Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Астрономия и космические исследования в эпоху НТР.

2. Пространственно-временная конечность и бесконечность Вселенной и ее расширение.

3. Принцип возрастания энтропии и «тепловая смерь» Вселенной.

4. Будущее Вселенной.

Список использованной литературы.

1. Астрономия и космические исследования в эпоху НТР

Последние десятилетия характеризуются необычайно быстрым ростом знаний о Вселенной и космических объектах. Этот рост вызван как развитием новых возможностей наблюдения, так и углублением и расширением теоретических знаний. Наиболее существенным с теоретической точки зрения следует считать то обстоятельство, в полной мере уясненное лишь в недавнее время, что «изучение астрофизики и космологии все теснее смыкается с проблемами, относящимися, казалось бы, к противоположному по своим масштабам миру элементарных частиц и их взаимодействий» Идлис Г.М. Революции в астрономии, физике и космологии. -- М., 1985. - С. 45. . Это обусловлено, с одной стороны, обнаружением в космосе таких явлений, при которых вещество находится в экстремальных условиях (например, при столь высоких температурах и давлениях), которые невозможно создать в земных лабораториях. С другой изучение развития Вселенной как целого приводит к выводу, что исходным моментом было состояние, при котором все вещество было сжато практически в точечном объеме. В настоящее время наблюдаются последствия взрыва, в результате которого возникло современное состояние материи, заполняющей Вселенную. Применение теории элементарных частиц для описания начального состояния Вселенной и сравнение создаваемых при этом «сценариев» развития во времени с данными, получаемыми астрофизикой, является чрезвычайно важным «тестом» как для теоретической астрофизики, так и для самой теории элементарных частиц. Этот способ позволяет проверять различные варианты систематики элементарных частиц и структуры их взаимодействий, для лабораторного исследования которых понадобились бы энергии, на много порядков превосходящие возможные в земных условиях. Разумеется, изучение астрофизики и космологии обладает и присущим ему чрезвычайно большим естественнонаучным и гносеологическим значением. Следует подчеркнуть, что именно эта область физической науки требует использования в полно объеме релятивистской теории гравитации Эйнштейна (т.е. «общей теории относительности»), а в применении к начальному состоянию вселенной возможно, и выхода за ее пределы: например, перехода к квантовой теории гравитации, которую нельзя в настоящее время считать полностью построенной Подробнее см.: Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., 1967. - С. 23-37. .

Что касается новых возможностей наблюдения объектов Вселенной, то их можно определить как возникновение в течение последних 40 лет всеволновой астрономии. Современная аппаратура позволяет изучать небесные явления не только в «классически» оптическом диапазоне волн, но также и по всему возможному спектру: в диапазонах рентгеновских, инфракрасных и гамма-лучей. Это привело к открытию многих неизвестных ранее типов объектов, таких, как пульсары, квазары и т.д. Для объяснения их свойств необходимо использовать в полном объеме современную теорию вещества с учетом таких феноменов, как сверхпроводимость и сверхтекучесть, а также теории относительности.

Кроме того, развитие астрономических исследований привело к появлению некоторых прогнозов, которые можно представить так. Любая изолированная система и, вероятно, Вселенная в целом идет по пути, на котором ее энтропия все время возрастает. Поэтому, заглядывая в будущее, можно предвидеть то время (хотя и весьма отделенное), когда Вселенная окажется в состоянии с максимальной энтропией. Тогда все тела приобретут одинаковую температуру, тепловая энергия не сможет более превращаться в работу, и Вселенная умрет «тепловой смертью» Подробнее см.: Лейзер Д. Создавая картину Вселенной. -- М., 1988. - С. 88-93; Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990. - С. 123; Новиков И.Д. Гравитация черных дыр. М., 1986. - С. 89-101. . Но можно показать, что для таких прогнозов нет достаточных оснований.

2. Пространственно-временная конечность и бесконечность Вселенной и ее расширение

Материя это объективная реальность, которая не имеет пределов, которая бесконечна как в смысле своего существования в пространстве и во времени, так и в смысле неисчерпаемости количественного и качественного многообразия своих состояний и превращений. Пространство и время, будучи всеобщими коренными формами существования материи, так же неисчерпаемы в количественном и качественном многообразии своих свойств, как и сама материя. Они бесконечны, так как выражают бесконечное многообразие форм и превращений движущейся материи, бесконечную последовательность протяженностей материальных объектов и длительностей идущих один за другим материальных процессов. Но вместе с тем отдельные состояния материи и связанные с ними конкретные свойства пространства и времени ограниченны, конечны. При этом бесконечное и конечное диалектически связаны друг с другом, так что бесконечное существует и проявляется лишь в конечном, через конечное. В то же время конечное есть частичка бесконечного, неисчерпаемого в своем многообразии материального мира.

