з природознавства

Тема: Сучасна наукапро походження Всесвіту.

Виконав студента

курсу

_______________________

Викладач:

_______________________

_______________________

ПЛАН А:

Вступ 3

Донауковий розгляд походження Всесвіту. 5

Теорії ХХ століття про походження Всесвіту. 8

Сучасна наука про походження Всесвіту. 12

Використана література: 18

На всьому протязі свого існування Людина вивчає навколишній світ. Будучи мислячою істотою, Людина як у віддаленому минулому, так і зараз, не могла і не може обмежуватися тим, що їй безпосередньо дано на рівні її повсякденної практичної діяльності, і завжди прагнула і прагнутиме вийти за її межі.

Характерно, що пізнання навколишнього світу людиною почалося з космогонічних роздумів. Саме тоді на зорі розумової діяльності і виникла думка про "початок всіх початків". Історія не знає жодного народу, який рано чи пізно в тій чи іншій формі не поставив це питання і не намагався б відповісти на нього. Відповіді, звісно, ​​були різними, залежно від рівня духовного розвитку цього народу. Розвиток людської думки, науково-технічний прогрес дозволили просунутися у вирішенні питання виникнення Всесвіту від міфологічного мислення до побудови наукових теорій.

Проблема "початку світу" - одна з тих небагатьох світоглядних проблем, що проходять через усю інтелектуальну історію людства. З'явившись одного разу на білий світ, ідея " початку світу " з тих пір завжди займала думки вчених і іноді у тому чи іншому образі знову і знову спливає поверхню. Так, здавалося б, назавжди похована за часів середньовіччя, вона несподівано з'явилася на горизонті наукової думки другої половини ХХ століття і почала серйозно обговорюватися на сторінках спеціальних журналів та на засіданнях проблемних симпозіумів.

За минуле століття наука про Всесвіт дісталася найвищих поверхів структурної організації матерії - галактик, їх скупчень і скупчень. Сучасна космологія активно взялася до проблеми походження (формування) цих космічних утворень.

Які ж уявляли собі утворення Всесвіту наші далекі предки? Як пояснює походження Всесвіту сучасна наука? Розгляду цих та інших пов'язаних із виникненням Всесвіту питань присвячується даний.

Із чого все пішло? Як все космічне стало таким, яким воно постає перед людством? Якими були ті вихідні умови, які започаткували Всесвіт, що спостерігається?

Відповідь ці питання змінювався з розвитком людської думки. У давніх народів походження Всесвіту наділялося міфологічною формою, сутність якої зводиться до одного - якесь божество створило весь світ, що оточує Людину. Відповідно до давньоіранської міфопоетичної космогонія Всесвіт є результатом діяльності двох рівносильних і взаємопов'язаних творячих почав - бога Добра - Ахурамазди і бога Зла - Ахрімана. Відповідно до одного з її текстів, проіснуванням, поділ якого призвів до утворення частин видимого Всесвіту, був існуючий Космос. Міфологічна форма походження Всесвіту властива всім існуючим релігій.

Багато видатних мислителів далеких від нас історичних епох намагалися пояснити походження, будову та існування Всесвіту. Заслуговують на особливу повагу їх спроби за відсутності сучасних технічних засобів через лише свій розум і найпростіші пристрої осмислити сутність Всесвіту. Якщо здійснити невеликий екскурс у минуле, то виявиться, що ідея Всесвіту, що еволюціонує, взятого на озброєння сучасною науковою думкою, вивигалася ще древнім мислителем Анаксагором (500-428 до н.е.). Заслуговує на увагу і космологія Аристотеля (384-332 до н.е.), і праці видатного мислителя Сходу Ібн Сини (Авіценна) (980-1037), який намагався логічно спростувати божественне творіння світу, та інших, що дійшли до нашого часу імен.

Людська думка не стоїть дома. Разом із зміною уявлення про будову Всесвіту, змінювалося і уявлення про її походження, хоча в умовах існуючої сильної ідеологічної влади релігії це було пов'язано з певною небезпекою. Може, цим і пояснюється той факт, що природознавство новоєвропейського часу уникало обговорення питання про походження Всесвіту і зосередилося на вивченні устрою Близького Космосу. Ця наукова традиція надовго визначила загальний напрямок і саму методику астрономічного, та був і астрофізичного досліджень. В результаті основи наукової космогонії були закладені не дослідниками, а філісофами.

Першим на цей шлях ступив Декарт, який спробував теоретично відтворити "походження світил, Землі та всього іншого видимого світу як би з деяких насіння" і дати єдине механічне пояснення всієї сукупності відомих йому астрономічних, фізичних та біологічних явищ. Проте ідеї Декарта були далекі від сучасної науки.

Тому історію наукової космогонії справедливіше було б почати не з Декарта, а з Канта, який намалював картину "механічного походження всього світобудови". Саме Канту належить перша у науково-космогонічна гіпотеза про природний механізм виникнення матеріального світу. У безмежному просторі Всесвіту, відтвореного творчою уявою Канта, існування незліченної кількості інших сонячних систем та інших дрібних шляхів так само природно, як і безперервне утворення нових світів і загибель старих. Саме з Канта починається свідоме та практичне поєднання принципу загального зв'язку та єдності матеріального світу. Всесвіт перестав бути сукупністю божественних тіл, досконалих та вічних. Тепер перед здивованим людським розумом постала світова гармонія зовсім іншого роду - природна гармонія систем астрономічних тіл, що взаємодіють і еволюціонують, пов'язаних між собою як ланки одного ланцюга природи. Однак необхідно відзначити дві характерні особливостіподальшого розвитку наукової космогонії. Першою є те, що послекантовская космогонія обмежила себе межами Сонячної системи і до середини ХХ століття йшлося лише про походження планет, тоді як зірки та його системи залишалися за обрієм теоретичного аналізу. Другий особливістю і те, що обмеженість спостережних даних, невизначеність доступної астрономічної інформації, неможливість дослідного обгрунтування космогонічних гіпотез зрештою зумовили перетворення наукової космогонії на систему абстрактних ідей, відірваних як від інших галузей природознавства, а й від родинних розділів.

