Структурні рівні організації матерії. Мікро, макро, мега світи

1. Введення.

Весь навколишній світ є рухому матерію в її нескінченно різноманітних формах і проявах, з усіма її властивостями, зв'язками і відносинами. Розглянемо докладніше, що таке матерія, а як і її структурні рівні.

1. Що таке матерія? Історія виникнення погляду матерію.

Матерія (лат. Materia – речовина), «...філософська категорія для позначення об'єктивної реальності, яка дана людині у відчуттях її, яка копіюється, фотографується, відображається нашими відчуттями, існуючи незалежно від нас».

Матерія - це безліч всіх існуючих у світі об'єктів і систем, субстрат будь-яких властивостей, зв'язків, відносин і форм руху. Матерія включає у собі як безпосередньо обстежені об'єкти і тіла природи, а й ті, які у принципі може бути пізнані у майбутньому з урахуванням вдосконалення засобів спостереження та експерименту. З погляду марксистсько-ленінського розуміння матерії вона органічно пов'язана з діалектико-матеріалістичним рішенням основного питання філософії; воно виходить із принципу матеріальної єдності світу, первинності матерії стосовно людської свідомості та принципу пізнаваності світу на основі послідовного вивчення конкретних властивостей, зв'язків та форм руху матерії.

В основі уявлень про будову матеріального світу лежить системний підхід, згідно з яким будь-який об'єкт матеріального світу, чи то атом, планета, організм або галактика, може бути розглянутий як складне утворення, що включає складові частини, організовані в цілісність. Для позначення цілісності об'єктів у науці було вироблено поняття системи.

Матерія як об'єктивна реальність включає не тільки речовину в чотирьох його агрегатних станах (твердому, рідкому, газоподібному, плазмовому), але і фізичні поля (електромагнітне, гравітаційне, ядерне і т. д.), а також їх властивості, відносини, продукти взаємодії. Входить у неї і антиречовина (сукупність античастинок: позитрон, чи антиелектрон, антипротон, антинейтрон), нещодавно відкрите наукою. Антиречовина в жодному разі не антиматерія. Антиматерії взагалі не може бути. Далі "не" (не-матерії) заперечення тут не йде.

Рух і матерія органічно і нерозривно пов'язані один з одним: немає руху без матерії, як немає і матерії без руху. Інакше кажучи, немає у світі незмінних речей, властивостей та стосунків. "Все тече", все змінюється. Одні форми чи види змінюються іншими, перетворюються на інші – рух постійно. Спокій - діалектично зникає момент у безперервному процесі зміни, становлення. Абсолютний спокій рівнозначний смерті, а точніше – неіснуванню. Можна зрозуміти у зв'язку з цим А. Бергсона, який розглядав всю реальність як неподільну безперервність, що рухається. Або А.Н.Уайтхеда, котрим «реальність є процес». І рух, і спокій з певністю фіксуються лише стосовно якоїсь системи відліку. Так, стіл, за яким пишуться ці рядки, спокій щодо цієї кімнати, вона, у свою чергу, - щодо даного будинку, а сам будинок - щодо Землі. Але разом із Землею стіл, кімната та будинок рухаються навколо земної осі та навколо Сонця.

Рухаюча матерія існує у двох основних формах – у просторі та у часі. Поняття простору служить висловлення якості протяжності та порядку співіснування матеріальних систем та його станів. Воно об'єктивне, універсальне (загальна форма) і необхідне. У понятті часу фіксується тривалість та послідовність зміни станів матеріальних систем. Час об'єктивний, невідворотний і необоротний. Слід розрізняти філософські та природничо уявлення про простір і час. Власне філософський підхід представлений тут чотирма концепціями простору та часу: субстанціальною та реляційною, статичною та динамічною.

Основоположником погляду на матерію, що складається з дискретних частинок, був Демокріт.

Демокріт заперечував нескінченну подільність матерії. Атоми різняться між собою лише формою, порядком взаємного прямування, і становищем у порожньому просторі, і навіть величиною і залежною від величини вагою. Вони мають нескінченно різноманітні форми з западинами чи опуклостями. Демокріт називає атоми також «фігурами» або «відиками», з чого випливає, що атоми Демокріту є максимально малими, далі неподільними фігурами чи статуетками. У сучасній науці багато сперечалися про те, чи є атоми Демокріта фізичними чи геометричними тілами, проте сам Демокріт ще не дійшов до розрізнення фізики та геометрії. З цих атомів, що рухаються в різних напрямках, з їхньої «вихору» за природною потребою шляхом зближення взаємноподібних атомів утворюються як окремі цілі тіла, так і весь світ; рух атомів вічний, а кількість світів, що виникають, нескінченно.

Світ доступної людині об'єктивної дійсності постійно розширюється. Концептуальні форми висловлювання ідеї структурних рівнів матерії різноманітні.

Сучасна наука виділяє у світі три структурні рівні.

2. Мікро, макро, Мега світи.

Мікросвіт- Це молекули, атоми, елементарні частинки - світ гранично малих, безпосередньо не спостережуваних мікрооб'єктів, просторова різномірність яких обчислюється від 10-8 до 10-16 см, а час життя - від нескінченності до 10-24 с.

Макросвіт- світ стійких форм і пропорційних людині величин, і навіть кристалічні комплекси молекул, організми, спільноти організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідноситься з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються в міліметрах, сантиметрах і кілометрах, а час - у секундах, хвилинах, годинах, роках.

Мегамір- це планети, зіркові комплекси, галактики, метагалактики – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань у якому вимірюється світловими роками, а час існування космічних об'єктів - мільйонами і мільярдами років.

І хоча на цих рівнях діють свої специфічні закономірності, мікро-, макро- і мегамири найтіснішим чином взаємопов'язані.

На мікроскопічному рівні фізика сьогодні займається вивченням процесів, що розігруються на довжинах порядку 10 мінус вісімнадцятого ступеня див., за час - порядку 10 мінус двадцять другого ступеня с. У мегасвіті вчені за допомогою приладів фіксують об'єкти, віддалені від нас на відстані близько 9-12 млрд світлових років.

Мікросвіт. Демокрітом в античності була висунута Атомістична гіпотеза будови матерії , пізніше, у XVIII ст. була відроджена хіміком Дж. Дальтоном, який прийняв атомну вагу водню за одиницю і зіставив з ним атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У ХІХ ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.

У фізику уявлення про атоми як про останні неподільні структурні елементи матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються наприкінці XIX ст., коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному перетворенні атомів одних елементів на атоми інших елементів.

Історія дослідження будови атома почалася в 1895 р. завдяки відкриття Дж. Томсоном електрона - заперечно зарядженої частинки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом в цілому електрично нейтральний, було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Маса електрона становила за розрахунками 1/1836 маси позитивно зарядженої частки.

Існували кілька моделей будови атома.

У 1902 р. англійський фізик У. Томсон (лорд Кельвін) запропонував першу модель атома - позитивний заряд розподілений у досить великій області, а електрони вкраплені в нього, як родзинки в пудинг.

У 1911 р. Еге. Резерфорд запропонував модель атома, яка нагадувала сонячну систему: у центрі знаходиться атомне яд-ро, а навколо нього за своїми орбітами рухаються електрони.

