Общая космогония структура мегамира

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ ФИНАНСОВ, УПРАВЛЕНИЯ И БИЗНЕСА

 

Кафедра предпринимательства и таможенного дела

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по курсу «Концепции современного естествознания»

на тему: «Общая космогония структура мегамира»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                Выполнил: студент 1 курса

очного (дневного) отделения

                                                         Шнайдер О.И

                                                                           Научный руководитель:

                                                       Михеев В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2010 г.

Содержание:

 

 

1. Введение.

2. Космогония.

    2.1 Очерк истории космогонических исследований.

    2.2 Планетная космогония.

    2.3 Звёздная космогония.

    2.4 Галактическая космогония.

3. Основные представления о мегамире.

4. Структура мегамира. Вселенная, как система объектов.

    4.1 Общая характеристика Вселенной.

     4.2 Понятия галактики,  метагалактики.

     4.3 Теории эволюции  Вселенной.

Заключение.

Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

 

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых  непосредственно воспринимаемых человеком  материальных объектов, переходят далее  к изучению сложнейших объектов глубинных  структур материи, выходящих за пределы  человеческого восприятия и несоизмеримых  с объектами повседневного опыта. Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение.

Обучающийся должен:

- знать основные понятия, описывающие  мегамиры;

- иметь представление о строении  Вселенной, Солнечной системы  и планеты Земля;

- на основании полученных знаний  о природных ресурсах Земли развивать бережное отношение к окружающей среде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Космогония

 

Космого́ния (греч. κοσμογονία, от греч. κόσμος — мир, Вселенная и греч. γονή — рождение), область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем: звёзд и звёздных скоплений, галактик,туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел — Солнца, планет (включая Землю), их спутников, астероидов (или малых планет), комет, метеоритов. Изучение космогонических процессов является одной из главных задач астрофизики. Поскольку все небесные тела возникают и развиваются, идеи об их эволюции тесно связаны с представлениями о природе этих тел вообще. В современной космогонии широко используются законы физики и химии.

Космогонические гипотезы XVIII—XIX веков относились главным образом к происхождению Солнечной системы. Лишь вXX веке развитие наблюдательной и теоретической астрофизики и физики позволило начать серьёзное изучение происхождения и развития звёзд. В 1960-х началось изучение происхождения и развития галактик, природа которых была выяснена только в 1920-е.

2.1 Очерк истории космогонических исследований.

После общих идей о развитии небесных тел, высказанных ещё греческими философами IV—I веках до н. э. (Левкипп, Демокрит,Лукреций), наступил многовековой период господства теологии. Лишь в XVII веке Рене Декарт отбросил миф о сотворении мира и нарисовал картину образования всех небесных тел в результате вихревого движения мельчайших частиц материи. Фундамент научной планетной Космогонии заложил И. Ньютон, который обратил внимание на закономерности движения планет. В 1745 Бюффонвысказал гипотезу, что планеты возникли из сгустков солнечного вещества, исторгнутых из Солнца ударом огромной кометы (в то время кометы считались массивными телами). В 1755 Кантопубликовал книгу «Всеобщая естественная история и теория неба…», в которой впервые дал космогоническое объяснение закономерностям движения планет. В конце XVIII века на основании наблюдений Гершеля возникла гипотеза об образовании звёзд из туманностей путём их «сгущения» и гипотеза Лапласа о происхождении Солнечной системы ¹.

На протяжении XIX и XX веков возникали  и разрабатывались многие космогонические  теории и гепотезы (гипотеза Мультона и Чемберлина, гипотеза Джинса), проводились  исследования, давшие толчок современной  науке (Гельмгольц,1854; У. Томсон, 1862, К. Вейцзеккер, Х. Бете.

В разработке космогонии галактик делаются лишь первые шаги. Проводится классификация  галактик и их скоплений. Изучаются  эволюционные изменения звёзд и  газовой составляющей галактик, их химического состава и др. параметров, природа начальных возмущении, развитие которых привело к распаду расширяющегося газа Метагалактики на отдельные сгущения, природа мощного радиоизлучения, которым обладают некоторые галактики, и связь его с взрывными процессами в ядрах.

