Міністерство освіти Російської Федерації

Московський державний відкритий університет

Кафедра Менеджменту та економічної політики

Контрольна робота

З дисципліни: Концепція сучасного природознавства.

На тему: Будова та еволюція Всесвіту.

Виконав: студент 1курс

Спеціальність 06.11.00

Поносова Наталья.

Сергіївна.

9012431

Перевірив:

Нижньовартовськ

2001

Будова і еволюція Всесвіту

космологічних моделях Всесвіту. Оскільки гравітаційнівзаємодії є домінуючими на мега-рівні організації матерії,космологічні моделі Всесвіту повинні будується відповідно довимогами Теорії Відносності на основі реально спостережуванихастрофізичних явищ:
1. Однорідність і ізотропності космічного простору.
2. Кінцева інтенсивність світлового потоку, що приходить з космосу.
3. Червоне зміщення у спектрах випромінювання далеких зірок.
4. Існування реліктового випромінювання (однорідного і ізотропного фонуелектромагнітних хвиль, що відповідає температурі бл. 3К).

Кінцеве кількість світла, що приходить від зоряного неба, змушуєвідкинути класичні уявлення про нескінченному космічномупросторі, однорідне заповненим зірками. Заходи, що вживаються в рамкахкласичної концепції спроби побудови космологічних моделей знеоднорідним розподілом зірок у просторі знаходяться в суперечності застрономічними спостереженнями (неоднорідність в концентрації зірокспостерігаються тільки на "щодо малих" космічних масштабах аж домежгалактіческіх скупчень).

А. Ейнштейном була запропонована модель Всесвіту, в якій локальнівикривлення простору-часу гравитирующих масами призводить доглобальному викривлення, яка не скупиться Всесвіт замкнутої по просторовимкоординатах. У цій циліндричної моделі Ейнштейна тимчасова координати невикривляється (час рівномірно тече від минулого до майбутнього). Згодомциліндрична модель була вдосконалена голландським астрофізиком
Віллем де сеттерів, який припустив на підставі спостережуваного червоногозміщення, що час у віддалених частинах Всесвіту тече повільно
(викривлення з тимчасової координаті) - модель замкнутої гіперсфери .. Обидвіці стаціонарні моделі Всесвіту мають два недоліки: необхідністьприпустити існування додаткових взаємодій, що перешкоджаютьстисненню Всесвіту під дією гравитирующих мас, проблема "утилізації"світла, іспущенного зірками в попередні моменти часу у замкнутийпростір.

На сьогоднішній день найбільш популярна запропонована Фрідманом модельрозширюється Всесвіту (червоне зміщення і кінцева світність небапояснюються ефектом Доплера, немає необхідності у введенні компенсуючихгравітацію взаємодій), глобально викривленій через наявністьгравитирующих мас. Обговорюються її дві модифікації:
1. Замкнена модель (геометричний аналог - розширюється гіпресфера)передбачає поступове уповільнення розширення внаслідок гальмуваннягравітаційними силами з подальшим переходом до стиснення.
2, Відкрита модель (геометричний аналог - "сідло") сповільнюєтьсярозширення, що відбувається нескінченно довго.

В даний час перевага віддається відкритої моделі, оскількиоцінки середньої щільності речовини у Всесвіті, зроблені на основіспостерігається концентрації зірок, показують, що гравітаційні сили нездатні зупинити те, що відбувається з спостерігається швидкістю раз бігання.
Оцінки можуть істотно змінитися на користь закритої моделі за наявності вкосмосі прихованих мас несветящегося речовини (наприклад за рахунок ненульовиймаси спокою нейтрино).

Рівняння загальної теорії відносності виявилися вельми "гнучкими" ідопускають наявність великої кількості космологічних моделей Всесвіту ісценаріїв їх тимчасового розвитку.

Проблема Великого Вибуху. Наявність раз бігання галактик в данийчас вимагає припущення про те, що в минулому речовина Всесвіту булощільнішим. Екстраполяція спостережуваних швидкостей на значно більшеранні періоди дозволяє цінувати час, коли це розширення почалося (зточки???) в результаті Великого Вибуху - бл. 25 млд.лет тому. Відомі насьогоднішній день закони фізики дозволяють відтворити доситьправдоподібний сценарій розширення, починаючи з декількох тисячних секундипісля Великого Вибуху (що відбувалося до цього, напр. передувало чийому стиснення попереднього циклу, на сучасному етапі розвитку природознавстване обговорюється, оскільки не може бути хоча б побічно підтверджено наексперименті).

Гаряча Всесвіт. В перші моменти температура всесвіт була настількивисока, що в ній могли існувати лише найлегші елементарнічастки: фотони, нейтрино і т.д. Швидке розширення гарячого стисненого "газу"вело до його охолодження. Вже на перших секундах розширення стало можливимосвіта електронів і протонів, що існують у вигляді гарячої плазми ісильно взаємодіючих один з одним і випромінюванням, на частку якогоприпадала основна частка енергії у Всесвіті. Т.ч. на ранній стадії,що триває близько 1 млн. років у всесвіті переважали електромагнітні таядерні взаємодії.

