в естествените науки

Тема: Съвременната наука за произхода на Вселената.

Завършен студент

Разбира се

_______________________

учител:

_______________________

_______________________

ПЛАН А:

Въведение 3

Преднаучно разглеждане на произхода на Вселената. 5

Теории на ХХ век за произхода на Вселената. осем

Съвременната наука за произхода на Вселената. 12

Използвана литература: 18

През цялото си съществуване Човекът изучава света около себе си. Бидейки мислещо същество, Човекът, както в далечното минало, така и сега, не е могъл и не може да се ограничава до това, което му е пряко дадено на нивото на ежедневната му практическа дейност, и винаги се е стремял и ще се стреми да излиза извън неговите граници.

Характерно е, че познаването на заобикалящия го свят от човека започва с космогонични разсъждения. Тогава, в зората на умствената дейност, възниква мисълта за „началото на всички начала“. Историята не познава нито един народ, който рано или късно, под една или друга форма, не е задавал този въпрос и не би се опитал да му отговори. Отговорите, разбира се, бяха различни, в зависимост от нивото на духовно развитие на дадена нация. Развитието на човешката мисъл, научният и технологичният прогрес направи възможно напредъка в решаването на въпроса за произхода на Вселената от митологичното мислене до изграждането на научни теории.

Проблемът за "началото на света" е един от малкото идеологически проблеми, които преминават през цялата интелектуална история на човечеството. Появила се веднъж на бял свят, идеята за "началото на света" винаги е занимавала мислите на учените оттогава и от време на време под една или друга форма отново и отново изплува на повърхността. Така че, изглежда, завинаги погребан в Средновековието, той неочаквано се появи на хоризонта на научната мисъл през втората половина на ХХ век и започна сериозно да се обсъжда на страниците на специални списания и на срещи на проблемни симпозиуми.

През изминалия век науката за Вселената е достигнала до най-високите нива на структурната организация на материята – галактики, техните купове и свръхкупове. Съвременната космология активно се зае с проблема за произхода (формирането) на тези космически формации.

Как са си представяли нашите далечни предци образуването на Вселената? Как съвременната наука обяснява произхода на Вселената? Тази статия е посветена на разглеждането на тези и други въпроси, свързани с появата на Вселената.

Откъде дойде всичко? Как всичко космическо стана такова, каквото изглежда пред човечеството? Кои бяха първоначалните условия, които положиха основата на наблюдаваната вселена?

Отговорът на тези въпроси се промени с развитието на човешката мисъл. Сред древните народи произходът на Вселената е бил надарен с митологична форма, чиято същност се свежда до едно нещо - определено божество е създало целия свят около човека. В съответствие с древноиранската митопоетична космогония, Вселената е резултат от дейността на два еквивалентни и взаимосвързани творчески начала – Бог на доброто – Ахурамазда и Бог на злото – Ариман. Според един от нейните текстове първичният космос е бил първичното съществуване, чието отделяне е довело до образуването на части от видимата Вселена. Митологичната форма на произхода на Вселената е присъща на всички съществуващи религии.

Много изключителни мислители далеч от нас исторически епохисе опита да обясни произхода, структурата и съществуването на Вселената. Те заслужават специално уважение за опитите си да проумеят същността на Вселената, при липсата на съвременни технически средства, използвайки само своя ум и най-простите устройства. Ако направите малка екскурзия в миналото, ще откриете, че идеята за развиваща се Вселена, възприета от съвременната научна мисъл, е изтъкната от древния мислител Анаксагор (500-428 г. пр. н. е.). Забележителни са и космологията на Аристотел (384-332 г. пр. н. е.) и трудовете на изключителния мислител на Изтока Ибн Сина (Авицена) (980-1037 г.), който се опитва логически да опровергае божественото сътворение на света, и други имена които са стигнали до нашето време.

Човешката мисъл не стои на едно място. Заедно с промяната в представата за структурата на Вселената се промени и идеята за нейния произход, въпреки че в условията на съществуващата силна идеологическа сила на религията това беше свързано с известна опасност. Може би това обяснява факта, че естествената наука на съвременното европейско време избягва да обсъжда въпроса за произхода на Вселената и се фокусира върху изучаването на структурата на Близкия космос. Тази научна традиция за дълго време определя общата посока и самата методология на астрономическите, а след това и астрофизичните изследвания. В резултат на това основите на научната космогония са положени не от естествоучени, а от философите.

Декарт е първият, който поема по този път, който се опитва теоретично да възпроизведе "произхода на светилата, Земята и целия видим свят, сякаш от някакви семена" и да даде едно-единствено механично обяснение на целия набор от астрономически , познати му физически и биологични явления. Идеите на Декарт обаче са далеч от науката на неговото време.

Следователно би било по-справедливо да започнем историята на научната космогония не с Декарт, а с Кант, който нарисува картина на „механичния произход на цялата Вселена“. Именно Кант притежава първата научно-космогонична хипотеза за естествения механизъм на възникване на материалния свят. В безграничното пространство на Вселената, пресъздадено от творческото въображение на Кант, съществуването на безброй други слънчеви системи и други млечни пътища е толкова естествено, колкото продължаващо образованиенови светове и смъртта на старите. Именно с Кант започва съзнателното и практическо съчетаване на принципа на универсалната връзка и единството на материалния свят. Вселената е престанала да бъде съвкупност от божествени тела, съвършени и вечни. Сега, пред удивения човешки ум, се появи световната хармония от съвсем друг вид - естествената хармония от системи от взаимодействащи и развиващи се астрономически тела, свързани помежду си като звена на една верига на природата. Необходимо е обаче да се отбележат две характерни особености на по-нататъшното развитие на научната космогония. Първият от тях е, че посткантианската космогония се ограничава до границите на Слънчевата система и до средата на ХХ век става дума само за произхода на планетите, докато звездите и техните системи остават извън хоризонта на теоретичния анализ. Втората особеност е, че ограничените данни от наблюдения, несигурността на наличната астрономическа информация, невъзможността за експериментално обосноваване на космогоничните хипотези в крайна сметка доведоха до превръщането на научната космогония в система от абстрактни идеи, отделени не само от други клонове на естествената наука. , но и от сродни клонове на астрономията.