2.2 Планетная космогония.

В 1940-х, после крушения гипотезы Джинса, планетная космогония вернулась  к классическим идеям Канта и  Лапласа об образовании планет из рассеянного вещества (гипотеза Шмидта). В настоящее время является общепризнанным, что большинство планет аккумулировалось из твёрдого, а Юпитер и Сатурн также и из газового вещества.

Рост планет земной группы прекратился  тогда, когда они вобрали в  себя практически всё твёрдое  вещество, имевшееся в районе их орбит (только у Марса часть вещества из его «зоны питания», вероятно, была поглощена массивным Юпитером). Но у планет-гигантов рост прекратился тогда, когда они действием своего притяжения выбросили из зоны своего формирования все «промежуточные» тела и их обломки, а также газы (в рассеянии последних важную роль могло сыграть интенсивное корпускулярное излучение молодого Солнца).²

При аккумуляции планет происходил их разогрев, но у планет земной группы средняя температура поверхности  определялась в основном нагревом от Солнца с влиянием парникового эффекта. Из более глубоких слоев тепло  выходит медленно. Достаточно было остатка в 3—4 %, чтобы нагреть недра Земли и Венеры до 1000—1500 °С, а недра планет-гигантов до десятков тысяч градусов. Начальный разогрев Земли и Луны был связан как с выделением гравитационной энергии при их сжатии, так, вероятно, и с приливными деформациями этих двух первоначально близких тел. Дальнейшая эволюция их и др. планет земной группы определялась в основном накоплением тепла, выделившегося при медленном распаде радиоактивных элементов — урана, тория и др.,—имеющихся в ничтожно малых количествах во всех горных породах. Разогрев и частичное расплавление недр этих планет привело к выплавлению коры и выделению газов и паров. Последние у планет малой массы (Меркурий, Марс, Луна) полностью или в значительной мере рассеялись в пространство, а у более массивных планет в основном сохранились, образовав атмосферу и гидросферу (Земля) либо только атмосферу (Венера).

2.3 Звёздная космогония.

Проблемы происхождения и эволюции звёзд, а также звёздных систем изучаются  в разделе космогонии, называемой звёздной космогонии. В ходе эволюции звезда проходит стадии, которые определяются изменениями условий механического  и теплового равновесия в её недрах (см. Звёзды).

На начальной стадии эволюции (до момента прихода на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга — Ресселла) звезда светит за счёт энергии гравитационного  сжатия. В это время точки, соответствующие  звёздам, находятся на диаграмме  выше и правее своего будущего положения  на главной последовательности. Типичными  представителями молодых звёзд  средней массы, ещё не вполне сжавшимися, являются звёзды типа τ Тельца. Звёзды очень малой массы сжимаются миллиарды лет; представителями таких сжимающихся звёзд являются вспыхивающие звёзды типа μ Кита.

При образовании звёзд большую  роль играет магнитное поле. Под  действием сил гравитации межзвёздный  газ скользит вдоль силовых линий, собирается с большого расстояния в  плотные комплексы. Когда масса  комплекса становится достаточно большой, он сжимается и поперёк силовых  линий. При сжатии комплекса его  вращение ускоряется. Дальнейшее сжатие становится возможным только при  условии передачи части МКД окружающему газу. Это осуществляется вследствие закручивания силовых линий, натяжение которых передаёт вращение во внешнюю среду.

2.4 Галактическая  космогония.