Наступний етап у розвитку космології відноситься до ХХ століття, коли радянський вчений А.А.Фрідман (1888-1925) математично довів ідею Всесвіту, що саморозвивається. Робота А.А.Фрідмана докорінно змінила основи колишнього наукового світогляду. На його твердження космологічні початкові умови освіти Всесвіту були сингулярними. Роз'яснюючи характер еволюції Всесвіту, що розширюється, починаючи з сингулярного стану, Фрідман особливо виділяв два випадки:

а) радіус кривизни Всесвіту з часом постійно зростає, починаючи з нульового значення;

б) радіус кривизни змінюється періодично: Всесвіт стискається в крапку (у ніщо, сингулярний стан), потім знову з точки, доводить свій радіус до деякого значення, далі знову, зменшуючи радіус своєї кривизни, звертається до точки, і т.д.

У суто математичному сенсі сингулярний стан постає як ніщо - геометрична сутність нульового розміру. У фізичному плані сингулярність постає як дуже своєрідне стан, у якому щільність речовини і кривизна простору-часу нескінченні. Вся надгаряча, скривлена ​​і надщільна космічна матерія буквально стягнута в крапку і може, за образним висловом американського фізика Дж. Уїлера, "протискуватися крізь вушко голки".

Переходячи до оцінки сучасного поглядуна сингулярне початок Всесвіту, необхідно звернути увагу на такі важливі особливості проблеми, що розглядається в цілому.

По-перше, поняття початкової сингулярності має досить конкретний фізичний зміст, що з розвитком науки дедалі більше деталізується і уточнюється. У цьому плані його слід розглядати не як понятійну фіксацію абсолютного початку " всіх речей і подій " , бо як початок еволюції того фрагмента космічної матерії, який на рівні розвитку природознавства став об'єктом наукового пізнання.

По-друге, якщо, за сучасними космологічними даними, еволюція Всесвіту почалася 15-20 мільярдів років тому, то це зовсім не означає, що до того Всесвіт ще не існував або перебував у стані вічного застою.

Досягнення науки розширювали можливості у пізнанні навколишнього Людини світу. Робилися нові спроби пояснити, з чого все почалося. Жорж Леметр був першим, хто поставив питання про походження великомасштабної структури Всесвіту. Їм була висунута концепція "Великого Вибуху" так званого "первісного атома" та подальшого перетворення його уламків на зірки та галактики. Звичайно, з висоти сучасного астрофізичного знання дана концепція становить лише історичний інтерес, але сама ідея первісного вибухонебезпечного руху космічної матерії та її подальшого еволюційного розвитку невід'ємною частиною увійшла до сучасної наукової картини світу.

Принципово новий етап у розвитку сучасної еволюційної космології пов'язані з ім'ям американського фізика Г.А.Гамова (1904-1968), завдяки якому науку увійшло поняття гарячої Всесвіту. Відповідно до запропонованої ним моделі "початку" Всесвіту, що еволюціонує, "первоатом" Леметра складався з сильно стиснутих нейтронів, щільність яких досягала жахливої ​​величини - один кубічний сантиметр первинної речовини важив мільярд тонн. Внаслідок вибуху цього "первоатому" на думку Г.А.Гамова утворився всеподібний космологічний котел з температурою близько трьох мільярдів градусів, де й відбувся природний синтез хімічних елементів. Осколки первинного яйця - окремі нейтрони потім розпалися на електрони і протони, які, у свою чергу, з'єднавшись з нейтронами, що не розпалилися, утворили ядра майбутніх атомів. Все це сталося у перші 30 хвилин після "Великого Вибуху".

Гаряча модель являла собою конкретну астрофізичну гіпотезу, що вказує на шляхи дослідної перевірки своїх наслідків. Гамов передбачив існування в даний час залишків теплового випромінювання первинної гарячої плазми, а його співробітники Альфер і Герман ще в 1948 досить точно розрахували величину температури цього залишкового випромінювання вже сучасного Всесвіту. Однак Гамову та його співробітникам не вдалося дати задовільного пояснення природній освіті та розповсюдженості важких хімічних елементів у Всесвіті, що стало причиною скептичного ставлення до його теорії з боку фахівців. Як виявилося, запропонований механізм ядерного синтезу не міг забезпечити виникнення кількості цих елементів, що спостерігається нині.

Вчені почали шукати інші фізичні моделі "початку". У 1961 році академік Я.Б.Зельдович висунув альтернативну холодну модель, згідно з якою первісна плазма складалася із суміші холодних (з температурою нижче абсолютного нуля) вироджених частинок - протонів, електронів та нейтрино. Через три роки астрофізики І.Д.Новіков і А.Г.Дорошкевич зробили порівняльний аналіз двох протилежних моделей космологічних початкових умов - гарячої та холодної - і вказали шлях дослідної перевірки та вибору однієї з них. Було запропоновано за допомогою вивчення спектру випромінювань зірок та космічних радіоджерел спробувати виявити залишки первинного випромінювання. Відкриття залишків первинного випромінювання підтверджувало б правильність гарячої моделі, і якщо такі немає, це свідчить на користь холодної моделі.

Майже в той же час група американських дослідників на чолі з фізиком Робертом Дікке, не знаючи про опубліковані результати роботи Гамова, Альфера та Германа, відродила виходячи з інших теоретичних міркувань гарячу модель Всесвіту. За допомогою астрофізичних вимірів Р.Дікке та його співробітники знайшли підтвердження існування космічного теплового випромінювання. Це епохальне відкриття дозволило отримати важливу, раніше недоступну інформацію про початкові пори еволюції астрономічного Всесвіту. Зареєстроване реліктове випромінювання є не що інше, як прямий радіорепортаж про унікальні загальновселенські події, що мали місце невдовзі після "Великого Вибуху" - найграндіознішого за своїми масштабами та наслідками катастрофічного процесу в осяжній історії Всесвіту.