Ядро має позитивний заряд, а електрони - негативний. Замість сил тяжіння, які у Сонячній системі, в атомі діють електричні сили. Електричний заряд ядра атома, чисельно рівний порядковому номеру періодичній системіМенделєєва, врівноважується сумою зарядів електронів - атом електрично нейтральний.

Обидві ці моделі виявилися суперечливими.

У 1913 р. великий датський фізик Н. Бор застосував принцип квантування при вирішенні питання про будову атома та характеристику атомних спектрів.

Модель атома Н. Бора базувалася на планетарній моделі Е. Резерфорда і розробленої ним самим квантової теорії будови атома. Н. Бор висунув гіпотезу будови атома, засновану на двох постулатах, абсолютно несумісних з класичною фізикою:

1) у кожному атомі існує кілька стаціонарних станів (говорячи мовою планетарної моделі, кілька стаціонарних орбіт) електронів, рухаючись якими електрон може існувати, не випромінюючи ;

2) при переході електрона з одного стаціонарного стану в інше атоми випромінює або поглинає порцію енергії.

У кінцевому підсумку точно описати структуру атома на основі уявлення про орбіти точкових електронів принципово неможливо, оскільки таких орбіт насправді не існує.

Теорія М. Бора є хіба що прикордонну смугу першого етапу розвитку сучасної фізики. Це останнє зусилля описати структуру атома на основі класичної фізики, доповнюючи її лише невеликим числом нових припущень.

Складалося враження, що постулати М. Бора відбивають якісь нові, невідомі властивості матерії, але лише частково. Відповіді на ці питання були отримані в результаті розвитку квантової механіки. З'ясувалося, що атомну модель Н. Бора не слід розуміти буквально, як це було спочатку. Процеси в атомі в принципі не можна наочно подати у вигляді механічних моделей за аналогією з подіями в макросвіті. Навіть поняття простору і часу в формі, що існує в макросвіті, виявилися невідповідними для опису мікрофізичних явищ. Атом фізиків-теоретиків дедалі більше ставав абстрактно-ненаблюдаемой сумою рівнянь.

Макросвіт . В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донауковийі науковий.

Донауковий,або натурфілософський,охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства у XVI-XVII ст. Наблюдаемые природні явища пояснювалися з урахуванням умоглядних філософських принципів.

Найбільш значущою для подальшого розвитку природничих наук була концепція дискретної будови матерії атомізм, згідно з яким всі тіла складаються з атомів - найдрібніших у світі частинок.

Зі становлення класичної механікипочинається науковийетап вивчення природи

Оскільки сучасні наукові уявлення про структурні рівні організації матерії були вироблені в ході критичного переосмислення уявлень класичної науки, застосовних тільки до об'єктів макрорівня, то починати потрібно з концепцій класичної фізики.

Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., коли Г. Галілеєм була закладена основа першої в історії науки фізичної картини світу - механічної. Він не просто обґрунтував геліоцентричну систему Н. Коперника і відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи - науково-теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися лише деякі фізичні та геометричні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження. Галілей писав: « Ніколи я не стану від зовнішніх тіл вимагати чогось іншого, ніж величина, фігура, кількість і більш менш швидкого руху для того, щоб пояснити виникнення смаку, запаху і звуку» .

І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив сувору наукову теорію механіки, що описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими самими законами. Природа розглядалася як складна механічна система.

У рамках механічної картини світу, розробленої І. Нью-тоном та його послідовниками, склалася дискретна (корпус-кулярна) модель реальності. Матерія розглядалася як речовинна субстанція, що складається з окремих частинок – атомів чи корпускул. Атоми абсолютно міцні, неподільні, непроникні, характеризуються наявністю маси та ваги.

Істотною характеристикою ньютонівського світу було тривимірний простіревклідової геометрії, яке абсолютно постійно і завжди перебуває в спокої. Час представлявся як величина, яка залежить ні від простору, ні від матерії.

Рух розглядалося як переміщення у просторі по безперервним траєкторіям відповідно до законів механіки.

Підсумком ньютонівської картини світу з'явився образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події і процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин і наслідків.

Механістичний підхід до опису природи виявився надзвичайно плідним. Слідом за ньютонівською механікою було створено гідродинаміку, теорію пружності, механічну теорію тепла, молекулярно-кінетичну теорію та цілу низку інших, у руслі яких фізика досягла величезних успіхів. Однак були дві області - оптичних та електромагнітних явищ, які не могли бути повністю пояснені в рамках механістичної картини світу.

Поряд з механічною корпускулярною теорією, здійснювалися спроби пояснити оптичні явища принципово іншим шляхом, а саме - на основі хвильової теорії, сформульованої X. Гюйгенсом. Хвильова теорія встановлювала аналогію між поширенням світла і рухом хвиль на поверхні води або звукових хвиль у повітрі. У ній передбачалося наявність пружного середовища, що заповнює весь простір, - світлоносного ефіру. Виходячи з хвильової теорії X. Гюйгенс успішно пояснив відображення і заломлення світла.

Інший областю фізики, де механічні моделі виявилися неадекватними, була область електромагнітних явищ. Експерименти англійського натураліста М. Фарадея і теоретичні роботи англійського фізика Дж. К. Максвелла остаточно зруйнували уявлення ньютонівської фізики про дискретну речовину як єдиний вид матерії і започаткували електромагнітну картину світу.

Явище електромагнетизму відкрив датський природодослідник X. К. Ерстед, який вперше помітив магнітну дію електричних струмів. Продовжуючи дослідження у цьому напрямі, М. Фарадей виявив, що тимчасове зміна в магнітних полях створює електричний струм.

М. Фарадей дійшов висновку, що вчення про електрику та оптика взаємопов'язані та утворюють єдину область. Його роботи стали вихідним пунктом досліджень Дж. К. Максвелла, заслуга якого полягає в математичній розробці ідей М. Фарадея про магнетизм і електрику. Максвелл «переклав» модель силових ліній Фарадея в математичну формулу. Поняття «поле сил» спочатку складалося як допоміжне математичне поняття. Дж. К. Максвелл надав йому фізичний зміст і став розглядати поле як самостійну фізичну реальність: « Електромагнітне поле - це та частина простору, яка містить у собі та оточує тіла, що знаходяться в електричному чи магнітному стані».

Виходячи зі своїх досліджень, Максвелл зміг укласти, що світлові хвилі є електромагнітними хвилями. Єдина сутність світла і електрики, яку М. Фарадей припустив у 1845 р., а Дж. К. Максвелл теоретично обгрунтував у 1862 р., була експериментально підтверджена німецьким фізиком Г. Герцем у 1888 р.

Після експериментів Г. Герца у фізиці остаточно утвердилося поняття поля не в якості допоміжної математичної конструкції, а як об'єктивно існуючої фізичної реальності. Було відкрито якісно новий, своєрідний вид матерії.

Отже, до кінцю XIXв. Фізика дійшла висновку, що матерія існує у двох видах: дискретної речовини та безперервного поля.

В результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці наприкінці минулого і початку нинішнього століть виявилися зруйнованими уявлення класичної фізики про речовину і поле як два якісно своєрідні види матерії.

Мегамір . Мегасвіт чи космос, сучасна наукарозглядає як взаємодіючу систему всіх, що розвивається. небесних тіл.

Всі існуючі галактики входять в систему найвищого порядку -Метагалактику . Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15-20 млрд. світлових років.