Звёзды разных типов составляют в Галактике определенные подсистемы, которые образовались на различных стадиях формирования Галактики (см. Звёздные подсистемы). Сначала Галактика была протяжённым медленно вращающимся газовым облаком. Газ сжимался к центру; в процессе этого сжатия из него формировались звёздные скопления, большая часть которых позже рассеялась. Звезды, образовавшиеся в это время, движутся по очень вытянутым орбитам и заполняют слабо сплюснутый сфероид — тот объём, в котором ранее был газ. Эти звёзды входят в звёздные подсистемы, относящиеся к сферической составляющей Галактики. В отличие от звёзд, которые движутся практически без трения, газ теряет кинетическую энергию хаотических движений и сжимается. Радиус сфероида уменьшается, он ускоряет своё вращение, пока центробежная сила не уравновесит тяготение на экваторе. После этого сжатие происходит главным образом к экваториальной плоскости. На этой стадии образовались подсистемы, относящиеся к промежуточной составляющей Галактики. Горячие звёзды и скопления, в состав которых они входят, — молодые, они входят также в плоскую составляющую. ³

Звёзды и межзвёздная  среда представляют собой 2 фазы эволюции вещества галактик. Со временем межзвёздная  среда истощится, в Галактике  исчезнут молодые звёзды, большая  часть массы будет сосредоточена  в звёздах малой массы, которые  эволюционируют медленно, а также  в остатках звёзд: в белых карликах, нейтронных звёздах и более массивных  остатках, находящихся в состоянии  коллапса.

 

 

3. Основные представления о мегамире.

 

И так, Мегамир — мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет.

Между мегамиром и макромиром нет  строгой границы. Обычно полагают, что мегамир начинается с расстояний около 10⁷ и масс 10²⁰ кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля (диаметр 1,28∙10⁷ м, масса 6∙10²¹ кг). Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для их измерения вводят специальные единицы: астрономическая единица, световой год и парсек.⁴

Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 1,5∙10¹¹м.

Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года, а именно 9,46∙10¹⁵м.  

Парсек (параллакс-секунда) – расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде. Это расстояние равно 206265 а.е. = 3,08∙10¹⁶ м = 3,26 св. г.

Вселенная – это весь окружающий нас мир. Астрономы и физики обычно подразумевают под этим ту его часть, которая в принципе доступна изучению естественнонаучными методами.

Астрономическая Вселенная, или Метагалактика - это часть Вселенной, доступная наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем. Небесные тела во Вселенной образуют системы различной сложности. Так Солнце и движущиеся вокруг него 9 планет образуют Солнечную систему. Все планеты – остывшие тела, светящиеся отраженным от Солнца светом. 
В ясную ночь мы видим множество звезд, которые составляют лишь ничтожную часть звезд, входящих в нашу Галактику. Основная часть звезд нашей галактики сосредоточена в диске, видимом с Земли «сбоку» в виде туманной полосы, пересекающей небесную сферу – Млечного Пути. Часто говорят, что наша Галактика называется Млечный Путь.⁵

Млечный Путь (наша Галактика) – светлая неровная полоса, опоясывающая небо по большому кругу. Таким нам представляется звездный диск нашей галактики, который мы наблюдаем изнутри, находясь вблизи плоскости диска.

Галактики – это звездные системы той же природы, что и наша Галактика, объединяющие большинство существующих в природе звезд. Помимо звезд и связанных с ними планетных тел, в состав Галактик входит межзвездный газ и пыль. За редкими исключениями, массы Галактик  лежат в пределах 10⁸-10¹² масс Солнца, размеры - от нескольких тысяч до сотен тысяч световых лет. Силой, которая удерживает звезды одной Галактики вместе, является сила их гравитационного притяжения друг к другу. Ближайшие к нам Галактики - Большое и Малое Магеллановы Облака, удаленные от нас примерно на 150 тыс. св. лет. Большинство наблюдаемых Галактик можно отнести к одному из трех типов: эллиптические, спиральные и неправильные. Наша Галактика – спиральная. Галактики отличаются как по внешнему виду, так и по структуре, звездному составу и содержанию межзвездного газа.

Все небесные тела имеют свою историю  развития. Возраст Вселенной равен 15-20 млрд лет (иногда указывают среднее число – 18 млрд лет). Возраст Солнечной системы оценивается 
в 5 млрд лет, Земли – 4,5 млрд лет.

 

 

 

4. Структура мегамира. Вселенная, как система объектов.