Таким чином, в результаті астрономічних спостережень останнього часу вдалося однозначно вирішити принципове питання про характер фізичних умов, які панували на ранніх стадіях космічної еволюції: найбільш адекватною виявилася гаряча модель "початку". Сказане, проте, означає, що підтвердилися всі теоретичні твердження і висновки космологічної концепції Гамова. З двох вихідних гіпотез теорії - про нейтронний склад "космічного яйця" і гарячий стан молодого Всесвіту - перевірку часом витримала тільки остання, що вказує на кількісне переважання випромінювання над речовиною біля витоків космологічного розширення, що нині спостерігається.

На нинішній стадії розвитку фізичної космології на передній план висунулося завдання створення теплової історії Всесвіту, особливо сценарію утворення великомасштабної структури Всесвіту.

Останні теоретичні дослідження фізиків велися у напрямі наступної фундаментальної ідеї: в основі всіх відомих типів фізичних взаємодій лежить одна універсальна взаємодія; електро-магнітна, слабка, сильна і гравітаційна взаємодії є різними гранями єдиної взаємодії, що розщеплюється принаймні зниження рівня енергії відповідних фізичних процесів. Інакше кажучи, при дуже високих температурах(що перевищують певні критичні значення) різні типифізичних взаємодій починають об'єднуватись, а на межі всі чотири типи взаємодії зводяться до єдиного протовзаємодії, званого "Великим синтезом".

Відповідно до квантової теорії те, що залишається після видалення частинок матерії (наприклад, з будь-якої закритої посудини за допомогою вакуумного насоса), зовсім не є порожнім у буквальному значенні слова, як це вважала класична фізика. Хоча вакуум не містить звичайних частинок, він насичений "напівживими", так званими віртуальними тільцями. Щоб їх перетворити на справжні частинки матерії, достатньо збудити вакуум, наприклад, впливати на нього електромагнітним полем, створюваним внесеними до нього зарядженими частинками.

Але що ж стало причиною "Великого Вибуху"? Судячи з даних астрономії фізична величина постійної космологічної, що фігурує в енштейнівських рівняннях тяжіння, дуже мала, можливо близька до нуля. Але навіть будучи настільки незначною, вона може викликати дуже великі космологічні наслідки. Розвиток квантової теорії теорії поля призвело до ще цікавіших висновків. Виявилося, що космологічна стала є функцією від енергії, зокрема залежить від температури. При надвисоких температурах, що панували на ранніх фазах розвитку космічної матерії, космологічна стала могла бути дуже великою, а головне, позитивною за знаком. Іншими словами, у далекому минулому вакуум міг перебувати в надзвичайно незвичайному фізичному стані, що характеризується наявністю потужних силвідштовхування. Саме ці сили і послужили фізичною причиною "Великого Вибуху" та подальшого швидкого розширення Всесвіту.

Розгляд причин та наслідків космологічного "Великого Вибуху" був би не повним без ще одного фізичного поняття. Йдеться так званому фазовому переході (перетворенні), тобто. якісному перетворенні речовини, що супроводжується різкою зміною одного його стану іншим. Радянські вчені-фізики Д.А.Кіржніц і А.Д.Лінде першими звернули увагу на те, що в початковій фазі становлення Всесвіту, коли космічна матерія знаходилася в надгарячому, але вже остигає стані, могли відбуватися аналогічні фізичні процеси (фазові переходи).

Подальше вивчення космологічних наслідків фазових переходів з порушеною симетрією призвело до нових теоретичних відкриттів та узагальнення. Серед них – виявлення раніше невідомої епохи у саморозвитку Всесвіту. Виявилося, що в ході космологічного фазового переходу вона могла досягти стану надзвичайно швидкого розширення, при якому її розміри збільшилися багато разів, а щільність речовини залишалася практично незмінною. Вихідним же станом, що дав початок Всесвіту, що роздмухується, вважається гравітаційний вакуум. Різкі зміни, що супроводжують процес космологічного розширення простору, характеризуються фантастичними цифрами. Так передбачається, що весь спостерігається Всесвіт виник з єдиного вакуумного міхура розміром менше 10 мінус 33 ступеня см! Вакуумний міхур, з якого утворився наш Всесвіт, мав масу, що дорівнює лише одній стотисячній частці грама.

В даний час ще немає всебічно перевіреної та визнаної всіма теорії походження великомасштабної структури Всесвіту, хоча вчені значно просунулися у розумінні природних шляхів її формування та еволюції. З 1981 року розпочалася розробка фізичної теоріїроздмухується (інфляційного) Всесвіту. На цей час фізиками запропоновано кілька варіантів цієї теорії. Передбачається, що еволюція Всесвіту, що почалася з грандіозного загальнокосмічного катаклізму, що називається " Великим Вибухом", Надалі супроводжувалася неодноразовою зміною режиму розширення.

Згідно з припущеннями вчених, через 10 мінус сорок третього ступеня секунд після "Великого Вибуху" щільність надгарячої космічної матерії була дуже висока (10 94 грам/см кубічний). Висока була і щільність вакууму, хоча по порядку величини вона була набагато меншою за щільність звичайної матерії, а тому гравітаційний ефект первісної фізичної "порожнечі" був непомітний. Однак у ході розширення Всесвіту щільність і температура речовини падали, тоді як щільність вакууму залишалася незмінною. Ця обставина призвела до різкої зміни фізичної ситуації вже через 10 мінус 35 ступеня секунди після "Великого Вибуху". Щільність вакууму спочатку порівнюється, а потім, через кілька надмиттєвостей космічного часу, стає більшою за неї. Тоді і дається взнаки гравітаційний ефект вакууму - його сили відштовхування знову беруть гору над силами тяжіння звичайної матерії, після чого Всесвіт починає розширюватися в надзвичайно швидкому темпі (роздувається) і за нескінченно малу частку секунди досягає величезних розмірів. Однак цей процес обмежений у часі та просторі. Всесвіт, подібно до будь-якого газу, що розширюється, спочатку швидко остигає і вже в районі 10 в мінус 33 ступеня секунди після "Великого Вибуху" сильно переохолоджується. В результаті цього всесвітнього "похолодання" Всесвіт від однієї фази переходить в іншу. Йдеться про фазовий перехід першого роду - стрибкоподібну зміну внутрішньої структури космічної матерії та всіх пов'язаних з нею фізичних властивостейта характеристик. На завершальній стадії цього космічного фазового переходу весь енергетичний запас вакууму перетворюється на теплову енергіюнормальної матерії, а результаті вселенська плазма знову підігрівається до початкової температури, і відбувається зміна режиму її розширення.

