Сравнительная характеристика планет Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сахалинский Государственный Университет

Институт педагогики кафедра ПиМНО

Контрольная работа

«Солнечная система»

Выполнила студентка 2 курса

института педагогики

Марибу Дарья

Южно-Сахалинск - 2014 год

Содержание

Введение

1. Происхождение Вселенной

2. Теория Большого взрыва

3. Креационизм

4. Современные методы изучения вселенной

5. Солнечная система

6. Положение Земли в Галактике и в Солнечной системе

Источники

Введение

Вселенная - не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем. Если автор различает эти сущности, то следуя традиции, первую называют Вселенной, а вторую -- астрономической Вселенной, или Метагалактикой (в последнее время этот термин практически вышел из употребления). Вселенная является предметом исследования космологии.

1. Происхождение Вселенной

Окружающий нас мир велик и многообразен. Все, что окружает нас, будь то другие люди, животные, растения, видимые только под микроскопом мельчайшие частички и гигантские скопления звезд, микроскопические атомы и огромные туманности, составляет то, что принято называть Вселенной.

С незапамятных времен человеческий разум интересует вопрос о возникновении мира. Еще не существовало таких понятий как религия и наука, а человек уже задумывался о мироустройстве и своем положении в окружавшем его пространстве.

Возникновение Вселенной и на данный момент остается одной из самых интересных и не изученных загадок современной космологии. Как появилась Вселенная, какие процессы способствовали возникновению звезд, солнечных систем, галактик, планет, что было до появления Вселенной, имеет ли она начало и конец? Вот лишь немногие вопросы, ответы на которые пытаются получить современные ученые.

Вопрос о происхождении Вселенной является своего рода основополагающим. Загадка возникновения жизни на Земле, а также возможности зарождения жизни на других планетах, так или иначе раскрывается, исходя из теорий о рождении Вселенной.

Итак, гипотез о возникновении Вселенной существует множество, это и научные концепции, и отдельные теории, и религиозные учения, и философские представления, и мифы о сотворении мира древних июлей. Однако все их можно условно разделить на две группы:

1. Теории возникновения Вселенной (в первую очередь религиозные), в которых в качестве созидающего фактора выступает Творец. Иными словами, согласно им, Вселенная представляет собой одухотворенное и осознанное творение, появившееся в результате воли Высшего разума;

2. Теории возникновения Вселенной, основывающиеся на научных факторах и отвергающие как само понятие Творца, так и его участие в создании мира. Они часто основываются на принципе заурядности, который рассматривает возможность существования жизни не только на нашей, но и на других планетах, находящихся в других солнечных системах или даже галактиках.

Различие этих концепций кроется, в первую очередь, в разных терминологиях, например, природа -- творец, сотворение -- происхождение. Зато в некоторых других вопросах отдельные научные и религиозные теории пересекаются или даже повтори ют друг друга.

Кроме различных концепций о происхождении Вселенной существуют также религиозные и научные датировки этого грандиозного события. Так, самая распространенная научная теория о возникновении Вселенной -- теория Большого взрыва -- утверждает, что Вселенная возникла примерно 13 млрд лет назад.

По различным христианским источникам, от сотворения мира Богом до рождения Иисуса Христа прошло от 3483 до 6984 лет. В индуизме с момента начала мироздания прошло примерно 155 трлн лет.

Однако рассмотрим некоторые концепции возникновения Вселенной подробнее.

Космологическая модель Канта.

До начала XX в. среди ученых господствовала теория о том, что Вселенная бесконечна в пространстве и времени, статична и однородна. Еще Исаак Ньютон сделал предположение о том, что она безгранична в пространстве, а немецкий философ Эммануил Кант, основываясь на работах Ньютона и развивая его идеи, выдвинул теорию о том, что у Вселенной также нет начала и во времени. Он ссылался на законы механики и ими объяснял все происходящие во Вселенной процессы.

В своей теории Кант продвинулся еще дальше, распространив ее также и на биологию. Он утверждал, что в не имеющей начала и конца древней и огромной Вселенной существует бесконечное число возможностей, благодаря которым на свет может появиться любой биологический продукт. Эта теория о возможности возникновения жизни во Вселенной позднее легла в основу теории Дарвина.

Космологическая модель Канта нашла подтверждение благодаря наблюдениям астрономов XVIII-- XIX вв. за движениями светил и планет. В скором времени его гипотеза стала теорией, которая к началу XX в. уже считалась единственно верной. Она не вызывала сомнений, даже несмотря на светометрический парадокс, или парадокс темного ночного неба, заключающийся в том, что в бесконечной Вселенной существует нескончаемое количество звезд, сумма яркостей которых должна образовывать бесконечную яркость. Иными словами, ночное небо было бы полностью покрыто яркими звездами, а в реальности оно тёмное, так как количество звезд и галактик исчислимо.

Модель Вселенной Эйнштейна (статическая Вселенная).

В 1916 г. увидел свет труд Альберта Эйнштейна Основы общей теории относительности», а уже и 1917 г. на основе уравнений этой теории он развил свою модель Вселенной.

Большинство ученых того времени сходилось но мнении, что Вселенная стационарна, и Эйнштейн также придерживался этого мнения, поэтому старался создать такую модель, в которой Вселенная не должна была расширяться или сжиматься. Это местами шло вразрез с его собственной теорией относительности, из уравнений которой следует, что Вселенная расширяется и одновременно происходи се торможение. Поэтому Эйнштейн ввел такое понятие, как космическая сила отталкивания, которая уравновешивает притяжение звезд и прекращает движение небесных тел, благодаря чему Вселенная остается статической.

Вселенная Эйнштейна имела конечные размеры, но вместе с тем у нее не было границ, что возможно только в том случае, когда пространство искривлено, как, например, в сфере.

Итак, пространство в модели Эйнштейна было трехмерным, оно замыкало само себя и было однородным, т.е. у него не было центра и краев, и в нем равномерно рас полагались галактики.