Следващият етап в развитието на космологията датира от 20-ти век, когато съветският учен А. А. Фридман (1888-1925) математически доказва идеята за саморазвиваща се вселена. Работата на А. А. Фридман коренно промени основите на предишния научен мироглед. Според него космологичните начални условия за образуване на Вселената са единични. Обяснявайки природата на еволюцията на Вселената, разширявайки се от единично състояние, Фридман подчерта два случая:

а) радиусът на кривината на Вселената непрекъснато се увеличава с течение на времето, започвайки от нула;

б) радиусът на кривината се променя периодично: Вселената се свива до точка (в нищо, единично състояние), след това отново от точка, довежда радиуса си до определена стойност, след това отново, намалявайки радиуса на своята кривина, се превръща в точка и т.н.

В чисто математически смисъл единичното състояние изглежда като нищо – геометрична единица с нулев размер. На физическия план сингулярността изглежда като много специфично състояние, в което плътността на материята и кривината на пространство-времето са безкрайни. Цялата свръхгореща, супер извита и свръхплътна космическа материя буквално е изтеглена в една точка и може, по образния израз на американския физик Дж. Уилър, „да се изстиска през игленото ушко“.

Преминавайки към оценката на съвременния възглед за единичния произход на Вселената, е необходимо да се обърне внимание на следните важни характеристики на разглеждания проблем като цяло.

Първо, концепцията за начална сингулярност има доста специфично физическо съдържание, което с развитието на науката става все по-подробно и усъвършенствано. В това отношение тя трябва да се разглежда не като концептуална фиксация на абсолютното начало на „всички неща и събития“, а като начало на еволюцията на онзи фрагмент от космическата материя, който на съвременното ниво на развитие на естествената наука има стават обект на научното познание.

Второ, ако според съвременните космологични данни еволюцията на Вселената е започнала преди 15-20 милиарда години, това изобщо не означава, че Вселената не е съществувала преди или е била в състояние на вечна стагнация.

Постиженията на науката разшириха възможностите в познаването на света около човека. Бяха направени нови опити да се обясни как е започнало всичко. Жорж Леметр е първият, който повдига въпроса за произхода на наблюдаваната мащабна структура на Вселената. Той изложи концепцията за "Големия взрив" на така наречения "примитивен атом" и последващото превръщане на неговите фрагменти в звезди и галактики. Разбира се, от висотата на съвременното астрофизично познание, тази концепция представлява само исторически интерес, но самата идея за първоначалното експлозивно движение на космическата материя и последващото й еволюционно развитие се превърна в неразделна част от съвременната научна картина на света.

Принципно нов етап в развитието на съвременната еволюционна космология е свързан с името на американския физик G.A. Gamow (1904-1968), благодарение на което концепцията за гореща вселена навлезе в науката. Според предложения от него модел на „началото“ на развиващата се Вселена „първичният атом“ на Леметр се състои от силно компресирани неутрони, чиято плътност достига чудовищна стойност – един кубичен сантиметър първична материя тежи милиард тона. В резултат на експлозията на този „първи атом“, според Г. А. Гъмов, се е образувал своеобразен космологичен котел с температура от порядъка на три милиарда градуса, където се извършва естествен синтез. химични елементи... Фрагменти от първичното яйце - отделни неутрони след това се разпадат на електрони и протони, които от своя страна, комбинирани с неразпаднали неутрони, образуват ядрата на бъдещите атоми. Всичко това се случи в първите 30 минути след "Големия взрив".

Горещият модел беше конкретна астрофизична хипотеза, която посочи начина за експериментално тестване на последствията от него. Гамов предсказва съществуването на остатъците от топлинно излъчване от първичната гореща плазма в момента, а колегите му Алфер и Херман още през 1948 г. доста точно изчислиха температурата на това остатъчно излъчване на съвременната Вселена. Гамов и сътрудниците му обаче не успяват да дадат задоволително обяснение на естественото образуване и разпространението на тежки химични елементи във Вселената, което е причина за скептицизма на теорията му от страна на специалистите. Както се оказа, предложеният механизъм на ядрен синтез не може да осигури появата на наблюдаваното в момента количество от тези елементи.

Учените започнаха да търсят други физически модели на "началото". През 1961 г. академик Я. Б. Зельдович излага алтернативен студен модел, според който първоначалната плазма се състои от смес от студени (с температури под абсолютната нула) изродени частици - протони, електрони и неутрино. Три години по-късно астрофизиците И. Д. Новиков и А. Г. Дорошкевич произвеждат сравнителен анализдва противоположни модела на космологията начални условия- топло и студено - и посочи пътя на експериментална проверка и избор на един от тях. Беше предложено да се опитат да се открият остатъците от първичната радиация чрез изследване на спектъра на излъчване от звезди и космически радиоизточници. Откриването на остатъците от първичната радиация би потвърдило правилността на горещия модел, а ако те не съществуват, то това ще свидетелства в полза на студения модел.

Почти по същото време група американски изследователи, водени от физика Робърт Дике, без да знаят за публикуваните резултати от работата на Гамов, Алфер и Херман, възродиха горещия модел на Вселената, базиран на други теоретични съображения. Чрез астрофизични измервания Р. Дике и колегите му намират потвърждение за съществуването на космическо топлинно излъчване. Това епохално откритие направи възможно получаването на важна, недостъпна по-рано информация за началните етапи на еволюцията на астрономическата вселена. Записаното реликтово излъчване не е нищо повече от директен радиорепортаж за уникалните вселенски събития, случили се малко след „Големия взрив“ – най-грандиозното по своите мащаби и последици от катастрофален процес в обозримата история на Вселената.

