Мегамир,или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую иразвивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию вформе планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд, звезд и звездныхсистем — галактик; системы галактик — Метагалактики.
Материяво Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами и диффузнойматерией. Диффузная материя существует в виде разобщенных атомов и молекул, атакже более плотных образований — гигантских облаков пыли и газа —газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной, наряду сдиффузными образованиями, занимает материя в виде излучения. Следовательно,космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.
1)Звездная форма бытия космической материи.
Насовременном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно взвездном состоянии. 97 % вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах,представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины,температуры, с разной характеристикой движения. У многих, если не у большинствадругих галактик, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9 % их массы.
Внедрах звезд при температуре порядка 10 млн град, и при очень высокой плотностиатомы находятся в ионизированном состоянии: электроны почти полностью илиабсолютно все отделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают вовзаимодействие друг с другом, благодаря чему водород, имеющийся в изобилии вбольшинстве звезд, превращается при участии углерода в гелий. Эти и подобныеядерные превращения являются источником колоссального количества энергии,уносимой излучением звезд.
Звездыне существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы —так называемые кратные системы, состоящие из двух, трех, четырех, пяти и большезвезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Компоненты некоторых кратныхсистем окружены общей оболочкой диффузной материи, источником которой,по-видимому, являются сами звезды, выбрасывающие ее в пространство и видемощного потока газа. Звезды объединены также в еще большие группы — звездныескопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянныезвездные скопления насчитывают несколько сотен отельных звезд, шаровыескопления — многие сотни тысяч.
Перечисленныезвездные системы являются частями более общей системы — Галактики, включающей всебя помимо звезд и диффузную материю. По своей форме галактики разделяются натри основных типа: эллиптические, спиральные и неправильные. В неправильныхгалактиках наблюдаются вихревые движения газов и тенденция к вращению,вероятно, ведущие к образованию спиральных ветвей. В настоящее время астрономынасчитывают около 10 млрд галактик.
Большинствогалактик имеет эллиптическую или спиралевидную форму. Галактика, внутри которойрасположена Солнечная система, является спиральной системой, состоящейприблизительно из 120 млрд звезд. Она имеет форму утолщенного диска. Наибольшийдиаметр равен 100 тыс. световых лет.
НашаГалактика состоит из звезд и диффузной материи. Ее звезды разделяютсяразличными способами на подсистемы. В ней насчитывается приблизительно 20 тыс.рассеянных и около 100 шаровых скоплений звезд. Кроме того, можно выделитьзвезды, концентрирующиеся в галактической плоскости и образующие плоскуюсистему и сферическую форму пространственного распределения звезд, образующуюядро галактики.
Порадиоастрономическим наблюдениям сделано заключение, что наша Галактика имеетчетыре спиральные ветви. Ближайшей галактической системой является туманностьАндромеды, находящаяся от нас на расстоянии 2 700 000 световых лет. НашуГалактику и туманность Андромеды можно причислить к самым большим из известныхв настоящее время галактик.
Галактики,как правило, встречаются в виде так называемых «облаков» или «скопленийгалактик». Эти «облака» содержат до нескольких тысяч отдельных систем.Распределение галактик в пространстве указывает на существование определеннойупорядоченной системы — Метагалактики. Метагалактика, или система галактик,включает в себя все известные космические объекты.
Дляобъяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие.Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно законувсемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними. Вгазово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формированиенеустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается наряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течениемвремени они превращаются в звезды. Важно отметить, что происходит процессрождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу, но не обязательнообъединяются в одно громадное тело. Вместо этого они, как правило, начинаютвращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействуетсиле притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации. Звезды эволюционируют отпротозвезд, гигантских газовых шаров, слабо светящихся и с низкой температурой,к звездам — плотным плазменным телам с температурой внутри в миллионы градусов.Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый в ядерной физике.Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит в недрахзвезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловилхимическую эволюцию вещества во Вселенной.
Огромнаяэнергия, излучаемая звездами, образуется в результате ядерных процессов,происходящих внутри звезд.