Так само цікавий, а глобальній перспективі найважливіший інший результат нових теоретичних пошуків - важлива можливість уникнення початкової сингулярності у її фізичному сенсі. Йдеться про зовсім новий фізичний погляд на проблему походження Всесвіту.

Виявилося, що всупереч деяким недавнім теоретичним прогнозам (про те, що початкову сингулярність не вдасться уникнути і за квантового узагальнення загальної теорії відносності) існують певні мікрофізичні фактори, які можуть перешкоджати безмежному стиску речовини під дією сил тяжіння.

Ще наприкінці тридцятих років було теоретично виявлено, що зірки з масою, що перевищує масу Сонця більш ніж утричі, на останньому етапі своєї еволюції нестримно стискаються до сингуляторного стану. Остання на відміну від сингулярності космологічного типу, що називається фрідмановською, називається шварцшильдівським (на ім'я німецького астронома, що вперше розглянув астрофізичні наслідки енштейнівської теорії тяжіння). Але з суто фізичної точки зору обидва типи сингулярності ідентичні. Формально вони відрізняються тим, що перша сингулярність є початковим станом еволюції речовини, тоді як друга кінцевим.

Згідно з недавніми теоретичними уявленнями гравітаційний колапс повинен завершитися стисненням речовини буквально "в крапку" - до стану нескінченної щільності. За новітніми ж фізичними уявленнями колапс можна зупинити в районі планківської величини щільності, тобто. на рубежі 10 в 94 ступеня г/см. кубічний. Це означає, що Всесвіт відновлює своє розширення не з нуля, а маючи геометрично певний (мінімальний) обсяг та фізично прийнятний, регулярний стан.

Академік М.А.Марков висунув цікавий варіант пульсуючого Всесвіту. У логічній рамці цієї космологічної моделі старі теоретичні труднощі, а то й вирішуються остаточно, то, по крайнього заходу, висвітлюються під новим перспективним кутом зору. Модель заснована на гіпотезі за якою при різкому зменшенні відстані константи всіх фізичних взаємодій прагнуть до нуля. Дане припущення - наслідок іншого припущення, за яким константа гравітаційного взаємодії залежить від рівня щільності речовини.

Згідно з теорією Маркова, щоразу, коли Всесвіт з фридманівської стадії (кінцевий стиск) переходить у стадію деситтерівську (початкове розширення), її фізико-геометричні характеристики виявляються одними й тими самими. Марков вважає, що цієї умови цілком достатньо для подолання класичної скрути на шляху фізичної реалізації вічно осцилюючого Всесвіту.

1) У колі вічного повернення? Три гіпотези.-- М.: Знання, 1989. - 48с.-- (Нове в житті, наукі, техніці. Сер. "Знак питання"; № 4).

2) Як влаштовано машину часу? - М.: Знання, 1991. - 48с. -- (Підписна науково-популярна серія "Знак питання"; №5).

3) Короткий Філософський Словник. За ред. М.Розенталя та П.Юдіна. Вид. 4,дод. та випр. . М.-- держ. вид. політ. літ. ,1954.

4) Хто, коли, чому? -Держ. вид. подітий. літ. ,Міністерство Просвітництва РРФСР, М.-- 1961.

5) Походження сонячної системи. За ред. Г.Рівса. Пров. з англ. та франц. за ред. Г.А.Лейкіна та В.С.Сафронова. М, " СВІТ " ,1976.

6) Український Радянський Енциклопедичний Словник. У 3-х томах / Редкол.: відповідь. ред. А.В.Кудрицький--К.: Глав. ред. УСЕ,--1988.

7) Людина та світобудова: Погляд науки і релігії.--М.: Рад. Росія1986.

8) Що шукають " археологи космосу " ?-- М. : Знання, 1989. -- 48 з., з ил.--(Нове у житті, науці, техніці. Сер. " Знак питання " ;№12)

9) Що таке? Хто такий? : У 3 т. Т. 1. - 3-тє вид., Перераб. Ч 80 і доп.-- М.: "Педагогіка-прес", 1992. -384 с. : іл.

10) Бесіди про Всесвіт. - М.: Політвидав, 1984. - 111с.

Наука про небесні тіла

Перша буква "а"

Друга буква "с"

Третя буква "т"

Остання бука буква "я"

Відповідь на запитання "Наука про небесні тіла", 10 букв:
астрономія

Альтернативні питання у кросвордах для слова астрономія

Чому опікувалася муза Уранія?

Наука про всесвіт

Кароліна Гершель з 1782 асистувала брату Вільяму і стала однією з перших жінок у цій науці

Одна із семи вільних наук

Визначення слова астрономія у словниках

Тлумачний словникросійської мови. С.І.Ожегов, Н.Ю.Шведова. Значення слова у словнику Тлумачний словник російської. С.І.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
-і, ж. Наука про космічні тіла, утворені ними системи і про Всесвіт загалом. дод. астрономічний, -а, -а. Астрономічна одиниця (відстань від Землі до Сонця). Астрономічна кількість (перен.: надзвичайно велика).

Енциклопедичний словник, 1998 Значення слова у словнику Енциклопедичний словник, 1998
АСТРОНОМІЯ (від астро... і грец. nomos - закон) наука про будову та розвиток космічних тіл, утворених ними систем та Всесвіту в цілому. Астрономія включає сферичну астрономію, практичну астрономію, астрофізику, небесну механіку, зіркову астрономію,...

