2015-01-22
2489
Космология – наука о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого.
Космогония – наука о происхождении и развитии космических тел и их систем (звезд, звездных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в нее тел).
1. Развитие представлений о строении Вселенной:
1.1 Идея о гелиоцентрической системе (Аристарх Самосский, III в. до н.э.);
1.2 Теория движения Солнца и Луны (Гиппарх, II в. до н.э.);
1.3 Геоцентрическая система мира (К. Птолемей, ок. 90 – ок. 160);
1.4 Определение радиуса Земли и положения Солнца (Бируни, 973-1048);
1.5 Определение главных астрономических постоянных (Улугбек, 1394-1449);
1.6 Гелиоцентрическая система (Н. Коперник, 1473-1543);
1.7 Идея бесконечности Вселенной (Д. Бруно,1548-1600);
1.8 Открытие пятен на Солнце, фаз Венеры, гор на Луне, 4 спутников Юпитера (Г. Галилей, 1564-1642);
1.9 Законы движения планет (И. Кеплер, 1571-1630);
1.10 Законы небесной механики (И. Ньютон, 1643-1727);
1.11 Звездно-космогоническая теория развития космической материи (У. Гершель, 1738-1822);
|
|
|
1.12 Определение расстояния до звезд (Ф.В. Бессель, 1784-1846);
1.13 Гипотеза о возникновении Солнечной системы (И. Кант, 1724-1804);
1.14 Идея о внутриатомной природе источников звездной энергии (Д.Х. Джинс, 1877-1946);
1.15 Теория звездной природы галактик (Э.П, Хаббл, 1889-1953);
1.16 Открытие зависимости между абсолютной звездной величиной и спектральным классом звезд (Э. Герцшпрунг,1873-1967);
1.17 Модель расширяющейся Вселенной (А. Фридман, 1888-1925);
1.18 Теория горячей Вселенной (Г. Гамов, 1904-1968);
1.19 Открытие квазаров (М. Шмидт, Т. Мэтьюз, Э. Сэндидж);
1.20 Открытие пульсаров (Э. Хьюиш).
2. Основные теории эволюции Вселенной:
2.1 Теория стационарного состояния Вселенной:
2.1.1 стационарность означает, что Вселенная не претерпевает эволюции;
2.1.2 изменяться могут отдельные космические объекты, но не мир в целом;
2.1.3 пространство и время – абсолютны, метрически бесконечны, однородны и изотропны.
2.2 Теория нестационарного состояния Вселенной:
2.2.1 нестационарность означает, что Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;
2.2.2 Вселенная либо сжимается, либо во Вселенной чередуются циклы сжатия и расширения;
2.2.3 изотропность означает, что свойства Вселенной одинаковы во всех направлениях;
2.2.4 однородность означает, что свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках.
3. Основные модели Вселенной.
3.1 Модель «постоянного состояния»:
3.1.1 выдвинута в 1948 г. Г. Бонди, Т. Гоулдом, Ф. Хойлом;
3.1.2 описывает постоянно расширяющуюся Вселенную, не имеющую ни начала ни конца;
3.1.3 плотность вещества во Вселенной имеет постоянную величину;
|
|
|
3.1.4 расширение системы при одновременном сохранении плотности вещества обеспечивается за счет непрерывного поступления нового вещества;
3.1.5 смоделировать процесс образования вещества, не нарушая законы сохранения массы и энергии, можно математически.
3.2 Модель «горячей Вселенной»:
3.2.1 выдвинута в 1948 г. Г. Гамовым;
3.2.2 описывает расширяющуюся Вселенную с начального состояния (так называемой сингулярной точки): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся во времени расширение при высокой температуре, первоначальный размер Вселенной – 10-33 см, а плотность – 1093 г/см3;
3.2.3 подтверждение данной теории считалось открытое в 1964 г. микроволновое фоновое излучение. Оно рассматривалось как остаточное явление ранней горячей стадии в развитии Вселенной. Однако, согласно другим исследованиям (Ф. Хойл, В.С. Реддиш), такое излучение представляет собой переработанное излучение, поступающее главным образом от звезд.
3.3 Стандартная модель эволюции Вселенной: от первоначально сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва.
