Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет дизайна и технологии

Реферат

по предмету: "Концепция современного естествознания"

на тему: "Теория большого взрыва"

Москва 2014

Содержание

• 1. История термина "Теория Большого взрыва"
• 2. Происхождение Вселенной
• 3. Представление о Теории Большого взрыва и модель расширяющейся Вселенной
• 4. Тёмная энергия и тёмная материя
• 5. Будущее Вселенной
• Список используемой литературы
• Приложение (иллюстрации)
• Всякий, кто способен чувствовать, глядя на небо в ясную ночь, не может не спрашивать себя, откуда берутся звёзды, куда они исчезают и что поддерживает порядок во Вселенной.
• Г. Селье

1. История термина "Теория Большого взрыва"

Первоначально теория Большого взрыва называлась: "динамической эволюционирующей моделью". Впервые термин "Большой взрыв" применил Фред Хойл в своей лекции в 1949. Он сказал: "Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе единого мощного взрыва и потому существует лишь конечное время". На русский язык Big Bang можно перевести и как "Большой хлопок", что, вероятно, соответствует уничижительному смыслу, который вложил в него Хойл. Однако после того как его лекции были опубликованы, термин стал широко употребляться. Основное положение теории Большого взрыва заключается в том, что около 20 млрд. лет назад две точки в наблюдаемой Вселенной были сколь угодно близки друг к другу, а плотность вещества в этот момент была бесконечна. Как узнать, когда это произошло? Существовала ли Вселенная до этого момента? Если да то, очевидно, она могла бы существовать и бесконечное время.

2. Происхождение Вселенной

Во все времена люди хотели знать, как возник наш мир. Когда в культуре господствовало мифологическое сознание, происхождение мира объяснялось, как в "Ведах" (Индия), распадом первочеловека Паруши. А, что сказано в Библии? "В начале сотворил Бог небо и землю", то есть здесь признается некий начальный момент бытия, с которого начинается история Вселенной.

С появлением науки в её современном понимании на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении Вселенной. Следует разделять три близких термина: Бытие, Универсум и Вселенная. Первый является философским и обозначает всё существующее. Второй употребляется и в философии и в науке, не имея специфической философской нагрузки (в плане противопоставления бытия и сознания) и обозначает все существующее, как таковое. Значение термина "Вселенная" уже приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место обитания человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина "Вселенная" вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

Вселенную в целом изучает "Космология" (т.е. наука о Космосе). Сейчас космосом называют всё, находящееся за пределами атмосферы Земли. Таким образом, космология, в своей основе, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т. е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем иные научные утверждения. Всё это позволяет нам понять сущность физических процессов, показывает источники, создающие современные законы физики, даёт возможность прогнозировать дальнейшую судьбу Вселенной. Поэтому космология, как и любая другая наука, живет и бурно развивается, принося все новые и новые фундаментальные знания об окружающем нас мире. Хотя и не так стремительно, как, например, компьютерные технологии, и в большей мере за счет "альтернативных" теорий, но все-таки развивается.

3. Представление о Теории Большого взрыва и модель расширяющейся Вселенной

Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два положения: свойства Вселенной одинаковы во всех её точках (однородность) и направлениях (изотропность). А наилучшим известным описанием гравитационного поля является уравнение Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и её связь с плотностью масс (энергией). Космология, основанная на этих постулатах - релятивистская (раздел астрофизики, в котором изучаются астрономические явления и небесные тела в условиях, для которых неприменимы классическая механика и закон тяготения Ньютона).

