в естествените науки

Тема: Съвременната наука за произхода на Вселената.

Попълнено от студент

курс

_______________________

Учител:

_______________________

_______________________

ПЛАН А:

Въведение 3

Преднаучно разглеждане на произхода на Вселената. 5

Теории на 20 век за произхода на Вселената. 8

Съвременната наука за произхода на Вселената. 12

Използвана литература: 18 бр

През цялото си съществуване Човекът изучава света около себе си. Като мислещо същество, човекът, както в далечното минало, така и сега, не е могъл и не може да се ограничи до това, което му е било пряко дадено на нивото на ежедневната му практическа дейност, и винаги се е стремял и ще се стреми да надхвърли неговите граници.

Характерно е, че познанието на човека за заобикалящия свят започва с космогонични отражения. Тогава, в зората на умствената дейност, възниква идеята за „началото на всички начала“. Историята не познава нито един народ, който рано или късно под една или друга форма да не си е задал този въпрос и да не се е опитал да му отговори. Отговорите, разбира се, бяха различни в зависимост от нивото на духовно развитие на даден народ. Развитието на човешката мисъл, научно-технически прогресни позволи да напреднем в решаването на въпроса за произхода на Вселената от митологичното мислене до изграждането на научни теории.

Проблемът за „началото на света“ е един от малкото идеологически проблеми, които преминават през цялата интелектуална история на човечеството. Веднъж появила се на бял свят, идеята за „началото на света“ оттогава винаги е занимавала мислите на учените и от време на време под една или друга форма изплува отново и отново. И така, сякаш погребан завинаги през Средновековието, той неочаквано се появява на хоризонта на научната мисъл през втората половина на ХХ век и започва сериозно да се обсъжда на страниците на специални списания и на заседания на проблемни симпозиуми.

През изминалия век науката за Вселената достигна до най-високите нива на структурна организация на материята - галактики, техните купове и суперкупове. Съвременната космология активно се е заела с проблема за произхода (формирането) на тези космически образувания.

Как нашите далечни предци са си представяли формирането на Вселената? Обяснява произхода на Вселената съвременна наука? Тази статия е посветена на разглеждането на тези и други въпроси, свързани с възникването на Вселената.

Откъде започна всичко? Как всичко космическо е станало такова, каквото изглежда на човечеството? Какви са били първоначалните условия, довели до появата на наблюдаваната Вселена?

Отговорът на тези въпроси се промени с развитието на човешката мисъл. Сред древните народи произходът на Вселената е бил надарен с митологична форма, чиято същност се свежда до едно нещо - определено божество е създало цялата околния Човексвят. В съответствие с древноиранската митопоетична космогония, Вселената е резултат от дейността на две равностойни и взаимосвързани творчески начала – богът на доброто – Ахурамазда и богът на злото – Ариман. Според един от нейните текстове първичното същество, чието разделяне е довело до образуването на части от видимата Вселена, е първоначално съществуващият Космос. Митологичната форма на произхода на Вселената е присъща на всички съществуващи религии.

Много изключителни мислители от далечни от нас исторически епохи се опитват да обяснят произхода, структурата и съществуването на Вселената. Техните опити, при липса на съвременни технически средства, да разберат същността на Вселената, използвайки само своя ум и най-простите устройства, заслужават специално уважение. Ако направите кратка екскурзия в миналото, ще откриете, че идеята за развиваща се Вселена, възприета от съвременната научна мисъл, е изложена от древния мислител Анаксагор (500-428 г. пр. н. е.). Космологията на Аристотел (384-332 г. пр.н.е.) и произведенията на изключителния мислител на Изтока Ибн Сина (Авицена) (980-1037), който се опитва логически да опровергае божественото създаване на света, и други имена, които са оцелели до наше време, също заслужават внимание.

Човешката мисъл не стои неподвижна. Заедно с промяната в представата за структурата на Вселената се промени и идеята за нейния произход, въпреки че в условията на съществуващата силна идеологическа сила на религията това беше свързано с известна опасност. Това може да обясни факта, че естествените науки на съвременната Европа избягват да обсъждат въпроса за произхода на Вселената и се съсредоточават върху изучаването на структурата на Близкия космос. Тази научна традиция за дълго време определя общата посока и методология на астрономическите, а след това и на астрофизичните изследвания. В резултат на това основите на научната космогония са положени не от естествени учени, а от философи.

Първи по този път е Декарт, който се опитва теоретично да възпроизведе „произхода на светилата, Земята и целия друг видим свят, сякаш от някакви семена“ и да даде единно механично обяснение на целия набор от астрономически, известните му физични и биологични явления. Идеите на Декарт обаче са далеч от съвременната му наука.

Следователно би било по-справедливо да започнем историята на научната космогония не с Декарт, а с Кант, който рисува картина на „механичния произход на цялата вселена“. Именно Кант притежава първата научно-космогонична хипотеза за естествения механизъм на възникване на материалния свят. В необятното пространство на Вселената, пресъздадено творческо въображениеКант, съществуването на безброй други слънчеви системи и други млечни пътища е толкова естествено, колкото непрекъснатото образуване на нови светове и смъртта на стари. Именно с Кант започва съзнателното и практическо свързване на принципа за всеобща връзка и единство на материалния свят. Вселената е престанала да бъде сбор от божествени тела, съвършени и вечни. Сега пред смаяния човешки ум се появи световна хармония от съвсем друг вид - естествената хармония на системи от взаимодействащи и развиващи се астрономически тела, свързани помежду си като звена в една верига на природата. Необходимо е обаче да се отбележат две характеристикипо-нататъшно развитие на научната космогония. Първият от тях е, че посткантианската космогония се ограничава до границите на Слънчевата система и до средата на ХХ век се отнася само за произхода на планетите, докато звездите и техните системи остават отвъд хоризонта на теоретичен анализ. Втората особеност е, че ограниченията на данните от наблюденията, несигурността на наличната астрономическа информация и невъзможността за експериментално обосноваване на космогоничните хипотези в крайна сметка доведоха до превръщането на научната космогония в система от абстрактни идеи, отделени не само от други клонове на естествената наука , но и от сродни клонове на астрономията.