Модель расширяющейся Вселенной (Вселенная Фридмана, нестационарная Вселенная).

В 1922 г. советский ученый А. А. Фридман разработал первую нестационарную модель Вселенной, которая также была основана на уравнениях общей теории относительности. Работы Фридмана остались в то время незамеченными, а А. Эйнштейн отвергал возможность расширения Вселенной.

Тем не менее, уже в 1929 г. астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики, находящиеся рядом с Млечным путем, удаляются от него, а скорость их движения при этом все время остается пропорциональной расстоянию до нашей галактики. Согласно этому открытию, звезды и галактики постоянно «разбегаются» друг от друга, а следовательно, происходит расширение Вселенной. В итоге Эйнштейн согласился с выводами Фридмана, а позднее говорил, что именно советский ученый стал основателем теории расширяющейся Вселенной.

Эта теория не находится в противоречии с общей теорией относительности, но если Вселенная расширяется, то должно было произойти некое событие, приведшее к разбеганию звезд и галактик. Это явление очень напоминало взрыв, поэтому ученые и назвали его «Большим взрывом». Однако если Вселенная появилась в результате Большого взрыва, то должна существовать Высшая первопричина (или Конструктор), позволяющая этому взрыву произойти.

2. Теория Большого взрыва

Теория Большого взрыва строится на том, что материя и энергия, из которых состоит все сущее но Вселенной, ранее находились в сингулярном состоянии, т.е. в состоянии, характеризующемся бесконечной температурой, плотностью и давлением. В состоянии сингулярности не действует ни один закон физики, а все, из чего на данный момент состоит Вселенная, заключалось в микроскопически малой частичке, которая в какой-то момент времени пришла в нестабильное состояние, в результате чего и произошел Большой взрыв.

Изначально теория Большого взрыва носила название «динамическая эволюционирующая модель». Термин «Большой взрыв» получил широкое распространение в 1949 г. после публикации работ ученого Ф. Хойла.

На данный момент теория Большого взрыва разработана настолько хорошо, что ученые берутся описать процессы, которые начали происходить во Вселенной через 10--43 с после Большого взрыва.

Существует несколько доказательств теории Большого взрыва, одним из которых является реликтовое излучение, пронизывающее всю Вселенную и возникшее в результате Большого взрыва благодаря взаимодействию частиц. Реликтовое излучение может рассказать о первых микросекундах после рождения Вселенной, о тех временах, когда она находилась и горячем состоянии, а галактики, звезды и планеты еще не образовались.

Изначально реликтовое излучение также было только теорией, и вероятность его существования рассматривал Г. А. Гамов в 1948 г. Измерить реликтовое излучение и доказать действительность его существования смогли только в 1964 г. американские ученые благодаря новому прибору, который обладал необходимой точностью. После этого реликтовое излучение печально исследовали с помощью наземных и космических обсерваторий, что позволило увидеть, какой была Вселенная в момент своего рождения.

Еще одним подтверждением Большого взрыва является космологическое красное смещение, которое заключается в уменьшении частот излучения, что доказывает удаление звезд и галактик друг от друга вообще, и от Млечного пути в частности.

Теория Большого взрыва ответила на множество вопросов о возникновении нашей Вселенной, но и вместе с тем стала причиной появления новых загадок, которые остаются без ответов и сейчас. Например, что же стало причиной Большого взрыва, почему точка сингулярности стала нестабильной, что было до Большого взрыва, как появилось время и пространство?

Многие исследователи, например Р. Пенроуз и С. Хокинг, изучая общую теорию относительности, добавили в ее уравнения такие показатели, как пространство и время. По их мнению, эти параметры также появились в результате Большого взрыва вместе с материей и энергией. Следовательно, у времени тоже есть определенное начало. Однако из этого также следует, что должна существовать некая Сущность или Высший разум, который не зависит от времени и пространства, и присутствовал всегда. Именно этот Высший разум и стал причиной возникновения Вселенной.

Изучение того, что было до Большого взрыва -- новый раздел в современной космологии. На вопрос о том, что же было до рождения нашей Вселенной и что ей предшествовало, пытаются ответить многие ученые.

Большой отскок.

Эта интересная альтернативная Большому взрыву теория говорит о том, что до нашей Вселенной существовала другая. Таким образом, если рождение Вселенной, а именно Большой взрыв, рассматривали как уникальное явление, то в данной теории это лишь одно звено из цепи реакций, в результате которых Вселенная постоянно воспроизводит саму себя.

Из теории следует, что Большой взрыв не является точкой начала времени и пространства, а появился и результате предельного сжатия другой Вселенной, масса которой, по этой теории, не равна нулю, а лишь близка этому значению, при этом энергия Вселенной мс бесконечна. В момент предельного сжатия Вселенная имела максимальную энергию, заключенную в минимальный объем, в результате чего произошел большой отскок, и родилась новая Вселенная, которая также начала расширяться. Таким образом, квантовые состояния, существовавшие в старой Вселенной, просто изменились в результате Большого отскока и перешли в новую Вселенную.

В основе новой модели рождения Вселенной лежит теория петлевой квантовой гравитации, которая помогает заглянуть за Большой взрыв. До этого считалось, что все во Вселенной появилось в результате взрыва, поэтому вопрос о том, что же было до него, практически не ставился.

Данная теория принадлежит к числу теорий квантовой гравитации и объединяет в себе общую теорию относительности и уравнения квантовой механики. Предложили ее в 1980-х гг. такие ученые, как Э. Аштекар и Л. Смолин.

Теория петлевой квантовой гравитации говорит о том, что время и пространство дискретны, т.е. состоят из отдельных частей, или маленьких квантовых ячеек. На малых масштабах пространства и времени ни ячейки создают разделенную прерывистую структуру, а на больших -- появляется гладкое и непрерывное пространство-время.

