 |
Горячая» Вселенная. Солнечная система
|
|
|
|
Основоположник теории «горячей» Вселенной – американский физик Георгий Антонович Гамов. В 1946 г. он заложил основы этой теории и в дальнейшем занимался ее изучением.
Гамов на протяжении почти десяти лет консультировался с различными учеными и занимался разработкой формулы и схемы.
В результате кропотливого труда появилась А – Б – Г-теория по именам ее создателей: Алфер, Бете, Гамов.
Теория «горячей» Вселенной дала необходимые соотношения таких веществ, как водород и гелий в современной Вселенной. Тяжелые элементы рождались, возможно, при взрывах сверхновых звезд. Также Гамов в своей заметке, опубликованной в 1953 г., предсказал фоновое излучение.
Вопросом происхождения нашей Солнечной системы занимается космогония.
Одну из главных теорий происхождения Солнечной системы выдвинул Кант. Он утверждал, что Солнечная система образовалась из хаоса. Также он говорил, что все мировое пространство заполнено некоей инертной материей, которая является неупорядоченной, но «стремится преобразоваться в более организованную путем естественного развития».
Также Кант считал, что Млечный Путь для звезд – это то же самое, что и Зодиак для Солнечной системы. В результате проведенных исследований и многочисленных наблюдений Кант представил свою структуру Вселенной: Вселенная – это не что иное, как иерархия самогравитирующих систем. Все системы, считал он, должны иметь сходную структуру.
Теория Лапласа. Лаплас на основе идей Канта создал свою теорию, которая получила наименование небулярной гипотезы Канта-Лапласа. Небулярная гипотеза Канта не была известна по одной банальной причине: издатель, который напечатал данный труд Канта, обанкротился, а его книжный склад в Кенигсберге был опечатан. Небулярная теория Канта-Лапласа долгое время оставалась первой ротационной гипотезой о возникновении солнечной системы.
|
|
|
Данная теория имела и свои недостатки:
1) она не объясняла больших размеров орбит внешних планет-гигантов и медленности вращения Солнца;
2) она не отвечала на вопрос, почему «момент количества планет почти в двадцать девять раз больше момента количества Солнца, если солнечная система изолирована».
Существовали также катастрофические гипотезы происхождения Солнечной системы. Например, Джинс предположил, что когда-то мимо нашего Солнца прошла неподалеку какая-то другая звезда, и вследствие этого на Солнце появились «приливные выступы», которые трансформировались в газообразные струи, из которых позже и возникли планеты.
Академик Василий Григорьевич Фесенков считал, что планеты образовались в результате процессов, которые происходили «внутри» Солнца. В результате ядерных реакций происходили выбросы масс из Солнца, из которых позже и сформировались планеты.
Галактики. Многообразие галактик
В XVIII в. В. Гершель, известный английский астроном и оптик, открывший планету Уран, исследовавший двойные звезды и структуру Млечного Пути, построивший несколько крупнейших для своего времени телескопов, открыл несколько тысяч туманных пятен (которые получили название туманности). В. Гершель заносил открытые им туманности в каталоги. В процессе исследования и наблюдения за этими туманностями было установлено, что многие из них имеют спиральную структуру.
В науке астрономии все галактики делят на три большие группы. В основе данной классификации лежит внешний вид галактик.
Три группы (класса) галактик:
1) спиральные галактики;
2) неправильные галактики;
3) эллиптические галактики.
Рассмотрим эти виды галактик.
Спиралевидные галактики. Их ветви состоят из горячих звезд, сверхгигантов; они излучают радиоволны. Примерно десять процентов от массы всей такой галактики составляет масса нейтрального водорода. Главное отличие спиральных галактик заключается в том, что они вращаются с бешеной скоростью.
|
|
|
Неправильные галактики. Что же их отличает? Для начала окунемся в историю. В XVI в. Фердинанд Магеллан совершал свои знаменитые кругосветные путешествия, которые помогли «уничтожить» множество «белых пятен» на географической карте нашей планеты. Путешественники в южном полушарии неба заметили и в течение продолжительного отрезка времени наблюдали за двумя небольшими звездными облаками. Позже эти облака стали называться в честь самого знаменитого путешественника: Большим и Малым Магеллановыми Облаками. На самом деле это никакие не облака, а самые настоящие галактики, которые относятся к группе неправильных.