Следващият етап в развитието на космологията датира от ХХ век, когато съветският учен А. А. Фридман (1888-1925) математически доказва идеята за саморазвиваща се Вселена. Работата на А. А. Фридман коренно промени принципите на предишния научен мироглед. Според него космологичните начални условия за формирането на Вселената са били единични. Обяснявайки естеството на еволюцията на Вселената, разширяваща се, започвайки от единично състояние, Фридман специално подчерта два случая:

а) радиусът на кривината на Вселената непрекъснато се увеличава с времето, започвайки от нула;

б) радиусът на кривината се променя периодично: Вселената се свива в точка (в нищото, единично състояние), след това отново от точка, довежда радиуса си до определена стойност, след това отново, намалявайки радиуса на кривината си, се превръща в точка и т.н.

В чисто математически смисъл, единично състояние изглежда като нищо - геометрична единица с нулев размер. Във физически план сингулярността изглежда като много странно състояние, в което плътността на материята и кривината на пространство-времето са безкрайни. Цялата супер гореща, супер извита и супер плътна космическа материя е буквално събрана до една точка и може, от метафоричноАмериканският физик Дж. Уилър, „прокарване през иглено ухо“.

Преминавайки към оценката на съвременния възглед за сингулярното начало на Вселената, е необходимо да се обърне внимание на следните важни характеристики на разглеждания проблем като цяло.

Първо, концепцията за първоначалната сингулярност има доста специфично физическо съдържание, което става все по-подробно и усъвършенствано с развитието на науката. В тази връзка той трябва да се разглежда не като концептуална фиксация на абсолютното начало на „всички неща и събития“, а като начало на еволюцията на онзи фрагмент от космическа материя, който на съвременното ниво на развитие на естествознанието има става обект на научно познание.

Второ, ако според съвременните космологични данни еволюцията на Вселената е започнала преди 15-20 милиарда години, това изобщо не означава, че преди това Вселената все още не е съществувала или е била в състояние на вечен застой.

Постиженията на науката разшириха възможностите за разбиране на света около човека. Направени са нови опити да се обясни как е започнало всичко. Жорж Леметр е първият, който повдига въпроса за произхода на наблюдаваната мащабна структура на Вселената. Той представи концепцията за „Големия взрив“ на така наречения „първоначален атом“ и последващото превръщане на неговите фрагменти в звезди и галактики. Разбира се, от висотата на съвременното астрофизично познание тази концепция представлява само исторически интерес, но самата идея за първоначалното експлозивно движение на космическата материя и нейното последващо еволюционно развитие се превърна в неразделна част от съвременната научна картина. на света.

Принципно нов етап в развитието на съвременната еволюционна космология е свързан с името на американския физик Г. А. Гъмов (1904-1968), благодарение на когото концепцията за гореща Вселена навлиза в науката. Според предложения от него модел за „началото“ на развиващата се Вселена, „първичният атом“ на Леметр се състои от силно компресирани неутрони, чиято плътност достига чудовищна стойност - един кубичен сантиметър от първичното вещество тежи милиард тона. В резултат на експлозията на този „първи атом“, според Г. А. Гъмов, се образува уникален космологичен котел с температура около три милиарда градуса, където се извършва естественият синтез на химични елементи. Фрагменти от първичното яйце - отделни неутрони - след това се разпадат на електрони и протони, които от своя страна се комбинират с неразпаднали се неутрони, за да образуват ядрата на бъдещите атоми. Всичко това се случи в първите 30 минути след Големия взрив.

Горещият модел беше специфична астрофизична хипотеза, която посочи начини за експериментална проверка на неговите последствия. Гамов прогнозира сегашното съществуване на останки топлинно излъчванепървична гореща плазма, а неговите сътрудници Алфер и Херман през 1948 г. доста точно изчисляват температурата на това остатъчно излъчване на съвременната Вселена. Въпреки това Гамов и неговите сътрудници не успяха да дадат задоволително обяснение за естественото образуване и разпространение на тежките химични елементи във Вселената, което беше причината за скептичното отношение към неговата теория от страна на специалистите. Както се оказа, предложеният механизъм на ядрен синтез не може да осигури наблюдаваните в момента количества от тези елементи.

Учените започнаха да търсят други физически модели на „началото“. През 1961 г. академик Я. Б. Зелдович предлага алтернативен студен модел, според който първоначалната плазма се състои от смес от студени (с температура под абсолютната нула) изродени частици - протони, електрони и неутрино. Три години по-късно астрофизиците И. Д. Новиков и А. Г. Дорошкевич произвеждат сравнителен анализдва противоположни модела на космологични начални условия - горещ и студен - и посочи пътя към експериментална проверка и избор на един от тях. Беше предложено да се опитат да открият остатъците от първичната радиация чрез изучаване на спектъра на радиация от звезди и космически радиоизточници. Откриването на остатъци от първично лъчение би потвърдило правилността на горещия модел, а ако те не съществуват, то това ще говори в полза на студения модел.

Почти по същото време група американски изследователи, ръководени от физика Робърт Дике, без да знаят за публикуваните резултати от работата на Гамов, Алфер и Херман, възродиха горещия модел на Вселената въз основа на други теоретични съображения. Чрез астрофизични измервания Р. Дике и неговите сътрудници намериха потвърждение за съществуването на космическо топлинно излъчване. Това епохално откритие направи възможно получаването на важна, недостъпна досега информация за началните етапи от еволюцията на астрономическата Вселена. Регистрираното космическо микровълново фоново лъчение не е нищо повече от директен радиорепортаж за уникални универсални събития, случили се малко след „Големия взрив“ - най-грандиозният по своя мащаб и последствия катастрофален процес в наблюдаваната история на Вселената.