Рождение новой Вселенной происходило в экстремальных условиях, которые заставляли квантовые ячейки отделяться друг от друга, этот процесс и был назван Большим отскоком, т.е. Вселенная не появилась из ничего, как при Большом взрыве, а начала быстро расширяться из сжатого состояния.

М. Божовальд стремился получить сведения о Вселенной, предшествующей нашей, для чего несколько упростил некоторые квантово-гравитационные модели и уравнения теории петлевой квантовой гравитации. В данные уравнения входят несколько параметров состояния нашей Вселенной, которые необходимы для того, чтобы узнать, какой была предыдущая Вселенная.

Уравнения содержат взаимодополняемые параметры, позволяющие описать квантовую неопределенность об объеме Вселенной до и после Большого взрыва, и отражают тот факт, что ни один из параметров предшествующей Вселенной не сохранился после Большого отскока, поэтому в нашей Вселенной он отсутствует. Иными словами, в результате бесконечной цепи расширения, сжатия и взрыва, а затем нового расширения образуются не одинаковые, а разные Вселенные.

Теория струн и М-теория.

Идея того, что Вселенная может постоянно воспроизводить себя, многим ученым кажется разумной. Некоторые полагают, что наша Вселенная возникла в результате квантовых флуктаций (колебаний) в предшествующей Вселенной, поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент времени и в нашей Вселенной может возникнуть такая флуктация, и появится новая Вселенная, несколько отличная от настоящей.

Ученые идут в своих рассуждениях дальше и предполагают, что квантовые колебания могут произойти в любом количестве и в любом месте Вселенной, в результате чего появляется не одна новая Вселенная, а сразу несколько. На этом строится инфляционная теория возникновения Вселенной.

Образовавшиеся Вселенные отличны друг от друга, в них действуют разные физические законы, при этом все они находятся в одной огромной мегавселенной, но изолированы друг от друга. Сторонники данной теории утверждают, что время и пространство не появились в результате Большого взрыва, а существовали всегда в нескончаемой череде сжатия и расширения Вселенных.

Своего рода развитием инфляционной теории является теория струн и ее усовершенствованный вариант - М-теория, или теория мембран, которые строятся на цикличности мироздания. Согласно М-теории, физический мир состоит из десяти пространственных и одного временного измерения. В этом мире находятся пространства, так называемые браны, одной из которых и является наша Вселенная, состоящая из тpёx пространственных измерений.
Большой взрыв -- результат столкновения бран, которые под воздействием огромного количества энергии разлетелись, затем началось расширение, постепенно замедлившееся. Выделенные в результате столкновения излучение и вещество остывали, появились галактики. Между бранами находится положительная по плотности энергия, вновь ускоряющая расширение, которое через некоторое время снова замедляется. Геометрия пространства становится плоской. Когда браны вновь притягиваются друг к другу, квантовые колебания становятся сильнее, геометрия пространства деформируется, а места таких деформаций в будущем становятся зародышами галактик. Когда браны сталкиваются друг с другом, цикл повторяется.

В перечисленных выше научных концепциях возникновения Вселенной отсутствует Творец как созидающая одухотворенная сила. Однако кроме них существуют иные теории появления мироздания, в которых в качестве созидающего фактора выступает Высший разум, названный в каждой из теорий по-разному.

3. Креационизм

Данная мировоззренческая теория происходит от латинского слова «creations» -- «творение». Согласно этой концепции, наша Вселенная, планета и само человечество являются результатом творческой деятельности Бога или Творца. Термин «креационизм» возник в конце XIX в., а сторонники этой теории утверждают истинность истории о сотворении мира, изложенной в Ветхом Завете.

В конце XIX в. происходило быстрое накопление знаний в различных областях науки (биологии, астрономии, физики), широко распространенной стала теория эволюции. Все это привело к противоречию между научными знаниями и библейской картиной мира. Можно сказать, что креационизм появился как реакция консервативных христиан на научные открытия, в частности, на эволюционное развитие живой и неживой природы, которые в это время стали доминирующими и отвергали появление всего сущего из ничего.

Христианский креационизм

Креационизм в христианстве представлен несколькими течениями, которые отличаются степенью расхождения с научными воззрениями на происхождение Вселенной и Земли.

Согласно младоземельному, или буквалистскому, креационизму мир был создан Богом за 6 дней, как о том и говорится в Библии. При этом некоторые последователи (прежде всего протестанты) этой теории утверждают, что мир был создан примерно 6 тыс. лет назад. Это утверждение основано на Масоретском тексте Ветхого Завета. Другие (в основном православные исследователи) исходят из текста Септуагинты (самого старого перевода Библии) и верят, что мир появился 7,5 тыс. лет назад.

Последователи староземельного, или метафорического, креационизма считают, что 6 дней творения -- это метафора, более понятная людям того времени. В Библии слово «день» подразумевает скорее не сутки, а неопределенный отрезок времени, следовательно, в один день творения могут входить миллионы земных лет.

При это метафорический креационизм делится на следующие подвиды:

-- креационизм постепенного творения. Последователи этой концепции соглашаются с некоторыми научными открытиями, в частности, принимают астрофизические датировки рождения Вселенной, звезд и планет, но не приемлют теорию эволюции образования видов в процессе естественного отбора. Они утверждают, что именно Бог влияет на появление новых и изменение существующих биологических видов;

-- эволюционный креационизм, или теистический эволюционизм. Представители данного направления соглашаются с теорий эволюции, но, по их мнению, именно Творец направляет эволюцию, и она является осуществлением его высшего замысла. Общепринятые научные идеи практически полностью признаются сторонниками этой концепции, а чудесное вмешательство Бога рассматривается ими, например, в проявлении божественного промысла или существовании бессмертной человеческой души, т.е. в тех вопросах, на которые наука ответить просто не может. Они рассматривают творение не как мгновенный законченный акт, а как эволюцию, из-за чего наиболее радикальные буквалисты не считают их не только креационистами, но даже христианами.