Эти галактики отличаются тем, что:
1) они имеют бесформенный вид;
2) их звездный состав такой же, как и у ветвей спиральных галактик, за одним исключением: у неправильных нет ядра;
3) неправильные галактики встречаются очень редко. Эллиптические галактики. Данные галактики встречаются гораздо чаще, чем спиральные и неправильные галактики. Назовем отличительные черты эллиптических галактик:
1) их можно принять за шаровые скопления звезд, если не учесть, что галактика больше их по размерам;
2) вращаются они очень медленно, и, следовательно, они слабо сплюснуты. Это главное их отличие от спиральных галактик (которые вращаются очень быстро и вследствие этого, сильно похожи на веретено);
3) эллиптические галактики не содержат в себе ни звезд-гигантов, ни туманностей.
Трупы» звезд: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры
Белые карлики
Звезды, как и многое в нашей Вселенной, не вечны, продолжительность их жизни составляет десятки миллионов лет, тем не менее это несравнимо с годами существования Вселенной.
В конце своей жизни звезда становится белым карликом. «Смерть» небесного тела наступает после того, как оно исчерпало весь запас своих источников термоядерной энергии. Причем белыми карликами становятся не все звезды, а лишь звезды средней и малой массы.
|
|
|
Белые карлики не светятся сами по себе, так как у них внутри нет никаких ядерных процессов. Но все-таки «трупы» звезд светятся. Почему? Свечение белых карликов объясняется очень просто: свечение происходит за счет медленного остывания. Ученый, индийский физик Раман Чандрасекара высчитал массу белого карлика, которую он не может превышать. Согласно Чандрасекаре, масса данного небесного тела равна примерно 1,4 массы Солнца.
Нейтронные звезды
Нейтронная звезда – это, можно сказать, тоже «труп» звезды, но звезды гораздо больших размеров, которая обладает массой, превышающей десять масс нашего Солнца. Радиус нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, а ее радиус равен примерно 10 – 20 км. В очень редких случаях масса нейтронной звезды может превышать массу Солнца, но не более чем в три раза (это так называемый «предел Оппенгеймера – Волкова». Что произойдетс такой «небольшой» звездочкой, мы узнаем ниже.
В 1930-х гг. Вальтер Бааде и Фриц Цвики выдвинули теорию, согласно которой в результате взрыва сверхновой звезды (сверхновыми звездами называют звезды, которые «неожиданно вспыхивают и угасают подобно новым звездам. Однако в максимуме светимости они бывают в тысячи раз ярче, чем новые звезды») образуется сверхплотная нейтронная звезда. Данная теория была подтверждена почти тридцать лет спустя, когда в Крабовидной туманности был открыт пульсар, т. е. нейтронная звезда, которая вращается с невероятно большой скоростью.
Черные дыры
Понятие «черная дыра» было введено в 1968 г. американским физиком Джоном Уиллером. Этим понятием он обозначил нейтронные звезды, которые в результате действия силы гравитации сжались до такой степени, что свет уже просто не может преодолеть их притяжение. Выше говорилось о том, что масса нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, но иногда ее масса может быть больше массы Солнца в три и более раза. Так вот, черными дырами и становятся такие вот «исключительные» нейтронные звезды.
|
|
|
Гравитационный радиус – это радиус, до которого нейтронная звезда должна сжаться, чтобы стать черной дырой. Если звезда была очень большой, то этот радиус равняется всего нескольким десяткам километров.
Теория Чарльза Дарвина
Великий англичанин Чарльз Дарвин известен своей теорией естественного отбора. Данную теорию приняли ученые-естествоиспытатели.
До Чарльза Дарвина свою теорию эволюции создал Ж. Б. Ламарк. Ламарк разработал свою теорию в XIX в.; он первый подметил, что живые организмы в процессе исторического развития усложняются.