По този начин, в резултат на скорошни астрономически наблюдения, беше възможно да се разреши недвусмислено основният въпрос за природата на физическите условия, преобладаващи в ранните етапи на космическата еволюция: горещият модел на "началото" се оказа най-много адекватен. Изложеното по-горе обаче не означава, че всички теоретични постановки и заключения на космологичната концепция на Гамов са потвърдени. От двете първоначални хипотези на теорията - за неутронния състав на "космическото яйце" и горещото състояние на младата Вселена - само последната е издържала изпитанието на времето, което показва количественото преобладаване на радиацията над материята в началото на наблюдаваното в момента космологично разширение.

На настоящия етап от развитието на физическата космология задачата за създаване на топлинната история на Вселената, по-специално сценария за формиране на мащабна структура на Вселената, излезе на преден план.

Последното теоретично изследване на физиците е проведено в посока на следната фундаментална идея: основата на всички известни видове физически взаимодействия е едно универсално взаимодействие; електромагнитните, слабите, силните и гравитационните взаимодействия са различни аспекти на едно взаимодействие, разделящи се с намаляване на енергийното ниво на съответните физически процеси. С други думи, при много високи температури (надвишаващи определени критични стойности) различни видовефизическите взаимодействия започват да се обединяват и на предела и четирите типа взаимодействия се свеждат до едно-единствено прото-взаимодействие, наречено "Велик синтез".

Според квантовата теория това, което остава след отстраняването на частици материя (например от затворен съд с помощта на вакуумна помпа) изобщо не е празно в буквалния смисъл на думата, както вярваше класическата физика. Въпреки че вакуумът не съдържа обикновени частици, то е наситено с "полуживи", т. нар. виртуални тела. За да ги превърнете в реални частици материя, е достатъчно да се възбуди вакуум, например да се въздейства върху него с електромагнитно поле, създадено от въведени в него заредени частици.

Но каква беше причината за "Големия взрив"? Съдейки по астрономическите данни, физическата стойност на космологичната константа, фигурираща в гравитационните уравнения на Айнщайн, е много малка, вероятно близка до нула. Но дори и да е толкова незначителен, той може да има много големи космологични последици. Развитието на квантовата теория на полето доведе до още по-интересни заключения. Оказа се, че космологичната константа е функция на енергията, по-специално зависи от температурата. При свръхвисоки температури, преобладаващи в най-ранните фази на развитието на космическата материя, космологичната константа може да бъде много голяма и най-важното - положителна по знак. С други думи, в далечното минало вакуумът е можел да бъде в изключително необичайно физическо състояние, характеризиращо се с наличието на мощни отблъскващи сили. Именно тези сили послужиха като физическа причина за "Големия взрив" и последвалото бързо разширяване на Вселената.

Разглеждането на причините и последствията от космологичния „Голям взрив” не би било пълно без още една физическа концепция. то еотносно така наречения фазов преход (трансформация), т.е. качествена трансформация на вещество, придружена от рязка промяна от едно състояние в друго. Съветските физици Д. А. Киржниц и А. Д. Линде бяха първите, които забелязаха, че в началната фаза на формирането на Вселената, когато космическата материя беше в свръхгорещо, но вече охлаждащо състояние, може да възникнат подобни физически процеси (фазови преходи).

По-нататъшното изследване на космологичните последици от фазовите преходи с нарушена симетрия доведе до нови теоретични открития и обобщения. Сред тях е откриването на неизвестна досега епоха в саморазвитието на Вселената. Оказа се, че по време на космологичния фазов преходможе да достигне състояние на изключително бързо разширяване, при което размерите му се увеличават многократно, а плътността на веществото остава практически непроменена. Първоначалното състояние, което доведе до набъбването на Вселената, се счита за гравитационния вакуум. Резките промени, съпътстващи процеса на космологично разширяване на пространството, се характеризират с фантастични числа. Така че се приема, че цялата наблюдавана Вселена е възникнала от един вакуумен мехур под 10 до минус 33 градуса см! Вакуумният балон, от който се е образувала нашата Вселена, е имал маса, равна само на една стохилядна от грама.

Понастоящем все още няма изчерпателно тествана и общопризната теория за произхода на мащабната структура на Вселената, въпреки че учените са постигнали значителен напредък в разбирането на естествените начини на нейното формиране и еволюция. От 1981 г. започва разработването на физическа теория за раздуваща се (инфлационна) Вселена. Към днешна дата физиците са предложили няколко версии на тази теория. Предполага се, че еволюцията на Вселената, започнала с грандиозен общ космически катаклизъм, наречен "Големият взрив", впоследствие е била придружена от многократна промяна в режима на разширяване.

Според предположенията на учените, 10 до минус четиридесет и трета степен от секунди след „Големия взрив“, плътността на свръхгорещата космическа материя е била много висока (10 до 94 градуса грам/см кубически). Плътността на вакуума също беше висока, въпреки че по порядък беше много по-малка от плътността на обикновената материя и следователно гравитационният ефект на първичната физическа "празнота" беше невидим. Въпреки това, по време на разширяването на Вселената, плътността и температурата на материята паднаха, докато плътността на вакуума остана непроменена. Това обстоятелство доведе до рязка промяна във физическата ситуация вече 10 до минус 35 градуса от секунда след "Големия взрив". Плътността на вакуума първо се сравнява, а след това, след няколко супер-мига на космическо време, тя става по-голяма. Тогава гравитационният ефект на вакуума се усеща - неговите отблъскващи сили отново надделяват над гравитационните сили на обикновената материя, след което Вселената започва да се разширява с изключително бърза скорост (набъбва) и достига огромни размери за безкрайно малка част от секундата . Този процес обаче е ограничен във времето и пространството. Вселената, като всеки разширяващ се газ, първо бързо се охлажда и вече в района от 10 до минус 33 градуса от секундата след "Големия взрив" е силно преохладена. В резултат на това универсално "охлаждане" Вселената от една фаза преминава в друга. Става дума за фазов преход от първи вид - рязка промяна във вътрешната структура на космическата материя и всички свързани физически свойства и характеристики. На последния етап на този космически фазов преход целият енергиен резерв на вакуума се превръща в топлинна енергия на обикновената материя и в резултат на това универсалната плазма отново се нагрява до началната температура и съответно режимът на нейната промени в разширението.