Тлумачний словник російської. Д.М. Ушаков Значення слова у словнику Тлумачний словник російської. Д.М. Ушаков
астрономії, мн. ні, ж. (Від грец. astron - зірка і nomos - закон). Наука про небесні тіла.

Новий тлумачно-словотвірний словник російської, Т. Ф. Єфремова. Значення слова у словнику Новий тлумачно-словотвірний словник російської, Т. Ф. Єфремова.
ж. Комплексна наукова дисципліна, що вивчає будову та розвиток космічних тіл, їх систем та Всесвіту в цілому. Навчальний предмет, що містить теоретичні засади цієї наукової дисципліни. розг. Підручник, що викладає зміст цього предмета.

Велика Радянська Енциклопедія Значення слова у словнику Велика Радянська Енциклопедія
"Астрономія", реферативний журнал Всесоюзного інституту наукової та технічної інформації АН СРСР. Видається в Москві з 1963 (у 1953-62 видавався реферативний журнал «Астрономія та геодезія»); 12 випусків на рік. Публікує реферати, анотації чи бібліографічні...

Приклади вживання слова астрономія у літературі.

Старовинна лоція Азовського моря сусідила з підручниками астрономіїта навігації.

Як ці конкретні завдання, розв'язувані прийомами алгебри, не можуть вважатися складовими частина абстрактної науки алгебри, так, на мою думку, і конкретні проблеми астрономіїне можуть бути жодним чином включені до того відділу абстрактно-конкретної науки, який розвиває теорію дії та протидії вільних тіл, що притягають один одного.

Так було з відкриттям, що заломлення і розсіювання світла слідують не одному й тому закону зміни: це відкриття мало вплив як на астрономію, так і на фізіологію, давши нам ахроматичні телескопи та мікроскопи.

Незабаром Біруні починає серйозно займатися питаннями астрономії, вже у 21 рік досягнувши важливих результатів.

Матвій Властар абсолютно правильно з погляду астрономіїпояснює це, що виникло з часом, порушення.

Зоряне небо здавна хвилювало людську уяву. Наші далекі пращури намагалися зрозуміти, що за дивні мерехтливі цятки висять у них над головами. Скільки їх, звідки взялися, чи впливають на земні події? Людина з давніх-давен намагалася осмислити, як влаштований Всесвіт, в якому він живе.

Про те, як давні люди уявляли Всесвіт, сьогодні ми можемо дізнатися хіба що з казок і легенд, що дійшли до нас. Знадобилися століття і тисячоліття, щоб виникла і зміцніла наука про Всесвіт, що вивчає її властивості та етапи розвитку, – космологія. Наріжними каменями цієї дисципліни є астрономія, математика та фізика.

Сьогодні ми набагато краще розуміємо пристрій Всесвіту, але кожне отримане знання лише породжує нові питання. Дослідження атомних частинок в колайдері, спостереження за життям у дикій природі, висадку міжпланетного зонда на астероїді також можна назвати вивченням Всесвіту, бо ці об'єкти входять до його складу. Людина теж частина нашого прекрасного зіркового Всесвіту. Вивчаючи Сонячну системуабо далекі галактики, ми більше дізнаємося про себе.

Космологія та об'єкти її вивчення

Саме поняття Всесвіт немає чіткого визначення астрономії. У різні історичні періоди і в різних народіввоно мало цілу низку синонімів, таких як «космос», «світ», «світобудова», «універсум» чи «небесна сфера». Нерідко, говорячи про процеси, що відбуваються в глибинах Всесвіту, застосовують термін "макрокосмос", протилежністю якому є "мікрокосмос" світу атомів та елементарних частинок.

На нелегкому шляху пізнання космологія нерідко перетинається з філософією і навіть теологією, й у цьому нічого дивного. Наука про влаштування Всесвіту намагається пояснити, коли і як виникла світобудова, розгадати таємницю зародження матерії, зрозуміти місце Землі та людства у нескінченності космосу.

У сучасної космології дві найбільші проблеми. По-перше, об'єкт її вивчення – Всесвіт – унікальний, що унеможливлює застосування статистичних схем і методів. Говорячи коротко, ми не знаємо про існування інших Всесвітів, їх властивості, структуру, тому не можемо порівнювати. По-друге, тривалість астрономічних процесів не дозволяє проводити прямі спостереження.

Космологія виходить з постулату, що властивості та будова Всесвіту однакові для будь-якого спостерігача, за винятком рідкісних космічних феноменів. Це означає, що речовина у Всесвіті розподілена однорідно, і вона має однакові властивості у всіх напрямках. З цього випливає, що фізичні закони, що працюють у частині Всесвіту, цілком можна екстраполювати на всю Метагалактику.

Теоретична космологія розробляє нові моделі, які потім підтверджуються чи спростовуються спостереженнями. Наприклад, було доведено теорію виникнення Всесвіту внаслідок вибуху.

Вік, розміри та склад

Масштаби Всесвіту вражають: вони набагато більше, ніж ми могли уявити двадцять чи тридцять років тому. Вчені вже виявили близько п'ятисот мільярдів галактик, і кількість постійно зростає. Кожна з них обертається навколо своєї осі і віддаляється від інших на великій швидкості через розширення Всесвіту.

Квазар 3C 345 – один з найяскравіших об'єктів у Всесвіті – розташований від нас на відстані п'ять мільярдів світлових років. Людський розумнавіть уявити не може такі відстані. Космічному кораблю, що рухається зі світловою швидкістю, знадобиться тисяча років, щоб облетіти наш Чумацький шлях. До галактики Андромедийому довелося б діставатися 2,5 тис. років. Адже це найближча сусідка.

Говорячи про розміри Всесвіту, ми маємо на увазі її видиму частину, яку ще називають Метагалактикою. Що більше результатів спостережень ми отримуємо, то далі розсуваються межі Всесвіту. Причому відбувається це одночасно у всіх напрямках, що доводить її сферичну форму.

Наш світ з'явився близько 13,8 млрд років тому в результаті Великого вибуху – події, що породили зірки, планети, галактики та інші об'єкти. Ця цифра є реальним віком Всесвіту.

