Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Реферат на тему: Происхождение и эволюция Вселенной

Содержание:

Введение

Многие религии, такие как иудейская, христианская и исламская, считали, что Вселенная была создана Богом совсем недавно. Например, епископ Ашер рассчитал дату сотворения Вселенной в четыре тысячи четыреста лет, добавив возраст людей в Ветхом Завете. На самом деле, дата создания Библии не так уж далека от даты окончания последнего ледникового периода, когда появился первый современный человек.

С другой стороны, некоторые люди, например, греческий философ Аристотель, Декарт, Ньютон, Галилей, предпочли верить, что Вселенная существовала и должна была существовать всегда, то есть вечно и бесконечно. Вселенная не менялась с течением времени. Время абсолютно равномерное и синхронизированное. В любой точке вселенной это то же самое. Либо он создавался в нынешнем виде, либо существовал всегда, как сегодня. В то время это было естественным убеждением, поскольку человеческая жизнь - это, по сути, очень короткий отрезок истории, который Вселенная существенно не изменилась по сравнению с возрастом самой Вселенной.

В статической, неизменной Вселенной вопрос о том, всегда ли Вселенная существовала или была создана в прошлом, действительно является материальным для метафизики или религии: каждая теория может принимать во внимание такую вселенную.

В 1781 году философ Иммануил Кант написал необычный и очень малоизвестный труд Критика чистого разума. В нем он привел столь же правильные аргументы, что у Вселенной было начало, а что нет.

Таким образом, ученые столкнулись с проблемой выбора между верой в Бога и материальной верой. Они еще не знали коренных причин происхождения Вселенной, поскольку в то время у них не было достаточной научной базы. Вера в Бога была предпочтительнее. Исторически христианство было старше науки, и, естественно, мало кто относился к науке всерьез, но со временем оно набирало силу, и все больше и больше людей обращали свои головы в его сторону.

Гипотетические концепции Вселенной

Вселенная обычно определяется как совокупность всего, что существует физически. Это набор пространства и времени, всех форм материи, физических законов и констант, которые ими управляют. Однако термин Вселенная можно трактовать по-разному, как пространство, мир или природу. С тех пор как ученые начали изучать Вселенную, они не переставали размышлять над ее загадками, над загадками ее происхождения. Отправляя телескопы в космос, они пытаются разгадать эту загадку. Они обнаружили, что почти все галактики удаляются от нас, а Вселенная расширяется. Если это так, значит, Вселенная была намного меньше, чем сейчас.

Происхождение Вселенной объясняется в Младшей Эдде, собрании скандинавских мифов, обработанных около 1220 года исландским магнатом Снорри Стурлусоном. Сначала, как говорится в Эдде, вообще ничего не было: Земли еще не было, и твердь, пропасть зияла, трава не росла. К северу и югу от ничего лежали области холода и огня - Нифльхейм и Муспельхейм.

Еще в 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге О небе привел два убедительных аргумента в пользу того, что Земля - это не плоская пластина, а круглый шар. Во-первых, Аристотель предположил, что лунные затмения происходят, когда Земля находится между Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает круглую тень на Луну, и это может быть только в том случае, если Земля имеет форму шара. Если бы Земля была плоским диском, ее тень имела бы форму вытянутого эллипса, если только затмение не всегда происходит точно в тот момент, когда Солнце находится точно на оси диска.

Во-вторых, по опыту своих путешествий греки знали, что в южных регионах Полярная звезда расположена ниже в небе, чем в северных. Зная разницу в видимом положении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель даже смог вычислить, что длина экватора составляет 400 000 стадиев. Точно не известно, что такое ступени, но она близка к 200 метрам, и, следовательно, оценка Аристотеля примерно в 2 раза выше принятого сейчас значения. Аристотель считал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты и звезды вращаются вокруг нее по круговым орбитам. Он так считал, потому что в соответствии со своими мистическими воззрениями считал Землю центром Вселенной, а круговое движение - наиболее совершенным.

