Модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной

Сочинский Государственный Университет Туризма и Курортного Дела

Реферат:

На тему: Модель большого взрыва и расширяющейся Вселенной

Выполнил Голиков А.С.

Студент 2 курса

Группы 20 ГМУ

СОЧИ 2002 г.

введение.

Одной из основных концепций современного естествознания является учение

о Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими

наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого -

космология.

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных

наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре

кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень

философских предпосылок, философских оснований.

Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что

законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части

Вселенной, чаще всего на основе опытов на планете Земля, могут быть

экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете - на всю

Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы в пространстве

и времени относится к уровню философских оснований современной космологии.

Цель моего реферата состоит в том, чтоб разобраться, что же все-таки

представляет с себя вселенная. В моем реферате поставлены такие задачи:

1. Изучить, как произошел тот темп развития вселенной, начиная с момента

«большого взрыва»?

2. Рассмотреть взгляды различных ученых, философов, политологов о том,

как расширяется вселенная?

3. Исследовать, почему Вселенная начала расширятся со скоростью, столь

близкой к критической, которая разделяет модели с повторным сжатием и

модели с вечным расширением, так что даже сейчас, через десять тысяч

миллионов лет, Вселенная продолжает расширяться со скоростью, примерно

равной критической?

1. Модель Большого Взрыва

Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой она возникла в

бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие

произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад и известно как "Большой

Взрыв". Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет

оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и

существование космического фонового излучения. Можно воспользоваться

известными законами физики и просчитать в обратном направлении все

состояния, в которых находилась Вселенная, начиная с 10-43 секунд после

Большого Взрыва. В течение первого миллиона лет вещество и энергия во

Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным

огненным шаром. К концу этого периода расширение Вселенной заставило

температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и электроны смогли

объединяться, образуя атомы водорода. На этой стадии Вселенная стала

прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала выше плотности

излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость

расширения Вселенной. Фоновое микроволновое излучение - все, что осталось

от сильно охлажденного излучения ранней Вселенной. Первые галактики

начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через

один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к

любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и

плотной.

1.1. Гипотетическое представление о Вселенной

Как-то один известный ученый ( Бертран Рассел) читал публичную

лекцию об астрономии. Он рассказывал, как Земля вращается вокруг Солнца, а

Солнце, в свою очередь, вращается вокруг центра огромного скопления звезд,

которое называют нашей Галактикой. Когда лекция подошла к концу, из

последних рядов зала поднялась маленькая пожилая леди и сказала: "Все, что

вы нам говорили, - чепуха. На самом деле наш мир - это плоская тарелка,

которая стоит па спине гигантской черепахи". Снисходительно улыбнувшись,

ученый спросил: "А на чем держится черепаха?" - "Вы очень умны, молодой

человек, - ответила пожилая леди. - Черепаха - на другой черепахе, та -

тоже на черепахе, и так все ниже и ниже".

Такое представление о Вселенной как о бесконечной башне из

черепах большинству из нас покажется смешным, но почему мы думаем, что

сами знаем лучше? Что нам известно о Вселенной, и как мы это узнали?

Откуда взялась Вселенная, и что с ней станется? Было ли у Вселенной

начало, а если было, то что происходило до начала? Какова сущность

времени? Кончится ли оно когда-нибудь? Достижения физики последних лет,

которыми мы частично обязаны фантастической новой технике, позволяют

наконец получить ответы хотя бы на отдельные из таких давно поставленных

вопросов. Пройдет время, и эти ответы, может быть, станут столь же

очевидными, как-то, что Земля вращается вокруг Солнца, а может быть, столь

же нелепыми, как башня из черепах. Только время (чем бы оно ни было) решит

это.

Еще в 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге

"О небе" привел два веских довода в пользу того, что Земля не плоская

тарелка, а круглый шар. Во-первых, Аристотель догадался, что лунные

затмения происходят тогда, когда Земля оказывается между Луной и Солнцем.

Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть лишь в том

случае, если Земля имеет форму шара. Будь Земля плоским диском, ее тень

имела бы форму вытянутого эллипса, если только затмение не происходит

всегда именно в тот момент, когда Солнце находится точно на оси диска. Во-

вторых, по опыту своих путешествий греки знали, что в южных районах

Полярная звезда на небе располагается ниже, чем в северных. (Поскольку

Полярная звезда находится над Северным полюсом, она будет прямо над

головой наблюдателя, стоящего на Северном полюсе, а человеку на экваторе

покажется, что она на линии горизонта). Зная разницу в кажущемся положении

Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел даже вычислить, что

длина экватора равна 400 000 стадиев. Что такое стадий, точно неизвестно,

но он близок к 200 метрам, и, стало быть, оценка Аристотеля примерно в 2

раза больше значения, принятого сейчас. У греков был еще и третий довод в

пользу шарообразной формы Земли: если Земля не круглая, то почему же мы

сначала видим паруса корабля, поднимающиеся над горизонтом, и только потом

сам корабль?

