Современное понятие вещества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современное понятие вещества

Выполнял

Воробьев Олег

Москва 2011

Оглавление

Введение

1. Развитие представлений о материи

2. Причины

3. Неизвестная сущность

Заключение

Введение

Я выбрал эту тему реферата потому, что сейчас эта тема крайне актуальна. Все без исключения слышали о темной материи, пусть даже и в разных контекстах. И наверняка всем будет интересно знать что-же представляет из себя эта “темная материя”. Конечно не только о ней пойдет речь в моем реферате, просто я решил что лучше всего будет рассказать о более интересных, и современных вещах и понятиях.

Я попытаюсь рассказать моим слушателям о темной материи, о ее сущности и роли во вселенной. Помимо этого я расскажу о том, что претендовало на звание темной материи, и о том что же все таки люди имели ввиду под словом “вещество”.

Естественно информация темной материи на дороге не валяется, ее нет ни плакатах, ни транспарантах. Поэтому я решил обратится к неиссякаемому “источнику” знаний - интернету. С трудом, но все таки, было найдено следующие: роль темной материи (поскольку ее изучение идет полным ходом, то на научных порталах каждый месяц-два появляется новый факт), частично сущность темной материи, отрывистая информация о прошлых теориях.

Я считаю должным начать свой реферат с краткого вступления, который введет всех в курс дела и настроит на восприятие этого материала. Далее, естественно пойдет основная часть, и, в конце концов, заключение.

1. Развитие представлений о материи

Первые попытки определить понятие “материя” были предприняты античными философами. Многообразность и многоликость, но вместе с этим целостность и гармония побуждали мыслителей античности найти основу всего, неизменяемую и устойчивую, некий субстрат, из которого образуется вся материя. За эту субстанцию принимались основные, по мнению основателей этих школ, стихии. У Фалеса Милетского - это вода, у Анаксимена -воздух, у Гераклита - огонь. Также очень интересны попытки принять за субстрат не материальное, но четко определенное, например у Пифагора - это число. Платон принимал за субстрат идеи - основа всего, неменяющаяся и устойчивая.

Но наиболее близко к нынешнему пониманию материи подошла школа атомистов (5-3вв. до н.э.). Наиболее ярким представителем этой школы был Демокрит. Он разработал учение об атомах, основываясь на учении элейской школы о бытие, которая охарактеризовала бытие (бесконечное, неделимое, самодостаточное, не обнаружимое анализаторами) . Согласно этому учению, субстрат - это атомы, неделимые частицы, пребывающие в пустоте и находящиеся в движении. Таким образом Демокрит определил развитие естественных наук на много лет вперед.

Следующий период развития представлений о материи пришёлся на Новое Время(17 - 18вв.). В это время начала развиваться классическая наука, суть которой состояла в том, чтобы выявить основные законы бытия, вытекающие из естественно-научных опытов. Следует понимать, что с тем несовременным оборудованием наука недалеко ушла от идей греческих философов. В основном ученные того времени наделили материю некоторыми свойствами, выявленными из экспериментов. По Ф. Бэкону, материя -- совокупность частиц. Для французских материалистов (Гольбаха, Дидро и др.) материя -- система всех существующих тел, которые вызывают наши ощущения. У Фейербаха материя -- это природа в многообразии всех своих проявлений, включая человека как биологическое существо.

Наибольшее влияние на представление о материи повлиял диалектический материализм, который утверждал главенство материи над сознанием, постоянное развитие оной(материя - объективная реальность существующая независимо от сознания человека и отображаемая им). Термин «Диалектический материализм» создал в 1887 году Иосиф Дицген, социалист, который состоял в переписке с Марксом с 1848 года. Сам Маркс термин «диалектический материализм» не использовал. В марксистскую литературу термин «диалектический материализм» ввёл русский марксист Георгий Плеханов. Владимир Ленин активно использовал данный термин в своих работах.

2. Причины

“Бог не играет в кости”.

Альберт Энштейн.

Начнем с причин, почему ученые выдвинули теорию о существовании темной материи.

Благодаря красному смещению, открытому Хабблом, в спектрах удаленных галактик, стало ясно, что Вселенная расширяется. В связи с этим, возникает вопрос: как долго вселенная будет расширяться, и чем, собственно это закончится. Сила притяжения между отдельными частями вселенной тормозит это расширение. К чему это торможение приведет - зависит от суммарной массы Вселенной. Если масса больше критического значения, то рано ли поздно расширение остановится, и начнется сжатие. Если масса меньше, то Вселенная будет постоянно расширятся. Обычно ученые говорят все таки не о массе, а о плотности, которую легко вычислить благодаря формуле из школьной программы: плотность есть масса, деленная на объём.

Расчетное значение критической средней плотности Вселенной примерно 10-29 граммов на кубический сантиметр, что соответствует в среднем пяти нуклонам на кубический метр. Стоит подчеркнуть, что это средняя плотность. Например, концентрация нуклонов в человеке, земле и воде(например) составляет около 1030 на кубический метр. Значение средней плотности Вселенной подсчитывали тысячи раз, самыми разнообразными способами подсчета количества звезд и газопылевых облаков, и все подсчеты ставили ученых перед неутешительным фактом - средняя плотность едва-ли дотягивает до нескольких процентов от критической.