Креационизм в иудаизме.

Так же, как и в христианском креационизме, среди приверженцев иудаизма есть те, кто приемлет современные взгляды науки, и те, кто их отрицает. Так, например, представители классического ортодоксального иудаизма не признают теорию эволюции, придерживаясь буквального толкования Торы.

Современные ортодоксальные иудаисты, к которым относятся религиозные сионисты и модернисты, признают возможным аллегорическое интерпретирование некоторых частей Торы и считают правильными некоторые моменты теории эволюции.

Существует также реформированный и консервативный иудаизм, последователи которого соглашаются с основными положениями теории эволюции.

Креационизм в исламе.

Еще сильнее, чем христианство, теорию эволюции критикует ислам. Многие последователи этой религии считают идеи эволюционной теории близкими к атеизму, поэтому не могут поддерживать их, полностью выступая за божественное сотворение Вселенной и жизни на Земле.

С другой стороны, существуют ученые, которые отмечают, что эволюция -- это научный факт, который никак не противоречит Корану. В отличие от Библии, в Коране нет детального описания сотворения мира, поэтому буквалистский креационизм распространен в исламе меньше.

Креационизм в индуизме.

15 священных писаниях индуизма, Ведах, описано первичное и вторичное творение. В первичном творении участвовал верховный Господь, который создал материальную энергию. Также он создал первое живое существо -- Брахму, осуществившего вторичное творение, заключавшееся в создании материальных тел для кухонных существ и условий, в которых эти существа могли бы контактировать друг с другом и предметами неживой природы.

Индуизм верит, что созданная Господом Вселенная очень древняя, и ее возраст составляет примерно 155 трлн земных лет. В Ведах эволюция человечества описывается как постепенная духовная деградация, в ходе которой сокращается продолжительность человеческой жизни, приходят в упадок его нравственные устои, появляются болезни, исчезает способность общаться с высшими разумными существами.

Развитие человечества и Вселенной в индуизме имеет циклический характер: после того как человечество полностью расходует отведенное ему на свободное развитие время, временное колесо останавливается, после чего цикл создания мироздания и человечества повторяется заново.

Мировые религии о сотворении мира и рождении Вселенной.

Такой глобальный вопрос как «Откуда же произошла наша Вселенная?», интересовал человечество на протяжении всей истории его развития. Неудивительно, что практически в любой из мировых религий можно встретить мифы о сотворении мира. При этом только на первый взгляд может показаться, что они зачастую являются абсурдными с точки зрения современного человека, хоть немного разбирающегося в достижениях науки. На самом деле во многих из них повествуется о том, что сейчас пытаются доказать ученые, просто при толковании мифов следует делать скидки на иной уровень восприятия у древних людей и их меньшую научную подкованность.

Религиозно-философские теории также пытаются ответить на вопрос о происхождении Вселенной, но практически все они основаны на вере в то, что мир был создан в результате творческого акта Высшего Разума, Бога, Творца.

В христианстве Создателем всего сущего выступает Бог, а одной из основных христианских догм является «сотворение из ничего», т.е. наша Вселенная из состояния небытия была переведена в состояние бытия в результате Божественной воли. В первых трех главах Книги Бытия (первой книги Библии) описаны этапы сотворения всего сущего.

Большая часть христиан верит в то, что в акте творения мира были задействованы все три ипостаси Святой Троицы: Бог Отец, еще невоплотившийся Бог Сын и Бог Святой Дух. Некоторые христианские учителя, например, святой Иоанн Дамаскин, указывают, что сотворение есть безначальный и предвечный процесс, оно «исходит из самой сущности Бога» и не вызывает изменений в нем, т.е. нет Бога «до» и Бога «после» сотворения мира, он остается единым.

Все человечество появилось на свет от двух созданных Богом людей -- Адама и Евы. Сотворенный мир был изначально идеальным, гармоничным и послушным человеку, а он сам был наделен свободой воли.
Научная теория о цикличности Вселенной в некотором роде повторяет представления о возникновении Вселенной в буддийской космологии, в которой представлено бесконечное чередование рождения и уничижения мироздания.

К данном случае высшее существо (Бог) не создал И( еденную как таковую. Каждый мировой цикл накапчивает общую карму всех живых существ, и в результате такого накопления возникает новая Вселенная. Каждому миру отпущен определенный срок существования, в течение которого человечество проходит путь «и расцвета до деградации. Происходит накопление плохой кармы живых существ, и Вселенная от этого разрушается. Через некоторое время космического покоя цикл начинается заново.

Кроме религиозной теории о сотворении мира из ничего, в христианской и иудейской традиции есть также теория о сотворении мира из материи. Ряд современных иудейских исследователей видят в этом возможную связь с теорией эволюции.

В каждом мировом цикле существует 4 периода:

- период пустоты, т. е. время, когда один мир разрушен, а другой еще не сформировался;

- период формирования, когда мир начинает возникать заново;

- период пребывания, когда Вселенная находится в стабильном состоянии;

- период разрушения, когда дурная карма приводит к гибели Вселенной.

На вопросы, было ли начало у самих мировых циклов, есть ли конец у Вселенной или она бесконечна, буддизм ответа не дает, так как подобные вопросы относятся к области неопределенного, на что просвещённый Будда «хранил благородное молчание».

Первым живым существом в каждой новой Вселенной является бог Брахма. При этом он не считается Творцом самой Вселенной, а лишь верховным божеством, которому все поклоняются. Хотя считается, что Брахма вечен и существовал всегда, при этом он не неизменен и на него так же, как и на остальных существ, действует причинно-следственный закон кармы, т.е. вместе с разрушающейся Вселенной пропадает и Брахма.

