Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Вселенной





Происхождение, строение и эволюция Вселенной

Основные этапы, особенности и методы исследования

Вселенной.

И ученых, и простых людей всегда больше других интересовали и волновали два вопроса – что было и что будет. Заглянуть непосредственно в будущее, что было бы особенно интересно, к сожалению, невозможно, однако будущее любого объекта в той или иной степени предопределено его предысторией. Наследственность, под которой в широком смысле слова понимают способность будущего произвольной системы зависеть от ее прошлого, как отмечалось в главе 4, имеет место не только в мире живой материи, при этом будущее системы определяется ее прошлым, как правило, в большей степени, чем мы обычно думаем. Вглядываясь в прошлое, можно лучше понять причины и закономерности тех изменений, которые происходят в мире или в той или иной его части, и на основе этого понимания с более высокой степенью достоверности предсказывать будущее.

Под Вселенной чаще всего понимают «все сущее», т.е. весь существующий материальный мир, пространственные и временные границы которого неизвестны. Ту часть Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений, принято называть Метагалактикой (иногда говорят – наша Вселенная). Установлено, что Метагалактика изотропна, т.е. в этой «видимой» области Вселенной ее свойства не зависят от пространственного направления. Поэтому параметром Метагалактики является ее радиус, который с момента изобретения телескопа непрерывно увеличивается. В настоящее время астрономы регистрируют объекты Вселенной, находящиеся на расстояниях от нас порядка (6…8) млрд. световых лет 1.

Необходимо отметить, что, исследуя те или иные объекты Вселенной, мы всегда изучаем только их прошлое, причем, чем более удаленные от нас объекты становятся доступными для наблюдения, тем в более глубокое прошлое удается заглянуть. При осмыслении результатов астрономических исследований становится очевидной и наглядной неразрывная связь пространства и времени. Символичным отражением этой связи является использование для оценки больших расстояний такой единицы измерения как световой год. (Другими единицами измерения расстояний, используемыми в астрономии, являются астрономическая единица 2 и парсек 3).

В основе тесной взаимосвязи пространства и времени лежит то обстоятельство, что скорость передачи информации, так же как и скорость движения материальных тел, не может быть сколь угодно высокой – она не может превышать величину скорости света в свободном пространстве (3∙108 м/с). Наблюдая, к примеру, за какой-либо звездой, удаленной от Земли на 1 млн. световых лет, мы видим эту звезду такой, какой она была 1 млн. лет назад, и ничего более. Увидеть, какой была эта звезда в более древние времена, увы, невозможно, а о том, какова ее светимость в данный момент времени (момент наблюдения) можно будет узнать только через миллион лет.

Другими словами, увидеть строение и структуру всей Метагалактики в какую-либо определенную эпоху ее истории принципиально невозможно. Если разбить объем Метагалактики на множество концентрических слоев, то каждый слой мы можем видеть лишь таким, каким он был в соответствующий исторический промежуток времени. Очевидно, что чем массивнее какой-либо объект Вселенной, тем большее гравитационное воздействие он оказывает на движение соседних объектов. С другой стороны, как достоверно установлено, чем больше масса звезды, тем меньше продолжительность ее жизни. Время жизни звезд, масса которых в десятки раз превышает массу Солнца, измеряется не миллиардами, а миллионами лет, после чего они взрываются и их свечение резко ослабевает или прекращается. Но и излучение этих звезд, и их гравитационное воздействие, распространяясь со скоростью света, продолжают существовать в пространстве Вселенной.

Астрономия как наука о строении и развитии космических тел и систем зародилась еще в глубокой древности. Задолго до наступления новой эры с высокой точностью были определены продолжительность года, период чередования фаз Луны, периоды движения видимых глазом планет, период повторяемости солнечных затмений. В честь семи светил (Солнце, Луна и пять планет), перемещающихся на фоне неподвижного звездного неба, были установлены 7 дней недели. Был определен путь Солнца по т.н. большому кругу небесной сферы, названному эклиптикой, расположенные вдоль этого круга 12 созвездий получили названия зодиакальных.

Наиболее развитые представления о Вселенной существовали в государствах Древней Греции в период их расцвета. В учениях древнегреческих философов содержатся представления не только о бесконечности Вселенной и бесконечности миров, но и о движении Земли вокруг Солнца. Идеи о гелиоцентрическом устройстве мира развивали и отстаивали представители пифагорейских школ Гераклит Понтийский и Аристарх Самосский. Они доказывали (или допускали), что Солнце больше Земли, что звездная сфера и Солнце неподвижны, а Земля движется вокруг Солнца по круговой орбите и вращается вокруг своей оси, что размеры земной орбиты исчезающе малы в сравнении с расстоянием до звезд.