Таблица 8
Космическая шкала времени
| Косми-ческое время | Эпоха | Темпера-тура (К) | Характерные процессы | Время от сегод-няшнего момента |
| Сингуляр-ность | Большой взрыв | 20 млрд лет | ||
| 10-43 с | Планка | 1032 | Рождение элементарных частиц. Во Вселенной доминирует излучение | |
| 10-35с | Барионов | 1028 | Установление числа барионов, возникновение ассиметрии между материей и антиматерией | |
| 10-8с | Адронов | 1014 | Аннигиляция протон-антипротонных пар | |
| 10-3с | Лептонов | 1012 | Аннигиляция электронно-позитронных пар | |
| 100с | Синтеза ядер | 109 | Становление первоначального химического состава Вселенной (Н – 70%, Не – 30%) | |
| 108 | Прозрачной Вселенной | Отделение излучения от вещества | 19,7 | |
| 1-2 млрд лет | Начало образования галактик | 19-18 | ||
| Галактики начинают образовывать скопления | ||||
| Сжатие нашей Протогалактики | ||||
| 4,1 | Образование звезд | 15,9 | ||
| 15,2 | Образование межзвездного облака, давшего начало Солнечной системе | 4,8 | ||
| 15,4 | 2,7 | Образование планет | ||
| 16,1 | Археозойс-кая | Образование самых древних земных пород | 3,9 | |
| Зарождение микроорганизмов | ||||
| Протеро-зойская | Возникновение атмосферы, богатой кислородом | |||
| Рифей | Зарождение макроскопических форм жизни | |||
| 19,4 | Венд | Самые ранние окаменелости. Кишечнополостные | 600 млн лет | |
| 19,420 19,425 19,49 19,575 | Палеозой Ранний кембрий Поздний кембрий Ранний силур | Иглокожие, трило-биты, брахиоподы Фораминиферы, моллюски Челюстноротые Бесчелюстные | 450-425 | |
| 19,580 | Поздний силур | Первые растения на суше | ||
| 19,610 | Ранний девон | Рыбы, папоротники, бескрылые насекомые | ||
| 19,630 19,690 19,735 19,755 19,850 19,880 19,939 19,944 19,955 | Поздний девон Поздний карбон Ранняя пермь Мезозой Ранний триас Поздняя юра Ранний мел Кайнозой Палеоцен Эоцен | Голосеменные Крылатые Насекомые Зверообразные Ящеры Динозавры Птицы Покрытосеменные Приматы Злаки Грызуны | ||
| 19,998 | Плейстоцен | Человек |
Подтверждение данной теории:
- расширение Вселенной – разбегающиеся галактики (красное смещение);
- реликтовое излучение фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной. Реликтовое излучение было открыто в 1965 г. американскими астрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном.
4. Антропный принцип в космологии (от греч. antropos - человек) заключается в рассмотрении законов Вселенной и ее строения на основе того, что познание ведется Человеком разумным. Природа такова, как она есть, только потому, что в ней живет человек. Другими словами, в различных формулировках антропного принципа в космологии речь идет, по сути, о единстве космоса и человека и той роли, которую выполняет последний в этом единстве: 1) сама возможность человеческого существования содержится в характере космологических законов и находится в определенной взаимосвязи со значениями физических констант. Малейшие вариации значения последних несовместимы с реальностью человеческой жизни; 2) в научном отношении человеку доступно лишь то, что он способен познать.
|
|
|
План семинара
1. Эволюция космологических представлений. Современная модель Вселенной.
2. Антропный принцип в космологии.
3. Солнечная система, ее происхождение и строение.
4. Планета Земля, ее строение и эволюция.
Примерные вопросы для повторения и самопроверки
1. Что изучают астрономия, космология и космогония?
2. На какую физическую теорию опирается современная космология?
3. Что представляет собой стандартная модель Вселенной?
4. Какие этапы в своем развитии прошла космология?
5. Как реликтовое излучение подтверждает стандартную модель?
6. Как классифицируются галактики? Каково строение нашей Галактики?
7. Каков химический состав звезд и каким образом он определяется?
8. Как характеризуется интенсивность блеска звезд?
9. Охарактеризуйте слабый и сильный антропные принципы в космологии.
10. Дайте общую характеристику планетам Солнечной системы.