«Положение диалектического материализма о вечности и бесконечности мира во времени и пространстве находит свое подтверждение в современной астрономии, которая на основе научных наблюдений и исследований показывает, что во Вселенной происходит бесконечный процесс созидания и разрушения отдельных звезд и звездных систем, но нет границ для Вселенной в целом» Ахлибинский Б.В. Философские проблемы современного естествознания. -- СПб., 1992. - С. 68-71.. По мере расширения пределов научного познания все более и более подтверждается положение о бесконечности мира. Современные средства изучения звездных систем мощные телескопы, радиотелескопы дают возможность обнаружить такие отдаленные системы звезд, свет от которых доходит до нашей планеты за миллиарды лет. А ведь свет, как нам известно, распространяется в пустоте со скоростью 300 тыс. км/сек.

Наукой установлен факт, что все наблюдаемые нами галактики удаляются от нас и друг от друга, так что обозреваемый участок Вселенной как бы расширяется.

В мире совершается постоянное изменение движущейся во времени и пространстве материи. В этом всеобщем процессе изменения каждая отдельная форма существования материи одинаково преходяща, в нем ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи. Во всех своих превращениях материя остается вечно существующей, ни один из ее атрибутов не может погибнуть. Пространство и время как неотъемлемые формы существования материи так же вечны и бесконечны, как и сама материя.

3. Принцип возрастания энтропии и «тепловая смерь» Вселенной

Как уже упоминалось выше, теория «тепловой смерти» Вселенной связывается с понятием энтропии. Но прежде чем говорить об энтропии, следует дать понятие второго закона термодинамики. Идея второго закона термодинамики связана с именем французского инженера Сади Карпа (1796-1832), который в 1824 году разработал цикл Карт круговой процесс в тепловой машине, в результате которого тело, совершив работу, возвращается затем в исходное состояние, используя часть этой работы. Он впервые показал, что полезную работу можно получить лишь в случае, когда тепло передается от нагретого тела к более холодному Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. -- М., 1998. - С. 56. .

Существование вечного двигателя второго рода запрещает второе начало термодинамики. Вечный двигатель второго рода это циклически действующая машина, способная совершать работу за счет переноса тепла от холодного тела к горячему. Это не запрещено первым началом термодинамики, но практически невозможно.

Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии теплоты (связанной с неупорядоченным, хаотическим движением) и работы, связанной с упорядоченным движением. Работу всегда можно превратить в эквивалентное ей тепло вспомните, как наши предки добывали огонь. В то же время тепло в эквивалентную ему работу полностью превратить нельзя. Другими словами, неупорядоченную форму энергии невозможно полностью перевести в упорядоченную. Мерой неупорядоченности, или мерой хаоса, в термодинамике является энтропия. Энтропия не бывает отрицательной, она всегда положительна, за исключением случая, когда идеальный кристалл находится при абсолютном нуле (но на этот счет есть третье начало термодинамики, говорящее о недостижимости абсолютного нуля, равного -273°С), что невозможно. Иногда используется отрицательная величина энтропии негэнтропия, которая является мерилом упорядоченности системы. Эта величина может быть только отрицательным числом. Рост негэнтропии соответствует возрастанию порядка, энтропии росту хаоса См.: Там же. - С. 77-81. .

Таким образом, в соответствии со вторым началом термодинамики, в случае изолированной системы (то есть системы, не обменивающейся энергией с окружающей средой) неупорядоченное состояние не может самостоятельно перейти в упорядоченное. При нагревании тела энтропия увеличивается, растет степень неупорядоченности. В изолированной системе энтропия может только расти.

Так мы сталкиваемся с принципом возрастания энтропии важнейшим принципом термодинамики. Он соответствует стремлению любой системы к состоянию термодинамического равновесия, которое можно отождествить с хаосом.

Из этого принципа и следует идея тепловой смерти Вселенной. Раз все виды энергии деградируют, превращаясь в тепло, то когда-нибудь закончат свое существование звезды, отдав свою энергию в окружающее пространство, и вся Вселенная придет в самое простое состояние хаоса термодинамического равновесия с температурой лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. В этом пространстве будут разбросаны безжизненные, остывшие шары планет и звезд. Не будет источников энергии не будет жизни, не будет ничего См.: Идлис Г.М. Указ. соч. - С. 178-180. .