З швидкості світла можна припустити, що її розміри також становлять 13,8 млрд світлових років. Однак насправді вони більші, бо з народження Всесвіт безперервно розширюється. Частина рухається із надсвітловою швидкістю, через що значна кількість об'єктів у Всесвіті залишаться невидимими навіки. Ця межа називаються сферою або горизонтом Хаббла.

Діаметр Метагалактики становить 93 млрд. світлових років. Ми не знаємо, що знаходиться за межами відомого Всесвіту. Можливо, є й більш далекі об'єкти, недоступні сьогодні для астрономічних спостережень. Значна частина вчених вірить у нескінченність Всесвіту.

Вік Всесвіту неодноразово перевірявся з використанням різних методик та наукових інструментів. Востаннє його підтвердили за допомогою орбітального телескопа "Планк". Наявні дані повністю відповідають сучасним моделям розширення Всесвіту.

З чого складається Всесвіт? Водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті (75%), на другому місці знаходиться гелій (23%), на інші елементи припадають нікчемні 2% від загальної кількості речовини. Середня густина - 10-29 г/см3, значна частина якої припадає на так звану темну енергію та матерію. Зловісні назви не говорять про їхню ущербність, просто темна матерія, на відміну від звичайної, не взаємодіє з електромагнітним випромінюванням. Відповідно, ми не можемо спостерігати її і робимо свої висновки лише за непрямими ознаками.

Виходячи з вищезгаданої щільності, маса Всесвіту становить приблизно 6*1051 кг. Слід розуміти, що до цієї цифри не входить темна маса.

Структура світобудови: від атомів до галактичних скупчень

Космос - це не просто величезна порожнеча, в якій рівномірно розсіяні зірки, планети та галактики. Структура Всесвіту є досить складною і має кілька рівнів організації, які ми можемо класифікувати відповідно до масштабу об'єктів:

1. Астрономічні тіла у Всесвіті зазвичай групуються у системи. Зірки нерідко утворюють пари чи входять до складу скупчень, які містять десятки, або навіть сотні світил. Щодо цього наше Сонце досить нетипове, оскільки воно не має «двійника»;
2. Наступним щаблем організації є галактики. Вони можуть бути спіральними, еліптичними, лінзовидними, неправильними. Вчені поки не до кінця розуміють, чому галактики мають різну форму. На цьому рівні ми виявляємо такі чудеса Всесвіту, як чорні дірки, темну матерію, міжзоряний газ, подвійні зірки. Окрім зірок, до їх складу входить пил, газ, електромагнітне випромінювання. У відомому Всесвіті виявлено кілька сотень мільярдів галактик. Вони нерідко стикаються один з одним. Це несхоже на автомобільну аварію: зірки просто перемішуються та змінюють свої орбіти. Такі процеси займають мільйони років і призводять до утворення нових зоряних скупчень;
3. Декілька галактик утворюють Місцеву групу. В нашу, крім Чумацького шляху, входить туманність трикутника, туманність Андромеди та ще 31 система. Нагромадження галактик - найбільші з відомих стійких структур Всесвіту, їх утримує воєдино гравітаційна сила і ще якийсь фактор. Вчені підрахували, що лише тяжіння явно недостатньо для підтримки стабільності цих об'єктів. Наукового обґрунтування цього феномену поки що не існує;
4. Наступним рівнем структури Всесвіту є скупчення галактик, кожна з яких містить десятки, а то й сотні галактик і скупчень. Однак тяжіння їх вже не утримує, тому вони йдуть за Всесвітом, що розширюється;
5. Останнім рівнем організації світобудови є осередки або бульбашки, стінки яких формують надскупчення галактик. Між ними знаходяться пустотні області, які називаються войдами. Ці структури Всесвіту мають масштаби близько 100 Мпк. На цьому ярусі найбільш помітні процеси розширення Всесвіту, також із ним пов'язане реліктове випромінювання – відлуння Великого вибуху.

Як виникла світобудова

Як з'явився Всесвіт? Що було до того моменту? Як вона перетворилася на той нескінченний простір, відомий нам сьогодні? Чи це було випадковістю чи закономірним процесом?

Після десятиліть дискусій та запеклих суперечок, фізики та астрономи практично дійшли консенсусу щодо того, що світобудова з'явилася внаслідок вибуху колосальної потужності. Він не тільки породив усю речовину у Всесвіті, а й визначив фізичні закони, за якими існує відомий нам космос. Це називається теорія Великого вибуху.

Згідно з цією гіпотезою, колись вся матерія якимось незбагненним чином була зібрана в одній невеликій точці з нескінченною температурою та щільністю. Вона отримала назву сингулярності. 13,8 млрд років тому точка вибухнула, утворивши зірки, галактики, їх скупчення та інші астрономічні тіла Всесвіту.

Чому і як це сталося – незрозуміло. Вченим доводиться виносити за дужки безліч питань, пов'язаних із природою сингулярності та її походженням: закінченої фізичної теорії цього етапу історії Всесвіту поки що не існує. Слід зазначити, що є інші теорії виникнення Всесвіту, але вони мають набагато менше прихильників.

Термін "Великий вибух" увійшов в обіг наприкінці 40-х років після публікації робіт британського астронома Хойла. Сьогодні ця модель досконало опрацьована – фізики можуть впевнено описати процеси, що відбувалися через частки секунди після цієї події. Ще можна додати, що ця теорія дозволила визначити точний вік Всесвіту та описати основні етапи його еволюції.

Головним доказом теорії Великого вибуху є реліктового випромінювання. Воно було відкрито 1965 року. Цей феномен виник у результаті рекомбінації атомів водню. Реліктове випромінювання можна назвати основним джерелом інформації про те, як було влаштовано Всесвіт мільярди років тому. Воно ізотропно і поступово заповнює космічний простір.

Ще одним аргументом на користь об'єктивності цієї моделі є сам факт розширення Всесвіту. Власне, екстраполюючи цей процес у минуле, вчені й дійшли подібної концепції.