Аристотель думал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и

звезды вращаются вокруг нее по круговым орбитам. Он так полагал, ибо в

соответствии со своими мистическими воззрениями Землю считал центром

Вселенной, а круговое движение - самым совершенным. Птолемей во II веке

развил идею Аристотеля в полную космологическую модель. Земля стоит в

центре, окруженная восемью сферами, несущими на себе Луну, Солнце и пять

известных тогда планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн (рис.

1.1). Сами планеты, считал Птолемей, движутся по меньшим кругам,

скрепленным с соответствующими сферами. Это объясняло тот весьма сложный

путь, который, как мы видим, совершают планеты. На самой последней сфере

располагаются неподвижные звезды, которые, оставаясь в одном и том же

положении друг относительно друга, движутся по небу все вместе как единое

целое. Что лежит за последней сферой, не объяснялось, но во всяком случае

это уже не было частью той Вселенной, которую наблюдает человечество.

[pic]

Модель Птолемея позволяла неплохо предсказывать положение

небесных тел на небосводе, но для точного предсказания ему пришлось

принять, что траектория Луны в одних местах подходит к Земле в 2 раза

ближе, чем в других! Это означает, что в одном положении Луна должна

казаться в 2 раза большей, чем в другом! Птолемей знал об этом недостатке,

но тем не менее его теория была признана, хотя и не везде. Христианская

Церковь приняла Птолемееву модель Вселенной как не противоречащую Библии,

ибо эта модель была очень хороша тем, что оставляла за пределами сферы

неподвижных звезд много места для ада и рая. Однако в 1514 г. польский

священник Николай Коперник предложил еще более простую модель. (Вначале,

опасаясь, наверное, того, что Церковь объявит его еретиком, Коперник

пропагандировал свою модель анонимно). Его идея состояла в том, что Солнце

стоит неподвижно в центре, а Земля и другие планеты обращаются вокруг него

по круговым орбитам. Прошло почти столетие, прежде чем идею Коперника

восприняли серьезно. Два астронома - немец Иоганн Кеплер и итальянец

Галилео Галилей - публично выступили в поддержку теории Коперника,

несмотря на то что предсказанные Коперником орбиты не совсем совпадали с

наблюдаемыми. Теории Аристотеля- Птолемея пришел конец в 1609 г., когда

Галилей начал наблюдать ночное тения, согласно которому всякое тело во

Вселенной притягивается к любому другому телу с тем большей силой, чем

больше массы этих тел и чем меньше расстояние между ними. Это та самая

сила, которая заставляет тела падать на землю. (Рассказ о том, что Ньютона

вдохновило яблоко, упавшее ему на голову, почти наверняка недостоверен.

Сам Ньютон сказал об этом лишь то, что мысль о тяготении пришла, когда он

сидел в "созерцательном настроении", и "поводом было падение яблока").

Далее Ньютон показал, что, согласно его закону, Луна под действием

гравитационных сил движется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля

и планеты вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца.

Модель Коперника помогла избавиться от Птолемеевых небесных сфер,

а заодно и от представления о том, что Вселенная имеет какую-то

естественную границу. Поскольку "неподвижные звезды" не изменяют своего

положения на небе, если не считать их кругового движения, связанного с

вращением Земли вокруг своей оси, естественно было предположить, что

неподвижные звезды - это объекты, подобные нашему Солнцу, только гораздо

более удаленные.

Ньютон понимал, что по его теории тяготения звезды должны

притягиваться друг к другу и поэтому, казалось бы, не могут оставаться

совсем неподвижными. Не должны ли они упасть друг на друга, сблизившись в

какой-то точке? В 1691 г. в письме Ричарду Бентли, еще одному выдающемуся

мыслителю того времени, Ньютон говорил, что так действительно должно было

бы произойти, если бы у нас было лишь конечное число звезд в конечной

области пространства. Но, рассуждал Ньютон, если число звезд бесконечно и

они более или менее равномерно распределены по бесконечному пространству,

то этого никогда не произойдет, так как нет центральной точки, куда им

нужно было бы падать.

Эти рассуждения - пример того, как легко попасть впросак, ведя

разговоры о бесконечности. В бесконечной Вселенной любую точку можно

считать центром, так как по обе стороны от нее число звезд бесконечно.

Лишь гораздо позже поняли, что более правильный подход - взять конечную

систему, в которой все звезды падают друг на друга, стремясь к центру, и

посмотреть, какие будут изменения, если добавлять еще и еще звезд,

распределенных приблизительно равномерно вне рассматриваемой области. По

закону Ньютона дополнительные звезды в среднем никак не повлияют на

первоначальные, т. е. звезды будут с той же скоростью падать в центр

выделенной области. Сколько бы звезд мы ни добавили, они всегда будут

стремиться к центру. В наше время известно, что бесконечная статическая

модель Вселенной невозможна, если гравитационные силы всегда остаются

силами взаимного притяжения.

Интересно, каким было общее состояние научной мысли до начала XX

в.: никому и в голову не пришло, что Вселенная может расширяться или

сжиматься. Все считали, что Вселенная либо существовала всегда в

неизменном состоянии, либо была сотворена в какой-то момент времени в

прошлом примерно такой, какова она сейчас. Отчасти это, может быть,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9