На теорию Большого взрыва очень похожа каббалистическая теория о «разбиении сосудов», которую создал в средние века каббалист и иудейский богослов Ицхак Луриа. В своем учении он говорил о том, что за попыткой творения последовала космическая катастрофа, в результате которой и возник мир. Божественные лучи, появившиеся в результате катастрофы, рассеялись и претерпели изменение.

В мифах многих народов существует такое понятие, как «хаос», т.е. изначальное состояние мироздания, в котором материя и пространство не имели формы. Элементы космоса (с греч. «порядок», «красота») были выделены из первоначального хаоса, и так появилась Вселенная, подчиненная определенным законам и противопоставленная хаосу. Первичный хаос также называют мировой бездной.

Так, в религиозных воззрениях древних скандинавов в начале существовала только мировая пустота, бездна, называемая Гинунгагап, которую наполняли лишь первобытные силы творения. В ней существовали Муспелль (огненная страна) и Нифель (страна мрака). Столкновение двух противоположностей -- жара и холода -- привело к появлению первого живого существа, великана Имира, из растерзанного тела которого в последствие и была создана Вселенная. По представлению древних скандинавов, все появилось из мировой бездны и в конце времен все в нее и вернется.

В китайской мифологии также существует миф о рождении Вселенной из мрачного хаоса. Главными космическими силами там выступают мужское начало (Ян, что означает «мрачный») и женское начало (Инь, что означает «светлый»). Эти два начала сами собой образовались в мировой бездне и установили главные направления мирового (вселенского) пространства которых по китайской мифологии насчитывается восемь. Начало Инь стало управлять землей, а начало Ни небом.

Похожее представление о рождении мира существует и в концепции даосизма. В начале существовала шип. пустота (У-цзи), вакуум, неизвестное, из которого (формировались две основные энергии: Ян и Инь. Благодаря их взаимодействию произошло образование энергии ци, а затем и всего сущего во Вселенной.

Бесконечна ли Вселенная?

При изучении Вселенной и ее строения нередко встаёт вопрос о том, есть ли у нее конец или она бесконечна. Понятие бесконечности является одним из самых интересных в науке, поскольку относится к области таинственного и необычного. Действительно, невозможно представить себе бесконечность, ведь у данного понятия нет наглядности, но оно вовсе не является придуманным математическим построением, а используется в науке для решения многих проблем.

Наиболее заинтересованы в изучении бесконечности астрономы и физики, так как им приходится иметь дело с пространством Вселенной и геометрией окружающего мира. Изучать бесконечность Вселенной и пространстве начали еще в глубокой древности. Великие философы предлагали простые и, казалось бы, неопровержимые рассуждения, не противоречащие, на первый взгляд, логике.

Так, Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал: «Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, ибо иначе края непременно она бы имела». Многим ученым того времени было легче представить, что Вселенная не имеет конца и бесконечно долго простирается во все стороны, чем то, что у нее есть определенные границы, ведь тогда бы пришлось искать ответ на вопрос, что же лежит за этими границами.

Однако рассуждения Лукреция и его сторонников опирались, в первую очередь, на логику и привычные представления о земном пространстве, а в современном мире опираться на это при изучении проблемы бесконечности в масштабах Вселенной считается неразумным. В данном случае следует изучать реальные свойства мира и на их основе делать выводы.

В эпоху Возрождения Коперник разработал гелиоцентрическую модель мира, по которой в центре Вселенной находилось Солнце, а вокруг него вращалась Земля и другие планеты. По представлениям ученого, Вселенную ограничивала сфера из неподвижных звезд. Он считал, что все небесные тела вращаются вокруг Солнца с одинаковой скоростью, совершая один оборот в сутки. Следовательно, чем большее расстояние от Солнца до небесного тела, тем большая скорость обращения у последнего.

Таким образом, если есть звезды, расположенные на бесконечно больших расстояниях от Солнца, то они должны обладать бесконечно большой скоростью, что невозможно. Из этого следует, что Вселенная имеет конец, т. е. заключена в сферу звезд. Современникам Коперника такое доказательство казалось неопровержимым, ведь тогда еще не знали, что Солнце является не центром Вселенной, а центром Солнечной системы.

В выводах Коперника первым усомнился итальянский ученый Джордано Бруно. Он же первым предложил идею и бесконечной Вселенной. В своих рассуждениях ученый опирался на философские взгляды, а не на физические или астрономические исследования.

Исаак Ньютон впервые попытался дать естественно научное объяснение бесконечности Вселенной и в разработанных им законах механики. Согласно его положениям, если материальные частицы притягиваются друг к другу, то со временем они должны рассеяться в бескрайнем пространстве. Следовательно, не может существовать неизменная конечная Вселенная.

Долгое время считалось, что ответ на вопрос о бесконечности Вселенной получен и считается окончательным, но мнение оказалось ошибочным. Всегда считалось, что на вопрос о том, есть ли граница у Вселенной, должно быть только два ответа: «да» или нет». И только позднее оказалось, что может существовать несколько видов бесконечности. Например, в математике существует бесконечность ряда натуральных чисел и бесконечность всех точек, расположенных мм отрезке прямой.

В геометрии также могут существовать разные бесконечности. Например, есть такие понятия, как бесконечность и неограниченность пространства, которые не тождественны друг другу Неограниченным пространством является то, которое не имеет границы, по имеете с тем оно замкнуто в себе, или конечно. Примером такого пространства может служить сфера. У площади сферы есть конечная величина, но достичь её границы невозможно, поэтому она считается неограниченной. Пример со сферой служит примером пи о, что пространство может иметь конечный объем, но при этом у него отсутствуют границы.

В современной науке никто уже не сомневается в том, что пространство Вселенной неограниченно, т.е. достичь границы Вселенной невозможно. Но вопрос о ее бесконечности или конечности все еще остается открытым. Для того чтобы найти ответ на него, ученые изучают геометрию мира и пытаются выяснить расположение материи во Вселенной.

