Реферат з природознавства

Тема: Сучасна наука про походження Всесвіту.

Виконав студента

_________ курсу

_______________________

Викладач:

_______________________

_______________________

1996

План реферату:

Введення 3 < br>Донаукових розгляд походження Всесвіту. 5
Теорії ХХ століття про походження Всесвіту. 8
Сучасна наука про походження Всесвіту. 12
Використана література: 18

Введення

На всьому протязі свого існування Людина вивчає навколишнійсвіт. Будучи мислячою істотою, Людина як у віддаленому минулому, так ізараз, не міг і не може обмежуватися тим, що йому безпосередньо данона рівні його повсякденній практичній діяльності, і завжди прагнув ібуде прагнути вийти за її межі.

Характерно те, що пізнання навколишнього світу людиною почалося зкосмогонічних роздумів. Саме тоді на зорі розумової діяльності івиникла думка про "початку всіх початків". Історія не знає жодного народу,який рано чи пізно в тій чи іншій формі не задався цим питанням і ненамагався б відповісти на нього. Відповіді, звичайно, були різними, в залежностівід рівня духовного розвитку даного народу. Розвиток людської думки,науково-технічний прогрес дозволили просунутися у вирішенні питання провиникнення Всесвіту від міфологічного мислення до побудови науковихтеорій.

Проблема "початку світу" - одна з тих небагатьох світогляднихпроблем, які проходять через всю інтелектуальну історію людства.
З'явившись одного разу на білий світ, ідея "початку світу" з тих пір завждизаймала думки вчених і час від часу в тому чи іншому обличчі знову ізнову спливає на поверхню. Так, здавалося б, назавжди похована підчаси середньовіччя, вона несподівано з'явилася на горизонтінаукової думки другої половини ХХ століття і стала серйозно обговорюватися насторінках спеціальних журналів і на засіданнях проблемних симпозіумів.

За минуле століття наука про Всесвіт дісталася до самих верхніхповерхів структурної організації матерії - галактик, їхніх скупчень ісверхскопленій. Сучасна космологія активно взялася за проблемупоходження (формування) цих космічних утворень.

Як же уявляли собі утворення Всесвіту наші далекі предки? Якпояснює походження Всесвіту сучасна наука? Розгляду цих таінших пов'язаних з виникненням Всесвіту питань присвячується данийреферат.

донаукових розгляд походження Всесвіту.

З чого все пішло? Як все космічне стало таким, яким воно постаєперед людством? Якими були ті вихідні умови, які поклалипочаток спостережуваного Всесвіту?

Відповідь на ці питання змінювався з розвитком людської думки. У стародавніхнародів походження Всесвіту наділялося міфологічною формою, сутністьякої зводиться до одного - якесь божество створило весь навколишній Людинисвіт. Відповідно до древнеіранськой міфопоетичної космогонією Всесвітє результатом діяльності двох рівносильних і взаємозалежнихтворять почав - бога Добра - Ахурамазди і бога Зла - Ахрімана. Згідноодному з її текстів, прасуществом, поділ якого призвело доутворення частин видимої Всесвіту, був спочатку існуючий Космос.
Міфологічна форма походження Всесвіту властива всім існуючимрелігій.

Багато видатні мислителі далеких від нас історичних епох намагалисяпояснити походження, будова та існування Всесвіту. Заслуговуютьособливої поваги їх спроби за відсутності сучасних технічних засобівтільки за допомогою свого розуму і найпростіших пристосувань осмислитисутність Всесвіту. Якщо зробити невеликий екскурс в минуле, товиявиться, що ідея що еволюціонує Всесвіту, взятої на озброєннясучасною науковою думкою, вивігалась ще стародавнім мислителем Анаксагор
(500-428 до н.е.). Заслуговує на увагу і космологія Аристотеля (384-332 дон.е.), і праці видатного мислителя Сходу Ібн Сини (Авіценна) (980 -
1037), який намагався логічно спростувати божественне творіння світу, іінших, що дійшли до нашого часу імен.