Не по-малко интересен и в глобална перспектива е по-важен е друг резултат от най-новите теоретични изследвания – фундаменталната възможност за избягване на първоначалната сингулярност в нейната физическо усещане... Говорим за напълно нов физически поглед върху проблема за произхода на Вселената.

Оказа се, че противно на някои скорошни теоретични прогнози (че първоначалната сингулярност не може да бъде избегната дори с квантово обобщение обща теорияотносителност), съществуват определени микрофизични фактори, които могат да предотвратят неограниченото компресиране на материята под действието на гравитационните сили.

Още в края на тридесетте години беше теоретично открито, че звездите с маса, надвишаваща масата на Слънцето повече от три пъти, на последния етап от тяхната еволюция, неудържимо се свиват до сингулаторно състояние. Последният, за разлика от сингулярността на космологичния тип, наречен Фридманов, се нарича Шварцшилдов (на името на немския астроном, който пръв разглежда астрофизичните последици от теорията на гравитацията на Айнщайн). Но от чисто физическа гледна точка и двата вида сингулярност са идентични. Формално те се различават по това, че първата сингулярност е първоначалното състояние на еволюцията на материята, докато втората е крайната.

Според последните теоретични концепции гравитационният колапс трябва да завърши с компресия на материята буквално "до точка" - до състояние на безкрайна плътност. Според най-новите физически концепции, колапсът може да бъде спрян някъде в областта на плътността на Планк, т.е. на завоя от 10 до 94 градуса грам/см куб. Това означава, че Вселената възобновява разширяването си не от нулата, а с геометрично определен (минимален) обем и физически приемливо, редовно състояние.

Академик М. А. Марков представи интересна версия на пулсираща Вселена. В логическата рамка на този космологичен модел старите теоретични трудности, ако не са окончателно решени, най-малкото са осветени от нов ъгъл на гледна точка. Моделът се основава на хипотеза, според която при рязко намаляване на разстоянието константите на всички физически взаимодействия клонят към нула. Това предположение е следствие от друго предположение, според което константата на гравитационното взаимодействие зависи от степента на плътност на веществото.

Според теорията на Марков всеки път, когато Вселената преминава от етап на Фридман (крайно компресиране) към стадий на Де Ситер (първоначално разширение), физическите и геометричните й характеристики се оказват еднакви. Марков смята, че това условие е напълно достатъчно за преодоляване на класическата трудност по пътя на физическата реализация на вечно трептящата Вселена.

1) В кръга на вечното завръщане? Три хипотези .-- М.: Знание, 1989.- 48 с. - (Ново в живота, науката, техниката. Сер. "Въпросителен знак"; № 4).

2) Как работи машината на времето? - М.: Знание, 1991 .-- 48с. – (Абонаментна научнопопулярна поредица „Въпросителен знак”; No 5).

3) Кратък философски речник, изд. М. Розентал и П. Юдин. Изд. 4, доп. и рев. ... М - състояние. изд. полит. лит. , 1954 г.

4) Кой, кога, защо? - състояние изд. деца лит. , Министерство на образованието на РСФСР, Москва - 1961г.

5) Произходът на Слънчевата система. Изд. Г. Рийвс. Пер. от английски и френски. изд. Г. А. Лейкин и В. С. Сафронов. М, "СВЯТ", 1976г.

6) Украински съветски енциклопедичен речник В 3 тома / Редакционна колегия: отговор. изд. А. В. Кудрицки - К.: Глава. изд. ИЗПОЛЗВАНЕ, - 1988.

7) Човекът и Вселената: Погледът към науката и религията .-- М .: Сов. Русия 1986г.

8) Какво търсят "археолозите на космоса"? - М.: Знание, 1989. - 48 с., С илюстрации - (Ново в живота, науката, техниката. Сер. "Въпросителен знак"; № 12)

9) Какво е това? Кой е? : В 3 т. Т. 1. - 3-то изд., Рев. Гл 80 и доп. - М.: "Педагогика-преса", 1992. - 384 с. : аз ще.

10) Разговори за Вселената .-- М.: Политиздат, 1984 .-- 111 с. - (Разговори за света и човека).

Наука за небесните тела

Първа буква "а"

Втора буква "c"

трета буква "т"

Последната букова буква "I"

Отговорът на въпроса "Наука за небесните тела", 10 букви:
астрономия

Алтернативни въпроси за кръстословица за астрономия

Какво беше покровителството на музата на Урания?

Наука за Вселената

Каролайн Хершел помага на брат Уилям от 1782 г. и става една от първите жени в тази наука

Една от седемте либерални науки

Определение на астрономията в речниците

РечникРуски език. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова. Значението на думата в речника Обяснителен речник на руския език. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
-и, w. Науката за космическите тела, техните системи и Вселената като цяло. прил. астрономически, th, th. Астрономическа единица (разстояние от Земята до Слънцето). Астрономическо число (прев.: Изключително голямо).

Енциклопедичен речник, 1998г Значението на думата в речника Енциклопедичен речник, 1998г
АСТРОНОМИЯТА (от астро... и гръцки nomos - закон) е наука за устройството и развитието на космическите тела, системите, които те образуват и Вселената като цяло. Астрономията включва сферична астрономия, практическа астрономия, астрофизика, небесна механика, звездна астрономия, ...