Наука не стояла на месте. В 1831 г. Т. Шванн разработал клеточную теорию, в которой доказал принципиальное единство живого мира. Теперь мы можем сказать, что Чарльз Дарвин, когда приступил к разработке своей теории, имел достаточную научную базу. В своей книге, которая была раскуплена в первый же день продажи (тогда она уступала по «популярности» только Библии), Ч. Дарвин говорит, что материалом для естественного отбора является особь.
Он обратил внимание на то, что любой вид размножается в геометрической прогрессии: одна особь сельди выметывает в среднем до 40 тыс. икринок, осетр – до 2 млн икринок, лягушка – до 10 тыс. икринок, одно растение мака дает до 30 тыс. семян. Так почему же число взрослых особей остается относительно постоянным?
Чарльз Дарвин объяснил это простой конкурентной борьбой между взрослыми особями, а также недостатком корма (вследствие чего и возникает такая конкуренция), нападением хищников, влиянием неблагоприятных природных условий.
Дарвин назвал три вида борьбы:
1) внутривидовая борьба;
2) межвидовая борьба;
3) борьба с неживой природой.
Внутривидовая борьба. Такую борьбу Дарвин считал наиболее напряженной. Здесь идет борьба между особями одного вида, которые живут в одинаковых условиях, имеют равные пищевые потребности. Поэтому естественно, что здесь выживают наиболее сильные, наиболее приспособленные особи.
Межвидовая борьба. Это борьба с другими видами живых организмов, в том числе с хищниками и паразитами. В результате такой борьбы наиболее слабые виды живых организмов умирают.
Борьба с неживой природой. Это борьба «на выживание». Природа бывает не всегда благосклонна к животным и время от времени случаются засухи (а следовательно, – голод), наводнения, сильные морозы и т. п.
Из теории Чарльза Дарвина можно сделать следующие выводы:
1) природа и животные организмы постоянно меняются;
2) между видами живых организмов постоянно идет ожесточенная борьба за существование.
Однако, несмотря на то что Чарльз Дарвин основал свою теорию естественного отбора на обширном эмпирическом опыте, собранном как предшественниками Дарвина, так и им самим, она представляется малоубедительной. А некоторые факты эволюции в рамки теории естественного отбора вообще не укладываются.
|
|
|
Происхождение человека
На протяжении многих веков бытовало мнение, что человек произошел от богов. Шло время, и у ученых стали появляться первые эмпирические данные о происхождении человека. Началось все с того, что в 1856 г. во Франции были найдены останки древнего человека, который получил «имя» дриопитека.
В 1924 г. в Южной Африке были обнаружены останки австралопитека. На сегодняшний день ученые считают, что австралопитек – «ближайший родственник» человека. Австралопитек был прямоходящим млекопитающим, возраст найденных костей, как выяснили специалисты, составляет примерно от 5 до 2,5 млн лет.
Австралопитеки весили от 20 до 50 кг, рост их составлял примерно от 120 до 150 см.
Одними из главных сходств с человеком являлись: похожее строение зубной системы; передвижение на двух ногах.
На сегодня известно, что мозг австралопитеков весил примерно 550 г.
Голландский исследователь Эжен Дюбуа на острове Ява обнаружил останки человека прямоходящего. Этот человек прямоходящий был назван питекантропом. Питекантроп был довольно развитым человеком. Существовал он примерно от 500 тыс. до 2 млн лет назад. Питекантроп знал земледелие, употреблял растительную пищу. Вместе с этим он был охотником, умел пользоваться огнем.
В Африке в 1960-1970-е гг. были обнаружены останки древнейших людей, которые пользовались простейшими орудиями труда из гальки. Этих людей назвали Homo habilis, т. е. «человек умелый». Просуществовал человек умелый всего лишь около 500 тыс. лет. Затем он эволюционировал и приобрел большое сходство с питекантропами.
Если можно так сказать, то детьми питекантропов были неандертальцы. Их останки были обнаружены сначала в Германии, в долине реки Неандр, а затем и по всей Европе, Азии и Африке.
