|
|
ОглавлениеГлава 2. Естественнонаучная картина мира Глава 3. Механика и механистическая картина мира Глава 4. Электромагнитная концепция мира Глава 5. Концепция относительности пространства–времени Глава 6. Термодинамика и концепция необратимости Глава 7. Концепция дискретности и квантовая механика Глава 8. Концепция атомизма и элементарные частицы Глава 9. Концепция детерминизма и стохастические законы Глава 10. Концепция космической эволюции и Вселенная Глава 11. Концептуальные уровни в познании веществ и химических систем Глава 12. Концепция геологических процессов и геосферных оболочек на Земле Глава 13. Концепция уровней биологических структур и организация живых систем Глава 14. Концепция биосферы и экология Глава 15. Концепция биологической и глобальной эволюции Глава 16. Концепция человека в естествознании Глава 17. Синергетика и концепция самоорганизации Глава 18. Концепция системного метода исследования Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 10. КОНЦЕПЦИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ И ВСЕЛЕННАЯПредставление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой, явилось основой для возникновения в современном естествознании общей концепции эволюции природы. Хотя отдельные эволюционные теории появились в конкретных науках еще в прошлом веке (теория возникновения Солнечной системы Канта–Лапласа, теория геологической эволюции Ч. Лайеля и эволюционная теория Ч. Дарвина), тем не менее, никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной до XX в. не существовало. Это и неудивительно, поскольку классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение не динамики, а статики систем. Такая тенденция наиболее рельефно была представлена атомистической концепцией классической физики, как лидера тогдашнего естествознания. Атомистический взгляд опирался на представление, что свойства и законы движения различных природных систем могут быть сведены к свойствам тех мельчайших частиц материи, из которых они состоят. Вначале такими простейшими частицами считались молекулы и атомы, затем элементарные частицы, а в настоящее время – кварки. Бесспорно, что атомистический подход имеет большое значение для объяснения явлений природы, но он обращает главное внимание на строение и структуру различных систем, а не на их возникновение и развитие. В последние годы постепенно получают распространение также взгляды, которые обращают внимание скорее на системный и эволюционный характер взаимодействий между элементами систем, чем на анализ свойств тех элементов, из которых они состоят. Именно эти элементы рассматривались в прежних концепциях в качестве своего рода последних кирпичиков мироздания. Благодаря широкому распространению системных идей, а в недавнее время и представлений о самоорганизации открытых систем, сейчас все настойчивее выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции Вселенной. Они усиленно обсуждаются в рамках современной космологии как науки о Вселенной как едином целом и всей, охваченной астрономическими наблюдениями, ее области, называемой Метагалактикой. Мы коснемся здесь в основном принципов космологии с точки зрения бесконечности и конечности моделей Вселенной и ее эволюции. 10.1. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙМодели Вселенной, как и любые другие, строятся на основе тех теоретических представлений, которые существуют в данное время в космологии. Современная космология возникла после появления общей теории относительности, и поэтому ее в отличие от прежней, классической космологии, называют релятивистской. Эмпирической базой для нее послужили открытия внегалактической астрономии, важнейшим из которых, несомненно, было обнаружение явления «разбегания» галактик. В 1929 г. американский астроном Эдвин П. Хаббл (1889–1953) установил, что свет, идущий от далеких галактик, смещается в сторону красного конца спектра. Это явление, получившее название красного смещения, согласно принципу Доплера свидетельствовало об удалении («разбегании») галактик от наблюдателя. Поскольку релятивистская космология сформировалась на основе идей и принципов общей теории относительности, то на первом этапе она уделяла главное внимание геометрии Вселенной и, в частности, кривизне четырехмерного пространства времени. Новый этап ее развития был связан с исследованиями русского ученого Александра Александровича Фридмана (1888–1925), которому удалось впервые теоретически доказать, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может быть стационарной, а должна периодически расширяться или сжиматься. Этот принципиально новый результат нашел свое подтверждение после обнаружения Хабблом красного смещения, которое было истолковано как явление «разбегания галактик», свидетельствующее о расширении Вселенной. В связи с этим на первый план выдвигаются именно проблемы исследования расширения Вселенной и определения ее возраста по продолжительности этого расширения. Наконец, начало третьего периода развития космологии связано с исследованием физических процессов, происходивших на разных стадиях расширяющейся Вселенной. Начало им положили работы известного американского физика Георгия А. Гамова (1904–1968), русского по происхождению. В них он пытался раскрыть картину происхождения химических элементов во Вселенной. Особенности развития космологии нашли отражение в различных моделях Вселенной. Общим для них является представление о нестационарном, изотропном и однородном характере ее моделей. Нестационарность означает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься. «Разбегание» галактик, по-видимому, свидетельствует о ее расширении, хотя существуют модели, в которых наблюдаемое в настоящее время расширение рассматривается как одна из стадий так называемой пульсирующей Вселенной, когда вслед за расширением происходит ее сжатие. Изотропность указывает на то, что во Вселенной не существует каких либо выделенных точек и направлений, то есть ее свойства не зависят от направления. Однородность характеризует одинаковое распределение в среднем вещества во Вселенной. Перечисленные утверждения часто называют космологическими постулатами. К нему добавляют также правдоподобное требование об отсутствии во Вселенной сил, препятствующих силам тяготения. При таких предположениях модели оказываются наиболее простыми. В их основе лежат уравнения общей теории относительности Эйнштейна, а также представления о кривизне пространства времени и связи этой кривизны с плотностью массы вещества. С точки зрения общей теории относительности, кривизна пространства времени, как мы знаем, определяется распределением тяготеющих масс. Но независимо от этого модели можно рассматривать и чисто геометрически. В зависимости от кривизны пространства времени различают: – открытую модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю. Расстояния между скоплениями галактик со временем непрерывно увеличиваются, что соответствует бесконечной Вселенной; – замкнутую модель с положительной кривизной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, так как, двигаясь по ней, нельзя достичь какой-либо границы. Независимо от того, рассматриваются ли открытые или замкнутые модели Вселенной, все ученые сходятся в том, что для объяснения расширения Вселенной, необходимо допустить, что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле. Такое расширение должно начаться с некоторой сингулярной точки, в которой должна быть сконцентрирована вся материя. Поэтому состояние материи в этой точке должно удовлетворять специфическим условиям, которые трудно обнаружить где либо в мире. Эти условия характеризуются наличием высокой температуры и давления в сингулярности, в которой была сосредоточена материя. Такое допущение вполне согласуется с установлением расширения Вселенной. Это расширение могло начаться с некоторого состояния, где она находилась в очень горячем состоянии, а потом постепенно охлаждалась по мере расширения. Такая модель «горячей» Вселенной впоследствии была названа стандартной. Она предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 1013 градусов (десять триллион) по абсолютной шкале Кельвина, в которой начало шкалы, соответствует –273 градусам шкалы Цельсия. Плотность материи равнялась бы приблизительно 1093 г/см3, огромная величина, которую трудно даже вообразить. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти «большой взрыв», с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой также моделью «большого взрыва». Предполагают, что такой взрыв произошел примерно 15–20 млрд лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более медленным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, например, что после 0,01 секунды после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 1010 г/см3. В этих условиях в расширяющейся Вселенной, по-видимому, должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить непрерывные превращения пары электрон + позитрон в пару фотонов и обратно, пары фотонов в пару электрон + позитрон. Но уже через 3 минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: 2/3 водорода и 1/3 гелия. Внимание! Авторские права на книгу "Концепции современного естествознания" (Рузавин Г.И.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
