Представления о Вселенной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему:

«Представления о Вселенной»

Тула 2010 г.

Введение

Стремление понять мир, в котором мы живем, конечно, было всегда, с тех пор как люди начали мыслить. Перед каждым здравомыслящем человеком встают вопросы: что такое жизнь вообще, что такое жизнь человека и что такое именно его жизнедеятельность, особенно в соответствии с проблемами эволюционного развития? Чтобы ответить на эти вопросы необходимо разобраться не в условных, идеализированных математических и физических терминах, а в ряде реальных, полностью достоверных фундаментальных физических знаний об окружающем нас мире и только затем выбирать соответствующий аппарат логического описания этих знаний.

В данной работе излагаются современные представления о развивающейся Вселенной, о интересных процессах проходящих в ней и о ее особенностях. История эволюции представлений о Вселенной интересна и поучительна. Знакомство с Вселенной показывает, насколько разнообразен и нелинеен мир.

1. Вселенная, в которой мы живем

Прежде всего, мы знаем, что среда, которая окружает нас и в которую погружена наша Вселенная, структурирована.

Опираясь на весьма многочисленные расчетные и экспериментальные данные, среду, которая называют «физическим вакуумом», рассматриваем, как всеобъемлющая материальная среда (ВМС) бесконечной протяженности. В ВМС существует наша Вселенная, представляющая из себя, по данным целого ряда исследователей, дисперсное образование с плотностями: частиц 10³⁹ в см³, энергии 10³⁶ эрг/см³ и 10⁶⁴ флуктуаций в см³.

Причем все приведенные данные относятся к менее чем 1/10 части того, что мы называем видимой частью нашей Вселенной. Остальная часть, о которой мы практически ничего не знаем, так называемая, скрытая часть Вселенной, составляет по массе более 9/10. Даже если принять несколько другой подход, то Вселенная наша состоит из 4% атомов, 23% приходится на скрытую массу и 73% на, так называемую, темную энергию, то есть на то, о чем мы вообще практически ничего не знаем [1].

Многие галактики, по крайней мере, в пределах их спиральной структуры вращаются как твердые тела. Как бы в твердое тело вкраплены жемчуга звезд. Наша Галактика - Млечный путь, так же относится к спиральным галактикам, и одной из простых и наглядных типов ее структур самоорганизации, является вихрь порождающий.

В вихре есть некое порождающее начало, ибо в самом процессе рождения структуры заложена случайность. Структура инициируется случайностью. Или, иначе, через случайность формообразований рождается новое. Но эта первоначальная случайность свертывается, снимается затем посредством механизмов резонансного возбуждения, генетического аппарата, биологической и социальной памяти, передачи из поколения в поколение инвариантов культуры.

Возникающая структура, таким образом, первоначально вырастает из случайностей, из малых движений. Иными словами, структура строится на некоторой хаотической подложке. Макроскопическим проявлением этого хаоса являются диссипативные процессы, и распространяясь в пространстве они выедая все «лишнее», порождают структуры [2].

Исследования астрофизиков показано, что самые крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят «ячеистый» характер. В «стенках ячеек» много галактик, их скоплений, а внутри - пустота. Размеры ячеек около 300 млн. световых лет, толщина стенок 10 млн. световых лет. Большие скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные фрагменты ячеистой структуры называют сверхскоплениями. Сверхскопления часто имеют сильно вытянутую форму наподобие нитей или лапши [3].

В последние годы выяснилось, что скопления и сверхскопления образуют сложную пространственную структуру, похожую на гигантские соты. По данным астрономов скопления и большинство галактик сосредоточены вблизи границ ячеек поперечником 40-50 мпс. Центральная часть ячеек практически не содержит галактик. В последнее время появились работы, которые указывают на возможность существования областей еще большего размера - до миллиарда световых лет. Если это так, то структура распределения вещества в космосе носит особо сложный, так называемый фрактальный характер - она как бы состоит из множества вложенных друг в друга структур разного масштаба. И чем больший объем Вселенной мы рассматриваем, тем более крупные ячейки и условные «пустоты» обнаруживаем [4].

2. Механика вселенной

Стационарность для Вселенной невозможна - таков был вывод А. Фридмана. Но Вселенная не обязательно должна именно сжиматься под действием тяготения. Если вначале задать всем массам скорости удаления друг от друга, то она будет расширяться, а тяготение будет только тормозить разлет. Таким образом, будет ли разлет или сжатие - зависит от начальных условий, от физики процессов, которые определили начальные скорости масс. Так была теоретически открыта необходимость глобальной эволюции Вселенной.