Неандертальцы были предками кроманьонцев. Они были разделены на две группы.
Первая группа неандертальцев при небольшом росте (чуть больше 150 см) имела очень мощно развитую мускулатуру, у них был скошенный лоб; масса их мозга достигала уже 1500 г. Также ученые считают, что у этих предков современного человека появились зачатки членораздельной речи.
Вторая группа неандертальцев очень сильно отличалась от первой. Представители этой группы физически были менее развиты, так как они поняли, что группой охотиться безопаснее, группой же легче отбиваться от врагов. Поэтому у них значительно увеличился размер лобных долей головного мозга.
Скорее всего, именно вторая группа породила Homo Sapiens. Достоверно известно, что эти два вида млекопитающих существовали одновременно на протяжении нескольких тысячелетий. Но затем современные люди окончательно вытеснили неандертальцев.
Во Франции были обнаружены останки кроманьонца.
Кроманьонцы владели членораздельной речью; они были высокого роста (примерно до 180 см), а объем их черепной коробки равнялся в среднем 1600 см3.
Эволюция природы
История нашей Земли делится на три больших периода:
1) палеозойская эра;
2) мезозойская эра;
3) неозойская эра.
Палеозойская эра началась 600 млн лет назад, до нее была архейская эра. В период архейской эры еще не было жизни на Земле.
Палеозойская эра разделяется на: ранний палеозой и поздний палеозой.
В период раннего палеозоя входят следующие периоды: кембрийский, силурийский, девонский.
Поздний же палеозой включает каменноугольный и пермский периоды.
Именно в эру палеозоя на Земле появляются первые ростки жизни. В воде появляются водоросли, сначала небольшие.
После того как в воде появились водоросли, появляются и первые живые организмы – моллюски, которые питаются этими водорослями.
Также в палеозойскую эру в геометрической прогрессии растет число моллюсков; появляются рыбы, которые могут дышать и жабрами, и легкими.
Следующая эра – мезозойская. Это время настоящего расцвета животного царства на Земле. Тогда планету населяли множество видов рептилий. Они жили как в морях и океанах, так и на суше и в воздухе. Не только рептилии жили на планете, но и очень крупные насекомые, которые появились в конце палеозоя. Также в мезозойскую эру появляются и первые птицы. Предками птиц считаются такие рептилии, как птеродактили и археоптериксы.
Птеродактили были рептилиями с невероятно сильными и развитыми мышцами пальцев лап. И между ними появились перепонки, благодаря которым птеродактиль и научился летать.
У археоптерикса были крупные губы и зубы, а морда похожа на птеродактиля. Палеонтологи находят лишь скелеты птеродактилей, археоптерикса и древнихптиц, но не найдено ни одного промежуточного звена между ними.
Далее наступает неозойская эра. Животный мир неозойской эры очень похож на мир современных животных (например, в районах Африки, которые не затронуты ледником).
Человек, как считают ученые, появился в конце ледникового периода. Именно в это время появились все млекопитающие. Млекопитающие выделились как самостоятельный класс из класса пресмыкающихся.
Отличия млекопитающих от пресмыкающихся:
1) волосяной покров;
2) четырехкамерное сердце;
3) разделение артериального и венозного кровотока;
4) внутриутробное развитие потомства и вскармливание детенышей молоком;
5) развитие коры головного мозга, что обеспечило преобладание условных рефлексов над безусловными.
Механизм наследственности
Вся информация о «плане организма» содержится всего лишь в одной клетке, а точнее – в части клетки, которая именуется ядром клетки. Данное ядро состоит из набора частиц. Эти частицы по своей форме напоминают палочку или нить, а называются они хромосомы.
Количество хромосом различно: 8, 12, а у человека их 48. Правильнее будет говорить о том, что в клетке содержится 24 пары хромосом. И именно они несут в себе весь шифровальный код организма.
Если присмотреться, то мы увидим схожесть хромосом. Это объясняется тем, что часть хромосом приходит от матери, т. е. от яйцеклетки, а вторая часть – от отца, т. е. от оплодотворяющего сперматозоида.