Людська думка не стоїть на місці. Разом зі зміноюуявлення про будову Всесвіту, змінювалось і уявлення про їїпоходження, хоча в умовах існуючої сильної ідеологічної владирелігії це було пов'язано з певною небезпекою. Може цим іпояснюється той факт, що природознавство новоєвропейського часу уникалаобговорення питання про походження Всесвіту і зосередилася на вивченніпристрої Близького Космосу. Ця наукова традиція надовго визначила загальнийнапрямок і саму методику астрономічного, а потім і астрофізичногодосліджень. У результаті основи наукової космогонії були закладені ненатуралістами, а філісофамі.

Першим на цей шлях ступив Декарт, який спробував теоретичновідтворити "походження світил, Землі і всього іншого видимого світуяк би з деяких насіння "і дати єдине механічне пояснення всієїсукупності відомих йому астрономічних, фізичних і біологічнихявищ. Однак ідеї Декарта були далекі від сучасної йому науки.

На півночі та сході наукової космогонії справедливіше було б почати не з
Декарта, а з Канта, яка намалювала картину "механічного походженняусього всесвіту ". Саме Канту належить перша в науково-космогонічнагіпотеза про природний механізм виникнення матеріального світу. Убезмежному просторі Всесвіту, відтвореної творчою уявою
Канта, існування незліченної кількості інших сонячних систем іінших молочних шляхів настільки ж природно, як і безперервна освітанових світів і загибель старих. Саме з Канта починається свідоме іпрактичне підключення принципу загального зв'язку і єдності матеріальногосвіту. Всесвіт перестала бути сукупністю божественних тіл, скоєнихі вічних. Тепер перед здивованим людським розумом постала світовагармонія зовсім іншого роду - природна гармонія системвзаємодіючих і еволюціонують астрономічних тіл, пов'язаних міжсобою як ланки одного ланцюга природи. Однак необхідно відзначити двахарактерні особливості подальшого розвитку наукової космогонії. Першою зних є те, що послекантовская космогонія обмежила себе межами
Сонячної системи і аж до середини ХХ століття мова йшла тільки пропоходження планет, тоді як зірки та їх системи залишалися загоризонтом теоретичного аналізу. Другою особливістю є те, щообмеженість спостережних даних, невизначеність доступноюастрономічної інформації, неможливість досвідченого обгрунтуваннякосмогонічних гіпотез в кінцевому рахунку обумовили перетворення науковоїкосмогонії в систему абстрактних ідей, відірваних не тільки від іншихгалузей природознавства, але і від родинних розділів астрономії.

Теорії ХХ століття про походження Всесвіту.

Наступний етап у розвитку космології відноситься до ХХ століття, колирадянський вчений А. А. Фрідман (1888-1925) математично довів ідеюсаморозвиваються Всесвіту. Робота А. А. Фрідмана докорінно змінилаосновоположні колишнього наукового світогляду. За його твердженнямкосмологічні початкові умови утворення Всесвіту були сингулярними.
Роз'яснюючи характер еволюції Всесвіту, що розширюється починаючи з сингулярногостану, Фрідман особливо виділяв два випадки: а) радіус кривизни Всесвіту з часом постійно зростає,починаючи з нульового значення; б) радіус кривизни змінюється періодично: Всесвіт стискається в точку
(в ніщо, сингулярні стан), потім знову з точки, доводить свій радіусдо деякого значення, далі знову, зменшуючи радіус своєї кривизни,звертається в точку, і т.д.

У чисто математичному сенсі сингулярні стан постає як ніщо
- Геометрична суть нульового розміру. У фізичному плані жсингулярність постає як вельми своєрідне стан, в якомущільність речовини і кривизна простору-часу нескінченні. Всясверхгорячая, сверхіскрівленная і надщільний космічна матеріябуквально стягнута в крапку і може, за образним висловом американськогофізика Дж. Уїлера, "протискуватися крізь вушко голки".

