КСЕ. Общие представления о Вселенной. (Лекция 7) презентация

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ (КСЕ) Тема лекции № 7 Общие представления о Вселенной Лектор: доцент кафедры методики обучения безопасности жизнедеятельности Силакова Оксана Владимировна

Вселенная – окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений. Вселенную в целом изучает астрономия. Астрономия (от греч. astron – звезда, nomos - наука) – наука о движении, строении, возникновении, развитии небесных тел, их систем и Вселенной в целом. Основной метод получения астрономических знаний – наблюдение, поскольку за редким исключением эксперимент при изучении Вселенной невозможен.

Космология (от греч. hosmos - мир и logos – учение) – область науки, в которой изучается Вселенная как единое целое и космические системы как ее части. Учитывая древнегреческое значение термина «космос» - «порядок», «гармония» – важно отметить, что космология открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Космология близко соприкасается с космогонией (от греч. hosmos – мир, gonos - рождение) как разделом астрономии, изучающим происхождение космических объектов и систем. Вместе с тем подход космологии и космогонии к изучаемым явлениям различен – космология изучает закономерности всей Вселенной, а космогония рассматривает конкретные космические тела и системы.

Звезды – гигантские раскаленные самосветящиеся небесные тела. Планеты- холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды и светят светом, отраженным от звезды. Спутники (планет) – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг планет и светят отраженным от звезд светом. Так, Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

Астероиды (или малые планеты) – небольшие холодные небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют диаметр от 800 км до 1 км и менее, обращаются вокруг Солнца по тем же законам, по которым движутся и большие планеты. Кометы – небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Имеют вид туманных пятнышек с ярким сгустком в центре – ядром. Ядра комет имеют маленькие размеры - несколько километров.

Галактика – гигантская звездная система, насчитывающая более 100 млрд. звезд, обращающихся вокруг ее центра. Звездные скопления – группы звезд, разделенные между собой меньшим расстоянием, чем обычные межзвездные расстояния. Звезды в такой группе связаны общим движением в пространстве и имеют общее происхождение.

Метагалактика – грандиозная совокупность отдельных галактик и скоплений галактик. В современной трактовке понятия «Метагалактика» и «Вселенная» чаще отождествляют. Но иногда Метагалактика толкуется лишь как видимая часть Вселенной, при этом Вселенная сводится к бесконечности.

При изучении объектов Вселенной имеют дело со сверхбольшими расстояниями. Для удобства при измерении таких сверхбольших расстояний в космологии используют специальные единицы: - астрономическая единица (а.е.) соответствует расстоянию от Земли до Солнца – 150 млн.км. Эта единица, как правило, применяется для определения космических расстояний в пределах Солнечной системы. Например, расстояние от Солнца до самой удаленной от него планеты – Плутона – 40 а.е.; - световой год – расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300000 км/с, проходит за один год. Это ~1013км. 1 а.е. равна 8,3 световым минутам. В световых годах определяют расстояние до звезд и других космических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы; - парсек (пк) - расстояние, равное 3,3 световым годам. Используют для измерения расстояний внутри звездных систем и между ними.

Задачами современной астрономии являются не только объяснение данных астрономических наблюдений, но и изучение эволюции Вселенной (от лат. evolutio- развертывание, развитие). Эти вопросы рассматривает космология – наиболее интенсивно развивающаяся область астрономии. Изучение эволюции Вселенной основано на следующем: - универсальные физические законы считаются действующими во всей Вселенной; - выводы из результатов астрономических наблюдений признаются распространимыми на всю Вселенную; - истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека (антропный принцип).

Модель (от лат. modulus – образец, норма) – это схема определенного фрагмента природной или социальной реальности (оригинала), возможный вариант его объяснения. В основе современной космологии лежит эволюционный подход к вопросам возникновения и развития Вселенной, в соответствии с которым разработана модель расширяющейся Вселенной.

Ключевой предпосылкой создания модели эволюционирующей расширяющейся Вселенной послужила общая теория относительности А.Энштейна (немецкий физик, 1915г.). Согласно этой модели Вселенная обладает следующими свойствами: - однородностью, т.е. имеет одинаковые свойства во всех точках; - изотропностью, т.е. имеет одинаковые свойства по всем направлениям. – нестационарностью. Впервые вывод о нестационарности Вселенной сделал А.А.Фридман, российский физик и математик, в 1922г.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемое «красное смещение». Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. На основе результатов проведенных исследований Э.Хаббл сформулировал важный для космологии закон (закон Хаббла): Чем дальше галактики отстоят друг от друга, тем с большей скоростью они удаляются друг от друга. Это означает, что Вселенная нестационарна: она находится в состоянии постоянного расширения.

закон Хаббла: скорость удаления галактики V прямо пропорциональна расстоянию г до нее, т.е. V=Hr, где Н — постоянная Хаббла.

моделью горячей Вселенной Из этой модели следуют два вывода: 1). вещество, из которого зарождались первые звезды, состояло в основном из водорода (75 %) и гелия (25 %); 2). в сегодняшней Вселенной должно наблюдаться слабое электромагнитное излучение, сохранившее память о начальном этапе развития Вселенной и поэтому названное реликтовым

Открытие реликтового излучения в 1965г. явилось наблюдательным обоснованием концепции горячей Вселенной. В соответствии с моделью, разработанной на основе теории относительности, расширяющаяся Вселенная: -однородная - изотропная -нестационарная - горячая

Убедительными аргументами, подтверждающими обоснованность космологической модели расширяющейся Вселенной, являются установленные факты. К числу таких фактов относятся следующие: - расширение Вселенной в соответствии с законом Хаббла; - однородность светящейся материи на расстояниях порядка 100 мегапарсек; - существование реликтового фона излучения с тепловым спектром, соответствующим температуре 2,7К.

Возраст Вселенной, согласно современной космологической концепции её происхождения и развития, исчисляется с начала расширения и оценивается в 13-15 млрд. лет. Через 2 млрд лет после большого взрыва возникли квазары (квазизвезды) – эти объекты удаляются от Земли со скоростью 100 000 км в секунду и являются источниками мощного рентгеновского, инфракрасного и радиоизлучения. Предполагается, что квазары – это ядра будущих галактик. Через 1 млрд лет после возникновения квазаров началось формирование галактик (скоплений звезд) Через 5 млрд лет после большого взрыва сформировалась галктика Млечного Пути, одной из звезд которой является Солнце, которое сформировалось через 8 млрд лет после большого взрыва и существует уже 7-9 млрд ле. Земля существует уже 5 млрд лет, первые формы жизни на Земле появились 3 млрд лет назад.  

Квазары - мощные источники космического радиоизлучения, которые, как предполагают, являются самыми яркими и далекими из известных сейчас небесных объектов. Нейтронные звезды – предполагаемые звезды, состоящие из нейтронов, образующиеся, вероятно, в результате вспышек сверхновых звезд. Черные дыры (или «застывшие звезды», «гравитационные могилы») – объекты, в которые, как предполагают, превращаются звезды на заключительной стадии своего существования. Пространство черной дыры как бы вырвано из пространства Метагалактики: вещество и излучение проваливаются в нее и не могут выйти обратно.

ГИПОТЕЗА О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для нее, то под действием сил собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа — гравитационный коллапс.