Поняття «Всесвіт»і «Метагалактика»- дуже близькі поняття: вони характеризують той самий об'єкт, але у різних аспектах. Концепція «Всесвіт»означає весь існуючий матеріальний світ; поняття «Метагалактика»- той самий світ, але з погляду його структури - як упорядковану систему галактик.

Будова та еволюція Всесвіту вивчаються космологією . Космологіяяк розділ природознавства, знаходиться на своєрідному стику науки, релігії та філософії. В основі космологічних моделей Всесвіту лежать певні світоглядні передумови, а самі ці моделі мають велике світоглядне значення.

У класичній науці існувала так звана теорія стаціонарного стану Всесвіту, згідно з якою Всесвіт завжди був майже такий самий, як зараз. Астрономія була статичною: вивчалися рухи планет і комет, описувалися зірки, створювалися їх класифікації, що, звісно, ​​дуже важливо. Але питання про еволюцію Всесвіту не порушувалося.

Сучасні космологічні моделі Всесвіту основуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна, відповідно до якої метрика простору і часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою щільністю матерії та іншими конкретно-фізичними факторами.

Рівняння тяжіння Ейнштейна має не одне, а безліч рішень, чим і зумовлено наявність багатьох космологічних моделей Всесвіту. Перша модель була розроблена самим А. Ейнштейном у 1917 р. Він відкинув постулати ньютонівської космології про абсолютність та нескінченність простору та часу. Відповідно до космологічної моделлю Всесвіту А. Ейнштейна світовий простір однорідний і ізотропний, матерія в середньому розподілена в ній рівномірно, гравітаційне тяжіння мас компенсується універсальним космологічним відштовхуванням.

Час існування Всесвіту нескінченно, тобто. немає ні початку, ні кінця, а простір безмежно, але звісно.

Всесвіт у космологічній моделі А. Ейнштейна стаціонарний, нескінченний у часі і безмежний у просторі.

У 1922р. Російський математик і геофізик А.А Фрідман відкинув постулат класичної космології про стаціонарність Всесвіту і отримав рішення рівняння Ейнштейна, що описує Всесвіт з простором, що "розширюється".

Оскільки середня густина речовини у Всесвіті невідома, то сьогодні ми не знаємо, в якому з цих просторів Всесвіту ми живемо.

У 1927 р. бельгійський абат та вчений Ж. Леметр пов'язав “розширення” простору з даними астрономічних спостережень. Леметр ввів поняття початку Всесвіту як сингулярності (тобто надщільного стану) і народження Всесвіту як Великого вибуху.

1929 року американський астроном Е.П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкість галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється.

Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з теоретичними розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10-12 см, що близько за розмірами до радіуса електрона, а його щільність становила 1096 г/см3. У сингулярному стані Всесвіт був мікрооб'єктом мізерно малих розмірів. Від початкового сингулярного стану Всесвіт перейшов до розширення внаслідок Великого вибуху.

Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту 13-20 млрд. років. Г.А. Гамов припустив, що температура речовини була великою і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, під час яких відбувається утворення хімічних елементів та структур. У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту поділяють на “ери”

Епоха адронів. Важкі частки, що вступають у сильні взаємодії.

Епоха лептонів.Легкі частинки, що вступають в електромагнітну взаємодію.

Фотонна ера.Тривалість 1 млн років. Основна частка маси - енергії Всесвіту - припадає на фотони.

Зоряна ера.Настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зіркову еру починається процес утворення протозірок та протогалактик.

Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

У сучасній космології поруч із гіпотезою Великого вибуху дуже популярна інфляційна модель Всесвіту, у якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння має дуже складне обґрунтування та пов'язана з квантовою космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту починаючи з моменту 10-45 з початку розширення.

Прихильники інфляційної моделі бачать відповідність між етапами космічної еволюції і етапами творення світу, описаними в книзі Буття в Біблії.

Відповідно до інфляційної гіпотези космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.

Початок Всесвіту визначається фізиками-теоретиками як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту 10-50 см.

Стадія інфляції В результаті квантового стрибка Всесвіт перейшов у стан збудженого вакууму і за відсутності в ньому речовини і випромінювання інтенсивно розширювалася за експо-національним законом. У цей період створювалося саме простір і час Всесвіту. За період інфляційної стадії тривалістю 10–34. Всесвіт роздувся від невообразимо малих квантових розмірів 10-33 до неймовірно великих 101000000см, що на багато порядків перевищує розмір спостережуваного Всесвіту - 1028 см. Весь цей первісний період у Всесвіті не було ні речовини, ні випромінювання.

Перехід від інфляційної стадії до фотонної. Стан хибного вакууму розпався, енергія, що вивільнилася, пішла на народження важких частинок і античастинок, які, проанігілювавши, дали потужний спалах випромінювання (світла), що висвітлив космос.

Етап відокремлення речовини від випромінювання: речовина, що залишилася після ан-нігіляції, стала прозорою для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням зник. Виділення, що відокремилося від речовини, і становить сучасний реліктовий фон, теоретично передбачений Г. А. Гамовим і експериментально виявлений в 1965 р.

Надалі розвиток Всесвіту йшов у напрямку від максимально простого однорідного стану до створення все більш складних структур - атомів (спочатку атомів водню), галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів у надрах зірок, у тому числі і необхідних для створення життя, виникнення життя і як вінця творіння – людини.

Відмінність між етапами еволюції Всесвіту в інфляційній моделі і моделі Великого вибуху стосується тільки первісного етапу порядку 10-30 с, далі між цими моделями принципових розбіжностей у розумінні етапів космічної еволюції немає.

Поки ці моделі за допомогою знань і фантазії можна розраховувати на комп'ютері, а питання залишається відкритим.

Найбільша складність для вчених виникає при поясненні причин космічної еволюції. Якщо відкинути приватності, то можна виділити дві основні концепції, що пояснюють еволюцію Всесвіту: концепцію самоорганізаціїта концепцію креаціонізму.

Для концепції самоорганізаціїматеріальна Всесвіт є єдиною реальністю, і жодної іншої реальності крім неї не існує. Еволюція Всесвіту описується в термінах самоорганізації: йде мимовільне упорядкування систем у напрямку становлення все більш складних структур. Динамічний хаос породжує порядок.

У рамках концепції креаціонізму, тобто. твори, еволюція Всесвіту пов'язується з реалізацією програми , визначається реальністю вищого порядку, ніж матеріальний світ. Прихильники креаціонізму звертають увагу на існування у Всесвіті спрямованого номогенця - розвитку від простих систем до все більш складних та інформаційно ємних, в ході якого створювалися умови для виникнення життя і людини. Як додатковий аргумент залучається антропний принцип , сформульований англійськими астрофізиками Б. Карром та Ріссом.

Серед сучасних фізиків – теоретиків є прихильники як концепції самоорганізації, так і концепції креаціонізму. Останні визнають, що розвиток фундаментальної теоретичної фізики робить нагальною необхідністю розробку єдиної науково-технічної картини світу, що синтезує всі досягнення в галузі знання та віри.

Всесвіту на різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських надскопивань галактик, властива структурність. Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозірок – зірки, з протопланетної хмари – планети.

Метагалактика– являє собою сукупність зіркових систем – галактик, а її структура визначається їх розподілом у просторі, заповненому надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом та пронизуваному міжгалактичними променями.