Переходячи до оцінки сучасного погляду на сингулярні початок Всесвіту,необхідно звернути увагу на наступні важливі особливостірозглянутої проблеми в цілому.

По-перше, поняття початковій сингулярності має досить конкретнефізичний зміст, що у міру розвитку науки все більшедеталізується і уточнюється. У цьому відношенні його слід розглядати неяк понятійну фіксацію абсолютного початку "всіх речей і подій", а якпочаток еволюції того фрагмента космічної матерії, який на сучасномурівні розвитку природознавства став об'єктом наукового пізнання.

По-друге, якщо, за сучасними космологічним даними, еволюція
Всесвіту почалася 15-20 мільярдів років тому, то це зовсім не означає, щодо того Всесвіт ще не існувала або ж перебувала в стані вічногозастою.

Досягнення науки розширювали можливості в пізнанні навколишнього Людинисвіту. Робилися нові спроби пояснити з чого ж усе почалося. Жорж
Леметр був першим, хто поставив питання про походження спостерігаєтьсявеликомасштабної структури Всесвіту. Їм була висунута концепція
"Великого Вибуху" так званого "первісного атома" і подальшогоперетворення його осколків у зірки і галактики. Звичайно, з висотисучасного астрофізичного знання дана концепція представляє лишеісторичний інтерес, але сама ідея первісного вибухонебезпечного рухукосмічної матерії та її подальшого еволюційного розвитку невід'ємноючастиною увійшла в сучасну наукову картину світу.

Принципово новий етап у розвитку сучасної еволюційноїкосмології пов'язаний з ім'ям американського фізика Г. А. Гамова (1904-1968),завдяки якому в науку увійшло поняття гарячого Всесвіту. Згіднозапропонованої їм моделі "початку" еволюціонує Всесвіту "первоатом"
Леметра складався з сильно стиснутих нейтронів, щільність яких досягаладивовижної величини - один кубічний сантиметр первинної речовини важивмільярд тонн. В результаті вибуху цього "первоатома" на думку Г. А. Гамоваутворився всоеобразний космологічний котел з температурою близько треймільярдів градусів, де і стався природний синтез хімічнихелементів. Осколки первинного яйця - окремі нейтрони потім розпалися наелектрони і протони, які, у свою чергу, з'єднавшись з нераспавшімісянейтронами, утворили ядра майбутніх атомів. Все це відбулося в перші 30хвилин після "Великого Вибуху".

Гаряча модель являла собою конкретну астрофізичну гіпотезу,вказує шляхи дослідної перевірки своїх наслідків. Гамов передбачивіснування в даний час залишків теплового випромінювання первинноїгарячої плазми, а його співробітники Альфер і Герман ще в 1948 р. доситьточно розрахували величину температури цього залишкового випромінювання вжесучасної Всесвіту. Однак Гамову і його співробітникам не вдалося датизадовільне пояснення природному освіти та розповсюдженоговажких хімічних елементів у Всесвіті, що стало причиноюскептичне ставлення до його теорії з боку фахівців. Яквиявилося, запропонований механізм ядерного синтезу не міг забезпечитивиникнення спостережуваного нині кількості цих елементів.

Учені стали шукати інші фізичні моделі "початку". В 1961 роціакадемік Я. Б. Зельдович висунув альтернативну холодну модель, згідно зякої первісна плазма складалася із суміші холодних (з температуроюнижче абсолютного нуля) вироджених частинок - протонів, електронів інейтрино. Три роки по тому астрофізики І. Д. Новіков та А. Г. Дорошкевичпровели порівняльний аналіз двох протилежних моделей космологічнихпочаткових умов - гарячої і холодної - і вказали шлях дослідної перевірки івибір однієї з них. Було запропоновано за допомогою вивчення спектра випромінюваньзірок і космічних радіоджерела спробувати виявити залишкипервинного випромінювання. Відкриття залишків первинного випромінювання підтверджувалоб правильність гарячої моделі, а якщо вони не існують, то це будесвідчити на користь холодної моделі.

