати дуже серйозні космологічні наслідки. Розвиток квантової теорії теорії поля привело до ще цікавішим висновків. Виявилося, що космологічна стала є функцією від енергії, зокрема залежить від температури. При надвисоких температурах, пануючих на ранніх фазах розвитку космічної матерії, космологічна стала можна було дуже великі, а головне, позитивної за сигналом. Говорячи інакше кажучи, у минулому вакуум міг перебувати у надзвичайно незвичному фізичному стані, яке характеризується наявністю потужних сил відштовхування. Саме це сили та послужили фізичної причиною «Великого Вибуху «і наступного швидкого розширення Вселенной.

Розгляд про причини і наслідків космологічного «Великого Вибуху «було би повним без чергового фізичного поняття. Йдеться так званому фазовому переході (перетворення), тобто. якісному перетворення речовини, сопровождающимся різкій зміною лише його стану іншим. Радянські ученого-фізики Д. А. Киржниц і А. Д. Линде першими зауважили те що початковій фазі становлення Всесвіту, коли космічна матерія лежить у сверхгорячем, але вже настав остывающем стані, могли відбуватися аналогічні фізичні процеси (фазові переходы).

Подальше вивчення космологічних наслідків фазових переходів з порушеною симетрією призвело до новим теоретичним відкриттям і узагальненням. У тому числі - виявлення раніше невідомої доби саморозвитку Всесвіту. Виявилося, що під час космологічного фазового переходу воно могло досягти стану надзвичайно швидкого розширення, у якому її розміри збільшилися в багато разів, а щільність речовини залишалася практично незмінною. Вихідним ж станом, яка дала початок раздувающейся Всесвіту, вважається гравітаційний вакуум. Різкі зміни, супутні процесу космологічного розширення простору характеризуються фантастичними цифрами. Так передбачається, що все що спостерігається Всесвіт виникла з єдиного вакуумного міхура розміром менше 10 в мінус 33 ступеня див! Вакуумний міхур, з яких утворився наш Всесвіт, мав масою, рівної лише однієї стотисячної частці грамма.

Нині ще немає всебічно перевіреної і визнаною всіма теорії походження великомасштабної структури Всесвіту, хоча вчені значно просунулися у сенсі природних шляхів її формування та еволюції. З 1981 року почався розробка фізичної теорії раздувающейся (інфляційної) Всесвіту. На цей час фізиками запропоновано кілька варіантів даної теорії. Передбачається, що еволюція Всесвіту, що з грандіозного общекосмического катаклізму, так званої «Великим Вибухом », у майбутньому супроводжувалася кількаразової зміною режиму расширения.

Відповідно до припущень учених, через десять в мінус сорок третього ступеня секунд після «Великого Вибуху «щільність сверхгорячей космічної матерії була висока (10 в 94 ступеня грамм/см кубічний). Висока був і щільність вакууму, хоча щодо порядку величини у неї набагато менше щільності звичайній матерії, тож гравітаційний ефект первісної фізичної «порожнечі «був непомітний. Проте під час розширення Всесвіту щільність і температура речовини падали, тоді як щільність вакууму лишалася незмінною. Ця обставина спричинило різке зміни фізичної ситуації вже через десять в мінус 35 ступеня секунди після «Великого Вибуху ». Щільність вакууму спочатку порівнюється, та був, через кілька сверхмгновений космічного часу, прибуває її. Тоді і дає себе знати гравітаційний ефект вакууму — його сили відштовхування знову беруть гору над силами тяжіння звичайній матерії, після чого Всесвіт починає розширюватися в надзвичайно швидкому темпі (роздувається) і за нескінченно невелику частину секунди сягає розмірів. Однак це процес обмежений в часі та просторі. Всесвіт, подібно кожному расширяющемуся газу, спочатку швидко вистигає і у районі 10 в мінус 33 ступеня секунди після «Великого Вибуху «сильно переохлаждается. У результаті общевселенческого «похолодання «Всесвіт від однієї фаза перетворюється на іншу. Йдеться фазовому переході першого роду — стрибкоподібному зміні внутрішньої структури космічної матерію та всіх пов’язаних із нею фізичних властивостей і характеристик. На завершальній стадії цього космічного фазового переходу весь енергетичний запас вакууму перетворюється на теплову енергію звичайній матерії, й у результаті вселенческая плазма знову підігрівається до початкової температури, і відбувається зміна режиму її расширения.