По този начин, в резултат на последните астрономически наблюдения, беше възможно недвусмислено да се разреши фундаменталният въпрос за природата на физическите условия, които преобладаваха в ранните етапи на космическата еволюция: горещият модел на „началото“ се оказа най- адекватен. Казаното обаче не означава, че всички теоретични постановки и заключения на космологичната концепция на Гамов са потвърдени. От двете първоначални хипотези на теорията - за неутронния състав на "космическото яйце" и горещото състояние на младата Вселена - само последната е издържала проверката на времето, показвайки количественото преобладаване на радиацията над материята в началото на наблюдаваното в момента космологично разширение.

На съвременния етап от развитието на физическата космология задачата за създаване на топлинна история на Вселената, особено на сценария за формиране на мащабната структура на Вселената, излезе на преден план.

Последните теоретични изследвания на физиците са проведени в посока на следната фундаментална идея: всички известни видове физически взаимодействия се основават на едно универсално взаимодействие; електромагнитните, слабите, силните и гравитационните взаимодействия са различни аспекти на едно взаимодействие, което се разделя, когато енергийното ниво на съответните физически процеси намалява. С други думи, при много високи температури (над определени критични стойности) Различни видовефизическите взаимодействия започват да се обединяват и на границата и четирите вида взаимодействие се свеждат до едно прото взаимодействие, наречено „Великият синтез“.

Според квантовата теория това, което остава след отстраняването на частици материя (например от затворен контейнер с помощта на вакуумна помпа), изобщо не е празно. буквалнодуми, както смята класическата физика.Въпреки че вакуумът не съдържа обикновени частици, той е наситен с „полуживи“, така наречените виртуални тела. За да ги превърнете в истински частици материя, е достатъчно да възбудите вакуума, например, като му въздействате с електромагнитно поле, създадено от въведени в него заредени частици.

Но какво точно е причинило „Големия взрив“? Съдейки по астрономическите данни, физическата стойност на космологичната константа, фигурираща в уравненията на гравитацията на Айнщайн, е много малка, вероятно близка до нула. Но дори да е толкова незначителен, той може да причини много големи космологични последствия. Развитието на квантовата теория на полето доведе до още по-интересни заключения. Оказа се, че космологичната константа е функция на енергията, по-специално зависи от температурата. При свръхвисоки температури, които преобладават в най-ранните фази от развитието на космическата материя, космологичната константа може да бъде много голяма и най-важното, положителен знак. С други думи, в далечното минало вакуумът може да бъде изключително необичаен физическо състояниехарактеризиращ се с наличието на мощни отблъскващи сили. Именно тези сили са послужили като физическа причина за „Големия взрив“ и последвалото бързо разширяване на Вселената.

Разглеждането на причините и последствията от космологичния „Големия взрив“ не би било пълно без още една физическа концепция. Говорим за така наречения фазов преход (трансформация), т.е. качествена трансформация на вещество, придружена от рязка промяна от едно състояние в друго. Съветските физици Д. А. Киржниц и А. Д. Линде бяха първите, които обърнаха внимание на факта, че в началната фаза на формирането на Вселената, когато космическата материя е била в свръхгорещо, но вече охлаждащо състояние, подобни физически процеси (фазови преходи) могат възникне.

По-нататъшното изследване на космологичните последици от фазовите преходи с нарушена симетрия доведе до нови теоретични открития и обобщения. Сред тях е откриването на неизвестна досега епоха в саморазвитието на Вселената. Оказа се, че по време на космологичен фазов преход той може да достигне състояние на изключително бързо разширение, при което размерът му се увеличава многократно, но плътността на материята остава практически непроменена. Първоначалното състояние, което е довело до раздуването на Вселената, се счита за гравитационен вакуум. Резките промени, съпътстващи процеса на космологично разширяване на пространството, се характеризират с фантастични фигури. По този начин се приема, че цялата наблюдавана Вселена е възникнала от единичен вакуумен мехур с размери по-малки от 10 до минус 33 градуса cm! Вакуумният мехур, от който се е образувала нашата Вселена, имаше маса, равна на само една стохилядна от грама.

Понастоящем все още няма изчерпателно тествана и общоприета теория за произхода на мащабната структура на Вселената, въпреки че учените са постигнали значителен напредък в разбирането на естествените начини на нейното формиране и еволюция. От 1981 г. започва разработването на физическа теория за надуващата се (инфлационна) Вселена. Към днешна дата физиците са предложили няколко версии на тази теория. Предполага се, че еволюцията на Вселената, започнала с грандиозен космически катаклизъм, наречен „Големият взрив“, впоследствие е била придружена от многократни промени в режима на разширение.

Според предположенията на учените, 10 на минус четиридесет и трета степен от секундите след „Големия взрив“ плътността на свръхгорещата космическа материя е била много висока (10 на 94-та степен грама/см кубичен). Плътността на вакуума също беше висока, въпреки че по величина беше много по-ниска от плътността на обикновената материя и следователно гравитационният ефект на първичната физическа „пустота“ беше невидим. По време на разширяването на Вселената обаче плътността и температурата на материята намаляват, докато плътността на вакуума остава непроменена. Това обстоятелство доведе до рязка промяна във физическата ситуация още 10 до минус 35 секунди след „Големия взрив“. Плътността на вакуума първо се сравнява и след това, след няколко супермомента на космическо време, тя става по-голяма от него. Тогава се усеща гравитационният ефект на вакуума – отблъскващите му сили отново вземат връх над гравитационните сили на обикновената материя, след което Вселената започва да се разширява с изключително бързи темпове (раздува) и за безкрайно малка част от секундата достига огромни размери. размери. Този процес обаче е ограничен във времето и пространството. Вселената, като всеки разширяващ се газ, първо се охлажда бързо и вече е силно преохладена около 10 до минус 33 секунди след Големия взрив. В резултат на това универсално "охлаждане" Вселената преминава от една фаза в друга. Говорим за фазов преход от първи род - рязко изменение на вътрешната структура на космическата материя и всичко свързано с нея физични свойстваи характеристики. На последния етап от този космически фазов преход целият енергиен резерв на вакуума се превръща в Термална енергияобикновена материя и в резултат на това универсалната плазма отново се нагрява до първоначалната си температура и съответно се променя режимът на нейното разширение.