Ассоциации,или скопления звезд, также не являются неизменно или вечно существующими. Черезопределенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваютсясилами галактического вращения.
2)Планеты.
Особыйтеоретический, а также практическим интерес имеет для обитателей Земли вопрос овозникновении космических объектов, имеющих размеры планет.
Отличительнойчертой планетоподобных несветящихся тел является величина их массы. Всеразличия между звездами и планетами являются следствием различия их масс.Особенности планет как объектов мегамира можно понять в рамках общегокосмогонического процесса, в силу которого вблизи определенных звезд возникаетсистема планет — вращающихся вокруг них темных небесных тел.
Первыетеории происхождения солнечной системы были выдвинуты немецким философом И.Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Их теории вошли в науку какнекая коллективная космогоническая гипотеза Канта — Лапласа, хотяразрабатывались они независимо друг от друга.
И.Кант выдвинул гипотезу, согласно которой перед образованием планет Солнечнойсистемы пространство, где теперь она существует, было заполнено рассеяннойматерией, находившейся во вращательном движении вокруг уже возникшего в видецентрального сгущения Солнца. С течением времени вследствие притяжения иотталкивания между частицами рассеянной материи (туманности) возникли планеты.И. Кант впервые выдвинул предположение, что Солнечная система не существовалавечно. Процесс ее возникновения он связывал с существованием силвзаимодействия, присущих частицам туманности. При этом гипотеза И. Канта непротиворечила наблюдаемому расположению орбит планет Солнечной системы приблизительнои одной плоскости и существованию спутников.
Приблизительночерез 50 лет после этого П. С. Лаплас выдвинул свою гипотезу, во многом сходнуюс предположением И. Канта. Космогоническая гипотеза П. С. Лапласа основываласьна том, что Солнечная система образовалась из уже вращающейся газовойтуманности. По теории И. Канта, Солнечная система также возникла из газовойтуманности, но она не имела предварительного вращения. В этом случае появляласьнепреодолимая трудность, невозможно было объяснить, как могло образоватьсяправильное вращательное движение небесных тел. Гипотеза П. С. Лапласа получилаширокое признание в первой половине XIX в., но потом оказалось, что ряд фактовне укладывается в ее рамки. Например, нельзя объяснить, почему Солнце теперьвращается вокруг своей оси относительно медленно, хотя во время сжатия онодолжно было вращаться столь быстро, что от него за счет центробежной силыпроисходило бы отделение вещества.
Началомследующего этапа в развитии взглядов на образование Солнечной системы послужилагипотеза английского физика и астрофизика Дж. X. Джинса. Он предположил, чтокогда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него былавырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразовалась в планеты. Однако,учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажетсясовершенно невероятным. Более детальный анализ выявил и другие недостатки этойтеории.
Современныеконцепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужноучитывать не только механические силы, но и другие, в частностиэлектромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X.Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именноэлектромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы.Согласно современным представлениям, первоначальное газовое облако, из которогообразовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа,подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газовогооблака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большомрасстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная силастала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде — Солнцу, но егомагнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях — как раз тамгде находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрациюи сгущение падающего газа, в результате чего образовались планеты. Когдавозникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах,создав таким образом системы спутников. Теории происхождения Солнечной системыносят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверностина современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеютсяпротиворечия и неясные места.
3)Современные космологические модели Вселенной.
Какуказывалось в предыдущей главе, в классической науке существовала такназываемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселеннаявсегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучалисьдвижения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, чтобыло, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.
Классическаяньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты:
·Вселенная — это всесуществующая, «мир в целом». Космология познает мир таким,как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.
·Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальныхобъектов и процессов.
·Пространство и время метрически бесконечны.
·Пространство и время однородны и изотропны.
·Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретныекосмические системы, но не мир в целом.
Современныекосмологические модели Вселенной основываются на общей теории относительностиА. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяетсяраспределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целогообусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическимифакторами. Современная релятивистская космология строит модели Вселенной,отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А. Эйнштейном в общейтеории относительности. Уравнение тяготения Эйнштейна имеет не одно, амножество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделейВселенной. Первая модель была разработана самим Л. Эйнштейном в 1917 г. Онотбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечностипространства и времени. В соответствии с космологической моде лью Вселенной А.Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднемраспределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируетсяуниверсальным космологическим отталкиванием.