Сравнение расстояний до галактик со скоростями их удаления позволило установить замечательную закономерность: чем дальше галактика, тем больше скорость ее удаления от нас. Оказалось, что существует простая зависимость между скоростью удаления галактики и расстоянием до нее: скорость прямо пропорциональна расстоянию. Коэффициент пропорциональности называют - постоянной Хаббла (по имени создателя).

Согласно современным данным галактики на расстоянии 1 млн. световых лет от нас удаляются со скоростями около 25 километров в секунду [5].

Факт расширения Вселенной означает то, что в прошлом она была совсем не похожа на то, что мы видим сегодня. Раз галактики удаляются друг от друга, то в прошлом они должны были практически соприкасаться, а еще раньше не было отдельных галактик. Поделив расстояние между галактиками на скорость их удаления, получаем время, прошедшее с начала расширения.

Все галактики начали разлетаться 10-20 миллиардов лет назад.

В расчетах принималось, что галактики движутся с постоянными скоростями. В действительности скорость расширения тормозится тяготением. Однако учет этого обстоятельства мало меняет числа.

Итак, в прошлом, 10-20 миллиардов лет назад, вблизи момента начала расширения плотность вещества во Вселенной была, гораздо больше сегодняшней. Отдельные галактики, отдельные звезды и т.д. не могли существовать как изолированные тела. Вся материя находилась в состоянии непрерывно распределенного вещества. Лишь позже, в ходе расширения, оно распалось на отдельные комки, что привело к образованию отдельных небесных тел.

В ходе расширения рано или поздно плотность упадет настолько, что силы тяготения и отталкивания сравняются. В этот момент мир по инерции будет расширяться без ускорения, с постоянной скоростью. Если эта скорость очень мала, то очень долго будет поддерживаться почти полное равенство сил тяготения и отталкивания и, следовательно, период почти полной остановки расширения, будет длительным. Затем плотность вещества все же постепенно упадет и силы тяготения станут меньше сил отталкивания. Теперь мир уже будет расширяться ускоренно под действием сил отталкивания. Подбирая параметры модели, можно сделать задержку расширения очень длительной.

Расширение Вселенной протекает с замедлением из-за тяготения, и для будущего есть две возможности. Если тяготение слабо тормозит расширение, то в будущем оно будет продолжаться неограниченно. Расстояние между скоплениями галактик неограниченно увеличивается. Силы тяготения во Вселенной зависят от средней плотности вещества. Чем больше средняя плотность, тем больше силы. Значит, при достаточно малой средней плотности масс расширение будет продолжаться вечно. Но возможно, что плотность вещества сегодня достаточно велика, а значит, велико замедление расширения. В результате расширение прекращается в будущем и сменяется сжатием.

Значит, во Вселенной при нынешней ее скорости расширения есть критическое значение плотности вещества.

Вычисления показывают, что это критическое значение - десять атомов водорода в среднем в одном кубическом метре (или равное количество другого вещества). Если истинное значение плотности во Вселенной больше этого, то расширение сменится в будущем сжатием, если меньше, то расширение вечно.

Сегодня, мысль о том, что вся Вселенная должна эволюционировать, кажется нам естественной. Мы теперь знаем, что неизменность звезд, других небесных тел и их систем только кажущаяся. Человек их наблюдает в течение сроков слишком коротких, чтобы заметить эволюцию, изменение. Но звезды рождаются, живут и умирают. Продолжительность их жизни часто составляет миллиарды лет.

Астрономы имеют серьезные основания подозревать, что в пространстве между галактиками может быть много трудно наблюдаемых форм материи - много скрытой массы (по представлениям большинства ученых, более 95% всей массы). Может быть, невидимые ореолы скрытой массы окружают даже отдельные галактики. Межгалактический газ является не единственным кандидатом в скрытые массы. Эти массы могут быть обусловлены и другими видами материи [3].

Основываясь на целом ряде исследований и практически достигнутых результатов, а так же выше приведенных сообщений можно предположить, что наш мир наиболее соответствует понятию пространству и вследствие действия законов сохранения, является отображением пространства - времени или, одним из частных случаев, отображения пространств - времен всеобъемлющей среды и, в частности, той части, которую принято сегодня называть скрытая часть материи. Надо не забывать, что наша видимая часть материи или «барионная вселенная» составляет < 4% от всей массы вселенной [4].

Когда мы обращаемся к огромным просторам Вселенной, то чем больший масштаб рассматриваем, тем больше охватываемая масса вещества и тем сильнее поле тяготения. В больших масштабах мы должны обращаться к теории Эйнштейна, должны учитывать искривление пространства.

Оказывается, его искривленность может быть подобна искривленности сферы. Оно может замыкаться само на себя, оставаясь безграничным, но конечным по объему (подобно тому, как сфера конечна по площади.

