Астронамическая картина мира. Законы физики и множественность миров стр
 Скачать 28.26 Kb.
|
|
Содержание Введение……………………………………………………………………...3 стр. Современные представления о пространстве и времени…………..5 стр. Законы физики и множественность миров..........................................9 стр. Заключение………………………………………………………………….14 стр. Список источников………………………………………………………….. Введение В ХХ веке в астрономии произошла подлинная революция. В последние годы, благодаря космическим телескопам, удалось достичь еще более высокого качества в составлении звездных карт. С помощью Хаббловского космического телескопа астрономы составили каталог, описывающий около 15 миллионов звезд. До 1995 года Вселенная представлялась безводной пустыней. Исследования, проведенные в 1996...1998 годах, показали, что вода присутствует во всех частях Вселенной и, видимо, помогает газопылевым облакам конденсироваться, отводя от них тепло и способствуя образованию планет.В июне 2001 года данные, собранные зондом, позволяют утверждать, что возраст нашей Вселенной – 13, 7 миллиардов лет; обычной материи в ней, из которой состоят звезды и планеты, всего 4%, а вот темной материи – частиц, не испускающих видимого излучения, 23%; на темную энергию приходится 73%. Вселенная однородна, а это означает, что Большого взрыва не было, ибо молодая Вселенная была бы намного сложнее.Помимо нетрадиционных космических объектов (квазары, пульсары, двойные звезды и т.д.) современная астрономия открыла в глубинах космоса и принципиально новые процессы, в том числе гамма-всплески. Эти секундные катастрофы метагалактического масштаба имеют мощность излучения, сравнимую с мощностью излучения всех звезд видимой Вселенной. Такой всплеск способен истребить жизнь в радиусе десятков, а то и сотен световых лет, и благо, что это происходит от Земли на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет. Природа данного явления не ясна. Астрономическая картина мира –это картина эволюционирующей Вселенной. Эволюция Вселенной включает в себя эволюцию вещества и эволюцию структуры. Эволюция вещества сопровождалась понижением его температуры, плотности, образованием химических элементов. С эволюцией структуры связано возникновение сверхскоплений галактик, обособление и формирование звёзд и галактик, образование планет и их спутников. В данном реферате мы рассмотрим две стороны астрономической картины мира. Эволюцию понятий пространства и времени и связь законов физики с возможностью существования множества других вселенных с законами физики отличающимися от законов физики нашей Вселенной. Современные представления о пространстве и времени Человек не может не задумываться о времени и пространстве, поскольку от этих категорий материи зависит его жизнь, да и само развитие человека предполагает попытаться все выстроить в некую «логическую» и понятную цепочку. В первую очередь как появилось пространство и время, и уже тут наши предки отделяли одно от другого. Ибо создание пространства — это достаточно частый мотив различных древних людей, касаясь же времени, то этот вопрос или обходился, ибо предполагалась, что время существовало всегда. Достаточно часто общее пространство Вселенной разбивалось на несколько «этажей» путешествие между которыми могли совершать избранные. От этих, достаточно детских представлений о пространстве и времени, достаточно далеко ушли первые философы, в основном древнегреческие, размышляющие об этих понятиях. Обратимся, например, к взглядам Аристотеля, так он считал, что пространство некой мерой тел и вместилищем этих тел, то что существует вне зависимости от этих тел, что абсолютно и неизменно. То есть, эта красивый образ, мы все служим актёрами, а пространство — это сцена на которой мы все выступаем. Наиболее обстоятельный и развернутый анализ времени среди античных философов мы находим у Аристотеля в IV книге его "Физики". В этом его толковании, Аристотель пытался увязать сложные философские понятия множественности и единства. Аристотель выделил два важных свойства времени — это непрерывность и последовательность. Вместе с тем уже тогда существовал круг учёных. Которых менее волновали понятия пространства