Відповідно до сучасних уявлень, для метагалактики характерно пориста (сітчаста, пориста) структура. Існують величезні обсяги простору (близько мільйона кубічних мегапарсек), у яких галактик поки що не виявлено.

Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки утворення структури припадає на період, що настає за роз'єднанням речовини та випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється у 15 млрд. років.

Галактика– гігантська система, що складається зі скупчень зірок і туманностей, які у просторі досить складну конфігурацію.

За формою галактики умовно розподіляються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.

Еліптичні галактики- мають просторову форму еліпсоїда з різним ступенем стиснення вони є найпростішими за структурою: розподіл зірок поступово зменшується від центру.

Спіральні галактики– представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика – чумацький шлях.

Неправильні галактики- Не мають вираженої форми, в них відсутня центральне ядро.

Деякі галактики характеризуються виключно потужним радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.

У ядрі галактики зосереджені найстаріші зірки, вік яких наближається до віку галактики. Зірки середнього та молодого віку розташовані в диску галактики.

Зірки та туманності в межах галактики рухаються досить складним чином разом із галактикою вони беруть участь у розширенні Всесвіту, крім того, вони беруть участь у обертанні галактики навколо осі.

Зірки.На сучасному етапі еволюції Всесвіту речейство в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджено в зірках, що є гігантськими плазмовими утвореннями різної величини, температури, з різною характеристикою руху. У багатьох інших галактик, якщо не у більшості, «зіркова субстанція» складає більш ніж 99,9% їхньої маси.

Вік зірок змінюється у досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. років, відповідних віку Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших. Існують зірки, які утворюються нині і перебувають у протозвездной стадії, тобто. вони ще стали справжніми зірками.

Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностях під дією гравітаційних, магнітних та інших сил, завдяки яким йде формування нестійких однорідностей і дифузна матерія розпадається на ряд згущень. Якщо такі згущення зберігаються досить довго, то з часом вони перетворюються на зірки. Основна еволюція речовини у Всесвіті відбувалася і відбувається в надрах зірок. Саме там знаходиться той «плавильний тигель», який зумовив хімічну еволюцію речовини у Всесвіті.

На завершальному етапі еволюції зірки перетворюються на інертні («мертві») зірки.

Зірки немає ізольовано, а утворюють системи. Найпростіші зіркові системи- так звані кратні системи складаються з двох, трьох, чотирьох, п'яти і більше зірок, що обертаються навколо загального центрутяжкості.

Зірки об'єднані також у ще більші групи - зіркові скупчення, які можуть мати «розсіяну» або «кульову» структуру. Розсіяні зоряні скупчення налічують кілька сотень окремих зірок, кульові скупчення - багато сотень тисяч.

Асоціації, чи скупчення зірок, також є незмінними і вічно існуючими. Через певну кількість часу, що обчислюється мільйонами років, вони розсіюються силами галактичного обертання.

сонячна системає групою небесних тіл, дуже різних за розмірами та фізичною будовою. До цієї групи входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет і безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. До 1979 було відомо 34 супутника і 2000 астероїдів. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла – Сонця. Сонячна система є упорядкованою системою, має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячна системапроявляється в тому, що всі планети обертаються навколо Сонця в тому самому напрямку і майже в одній і тій же площині. Більшість супутників планет (їх місяців) обертається у тому напрямі й у більшості випадків в екваторіальній площині своєї планети. Сонце, планети, супутники планет обертаються навколо своїх осей у тому напрямку, в якому вони здійснюють рух по своїх траєкторіях. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно вдвічі далі, ніж попередня.

Сонячна система утворилася приблизно 5 млрд. років тому, причому Сонце - зірка другого (або ще пізнішого) покоління. Таким чином, Сонячна система виникла на продуктах життєдіяльності зірок попередніх поколінь, що накопичувалися в газово-пилових хмарах. Ця обставина дає підставу назвати Сонячну систему малою частиною зоряного пилу. Про походження Сонячної системи та її історичну еволюцію наука знає менше, ніж необхідно для побудови теорії планетоутворення.

Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом та французьким математиком П. С. Лапласом. Відповідно до цієї гіпотези система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяної матерії (туманності), що знаходиться в обертальному русі навколо Сонця.

Початком наступного етапу у розвитку поглядів на утворення Сонячної системи послужила гіпотеза англійського фізика і астрофізика Дж. X. Джинса. Він припустив, що колись Сонце зіткнулося з іншою зіркою, внаслідок чого з нього був вирваний струмінь газу, який, згущаючись, перетворився на планети.

Сучасні концепції походження планет Сонячної системи ґрунтуються на тому, що потрібно враховувати не тільки механічні сили, а й інші, зокрема електромагнітні. Ця ідея була висунута шведським фізиком і астрофізиком X. Альфвеном та англійським астрофізиком Ф. Хойлом. Відповідно до сучасних уявлень, первісна газова хмара, з якої утворилися і Сонце і планети, складалася з іонізованого газу, схильного до впливу електромагнітних сил. Після того як з величезної газової хмари за допомогою концентрації утворилося Сонце, на дуже великій відстані від нього залишилися невеликі частини цієї хмари. Гравітаційна сила стала притягувати залишки газу до зірки - Сонцю, але його магнітне поле зупинило падаючий газ на різних відстанях - саме там, де знаходяться планети. Гравітаційна і магнітні сили вплинули на концентрацію і згущення падаючого газу, і в результаті утворилися планети. Коли виникли найбільші планети, той же процес повторився в менших масштабах, створивши таким чином системи супутників.

Теорії походження Сонячної системи носять гіпотетичний характер, і однозначно вирішити питання про їх достовірність на сучасному етапі розвитку науки неможливо. У всіх існуючих теоріях є протиріччя та неясні місця.

В даний час в області фундаментальної теоретичної фізики розробляються концепції, згідно з якими об'єктивно існуючий світ не вичерпується матеріальним світом, що сприймається нашими органами почуттів або фізичними приладами. Автори даних концепцій дійшли наступного выводу: поруч із матеріальним світом існує реальність вищого порядку, що має принципово інший природою проти реальністю матеріального світу.

Висновок.

Здавна люди намагалися знайти пояснення різноманітності та химерності світу.

Вивчення матерії та її структурних рівнів є необхідною умовою формування світогляду, незалежно від того, чи виявиться воно в кінцевому рахунку матеріалістичним чи ідеалістичним.

Досить очевидно, що дуже важливою є роль визначення поняття матерії, розуміння останньої як невичерпної для побудови наукової картини світу, вирішення проблеми реальності та пізнаваності об'єктів та явищ мікро, макро та мега світів.

Список літератури:

1. Велика Радянська енциклопедія

2. Карпенков С.Х. Концепція сучасного природознавства. М.: 1997

3. Філософія

http://websites.pfu.edu.ru/IDO/ffec/philos-index.html

4. Володимиров Ю. С. Фундаментальна фізика та релігія. - М: Архімед, 1993;

5. Володимиров Ю. З., Карнаухов А. У., Кулаков Ю.І. Введення в теорію фізичних структур та бінарну геометрофізику. - М: Архімед, 1993.

6. Навчальний посібник«Концепції сучасного природознавства»

Мегамир - це світ об'єктів, які незрівнянно більші за людину.

Весь наш Всесвіт - це мегасвіт. Її розміри величезні, вона безмежна і розширюється. Всесвіт заповнюють об'єкти, які значно більші за нашу планету Земля і нашого Сонця. Нерідко буває, що різниця між якоюсь зіркою за межами Сонячної системи в десятки разів перевершує Землю.