С помощью теоретических подсчетов проводится измерение критической плотности вещества, находящегося во Вселенной. Так, подсчитано, что на 13 см пространства приходится 1/100000 массы протона. Исходя из теории относительности, ученые говорят, что мировое пространство имеет конец, если средняя плотность вещества, находящегося во Вселенной, больше критической. И наоборот, Вселенная имеет бесконечный объем, если плотность вещества в ней ниже критической.

Происхождением, эволюцией и свойствами Вселенной занимается космология -- специальный раздел астрономии. Она опирается на такие науки, как физика, математика, астрономия, а также на богословие и философию.

Основываясь на данном выводе, многие исследователи создали различные версии вычисления средней плотности материи в мире. Некоторые, основываясь на своих вычислениях, пришли к выводу о том, что Вселенная конечна, и делали попытки подсчитать ее радиус.

Однако подобные вычисления не могут ответить на вопрос о бесконечности Вселенной и рассказать о ее геометрических свойствах.

Общая теория относительности предоставляет физический критерий, на основании которого можно делать догадки о кривизне пространства, но о физической величине данной кривизны можно судить, скорее всего, только на основании наблюдений, указывающих на то, что средняя плотность вещества в мире приблизительно равна критической.

Все это говорит в пользу того, что современная наука пока не готова дать однозначного ответа на вопрос о конечности и бесконечности Вселенной и предпочесть одну из этих вероятностей.

Возраст Вселенной.

После девяти лет работы программа WMAP завершила свои наблюдения за космическим микроволновым фоном, самым древним излучением во Вселенной.

"WMAP открыл окно в самую раннюю Вселенную, которую мы могли едва вообразить еще совсем недавно",- сказал Гари Хиншоу, руководитель программы, астрофизик центра космических полетов НАСА имени Годдарда.- "Группа все еще занята анализом данных, полученных за девять лет работы".

WMAP был разработан, чтобы более подробно исследовать незначительный перепад температур в космическом микроволновом фоне, который был сначала обнаружен в 1992 году Космическим Фоновым Исследователем НАСА (COBE). Команда WMAP ответила на многие давнишние вопросы о возрасте Вселенной. 20 августа WMAP получил свои заключительные научные данные. 8 сентября спутник оставил свою рабочую орбиту и перешел на постоянную стояночную орбиту вокруг Солнца.

"Мы начали эту программу в 2001 году, и теперь настало время для подведения заключительных итогов работы спутника",- сказал Чарльз Беннетт, научный руководитель WMAP в Университете имени Джона Хопкинса в Балтиморе.

WMAP обнаружил сигнал, представляющий собой остаточное послесвечение горячей молодой Вселенной, когда космосу было всего 380 000 лет. Поскольку Вселенная расширялась все последующие 13 миллиардов лет, этот свет терял энергию и смещался на все более и более длинноволновый участок. Сегодня это излучение обнаруживается в микроволновом диапазоне. Это так называемое реликтовое излучение.

Программа WMAP включена в Книгу рекордов Гиннеса за "самое точное измерение возраста Вселенной". Программа WMAP установила, что космосу 13.75 миллиардов лет, с допустимой погрешностью всего в 1%.

WMAP также установил, что обычные атомы составляют только 4.6% современного космоса, а большая часть Вселенной состоит из двух неизученных субстанций.

Одна из этих двух субстанций - темная материя, которая составляет 23 процента Вселенной, должна все же быть обнаружена в лаборатории. Другая - темная энергия - субстанция с отрицательной гравитацией, может быть свойством самого вакуума. И эта темная энергия составляет 72% Вселенной.

Другое важное достижение WMAP относится к так называемой «инфляционной теории». В течение многих десятилетий космологи предполагали, что Вселенная прошла фазу чрезвычайно быстрого роста за первые триллион секунд своего существования. Наблюдения WMAP подтверждают, что инфляция действительно происходила, и ее подробные измерения опровергают несколько хорошо изученных сценариев инфляции, и наоборот, подтверждают другие.

"WMAP дал исчерпывающие измерения фундаментальных параметров Вселенной",- сказала Jaya Bapayee, руководитель программы WMAP в Штабе НАСА в Вашингтоне.- "Ученые будут использовать эту информацию в течение многих лет в их поисках, чтобы лучше понять Вселенную".

4. Современные методы изучения вселенной

Важнейшими из современных методов изучения Вселенной являются:

1. Изучение метеоритов. Как указывалось выше, метеориты представляют собой осколки разрушившихся планет. Поэтому по составу метеоритов можно судить о веществе космических тел. В метеоритах химических элементов, которые отсутствуют на Земле, не обнаружено. Изучая метеориты, можно сделать некоторые выводы о составе и строении внутренних частей Земли, так как по происхождению Земля и планеты солнечной системы едины.

2. Изучение космического пространства при помощи телескопов.

Современные телескопы позволяют изучать пространство, удаленное от Земли на расстояние до полутора миллиардов световых лет.

С помощью телескопов можно фотографировать космические тела и определенные участки неба. В комбинации с различными специальными приборами телескопами определяют яркость блеска, температуру, рельеф поверхности и другие особенности космических тел.

При помощи телескопов можно изучать спектры светил, а по характеру спектра делать выводы о химическом составе вещества небесных тел и типах реакций, протекающих на них.

3. Изучение космического пространства при помощи ракет, искусственных спутников и космических кораблей. Начало этому методу изучения космического пространства было положено в нашей стране 4 октября 1957 г. в связи с запуском первого в мире искусственного спутника Земли. Последние достижения нашей науки и техники позволили снаряжать пилотируемые космические корабли, рассчитанные на несколько космонавтов. Искусственные спутники и космические ракеты оборудуются специальными приборами, фиксирующими и передающими научную информацию на Землю. Пилотируемые космические корабли, на борту которых находятся ученые различных специальностей, позволяют значительно расширить программу изучения космического пространства.

5. Солнечная система

Строение Солнечной системы

Солнечная система представляет собой большую семью, состоящую из Солнца, планет и их спутников, комет, астероидов, большого количества пыли, газа и мелких частиц.