Тълковен речник на руския език. Д.Н. Ушаков Значението на думата в речника Обяснителен речник на руския език. Д.Н. Ушаков
астрономия, мн.ч. не, добре. (от гръцки astron - звезда и nomos - закон). Науката за небесните тела.

Нов обяснителен и деривационен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова. Значение на думата в речника Нов обяснителен и деривационен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова.
е. Сложна научна дисциплина, която изучава структурата и развитието на космическите тела, техните системи и Вселената като цяло. Академичен предмет, съдържащ теоретичните основи на тази научна дисциплина. разговорен Учебник, очертаващ съдържанието на предмета.

Голяма съветска енциклопедия Определение на думата в речника Голяма съветска енциклопедия
"Астрономия", абстрактно списание на Всесъюзния институт за научна и техническа информация на Академията на науките на СССР. Публикува се в Москва от 1963 г. (през 1953-1962 г. излиза абстрактното списание "Астрономия и геодезия"); 12 броя годишно. Публикува резюмета, резюмета или библиографски ...

Примери за употребата на думата астрономия в литературата.

Древният пилотаж на Азовско море съжителстваше с учебниците астрономияи навигация.

Точно както тези конкретни проблеми, решавани с алгебрични методи, не могат да се считат за част от абстрактната наука за алгебрата, така според мен конкретни проблеми астрономияпо никакъв начин не могат да бъдат включени в онзи отдел на абстрактно-конкретната наука, който развива теорията за действието и реакцията на свободните тела, които се привличат едно друго.

Така се случи и с откритието, че пречупването и разсейването на светлината не следват един и същ закон на промяната: това откритие има ефект и върху двете астрономияи физиология, което ни дава ахроматични телескопи и микроскопи.

Скоро Бируни започва сериозно да се занимава с проблеми астрономиякато постигна важни резултати още на 21-годишна възраст.

Матю Властар е напълно прав от гледна точка астрономияобяснява това нарушение, което е възникнало във времето.

Звездното небе отдавна вълнува човешкото въображение. Нашите далечни предци се опитваха да разберат какви странни трептящи точки висят над главите им. Колко от тях, откъде са дошли, влияят ли на земните събития? От древни времена човекът се е опитвал да разбере как е устроена вселената, в която живее.

За това как древните хора са си представяли Вселената, днес можем да научим само от приказките и легендите, които са стигнали до нас. Отне векове и хилядолетия за възникването и укрепването на науката за Вселената, която изучава нейните свойства и етапи на развитие – космологията. Астрономията, математиката и физиката са крайъгълните камъни на тази дисциплина.

Днес ние разбираме много по-добре структурата на Вселената, но всяко натрупано знание поражда само нови въпроси. Изучаването на атомните частици в колайдер, наблюдението на живота в дивата природа, кацането на междупланетна сонда върху астероид също може да се нарече изследване на Вселената, защото тези обекти са част от нея. Човекът също е част от нашата красива звездна вселена. Изучавайки Слънчевата система или далечни галактики, ние научаваме повече за себе си.

Космология и обекти на нейното изследване

Самата концепция за Вселената няма ясно определение в астрономията. В различни исторически периоди и при различните народи той е имал редица синоними, като „пространство“, „свят“, „вселена“, „вселена“ или „небесна сфера“. Често, когато се говори за процесите, протичащи в дълбините на Вселената, се използва терминът "макрокосмос", противоположният на който е "микрокосмосът" на света на атомите и елементарните частици.

По трудния път на познанието космологията често се пресича с философията и дори теологията и това не е изненадващо. Науката за устройството на Вселената се опитва да обясни кога и как е възникнала Вселената, да разгадае мистерията на произхода на материята, да разбере мястото на Земята и човечеството в безкрайността на космоса.

Имайте съвременната космологиядве най-големите проблеми... Първо, обектът на неговото изследване - Вселената - е уникален, което прави невъзможно използването на статистически схеми и методи. Накратко, ние не знаем за съществуването на други Вселени, техните свойства, структура, следователно не можем да сравним. Второ, продължителността на астрономическите процеси не позволява извършването на преки наблюдения.

Космологията изхожда от постулата, че свойствата и структурата на Вселената са еднакви за всеки наблюдател, с изключение на редките космически явления. Това означава, че материята във Вселената е разпределена равномерно и има еднакви свойства във всички посоки. От това следва, че физическите закони, действащи в част от Вселената, могат да бъдат екстраполирани към цялата Метагалактика.

Теоретичната космология разработва нови модели, които след това се потвърждават или опровергават от наблюдения. Така например е доказана теорията за произхода на Вселената в резултат на експлозия.

Възраст, размер и състав

Мащабът на Вселената е удивителен: тя е много по-голяма, отколкото можехме да си представим преди двадесет или тридесет години. Учените вече са открили около петстотин милиарда галактики и броят им непрекъснато се увеличава. Всеки от тях се върти около собствената си ос и се отдалечава от останалите с огромна скорост поради разширяването на Вселената.

Quasar 3C 345 - един от най-ярките обекти във Вселената - се намира на разстояние от пет милиарда светлинни години от нас. Човешки умдори не мога да си представя такива разстояния. Космически кораб, пътуващ със скорост на светлината, ще отнеме хиляда години, за да обиколи нашия Млечен път. Ще му трябват 2,5 хиляди години, за да стигне до галактиката Андромеда. Но това е най-близкият съсед.

Говорейки за размера на Вселената, имаме предвид видимата й част, наричана още Метагалактика. Колкото повече наблюдения получаваме, толкова повече се разширяват границите на Вселената. Освен това това се случва едновременно във всички посоки, което доказва сферичната му форма.

Нашият свят се появи преди около 13,8 милиарда години в резултат на Големия взрив – събитие, което роди звезди, планети, галактики и други обекти. Тази цифра е истинската възраст на Вселената.