Важным пунктом данной модели является её не стационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: принцип относительности, гласящий, что во всех инерциальных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями равномерно и прямолинейно движутся эти системы относительно друг друга, экспериментально подтверждённое постоянство скорости света.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом взрыве, произошедшем примерно 12-18 млрд. лет назад. Я бы хотела рассмотреть этот процесс на более понятном примере, а именно на примере: Пчелиного роя и улья. Итак, попытаемся нарисовать наглядную картинку начального расширения, представив себе огромный пчелиный рой, втиснутый в крошечный улей. Внезапно пчеловод убирает улей - и пчёлы стремительно разлетаются во всех направлениях. Каждая конкретная пчела видит, что все пчёлы летят по прямым линиям, но в случайных направлениях. Пчелиный рой будет неудержимо расширяться, охватывая всё больший объём, и самые быстрые окажутся дальше всех. Скорость каждой пчелы связана простым соотношением с пройденным ею расстоянием: скорость равна расстоянию, делённому на протёкший интервал времени. Галактики, или по крайней мере атомы, из которых они состоят, должны были начать своё расширение подобным образом.

В научном же понимании "Большой взрыв" происходил примерно по такому сценарию. В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности (состояние Вселенной в определённый момент времени в прошлом, когда плотность энергии материи и кривизна пространства-времени были очень высоки или даже бесконечны). В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 1012К, а плотность была немыслимо велика, должны были неимоверно быстро сменять друг друга экзотические взаимодействия, недоступные пониманию в рамках современной физики. Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секунды, ее температура упала примерно до 1011К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, но некоторые из этих частиц все-таки избежали взаимной аннигиляции со своими античастицами - иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества. Через 1 секунду после Большого взрыва температура понизилась примерно до 1010К, и нейтрино, по существу, перестали взаимодействовать с веществом: Вселенная стала практически прозрачной для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и возникать снова, но примерно через 10 секунд уровень плотности энергии излучения упал ниже их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение. В катастрофическом процессе взаимной аннигиляции, оставив после себя лишь незначительное количество электронов, достаточное, однако, для того, чтобы, объединившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной. После того как вещество стало прозрачным для электро­магнитного излучения, в действие вступило тяготение: оно начало преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, состав­лявшего основную часть материи Вселенной. Тяготение создало галактики, скопления, звезды и планеты - все эти объекты образовались из первичного вещества, которое, в свою очередь, выделилось из быстро остывавшего и терявшего плотность первичного огненного шара; тяготению же предстоит определить путь эволюции и исход жизни всей Вселенной в целом.

4. Тёмная энергия и тёмная материя

В этом разделе я хотела бы рассказать о Красном излучении и о самых интересных разновидностях энергий и излучений.

Красное смещение - оптический эффект состояния энергий (масс) электрона и протона в то время, которое доносят до нас космические лучи. То есть, наблюдая за неким космическим объектом, находящимся в миллиардах лет от нас, мы видим, что происходило с ним миллиард лет назад, а не сейчас. В таком случае у постоянной Хаббла (коэффициент пропорциональности между скоростями удаления внегалактических объектов) появляется новый физический смысл: она характеризует не скорость расширения Вселенной, а скорость изменения массы электрона. В таком случае не существует гипотезы "разбегания" - гипотезы существования "тёмной энергии". Вселенная не стационарна, она всегда расширяется и бесконечна в пространстве и времени. Тёмной материей, астрономы называют, недоступную для современных приборов массу, которая обеспечивает гравитационное равновесие. Известно, что все элементарные частицы - фотоны, нейтрино, электроны, протоны (космические лучи) - создают гравитационное поле в меру своей энергии, а не нулевой массы. Фотон, например, массы покоя не имеет, но закону "Всемирного тяготения" подчиняется. Нейтрино трудно регистрировать, даже в больших количествах. Отчего же не предположить, что именно огромное количество нейтрино с малой энергией, которое мы не в состоянии обнаружить заполняет космическое пространство. Возможно, именно эти частицы и составляют значительную часть непонятной материи, получившей название "тёмной". Может быть, и нет смысла искать "тёмную материю", так как масса космических лучей и есть та самая "тёмная материя".