Если посмотреть на Солнечную систему как бы издалека, то можно увидеть, как около центральной звезды желтого цвета спектрального класса G2 обращаются 9 планет. Солнце - это звезда, огромный газовый шар, в центре которого идут ядерные реакции. Основная доля массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце - 99,8%. Именно поэтому Солнце удерживает гравитацией все объекты Солнечной системы, размеры которой не менее шестидесяти миллиардов километров.



Солнечная система

Размеры орбит планет трудно представить на одном рисунке: настолько различны расстояния и размеры. Поэтому обычно сравнивают средние размеры и расстояния от Солнца планет земной группы, а потом - планет-гигантов. Совсем рядом с Солнцем обращаются четыре маленьких планеты, состоящие, в основном, из горных пород и металлов - Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эти планеты называются планетами земной группы.

Между планетами земной группы и планетами-гигантами расположен пояс астероидов.

Чуть дальше расположены четыре больших планеты, состоящие, в основном, из водорода и гелия. У планет-гигантов нет твердой поверхности, зато они имеют исключительно мощную атмосферу. Юпитер - самая большая из них. Далее следуют Сатурн, Уран и Нептун. Все планеты-гиганты имеют большое количество спутников, а также кольца. Изумительное по красоте кольцо имеет Сатурн.

Самой последней планетой Солнечной системы является Плутон, который по своим физическим свойствам ближе к спутникам планет-гигантов. За орбитой Плутона открыт так называемый пояс Койпера, второй пояс астероидов. Кометы проводят за орбитой Нептуна большую часть времени, так как в более дальней точке своей траектории их движение более медленное, чем около Солнца.

Различие планет по физическим свойствам, вероятно, обусловлено тем, что планеты земной группы формировались из протопланетного облака рядом с Солнцем. Именно поэтому в них много более тяжелых элементов, металлов, например железа. Планеты-гиганты формировались на более далеких расстояниях от Солнца, поэтому, в основном, состоят из легких элементов.

Все планеты, астероиды, кометы вращаются вокруг Солнца в одном направлении (против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира). Орбиты планет практически круговые, их плоскости мало наклонены к плоскости орбиты Земли. Только две планеты - Меркурий и Плутон - имеют орбиты с большим наклоном к эклиптике.

Орбиты же комет вытянутые, имеют большой эксцентриситет. Большинство объектов Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в одном направлении, которое называется прямым. Однако Венера вращается в обратном направлении, а Уран вращается, как говорят, «лежа на боку».

Почти все спутники обращаются вокруг планеты в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца. Исключение составляют спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» - Карме, Синопе, Ананке, Пасифе, и спутник Нептуна Тритон. По-видимому, все они образовывались не вместе со своими планетами, а были захвачены ими позже.

Дни и годы на каждой из планет различны по своей продолжительности. Все планеты вращаются вокруг Солнца с разными скоростями. Самая большая скорость у Меркурия, медленнее всего вокруг Солнца вращается планета Плутон со своим спутником Хароном. Самые длинные сутки на Венере, они продолжаются 243 земных суток. Планеты-гиганты вращаются вокруг своей оси очень быстро. Продолжительность суток на Юпитере всего 9,92 часа.

В 1766 году Иоганном Тициусом, а в 1772 году независимо от него Иоганном Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса - Боде:

а = 0,1*(3*2n-2 + 4) а.е.

где n = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для пятой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а.е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а.е. Таким образом, правило давало практически правильные результаты для больших полуосей орбит.

Большие полуоси орбит планет хорошо следуют правилу Тициуса - Боде. Красным выделен теоретический график, синим - реальные размеры орбит.

Размеры солнечной системы

В последние годы было изобретено кое-что получше параллактическою метода. Были разработаны способы направлять очень короткие радиоволны (микрорадиоволны) того типа, которые используются в радиолокаторах, в космическое пространство, где они отражаются от планет, например от Венеры, после чего эти отраженные волны принимаются на Земле. Скорость распространения радиоволн точно известна, а время между посылкой волн и их приемом также может быть измерено очень точно. Расстояние, покрытое радиоволнами за время путешествия туда и обратно, а следовательно, и расстояние до Венеры в заданный момент можно определить с несравненно большей точностью, чем методом параллаксов.

В 1961 г. было изучено, как отражаются такие микрорадиоволны от Венеры. С помощью полученных данных было вычислено, что среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149 573 000 км.

Используя кеплеровскую схему строения солнечной системы, можно рассчитать расстояния всех планет либо от Земли в какой-то определенный момент, либо от Солнца. Удобнее использовать расстояние от Солнца, так как оно меняется с течением времени значительно меньше и не по таким сложным законам, как расстояние от Земли.

Это расстояние может быть выражено в одной из трех наиболее распространенных единиц.

Во-первых, его можно выражать в миллионах километров. Километр -- это наиболее распространенная единица для измерения больших расстояний.

Во-вторых, чтобы избежать таких чисел, как миллионы километров, можно принять, что среднее расстояние от Земли до Солнца равно одной астрономической единице (сокращенно «а, е.») Тогда можно будет выражать расстояния в а, е., причем 1 а е. равна 149 500 000 км. С вполне достаточной точностью можно считать, что 1 а, е. равна 150 000 000 км.

В-третьих, расстояние можно выразить через время, которое потребуется для того, чтобы его преодолел свет (или любое аналогичное излучение, например микрорадиоволны). Скорость света в пустоте равна 299 776 км/сек. Число это можно для удобства округлить до 300 000 км/сек.

Таким образом, расстояние примерно в 300 000 км можно считать равным одной световой секунде (ибо это расстояние, покрываемое светом за одну секунду). Расстояние, в 60 раз большее, или 18 000 000 км, -- это одна световая минута, а расстояние, еще в 60 раз большее, т.е. 1 080 000 000 км, -- это один световой час. Мы не слишком ошибемся, если будем считать, что световой час равен одному миллиарду километров.