Майже в той же час група американських дослідників на чолі зфізиком Робертом Дікке, не знаючи про що опубліковані результати роботи
Гамова, Альфер і Германа, відродила виходячи з інших теоретичнихміркувань гарячу модель Всесвіту. За допомогою астрофізичних вимірювань
Р. Дікке і його співробітники знайшли підтвердження існування космічноготеплового випромінювання. Це епохальне відкриття дозволило отримати важливу,раніше недоступну інформацію про початкові порах еволюції астрономічної
Всесвіту. Зареєстроване реліктове випромінювання є не що інше, якпрямий радіорепортаж про унікальні общевселенскіх події, що мали місценевдовзі після "Великого Вибуху" - самого грандіозного за своїми масштабами інаслідків катастрофічного процесу в доступній для огляду історії Всесвіту.

Таким чином, в результаті астрономічних спостережень останньогочасу вдалося однозначно вирішити принципове питання про характерфізичних умов, що панували на ранніх стадіях космічноїеволюції: найбільш адекватною виявилася гаряча модель "початку". Сказане,однак, не означає, що підтвердилися всі теоретичні затвердження івисновки космологічної концепції Гамова. З двох вихідних гіпотез теорії --про нейтронному складі "космічного яйця" і гарячому стані молодий
Всесвіту - перевірку часом витримала тільки остання, яка вказує накількісне переважання випромінювання над речовиною біля витоків ниніспостережуваного космологічного розширення.

Сучасна наука про походження Всесвіту.

На нинішній стадії розвитку фізичної космології на передній планвисунулася завдання створення теплової історії Всесвіту, особливосценарію освіти великомасштабної структури Всесвіту.

Останні теоретичні дослідження фізиків велися в напрямкунаступної фундаментальної ідеї: в основі всіх відомих типів фізичнихвзаємодій лежить одне універсальне взаємодію; електро-магнітне,слабка, сильна і гравітаційне взаємодії є різними гранямиєдиного взаємодії, що розщеплює у міру зниження рівня енергіївідповідних фізичних процесів. Інакше кажучи, при дуже високихтемпературах (що перевищують визначені критичні значення) різні типифізичних взаємодій починають об'єднуватися, а на межі всі чотиритипу взаємодії зводяться до обному єдиному протовзаімодействію,званим "Великим синтезом".

Згідно квантової теорії те, що залишається після видалення частокматерії (наприклад, з будь-якого закритого судини за допомогою вакуумногонасоса), зовсім не є порожнім в буквальному розумінні слова, як цевважала класична фізіка.Хотя вакуум не містить звичайних частинок, віннасичений "напівживим", так званими віртуальними тільцями. Щоб їхперетворити на справжні частки матерії, досить порушити вакуум,наприклад, впливати на нього електромагнітним полем, що створюєтьсявнесеними до нього зарядженими частинками.

Але що ж все таки стало причиною "Великого Вибуху"? Судячи з данихастрономії фізична величина космологічної постійною, що фігурує венштейновскіх рівняннях тяжіння, дуже мала, можливо близька до нуля. Аленавіть будучи таким нікчемним, вона може викликати дуже великікосмологічні наслідки. Розвиток теорії квантової теорії поля призвелодо ще більш цікавих висновків. Виявилося, що космологічна постійнає функцією від енергії, зокрема залежить від температури. Принадвисоких температурах, що панували на самих ранніх фазах розвиткукосмічної матерії, космологічна постійна могла бути дуже великий, аголовне, позитивною по знаку. Кажучи іншими словами, в далекому минуломувакуум міг перебувати в надзвичайно незвичайному фізичному стані,характеризується наявністю потужних сил відштовхування. Саме ці сили іпослужили фізичної причиною "Великого Вибуху" і подальшого швидкогорозширення Всесвіту.