Въз основа на скоростта на светлината може да се предположи, че размерите му също са 13,8 милиарда светлинни години. В действителност обаче те са по-големи, защото от момента на раждането Вселената непрекъснато се разширява. Част от него се движи със свръхсветлинна скорост, поради което значителен брой обекти във Вселената ще останат невидими завинаги. Тази граница се нарича сфера на Хъбъл или хоризонт.

Диаметърът на Метагалактиката е 93 милиарда светлинни години. Ние не знаем какво е извън познатата вселена. Може би има по-далечни обекти, които днес са недостъпни за астрономически наблюдения. Значителна част от учените вярват в безкрайността на Вселената.

Възрастта на Вселената е проверявана многократно с помощта на различни техники и научни инструменти. За последно това беше потвърдено с орбиталния телескоп Planck. Наличните данни напълно съответстват на съвременните модели на разширяването на Вселената.

От какво е направена Вселената? Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената (75%), хелият е на второ място (23%), останалите елементи представляват незначителни 2% от общото количество материя. Средната плътност е 10-29 g / cm3, значителна част от която се пада върху така наречената тъмна енергия и материя. Зловещите имена не говорят за тяхната малоценност, просто тъмната материя, за разлика от обикновената материя, не взаимодейства с електромагнитното излъчване. Съответно не можем да го наблюдаваме и да правим заключенията си само въз основа на косвени доказателства.

Въз основа на горната плътност масата на Вселената е приблизително 6 * 1051 kg. Трябва да се разбере, че тази цифра не включва тъмна маса.

Структурата на Вселената: от атоми до галактически купове

Космосът не е просто огромна празнота, в която звездите, планетите и галактиките са равномерно разпръснати. Структурата на Вселената е доста сложна и има няколко нива на организация, които можем да класифицираме според мащаба на обектите:

1. Астрономическите тела във Вселената обикновено се групират в системи. Звездите често образуват двойки или са част от купове, които съдържат десетки или дори стотици звезди. В това отношение нашето Слънце е доста нетипично, тъй като няма "близнак";
2. Следващият етап на организация са галактиките. Те могат да бъдат спирални, елипсовидни, лещовидни, неправилни. Учените все още не разбират напълно защо галактиките имат различни форми. На това ниво откриваме такива чудеса на Вселената като черни дупки, тъмна материя, междузвезден газ, двоични звезди. В допълнение към звездите, те включват прах, газ, електромагнитно излъчване... В известната Вселена са открити няколкостотин милиарда галактики. Често се сблъскват един с друг. Не е като автомобилна катастрофа: звездите просто се разбъркват и променят орбитите си. Такива процеси отнемат милиони години и водят до образуването на нови звездни купове;
3. Няколко галактики образуват Местната група. Нашата, освен Млечния път, включва мъглявината Триъгълник, мъглявината Андромеда и 31 други системи. Куповете от галактики са най-големите известни стабилни структури във Вселената, те се държат заедно от гравитационната сила и някои други фактори. Учените са изчислили, че само гравитацията очевидно не е достатъчна за поддържане на стабилността на тези обекти. Все още няма научна основа за това явление;
4. Следващото ниво на структурата на Вселената са свръхкупове от галактики, всяка от които съдържа десетки или дори стотици галактики и купове. Гравитацията обаче вече не ги задържа, така че те следват разширяващата се вселена;
5. Последното ниво на организация на Вселената са клетки или мехурчета, чиито стени образуват свръхкупове от галактики. Между тях има празни зони, наречени кухини. Тези структури на Вселената имат мащаби от около 100 Mpc. На това ниво процесите на разширяване на Вселената са най-забележими; реликтно излъчване също е свързано с него - ехо от Големия взрив.

Как е възникнала Вселената

Как е възникнала Вселената? Какво се случи до този момент? Как се превърна в това безкрайно пространство, каквото го познаваме днес? Дали това беше инцидент или естествен процес?

След десетилетия на дебати и разгорещени дебати, физици и астрономи на практика стигнаха до консенсус, че Вселената е произлязла от експлозия на колосална сила. Той не само роди цялата материя във Вселената, но и определи физическите закони, според които съществува познатият ни космос. Това се нарича теория за Големия взрив.

Според тази хипотеза, някога цялата материя по някакъв неразбираем начин е била събрана в една малка точка с безкрайна температура и плътност. Нарича се сингулярност. Преди 13,8 милиарда години точката експлодира, образувайки звезди, галактики, техните купове и други астрономически тела на Вселената.

Защо и как се случи това, не е ясно. Учените трябва да поставят в скоби много въпроси, свързани с природата на сингулярността и нейния произход: пълна физическа теория за този етап от историята на Вселената все още не съществува. Трябва да се отбележи, че има и други теории за произхода на Вселената, но те имат много по-малко привърженици.

Терминът "Големият взрив" влезе в обращение в края на 40-те години след публикуването на работата на британския астроном Хойл. Днес този модел е задълбочено разработен - физиците могат уверено да опишат процесите, които са се случили част от секундата след това събитие. Можете също да добавите, че тази теория позволи да се определи точната възраст на Вселената и да се опишат основните етапи от нейната еволюция.

Основното доказателство за теорията за Големия взрив е наличието на реликтна радиация. Открит е през 1965г. Това явление възниква в резултат на рекомбинация на водородни атоми. Реликтовата радиация може да се нарече основният източник на информация за това как е била подредена Вселената преди милиарди години. Запълва пространството изотропно и равномерно.

Друг аргумент в полза на обективността на този модел е самият факт на разширяването на Вселената. Всъщност, екстраполирайки този процес в миналото, учените стигнаха до подобна концепция.