5. Будущее Вселенной

космология релятивистский тяготение вселенная

Оставим вопрос о "тёмной материи" и посмотрим, что говорят современная теория и данные наблюдений относительно будущего развития Вселенной и ее вероятного конца. Вне всякого сомнения, именно гравитационное взаимодействие определит дальнейший ход событий. Достаточно ли во Вселенной вещества для того, чтобы силы тяготения, в конечном счете, остановили процесс расширения и заставили галактики вновь начать падать друг на друга, в результате чего Вселенная закончила бы свое существование в "Большом сжатии". Или же наоборот. Вселенная будет расширяться бесконечно? Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, эффективная гравитационная сила, действующая на частицу, находящуюся внутри пустой сферической оболочки, равна нулю. Притяжение, вызываемое разными частями оболочки, взаимно компенсируется. То же имеет место и в общей теории относительности. Следовательно, если выбрать для исследования типичную сферическую область Вселенной, то все остальное можно считать полой толстостенной оболочкой, расположенной вне интересующей нас области, поскольку в силу космологического принципа все направления во Вселенной равноправны, а вещество в ней распределено равномерно. Тогда можно допустить, что на галактику, расположенную у края выбранной нами области, действуют силы притяжения только со стороны вещества, находящегося внутри выбранной сферы. Если это вещество распределено равномерно, то галактика будет притягиваться к центру сферы так, как если бы там была сосредоточена вся заключенная внутри сферы масса. В своем движении относительно центра сферы эта "пробная" галактика должна вести себя, как снаряд, выпущенный наружу из этой точки. Если скорость галактики достаточно велика, т. е. если она превышает скорость убегания, характерную для этой сферической области, то галактика будет продолжать свое движение вечно (открытая вселенная), но если скорость галактики недостаточна, то она, в конце концов, уменьшится до нуля.

Другой способ выяснения, открыта или замкнута Вселенная, заключается в непосредственном измерении замедления расширения, т.е. в измерении величины, известной под названием "параметра замедления". Производя наблюдения очень удаленных объектов, мы как бы путешествуем во времени в далекое прошлое, когда - если верна теория Большого взрыва - Вселенная расширялась быстрее, чем сейчас. В принципе, производя измерения в очень широком интервале расстояний до галактик и их красных смещений, можно выявить отклонения от закона Хаббла вплоть до самых удаленных звездных систем. Но на практике этот метод не дал, по крайней мере, на сегодняшний день, согласующихся между собой надежных результатов. Здесь остается еще много трудностей, включая проблему правильной оценки расстояний и возможность неизвестных пока процессов эволюции: например, вполне возможно, что в прошлом галактики имели большую светимость, чем сейчас, но вопрос в том, насколько большую? Чтобы определить, является ли наша Вселенная открытой или замкнутой, необходимо исследовать объекты с красным смещением выше 0,5, а это соответствует расстояниям, значительно превышающим те, на которых можно увидеть обычные галактики.

Мы не знаем с определенностью, каков должен быть исход противоборства расширения Вселенной и гравитационного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, Вселенная когда-нибудь перейдёт в процессе Большого сжатия, которое может оказаться либо концом ее существования, либо прелюдией к новому циклу расширения.

Список используемой литературы

1. Чёрный, В. Циклическая вселенная Евгения Ченского (Является ли Большой взрыв и последующее развитие событий физической реальностью) / В. Чёрный // Наука и жизнь. - 2009. - №10. - С 40 - 44.

2. Геворкян, Э. Тупик или начало пути?: (некоторые новейшие открытия физиков ставят вопросы, затрагивающие не только основы нашего Мироздания, но и причины, по которым оно возникло) / Геворкян, Эдуард. // Наука и религия. - 2013. - № 12. - С. 14 - 15

3. Горелов, А. Концепция современного естествознания (Современные науки о космосе глава 4) // - Москва 2000. Изд. "Владос" - С. 61 - 67

Приложение (иллюстрации)

1. Как могла бы выглядеть наша Вселенная миллионы лет назад.

2. Как происходил Большой взрыв.

Размещено на Allbest.ru