Лекции по КСЕ Селивановой Зухры Кадимовны (1185009), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

2. Теория эволюционирующей Вселенной.

Эти парадоксы были объяснены новой теорией. Теория эволюционирующей Вселенной основано на основном уравнении тяготения Эйнштейна, введенной вОТО и связывает геометрию пространства с плотностью и распределением материи в пространстве. Теперь Вселенная стала рассматриваться наукой как физический объект, имеющей массу, плотность, размер, температуру. Уравнение тяготения имеет множество решений.

Первое решение (в 1917 г. предложено Эйнштейном), отсюда следовало:

• Пространство однородно и изотропно, материя распределена
  равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется силами
  отталкивания.

• Вселенная стационарна, пространство не зависит от времени,
  следовательно она бесконечна во времени, то есть у Вселенной нет ни
  начала, ни конца.

- Пространство безгранично, но конечно.

3. Теория расширяющейся Вселенной.

Другое решение предложил в 1917 г. Биллем Де Ситтер. Если в свободной от материи Вселенной появлялись массы, то между массами возникало отталкивание, что удаляло их друг от друга. По Ситтеру, тенденция к расширению возникало на очень больших расстояниях.

В 1922 г. Александр Фридман (русский математик и геофизик) отбросил постулат о стационарности Вселенной и получил решение уравнения Эйнштейна, описывающую Вселенную с расширяющимся

пространством. В зависимости от средней плотности вещества и излучения Вселенная либо расширяется, либо сжимается.

В 1927 г. Ж. Леметр (бельгийский ученый и аббат) связал расширение пространства с астрономическими наблюдениями и ввел понятие «начало Вселенной» как сингулярности (сверхплотное состояние) и рождение Вселенной в результате Большого взрыва.

В 1929 г. Эдвин Хаббл (американский астроном) обнаружил странную зависимость между расстоянием и скоростью галактик: галактики движутся от нас со скоростью возрастающей пропорционально расстоянию (г>=НЬ, где и - скорость удаления галактик, Ь - расстояние до галактики, измеряемое в парсеках 1 пк ~ 3,1-10¹⁶ м, Н - постоянная Хаббла 75-80 км/с-10⁶пк), то есть система галактик расширяется (на сегодняшний день - это научно установленный факт). Чем дальше от нас та или иная галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Центра разбегания нет, а расширяется межгалактическая среда в целом.

Выбрать в пользу той или иной модели не представляется возможным.

Модели происхождения Вселенной.

1. Ученик А. А. Фридмана Георг Гамов (эмигрировал в 1934г. из СССР в США) в 1948 г. разработал модель горячей Вселеннойпод названием «Космология Большого взрыва». Радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10"¹ см (близок к радиусу электрона), а плотность 10⁹⁶ г/см³. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. В результате большого взрыва Вселенная перешла из этого состояния к расширению 13-15 млрд. лет назад.

Эволюцию Вселенной делят на эры:

Эра адронов - тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия, время существования эры 0,0001 с, температура 10¹² градусов по К⁰, плотность 10¹⁴ г/см³.

Эра лептонов - легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие. Эра образовалась в результате аннигиляции адронов и античастиц. Время существования эры 10 с, температура 10^ю К⁰, плотность 10⁴г/см³.

Фотонная эра. Энергия во Вселенной заключена в основном в фотонах. Продолжительность 1 млн. лет. В конце эры снижается температура с 10¹⁰ до 3000 К⁰, плотность с 10⁴ г/см³ до 10'²¹ г/см³

Звездная эра. Начинается процесс образования протозвезд и протогалактик, так как излучение отделилось от вещества. Это излучение фотонов дошло до нас в виде реликтового фона, предсказанное Гамовым и обнаруженное в 1965 г., что подтверждает гипотезу большого взрыва и что Вселенная не имеет центра, так как реликтовое излучение приходит на Землю со всех сторон.

Происхождение скоплений галактик не удавалось объяснить при помощи предыдущих моделей, а только происхождение отдельных звезд и планетных систем. Это нужно объяснять не процессами, случившимися

после взрыва, а процессами изначальной природы - подобная мысль привела к созданию Гутом (американец) новой модели.

2. Раздувающаяся, инфляционная модель Вселенной Алана Гута (инфляция - вздутие). Различие в эволюции Вселенной в инфляционной модели и теории Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10'³⁰ с, далее принципиальных расхождений нет.

Суть модели - в квантовом вакууме в условиях очень высокой энергии частицы создают сильное натяжение. Давление внутри вакуума не положительно, а отрицательно (направлено внутрь), это приводит к тому, что гравитационные силы становятся силами отталкивания по теории Эйнштейна. В результате под действием гигантских сил отталкивания квантовый вакуум вздувается за 10'³⁰ с. в 10³⁰ раз. Раздувание (расширение) происходит молниеносно, вакуум охлаждается и гигантская освободившаяся энергия излучается, ее температура 10²⁸ К⁰. При такой температуре привычные нам частицы (кварки, лептоны) не существуют, а возникают после охлаждения вакуума. Для вакуума с отрицательным давлением характерны квантовые флуктуации - это и есть начальные состояния будущих галактик и их скоплений.

Итак, Большой взрыв есть длящееся невообразимо короткое мгновение расширение высокоэнергетического квантового вакуума (по поводу которого до сих пор ведутся споры).