и времени, а больше интересовали какие свойства данное нам пространство, более всего это касалось именно пространства, имеет. Так именно тогда была построена Евклидова геометрия тот мощный инструмент, который помогал учёным и инженерам преобразовывать и понимать этот мир. Первоначально, развитием науки, понимание пространства и времени мало менялось, так понимание абсолютного пространства и времени Ньютона не так далеко ушло, если вообще ушло. Однако о понимании времени Ньютоном стоит упомянуть. Согласно его принципам, время оказалось подоконником, подставленным под размерный континуум. Оно по-прежнему являлось абсолютным и одинаковым для всех наблюдателей. Все одновременные события составили трехмерный пространственный континуум. То есть существовал как бы снимок всего пространства разом и цепь событий представляется неким «кинофильмом» из этих снимков. Вместе с тем и развитие математики позволило понять, что геометрия окружающего мира может быть не обязательно плоской и практически в одно время несколько учёных, например, Гаусс, Бойяи, Риман. Приятно упомянуть в этом ряду и русского учёного-математика Лобачевского. Вернёмся, однако к пониманию пространства учёными физиками. Ньютоновы принципы стали новой ортодоксальностью и безраздельно властвовали на протяжении более чем 150 лет. Первый вызов ньютоновскому пониманию мира был брошен в совершенно неожиданной области физики и был связан с развитием понимания электромагнитных явлений. В середине 19-го столетия шотландский физик Джеймс Кларк Максвелл достиг удивительного синтеза всех накопленных знаний в этой области, записав свои четыре знаменитых векторных уравнения. Эти уравнения в дальнейшем обеспечили понимание особой значимости скорости света. Но в то время, понять это было невозможным. Абсолютная скорость передачи взаимодействия с очевидностью противоречила принципу относительности Галилея, являвшемуся краеугольным камнем Ньютоновой модели пространства–времени. К тому времени большинство физиков безоговорочно верили в истинность Ньютонова мира и потому пришли к выводу, что уравнения Максвелла могут выполняться только в определенной среде, названной эфиром. Но, делая подобные утверждения, они невольно возвращались назад к Аристотелю, утверждавшему, что Природе свойственна абсолютная структура пространства. И в таком состоянии эта проблема просуществовала в течение приблизительно 50 лет. И вот 26–летний Альберт Эйнштейн публикует свою знаменитую работу “К электродинамике движущихся сред”. В этой работе Эйнштейн принял истинность значения констант, содержавшихся в уравнениях Максвелла, и, используя простые мысленные эксперименты, ясно показал, что скорость света – универсальная постоянная, сохраняющая свое значение для всех инерциальных наблюдателей. Он показал, что понятие абсолютной физической одновременности несостоятельно. Пространственное разделенные события, кажущиеся одному наблюдателю одновременными, не являются таковыми для другого наблюдателя, движущегося относительно первого с постоянной скоростью. Однако, несмотря на всю революционность СТО, один аспект пространства-времени оставался Аристотелевым. Оно оставалось пассивной ареной для всех событий, холстом, на котором пишут свою картину движущие силы Вселенной. Однако другое великое событие, публикация Эйнштейном в 1915 году своей Общей Теории Относительности, отменило и этот тысячелетний принцип. В этой теории пространство-время приняло форму четырехмерного континуума. Геометрия этого континуума искривлена, а степень искривления моделирует гравитационные поля в самом континууме. Пространство-время перестало быть инертным. Оно действует на материю, и материя действует на него. В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная действительно расширяется. Этот факт, в свою очередь, подразумевает, что этот процесс должен иметь свое начало, в котором плотность гравитации и, соответственно, искривление пространства-времени должны быть бесконечно большими. Возникло понятие Большого Взрыва. Общая Теория Относительности изменила философский подход к вопросу о Начале. До 1915 года на эту тему можно было спорить, когда Эммануил Кант утверждал, что