Дослідження мегамиру тісно пов'язане з космологією та космогонією.

Наука космологія дуже молода. Вона народилася порівняно недавно – на початку XX ст. Можна виділити дві основні причини народження космології. І, що цікаво, обидві причини пов'язані з розвитком фізики: 1)

Альберт Ейнштейн створює свою релятивістську фізику; 2)

М. Планк створює квантову фізику. Квантова фізиказмінила погляди людства

на структуру простору-часу та структуру фізичних взаємодій.

Також дуже важливу роль зіграла теорія А. А. Фрідмана про Всесвіт, що розширюється. Ця теорія дуже недовго залишалася недоведеною: лише 1929 р. її довів Еге. Хаббл. Точніше, він не доводив теорію, а виявив те, що Всесвіт справді розширюється. Причому тоді причини розширення Всесвіту встановлено не були. Вони були встановлені тоді, коли до раннього Всесвіту застосували результати, отримані за допомогою вивчення елементарних частинок у сучасній фізиці.

Космогонія.

Космогонія – це розділ науки астрономії, який вивчає походження галактик, зірок, планет та інших об'єктів. На сьогодні космогонію можна розділити на дві частини: 1)

космогонії Сонячної системи. Цю частину (чи вид) космогонії інакше називають планетною; 2)

зоряна космогонія.

У другій половині XX ст. в космогонії Сонячної системи утвердилася точка зору, згідно з якою Сонце і вся Сонячна система утворилися з газо-пилового стану. Вперше така думка була висловлена ​​Іммануїлом Кантом. У середині XVIII ст. Кант написав наукову статтю, яка називалася: «Космогонія, або спроба пояснити походження світобудови, утворення небесних тіл та причини їхнього руху загальними законами розвитку матерії відповідно до теорії Ньютона». Але Кант не зміг зібратися з духом і видати свою працю. Через якийсь час він пише другу статтю, яка називалася: «Питання про те, чи старіє Земля з фізичного погляду». Обидві роботи пізніше були об'єднані в єдиний трактат, присвячений проблемам космології.

Теорію Канта про походження Сонячної системи надалі почав розвивати Лаплас. Він докладно описав гіпотезу утворення Сонця і планет з газової туманності, що вже обертається, врахував основні характерні риси Сонячної системи.

Мікросвіт- Це молекули, атоми, елементарні частинки - світ гранично малих, безпосередньо не спостерігаються мікрооб'єктів, просторова різномірність яких обчислюється від 10-8 до 10-16 см, а час життя - від нескінченності до 10-24 с.

Макросвіт- світ стійких форм і пропорційних людині величин, і навіть кристалічні комплекси молекул, організми, спільноти організмів; світ макрооб'єктів, розмірність яких співвідносна з масштабами людського досвіду: просторові величини виражаються у міліметрах, сантиметрах та кілометрах, а час – у секундах, хвилинах, годинах, роках.

Мегамір- це планети, зіркові комплекси, галактики, метагалактики – світ величезних космічних масштабів і швидкостей, відстань у якому вимірюється світловими роками, час існування космічних об'єктів - мільйонами і мільярдами років.

І хоча цих рівнях діють свої специфічні закономірності, мікро-, макро - і мегамири тісно взаємопов'язані.

На мікроскопічному рівні фізика сьогодні займається вивченням процесів, що розігруються на довжинах порядку 10 мінус вісімнадцятого ступеня див., за час - порядку 10 мінус двадцять другого ступеня с. У мегасвіті вчені за допомогою приладів фіксують об'єкти, віддалені від нас на відстані близько 9-12 млрд світлових років.

Мікросвіт.Демокритомв античностібула висунутаАтомістична гіпотеза будови матерії , пізніше, у XVIII ст. була відроджена хіміком Дж. Дальтоном, який прийняв атомну вагу водню за одиницю і зіставив із нею атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона почали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У ХІХ ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.

У фізику уявлення про атоми як про останні неподільні структурні елементи матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються наприкінці XIX ст., коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному перетворенні атомів одних елементів на атоми інших елементів.

Історія дослідження будови атома почалася 1895 р. завдяки відкриття Дж. Томсоном електрона - негативно зарядженої частки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом в цілому електрично нейтральний, було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Маса електрона становила за розрахунками 1/1836 маси позитивно зарядженої частки.

Існували кілька моделей будови атома.

У 1902 р. англійський фізик У. Томсон (лорд Кельвін) запропонував першу модель атома - позитивний заряд розподілений у досить великій області, а електрони вкраплені в нього, як родзинки в пудинг.

У 1911 р. Еге. Резерфорд запропонував модель атома, яка нагадувала сонячну систему: у центрі знаходиться атомне ядро, а навколо нього своїми орбітами рухаються електрони.

Ядро має позитивний заряд, а електрони негативний. Замість сил тяжіння, які у Сонячній системі, в атомі діють електричні сили. Електричний заряд ядра атома, чисельно рівний порядковому номеру в періодичній системі Менделєєва, врівноважується сумою зарядів електронів - атом електрично нейтральний.

Обидві ці моделі виявилися суперечливими.

У 1913 р. великий датський фізик М. Бор застосував принцип квантування під час вирішення питання про будову атома та характеристику атомних спектрів.

Модель атома Н. Бора базувалася на планетарній моделі Е. Резерфорда і розробленої ним самим квантової теорії будови атома. Н. Бор висунув гіпотезу будови атома, засновану на двох постулатах, абсолютно несумісних із класичною фізикою:

1) у кожному атомі існує кілька стаціонарних станів (говорячи мовою планетарної моделі, кілька стаціонарних орбіт) електронів, рухаючись якими електрон може існувати, не випромінюючи ;

2) при переході електрона з одного стаціонарного стану в інший атом випромінює або поглинає порцію енергії.

Зрештою, точно описати структуру атома на підставі уявлення про орбіти точкових електронів принципово неможливо, оскільки таких орбіт насправді не існує.

Теорія М. Бора є хіба що прикордонну смугу першого етапу розвитку сучасної фізики. Це останнє зусилля описати структуру атома на основі класичної фізики, доповнюючи її лише невеликою кількістю нових припущень.

Складалося враження, що постулати М. Бора відбивають якісь нові, невідомі властивості матерії, але лише частково. Відповіді ці питання було отримано внаслідок розвитку квантової механіки. З'ясувалося, що атомну модель Н. Бора не слід розуміти буквально, як це було спочатку. Процеси в атомі в принципі не можна наочно подати у вигляді механічних моделей за аналогією з подіями в макросвіті. Навіть поняття простору і часу в формі, що існує в макросвіті, виявилися невідповідними для опису мікрофізичних явищ. Атом фізиків-теоретиків дедалі більше ставав абстрактно-ненаблюдаемой сумою рівнянь.

Макросвіт. В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донауковийі науковий

Донауковий,або натурфілософський,охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства XVI-XVII ст. Наблюдаемые природні явища пояснювалися з урахуванням умоглядних філософських принципів.

Найбільш значущою для подальшого розвитку природничих наук була концепція дискретної будови матерії атомізму, згідно з яким всі тіла складаються з атомів - найдрібніших у світі частинок.

