2

РЕФЕРАТ

дисциплина: концепции современного естествознания

тема: " Модели возникновения Вселенной "

г. Барнаул-2007 г.

Содержание

• Введение
• Глава 1. Происхождение Вселенной.
• Глава 2. Космологические модели Вселенной.
• Глава 3. Стандартная модель эволюции Вселенной.
• Глава 4. Проблема "начала" и "конца" Вселенной.
• 4.1. Принцип несотворимости и неуничтожимости материи.
• 4.2. Проблема "тепловой смерти" Вселенной
• Заключение
• Список литературы

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая астрономией, - часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими доступу тому уровню развития науки. Что представляла собой Вселенная до начала расширения, на самых ранних его этапах, и сменится ли в будущем расширение сжатием? Это очень сложные вопросы, над решением которых ученые работают и сейчас. Идеалисты и богословы спешат воспользоваться тем, что природа указанного явления пока еще не изучена.Они торопятся сделать угодный религии вывод о том, что начало расширения Вселенной порождено было сверхъестественным," божественным актом ".Такое ничем необоснованное заявление необходимо противником материализма для якобы научного подтверждения библейской легенды о сотворении мира. Однако все огромное многообразие качественных изменений материи, наблюдаемых в процессе расширения Метагалактики, происходит без нарушения законов сохранения и не требует никаких сверхъестественных сил. Открытие эволюции нашей Метагалактики представляет грандиозную победу человеческого разума. Это достижение означает проникновение человека в глубь Вселенной, в ее далекое прошлое и разбивает миф об ограниченности человеческого познания. В противоположность религии, которая приписывает все происходящее воле бога и утверждает, что мир непознаваем, наука шаг за шагом познает Вселенную, опираясь на добытые знания, а не на догму или слепую веру. Наука строго разграничивает известное и предполагаемое, предполагаемое и неизвестное. Сила науки в ее движении вперед. Она постепенно заменяет предполагаемое твердо установленным, а неизвестное заменяет предполагаемым. Этим наука постоянно доказывает неограниченные возможности познания природы.

Глава 1. Происхождение Вселенной

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир. Когда в культуре господствовали мифологические представления, происхождение мира объяснялось, как, скажем, в "Ведах" распадом первочеловека. То, что это была общая, мифологическая схема подтверждается и русскими апокрифами, например "Голубиной книгой". Победа христианства утвердила представления о сотворении Богом мира из ничего.

С появлением науки в ее 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 все существующее, бытующее. Второй употребляется и в философии, и в науке, не имея специфической философской нагрузки ( в плане противопоставления бытия и сознания),и обозначает все как таковое.

Значение термина Вселенная более узкое и приобрело специфическое научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенно суждение научного знания термина Вселенная вполне понятно, так как естествознание в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверено современными научными методами.

Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т.е. наукой о космосе. Слово это тоже неслучайно. Хотя сейчас космосом называют все находящееся за пределами атмосферы земли, не так было в Древней Греции. Космос тогда понимался как "порядок", "гармония", в противоположность "хаосу" - "беспорядку". Таким образом, космология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов, и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.

Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей вселенной. Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространенными на всю Вселенную. И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека (так называемый антропный принцип).

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Почему моделями? Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное, в принципе, количество экспериментов, и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения.

Глава 2. Космологические модели Вселенной

Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотопной нестационарной горячей и расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1.свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность); 2. Наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах,- релятивистская.

Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: 1.принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга; 2. Экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Последние утверждения часто называют космологическим постулатом. К нему добавляют также правдоподобное требование об отсутствии во Вселенной сил, препятствующих силам тяготения. При таких предположениях модели оказываются наиболее простыми. В их основе лежат уравнения общей теории относительности Эйнштейна, а также представления о кривизне пространства - времени и связи этой кривизны с плотностью массы вещества.

В зависимости от кривизны пространства различают:

- открытую модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю;

- замкнутую модель с положительной кривизной.

Расстояние между скоплениями галактик со временем непрерывно увеличиваются, что соответствует бесконечной Вселенной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, так как, двигаясь по ней, нельзя достичь какой-либо границы.

Независимо от того, рассматриваются ли открытые или закрытые модели Вселенной, все ученые сходятся в том, что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле.

Такая модель "горячей" Вселенной впервые была выдвинута Г.А.Гамовым и впоследствии названа стандартной.

Глава 3. Стандартная модель эволюции Вселенной

Из принятия теории относительности вытекало в качестве следствия, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться или сжиматься. На этот вывод не было обращено внимания вплоть до открытия американским астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году так называемого "красного смещения".

Красное смещение - это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. Обнаруженный ранее эффект Доплера гласил, что при удалении от нас какого-нибудь источника колебаний, воспринимаемая нами частота колебаний уменьшается, а длинна волны соответственно увеличивается. При излучении происходит "покраснение", т.е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Так вот, для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем чем дальше находится источник, тем в большей степени красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезу об удалении их, т.е. о расширении Метагалактики - видимой части Вселенной.

Красное смещение надежно подтверждает теоретический вывод о нестационарность области полей Вселенной с линейными размерами порядка нескольких миллиардов парсек на протяжении, по меньшей мере, нескольких миллиардов лет. В то же время кривизна пространства не может быть измерена, оставаясь теоретической гипотезой.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12-18 млрд. Лет назад. "Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на земле и который начинается из определенного места и затем распространяется, захватывая все большие и большие пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устранилась прочь от любой другой частицы".

Начальное состояние Вселенной (так называемая сингулярная точка): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смерть элемента этих частиц (включая фотоны и нейтрино). Горячесть начального состояния подтверждена открытием в 1965 г. Реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной.

Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Чем было то, из чего она возникла. В Библии утверждается, что Бог создал все из ничего. Зная, что в классической науке сформулированы законы сохранения материи и энергии, религиозные философы спорили о том, что значит библейское " ничего", и некоторые в угоду науке полагали, что под ничем имеется в виду первоначальный материальный хаос, упорядоченный Богом.

Как это ни удивительно, современная наука допускает, что все могло создаться из ничего. "Ничего" в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физика 19 века считала пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях "рождать" вещественные частицы.

Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в "возбужденное состояние", вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него вещество.

Рождение Вселенной "из ничего" означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация. Если число фотонов равно нулю, то напряженность поля не имеет определенного значения: поле постоянно испытывает флуктуацию, хотя среднее значение напряженности равно нулю.

Флуктуация представляет собой появление виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются, но так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах.

Итак, Вселенная могла образоваться из "ничего", т.е. из "возбужденного вакуума". Такая гипотеза , конечно, не является решающим подтверждением существования Бога. Ведь все это могло произойти в соответствии с законом физики естественным путем без вмешательства извне каких-либо идеальных сущностей. И в этом случае научные гипотезы не подтверждают и не оправдывают религиозные догмы, которые лежат по ту сторону эмпирически подтверждаемого и опровергаемого естествознания.

Глава 4. Проблема "начала" и "конца" Вселенной

4.1. Принцип несотворимости и неуничтожимости материи