Птолемей развил идею Аристотеля до полной космологической модели во втором веке. Земля находится в центре, окруженная восемью сферами, на которых расположены Луна, Солнце и пять известных тогда планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Сами планеты, как полагал Птолемей, движутся по меньшим кругам, прикрепленным к соответствующим сферам. Это объяснило очень сложный путь, по которому идут планеты. На самой последней сфере закреплены звезды, которые, оставаясь в одном положении относительно друг друга, движутся по небу все вместе как единое целое. То, что скрывается за последней сферой, не было объяснено, но в любом случае это больше не было частью Вселенной, которую наблюдает человечество.

Модель Птолемея позволяла хорошо предсказывать положение небесных тел на небосводе, но для точного предсказания ему пришлось принять, что траектория Луны в одних местах приближается к Земле в 2 раза ближе, чем в других. Это означает, что в одном положении луна должна казаться в 2 раза больше, чем в другом. Птолемей знал об этом недостатке, но тем не менее его теория была принята, хотя и не везде. Христианская церковь приняла модель Вселенной Птолемея как несовместимую с Библией, так как эта модель была очень хороша тем, что оставляла много места для ада и рая за пределами сферы неподвижных звезд.

Однако в 1514 году польский священник Николай Коперник предложил еще более простую модель. Его идея заключалась в том, что Солнце неподвижно стоит в центре, а Земля и другие планеты вращаются вокруг него по круговым орбитам. Прошло почти столетие, прежде чем идея Коперника была воспринята всерьез.

Два астронома - немец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей - публично поддержали теорию Коперника, хотя орбиты, предсказанные Коперником, не совсем совпадали с наблюдаемыми. Теория Аристотеля, Птолемея подошла к концу в 1609 году, когда Галилей начал наблюдать ночную тень, согласно которой каждое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу с большей силой, чем больше масса этих тел и меньше расстояние между ними. Это та самая сила, которая заставляет тела падать на землю. Далее Ньютон показал, что, согласно его закону, Луна под действием гравитационных сил движется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля и планеты вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Модель Коперника помогла избавиться от небесных сфер Птолемея, а заодно и от идеи, что Вселенная имеет некие естественные границы. Поскольку неподвижные звезды не меняют своего положения на небе, за исключением их кругового движения, связанного с вращением Земли вокруг своей оси, было естественным предположить, что неподвижные звезды - это объекты, похожие на наше Солнце, только гораздо более далекие.

В 1691 году в письме Ричарду Бентли, другому выдающемуся мыслителю того времени, Ньютон сказал, что это действительно должно было произойти, если бы у нас было только конечное число звезд в конечной области пространства. Но, рассуждал Ньютон, если количество звезд бесконечно и они более или менее равномерно распределены в бесконечном пространстве, этого никогда не произойдет, поскольку нет центральной точки, куда они должны были бы упасть.

Еще одно возражение против модели бесконечной статической Вселенной обычно приписывается немецкому философу Генриху Ольберсу, опубликовавшему статью по этой модели в 1823 году. Возражение состоит в следующем: в бесконечной статической Вселенной любой луч зрения должен упираться в звезду.. Но тогда небо даже ночью должно светить ярко, как солнце. Контраргумент Ольберса заключался в том, что свет, приходящий к нам от далеких звезд, должен ослабляться из-за поглощения материей на своем пути. Но в этом случае само это вещество должно нагреваться и ярко светиться, как звезды. Единственный способ избежать вывода о том, что ночное небо яркое, как Солнце, - это предположить, что звезды не всегда светили, а загорались в определенный момент времени в прошлом. Тогда поглощающее вещество, возможно, еще не успело нагреться, или свет далеких звезд еще не дошел до нас.

Другой довод был выдвинут блаженным Августином в книге Город Божий. Он указал, что цивилизация прогрессирует, и мы помним, кто совершил то или иное деяние и кто что придумал. Следовательно, человечество, а значит, и, вероятно, Вселенная вряд ли будут существовать очень долго. Блаженный Августин считал приемлемой датой создания Вселенной, соответствующей книге Бытия около 5000 г. до н.э. Интересно, что эта дата не так уж и далека от конца последнего ледникового периода - 10 000 лет до нашей эры. э., которую археологи считают началом цивилизации.