Не по-малко интересен, а от глобална гледна точка по-важен, е друг резултат от най-новите теоретични изследвания - фундаменталната възможност за избягване на първоначалната сингулярност във физическия й смисъл. Говорим за напълно нов физически поглед върху проблема за произхода на Вселената.

Оказа се, че противно на някои скорошни теоретични прогнози (че първоначалната сингулярност не може да бъде избегната дори с квантово обобщение обща теорияотносителността) има определени микрофизични фактори, които могат да предотвратят безкрайното компресиране на материята под въздействието на гравитационните сили.

Още в края на тридесетте години беше теоретично открито, че звезди с маса, превишаваща масата на Слънцето повече от три пъти, в последния етап от тяхната еволюция са неконтролируемо компресирани до сингулярно състояние. Последният, за разлика от сингулярността на космологичния тип, наречен Фридманов, се нарича Шварцшилд (на името на немския астроном, който пръв разглежда астрофизичните последици от теорията на Айнщайн за гравитацията). Но от чисто физическа гледна точка и двата вида сингулярност са идентични. Формално те се различават по това, че първата сингулярност е началното състояние на еволюцията на материята, а втората е крайното състояние.

Според последните теоретични концепции, гравитационният колапс трябва да завърши с компресиране на материята буквално „до точка“ - до състояние на безкрайна плътност. Според най-новите физични концепции колапсът може да бъде спрян някъде в района на стойността на плътността на Планк, т.е. на границата от 10 до 94-та степен грам/см куб. Това означава, че Вселената възобновява разширяването си не от нулата, а с геометрично определен (минимален) обем и физически приемливо, редовно състояние.

Академик М. А. Марков предложи интересен вариантпулсираща вселена. В логическата рамка на този космологичен модел старите теоретични трудности, ако не са напълно разрешени, поне са осветени от нов обещаващ ъгъл. Моделът се основава на хипотезата, че при рязко намаляване на разстоянието константите на всички физически взаимодействия клонят към нула. Това предположение е следствие от друго предположение, според което константата на гравитационното взаимодействие зависи от степента на плътност на веществото.

Според теорията на Марков, когато Вселената се движи от стадия на Фридман (крайна компресия) към етапа на Де Ситер (първоначално разширение), нейните физически и геометрични характеристики се оказват същите. Марков смята, че това условие е напълно достатъчно, за да се преодолее класическата трудност по пътя към физическата реализация на една вечно осцилираща Вселена.

1) В кръг вечно завръщане? Три хипотези.-- М.: Знание, 1989.- 48 стр.--(Новото в живота, науката, техниката. Сер. "Въпросителен знак"; № 4).

2) Как работи машината на времето? - М.: Знание, 1991. - 48 с. -- (Абонаментна научнопопулярна поредица "Въпросителен знак" ; No 5).

3) Кратък философски речник Изд. М. Розентал и П. Юдин. Изд. 4, добавете. и кор. . М. - държавна изд. напоени осветен ,1954.

4) Кой, кога, защо? -- състояние изд. дет. осветен , Министерство на образованието на RSFSR, М. - 1961 г.

5) Произходът на Слънчевата система. Изд. Г. Рийвс. пер. от английски и френски редактиран от Г. А. Лейкин и В. С. Сафронов. М, "МИР", 1976 г.

6) Украински съветски енциклопедичен речник В 3 тома / Редакционна колегия: отговор. изд. A.V.Kudritsky--K .: Head. изд. ИЗПОЛЗВАНЕ, - 1988 г.

7) Човекът и Вселената: възгледът на науката и религията - М.: Сов. Русия 1986 г.

8) Какво търсят „космическите археолози“?-- М.: Знание, 1989. - 48 с., с илюстрации.-- (Новото в живота, науката, техниката. Серия „Въпросителен знак“; № 12)

9) Какво е това? Кой е? : В 3 т. Т. 1. - 3-то изд., преработено. Част 80 и допълнителна - М.: "Педагогика-прес", 1992. -384 с. : аз ще.

10) Разговори за Вселената , - М.: Политиздат, 1984. - 111 с. - (Разговори за света и човека).

Наука за небесните тела

Първата буква е "а"

Втора буква "s"

трета буква "т"

Последната буква е "аз"

Отговор на въпроса "Наука за небесните тела", 10 букви:
астрономия

Алтернативни въпроси за кръстословица за думата астрономия

Какво покровителства музата Урания?

Наука за Вселената

Каролайн Хершел помага на брат си Уилям от 1782 г. и става една от първите жени в тази наука

Една от седемте свободни науки

Дефиниция на думата астрономия в речниците

Обяснителен речник на руския език. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова. Значението на думата в тълковния речник на руския език. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
-i, f. Наука за космическите тела, системите, които те образуват и Вселената като цяло. прил. астрономически, -ая, -ох. Астрономическа единица (разстояние от Земята до Слънцето). Астрономическо число (в превод: изключително голямо).

енциклопедичен речник, 1998 Значението на думата в речника Енциклопедичен речник, 1998 г
АСТРОНОМИЯТА (от астро... и гръцки nomos - закон) е наука за строежа и развитието на космическите тела, образуваните от тях системи и Вселената като цяло. Астрономията включва сферична астрономия, практическа астрономия, астрофизика, небесна механика, звездна астрономия,...