Є в теорії Великого вибуху та слабкі місця. Якби світобудова утворилася миттєво з однієї невеликої точки, то мало б існувати неоднорідний розподіл речовини, чого ми не спостерігаємо. Також дана модель не може пояснити, куди поділася антиматерія, кількість якої в момент творіння не повинно було поступатися звичайної баріонної матерії. Однак зараз число античастинок у Всесвіті мізерне. Але найвагоміший недолік цієї теорії - її нездатність пояснити феномен Великого вибуху, він просто сприймається як факт, що відбувся. Ми не знаємо, як виглядав Всесвіт до моменту сингулярності.

Існують і інші гіпотези зародження та подальшої еволюції світобудови. Довгі роки була популярна модель стаціонарного Всесвіту. Низка вчених дотримувалася думки, що в результаті квантових флуктуацій вона виникла з вакууму. Серед них був і знаменитий Стівен Хокінг. Лі Смолін висунув теорію про те, що наш, як і інші Всесвіти, утворилися всередині чорних дір.

Робилися спроби покращити існуючу теорію Великого вибуху. Наприклад, існує гіпотеза про циклічність Всесвіту, згідно з якою народження з сингулярності – не більше ніж її перехід з одного стану в інший. Щоправда, такий підхід суперечить другому закону термодинаміки.

Еволюція світобудови або що відбувалося після Великого вибуху

Теорія Великого вибуху дозволила вченим створити точну модель еволюції Світобудови. І сьогодні ми непогано знаємо, які процеси відбувалися у молодому Всесвіті. Виняток становить лише ранній етап творіння, який залишається предметом запеклих обговорень і суперечок. Звичайно, для досягнення подібного результату однієї теоретичної основибуло недостатньо, знадобилися роки досліджень Всесвіту та тисячі експериментів на прискорювачах.

Сьогодні наука виділяє наступні етапи після Великого вибуху:

1. Найраніший із відомих нам періодів називається Планковською ерою, він займає відрізок від 0 до 10-43 секунд. У цей час вся матерія та енергія Всесвіту була зібрана в одній точці, а чотири основні взаємодії були єдині;
2. Епоха Великого об'єднання (з 10-43 до 10-36 секунд). Вона характеризується появою кварків та поділом основних видів взаємодій. Головною подією цього періоду вважається виділення гравітаційної сили. У цю епоху почали формуватися закони Всесвіту. Сьогодні ми маємо можливість докладного опису фізичних процесів цієї епохи;
3. Третій етап творіння називається Епохою інфляції (з 10-36 до 10-32). У цей час почався стрімкий рух Всесвіту зі швидкістю, що значно перевершує світлову. Вона стає більше, ніж сучасний видимий Всесвіт. Починається охолодження. У цей період остаточно поділяються фундаментальні сили світобудови;
4. У період з 10-32 по 10-12 секунд з'являються «екзотичні» частинки типу бозона Хіггса, простір заповнила кварк-глюонна плазма. Проміжок з 10-12 по 10-6 секунд називається епохою кварків, з 10-6 по 1 секунду - адронів, в 1 секунду після Великого вибуху починається ера лептонів;
5. Фаза нуклеосинтезу. Вона тривала приблизно до третьої хвилини початку подій. У цей час у Всесвіті з частинок з'являються атоми гелію, дейтерію, водню. Продовжується охолодження, простір стає прозорим для фотонів;
6. Через три хвилини після Великого вибуху починається епоха Первинної рекомбінації. У цей час виникло реліктове випромінювання, яке астрономи вивчають досі;
7. Період 380 тис. - 550 млн. років називають Темними століттями. Всесвіт у цей час заповнений воднем, гелієм, різними видамивипромінювання. Джерел світла у Всесвіті не було;
8. Через 550 млн років після створення з'являються зірки, галактики та інші дива Всесвіту. Перші зірки вибухають, звільняючи матерію освіти планетних систем. Цей період називається Ерою реіонізації;
9. У віці 800 млн. років у Всесвіті починають утворюватися перші зіркові системи з планетами. Настає Ера речовини. У цей час формується і наша рідна планета.

Вважається, що інтерес для космології представляє період з 0,01 секунд після акту творіння і по наші дні. У цей час відрізок сформувалися первинні елементи, з них виникли зірки, галактики, сонячна система. Для космологів особливо важливим періодом вважається ера рекомбінації, коли виникло реліктове випромінювання, за допомогою якого продовжується вивчення відомого Всесвіту.

Історія космології: найдавніший період

Людина замислювався про влаштування навколишнього світу з давніх-давен. Найбільш ранні уявлення про будову та закони Всесвіту можна виявити в казках та легендах різних народівсвіту.

Вважається, що регулярні астрономічні спостереження вперше стали практикуватися у Месопотамії. На цій території послідовно мешкали кілька розвинених цивілізацій: шумери, ассирійці, перси. Про те, як вони уявляли Всесвіт, ми можемо дізнатися з безлічі клинописних табличок, знайдених на місці стародавніх міст. Перші записи щодо руху небесних тіл датуються VI тисячоліттям до нашої ери.

З астрономічних явищ шумерів найбільше цікавили цикли – зміни пір року та фаз місяця. Від них залежав майбутній урожай та здоров'я свійських тварин, отже, і виживання людської популяції. З цього було зроблено висновок про вплив небесних тіл на процеси, що відбуваються на Землі. Отже, вивчаючи Всесвіт, можна пророкувати своє майбутнє – так народилася астрологія.

Шумери винайшли жердину для визначення висоти Сонця, створили сонячну та місячний календар, описали основні сузір'я, відкрили деякі закони небесної механіки

Велика увага до руху космічних об'єктів приділялася у релігійних практиках. Стародавнього Єгипту. Жителі долини Нілу використовували геоцентричну модель Всесвіту, в якій Сонце оберталося навколо Землі. До нас дійшло безліч давньоєгипетських текстів, що містять астрономічні відомості.