Через вказаний термін температура впала до величини, що допускаєрекомбінацію електронів з протонами в нейтральні атоми водню. З цьогомоменту взаємодія випромінювання з речовиною практично припинилося,домінуюча роль перейшла до гравітації. Виник на стадії гарячої
Всесвіту і поступової холонуче в результаті її розширення випромінюваннядійшло до нас у вигляді реліктового фону.

Холодна Всесвіт. На наступній стадії "холодної" Всесвіту натлі триваючого розширення та охолодження речовини стали виникатигравітаційні нестійкості: за рахунок флуктуацій щільності водневогогазу стали виникати зони його ущільнення, що притягає до себе газ ізсусідніх областей і ще більше підсилюють власне гравітаційне поле.
Самоорганізація речовини у Всесвіті (складна Нерівноважна система,описується нелінійними рівняннями гравітації) в кінцевому підсумку привела довиникнення великомасштабної квазіупорядоченной міжгалактичної комірчастоїструктури, а її подальша фрагментація дала початок бидущім галактик ізіркам. Аналіз деталей цього процесу можливий на підставі дуже складнихрівнянь гірдро-газодинаміки - теорії нестаціонарного руху речовини тадосі задовільно не розроблений. Досить ясно, що врезультаті гравітаційного стиснення виділяється енергія в кінцевому підсумкуприводила до вторинного розігріву водневого палива до температур,достатніх для початку термоядерних реакцій водневого циклу.

Еволюція зірок. Перша стадія життя зірки подібна до сонячної - в нійдомінують реакції водневого циклу. Температура зірки визначається їїмасою і ступенем гравітаційного стиснення, якому протистоїть головнимчином світлове тиск. Зірка утворює відносно стійкуколивальну систему, її періодичні слабкі стиснення і розширеннявизначають зоряні цикли. У міру вигорання водню в центрі зірки, їїгелієвої ядро остигає, а зона протікання реакції синтезу переміщається напериферію. зірка "розбухає", поглинаючи планети її системи, і остигає,перетворюючись на червоного гіганта.

Подальше стиснення гелієвого ядра піднімає його температуру дозапалювання реакцій гелієвого циклу. Воднева оболонка поступоворозсіюється, утворюючи зоряну туманність, а сильно стиснуте ядро розжарюєтьсядо високих температур, що відповідають свіченню біло-блакитним світлом ( "білийкарлик "). в міру вигоряння палива зірка згасає, перетворюючись настійкого "чорного карлика" - характерний підсумок еволюції більшості зірокз масою, порядку сонячної.

Більш масивні зірки () на етапі перетворення на білого карликавтрачають водневу оболонку в результаті потужного вибуху, що супроводжуєтьсябагаторазовим збільшенням світності ( "наднові зірки"). Після вигорянняїх ядер сил тиску в плазмі виявляється недостатнім для компенсаціїгравітаційних сил. В результаті ущільнення речовини електрони
"Вдавлюються" в протони з утворенням нейтральних частинок. Виникаєнейтронна зірка - дуже компактне (радіус в кілька кілометрів) імасивне освіту, що обертається з фантастично високою для космічнихоб'єктів швидкістю: близько одного обороту в секунду. Обертове разом зізіркою його магнітне поле посилає у простір вузьконаправлений проміньелектромагнітного (часто-рентгенівського) випромінювання, діючи подібномаяка. Джерела потужного періодичного випромінювання, відкриті врадіоастрономії, отримали назву пульсарів.

Зірки з масою, що перевищує масу Сонця більш, ніж у два рази,мають настільки сильним гравітаційним полем, що на стадії нейтронноїзорі його стиснення на зупиняється. В результаті подальшогонеобмеженого стиснення - гравітаційного колапсу зірка зменшується дотаких розмірів, що швидкість, необхідна для догляду тіла з її поверхніна нескінченність перевищує граничну (швидкість світла). При цьому жоднетіло (навіть світло) не може покинуть безперервно стискуваної зірку,що представляє собою "чорну діру", розмірами всього в декілька кілометрів.
Існування чорних дір допускають рівняння загальної теорії відносності.
В галузі чорної діри простір-час сильно деформовані.

Астрономічні спостереження ускладнені, оскільки такі об'єкти невипромінюють світло. Проте виявлені зірки, що роблять рух, характернедля компонент подвійних зірок, хоча парної зірки не спостерігається. Вельмиймовірно, що її роль грає чорна діра або не випромінює нейтронназірка.

Крім перерахованих виявлено низку астрофізичних об'єктів, властивостіяких не вкладаються у наведені схеми - квазари. Спостережуване їхвипромінювання аналогічно пульсар ному, але дуже сильно зміщена на червонуобласть. Величина червоного зсуву вказує на те, що квазари знаходятьсятак далеко, що їх спостерігається яскравість відповідає випромінювання,перевершує за інтенсивністю випромінювання галактичного скупчення. У той жечас наявність швидких змін інтенсивності ставить питання про механізмузгодження випромінювання елементами системи, розміри якої повинніскладати тисячі світлових років.