Обяснителен речник на руския език. Д.Н. Ушаков Значението на думата в тълковния речник на руския език. Д.Н. Ушаков
астрономия, мн сега. (от гръцки astron - звезда и nomos - закон). Науката за небесните тела.

Нов тълковен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова. Значението на думата в речника Нов тълковен речник на руския език, Т. Ф. Ефремова.
и. Комплексна научна дисциплина, която изучава устройството и развитието на космическите тела, техните системи и Вселената като цяло. Учебен предмет, съдържащ теоретичните основи на тази научна дисциплина. разграждане Учебник, излагащ съдържанието на даден предмет.

Велика съветска енциклопедия Значението на думата в речника на Великата съветска енциклопедия
„Астрономия“, абстрактно списание на Всесъюзния институт за научна и техническа информация на Академията на науките на СССР. Издава се в Москва от 1963 г. (през 1953-62 г. излиза реферативното списание „Астрономия и геодезия“); 12 броя годишно. Публикува резюмета, анотации или библиографски...

Примери за използване на думата астрономия в литературата.

Древният пилотаж на Азовско море беше в непосредствена близост до учебниците астрономияи навигация.

Точно както тези конкретни проблеми, решени с алгебрични техники, не могат да се считат за част от абстрактната наука алгебра, така според мен конкретните проблеми астрономияне може по никакъв начин да бъде включен в онзи отдел на абстрактно-конкретната наука, който развива теорията за действието и реакцията на свободните тела, които се привличат едно към друго.

Такъв беше случаят с откритието, че пречупването и разсейването на светлината не следват един и същ закон на промяна: това откритие оказа влияние както върху астрономияи върху физиологията, давайки ни ахроматични телескопи и микроскопи.

Скоро Бируни започва сериозно да се занимава с проблеми астрономия, като вече постигна важни резултати на 21 години.

Матю Властар е абсолютно прав от гледна точка астрономияобяснява това смущение, възникнало във времето.

Звездното небе отдавна вълнува човешкото въображение. Нашите далечни предци се опитаха да разберат какви странни трептящи точки висят над главите им. Колко са, откъде са дошли, влияят ли върху земните събития? От древни времена човекът се опитва да разбере как работи Вселената, в която живее.

Днес можем да научим как древните хора са си представяли Вселената само от приказките и легендите, достигнали до нас. Минаха векове и хилядолетия, за да се появи и утвърди науката за Вселената, изучаваща нейните свойства и етапи на развитие - космологията. Крайъгълните камъни на тази дисциплина са астрономията, математиката и физиката.

Днес разбираме структурата на Вселената много по-добре, но всяко придобито знание поражда само нови въпроси. Изучаването на атомни частици в колайдер, наблюдението на живота в дивата природа, кацането на междупланетна сонда върху астероид също може да се нарече изучаване на Вселената, защото тези обекти са част от нея. Човекът също е част от нашата красива звездна Вселена. Изучавайки слънчевата система или далечни галактики, ние научаваме повече за себе си.

Космология и обекти на нейното изследване

Самата концепция за Вселената няма ясна дефиниция в астрономията. В различни исторически периоди и сред различните народи той е имал редица синоними като „космос“, „свят“, „вселена“, „вселена“ или „небесна сфера“. Често, когато се говори за процеси, протичащи в дълбините на Вселената, се използва терминът "макрокосмос", противоположният на който е "микрокосмосът" на света на атомите и елементарните частици.

По трудния път на познанието космологията често се пресича с философията и дори с теологията и това не е изненадващо. Науката за устройството на Вселената се опитва да обясни кога и как е възникнала Вселената, да разгадае тайната на произхода на материята, да разбере мястото на Земята и човечеството в безкрайността на Космоса.

Съвременната космология има два основни проблема. Първо, обектът на неговото изследване - Вселената - е уникален, което прави невъзможно използването на статистически схеми и методи. Накратко, ние не знаем за съществуването на други вселени, техните свойства, структура, така че не можем да сравняваме. Второ, продължителността на астрономическите процеси не позволява провеждането на преки наблюдения.

Космологията се основава на постулата, че свойствата и структурата на Вселената са еднакви за всеки наблюдател, с изключение на редките космически явления. Това означава, че материята във Вселената е разпределена равномерно и има еднакви свойства във всички посоки. От това следва, че физическите закони, които работят в част от Вселената, могат да бъдат екстраполирани към цялата Метагалактика.

Теоретичната космология разработва нови модели, които след това се потвърждават или опровергават от наблюдения. Така например беше доказана теорията за произхода на Вселената в резултат на експлозия.

Възраст, размер и състав

Мащабът на Вселената е удивителен: той е много по-голям, отколкото бихме могли да си представим преди двадесет или тридесет години. Учените вече са открили около петстотин милиарда галактики и броят им непрекъснато се увеличава. Всеки от тях се върти около собствената си ос и се отдалечава от останалите с огромна скорост поради разширяването на Вселената.

Квазар 3C 345, един от най-ярките обекти във Вселената, се намира на пет милиарда светлинни години от нас. Човешкият ум дори не може да си представи такива разстояния. Към космически кораб, движейки се със скоростта на светлината, ще са необходими хиляда години, за да облети нашия Млечен път. Ще му отнеме 2,5 хиляди години, за да стигне до галактиката Андромеда. Но това е най-близкият съсед.

Когато говорим за размера на Вселената, имаме предвид нейната видима част, наричана още Метагалактика. Колкото повече резултати от наблюдения получаваме, толкова повече се разширяват границите на Вселената. Освен това това се случва едновременно във всички посоки, което доказва сферичната му форма.

Нашият свят се е появил преди около 13,8 милиарда години в резултат на Големия взрив, събитие, което е родило звезди, планети, галактики и други обекти. Тази цифра е реалната възраст на Вселената.