Значних висот наука про небо досягла в Стародавньому Китаї. Тут ще III тисячолітті до зв. е. з'явилася посада придворного астронома, а XII столітті до зв. е. було відкрито перші обсерваторії. Про сонячні затемнення, прольоти комет, метеоритні потоки та інші цікаві космічні події давнини ми здебільшого знаємо з китайських літописів та хронік, які скрупульозно велися протягом століть.

У великій пошані астрономія мала елліни. Вони вивченням цього питання займалися численні філософські школи, кожна з яких, зазвичай, мала власну систему Всесвіту. Греки першими висунули припущення про кулясту форму Землі і про обертання планети навколо власної осі. Астроном Гіппарх ввів в обіг поняття апогею та перигею, ексцентриситету орбіти, розробив моделі руху Сонця та Місяця, вирахував періоди звернення планет. Великий внесок у розвиток астрономії зробив Птолемей, якого можна назвати творцем геоцентричної моделі Сонячної системи.

Великих висот у вивченні законів Всесвіту досягла цивілізація майя. Це підтверджують результати археологічних розкопок. Жерці вміли пророкувати сонячні затемнення, вони створили досконалий календар, збудували численні обсерваторії. Астрономи майя спостерігали найближчі планети та змогли точно визначити їх періоди звернення.

Середні віки та Новий час

Після катастрофи Римської імперії та поширення християнства, Європа майже на тисячоліття поринула у Темні віки – розвиток природничих наук, у тому числі й астрономії, практично зупинився. Європейці черпали інформацію про будову та закони Всесвіту з біблійних текстів, нечисленні астрономи твердо дотримувалися геоцентричної системи Птолемея, небувалою популярністю користувалася астрологія. Реальне вивчення вченими Всесвіту почалося лише в епоху Відродження.

Наприкінці XV століття кардиналом Миколою Кузанським було висунуто сміливу ідею про універсальність світобудови та нескінченність глибин Всесвіту. Вже до XVI століттістало зрозуміло, що погляди Птолемея помилкові, і без ухвалення нової парадигми подальший розвитокнауки немислимо. Поламати стару модель наважився польський математик та астроном Микола Коперник, який запропонував геліоцентричну модель Сонячної системи.

З сучасної точки зору його концепція була недосконалою. У Коперника рух планет забезпечувалося обертанням небесних сфер, яких вони кріпилися. Самі орбіти мали кругову форму, але в кордоні світу була сфера з нерухомими зірками. Однак, помістивши Сонце в центр системи, польський учений, без сумніву, зробив справжню революцію. Історію астрономії можна розділити на дві великі частини: найдавніший період та вивчення Всесвіту від Коперника до наших днів.

У 1608 році італійський вчений Галілей винайшов перший у світі телескоп, який дав величезний поштовх розвитку спостережної астрономії. Тепер вчені могли споглядати глибини Всесвіту. Виявилося, що Чумацький шлях складається з мільярдів зірок, Сонце має плями, Місяць – гори, а довкола Юпітера обертаються супутники. Поява телескопа викликала справжній бум оптичних спостережень за чудесами Всесвіту.

У середині XVI століття датський вчений Тихо Браге першим розпочав регулярні астрономічні спостереження. Він довів космічне походження комет, спростувавши цим ідею Коперника про небесні сфери. У початку XVIIстоліття Йоган Кеплер розгадав таємниці руху планет, сформулювавши свої знамениті закони. У цей час були відкриті туманності Андромеди і Оріона, кільця Сатурна, складена перша карта місячної поверхні.

У 1687 році Ісаком Ньютоном був сформульований закон всесвітнього тяжіння, що пояснює взаємодію всіх складових Всесвіту. Він дозволив побачити прихований зміст законів Кеплера, які, власне кажучи, були виведені емпіричним шляхом. Принципи, відкриті Ньютоном, дозволили вченим по-новому подивитись простір Всесвіту.

XVIII століття стало періодом бурхливого розвитку астрономії, який значно розширив межі відомого Всесвіту. У 1785 Кант висунув блискучу ідею, що Чумацький шлях - це величезне зоряне скупчення, зібране воєдино гравітацією.

У цей час на карті Всесвіту з'являлися нові небесні тіла, удосконалювалися телескопи.

У 1785 році англійський астроном Гершель на основі законів електромагнетизму та ньютонівської механіки спробував створити модель Всесвіту та визначити її форму. Однак він зазнав невдачі.

У ХІХ столітті інструменти вчених стали точнішими, з'явилася фотографічна астрономія. Спектральний аналіз, що з'явився в середині століття, призвів до справжньої революції у спостережній астрономії – тепер темою досліджень став хімічний складоб'єктів. Було відкрито пояс астероїдів, виміряно швидкість світла.

Епоха проривів чи новітній час

Двадцяте століття стало епохою справжніх проривів в астрономії та космології. На початку століття Ейнштейн виявив світові свою теорію відносності, яка здійснила справжній переворот у наших уявленнях про світобудову і дозволила по-новому поглянути на властивості Всесвіту. У 1929 році Едвін Хаббл виявив, що наш Всесвіт розширюється. В 1931 Жорж Леметр висунув ідею про її утворення з однієї крихітної точки. По суті це був початок теорії Великого вибуху. 1965 року відкрили реліктове випромінювання, що підтвердило цю гіпотезу.

У 1957 році на орбіту було відправлено перший штучний супутникпісля чого почалася космічна ера. Тепер астрономи могли не тільки спостерігати за небесними тілами в телескопи, а й досліджувати їх поблизу за допомогою міжпланетних станцій і зондів, що спускаються. Ми навіть змогли висадитись на поверхні Місяця.

90-ті роки можна назвати "періодом темної матерії". Її відкриття пояснило прискорення розширення Всесвіту. У цей час в експлуатацію були введені нові телескопи, що дозволили нам розсунути межі відомого Всесвіту.

У 2016 році були відкриті гравітаційні хвилі, що, ймовірно, започаткує новий розділ астрономії.

За останні сторіччя ми значно розширили межі наших знань про Всесвіт. Однак, насправді, люди лише прочинили двері і заглянули у величезний і дивовижний світ, повний таємниць і приголомшливих чудес.

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них