Что касается процессов взаимодействий в окружающем нас мире, то фундаментальным для них является асимметрия структурных построений ВМС. Асимметрия создаёт устойчивость поляризации (условия для взаимодействий систем) ВМС. Асимметрия глобальная предопределяет асимметричность иерархических систем. Асимметрию условно можно разделить на пассивную и активную. Пассивная асимметрия системы - отсутствие взаимодействия с ВМС на своём предельном структурном уровне, обеспечивающем устойчивость данного вещества. Или, иначе говоря, если иерархическая система структур не взаимодействует с ВМС на уровне, определяющем её характеристики, как данного вещества, фигуры, материала и т.д., такая система асимметрично пассивна. Любая «пассивная» структура взаимодействует с ВМС на более глубоких структурных уровнях ядерном, электронном и т.д., но остаётся пассивной на структурном уровне молекул, атомов, кристаллов и т.д. Активная асимметрия - система взаимодействует с ВМС, как «крайними» структурными уровнями, так и другими, более промежуточными.

Проявление единения вследствие действия законов сохранения - это и есть действие в направлении восстановления симметрии, равновесного состояния. Если противоположности скомпенсированы, мы наблюдаем полную симметрию, если нет то асимметрию. Строго говоря, полной симметрии в мире не наблюдается. Симметрия может реализовываться только на каких-то определённых структурных уровнях. Таким образом, межатомное и межмолекулярное взаимодействие имеют гравитационно-электрическую природу, и складывается из сил притяжения и сил отталкивания.

Все виды взаимодействий - гравитация, сильное, слабое, электромагнитное и т, д. являются проявлениями действия этого механизма.

В результате мы наблюдаем расщепление, разделение космического пространства на множество взаимосвязанных структур.

Рассматривая любой сколько-нибудь масштабный процесс с точки зрения вовлеченного в него объема ВМС и соответствующих вложенных в нем возможностей по взаимодействию, мы видим многовариантность действия гравитационных полей в одном м том же пространстве, как одно из основных свойств Природы. Этот принцип распространяется и в более гигантском пространстве, в котором заключена наша Галактика, и в пространстве нано- и субмикромира.

В соответствии с изложенными принципами, структуру нашей части вселенной можно представить, как ряд асимметричных n-матриц, вложенных в единый потенциал поляризации ВС. При этом надо подчеркнуть, что анизотропию надо понимать, как асимметрию поляризации пространства на меж структурных и на каждом определенном структурном уровнях

Асимметричные n-матрицы обозначаются как As, индекс в нижней части n-матрицы - структурный уровень:

вселенная галактика хаббл неоднородность

-Аs_д- Аs_л- As_н- Аs_я- As_a- As_м- As_в- As_п-As_з- As_г- Аs_мг-

где, д - дироны; л - лептоны и кварки; н - нуклоны; я - ядра атомов; а - атомы; м - молекулы и кристаллы; в-вещества; п - планеты; з - звёзды; г - галактики; мг - метагалактики[1].

Указанный прием позволяет представить вселенную в виде расслоенных областей с весьма неоднородным сосредоточением в них структур, которые в настоящее время наука относит к видимой части. Каждый из уровней расслоенного пространства характеризуется своим частотным диапазоном соотношений потенциалов между основным потенциалом среды и потенциалами отдельных структурных образований.

Заключение

В данной работе я изложил некоторые методы изучения и современного представления о Вселенной.

В любом возможном сценарии эволюции Вселенной ее будущее представляется захватывающе интересным и многообразным. Правда, во всех вариантах в отдаленном будущем Вселенная будет совсем не похожа на окружающую нас сегодня.

Необходимо понимать, что Вселенная эволюционирует непрерывно. Прошлое ее было весьма своеобразным и не похожим на настоящее. Будущее также будет весьма отличным от всего, что мы видим сегодня. Надо также четко понимать, что при этом в будущем нет ничего фатально неизбежного для разумной жизни в широком смысле этого слова.

В связи с изложенным в данной работе можно выделить следующие положения:

1. Мир бесконечно вариантен и асимметричен по своему структурному строению;

2. В основе нашего мироздания лежит гравитация;

3. На любом уровне структурного строения реализуются законы сохранения.

Список литературы

1. Мартынов О.В. «Православие и наука» - Тула: ООО РИФ «ИНФРА», 2003.

2. Князева Е.Н. Курдюмов С.П. «Законы эволюции и самоорганизации сложных систем» - М.: Наука. - 1994.

3. Новиков И.Д. «Черные дыры и Вселенная». Статьи. Наука и техника. [Электронный ресурс] - http://astronomus.ru. 2005-2007.

4. Курс лекций по «Методологии научного творчества».

5. Черепащук А.М., Чернин А.Д. «Вселенная, жизнь, черные дыры» Фрязино: Век-2, 2003.

Размещено на Allbest.ru