Въз основа на скоростта на светлината може да се приеме, че размерите му също са 13,8 милиарда светлинни години. Но в действителност те са по-големи, тъй като от момента на раждането Вселената непрекъснато се разширява. Някои се движат със свръхсветлинни скорости, поради което значителен брой обекти във Вселената ще останат невидими завинаги. Тази граница се нарича сфера или хоризонт на Хъбъл.

Диаметърът на Метагалактиката е 93 милиарда светлинни години. Не знаем какво се крие отвъд познатата ни вселена. Може би има по-далечни обекти, които днес са недостъпни за астрономически наблюдения. Значителна част от учените вярват в безкрайността на Вселената.

Възрастта на Вселената е многократно тествана с помощта на различни техники и научни инструменти. Последно е потвърдено с помощта на орбиталния телескоп Планк. Наличните данни напълно съответстват на съвременните модели за разширяване на Вселената.

От какво е направена Вселената? Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената (75%), хелият е на второ място (23%), а останалите елементи представляват незначителните 2% от общото количество материя. Средната плътност е 10-29 g/cm3, значителна част от която е т. нар. тъмна енергия и материя. Зловещите имена не показват тяхната малоценност, просто тъмната материя, за разлика от обикновената материя, не взаимодейства с електромагнитното излъчване. Съответно не можем да го наблюдаваме и да правим изводите си само по косвени признаци.

Въз основа на горната плътност, масата на Вселената е приблизително 6*1051 kg. Трябва да се разбере, че тази цифра не включва тъмната маса.

Структурата на Вселената: от атомите до галактическите купове

Космосът не е просто огромна празнота, в която звезди, планети и галактики са равномерно разпръснати. Структурата на Вселената е доста сложна и има няколко нива на организация, които можем да класифицираме според мащаба на обектите:

1. Астрономическите тела във Вселената обикновено се групират в системи. Звездите често образуват двойки или са част от клъстери, които съдържат десетки или дори стотици звезди. В това отношение нашето Слънце е доста нетипично, тъй като то няма „двойник”;
2. Следващото ниво на организация са галактиките. Те могат да бъдат спираловидни, елипсовидни, лещовидни, неправилни. Учените все още не разбират напълно защо галактиките имат различни форми. На това ниво откриваме такива чудеса на Вселената като черни дупки, тъмна материя, междузвезден газ, двойни звезди. В допълнение към звездите, техният състав включва прах, газ и електромагнитно излъчване. В познатата Вселена са открити няколкостотин милиарда галактики. Те често се сблъскват един с друг. Не е като катастрофа: звездите просто се смесват и променят орбитите си. Такива процеси отнемат милиони години и водят до образуването на нови звездни купове;
3. Няколко галактики образуват Местната група. Нашата, освен Млечния път, включва мъглявината Триъгълник, мъглявината Андромеда и още 31 системи. Галактическите купове са най-големите известни стабилни структури във Вселената; те се държат заедно от гравитационна сила и някои други фактори. Учените са изчислили, че самото привличане очевидно не е достатъчно, за да се поддържа стабилността на тези обекти. Все още няма научна основа за това явление;
4. Следващото ниво на структурата на Вселената са суперкупове от галактики, всеки от които съдържа десетки или дори стотици галактики и купове. Но гравитацията вече не ги задържа, така че те следват разширяващата се Вселена;
5. Последното ниво на организация на Вселената са клетки или мехурчета, чиито стени образуват суперкупове от галактики. Между тях има празни зони, наречени кухини. Тези структури на Вселената имат мащаби от около 100 Mpc. На това ниво са най-забележими процесите на разширяване на Вселената и с него се свързва и реликтовото излъчване - ехо от Големия взрив.

Как е възникнала вселената

Как е възникнала Вселената? Какво се случи преди този момент? Как се превърна в безкрайното пространство, което познаваме днес? Дали това беше инцидент или естествен процес?

След десетилетия на спорове и ожесточени дебати, физици и астрономи почти стигнаха до консенсус, че Вселената се е появила в резултат на експлозия с колосална сила. Той не само роди цялата материя във Вселената, но и определи физическите закони, по които съществува познатият ни космос. Нарича се теория за Големия взрив.

Според тази хипотеза цялата материя някога е била събрана по някакъв неразбираем начин в една малка точка с безкрайна температура и плътност. Наричаше се сингулярност. Преди 13,8 милиарда години точката експлодира, образувайки звезди, галактики, техните клъстери и други астрономически тела на Вселената.

Защо и как се е случило това не е ясно. Учените трябва да оставят настрана много въпроси, свързани с природата на сингулярността и нейния произход: пълна физическа теория за този етап от историята на Вселената все още не съществува. Трябва да се отбележи, че има и други теории за произхода на Вселената, но те имат много по-малко привърженици.

Терминът "Големият взрив" се използва в края на 40-те години след публикуването на трудовете на британския астроном Хойл. Днес този модел е старателно разработен - физиците могат уверено да опишат процесите, настъпили част от секундата след това събитие. Можем също да добавим, че тази теория позволи да се определи точната възраст на Вселената и да се опишат основните етапи от нейната еволюция.

Основното доказателство за теорията за Големия взрив е наличието на космическо микровълново фоново лъчение. Открит е през 1965г. Това явление възниква в резултат на рекомбинацията на водородни атоми. CMB радиацията може да се нарече основният източник на информация за това как е била структурирана Вселената преди милиарди години. Той е изотропен и равномерно запълва космическото пространство.

Друг аргумент в полза на обективността на този модел е самият факт на разширяването на Вселената. В интерес на истината, екстраполирайки този процес в миналото, учените стигнаха до подобна концепция.

