 |
4.4. Эволюция Вселенной и ее составляющих
|
|
|
|
4. 4. Эволюция Вселенной и ее составляющих
Согласно современным научным представлениям все космические объекты и мегамир в целом претерпевают эволюцию. Одна из наиболее достоверных концепций эволюции Вселенной разработана в трудах А. Фридмана, А. Эйнштейна, Э. Хаббла, Ж. Леметра, Г. А. Гамова и других исследователей. Согласно ей Метагалактика находится в
процессе расширения, разбегания галактик от какого-то первичного центра, в котором и
зародилась наша Вселенная. Предполагается, что современная Вселенная произошла из
материи, находящейся в особом, чрезвычайно раскаленном, сверхплотном состоянии.
Примерно 15–20 млрд лет назад этот сгусток материи в силу еще неизвестных причин как
бы взорвался и стал быстро расширяться с резким падением температуры. Изучают звездную эволюцию на основе сопоставления физических характеристик
множества звезд, находящихся на разных стадиях эволюции. Основные этапы звездной
эволюции – образование протозвезды (звездного зародыша) в результате гравитационной
конденсации межзвездных газа и пыли, возникновение в центре сжимающейся звезды
термоядерного источника энергии, превращении звезды в гиганта, а затем в постзвезду
(звезду на заключительной стадии своего существования) – белого карлика (при медленном сжатии массы). При этом звезда продолжает светить уже не за счет ядерных реакций,
а в результате освобождающейся в процессе сжатия гравитационной энергии. Диаметр белого карлика равен диаметру нашей Земли, температура достигает около миллиарда градусов, а плотность в сотни тысяч раз больше земной плотности. В течение одного миллиарда лет белый карлик медленно остывает, превращаясь в ничего не излучающий черный
|
|
|
карлик. Такой характер эволюции на заключительном этапе существования звезды возможен для звезд солнечной массы. Эволюция массивных звезд (с массой выше двух солнечных масс) может заканчиваться гравитационным коллапсом – катастрофически быстрым
сжатием с образованием нейтронных звезд или черных дыр.
Таким образом, согласно современным представлениям звезды светят благодаря
идущим внутри их ядерным реакциям, а ход их эволюции существенно зависит от начальной массы звезды: эволюция массивной звезды отличается от эволюции звезды меньшей
массы. Общим является то, что все звезды начинают свое существование в облаках газа. В
зависимости от массы звезды в конце эволюции становятся либо белыми каликами, либо
нейтронными звездами, либо черными дырами.
5. Развитие представлений о движении, пространстве, времени,
материи и их соотношении при переходе от механики Галилея-Ньютона к релятивистской картине мира.
С древних времен категории пространство, время, движение, материя были объектами, изучаемыми естествоиспытателями и философами.
В соответствии с атомистическими взглядами древних натуралистов естествоиспытатели вплоть до двадцатого века отождествляли пространство с пустотой, считали его абсолютным, всегда и повсюду одинаковым и неподвижным, а время – протекающим равномерно.
Классическая физика рассматривала пространство и время как универсальную арену динамики физических объектов.
Галилей, Кеплер, Декарт заложили основы для создания классической механики и
так называемой механической (механистической) картины мира, основоположником которой считают Исаака Ньютона.
Галилей сформулировал 4 аксиомы движения. Галилей доказал, что траектория падающего тела отклоняется от вертикальной траектории из-за сопротивления воздуха, и в безвоздушном пространстве тело упадет точно
|
|
|
под той точкой, из которой началось падение.
Исаак Ньютон унаследовал все методы и знания предыдущего поколения и создал
теорию, которая на два столетия определила развитие науки. В своем основном труде
«Математические начала натуральной философии» (1687) Ньютон обобщил в качестве
двух законов открытия Галилея, добавив к ним третий закон и закон всемирного тяготения. Ареной движения физических объектов у Ньютона являются абсолютное пространство и время. Законы движения классической механики справедливы в инерциальных системах отсчета, которые определяются как системы, движущиеся инерциально по
отношению к абсолютному пространству и времени.
Открытый Ньютоном закон всемирного тяготения – один из универсальных законов природы. Закон всемирного тяготения формулируется так: каждые две материальные частицы притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Таким образом, согласно представлениям классической механики Вселенная бесконечна, стационарна и вечна. Движения тел в ней описываются законами Ньютона. Ньютоновская механика предполагала существование абсолютной системы отсчета и абсолютного движения. Пространство и время Ньютон рассматривал обособленно от движущейся материи. То есть пространство и время независимы от движущихся в них тел. Революция в физике началась открытием Ремера – выяснилось, что скорость света
конечна и равна примерно 300000 км/с. В 1728 году Брэдри открыл явление звездной
аберрации (изменение видимого положения светила на небесной сфере, вызванное конечным значением скорости света и движением наблюдателя вместе с Землей при ее обращении вокруг Солнца). На основе этих открытий было установлено, что скорость света не
зависит от движения источника и/или приемника. О. Френель показал, что эфир может частично увлекаться движущимися телами,
однако опыт А. Майкельсона (1881 г. ) полностью это опроверг. Согласно современным представлениям всякую физическую величину, плавно изменяющуюся в пространстве и однозначно определенную во всех его точках, можно рассматривать как поле.
|
|
|
Электрические (или гравитационные) поля характеризуются вектором напряженности поля, равным по величине силе, действующей на пробный заряд (или массу пробного тела). Для гравитационного поля – это вектор ускорения, для электрического – вектор
напряженности. Потенциальная энергия, приходящаяся на единицу массы (или заряда)
определяет потенциал поля гравитации (или электрический). Электромагнитное поле обладает энергией и импульсом, которые обнаружены в эксперименте.
Таким образом, после создания теории электромагнитного поля дальнейшее развитие физики пошло по пути ревизии фундаментальных концепций классической физики, в
частности отказа от абсолютного движения, от концепции абсолютного пространства и
времени. Стала развиваться идея неотделимости материи, движения, пространства и времени друг от друга, которую признает диалектический материализм, считающий движение сущностью времени и пространства. Вклад в развитие пространственно-временных представлений применительно к
микромиру внесла квантовая физика. макромир – это объект классической механики, мегамир – релятивистской механики, микромир – квантовой механики. Вместе с тем в последнее время
наука приходит к представлению о диалектической взаимосвязи элементов различных
уровней целостного мира.
|
|
|