Этамодель казалась в то время вполне удовлетворительной, поскольку онасогласовывалась со всеми известными фактами. Но новые идеи, выдвинутые А.Эйнштейном, стимулировали дальнейшее исследование, и вскоре подход к проблемерешительно изменился.
Втом же 1917 г. голландский астроном В. де Ситтер предложил другую модель,представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело тосвойство, что оно существовало бы даже в случае «пустой» Вселенной, свободнойoт материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставалобыть стационарным: возникало некоторого рода космическое отталкивание междумассами, стремящееся удалить их друг от друга и растворить всю систему.Тенденция к расширению, по В. де Ситтеру, становилась заметной лишь на оченьбольших расстояниях.
В1922 г. российский математик и геофизик Л. А. Фридман о (бросил постулатклассической космологии о стационарности Вселенной и дал принятое в настоящеевремя решение космологической проблемы.
Решениеуравнений А. А. Фридмана, допускает три возможности. Если средняя плотностьвещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировоепространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется отпервоначального точечного состояния. Если плотность меньше критической,пространство обладает геометрией Лобачевского и так же неограниченнорасширяется. И, наконец, если плотность больше критической, пространствоВселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяетсясжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния. Посовременным данным, средняя плотность материи во Вселенной меньше критической,так что более вероятной считается модель Лобачевского, т. е. пространственнобесконечная расширяющаяся Вселенная. Не исключено, что некоторые виды материи,которые имеют большое значение для величины средней плотности, пока остаютсянеучтенными. В связи с этим делать окончательные выводы о конечности илибесконечности Вселенной пока преждевременно.
РасширениеВселенной считается научно установленным фактом. Первым к поискам данных одвижении спиральных галактик обратился В. де Ситтер. Обнаружение эффектаДоплера, свидетельствовавшего об удалении галактик, дало толчок дальнейшимтеоретическим исследованиям и новым улучшенным измерениям расстояний искоростей спиральных туманностей.
В1929 г. американский астроном Э. П. Хаббл обнаружил существование страннойзависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся отнас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию,—система галактик расширяется.
Ното, что в настоящее время Вселенная расширяется, еще не позволяет однозначнорешить вопрос в пользу той или иной модели.
4)Этапы космической эволюции.
Какбы ни решался вопрос о многообразии космологических моделей, очевидно, что нашаВселенная расширяется, эволюционирует. Время ее эволюции от первоначальногосостояния оценивается приблизительно в 20 млрд лет.
Возможно,более подходящей является аналогия не с элементарной частицей, а со сверхгеном,обладающим огромным набором потенциальных возможностей, реализующихся впроцессе эволюции. В современной науке выдвинут гак называемый антропныйпринцип в космологии. Суть его заключается в том, что жизнь во Вселеннойвозможна только при тех значениях универсальных постоянных, физическихконстант, которые в действительности имеют место. Если значение физическихконстант имело бы хоть ничтожное отклонение от существующих, то возникновениежизни было бы в принципе невозможно. Это значит, что уже в начальных физическихусловиях существования Вселенной заложена возможность возникновения жизни.
Отпервоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению врезультате Большого взрыва, заполнившего все пространство. В итоге каждаячастица материи устремилась прочь от любой другой.
Всеголишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка100 000 млн град, по Кельвину. При такой температуре (выше температуры центрасамой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут.Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которыхпреобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительномалом количестве протоны и нейтроны Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 спосле взрыва была огромной — в 4 000 млн paз больше, чем у воды
Вконце первых тpеx минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывноснижаясь, достигла 1 млрд град. При этой все еще очень высокой температуреначали образовываться ядра атомов, в частности, ядра тяжелого водорода и гелия.Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном изфотонов, нейтрино и антинейтрино.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.filreferats.ru