4.1. Общая характеристика Вселенной.

 

 

Вселенная представляет собой самую крупную вещественную систему, т. е. систему объектов, состоящих  из вещества. Иногда понятие «вещество» отождествляют с понятием «материя». Такое отождествление может привести к ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество - это лишь одна из форм ее существования. В современном представлении различают три взаимосвязанных формы материи: вещество, поле и физический вакуум. Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства. Для микрочастиц характерна двойственная корпускулярно-волновая природа. Физический вакуум, его свойства пока познаны намного хуже многих вещественных систем и структур. По современному определению, физический вакуум - это нулевые флуктуирующие поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Физический вакуум обнаруживается при взаимодействии с веществом на его глубинных уровнях. Предполагается, что вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и влияния. В соответствии с концепцией самоорганизации физический вакуум выступает в роли внешней среды для Вселенной.

Значение  термина «Вселенная» уже и  приобрело специфически научное  звучание.⁶ Вселенная - место вселения 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.

К Вселенной  это методологическое правило остается неприменимым. 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 многие иные научные утверждения.

4.2 Понятия галактики,  метагалактики

 

 

Мы знаем, что наше Солнце дает необходимую  для нашего существования энергию. Галактики, и Солнце не только обеспечивает нас энергией. Астрономические наблюдения показывают, что из ядер галактик происходит непрерывное истечение водорода. Таким образом, ядра галактик являются фабриками по производству основного строительного материала Вселенной - водорода

Водород, атом которого состоит из одного протона  в ядре и одного электрона на его  орбите, является самым простым «кирпичиком», из которого в недрах звезд образуются в процессе атомных реакций более сложные атомы. Причем оказывается, что звезды совершенно не случайно имеют различную величину. Чем больше масса звезды, тем более сложные атомы синтезируются в ее недрах.

Наше Солнце как обычная звезда «производит» только гелий из водорода, очень массивные звезды «производят» углерод - главный «кирпичик» живого вещества.⁷ Вот для чего нужны галактики и звезды. А для чего нужна Земля? Она производит все необходимые вещества для поддержания жизни человека. А для чего существует человек? На этот вопрос не может ответить наука, но она может заставить нас еще раз задуматься над ним.

Если «зажигание»  звезд кому-то нужно, то может и  человек кому-то нужен? Научные данные помогают нам сформулировать представление  о нашем предназначении, о смысле нашей жизни. Обращаться при ответе на эти вопросы к эволюции Вселенной - это, значит, мыслить космически. Естествознание учит мыслить космически, в то же время, не отрываясь от реальности нашего бытия.

Вопрос об образовании и строении галактик - следующий важный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только космология как наука о Вселенной - едином целом, но также и космогония - область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем.

Галактика представляет собой гигантские скопления звезд  и их систем, имеющие свой центр и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик миллиарды и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд.

Наша галактика  называется Млечный Путь и состоит  из 150 млрд. звезд.⁸ Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры - 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галактики расположено Солнце.

Ближайшая к нашей галактике - «туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917г. был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 г. Э. Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.

А в 1963 г. были открыты квазары - самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и, стало быть, процесс образования галактик продолжается и поныне.

4.3 Теории эволюции Вселенной.

 

 

Эволюция  Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро - и макроявлений, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро - и макроветвях эволюции.

Наша Вселенная  участвует в закономерном эволюционном процессе.

Но было бы ошибкой процесс эволюции Вселенной, равно, как и всякой другой материальной системы, отождествлять лишь с одной  прогрессивной ветвью развития. Развитие всегда состоит из двух ветвей или  этапов - прогрессивного и регрессивного, которые объединяются одной общей  характеристикой: необратимостью происходящих в них изменений.

Состояние вещества и ход физических процессов, сами понятия о времени и пространстве в “ранний” период эволюции Вселенной, когда плотность была грандиозна, еще недостаточно ясны и, вероятно, существенно отличаются от понятий физики сегодняшнего дня.

Но качественные изменения во Вселенной происходили  не только в далеком прошлом. Имеются  теоретические предположения, что  при определенных условиях эволюция звезд приводит к образованию так называемых “черных дыр”. Поле тяжести у поверхности этих дыр так велико, что силы гравитации “сковывают” в этой части пространства все виды лучистой энергии, в том числе и свет. Поэтому эти массивные звезды становятся невидимыми, если только на них не падает вещество извне. Выяснение того, как при этом все же обнаружить “черные дыры”, является одной из интереснейших задач современной астрофизики.

Вселенная –  это материальный мир, рассматриваемый  со стороны его астрономических  аспектов. Существуют разные модели Вселенной: “Вселенная Эйнштейна”, “Вселенная Фридмана”, “Вселенная Леметра”, “Вселенная Наана”, “Вселенная Зельманова”, соответствующие разным представлениям о ней как в целом.

Современная картина эволюционирующей Вселенной - не только расширяющейся, но и буквально “взрывающейся”, - пожалуй, так же мало похожа на картину статичной Вселенной, которую рисовала астрономия начала XX в., как современные представления о взаимопревращаемости атомов и элементарных частиц на неделимые атомы классической физики.⁹

Научная постановка вопроса об истории Вселенной - одно из важнейших завоеваний современной науки. Астрономия использует наблюдения с помощью телескопов, исследует спектры далеких небесных тел, изучает радиоволны, приходящие из самых отдаленных областей. Выводы из этих наблюдений делаются с учетом законов природы, изученных в земных лабораториях. Мы используем данные о спектрах атомов, о законах излучения и распространения радиоволн. Мы применяем к Вселенной и к огромным скоплениям звезд теорию всемирного тяготения, проверенную в земных условиях и в Солнечной системе, в частности по движению созданных человеком космических аппаратов.

Большим достижением нашего века является установление факта эволюции, изменяемой Вселенной. Звезды расходуют свой запас горючего - водорода. Горение здесь заключается в превращении водорода в гелий путем ядерных реакций. Удаляются друг от друга огромные скопления звезд. Частью такого скопления является и наша Галактика с ее 100 тыс. млн. звезд. Нужно только помнить, что ни сама Земля, ни Солнечная система, ни Галактика не расширяются.

 

 

Заключение.

 

История окружающего нас мира, история  Вселенной - это вопрос, который волновал человечество, начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои “космологические системы”, свои теории эволюции Вселенной.

Науками о Вселенной выдвинут в  последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми.¹⁰ Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой - утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира - это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.

Для утверждения в сознании людей  научно-материалистического мировоззрения  огромное значение имеет экспериментальное  подтверждение и практическое использование  научных знаний. В наши дни намного  короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его  практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в  области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование  научных знаний на практике - один из наиболее весомых и действенных  аргументов против религиозных взглядов и представлений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Вейберг С., Первые три минуты. – «Владос», М., 1981.
2. Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983.
3. Горелов А.А., Концепции современного естествознания. –М.: Центр, 1998.
4. Горохов В.Г., Концепции современного естествознания. – М., 2003.
5. Гранатов Г.Г., Идейно-понятийное содержание современного естествознания : Учебно-методическое пособие. - Магнитогорск: МаГУ, 2001.
6. Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – М., 1988.
7. Ходж П., Революция в астрономии. – «Владос», М., 1992.
8. Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968.
9. Шварцшильд М., Строение и эволюция звёзд, пер с англ. – М., 1961.

¹ Горелов А.А., Концепции современного естествознания. –М.: Центр, 1998.

² Гранатов Г.Г., Идейно-понятийное содержание современного естествознания : Учебно-методическое пособие. - Магнитогорск: МаГУ, 2001

³ Шварцшильд М., Строение и эволюция звёзд, пер с англ. – М., 1961.

⁴ Горохов В.Г., Концепции современного естествознания. – М., 2003.

⁵ Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983.

⁶ Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 453

⁷ Вейнберг С., Первые три минуты. - «Владос»,  М., 1981. С. 198

⁸ Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 196

⁹ Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 458

¹⁰ Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1992. С. 189