Зі становлення класичної механіки починається науковийетап вивчення природи

Оскільки сучасні наукові ставлення до структурних рівнях організації матерії були вироблені під час критичного переосмислення уявлень класичної науки, застосовних лише до об'єктів макрорівня, то треба починати з концепцій класичної фізики.

Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., коли Г. Галілеєм було закладено основу першої в історії науки фізичної картини світу – механічної. Він не просто обґрунтував геліоцентричну систему М. Коперника та відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи – науково-теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися лише деякі фізичні та геометричні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження. Галілей писав: « Ніколи я не стану від зовнішніх тіл вимагати чогось іншого, ніж величина, фігура, кількість і більш менш швидкого руху для того, щоб пояснити виникнення смаку, запаху і звуку» 1 .

І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив сувору наукову теорію механіки, що описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими самими законами. Природа розглядалася як складна механічна система.

У рамках механічної картини світу, розробленої І. Ньютоном та його послідовниками, склалася дискретна (корпускулярна) модель реальності. Матерія розглядалася як речовинна субстанція, що складається з окремих частинок – атомів чи корпускул. Атоми абсолютно міцні, неподільні, непроникні, характеризуються наявністю маси та ваги.

Істотною характеристикою ньютоновського світу був тривимірний простір евклідової геометрії, який абсолютно постійно і завжди перебуває у спокої. Час представлялося як величина, яка залежить ні від простору, ні від матерії.

Рух розглядався як переміщення у просторі безперервними траєкторіями відповідно до законів механіки.

Підсумком ньютонівської картини світу став образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події та процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин та наслідків.

Механістичний підхід до опису природи виявився надзвичайно плідним. Слідом за ньютонівською механікою було створено гідродинаміку, теорію пружності, механічну теорію тепла, молекулярно-кінетичну теорію та цілу низку інших, у руслі яких фізика досягла величезних успіхів. Однак були дві області - оптичні та електромагнітні явища, які не могли бути повністю пояснені в рамках механістичної картини світу.

Поруч із механічної корпускулярної теорією, здійснювалися спроби пояснити оптичні явища принципово іншим шляхом, саме - з урахуванням хвильової теорії, сформульованої X. Гюйгенсом. Хвильова теорія встановлювала аналогію між поширенням світла та рухом хвиль на поверхні води або звукових хвиль у повітрі. У ній передбачалося наявність пружного середовища, що заповнює весь простір - світлоносного ефіру. Виходячи з хвильової теорії X. Гюйгенс успішно пояснив відображення та заломлення світла.

Іншою областю фізики, де механічні моделі виявилися неадекватними, була область електромагнітних явищ. Експерименти англійського дослідника природи М. Фарадея і теоретичні роботи англійського фізика Дж. К. Максвелла остаточно зруйнували уявлення ньютонівської фізики про дискретну речовину як єдиний вид матерії і започаткували електромагнітну картину світу.

Явище електромагнетизму відкрив датський дослідник природи X. К. Ерстед, який вперше помітив магнітну дію електричних струмів. Продовжуючи дослідження у цьому напрямі, М. Фарадей виявив, що тимчасове зміна магнітних полях створює електричний струм.

М. Фарадей дійшов висновку, що вчення про електрику та оптика взаємопов'язані та утворюють єдину область. Його роботи стали вихідним пунктом досліджень Дж. К. Максвелла, заслуга якого полягає в математичній розробці ідей М. Фарадея про магнетизм та електрику. Максвелл "перевів" модель силових ліній Фарадея в математичну формулу. Поняття «поле сил» спочатку складалося як допоміжне математичне поняття. Дж. К. Максвелл надав йому фізичного змісту і став розглядати поле як самостійну фізичну реальність: « Електромагнітне поле - це та частина простору, яка містить у собі та оточує тіла, що знаходяться в електричному чи магнітному стані» 2 .

Виходячи зі своїх досліджень, Максвелл зміг укласти, що світлові хвилі є електромагнітними хвилями. Єдина сутність світла та електрики, яку М. Фарадей припустив у 1845 р., а Дж. К. Максвелл теоретично обґрунтував у 1862 р., була експериментально підтверджена німецьким фізиком Г. Герцем у 1888 р.

Після експериментів Г. Герца у фізиці остаточно утвердилося поняття поля не як допоміжна математична конструкція, а як об'єктивно існуюча фізична реальність. Було відкрито якісно новий, своєрідний вид матерії.

Отже, до кінця ХІХ ст. Фізика дійшла висновку, що матерія існує у двох видах: дискретної речовини та безперервного поля.

В результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці наприкінці минулого і на початку нинішнього століть виявилися зруйнованими уявлення класичної фізики про речовину і поле як два якісно своєрідні види матерії.

Мегамір. Мегамир або космос, сучасна наука розглядає як систему, що взаємодіє і розвивається всіх небесних тіл.

Всі існуючі галактики входять до системи найвищого порядку. . Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15-20 млрд. світлових років.

Поняття «Всесвіт»і «Метагалактика»- дуже близькі поняття: вони характеризують той самий об'єкт, але у різних аспектах. Концепція «Всесвіт»означає весь існуючий матеріальний світ; поняття «Метагалактика»- той самий світ, але з погляду його структури – як упорядковану систему галактик.

Будова та еволюція Всесвіту вивчаються космологією . Космологіяяк розділ природознавства, знаходиться на своєрідному стику науки, релігії та філософії. У основі космологічних моделей Всесвіту лежать певні світоглядні передумови, а ці моделі мають велике світоглядне значення.

У класичній науці існувала так звана теорія стаціонарного стану Всесвіту, згідно з якою Всесвіт завжди був майже такий самий, як зараз. Астрономія була статичною: вивчалися рухи планет і комет, описувалися зірки, створювалися їх класифікації, що, звісно, ​​дуже важливо. Але питання про еволюцію Всесвіту не порушувалося.

Сучасні космологічні моделі Всесвіту ґрунтуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна, згідно з якою метрика простору та часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою густиною матерії та іншими конкретно-фізичними факторами.

Рівняння тяжіння Ейнштейна має не одне, а безліч рішень, чим і зумовлено наявність багатьох космологічних моделей Всесвіту. Перша модель була розроблена самим А. Ейнштейном у 1917 р. Він відкинув постулати ньютонівської космології про абсолютність та нескінченність простору та часу. Відповідно до космологічної моделі Всесвіту А. Ейнштейна світовий простір однорідний і ізотропний, матерія в середньому розподілена в ній рівномірно, гравітаційне тяжіння мас компенсується універсальним космологічним відштовхуванням.

Час існування Всесвіту нескінченно, тобто. немає ні початку, ні кінця, а простір безмежно, але звісно.

Всесвіт у космологічній моделі А. Ейнштейна стаціонарний, нескінченний у часі і безмежний у просторі.

У 1922р. Російський математик і геофізик А.А Фрідман відкинув постулат класичної космології про стаціонарність Всесвіту і отримав рішення рівняння Ейнштейна, що описує Всесвіт з простором, що "розширюється".

Оскільки середня густина речовини у Всесвіті невідома, то сьогодні ми не знаємо, в якому з цих просторів Всесвіту ми живемо.

У 1927 р. бельгійський абат та вчений Ж. Леметр пов'язав “розширення” простору з даними астрономічних спостережень. Леметр ввів поняття початку Всесвіту як сингулярності (тобто надщільного стану) і народження Всесвіту як Великого вибуху.