Ученые провели исследование, в ходе которого было достоверно установлено, что основной «код наследственности» содержится в нити ДНК. Нить ДНК и составляют хромосомы, по виду она напоминает сетку. В этом «коде наследственности» есть и свои единицы. Такой единицей для микроорганизма являются три нуклеоти-да. Они построены довольно просто – по длине молекулы ДНК. Хромосомы высших организмов построены гораздо сложнее, но существует предположение, что процесс считывания информации (хотя это достоверно не было установлено) в общих чертах похож на тот, который наблюдается у микроорганизмов.
Рост организма происходит путем митоза.
Митоз – это последовательное клеточное деление. Яйцеклетка делится на две «дочерние» клетки, которые затем делятся на 4, 8, 16, 32, 64 и т. д. При этом следует отметить, что частота деления клеток во всем организме не одинакова, вследствие чего нарушается число делений клеток.
При митозе хромосомы удваиваются. Смысл митоза заключается в том, что дочерние клетки получают точные копии набора хромосом яйцеклетки. Отсюда следует вывод, что все клетки тела подобны друг другу.
Мейоз. После того как особь начала развиваться, часть клеток резервируется. Зарезервированная часть клеток не участвует больше ни в каких процессах. Она активируется только лишь тогда, когда особь достигает зрелости, и участвует в размножении особи. Из этой зарезервированной части клеток очень скоро, но до того, как особь начнет размножаться, начинают формироваться клетки – гаметы. Мужские гаметы называются спермии, а женские – яйцеклетки.
Между тем клетки могут различаться по числу хромосомных наборов:
1) клетки, имеющие только один хромосомный набор, именуются гаплоидными (это те же самые гаметы);
2) обычные клетки именуются диплоидными;
3) в жизни встречаются индивидуумы с тремя, четырьмя и более хромосомными наборами: триплоиды, тетраплоиды, полиплоиды.
Квантовая механика
К вантовая механика – это теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и их системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.
Квантовая механика помогла человечеству описать и осознать такие явления, как:
1) ферромагнетизм твердых тел;
2) сверхтекучесть твердых тел;
3) сверхпроводимость твердых тел;
4) была объяснена природа и происхождение нейтронных звезд, белых карликов и других астрофизических объектов.
На этом значение квантовой механики не заканчивается.
В теории квантовая механика делится на два вида:
1) нерелятивистскую квантовую механику;
2) релятивистскую квантовую механику.
Различие релятивистской и нерелятивистской квантовой механики. Естественно, что если существует два направления квантовой механики, то значит, они должны противоречить друг другу. Через это противоречие можно просмотреть значение как нерелятивистской, так и релятивистской квантовой механики.
Вот эти характеристики, различающие оба направления:
1) нерелятивистская квантовая механика более «строгая», это законченная фундаментальная физическая теория, главной особенностью которой является ее непротиворечивость. Релятивистская квантовая механика является более «мягкой», она допускает наличие противоречий в теории;
2) в нерелятивистской теории принято считать, что информация, помогающая взаимодействию, передается мгновенно. Релятивистская же квантовая механика утверждает, что взаимодействие распространяется со строго определенной скоростью. Следовательно, должно существовать что-то, что будет способствовать такой передаче. И этим «помощником» является физическое поле. Одним из основоположников квантовой механики можно назвать Планка. Он первым выступил против существовавшей в то время теории теплового излучения. В основе теории теплового излучения лежала статистическая физика и классическая электродинамика. Эти две отрасли науки не дополняли друг друга, а наоборот, приводили к противоречию всю теорию теплового излучения.
Суть его точки зрения заключается в том, что свет излучается не непрерывно, а порциями. А точнее – дискретными порциями энергии, т. е. квантами.
В квантовой механике выделяют так называемые дискретные состояния. Смысл данного состояния в том, что тело большого масштаба непрерывно изменяет свою скорость. Причем изменение этой скорости может происходить как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения. Для изменения скорости имеют большое значение разнообразные физические явления. Именно эти явления способствуют увеличению скорости или же, наоборот, ее уменьшению.
|
|
|