В 1929 году Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что независимо от того, какая часть неба наблюдалась, все далекие галактики стремительно удаляются от нас. Другими словами, Вселенная расширяется. Это означает, что раньше все объекты были ближе друг к другу, чем сейчас. Это означает, что, по-видимому, было время, около десяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда все они находились в одном месте, так что плотность Вселенной была бесконечно большой. Открытие Хаббла переместило вопрос о том, как возникла Вселенная, в сферу науки. Наблюдения Хаббла показали, что было время - так называемый большой взрыв, когда Вселенная была бесконечно маленькой и бесконечно плотной .

До Большого взрыва

На вопрос о том, что происходило до Большого взрыва, ученые пытались найти ответ последние несколько десятилетий, а также понять, как на самом деле появился мир, который мы считаем таким обычным. И все же, с чего все началось? На протяжении веков ученые и священнослужители пытались найти ответ на этот вопрос.

Но и ученые, и теологи согласились с тем, что Вселенная статична и неизменна. То есть ни тысячелетия назад, ни десятки тысяч лет спустя картина звездного неба не изменится.

Взгляды на мир кардинально изменились только в 1929 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил расширение Вселенной. Этот факт полностью противоречил представлениям о статичности Вселенной. Открытие расширяющейся Вселенной было одним из величайших интеллектуальных потрясений двадцатого века.

Поскольку Вселенная больше не была неизменной, она должна была каким-то образом возникнуть. Естественно, вскоре стали появляться теории о его появлении. Они были основаны на том факте, что если мы повернем время вспять, галактики начнут сокращаться, а температура Вселенной будет расти, пока она не превратится в сингулярность.

Физики начали разрабатывать математические основы процессов возникновения Вселенной с точки. Итак, в 1930 году Хаббл предложил теорию, которая позже была названа теорией Большого взрыва. Он был основан на том факте, что Вселенная возникла в результате взрыва из сингулярности. В результате расширения и охлаждения первичного горячего газа появились звезды и галактики.

Эта теория хорошо согласуется с астрономическими наблюдениями. Во-первых, галактики разлетелись, как и предсказывала теория. Во-вторых, в 1964 году было обнаружено реликтовое микроволновое излучение, которое должно было остаться после охлаждения первичного газа, пронизывающее всю Вселенную. И в-третьих, в результате Большого взрыва должно было образоваться огромное количество водорода, дейтерия, гелия и лития, которое мы можем наблюдать сегодня. Неудивительно, что теория Большого взрыва стала рассматриваться как классическая теория образования Вселенной.

Однако оставались некоторые моменты, которые теория Большого взрыва не могла объяснить.

Где именно возникла наша Вселенная?

Как именно из сингулярности могло появиться такое огромное количество материи и энергии?

Если бы после взрыва газ просто расширился и охладился, из чего образовались звезды и галактики, то Вселенная должна была бы быть однородной. Но на самом деле галактики образуют скопления - галактические скопления, которые, в свою очередь, являются частью еще более глобальных структур. Даже анализ реликтового излучения показал, что даже на той стадии, когда во Вселенной еще не было звезд и галактик, неоднородности первичного газа уже существовали.

И наконец, все законы физики, которые мы используем для описания окружающего нас мира, просто не работают, когда мы пытаемся описать поведение материи и энергии в первичной сингулярности. Следовательно, мы можем описать только то, что произошло после Большого взрыва, но не сам Большой взрыв или особенно то, что произошло до него.

Конечно, кто-то может возразить, что, поскольку пространство и время возникли в момент Большого взрыва, нет смысла говорить о периоде до Большого взрыва, потому что раньше просто ничего не было. Однако такое утверждение не совсем логично, потому что должно было быть что-то, что вызвало сам Большой взрыв.

Если мы признаем существование космического яйца как изначальной формы Вселенной и его взрыва в нулевой момент времени, мы неизбежно столкнемся с вопросом: откуда взялось космическое яйцо? К сожалению, мы не можем изучать космическое яйцо; мы не знаем, какие процессы могли происходить внутри него; мы не имеем ни малейшего представления о том, какие силы могли удерживать его в состоянии стабильности и какие они вызывали изменения, которые, постепенно увеличиваясь, в конечном итоге внезапно сделали его нестабильным.