Итак, вплоть до 70-ых годов все научное сообщество считало, что нас ждет бесконечное расширение и, вследствие этого, тепловая смерть (Тепловая смерть -- это такое состояние системы, когда вещество в ней распределено равномерно и разные ее части имеют одну и ту же температуру. Как следствие, невозможна ни передача энергии от одной части системы к другой, ни перераспределение вещества. В такой системе ничего не происходит и никогда уже не сможет произойти). Однако, постепенно становилось понятно, что средняя плотность Вселенной намного больше вычисленной, и вполне возможно в точности равна ей.

Впервые заподозрил, что со средней плотностью Вселенной что-то не так, швейцарский астроном Фриц Цвикки. Он измерил скорости, с которыми галактики скопления Волосы Вероники движутся вокруг общего центра. Результат очень сильно удивил астронома - скорости галактик были намного больше, чем теоретические, которые исходили из суммарной массы скопления. Это означало, что масса скопления Волосы Вероники намного больше, чем считалось раньше. Однако основная часть этой материи оставалась невидимой.

Также, довольно веским фактом о существовании скрытой от нас массы являются эксперименты по гравитационному линзированию. Согласно теории относительности, любая масса искажает пространство и искривляет прямолинейный ход лучей. Искажение от скопления галактик настолько велико, что его можно легко увидеть в телескоп. В частности именно гравитационным линзированием проверяют полную массу скоплений галактик, или самих галактик. И оказывается, что она во много раз больше, чем предполагалось. материя сознание гравитационный линзирование

Итак, то что темное вещество существует, сомнений больше не должно вызывать, да и само ее существование нельзя назвать беспричинным. Давайте поговорим о самой природе темной материи.

3. Неизвестная сущность

“Вы действительно считаете, что Луна существует только когда вы на неё смотрите?”

Альберт Эйнштейн.

Что же мы сегодня знаем о темной материи? То, что она составляет 95% массы вселенной. На нейтрино уходит 3% всей массы, но это уже другая история. Так что остается 92% . Соберем вместе всю полезную информацию, которую мы знаем о темной материи:

v Темная материя обладает ненулевой массой покоя, иначе она просто не смогла-бы скапливаться в облака (что немало важно, так как существует теория, согласно которой именно темная материя ответственна за образование вселенной такой, какой мы видим ее сейчас).

v Темная материя - электронейтральна. Заряженные частицы поглощают и испускают фотоны, и поэтому их так легко обнаружить (именно поэтому материя ”темная”. Экспериментально она проявляло себя только через гравитацию, хотя не исключено что она участвует и в двух других взаимодействиях).

Пока что придется отступить от этих критериев, потому что существует определенный тип темной материи, не согласованный с последним пунктом, а именно барионная темная материя. Это такие объекты, как: планеты (одиночные), черные дыры (под сомнением), коричневые карлики (остывшие звезды) и горячий газ (невиден в видимом диапазоне) - словом, массивные компактные галообъекты. Кстати, они составляют всего 5% от общей массы, так что не стоит обольщаться.

Другой тип темной материи - небарионная темная материя. Единственное, что могут делать ученые, обсуждая темную материю, это строить предположения, так как эта частица до сих пор не выявлена в экспериментах. На ее роль претендуют WIMP(сокращение от английского Weakly Interactive Massive Particles -- слабовзаимодействующие массивные частицы). Главная особенность WIMP в том, что она очень слабо реагирует с элементарными частицами. В принципе, она может участвовать в трех типах взаимодействия - в гравитационном, слабом и сильном. Что интересно, масса WIMP должна быть в 10 раз больше массы протона.

И последний тип темной материи - темная энергия. Когда Альберт Эйнштейн хотел обеспечить своей ОТО независимость от времени, он ввел лямбду - константу, которая ни имела никакого физического смысла. Когда же было открыто расширение Вселенной, надобность в лямбде отпала. Позже Эйнштейн назовет лямбду своей самой большой ошибкой. Позже выяснилось, что постоянная Хаббла, определяющая скорость расширение Вселенной, меняется во времени. Зависимость скорости от времени можно было описать, используя значение Эйнштейновской лямбды.

О темной энергии известно еще меньше, чем о темной материи. Например, известно, что темная энергия равномерно распределена по вселенной, в отличие от темной материи. Также она испытывает антигравитацию и обладает отрицательным давлением. Основной кандидат на роль темной энергии - вакуум. Плотность энергии вакуума не меняется при расширении Вселенной. Еще один кандидат - гипотетическое слабое поле. Оно получило название квинтэссенция.

Заключение

Итак, наш мир на 95% состоит из чего-то, о чем мы почти ничего не знаем. Можно по-разному относиться к такому не подлежащему никакому сомнению факту. Он может вызывать тревогу, которая всегда сопутствует встрече с чем-то неизвестным. Или огорчение, оттого что такой долгий и сложный путь построения физической теории, описывающей свойства нашего мира, привел к констатации: большая часть Вселенной скрыта от нас и неизвестна нам.

Но большинство физиков сейчас испытывают воодушевление. Опыт показывает, что все загадки, которые ставила перед человечеством природа, рано или поздно разрешались. Несомненно, разрешится и загадка темной материи. И это наверняка принесет совершенно новые знания и понятия, о которых мы пока не имеем никакого представления. И возможно, мы встретимся с новыми загадками, которые, в свою очередь, также будут разгаданы. Но это будет совсем другая история, которую читатели «Химии и жизни» смогут прочесть не раньше, чем через несколько лет. А может быть, и через несколько десятилетий.

Размещено на Allbest.ru