Структура всесвіту.

Всесвіту на самих різних рівнях, від умовно елементарних частинокі до гігантських сверхскопленій галактик, в ході якої з протогалактікутворилися галактики, з протозірок - зірки, з протопланетної хмари --планети.

Галактика - гігантська система, що складається з скупчень зірок ітуманностей, що утворюють в просторі досить складну конфігурацію.

За формою галактики умовно поділяються на 3 типи:

1) Еліптичні галактики володіють просторовою формою еліпсоїда з різним ступенем стиснення. Вони є найбільш простими за структурою: розподілу зірок рівномірно зменшується від центру.

2) Галактики представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика - Чумацький шлях.

3) Неправильні галактики не володіють вираженою формою, в них відсутнє центральне ядро.

Деякі галактики характеризуються виключно потужнимрадіовипромінювання, який перевищує видиме випромінювання. Це радіогалактики.

В будову «правильних» галактик дуже спрощено можна виділитицентральне ядро і сферичну периферію, представлену або у формівеличезних спіральних гілок, або у формі еліптичного диска, що включаютьнайбільш гарячі та яскраві зірки і масивні газові хмари.

На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходитьсяпереважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактицізосереджено в зірках, що представляють собою гігантські плазмовіутворення різної величини температури, з різною характеристикоюруху.

Вік зірок змінюється в досить великому діапазоні значень: від 15млрд. років, які відповідають віку Всесвіту, до сотень тисяч - самихмолодих.

Величезне значення має дослідження взаємозв'язку між зірками іміжзоряним середовищем, включаючи проблему безперервного утворення зірок зконденсується дифузною матерії.

Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностей під дієюгравітаційних, магнітних та інших сил. Основна еволюція речовини у
Всесвіті відбувалася й відбувається в надрах зірок. Саме там знаходиться той
«Плавильний тигель», який зумовив хімічну еволюцію речовини під
Всесвіту.

У надрах зірок при температурі близько 10 млн.град. ІПРІ дуже високоющільності атоми знаходяться в іонізованому стані: електрони майжеповністю або абсолютно всі віддалені від своїх атомів. Решта ядравступають у взаємодії один з одним, завдяки чому водень, наявнийв достатку у більшості зірок, перетворюються за участю вуглецю в гелій.

Величезна енергія, яку випромінює зірками утворюється в результаті ядернихпроцесів, що відбуваються всередині зірок. Ті ж сили, які вивільняютьсяпри вибуху водневої бомби, обрзуют в зсередини зірки енергію, що дозволяє їйвипромінювати світло і тепло на протязі мільйонів і мільярдів років за рахунокперетворення водню в більш важкі елементи, і перш за все в гелій. Упідсумку на здійснюють етапі еволюції зірки перетворюються на інертні
( «Мертві »).

Зірки не існують ізольовано, а утворюють систему. Найпростішізоряні системи - так звані кратні системи складаються з двох, трьох,чотирьох, п'яти і більше зірок, що обертаються навколо спільного центру тяжіння.
Компоненти деяких кратних систем оточені загальною оболонкою дифузноїматерії, джерелом якої, мабуть, є самі зірки,що викидають її у простір у вигляді потужного потоку газів.

Зірки об'єднані також у ще більші групи - зоряні скупчення,які можуть мати «розсіяну» або «кульову» структуру. Розсіянізоряні скупчення налічують кілька сотень окремих зірок, кульовіскупчення - багато сотень тисяч.

Асоціації, або скупчення зірок, також не є незмінними і вічноіснуючими. Через певну кількість часу, що обчислюється мільйонамироків, вони розсіюються силами галактичного обертання.

Найбільша складність виникає при поясненні причин космічноїеволюції. Якщо відкинути зокрема, то можна виділити два основніконцепції, що пояснюють еволюцію Всесвіту: концепцію самоорганізації таконцепцію креаціонізму.

Для концепції самоорганізації матеріальний Всесвіт єєдиною реальністю, і ніякої іншої реальності окрім її неіснує. Еволюція Всесвіту описується в термінах самоорганізації:йде мимовільне упорядкування систем у напрямку встановлення всебільш складних структур. Динамічний хаос породжує порядок.

У рамках концепції креаціонізму, тобто творіння, еволюція Всесвітузв'язується з реалізацією програми, яка визначається реальністю більшевисокого порядку, ніж матеріальний світ.

Чисельні значення цих постійних визначають основні особливості
Всесвіту, розміри атома, атомних ядер, планет, зірок, щільність речовиниі час життя Всесвіту. Якщо б ці значення відрізнялися від існуючиххоча б на нікчемно малу величину, то не тільки б життя було неможливим,але і сам Всесвіт як складна впорядкована структура була б неможлива.
От сюда робиться висновок, що фізична структура Всесвітузапрограмована і спрямована до появи життя. Кінцева мета космічноїеволюції - появу людини у Всесвіті в соотвецтвіі з задумами
Творця.

Список використаної літератури

Концепція сучасного природознавства Л.І. Буличева.