Если мы спросим себя, в какой форме могло бы существовать вещество Вселенной, оставаясь стабильным в течение бесчисленных миллиардов лет, тогда, чтобы не напрягать слишком много воображения для объяснения этой стабильности, нам будет проще представить Вселенную как крайне разреженный газ. В этом случае Вселенная будет что - то вроде пустое пространство, что в настоящее время существует между галактиками, и это бесспорно стабильным.

Однако даже такой чрезвычайно разреженный газ будет испытывать влияние собственного очень слабого гравитационного поля. Постепенно, в течение многих миллиардов лет, газ будет концентрироваться, и Вселенная сожмется. По мере увеличения плотности вещества Вселенной, соответственно, увеличивается и гравитационное поле, и, в конце концов, через многие миллиарды лет сжатие Вселенной начнет ускоряться. Но сжатие, как уже указывал Гельмгольц, должно нагревать Вселенную и создавать все более и более высокие температуры в материи, которая сжимается в все меньшие и меньшие объемы. Повышение температуры все больше и больше препятствует сжатию, вызванному гравитацией, и это сжатие начинает замедляться. Однако инерция вещества заставляет его сжиматься даже после достижения температуры, уравновешивающей гравитацию. Наконец, Вселенная сжимается до предела, соответствующего космическому яйцу или чему-то в этом роде. В какой-то момент центробежный эффект температуры и излучения берет верх, вещество Вселенной выталкивается со все возрастающей скоростью, и этот процесс заканчивается Большим взрывом. Согласно этой точке зрения, Вселенная начинается с состояния практической пустоты, проходит фазу сжатия до максимальной плотности, а затем через фазу расширения снова возвращается в состояние пустоты.

Эта модель называется гиперболической вселенной. Его можно изобразить графически, используя его радиус кривизны. Луч света, бесконечно движущийся во Вселенной, геометрия которого Эйнштейн определил как риманову, будет описывать гигантский круг, радиус которого будет радиусом кривизны Вселенной. В сжимающейся Вселенной этот радиус будет уменьшаться, в расширяющейся - увеличиваться. В гиперболической Вселенной она сначала уменьшится до минимума, а затем снова увеличится.

Заключение

Подводя итоги нашей работы, можно сказать, что история окружающего нас мира, история Вселенной - это вопрос, волновавший человечество, начиная с самых ранних этапов познания. Каждая историческая эпоха имеет свой кругозор науки, свои ограниченные представления о природе вещей, явлениях, окружающих человека. Тысячи лет человек не мог взглянуть на свою планету. И изначально он создал примитивные космологические представления, такие как: Землю поддерживают три слона (или на черепахе, в зависимости от того, что он видел перед собой).

Благодаря усилиям Н. Коперника, И. Кеплера и И. Ньютона более 300 лет назад горизонт астрономии расширился за пределы орбиты планеты Сатурн. В. Гаршел подтолкнул его к краю Галактики, а совсем недавно Хаббл - к далекому межгалактическому пространству. В наши дни нельзя не испытывать чувство гордости за то, что человеческий разум смог раскрыть секреты далеких звезд и галактик, установить законы их строения и развития. Эволюция Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро- и макро-явлений, в том числе процессов дифференциации и усложнения в микро- и макроответвлениях эволюции. Вселенная - это материальный мир, рассматриваемый с точки зрения его астрономических аспектов. Существуют разные модели Вселенной: Вселенная Эйнштейна, Вселенная Фридмана, Вселенная Леметра, Вселенная Наана, Вселенная Зельманова, соответствующие разным представлениям о ней в целом.

Современная картина эволюционирующей Вселенной, не только расширяющейся, но и буквально взрывающейся, возможно, столь же мало похожа на картину статической Вселенной, которую нарисовала астрономия в начале 20-го века, как и современные представления о взаимном превращении атомов и элементарных частицы на неделимые атомы классической физики.

Список литературы

Вайенберг С. Первые три минуты. - М.: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2011.
Грушевицкая Т.Г. Концепции современного естествознания / Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. - М.: Высшая школа, 1993.
Дэвис П. Случайная Вселенная. -М.: Мир, 1982.
Зельдович Я.Б. Строение и эволюция Вселенной / Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. - М.: Наука, 1976.
Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. - М.: Наука, 1985.