Своеобразной движущей силой развития древней науки и философии в течение многих веков являлось противостояние гелиоцентрической и геоцентрической концепций устройства мира. Концепцию геоцентрической Вселенной, согласно которой Земля занимает в ней исключительное положение, являясь единственным неподвижным телом, вокруг которого вращаются все другие небесные тела и звездная сфера, развивал такой непререкаемый авторитет как Аристотель, а наиболее детальную разработку геоцентрической системы мира осуществил известный древнегреческий астроном Клавдий Птолемей.

Основной труд работавшего в Александрии в середине II в. н.э. Птолемея «Великое математическое построение астрономии» (более известно арабское название – «Альмагест») содержит 13 томов. Закономерности видимых движений всех светил в этом труде были описаны столь полно и подробно, что в течение многих последующих веков мореплаватели и путешественники при определении географических координат пользовались формулами, таблицами и диаграммами Птолемея.

Исключительное положение Земли как центра мира хорошо согласовывалось с господствовавшими в античные времена антропоцентристскими мировоззренческими представлениями и, что еще более важно, как нельзя лучше соответствовало библейским догматам о сотворении мира и человека. Поэтому в течение полутора тысячелетий геоцентрическая система мира являлась не только вершиной теоретической астрономии, но и ядром сложившейся естественнонаучной картины мира. Лишь в середине XVI в. польский астроном Н. Коперник, тщательно ознакомившись с латинским переводом «Альмагеста», совершил полный переворот в астрономии, положивший начало перевороту в науке в целом.

В 1543 г. в Нюрнберге было издано сочинение Коперника «Об обращении небесных сфер», в котором он последовательно изложил свою тщательно разработанную гелиоцентрическую систему мира. Этот труд по праву считается одним из выдающихся произведений в истории науки, с него, по выражению Ф. Энгельса, началось «освобождение естествознания от теологии».

Н. Коперник не только установил, что «одного лишь движения Земли достаточно для объяснения многих видимых неравенств на небе». Суть еще одного выдвинутого им положения заключается в требовании истинности научных построений в смысле их соответствия объективному, т.е. существующему независимо от человека порядку явлений природы. Использую разработанную им систему мира, Коперник определил порядок расположения известных планет и численные значения расстояний между ними и Солнцем, предложив считать за единицу измерения расстояние между Землей и Солнцем. Его труды положили начало нового этапа в развитии знаний о строении Вселенной.

Следует отметить еще три важные вехи на пути перехода от геоцентрических представлений к гелиоцентрическому мировоззрению на рубеже XVI и XVII столетий: идеи Д. Бруноо бесконечности Вселенной и бесконечности миров; изобретение телескопа и совершенные с его помощью Г. Галилеем открытия; установление И. Кеплером кинематических законов движения планет.

В 1584 г. итальянский философ и поэт Д. Бруно опубликовал работу «О бесконечности, Вселенной и мирах», в которой утверждал, что Вселенная бесконечна, и что «существует бессчетное число миров, подобных миру Земли». Значительно опередив свое время и, по сути, предвосхитив многие положения современной космологии, Бруно считал звезды далекими солнцами, согревающими бесчисленные планеты других миров, населенных живыми существами. Обвиненный в ереси, он и под угрозой смерти не отказался от своих убеждений и был сожжен на костре инквизиции в 1600 г.

Первым астрономом мира, взглянувшим на небо в телескоп, по-видимому, является Г. Галилей. В 1610 г. он построил и использовал для научных исследований несколько телескопов и, хотя его лучший телескоп обеспечивал всего лишь 32-кратное увеличение, сумел сделать множество астрономических открытий. Обнаруженные им на горы и кратеры на Луне наглядно показывали, что Луна подобна Земле, а пятна, которые он увидел на поверхности Солнца, опровергали учение Аристотеля о неприкосновенной чистоте небес. Открытие фаз Венеры не оставляло сомнений в том, что эта планета действительно обращается вокруг Солнца. Галилей открыл также 4 наиболее крупных спутника Юпитера, обнаружил кольца Сатурна (но принял их за спутники), и даже обнаружил планету Нептун. Однако и Галилей в те далекие времена не мог предположить, что в солнечной системе могут быть другие планеты.