1929 року американський астроном Е.П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкість галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється.

Розширення Всесвіту вважається науково встановленим фактом. Згідно з теоретичними розрахунками Ж. Леметра, радіус Всесвіту в первісному стані був 10 -12 см, що близько за розмірами до радіусу електрона, а його щільність становила 1096 г/см 3 . У сингулярному стані Всесвіт був мікрооб'єктом мізерно малих розмірів. Від початкового сингулярного стану Всесвіт перейшов до розширення внаслідок Великого вибуху.

Ретроспективні розрахунки визначають вік Всесвіту 13-20 млрд. років. Г.А. Гамов припустив, що температура речовини була великою і падала з розширенням Всесвіту. Його розрахунки показали, що Всесвіт у своїй еволюції проходить певні етапи, під час яких відбувається утворення хімічних елементів та структур. У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту поділяють на “ери” 3

Епоха адронів. Тяжкі частки, що вступають у сильні взаємодії.

Епоха лептонів.Легкі частки, що вступають у електромагнітну взаємодію.

Фотонна ера.Тривалість 1 млн років. Основна частка маси – енергії Всесвіту – припадає на фотони.

Зоряна ера.Настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зіркову еру починається процес утворення протозірок та протогалактик.

Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.

У сучасній космології поруч із гіпотезою Великого вибуху дуже популярна інфляційна модель Всесвіту, у якій розглядається творіння Всесвіту. Ідея творіння має дуже складне обґрунтування та пов'язана з квантовою космологією. У цій моделі описується еволюція Всесвіту починаючи з моменту 10 -45 після початку розширення.

Прихильники інфляційної моделі вбачають відповідність між етапами космічної еволюції та етапами творення світу, описаними у книзі Буття у Біблії 4 .

Відповідно до інфляційної гіпотези космічна еволюція в ранньому Всесвіті проходить ряд етапів.

Початок Всесвіту визначається фізиками-теоретиками як стан квантової супергравітації з радіусом Всесвіту 10 -50 см.

Стадія інфляції В результаті квантового стрибка Всесвіт перейшов у стан збудженого вакууму і відсутність у ній речовини та випромінювання інтенсивно розширювалася за експоненційним законом. У цей час створювалося саме простір і час Всесвіту. За період інфляційної стадії тривалістю 10-34. Всесвіт роздувся від неймовірно малих квантових розмірів 10 -33 до неймовірно великих 10 1000000 див, що багато порядків перевищує розмір спостережуваної Всесвіту - 10 28 див. Весь цей первісний період у Всесвіті був ні речовини, ні випромінювання.

Перехід від інфляційної стадії до фотонної. Стан хибного вакууму розпався, енергія, що вивільнилася, пішла на народження важких частинок і античастинок, які, проанігувавши, дали потужний спалах випромінювання (світла), що висвітлив космос.

Етап відокремлення речовини від випромінювання: речовина, що залишилася після анігіляції, стала прозорою для випромінювання, контакт між речовиною і випромінюванням зник. Випромінювання, що відокремилося від речовини, і становить сучасний реліктовий фон, теоретично передбачений Г. А. Гамовим і експериментально виявлений в 1965 р.

Надалі розвиток Всесвіту йшов у напрямку від максимально простого однорідного стану до створення все більш складних структур - атомів (спочатку атомів водню), галактик, зірок, планет, синтезу важких елементів у надрах зірок, у тому числі й необхідних для створення життя, виникнення життя і як вінця творіння – людину.

Відмінність між етапами еволюції Всесвіту в інфляційній моделі та моделі Великого вибуху стосується лише початкового етапу порядку 10 -30 с, далі між цими моделями принципових розбіжностей у розумінні етапів космічної еволюції немає.

Поки ці моделі за допомогою знань і фантазії можна розраховувати на комп'ютері, а питання залишається відкритим.

Найбільша складність для вчених виникає при поясненні причин космічної еволюції. Якщо відкинути зокрема, можна виділити дві основні концепції, які пояснюють еволюцію Всесвіту: концепцію самоорганізаціїта концепцію креаціонізму.

Для концепції самоорганізаціїматеріальний Всесвіт є єдиною реальністю, і жодної іншої реальності, крім неї, не існує. Еволюція Всесвіту описується термінах самоорганізації: йде мимовільне впорядкування систем у бік становлення дедалі складніших структур. Динамічний хаос породжує порядок.

У рамках концепції креаціонізму, тобто. твори, еволюція Всесвіту пов'язується з реалізацією

програми , визначається реальністю вищого порядку, ніж матеріальний світ. Прихильники креаціонізму звертають увагу на існування у Всесвіті спрямованого номогенця – розвитку від простих систем до все більш складних та інформаційно ємних, у ході якого створювалися умови для виникнення життя та людини. Як додатковий аргумент залучається антропний принцип , сформульований англійськими астрофізиками Б. Карром та Ріссом.

Серед сучасних фізиків – теоретиків є прихильники як концепції самоорганізації, так і концепції креаціонізму. Останні визнають, що розвиток фундаментальної теоретичної фізики робить нагальною необхідністю розробку єдиної науково-технічної картини світу, що синтезує всі досягнення в галузі знання та віри.

Всесвіту на різних рівнях, від умовно елементарних частинок і до гігантських надскопивань галактик, властива структурність. Сучасна структура Всесвіту є результатом космічної еволюції, в ході якої з протогалактик утворилися галактики, з протозірок – зірки, з протопланетної хмари – планети.

Метагалактика– являє собою сукупність зіркових систем – галактик, а її структура визначається їх розподілом у просторі, заповненому надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом та пронизуваному міжгалактичними променями.

Відповідно до сучасних уявлень, для метагалактики характерно пориста (сітчаста, пориста) структура. Існують величезні обсяги простору (близько мільйона кубічних мегапарсек), у яких галактик поки що не виявлено.

Вік Метагалактики близький до віку Всесвіту, оскільки утворення структури припадає на період, що настає за роз'єднанням речовини та випромінювання. За сучасними даними, вік Метагалактики оцінюється у 15 млрд. років.

Галактика– гігантська система, що складається зі скупчень зірок і туманностей, які у просторі досить складну конфігурацію.

За формою галактики умовно розподіляються на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.

Еліптичні галактики- мають просторову форму еліпсоїда з різним ступенем стиснення вони є найпростішими за структурою: розподіл зірок поступово зменшується від центру.

Спіральні галактики– представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика – чумацький шлях.

Неправильні галактики- Не мають вираженої форми, в них відсутня центральне ядро.

Деякі галактики характеризуються виключно потужним радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.

У ядрі галактики зосереджені найстаріші зірки, вік яких наближається до віку галактики. Зірки середнього та молодого віку розташовані в диску галактики.

Зірки та туманності в межах галактики рухаються досить складним чином разом із галактикою вони беруть участь у розширенні Всесвіту, крім того, вони беруть участь у обертанні галактики навколо осі.

Зірки.На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашій Галактиці зосереджено в зірках, що є гігантськими плазмовими утвореннями різної величини, температури, з різною характеристикою руху. У багатьох інших галактик, якщо не у більшості, «зіркова субстанція» складає більш ніж 99,9% їхньої маси.

Вік зірок змінюється у досить великому діапазоні значень: від 15 млрд. років, що відповідають віку Всесвіту, до сотень тисяч – наймолодших. Існують зірки, які утворюються нині і перебувають у протозвездной стадії, тобто. вони ще стали справжніми зірками.