Но критикуя эту теорию, можно отметить, что гипотеза «тепловой смерти» Вселенной, высказанная век назад, является экстраполяцией второго начала термодинамики на всю Вселенную. Образование звезд и целых звездных ассоциации, продолжающееся и сейчас, говорит о том, что во Вселенной в огромных масштабах идут процессы с уменьшением энтропии.

Работы Нобелевского лауреата Ильи Пригожина, посвященные так называемым диссипативным структурам в химических реакциях, положили издало новому принципу осмысления действительности: «порядок через флуктуации». В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции См.: Пригожин И. Феномен нестабильности // Вопросы философии. 1991. № 6. С. 41.. Второй закон термодинамики не всесилен, ибо все существующие системы имеют прирожденную способность мутировать в направлении большей сложности. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социокультурной информации. Вселенная оказывается единой во всех своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия См.: Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 1986. С. 84..

Пока еще не найден ответ на вопрос о первоначальной причине расширения Вселенной. Однако два экспериментально установленных положения расширение Вселенной и реликтовое излучение являются весьма убедительными доводами в пользу теории Большого взрыва, ставшей теперь общепризнанной. Астрономия и космология XX в. утверждают образ меняющейся, поражающей многообразием явлений, богатой «скачками» и «взрывами» эволюционирующей Вселенной.

4. Будущее Вселенной

В настоящее время Вселенная расширяется, но будет ли это расширение продолжаться бесконечно, так что в пределе плотность вещества во Вселенной станет бесконечно малой? Общая теория относительности дает определенный ответ на этот вопрос. Согласно этой теории, существует некоторая критическая масса Вселенной. Если действительная масса Вселенной меньше критической, гравитационного притяжения вещества во Вселенной будет недостаточно, чтобы остановить расширение, и оно будет продолжаться бесконечно.

С другой стороны, если действительная масса Вселенной превосходит критическую, гравитационное притяжение в конечном итоге замедлит расширение, приостановит его и затем приведет к сжатию. В этом случае Вселенную ожидает коллапс, в результате которого вновь образуется сгусток. Все будет готово для нового большого взрыва и нового расширения. Таким образом, Вселенная должна пульсировать между состояниями максимального расширения и коллапса.

Содержит ли Вселенная достаточную массу (в форме вещества и энергии) для того, чтобы стала возможной ее пульсация? Приблизительное количество вещества в звездах, галактических пыли и газе можно оценить различными способами. Можно оценить также энергию излучения звезд, магнитных полей в космическом пространстве, движения облаков газа, космических лучей и нейтрино. Все это, вместе взятое, оказывается меньше критической массы. В вычислениях существует, однако, большая неопределенность, поскольку мы не знаем количества вещества в межгалактическом пространстве. Атомарный водород в галактических газовых облаках регистрируется по излучению на длине волны 21 см. Но так как межгалактический водород скорее всего почти полностью ионизирован излучением галактик, радиогалактик и квазаров, он не излучает на этой волне. Для регистрации ионизированного водорода необходимы рентгеновские методы, но такие эксперименты должны проводиться вне атмосферы Земли, чтобы избежать поглощения излучения. Современные измерения, проведенные с помощью ракет и спутников, указывают на существование значительных количеств ионизированного водорода в межгалактическом пространстве. Если предварительная интерпретация результатов этих измерений окажется правильной, то межгалактического вещества достаточно для того, чтобы полная масса Вселенной с избытком превышала критическую См.: Ахлибинский Б.В. Указ. соч. - С. 90-99. .

Для ответа на этот важнейший космологический вопрос необходимы дополнительные исследования. Однако уже сейчас ясно, что новейшие данные науки о распределении материи во Вселенной показывают ее неоднородность и бесконечность.

Список использованной литературы

1. Азимов А. В начале. М., 1989.

2. Ахлибинский Б.В. Философские проблемы современного естествознания. -- СПб., 1992.

3. Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981.

4. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., 1967.

5. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. -- М., 1998.

6. Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. -- М., 1973.

7. Идлис Г.М. Революции в астрономии, физике и космологии. -- М., 1985.

8. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. -- М., 1994.

9. Концепции самоорганизации: становление новообраза научного мышления. -- М.: Наука, 1994.

10. Лейзер Д. Создавая картину Вселенной. -- М., 1988.

11. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990.

12. Новиков И.Д. Гравитация черных дыр. М., 1986.

13. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 1986.

14. Пригожин И. Феномен нестабильности // Вопросы философии. 1991. № 6.

15. Самоорганизация в науке: опыт философского осмысления. -- М., 1994.

Размещено на Allbest.ru