Има и слабости в теорията за Големия взрив. Ако Вселената се е образувала моментално от една малка точка, тогава е трябвало да има неравномерно разпределение на материята, което ние не наблюдаваме. Освен това този модел не може да обясни къде е отишла антиматерията, чието количество в „момента на сътворението“ не би трябвало да е по-ниско от обикновената барионна материя. Сега обаче броят на античастиците във Вселената е малък. Но най-същественият недостатък на тази теория е нейната неспособност да обясни феномена на Големия взрив; той просто се възприема като свършен факт. Не знаем как е изглеждала Вселената преди сингулярността.

Има и други хипотези за произхода и по-нататъшното развитие на Вселената. В продължение на много години моделът на стационарната Вселена беше популярен. Редица учени са на мнение, че в резултат на квантови флуктуации той е възникнал от вакуум. Сред тях беше и известният Стивън Хокинг. Лий Смолин представи теорията, че нашата, подобно на други вселени, се е образувала в черни дупки.

Правени са опити за подобряване на съществуващата теория за Големия взрив. Например, има хипотеза за цикличния характер на Вселената, според която раждането от сингулярност не е нищо повече от преминаването й от едно състояние в друго. Вярно е, че този подход противоречи на втория закон на термодинамиката.

Еволюцията на Вселената или какво се е случило след Големия взрив

Теорията за Големия взрив позволи на учените да създадат точен модел на еволюцията на Вселената. И днес знаем доста добре какви процеси са протичали в младата Вселена. Единственото изключение е най-ранният етап на сътворението, който продължава да бъде обект на ожесточени дискусии и дебати. Разбира се, за да постигнете такъв резултат сам теоретична основане беше достатъчно, отне години изследвания на Вселената и хиляди експерименти в ускорители.

Днес науката идентифицира следните етапи след Големия взрив:

1. Най-ранният период, който ни е известен, се нарича ерата на Планк, той заема интервала от 0 до 10-43 секунди. По това време цялата материя и енергия на Вселената бяха събрани в една точка и четирите основни сили бяха едно;
2. Ерата на Великото обединение (от 10−43 до 10−36 секунди). Характеризира се с появата на кварки и разделянето на основните типове взаимодействия. Основното събитие на този период се счита за освобождаване на гравитационната сила. През тази епоха започват да се формират законите на Вселената. Днес имаме възможност да опишем подробно физическите процеси от тази епоха;
3. Третият етап на сътворението се нарича епохата на инфлацията (от 10−36 до 10−32). По това време започва бързото движение на Вселената със скорост, значително надвишаваща тази на светлината. Тя става по-голяма от настоящата видима Вселена. Започва охлаждане. През този период основните сили на Вселената са окончателно разделени;
4. В периода от 10−32 до 10−12 секунди се появяват „екзотични“ частици като бозона на Хигс и кварк-глуонната плазма изпълва пространството. Интервалът от 10−12 до 10−6 секунди се нарича ерата на кварките, от 10−6 до 1 секунда - адроните, на 1 секунда след Големия взрив започва ерата на лептоните;
5. Фаза на нуклеосинтеза. Това продължи до около третата минута от началото на събитията. През този период атомите на хелий, деутерий и водород възникват от частици във Вселената. Охлаждането продължава, пространството става прозрачно за фотоните;
6. Три минути след Големия взрив започва ерата на първичната рекомбинация. През този период се появява реликтово лъчение, което астрономите все още изучават;
7. Периодът от 380 хиляди - 550 милиона години се нарича Тъмни векове. Вселената в този момент е изпълнена с водород, хелий, различни видоверадиация. Във Вселената не е имало източници на светлина;
8. 550 милиона години след Сътворението се появяват звезди, галактики и други чудеса на Вселената. Първите звезди експлодират, освобождавайки материя, за да образуват планетарни системи. Този период се нарича Ерата на Рейонизацията;
9. На възраст от 800 милиона години във Вселената започват да се формират първите звездни системи с планети. Ерата на веществото идва. През този период се формира нашата родна планета.

Смята се, че интерес за космологията представлява периодът от 0,01 секунда след акта на сътворението до наши дни. През този период от време са се образували първичните елементи, от които звезди, галактики, слънчева система. За космолозите ерата на рекомбинацията се счита за особено важен период, когато възниква реликтово излъчване, с помощта на което продължава изучаването на познатата Вселена.

История на космологията: най-ранният период

Човекът мисли за устройството на света около него от незапомнени времена. Най-ранните представи за устройството и законите на Вселената могат да бъдат намерени в приказките и легендите различни нациимир.

Смята се, че редовните астрономически наблюдения за първи път са започнали да се практикуват в Месопотамия. На тази територия последователно са живели няколко развити цивилизации: шумери, асирийци, перси. Можем да научим как са си представяли Вселената от много клинописни плочки, намерени на местата на древни градове. Първите сведения за движението на небесните тела датират от 6-то хилядолетие пр.н.е.

От астрономическите явления шумерите са се интересували най-много от циклите – смяната на сезоните и фазите на луната. От тях зависеше бъдещата реколта и здравето на домашните животни, а оттам и оцеляването на човешката популация. От това беше направен извод за влиянието на небесните тела върху процесите, протичащи на Земята. Следователно, изучавайки Вселената, можете да предскажете бъдещето си - така се роди астрологията.

Шумерите изобретили стълб за определяне на височината на Слънцето, създали соларен и лунен календар, описва основните съзвездия, открива някои закони на небесната механика.

Много внимание беше отделено на движението на космическите обекти в религиозните практики Древен Египет. Жителите на долината на Нил използвали геоцентричен модел на Вселената, в който Слънцето се върти около Земята. До нас са достигнали много древноегипетски текстове, съдържащи астрономическа информация.

Науката за небето достига значителни висоти в Древен Китай. Тук, още през 3-то хилядолетие пр.н.е. д. се появява длъжността придворен астроном, а през 12 век пр.н.е. д. Открити са първите обсерватории. Ние знаем главно за слънчевите затъмнения, преминаването на комети, метеорните потоци и други интересни космически събития от древността от китайските летописи и хроники, които са били съвестно пазени от векове.