Так само цікавий, а глобальної перспективі важливіший інший результат новітніх теоретичних пошуків — принципова можливість уникнення початковій сингулярності у її фізичному сенсі. Йдеться цілком новому фізичному погляді на цю проблему походження Вселенной.

Виявилося, що всупереч деяким недавнім теоретичним прогнозам (про тому, що початкову сингулярність вдасться уникнути, і при квантовому узагальненні загальної теорії відносності) є певні микрофизические чинники, що потенційно можуть перешкоджати безмежному стиску речовини під впливом сил тяготения.

Ще наприкінці тридцятих років було теоретично виявлено, що зірки з масою, перевищує масу Сонця більш ніж тричі, на останньому етапі своєї еволюції нестримно стискуються до сингуляторного стану. Останнє на відміну сингулярності космологічного типу, що називається фридмановской, називається шварцшильдовским (під назвою німецького астронома, вперше що розглянув астрофізичні слідства энштейновской теорії тяжіння). Але з суто фізичної погляду обидва типу сингулярності ідентичні. Формально вони різняться тим, що як перша сингулярність є початковим станом еволюції речовини, тоді як друга — конечным.

Відповідно до недавнім теоретичним уявленням гравітаційний колапс повинен завершитися стиском речовини буквально «в точку «- до безкінечною щільності. По новітнім ж фізичним уявленням колапс можна зупинити у межах планковской величини щільності, тобто. на межі 10 в 94 ступеня грам/ див. кубічний. Це означає, що Всесвіт відновлює своє розширення ні з нуля, а маючи геометрично певний (мінімальний) об'єм і фізично прийнятне, регулярне состояние.

Академік М. А. Марков висунув цікавий варіант пульсуючої Всесвіту. У логічного рамці цієї космологічної моделі старі теоретичні труднощі, а то й вирішуються остаточно, то крайнього заходу, висвітлюються під новим перспективним кутом зору. Модель полягає в гіпотезі за якою при різке зменшення відстані константи всіх фізичних взаємодій йдуть до нуля. Дане припущення — слідство іншого припущення, за яким константа гравітаційного взаємодії залежить від рівня щільності вещества.

Відповідно до теорії Маркова, щоразу, коли Всесвіт з фридмановской стадії (кінцеве стиснення) перетворюється на стадію деситтеровскую (початкова розширення), її физико-геометрические характеристики виявляються одними і тими самими. Марков вважає, що його запровадження цілком достатньо подолання класичного труднощі по дорозі фізичної реалізації вічно осциллирующей Вселенной.

Використана література :

1) У колі вічного повернення? Три гіпотези.— М.:Знание, 1989. 48с.- -(Нове в жизни, науке, технике.Сер. «Знак питання » ;№ 4).

2) Як влаштована машина часу? — М.: Знання, 1991. — 48с. — (Передплатна науково-популярна серія «Знак питання » ;№ 5).

3)Краткий Філософський Словарь. Под ред. М. Розенталя і П.Юдина. Вид. 4, доп. і испр.. М.— держ. вид. політ. літ., 1954.

4)Кто, Когда, Почему? —держ. вид. дет. літ., Міністерство Просвітництва РРФСР, М.— 1961.

5)Происхождение сонячної системи. Під ред. Г. Ривса. Пер. з анг. і франц. під ред. Г. А. Лейкина і В. С. Сафронова. М, «СВІТ », 1976.

6)Украинский Радянський Енциклопедичний Словарь. В 3-х томах / Редкол.: відповідь. ред. А.В.Кудрицкий—К.: Глав. ред. УСЭ,—1988.

7)Человек і мироздание: Взгляд науку й религии.—М.: Рад. Россия1986.

8) Що шукають «археологи космосу » ?— М.: Знання, 1989. — 48 з., з ил.—(Новое у житті, науці, техніці. Сер. «Знак питання » ;№ 12).

9)Что таке? Хто такий?: У три т. Т. 1. — 3-тє вид., перераб. Ч 80 і доп.— М.: «Педагогика-пресс », 1992. —384 з.: ил.

10)Беседы про Вселенной.—М.:Политиздат, 1984.—111с.—(Беседы світ і человеке).