Вселенная, возможно, и не имела конечного начала. Тогда можно было задать вопрос: что там было прежде? Но этот вопрос неявно предполагает, что пространство и время существовали всегда, и Вселенная возникла вместе с материей. В Общей Теории Относительности такой вопрос задавать бессмысленно, поскольку пространство-время рождается вместе с материей в Большом Взрыве. Вопрос “А что там было прежде?” более ничего не значит. В точном смысле, Большой Взрыв — это граница, где пространство-время заканчивается, где разрывается сам пространственно-временной континуум. Общая Теория Относительности в момент Большого Взрыва поставила естественную границу для физики, не позволяющую взглянуть дальше. Возникает вопрос, а что было, когда времени и пространства не существовало? Нам трудно принять, то что время и пространство рождены, ну, во-первых, сам смысл вопроса «что было до» пропадает, ибо он имеет смысл лишь когда время существует, а во-вторых физики достаточно осторожны, они стремятся избегать «философских» вопросов отказываясь рассуждать о ранних моментах о существовании Вселенной или прибегая к достаточно изощрённым картинам. Здесь пространство-время представляет собой "дышащую пену" из возникающих и тут же пропадающих черных и белых дыр, очень маленьких замкнутых мини-вселенных и еще более сложных топологических структур. В возникающих из нее "пузырях" происходят квантовые флуктуации, и в то же время они раздуваются из-за гравитационного отталкивания вакуумноподобного состояния, которое там имеется. Большая часть объемов пузырей из-за флуктуаций тут же возвращается в состояние "пены". В малой же части объема продолжается раздувание, сопровождающееся квантовыми флуктуациями плотности вакуумноподобного состояния. Очень малая доля первоначального объема после длинной цепочки случайных флуктуаций может существенно уменьшить свою плотность. Теперь амплитуда квантовых флуктуаций не так велика, как раньше. Эти объемы продолжают систематически раздуваться, превращаясь после распада вакуумноподобного состояния в горячие вселенные. То есть весьма странные, хоть и интересные картины. Законы физики и множественность миров Законы физики - и, в частности, входящие в них мировые константы, такие как константы связи фундаментальных сил, - оказались «настроены» таким образом, чтобы сделать возможным наше существование. Такая точка зрения недалеко ушла от попыток привлечения сверхъестественных объяснений, которые могли бы оказаться вне компетенции науки. Многие физики и космологи в 1970-х гг. начали решать проблему, предполагая, что наша Вселенная — всего лишь одна из многих существующих, каждая из которых обладает собственными физическими законами. Согласно таким «антропным» рассуждениям, мы можем занимать очень редкую, специально «настроенную» вселенную, в которой вся совокупность условий позволила образоваться жизни. Удивительно, что согласно господствующей в современной космологии теории, основы которой были заложены в 1980-х гг., «параллельные вселенные» могут реально существовать. Фактически, множество вселенных могли бы постоянно рождаться из первичного вакуума таким же образом, как образовалась, и наша Вселенная. Наша Вселенная могла бы быть одной из большого количества таких «карманных» вселенных в огромном объемлющем пространстве, называемом Мультивселенной. В подавляющем большинстве таких вселенных законы физики могли бы не приводить к образованию знакомой нам материи или же галактик, звезд, планет и жизни. Однако если рассматривать полный набор всех возможных вариантов, у природы есть неплохой шанс сформировать «правильные» законы хотя бы единожды. Для поиска альтернативных множеств физических законов, которые все-таки могут создавать сложные структуры, способные в свою очередь порождать жизнь, попробуем исключить одно из четырех фундаментальных взаимодействий . По самому своему названию фундаментальные взаимодействия представляются как нечто обязательное для любой уважающей себя вселенной. Так, без сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки в протоны и нейтроны, а их в свою очередь в атомные ядра, материя, какой мы ее знаем, не существовала бы. Без электромагнитного взаимодействия