Розгляд причин та наслідків космологічного "Великого Вибуху"було б не повним без ще одного фізичного поняття. Мова йде про такзваному фазовому переході (превращеніі), тобто якісномуперетворення речовини, що супроводжується різкою зміною одного йогостану іншим. Радянські вчені-фізики Д. А. Кіржніц і А. Д. Лінде першимизвернули увагу на те, що в початковій фазі становлення Всесвіту, коликосмічна матерія знаходилася в сверхгорячем, але вже захололому стані,могли відбуватися аналогічні фізичні процеси (фазові переходи).

Подальше вивчення космологічних наслідків фазових переходів зпорушеною симетрією призвело до нових відкриттів і теоретичних узагальнень.
Серед них - виявлення раніше невідомої епохи в саморозвитку Всесвіту.
Виявилося, що в ході космологічного фазового переходу вона могла досягтистану надзвичайно швидкого розширення, при якому її розміризбільшилися в багато разів, а щільність речовини залишалася практичнонезмінною. Вихідним же станом, який дав початок роздувається Всесвіту,вважається гравітаційний вакуум. Різкі зміни, супутні процесукосмологічного розширення простору характеризуються фантастичнимицифрами. Так передбачається, що вся спостерігається Всесвіт виник зєдиного вакуумного міхура розміром менше 10 в мінус 33 ступені см!
Вакуумний міхур, з якого утворився наш Всесвіт, мав масою,рівний всього-на-всього однієї стотисячна частку грама.

В даний час ще немає всебічно перевіреної і визнаної усіматеорії походження великомасштабної структури Всесвіту, хоча вченізначно просунулися в розумінні природних шляхів її формування таеволюції. З 1981 року почалася розробка фізичної теорії роздувається
(інфляційної) Всесвіту. До теперішнього часу фізиками запропонованокілька варіантів даної теорії. Передбачається, що еволюція Всесвіту,що почалася з грандіозного общекосміческого катаклізму, що іменується "Великим
Вибухом ", в подальшому супроводжувалася неодноразової зміною режимурозширення.

Згідно з припущеннями вчених, через 10 в мінус сорок третього ступенясекунд після "Великого Вибуху" щільність сверхгорячей космічної матеріїбула дуже висока (10 в 94 ступені грам/см кубічний). Є висока була іщільність вакууму, хоча по порядку величини вона була значно меншещільності звичайної матерії, а тому гравітаційний ефект первісноїфізичної "порожнечі" був непомітний. Проте в ході розширення Всесвітущільність і температура речовини падали, тоді як щільність вакуумузалишалася незмінною. Ця обставина привела до різкої змінифізичної ситуації вже через 10 у мінус 35 ступені секунди після
"Великого Вибуху". Щільність вакууму спочатку порівнюється, а потім, черезкілька сверхмгновеній космічного часу, стає більше її. Тодіі дає про себе знати гравітаційний ефект вакууму - його сили відштовхуваннязнову беруть верх над силами тяжіння звичайної матерії, після чого
Всесвіт починає розширюватися в надзвичайно швидкому темпі (роздувається) іза нескінченно малу частку секунди досягає величезних розмірів. Однак цейпроцес обмежений у часі і просторі. Всесвіт, подібно будь-якомурозширюється газу, спочатку швидко охолоджується і вже в районі 10 в мінус 33ступеня секунди після "Великого Вибуху" сильно переохолоджується. УВнаслідок цього общевселенческого "похолодання" Всесвіт від однієї фазапереходить в іншу. Мова йде про фазовому переході першого роду --стрибкоподібному зміну внутрішньої структури космічної матерії і всіхпов'язаних з нею фізичних властивостей і характеристик. На завершальній стадіїцього космічного фазового переходу весь енергетичний запас вакуумуперетворюється на теплову енергію звичайної матерії, а в підсумку вселенческаяплазма знову підігрівається до початкової температури, і відповідновідбувається зміна режиму її розширення.

Не менш цікавий, а в глобальній перспективі важливіший іншийрезультат новітніх теоретичних досліджень - принципова можливістьуникнення початковій сингулярності в її фізичному сенсі. Мова йде прозовсім новому фізичному погляді на проблему походження Всесвіту.