Има и слабости в теорията за Големия взрив. Ако Вселената се е образувала моментално от една малка точка, тогава би трябвало да има неравномерно разпределение на материята, което ние не наблюдаваме. Освен това този модел не може да обясни къде е отишла антиматерията, чието количество в „момента на сътворението“ не би трябвало да е по-ниско от обикновената барионна материя. Сега обаче броят на античастиците във Вселената е оскъден. Но най-същественият недостатък на тази теория е неспособността й да обясни феномена Големия взрив, просто се възприема като свършен факт. Не знаем как е изглеждала Вселената преди сингулярността.

Има и други хипотези за произхода и по-нататъшното развитие на Вселената. Стационарният модел Universe е популярен от много години. Редица учени бяха на мнение, че в резултат на квантови флуктуации той е възникнал от вакуум. Сред тях беше известният Стивън Хокинг. Лий Смолин изложи теорията, че нашата, подобно на другите вселени, се е образувала вътре в черни дупки.

Правени са опити за подобряване на съществуващата теория за Големия взрив. Например, съществува хипотеза за цикличността на Вселената, според която раждането от една сингулярност не е нищо повече от преминаването й от едно състояние в друго. Вярно е, че този подход противоречи на втория закон на термодинамиката.

Еволюцията на Вселената или случилото се след Големия взрив

Теорията за Големия взрив позволи на учените да създадат точен модел на еволюцията на Вселената. И днес знаем доста добре какви процеси са се случили в младата Вселена. Единственото изключение е най-ранният етап на създаване, който продължава да бъде обект на интензивни дискусии и спорове. Разбира се, за да се постигне подобен резултат, един теоретична основане беше достатъчно, бяха необходими години изследвания на Вселената и хиляди експерименти с ускорители.

Науката днес идентифицира следните етапи след Големия взрив:

1. Най-ранният от известните периоди се нарича ерата на Планк, той отнема сегмент от 0 до 10-43 секунди. По това време цялата материя и енергия на Вселената бяха събрани в една точка и четирите основни взаимодействия бяха едно;
2. Възраст на Великото Обединение (от 10-43 до 10-36 секунди). Характеризира се с появата на кварки и разделянето на основните видове взаимодействия. Основното събитие на този период се счита за освобождаването на гравитационната сила. В тази ера започнаха да се формират законите на Вселената. Днес имаме възможност за подробно описание на физическите процеси от тази епоха;
3. Третият етап на сътворение се нарича епохата на инфлацията (от 10-36 до 10-32). По това време бързото движение на Вселената започва със скорост, значително надвишаваща скоростта на светлината. Тя става все по-голяма от днешната видима вселена. Охлаждането започва. В този период основните сили на Вселената най-накрая са разделени;
4. В периода от 10−32 до 10−12 секунди се появяват „екзотични“ частици като Хигс бозона, пространството се запълва с кварк-глюонна плазма. Интервалът от 10-12 до 10-6 секунди се нарича епоха на кварките, от 10-6 до 1 секунда - адрони, за 1 секунда след Големия взрив започва ерата на лептоните;
5. Фаза на нуклеосинтеза. Това продължи до около третата минута от началото на събитията. През този период от частиците във Вселената възникват атоми на хелий, деутерий, водород. Охлаждането продължава, пространството става прозрачно за фотоните;
6. Три минути след Големия взрив започва ерата на първичната рекомбинация. През този период се появява реликтна радиация, която астрономите все още изучават;
7. Периодът 380 хиляди - 550 милиона години се нарича тъмни векове. Вселената по това време е пълна с водород, хелий и различни видове радиация. Във Вселената нямаше източници на светлина;
8. 550 милиона години след Сътворението се появяват звезди, галактики и други чудеса на Вселената. Първите звезди експлодират, освобождавайки материята, за да образуват планетни системи. Този период се нарича Ерата на Рейонизация;
9. На възраст от 800 милиона години във Вселената започват да се формират първите звездни системи с планети. Ерата на субстанцията идва. През този период се формира и нашата родна планета.

Смята се, че интерес за космологията представлява периодът от 0,01 секунди след акта на сътворението до наши дни. През този период от време се формират първичните елементи, от които звезди, галактики, слънчева система... За космолозите ерата на рекомбинацията се счита за особено важен период, когато възниква реликтно излъчване, с помощта на което продължава изучаването на известната Вселена.

История на космологията: най-ранният период

Човекът мисли за структурата на заобикалящия го свят от незапомнени времена. Най-ранните представи за устройството и законите на Вселената могат да бъдат намерени в приказките и легендите. различни нацииСветът.

Смята се, че за първи път редовните астрономически наблюдения са се практикували в Месопотамия. На тази територия постоянно са живели няколко напреднали цивилизации: шумери, асирийци, перси. Можем да научим как са си представяли Вселената от множеството клинописни плочи, открити на мястото на древни градове. Първите сведения за движението на небесните тела датират от VI хилядолетие пр.н.е.

От астрономическите явления шумерите са се интересували най-много от циклите – смяната на сезоните и фазите на луната. Бъдещата реколта и здравето на домашните животни, следователно, оцеляването на човешкото население зависи от тях. От това се прави извод за влиянието на небесните тела върху процесите, протичащи на Земята. Следователно, изучавайки Вселената, можете да предскажете бъдещето си - така се е родила астрологията.

Шумерите изобретили полюс за определяне на височината на Слънцето, създали слънчев и лунен календар, описали основните съзвездия и открили някои от законите на небесната механика.

Много внимание беше отделено на движението на космически обекти в религиозните практики Древен Египет... Жителите на долината на Нил са използвали геоцентричен модел на Вселената, в който слънцето се върти около земята. До нас са достигнали много древни египетски текстове, съдържащи астрономическа информация.

Науката за небето достигна значителни висоти в древен Китай. Тук още през III хилядолетие пр.н.е. д. се появява поста придворен астроном, а през XII век пр.н.е. д. са открити първите обсерватории. За слънчевите затъмнения, прелитането на комети, метеорни дъждовеи други интересни космически събития от древността, които знаем главно от китайските хроники и хроники, които са били щателно пазени от векове.