не было бы света, атомов и химических связей. Без гравитации нет силы, объединяющей вещество в галактики, звезды, планеты. Четвертое взаимодействие (слабое ядерное) незримо присутствует в нашей повседневной жизни, но также играет важную роль и в истории Вселенной. Помимо различных прочих важных свойств слабое взаимодействие делает возможными превращения нейтронов в протоны и наоборот. В первые мгновения после Большого взрыва, после того как кварки (возникшие в числе первых форм материи) объединились в группы по три, формируя протоны и нейтроны, вместе называемые барионами, последние смогли объединиться, в группы по четыре, формируя ядра гелия-4, содержащие два протона и два нейтрона. Этот так называемый нуклеосинтез Большого взрыва занял всего несколько секунд жизни нашей Вселенной, когда она остыла достаточно для формирования барионов, но не для того, чтобы последние испытали ядерный синтез. В процессе нуклеосинтеза Большого взрыва образовались водород и гелий, которые позже сформировали бы звезды, где ядерный синтез и другие процессы смогли бы выковать все остальные химические элементы. До сих пор синтез четырех протонов для создания гелия-4 продолжается внутри нашего Солнца, где рождается большая часть энергии, получаемой нами от этой звезды. Без слабого взаимодействия кажется маловероятным, что во Вселенной сформировались бы сложные химические соединения, а, следовательно, и жизнь. В 2006 г. учёные обнаружили множество физических законов, которые основываются только на остальных трех взаимодействиях, но, тем не менее, делают Вселенную пригодной для жизни. Исключение слабого взаимодействия потребовало некоторых изменений в так называемой Стандартной модели физики частиц, которая описывает все взаимодействия за исключением гравитации. Группа исследователей показала, что модификации могут быть сделаны таким образом, что поведение остальных трех взаимодействий - и остальных основных параметров, таких как массы кварков, - могут быть такими же, как и в нашем мире. Хочу отметить, что подобный выбор консервативен, предназначен для облегчения расчетов параметров развития вселенной. Вполне возможно, что большое количество других вселенных, «лишенных» слабого взаимодействия, обитаемы, но совершенно не похожи на нашу. Во вселенной без слабого взаимодействия обычное слияние протонов для формирования гелия было бы невозможным, потому что этот процесс требовал бы превращения двух протонов в нейтроны. Однако возможен другой путь для образования химических элементов. Например, в нашей Вселенной материя существенно преобладает над антиматерией, но небольшой настройки величины параметра, контролирующего такую асимметрию, достаточно для того, чтобы нуклеосинтез Большого взрыва оставил основную часть ядер дейтерия. Дейтерий, также известный как водород-2, изотоп водорода, ядро которого содержит помимо одного протона еще и один нейтрон. Так, звезды могли бы светить за счет слияния протона и ядра дейтерия и формирования ядер гелия-3 (два протона и один нейтрон). Такие звезды, лишенные реакций, обусловленных слабым взаимодействием, были бы холоднее и меньше, чем звезды нашей Вселенной. Согласно компьютерному моделированию, проведенному астрофизиком Адамом Барроусом (Adam Burrows) из Принстона, такие звезды могли бы сгорать всего за 7 млрд лет (что составляет примерный возраст нашего Солнца) и выделять энергию со скоростью в несколько процентов от соответствующей солнечной. Ученые получили косвенные свидетельства о существовании Мультивселенной с помощью моделирования и подгонки параметров. Остается ли под вопросом реальное существование Мультивселенной? Я считаю, что это возможно, по двум причинам. Первая следует из наблюдений, согласуемых с теорией. Астрономические данные строго поддерживают гипотезу о том, что наша Вселенная родилась из крошечной области пространства-времени, возможно, размером с одну миллиардную часть протона. Затем Вселенная прошла через стадию быстрого - экспоненциального - роста, называемую инфляцией. Космологи до сих пор не создали окончательной модели инфляции, но, согласно теории, различные области пространства-времени могли бы расширяться с различной