Астрономията е била на голяма почит от елините. Те са проучили подробно този въпрос философски школи, всеки от които, като правило, имаше своя собствена система на Вселената. Гърците са първите, които предлагат сферичната форма на Земята и въртенето на планетата около собствената си ос. Астрономът Хипарх въвежда понятията апогей и перигей, орбитален ексцентрицитет, разработва модели на движението на Слънцето и Луната и изчислява периодите на революция на планетите. Птолемей, който може да се нарече създател на геоцентричния модел на Слънчевата система, има голям принос за развитието на астрономията.

Цивилизацията на маите достигна големи висоти в изучаването на законите на Вселената. Това се потвърждава от резултатите от археологическите разкопки. Жреците знаеха как да предсказват слънчевите затъмнения, те създадоха перфектен календар и построиха множество обсерватории. Астрономите на маите наблюдаваха близките планети и успяха точно да определят техните орбитални периоди.

Средновековие и ново време

След разпадането на Римската империя и разпространението на християнството, Европа се потапя в тъмните векове за почти хилядолетие - развитието на природните науки, включително астрономията, практически спира. Европейците черпеха информация за структурата и законите на Вселената от библейските текстове, няколко астрономи твърдо се придържаха към геоцентричната система на Птолемей и астрологията се радваше на безпрецедентна популярност. Истинското изследване на Вселената от учени започва едва през Ренесанса.

В края на 15 век кардинал Николай от Куза излага смела идея за универсалността на Вселената и безкрайността на дълбините на Вселената. Вече от XVI векстана ясно, че възгледите на Птолемей са погрешни и без да приема нова парадигма по-нататъчно развитиенауката е немислима. Полският математик и астроном Николай Коперник решава да разбие стария модел, като предлага хелиоцентричен модел на Слънчевата система.

От съвременна гледна точка неговата концепция беше погрешна. За Коперник движението на планетите се осигурява от въртенето на небесните сфери, към които са прикрепени. Самите орбити имаха кръгла форма, а на границата на света имаше сфера с неподвижни звезди. Въпреки това, като постави Слънцето в центъра на системата, полският учен без съмнение направи истинска революция. Историята на астрономията може да бъде разделена на две големи части: древният период и изследването на Вселената от Коперник до наши дни.

През 1608 г. италианският учен Галилей изобретява първия в света телескоп, който дава огромен тласък на развитието на наблюдателната астрономия. Сега учените могат да съзерцават дълбините на Вселената. Оказа се, че Млечният път се състои от милиарди звезди, Слънцето има петна, Луната има планини, а спътниците се въртят около Юпитер. Появата на телескопа предизвика истински бум в оптичните наблюдения на чудесата на Вселената.

В средата на 16 век датският учен Тихо Брахе е първият, който започва редовни астрономически наблюдения. Той доказва космическия произход на кометите, като по този начин опровергава идеята на Коперник за небесните сфери. В началото на 17-ти век Йоханес Кеплер разкрива мистериите на движението на планетите, като формулира своите известни закони. По същото време са открити мъглявините Андромеда и Орион и пръстените на Сатурн и е съставена първата карта на лунната повърхност.

През 1687 г. Исак Нютон формулира закона за всемирното привличане, който обяснява взаимодействието на всички компоненти на Вселената. Той направи възможно да се види скритото значение на законите на Кеплер, които всъщност бяха извлечени емпирично. Принципите, открити от Нютон, позволиха на учените да погледнат по нов начин пространството на Вселената.

18-ти век е период на бързо развитие на астрономията, което значително разширява границите на познатата Вселена. През 1785 г. Кант излезе с брилянтната идея, че Млечният път е огромен куп звезди, привлечени заедно от гравитацията.

По това време на „картата на Вселената“ се появиха нови небесни тела и телескопите бяха подобрени.

През 1785 г. английският астроном Хершел, въз основа на законите на електромагнетизма и нютоновата механика, се опитва да създаде модел на Вселената и да определи нейната форма. Той обаче не успя.

През 19 век инструментите на учените стават по-прецизни и се появява фотографската астрономия. Появилият се в средата на века спектрален анализ доведе до истинска революция в наблюдателната астрономия - сега темата за изследване стана химичен съставобекти. Открит е астероидният пояс и е измерена скоростта на светлината.

Ерата на пробивите или модерните времена

Двадесети век беше епоха на истински пробиви в астрономията и космологията. В началото на века Айнщайн разкрива на света своята теория на относителността, която прави истинска революция в представите ни за Вселената и ни позволява да хвърлим нов поглед върху свойствата на Вселената. През 1929 г. Едуин Хъбъл открива, че нашата Вселена се разширява. През 1931 г. Жорж Леметр излага идеята за формирането му от една малка точка. По същество това беше началото на теорията за Големия взрив. През 1965 г. е открито космическо микровълново фоново лъчение, което потвърждава тази хипотеза.

През 1957 г. в орбита е изпратен първият изкуствен спътник, след което започва космическата ера. Сега астрономите можеха не само да наблюдават небесните тела чрез телескопи, но и да ги изучават отблизо с помощта на междупланетни станции и сонди за кацане. Дори успяхме да кацнем на повърхността на Луната.

90-те години могат да бъдат наречени „периодът на тъмната материя“. Нейното откритие обяснява ускоряването на разширяването на Вселената. През това време бяха представени нови телескопи, които ни позволиха да надскочим границите на познатата Вселена.

През 2016 г. бяха открити гравитационни вълни, които вероятно ще поставят началото на нов клон на астрономията.

През изминалите векове значително разширихме границите на нашето познание за Вселената. Но всъщност хората само леко отвориха вратата и погледнаха в огромния и невероятен свят, пълен с тайни и невероятни чудеса.

Ако имате въпроси, оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители ще се радваме да им отговорим