Запомнив это, рассмотрим те планеты, которые были известны древним, и приведем таблицу их средних расстояний от Солнца, выраженных в каждой из трех указанных единиц.

Итак, уже со времен Кассини было известно, что диаметр солнечной системы, ограниченной орбитой Сатурна, достигает почти 3 миллиардов км. Диаметр воображаемой сферы, включавшей планеты, известные древним грекам, равнялся не миллионам километров, как полагали греки времен Гиппарха, а тысячам миллионов.

Но даже и эта цифра оказалась преуменьшенной. Диаметр планетной системы разом удвоился в 1781 г., когда английский астроном, немец по происхождению, Вильям Гершель (1738--1822) открыл планету Уран Затем диаметр опять удвоился в два этапа, когда сначала французский астроном Урбан Жозсф Леверье (1811 -- 1877) открыл в 1846 г. Нептун, затем американский астроном Клайд Уильям Томбо (род. в 1906 г.) -- Плутон в 1930 г.

Расстояния этих далеких членов солнечной системы от Солнца приведены ниже.

Если мы рассмотрим орбиту Плутона, как ранее орбиту Сатурна, то увидим, что диаметр солнечной системы равен не 3, а 12 миллиардам километров. Лучу света, который преодолевает расстояние, равное окружности Земли, за 1/7 сек и пробегает от Земли до Луны за 1 1/4 сек, понадобится полдня для того, чтобы пересечь солнечную систему. Да, со времен греков небо действительно отодвинулось в неизмеримую даль.

Рис. Размеры солнечной системы

Кроме того, есть все основания считать, что вовсе не орбита Плутона отмечает границу владений Солнца. Это не значит, что мы должны предполагать существование еще не открытых более далеких планет (хотя отнюдь не исключена возможность, что такие маленькие и очень далекие планеты действительно существуют). Имеются уже известные небесные тела, которые время от времени очень легко увидеть и которые, без сомнения, уходят от Солнца гораздо дальше, чем Плутон на самой удаленной точке своей орбиты. солнечный планета лунный затмение

Этот факт был известен еще до того, как открытие Урана раздвинуло границы собственно планетной части солнечной системы. В 1684 г. английский ученый Исаак Ньютон (1642--1727) открыл закон всемирного тяготения. Этот закон строго математически обосновал кеплеровскую схему строения солнечной системы и позволил вычислить орбиту тела, обращающегося вокруг Солнца, даже если тело наблюдалось лишь на части своей орбиты.

Это в свою очередь дало возможность приняться за кометы -- «косматые» светящиеся тела, которые время от времени появлялись на небе. В древности и в эпоху Средневековья астрономы считали, что кометы появляются без всякой правильности и что движение их не подчинено никаким естественным законам, широкие же массы были убеждены, что единственное назначение комет -- предвещать несчастье.

Однако современник и друг Ньютона, английский ученый Эдмунд Галлей (1656--1742) попробовал применить к кометам закон тяготения. Он заметил, что некоторые особенно яркие кометы появлялись в небе через каждые 75--76 лет. И вот в 1704 г. он предположил, что все эти кометы на самом деле были одним и тем же небесным телом, которое двигалось вокруг Солнца по постоянной эллиптической орбите, причем орбите настолько вытянутой, что значительная ее часть лежала на колоссальном расстоянии от Земли. Когда комета находилась вдали от Земли, она была невидима. Но через каждые 75 или 76 лет она оказывалась на той части своей орбиты, которая расположена ближе всего к Солнцу (и к Земле), и вот тогда-то она становилась видимой.

Галлей вычислил орбиту этой кометы и предсказал, что она вновь вернется в 1758 г. И действительно, комета появилась в тот год (через 16 лет после смерти Галлея) и с тех пор получила название кометы Галлея.

Рис. Комета Галлея

В ближайшей к Солнцу точке своей орбиты комета Галлея оказывается от него всего лишь примерно в 90 000 000 км, заходя таким образом немного внутрь орбиты Венеры В наиболее же удаленной от Солнца части своей орбиты комета Галлея уходит от него приблизительно в 3 1/2 раза дальше, чем Сатурн. В афелии расстояние кометы от Солнца составляет 5 300 000 000 км; иначе говоря, она уходит далеко за орбиту Нептуна. Таким образом, к 1760 г. астрономы прекрасно знали, что солнечная система намного больше, чем думали греки, и для тою чтобы убедиться в этом, им не требовалось открывать новые планеты.

Более тою, комета Галлея -- одна из комет, относительно близких к Солнцу. Существуют кометы, которые движутся вокруг него по таким невероятно вытянутым орбитам, что возвращаются к нему только раз в несколько столетий, а то и тысячелетий. Они уходят от Солнца не на миллиарды километров, а скорее всего на сотни миллиардов. Голландский астроном Ян Хендрик Оорт (род. в 1900 г) в 1950 г. высказал предположение, что, возможно, существует целое огромное облако комет, которые на протяжении всей своей орбиты находятся так далеко от Солнца, что никогда не бывают видимы.

Отсюда следует, что максимальный диаметр солнечной системы может достигать 1000 миллиардов, т. е триллиона (1 000 000 000 000) километров или даже больше. Световому лучу требуется 40 суток, чтобы покрыть такое расстояние. Таким образом, можно сказать, что диаметр солнечной системы превосходит один световой месяц.

Земля относительно мала не только в сравнении с этими расстояниями. Четыре внешние планеты -- Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун -- видны в телескоп как диски, диаметр которых поддается измерению. Когда стало известно расстояние до этих планет, это дало возможность по видимым размерам их дисков вычислить их истинную величину. И каждая из этих внешних планет оказалась по с равнению с Землей настоящим гигантом. А размеры Солнца делают его великаном по сравнению даже с самой большой из этих планет.

...