скоростью, создавая таким образом нечто, напоминающее «карман», который мог бы стать самостоятельной вселенной со своими физическими константами. Пространство между отдельными «карманными» вселенными могло бы продолжать расширяться так быстро, что оказалось бы невозможным путешествовать и посылать сообщения от одной вселенной к другой, даже со скоростью света. Вторая причина, позволяющая допустить существование Мультивселенной, следующая: величина космологической постоянной, меры энергии пустого пространства, «настроена» с необычайной степенью точности. Квантовая физика предсказывает, что энергией обладает даже пустое пространство. Общая теория относительности Эйнштейна гласит, что все формы энергии вызывают гравитацию. Если энергия положительная, это вынуждает пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Если отрицательная — вселенная сожмется в «Большом хлопке». Согласно квантовой теории, космологическая постоянная должна быть настолько велика по модулю, что пространство расширялось бы слишком быстро для того, чтобы успели сформироваться такие структуры, как галактики, или для того чтобы вселенная схлопнулась за доли секунды. В данной главе, в первой её части, мы проследили развитие концепции и философских представлений об идеи множественности миров и Мультивселенной. Заключение Астрономия это, самая первая наука, её появление скрыто в глубине веков, из астрономии родились прочие науки, и прежде всего математика и такой раздел математики как геометрия. Это было связанно ни с красотой звездного неба, а с тем огромным прикладным значением который имела астрономия для древних людей. Во времена отсутствия не только систем спутниковой навигации ну даже простого компаса знание звёздного неба давало надёжный ориентир охотнику, надёжный календарь крестьянину. Поэтому все древние цивилизации, хоть Старого Света, хоть Нового Света имели глубокие знания в астрономии. Однако совершенно понятно, что я узнал это сейчас, будучи достаточно взрослым, полюбил же астрономию я, будучи ребёнком. Меня очаровало звёздное небо, до сих пор считаю, что мало в мире чего-то более красивого, чем безоблачное небо и, как мне тогда, казалось, мириады звёзд. Загадочный Марс, с его каналами, и возможностью жизни на этой планете, Разнообразие спутников Юпитера, далёкие и огромные Арктур, Бельтегёзе, таинственные чёрные дыра невероятный Большой Взрыв, всё это было таинственным и поэтому притягивало невероятно. Есть и романтический момент в изучении астрономии, это связывает нас с далёкими предками я могу представить своего далёкого предка, глядящего на то же самое звёздное небо, что я вижу сейчас сам. Ну и в заключении хотелось бы подчеркнуть прикладное значение изучения астрономии. И так астрономия связывает во едино все знания о природе, физику, химию и даже геологию. Все эти науки нужны, чтобы понять то, что мы видим в нашей Солнечной системе ла и за ней то же. Даже биология позволяет нам судить о возможности жизни на других планетах. То есть астрономия не только породила науку, она собирает все знания о при роде, чтобы объяснить строение внешнего мира. Астрономия, сливая в себе все науки наиболее близка к мировоззрению, что имеет каждый конкретный человек. Список источников 1. Концепции современного естествознания: Под ред. профессора С.И. Самыгина. Серия «Учебники и учебные пособия» -4-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д: «Феникс», 2003. — 448 с. 2. Вельтман, Мартинус Дж. Г. Бозон Хиггса / Мартинус Дж. Г. Вельтман // В мире науки scientific American издание на русском языке. – 1987. – №1. - С. 38-45. 3. Халлиуэл, Джонатан Дж. Квантовая космология и происхождение Вселенной / Джонатан Дж. Халлиуэл // В мире науки Scientific American издание на русском языке. – 1992. - №2. – С. 16-24. 4. Наука и жизнь, Долгожданное открытие: бозон Хиггса [Электронный ресурс] http://www.nkj.ru/archive/articles/21175/ 5. Википедия, статья Бозон Хиггса [Электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BD_%D0%A5%D0%B8%D0%B3%D0%B3%D1%81%D0%B0 6. Философский словарь онлайн, [Электронный ресурс] http://gufo.me/fil_a 7. Мизнер Ч., К.Торн, Дж.Уилер - Гравитация, Т.1-3. М., Мир, 1977, 510 стр. |