Современник Галилея немецкий астроном И. Кеплер, на основе кропотливого анализа результатовы своих наблюдений, а также результатов многолетних наблюдений за движением Марса, оставленных ему датским астрономом Тихо Браге, установил три закона движение планет. Первые два из этих законов, установленные в 1601 – 1605 гг., были изложены Кеплером в рукописи «Новая астрономия», опубликованной в 1609 г. Согласно первому закону, каждая из планет движется не по окружности, как считал Коперник, а по эллипсу, в одном из фокусов которого расположено Солнце. Второй закон гласил, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, при этом радиус-вектор (линия, соединяющая центры Солнца и планеты) за равные промежутки времени описывает равные площади. Это означает, что скорость планеты при ее движении по эллипсоидальной орбите непрерывно изменяется – чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее орбитальная скорость. В течение последующих 10 лет Кеплер установил справедливость найденных им законов для всех известных тогда планет и в 1618 г. впервые представил правильное описание строения Солнечной системы. Тогда же он сформулировал и третий из своих знаменитых законов, согласно которому квадрат периода обращения каждой планеты вокруг Солнца пропорционален кубу большой полуоси ее орбиты.

Законы Кеплера с высокой точностью описывали движение планет. Но какая сила заставляет планеты кружиться вокруг Солнца, почему их орбиты представляют собой эллипсы, почему скорость планеты зависит от ее положения на орбите – ответов на эти и на многие другие вопросы в то время не знал никто. Понадобилось еще 70 лет, прежде чем появилась возможность не только ответить на эти вопросы, но и строго рассчитывать движение любых тел – как земных, так и космических.

Основу классического мировоззрения составляли следующие космологические положения:

• Вселенная бесконечна в пространстве и времени, ее бесконечность в пространстве гармонично соответствует вечности во времени.

• Основным законом, который управляет движением и развитием небесных тел, является закон всемирного тяготения.

• Пространство абсолютно и никак не связано с находящимися в нем телами, оно играет лишь пассивную роль некоего «вместилища» для них.

• Количество звезд, звездных систем и планет во Вселенной бесконечно велико.

• Каждое небесное тело проходит длительный путь развития, при этом на смену угасающим звездам появляются новые.

• Рождение и гибель отдельных миров не изменяют облик структуры Вселенной, которая является стационарной.

Основы современной (релятивистской) космологии, которые будут рассмотрены ниже, были заложены в трудах А. Эйнштейна по общей теории относительности. Космологические воззрения, составляющие ядро современной научной картины мира, сформированы благодаря усилиям многих ученых – астрономов, физиков и астрофизиков – А. Фридмана, В. Слайфера, Э. Хаббла, Г. Гамова, А. Пензиаса, Р. Вильсона, С. Хокинга, Я. Зельдовича, и др.

В течение более чем трех столетий с момента изобретения телескопа, астрономия оставалась исключительно оптической – удавалось исследовать лишь те объекты Вселенной, которые излучают свет. Чтобы повысить увеличение и разрешающую способность оптического телескопа (способность давать раздельные изображения двух близко расположенных источников излучения или отдельных деталей протяженного источника), необходимо увеличивать диаметр его линзового или зеркального объектива. Например, двояковыпуклая стеклянная линза оптического телескопа (вблизи станицы Зеленчукской в Карачаево-Черкесии) имеет диаметр 6 м, а диаметр вогнутого зеркала рефлекторного космического телескопа «Хаббл», выведенного на орбиту в 1990 г., составляет 2,4 м.

Начиная с середины ХХ века, астрономия, по образному выражению известного российского ученого И. Шкловского, стала всеволновой. Сначала были созданы радиотелескопы, затем, как только стало возможным выносить приемники излучения за пределы земной атмосферы, появились рентгеновские телескопы и гамма-телескопы. Развитие новых областей астрономии позволило существенно обогатить наши знания о Вселенной, совершить целый ряд крупнейших открытий. В 1963 г. были открыты квазары, спустя два года обнаружено реликтовое излучение, еще через два года – пульсары. В дальнейшем были открыты нейтронные звезды в тесных двойных системах, невидимые короны галактик, обнаружены планеты у десятков звезд, получены неопровержимые доказательства существования черных дыр, открыт физический вакуум. Обо всех этих и других объектах и феноменах Вселенной пойдет речь ниже.

Date: 2015-05-18; view: 592; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию