Современные научные представления о земле, солнечной системе, галактике и Вселенной

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»

Факультет социологии и философии

Кафедра социологии

                                         Реферат

по курсу «Концепции современного естествознания»

Современные научные представления о земле, солнечной системе, галактике и Вселенной.

                                                            Выполнил:    студентка 2 курса       

                                                                                            Щепина С.И.

                                                             Проверил: профессор кафедры

                                                                                   философии, к.ф.н.

                                                                                      Ляхова Л.Н.

Ижевск 2013

Введение

Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого - космология.

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень философских предпосылок, философских оснований.

Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов, на планете Земля, могут быть перенесены на значительно большие области, в конечном счете - на всю Вселенную.

Исследования Вселенной занимают особое место не только в естествознании, но и культурной истории человечества. Астрономия является древнейшей и одной из самых мировоззренческих значимых естественных наук. Если к ней добавить концепции космологии и космогонии, то важность вклада этой отрасли знаний в формирование современной картины мира становится неоценимой. Это обусловливает огромный интерес к ней не только со стороны ученых, но и самых широких слоев общественности, в том числе студенчества.

Каждый переломный этап развития естествознания был связан с новыми открытиями в исследованиях Вселенной. Что приводило к переосмыслению «вечных» вопросов - о происхождения мира, жизни, разума, месте человека в мироздании и способствовало изменению мировоззренческих принципов, а в конечном итоге - структурной перестройке научной картины мира.

     Эволюция Вселенной

солнечный галактика вселенная эволюционизм

Астрономические наблюдения доказывают, что материя во Вселенной находится в непрерывном развитии. Это относится к ее разнообразным формам и состояниям – от газовых и пылевидных космических образований, имеющих очень малую плотность, до сверхплотных объектов, таких, например, как «черные дыры»; от звезд и звездных объединений до огромных по размерам галактик.

Постоянное качественное изменение форм и видов материи проводит к важному следствию: различные объекты Вселенной не могли возникнуть одновременно, а формировались в разные эпохи ее глобальной эволюции.

Космология–область науки, в которой изучает происхождение и развитие небесных тел и их систем. Условно она разделяется на планетную космологию и звездную. Космология же рассматривает Вселенную как единое целое. Поэтому важное значение космологических концепций состоит в том, что они дают представление об общих закономерностях строения и эволюции Вселенной, выступая основными элементами познания бесконечного материального мира.

Глобальный эволюционизм базируется на современной космологии. Космология же является одним из трех разделов естествознания, которые находятся на стыке (пересечении) различных наук: астрономии, физики, математики. Здесь используются методы исследования и концепции, существенно различаются по своему характеру. Сегодня эволюция Вселенной является научным фактом, основанным на концептуальных положениях физики и всесторонне подтвержденным многочисленными астрофизическими наблюдениями.

Научная космология формируется в XX веке, а ее зарождение связанно с именем А. Эйнштейна, создавшего в 1916 г. Релятивистскую теорию тяготения (общую теорию относительности), которая стала теоретическим фундаментом науки о строении Вселенной. Он разработал стационарную замкнутую сферическую модель Вселенной, характерной чертой которой была конечность пространственного сечения, хотя с точки зрения внутренней геометрии это пространство представлялось неограниченным. В своей концепции Эйнштейн связал между собой пространство и время в единую ценность – пространственно-временной континуум (ПВК). ПВК Эйнштейна можно представить в виде четырехмерного цилиндрического мира с конечным трехмерным пространственным сечением и неограниченной осью времени.

В течении веков создавались различные космологические модели, но почти все они носили стационарный характер, то есть отражали статичность, неизменность Вселенной, ибо сама мысль о возможности ее эволюции казалась исследователям нелепой, абсурдной, противоречащей здравому смыслу.

Современный этап развития космологического знания начинается с работ замечательного российского ученого А.А. Фридмана. Основываясь на теории Эйнштейна, он в 1922 г. доказал, что Вселенная не остается постоянной, неизменной во времени, а должна либо расширяться, либо сжиматься. Концепция А.А. Фридмана получила в 1929 г. Свое блестящее подтверждение: американский астроном Э. Хаббл, благодаря многочисленным наблюдениям установил факт расширения Вселенной, проявляющийся в разбегании (разлете) галактик. Данное открытием стало одним из величайших достижений современного естествознания, посредством которого была доказана глобальная эволюция вселенной.

Модели Фридмана по сути своей эволюционны, т.к. связывают нынешнее состояние Вселенной с ее предыдущей историей, указывая на коренное качественное отличие от ее начальных состояний. Особенностью всех этих моделей является наличие момента рождения Вселенной, когда она представляла собой однородное вещество высокой плотности, сконцентрированное в очень малом объеме. Стремительное расширение этого вещества на начальном этапе глобальной эволюции получило наименование «Большого взрыва». Концепция происхождения Вселенной в результате Большого взрыва стала в настоящее время общепринятой, а астрономы дали ей название «стандартной модели». Начальное стремительное расширение Вселенной характеризовалось колоссальными плотностью, давлением и температурой (100 млрд. градусов по Цельсию). В таких условиях никакие формы жизни зародиться не могли, существовали лишь элементарные частицы в виде ионизированной плазмы. Поэтому данная концепция научно обосновывает тот факт, что живая материя, а затем и разум могли появиться только на определенном этапе эволюции самой Вселенной, когда для этого сформировались естественные предпосылки.

Спонтанное расширение Вселенной (большой взрыв) имеет коренное отличие от взрывных процессов окружающего нас макромира, где вещество разлетается сквозь пространство. Во Вселенной с разлетом вещества одновременно расширяется (раздувается) и само ее пространство. Причем, на каждом этапе данного расширения качественно менялась структура; вначале появляется ионизированная плазма, затем возникают материальные частицы, из которых зарождаются звезды, из звезд формируются звездные системы галактики.

Наша Вселенная эволюционирует - процессы изменения в ней происходили миллиарды лет назад, происходят они и в настоящее время, но уже не в таком быстром темпе. Сегодня астрономы фиксируют взрывы сверхновых звезд, преобразования в галактических системах: вещество здесь постепенно перерабатывается благодаря ядерным реакциям, идущим в звездах. Сами же галактики стремительно разлетаются друг от друга из-за расширения пространства Вселенной.

Галактики и звёзды

Крупномасштабную структуру нашей Вселенной составляют галактики – гигантские звездные системы. Далекие звездные системы – галактики, а так же их скопления являются наибольшими структурными единицами Вселенной, размеры этих скоплений и количество содержащих в них галактик различны. Большие скопления содержат до тысячи галактик и имеют громадные пространственные размеры. Среднее же расстояние между ними примерно в десять раз больше, чем размеры самих этих галактических скоплений.

Тайна появления во Вселенной галактик является самой притягательной в глобальном эволюционизме. Это обусловлено тем, что свойства галактик в огромной мере определяются начальным периодом их жизни. Поэтому концепции, отражающие рождение и эволюцию галактик, должны дать ответы на следующие вопросы: почему они имеют такие массы, почему у них именно такие размеры, которые фиксирует современная астрономия, почему существуют различные типы галактики, наконец, почему они состоят из звезд.

В настоящее время доминирует концепция образования галактик (в том числе нашей Галактики), в которой выделяются следующие активные фазы эволюции.

1. Вначале сформировалась сферическая газовая подсистема. Этот процесс прошел довольно быстро (по космическим меркам), всего за несколько сотен миллионов лет за счет свободного сжатия (коллапса) холодного газового облака под действием силы гравитации.
2. По мере сжатия из небольшой части начальной массы газа стали образовываться звезды, протогалактика разогревается от вспышек сверхновых звезд, становится «горячей».
3. Через длительное время внешняя оболочка протогалактики сбрасывается в окружающее космическое пространство, а центральная ее часть начинает сжиматься. В процессе этого нового коллапса (сжатии) газ внутри галактики охлаждается, и из отдельных его фрагментов рождаются звезды нового поколения.
4. Центральная часть галактики сжимается в диск и в дальнейшем идет формирования звезд ее дисковой подсистемы.

Структура галактик весьма разнообразна, а их количество в пространстве Вселенной, доступно современным телескопам, огромно и составляет сотни миллиардов. Большинство из этого многообразия оказалось возможно объединить в несколько основных типов, т.е. классифицировать. В первую такую классификацию, действующую и поныне, предложил в 1925 году Э. Хаббл. Согласно ей, галактики разделяются на пять основных типов:

эллиптические, линзообразные, обычные спиральные, пересеченные спиральные и неправильные (или иррегулярные).

Эллиптические галактики имеют вид эллипсов разной степени сжатия, начиная с шаровидных; линзообразные галактики имеют сильно сжатое центральное сгущение, похожее на линзу; спиральные галактики также имеют центральное сгущение, от которого отходят спиральные ветви или рукава; если у обычных спиральных галактик ветви выходят непосредственно из центрального сгущения, то у пересеченных спиральных галактик они отходят от перемычки, пересекающей это центральное сгущение; иррегулярные галактики характеризуются колочковатой структурой и не имеют правильной формы.

От типа галактик зависит и их расположение в бескрайних космических просторах. В скоплениях обычно преобладают эллиптические галактики, концентрирующиеся в центре, а спиральные располагаются на периферии (на окраинах).

Солнечная система и возникновение жизни

Звезды расположены вокруг Земли неравномерно, в одних местах их мало, а в других наоборот. Через весь небосклон от горизонта до горизонта проходит яркая полоса звезд, именуемая Млечным Путем. Если наблюдать Млечный Путь из космического корабля, то видно, что он представляет собой своеобразный звездный пояс, охватывающий большую область космического пространства вокруг Земли. Это – видимая часть Галактики, в нутрии которой расположено и Солнце со своими планетами, и сотни миллиардов других звезд.

Наша Галактика относится к спиральному типу и представляет собой громадный плоский диск с утолщением в середине. Из этого центрального утолщения – ядра, где плотность звезд наибольшая, в плоскости диска исходят спиральные рукава, в которых плотность звезд тоже высока. Солнце располагается близко к середине радиуса галактического диска и расстояние от него до центра Галактики в два миллиарда раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

Астрономические исследования различных звезд и звездных систем дало ученым полное основание считать Солнце обычной, рядовой звездой, исключить представление о привилегированности Солнечной системы в пространстве Вселенной. Согласно закону всемирного тяготения звезды, входящие в Галактику, движутся по орбитам вокруг ее ядра. Солнце вместе со своим планетами совершает полный оборот за двести с лишним миллионов лет.

Все звезды излучают мощную энергию, источником которой являются ядерные реакции, происходящие в их недрах. Но любые источники энергии имеют конечные запасы, поэтому и Солнце, и другие звезды рождаются, развиваются и умирают, отдавая свое вещество и энергию окружающему их космосу.

Образование Солнечной системы по современным представлениям связываются сформированием Солнца, как одной из типичных звёзд из газопылевой космической среды 5 млрд. лет назад. Газопылевое образование (облако) вначале совершало медленное вращение, но по мере его сжатия скорость вращения увеличивалась. Форма этого облака стала напоминать диск, из центральной части которого и образовалась солнце. Его масса составляет подавляющую долю – 99,97% – всей Солнечной системы. Внешние же области диска разделялись на фрагменты (сгущения), которые явились зародышами планет, двигающихся по орбитам вокруг Солнца. Из них постепенно, в течении сотен миллионов лет, сформировались сами планеты, в том числе и наша Земля, вероятный возраст которой сейчас составляет – 4,5 млрд. лет.

Рассмотренная концепция Образования Солнечной системы была разработана в 1941–1949 гг. российским академиком О.Ю. Шмидтом и развитии в дальнейшем его учениками и последователями.

Большинство современных специалистов убеждены, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть естественный результат эволюции материи. Это убеждение основано на доказанном единстве химической основы жизни, построенной из нескольких простых и самых распространенных во Вселенной атомов.

 Исключительное морфологическое разнообразие жизни (микроорганизмы, растения, животные) осуществляется на достаточно единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов. Основные химические элементы, из которых построена жизнь, - это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, «кислорода и азота имеют небольшие размеры и способны образовывать устойчивые соединения с двух- и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность.

 Другие два биогенных элемента - сера и фосфор - присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор - составная часть нуклеиновых кислот.

 Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие следы алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена; следует отметить и некоторые исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных количествах.

Заключение

К началу XXI века происходит возрождение на новом – научном уровне античных представлений о космосе как органичном единстве взаимозависимости, стройности, порядка и целесообразности. Этим и обусловлен тот ценнейший вклад, который вносит современное естествознание и исследования Вселенной. Что влечет за собой не только изменения научного мышления, но и культуры в целом.

Активное теоретическое и практическое вторжение человека в новую область реальности – космическое пространство, преобразование его объектов и систем ставит морально-этические вопросы об ответственности человечества не только за будущее цивилизации и за судьбу земной биосферы, но и за сохранение гармонии окружающего космоса.

Любое исследование, любое наблюдение, будь то наблюдение физика за тем, как раскалывается ядро атома, ребёнка за кошкой, или астронома, ведущего наблюдения за далёкой-далёкой галактикой - всё это наблюдение за Вселенной, вернее, за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология.

 В заключении хочется отметить тот факт, что на Земле сложились самые благоприятные условия для возникновения жизни. Наличие воды, удалённость от солнца, атмосфера. Всё это способствовало тому, чтобы на Земле рано или поздно зародилась жизнь. И хочется верить, что такая планета не единственная в бескрайних просторах космоса.