Елините почитали астрономията. Те изучаваха този въпрос множество философски школи, всяка от които, като правило, имаше своя собствена система на Вселената. Гърците са първите, които излагат предположението за сферичната форма на Земята и въртенето на планетата около собствената си ос. Астрономът Хипарх въвежда понятията за апогей и перигей, ексцентриситет на орбитата, разработва модели на движението на Слънцето и Луната и изчислява периодите на въртене на планетите. Голям принос за развитието на астрономията има Птолемей, който може да се нарече създател на геоцентричния модел на Слънчевата система.

Цивилизацията на маите достига големи висоти в изучаването на законите на Вселената. Това се потвърждава от резултатите от археологическите разкопки. Свещениците знаеха как да предсказват слънчеви затъмнения, създадоха перфектен календар, построиха множество обсерватории. Астрономите на маите наблюдаваха близките планети и успяха да определят орбиталните им периоди.

Средновековие и Ново време

След разпадането на Римската империя и разпространението на християнството, Европа потъва в тъмните векове за почти хилядолетие - развитие естествени науки, включително астрономията, на практика спря. Европейците черпиха информация за структурата и законите на Вселената от библейски текстове, няколко астрономи твърдо се придържаха към геоцентричната система на Птолемей, астрологията се радваше на безпрецедентна популярност. Истинското изследване на Вселената от учените започва едва през Ренесанса.

В края на 15-ти век кардинал Николай Кузански излага смела идея за универсалността на Вселената и за безкрайността на дълбините на Вселената. Още през 16-ти век става ясно, че възгледите на Птолемей са погрешни и без приемането на нова парадигма по-нататъчно развитиенауката е немислима. Полският математик и астроном Николай Коперник решава да разчупи стария модел и предлага хелиоцентричен модел на Слънчевата система.

От съвременна гледна точка неговата концепция беше несъвършена. При Коперник движението на планетите се осигурява от въртенето на небесните сфери, към които са прикрепени. Самите орбити бяха кръгли, а на границата на света имаше сфера с неподвижни звезди. Въпреки това, поставяйки Слънцето в центъра на системата, полският учен несъмнено направи истинска революция. Историята на астрономията може да бъде разделена на две големи части: най-старият период и изучаването на Вселената от Коперник до наши дни.

През 1608 г. италианският учен Галилей изобретява първия в света телескоп, който дава огромен тласък на развитието на наблюдателната астрономия. Сега учените могат да съзерцават дълбините на Вселената. Оказа се, че Млечният път се състои от милиарди звезди, Слънцето има петна, Луната има планини, а спътниците се въртят около Юпитер. Появата на телескопа предизвика истински бум в оптичните наблюдения на чудесата на Вселената.

В средата на 16 век датският учен Тихо Брахе е първият, който започва редовни астрономически наблюдения. Той доказва космическия произход на кометите, като по този начин опровергава идеята на Коперник за небесните сфери. В началото на 17-ти век Йоханес Кеплер решава мистериите на движението на планетите, формулирайки своите известни закони. По същото време са открити мъглявините Андромеда и Орион, пръстените на Сатурн и е съставена първата карта на лунната повърхност.

През 1687 г. Исак Нютон формулира закона за всемирното притегляне, който обяснява взаимодействието на всички компоненти на Вселената. Той направи възможно да се види скритият смисъл на законите на Кеплер, които всъщност бяха изведени емпирично. Принципите, открити от Нютон, позволяват на учените да погледнат на пространството на Вселената по нов начин.

18-ти век е период на бързо развитие на астрономията, което значително разширява границите на известната Вселена. През 1785 г. Кант излага брилянтната идея, че Млечният път е огромен звезден куп, събран от гравитацията.

По това време на „картата на Вселената“ се появиха нови небесни тела, подобрени бяха телескопите.

През 1785 г. английският астроном Хершел, базиран на законите на електромагнетизма и Нютонова механика, се опитва да създаде модел на Вселената и да определи нейната форма. Той обаче не успя.

През 19 век инструментите на учените стават по-точни, появява се фотографската астрономия. Спектрален анализ, който се появи в средата на века, доведе до истинска революция в наблюдателната астрономия - сега химическият състав на обектите се превърна в тема за изследване. Открит е астероидният пояс, измерена е скоростта на светлината.

Ерата на пробивите или модерните времена

Двадесети век беше ерата на истински пробиви в астрономията и космологията. В началото на века Айнщайн показа на света своята теория на относителността, която направи истинска революция в нашето разбиране за Вселената и ни позволи да хвърлим нов поглед върху свойствата на Вселената. През 1929 г. Едуин Хъбъл открива, че нашата Вселена се разширява. През 1931 г. Жорж Леметр излага идеята за неговото формиране от една малка точка. Всъщност това беше началото на теорията за Големия взрив. През 1965 г. е открито реликтно излъчване, което потвърждава тази хипотеза.

През 1957 г. в орбита е изпратен първият изкуствен спътник, след което космическа ера... Сега астрономите можеха не само да наблюдават небесни телав телескопи, но и да ги изследва отблизо с помощта на междупланетни станции и сонди за спускане. Дори успяхме да кацнем на лунната повърхност.

90-те години могат да се нарекат „периодът на тъмната материя“. Нейното откритие обяснява ускорението на разширяването на Вселената. По това време бяха пуснати в експлоатация нови телескопи, които ни позволиха да разширим границите на известната Вселена.

През 2016 г. бяха открити гравитационни вълни, които вероятно ще поставят началото на нов клон на астрономията.

През изминалите векове ние значително разширихме границите на познанията си за Вселената. Но всъщност хората само отвориха вратата и погледнаха в огромен и прекрасен свят, пълен с тайни и удивителни чудеса.

Ако имате въпроси - оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители с удоволствие ще им отговорим.