Виявилося, що всупереч деякими недавніми теоретичним прогнозами (отому, що початкову сингулярність не вдасться уникнути і при квантовомуузагальненні загальної теорії відносності) існують певнімікрофізіческіе фактори, які можуть перешкоджати безмежного стисненнюречовини під дією сил тяжіння.

Ще наприкінці тридцятих років було теоретично виявлено, що зірки змасою, що перевищує масу Сонця більш ніж у три рази, на останньому етапісвоєї еволюції нестримно стискаються до сінгуляторного стану. Останняна відміну від сингулярності космологічного типу, що іменується фрідмановской,називається шварцшільдовскім (за ім'ям німецького астронома, впершерозглянуло астрофізичні слідства енштейновской теорії тяжіння).
Але з чисто фізичної точки зору обидва типи сингулярності ідентичні.
Формально вони відрізняються тим, що перший сингулярність є початковимстаном еволюції речовини, тоді як друга - кінцевим.

Згідно з недавнім теоретичним уявленням гравітаційний колапсповинен завершитися стиском речовини буквально "в точку" - до станунескінченної щільності. За новітнім ж фізичним уявленням колапсможна зупинити десь в районі планковской величини щільності, тобто нарубежі 10 в 94 ступені грам/див кубічний. Це означає, що Всесвітвідновлює своє розширення не з нуля, а маючи геометрично певний
(мінімальний) обсяг і фізично прийнятне, регулярне стан.

Академік М. А. Марков висунув цікавий варіант пульсуючого Всесвіту.
У логічної рамці цієї космологічної моделі старі теоретичнітруднощі, якщо не вирішуються остаточно, то, принаймні,висвітлюються під новим перспективним кутом зору. Модель заснована нагіпотезі згідно з якою при різкому зменшенні відстані константи всіхфізичних взаємодій прагнуть до нуля. Дане припущення --наслідок іншого припущення, згідно з яким константа гравітаційноговзаємодії залежить від ступеня щільності речовини.

Відповідно до теорії Маркова, кожного разу, коли Всесвіт з фрідмановскойстадії (кінцеве стиск) переходить у стадію десіттеровскую (початковерозширення), її фізико-геометричні характеристики виявляються одними ітими ж. Марков вважає, що умови цього цілком достатньо дляподолання класичного труднощі на шляху фізичної реалізації вічноосціллірующімі Всесвіту.

Використана література:

1) В колі вічного повернення? Три гіпотези .-- М.: Знание, 1989 .- 48с .-
- (Новое в жизни, науке, техніке.Сер. "Знак питання"; № 4).

2) Як влаштована машина часу? - М.: Знание, 1991. - 48с. -
(Передплатна науково-популярну серію "Знак питання"; № 5).

3) Короткий Філософський Словарь.Под ред. М. Розенталя і П. Юдіна. Изд.
4, доп. и испр. . М. - гос. изд. політ. лит. , 1954.

4) Хто, Як, Чому? - гос. изд. дет. лит. , Міністерство Освіти
РРФСР, М. - 1961.

5) Походження сонячної системи. Под ред. Г. Рівса. Пер. з англ. і франц. під ред. Г. А. Лейкин і В. С. Сафронова. М, "СВІТ", 1976.

6) Український Радянський Енциклопедичний Словарь.В 3-х томах/
Редкол.: Відповідь. ред. А.В.Кудріцкій--К.: Глав. ред. УРЕ, - 1988.

7) Людина і всесвіт: Погляд науки і релігії .-- М.: Сов.
Россія1986.

8) Що шукають "археологи космосу"? - М.: Знание, 1989. - 48 с.,с ил .-- (Новое в жизни, науці, техніці. Сер. "Знак питання"; № 12)

9) Що таке? Хто такий? : У 3 т. Т. 1. - 3-е изд., Перераб. Ч
80 і доп .-- М.: "Педагогика-прес", 1992. - 384 с. : Ил.

10) Бесіди про Всесвіт .-- М.: Политиздат, 1984 .-- 111с .-- (Бесіди про мир ілюдину).