Для ученых возникает трудность в объяснении причин космической эволюции. Для объяснения эволюции Вселенной выделяются две основные концепции: а) концепция самоорганизации - материальная Вселенная это единственная реальность, другой не существует. Идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении все большего усложнения их структур. Динамический хаос порождает порядок.

б) концепция креационизма, т.е. образование Вселенной и ее эволюция связаны с реализацией программы(программы высшего порядка, чем материальный мир), определяющей законы развития от простых систем к более сложным, в ходе которого созданы условия для возникновения жизни и человека.

Солнечная система

Солнечная система входит в состав галактики Млечный путь и представляет собой группу небесных тел, различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь больших планет, десятки спутников планет, 5 карликбвыхпланет, примерно 100 тысяч малых планет (астероидов), около 10^й комет, бесчисленное множество метеороидов и космическая пыль. Все пространство пронизано | межгалактическими лучами.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца и она удерживает планеты на околосолнечных орбитах.

Фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, их осевое вращение противоположно солнечному. Самая большая скорость вращения у Меркурия, он совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток, а скорость его осевого вращения составляет около 59 земных суток; у самой удалённой планеты Нептуна орбитальный период составляет 165 лет, а скорость осевого вращения - 16 часов, у Земли 365 дней и 24 часа, интересное вращение у Венеры, имеющей массу примерно равную земной 225 з. суток и 243 з. сутки противоположно солнечному.

Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.

8 больших планет расположены следующим образом (отсчет от Солнца): Меркурий;

Венера;

Земля имеет 1 спутник;

Марс - 2 (Деймос и Фобос);

Юпитер - 63 (Ио, где бушуют мощные вулканы, Европа имеет жидкий океан и может существовать жизнь, Ганимед по размеру больше Меркурия, Каллисто - крупнейшие спутники открыты впервые Галилеем.Систему Юпитера и систему Сатурна с их спутниками иногда называют «Солнечной системой в миниатюре»;

Сатурн- 61 (Титан, Феба,...);

Уран - 27 (Титания, Офелия,...);

Нептун - 13 (Тритон, Нереида,...);

Карликовыепланеты тоже имеют спутники.Щрет; Плутон- 3 (Харон и Плутон двойная система планет, Гидра, Никта); Хаумеа - 2; Макемаке; Эрида- 1 спутник.

У всех планет-гигантов есть кольца: у Юпитера они состоят из сравнительно мелких каменных частиц, вращающихся вокруг него; у Сатурна - система плоских концентрических образований изо льда и пыли, располагающаяся в его экваториальной плоскости; Уран имеет 13 колец, состоящих из водяного льда с включениями органики; Нептун имеет 5 колец, состоящих из ледяных частиц, покрытых силикатами.

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на:

• внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс - это планеты земной
  группы);

• внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - планеты-гиганты), вокруг
  которых группируется около 90% естественных спутников. Промежуточное
  положение между внешними и внутренними планетами занимает пояс
  астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет.
  Планеты-гиганты имеют значительные размеры и массу, низкую среднюю

плотность, характерную для газового состава, а Юпитер и Сатурн близки с Солнцем по химическому составу (водород и гелий). Юпитер массивнее всех остальных планет в 2 раза. Из планет земной группы Земля и Венера почти не отличаются по размерам, массе и средней плотности, Марс и Меркурий меньше их.

Планеты земной группы, астероиды и отдельные спутники (например, Луна) образованы из так называемого «земного вещества».

«Земное вещество»сосгтот: кремния, железа, алюминия, магния и титана в окисленном состоянии. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. «Солнечное вещество» - водород и гелий с небольшими примесями неона, аргона и других элементов. Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К. Летучие вещества -углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород. Летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твердом состоянии, то есть в виде льда.

Юпитер и Сатурн в основном состоят из «солнечного вещества» с примесями летучих веществ и «земного вещества». Для Урана и Нептуна основным веществом являются летучие вещества. Большая часть спутников планет-гигантов состоит в основном из летучих веществ с некоторой примесью «земного вещества». Те же составляющие, но в другой пропорции, характерны для комет.

Планета (с греч.блуждающая звезда) - массивное небесное тело. имеющее сфероидальную форму, движущееся по орбите вокруг звезды, в нем не протекают термоядерные реакции. А также вблизи орбит планеты имеется «пространство, свободное от других тел», которое появляется в процессе формирования планет.

В 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза (МАС) принято решение, согласно которому, Плутонне является планетой.

Солнце — единственная звезда в этой системе и находится на расстоянии 26-30 тыс. свет.лет от центра Млечного Пути, оно совершает вокруг центра Галактики полный оборот за 225-250 млн. лет со скоростью вращения 220 км/с (это и есть галактический год). Масса Солнца 2-10²⁷тонни составляет 99,8% от суммарной массы всей Солнечной системы. Его диаметр 1,392><10⁹м или 109 диаметров Земли. Текущий возраст Солнца вычислен при помощи компьютерных моделейзвёздной эволюции. равен приблизительно 4,57 млрд. лет. По спектральной классификации Солнце относится к «жёлтым карликам». Солнце состоит из водорода (~73 % от т и -92 % от V), гелия (~25 % от т и ~7 % от V) и других химических элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния. серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома.

Солнце представляет собой шар из светящегося газа, выделяющий колоссальное количество света, тепла и других видов энергии. Температура поверхности Солнца достигает 6000 К, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения атмосферой

Землисвет Солнца у поверхности планеты приобретает желтоватый оттенок. В недрах Солнца температура доходит до 15 млн. К.

Звезды

Характеристики

Список файлов лекций