Эволюция и образование вселенной и галактики

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО

СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕФЕРАТ

ПО КОНЦЕПЦИЯМ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

по теме «Вселенная»

Мурманск

1999

Содержание.

1. Введение. 3

2. Изучение Вселенной. 4

3. Эволюция Вселенной. 6

3.1. Адронная эра. 6

3.2. Лептонная эра. 7

3.3. Фотонная эра или эра излучения. 8

3.4. Звездная эра. 8

4. Образование Вселенной. 9

4.1. Теория «Большого взрыва». 9

4.2. Антропный принцип. 10

5. Галактики и структура Вселенной. 11

5.1. Классификация галактик. 12

5.2. Структура Вселенной. 17

6. Заключение. 20

7. Список литературы. 22

1. Введение.

В одном из выступлений А. Эйнштейн сказал (в 1929 г.): «Если говорить честно, мы хотим не только узнать, как устроена, ... но и по возможности достичь цели утопи-ческой и дерзкой на вид - понять, почему природа является именно такой... В этом со-стоит прометеевский элемент научного творчества».

Многие ранние традиции, Еврейская, Христианская и Исламская религии, счи-тали, что Вселенная создалась довольно недавно. Например, епископ Ушер вычислил дату в четыре тысячи четыреста лет для создания Вселенной, прибавляя возраст людей в Ветхом Завете. Фактически, дата библейского создания не так далека от даты конца последнего Ледникового периода, когда появился первый современный человек.

С другой стороны, некоторые люди, например, греческий философ Аристотель, Декарт, Ньютон, Галилей не признавали идею о том, что Вселенная имела начало. Они чувствовали, что это могло быть. Но они предпочли верить в то, что Вселенная, суще-ствовала, и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно.

На самом деле, в 1781 философ Иммануил Кант написал необычную и очень не-ясную работу «Критика Чистого Разума». В ней он привел одинаково правильные до-воды, оба для веры, что Вселенная имела начало, и что его не было. Как говорит назва-ние работы, выводы были основаны просто на причине. Другими словами, не были взя-ты в счет наблюдения о Вселенной. В конце концов, в неменяющейся Вселенной было ли что наблюдать?

Никто в семнадцатых, восемнадцатых, девятнадцатых или ранних двадцатых столетиях, не считал, что Вселенная могла развиваться со временем. Ньютон и Эйн-штейн оба пропустили шанс предсказания, что Вселенная могла бы или сокращаться, или расширяться. Нельзя действительно ставить это против Ньютона из-за того, что он жил двести пятьдесят лет перед открытием расширения Вселенной. Но Эйнштейн дол-жен был знать это лучше. Когда он сформулировал теорию относительности, чтобы проверить теорию Ньютона с его собственной специальной теорией относительности, он добавил так называемую «космическую константу». Она представляла собой оттал-кивающий гравитационный эффект, который мог бы балансировать эффект притяжения материала во Вселенной. Таким образом, было возможно иметь статическую модель Вселенной.

Эйнштейн позже сказал: «Космическая константа была величайшей ошибкой моей жизни». Это произошло после наблюдений отдаленных галактик Эдвином Хабб-лом в 1920 году и показало, что они перемещаются далеко от нас, со скоростями, кото-рые были приблизительно пропорциональными их расстоянию от нас. Другими слова-ми, Вселенная не статическая, как прежде было принято думать: она расширяется. Рас-стояние между галактиками возрастает со временем.

2. Изучение Вселенной.

Великий немецкий ученый, философ Иммануил Кант (1724-1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной, обогатив картину ее ров-ной структуры, и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключи-тельно под действием механических сил притяжения и отталкивания. Кант попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях, начиная с планетной системы и кончая миром туманности.

Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, введя свою теорию от-носительности. Это было сравнительно просто, как и всё гениальное. Ему не пришлось предварительно открыть новые явления, установить количественные закономерности. Он лишь дал принципиально новое объяснение.

Эйнштейн раскрыл более глубокий смысл установленных зависимостей, эффек-тов уже связанных в некую физико-математическую систему (в виде постулатов Пуан-каре). Заменив в данном случае теорию абсолютности пространства и времени идей их относительности «Пуанкаре», которую теперь уже не связывали с идеей абсолютного в пространстве, абсолютной системы отсчета. Такой переворот снимал основное проти-воречие, создававшее кризисную ситуацию, в теоретическом осмыслении действия. Бо-лее того, открылся путь для дальнейшего проникновения в свойства и законы окру-жающего мира, настолько глубоко, что сам Эйнштейн не сразу осознал степень рево-люционности своей идеи.

В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относитель-ности, Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равно-правие всех инерциальных систем отсчета не только в механических явлениях, но так-же электромагнитных явлений.

Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результа-том обобщения механики Галилея и электродинамики Максвелла Лоренца. Она описы-вает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света.

Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории отно-сительности раскрыл выдающийся математик и физик – теоретик Александр Фридман (1888-1925 гг.). Выступив в 1922-24 гг. он раскритиковал выводы Эйнштейна о том, что Вселенная конечна и имеет форму четырехмерного цилиндра. Эйнштейн сделал свой вывод, исходя из предположения о стационарности Вселенной, но Фридман показал необоснованность его исходного постулата.

Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах.

Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в по-кое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной.

Существует несколько теории эволюции. Теория пульсирующей Вселенной ут-верждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация.

По этой теории наша Вселенная расширяется на протяжении 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится, и произойдет останов-ка. А затем Вселенная начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв.

Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образо-вание нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющимися галактиками. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой по-ложил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и со-всем угаснет.

Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существу-ет ни каких точных доказательств хотя бы одной из них.

3. Эволюция Вселенной.

Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволю-ция жизни на земле является лишь ничтожным звеном в эволюции Вселенной. И всё же исследования, проведенные в нашем веке, приоткрыли занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот огненный шар был на-столько раскален, что состоял лишь из свободных элементарных частиц, которые стре-мительно двигались, сталкиваясь друг с другом.

На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция может происходить при любой температуре, по-стоянно осуществляется процесс частица + античастица гамма-фотона при усло-вии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации гамма-фотон  частица + античастица мог протекать лишь при достаточно высокой темпера-туре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась, эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

3.1. Адронная эра.

При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло, прежде всего,