Народження зірок відбувається в газово-пилових туманностях під дією гравітаційних, магнітних та інших сил, завдяки яким йде формування нестійких однорідностей та дифузна матерія розпадається на низку згущень. Якщо такі згущення зберігаються досить довго, то з часом вони перетворюються на зірки. Основна еволюція речовини у Всесвіті відбувалася і відбувається у надрах зірок. Саме там знаходиться той «плавильний тигель», який зумовив хімічну еволюцію речовини у Всесвіті.

На завершальному етапі еволюції зірки перетворюються на інертні («мертві») зірки.

Зірки немає ізольовано, а утворюють системи. Найпростіші зіркові системи - звані кратні системи складаються з двох, трьох, чотирьох, п'яти і більше зірок, що обертаються навколо загального центру тяжкості.

Зірки об'єднані також у ще більші групи – зоряні скупчення, які можуть мати «розсіяну» чи «кульову» структуру. Розсіяні зоряні скупчення налічують кілька сотень окремих зірок, кульові скупчення - багато сотень тисяч.

Асоціації, чи скупчення зірок, також є незмінними і вічно існуючими. Через певну кількість часу, що обчислюється мільйонами років, вони розсіюються силами галактичного обертання.

сонячна системає групою небесних тіл, дуже різних за розмірами та фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет і безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. До 1979 було відомо 34 супутника і 2000 астероїдів. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла – Сонця. Сонячна система є упорядкованою системою, має свої закономірності будови. Єдиний характер Сонячної системи проявляється в тому, що всі планети обертаються навколо Сонця в тому самому напрямку і майже в одній і тій же площині. Більшість супутників планет (їх місяців) обертається у тому напрямі й у більшості випадків в екваторіальній площині своєї планети. Сонце, планети, супутники планет обертаються довкола своїх осей у тому напрямі, у якому вони здійснюють рух своїми траєкторіями. Закономірно і будова Сонячної системи: кожна наступна планета віддалена від Сонця приблизно вдвічі далі, ніж попередня.

Сонячна система утворилася приблизно 5 млрд. років тому, причому Сонце - зірка другого (або ще пізнішого) покоління. Таким чином, Сонячна система виникла на продуктах життєдіяльності зірок попередніх поколінь, що накопичувалися у газово-пилових хмарах. Ця обставина дає підставу назвати Сонячну систему малою частиною зоряного пилу. Про походження Сонячної системи та її історичну еволюцію наука знає менше, ніж необхідно для побудови теорії планетоутворення.

Перші теорії походження Сонячної системи були висунуті німецьким філософом І. Кантом та французьким математиком П. С. Лапласом. Згідно з цією гіпотезою система планет навколо Сонця утворилася в результаті дії сил тяжіння і відштовхування між частинками розсіяної матерії (туманності), що знаходиться в обертальному русі навколо Сонця.

Початком наступного етапу у розвитку поглядів освіту Сонячної системи послужила гіпотеза англійського фізика і астрофізика Дж. X. Джинса. Він припустив, що колись Сонце зіткнулося з іншою зіркою, внаслідок чого з нього був вирваний струмінь газу, який, згущуючи, перетворився на планети.

Сучасні концепції походження планет Сонячної системи ґрунтуються на тому, що потрібно враховувати не лише механічні сили, а й інші, зокрема електромагнітні. Ця ідея була висунута шведським фізиком та астрофізиком X. Альфвеном та англійським астрофізиком Ф. Хойлом. Відповідно до сучасних уявлень, первісна газова хмара, з якої утворилися і Сонце і планети, складалася з іонізованого газу, схильного до впливу електромагнітних сил. Після того, як з величезної газової хмари за допомогою концентрації утворилося Сонце, на дуже великій відстані від нього залишилися невеликі частини цієї хмари. Гравітаційна сила стала притягувати залишки газу до зірки, що утворилася - Сонцю, але його магнітне поле зупинило падаючий газ на різних відстанях - саме там, де знаходяться планети. Гравітаційна та магнітні сили вплинули на концентрацію та згущення падаючого газу, і в результаті утворилися планети. Коли виникли найбільші планети, той же процес повторився в менших масштабах, створивши таким чином системи супутників.

Теорії походження Сонячної системи мають гіпотетичний характер, і однозначно вирішити питання їх достовірності на етапі розвитку науки неможливо. У всіх існуючих теоріях є протиріччя та неясні місця.

Нині у сфері фундаментальної теоретичної фізики розробляються концепції, за якими об'єктивно існуючий світ не вичерпується матеріальним світом, сприйманим нашими органами почуттів чи фізичними приладами. Автори даних концепцій дійшли такого висновку: поряд з матеріальним світом існує реальність вищого порядку, що має принципово іншу природу в порівнянні з реальністю матеріального світу.

Система природа-біосфера - людина та її протиріччя.

Людина, суспільство нерозривно пов'язані з природою і не в змозі існувати і розвиватися поза нею, в першу чергу без безпосередньо навколишнього природного середовища. Зв'язок людини з довкіллям особливо яскраво виражена у сфері матеріального виробництва. Природні багатства є природною основою матеріального виробництва та життя суспільства в цілому. Поза природою та використання створених на її основі предметів людина не існує.

Найбільш тісно, ​​людина пов'язана з такими складовими природи, як географічне та навколишнє середовище.

Географічна середовище – та частина природи (рослинний і тваринний світ, вода, грунт, атмосфера Землі), яка залучена у сферу життя, насамперед у виробничий процес. від особливостей географічного середовища залежать конкретні напрями людської діяльності, розвиток тих чи інших галузей виробництва у різних країнах та континентах. Несприятливі природні умови гальмували суспільний розвиток. Тому давні цивілізації виникали спочатку саме на берегах Нілу, Єфрату, Тигра, Гангу, Інду тощо.

Якби людина знаходила всі необхідні їй засоби для існування в природі в готовому вигляді, не було б стимулів для вдосконалення виробництва та власного розвитку. Не тільки наявність тих чи інших природних умов для виробництва, а й їх недолік також прискорював вплив на розвиток суспільства. Саме наявність різноманітних природних умов є найбільш сприятливим фактором розвитку людини та суспільства.

Навколишнє середовище включає, окрім поверхні Землі та її надр, частину Сонячної системи, яка потрапляє або може потрапити у сферу діяльності людини, а також створений ним матеріальний світ. У структурі навколишнього середовища виділяють природне і штучне довкілля.

Природне довкілля включає неживу і живу частини природи – геосферу і біосферу. Вона існує та розвивається без втручання людини, природним чином. Проте під час еволюції людина поступово дедалі більше освоює природне довкілля. Спочатку це було лише просте споживання природних багатств. Потім людина почала використовувати і природні джерела засобів життя, перетворюючи їх у ході своєї практичної діяльності.

В результаті було створено штучне місце існування – все те, що спеціально зроблено людиною: різноманітність предметів матеріальної та духовної культури, перетворені ландшафти, а також виведені в процесі селекції та одомашнення рослини та тварини. З розвитком суспільства роль і значення для людини штучного довкілля безперервно зростають.

В результаті перетворення людиною природного довкілля можна говорити про існування нового її стану - техносфері.

Техносфера – сукупність технічних пристроїв та систем разом із областю технічної діяльності. Її структура досить складна, включає техногенну речовину, технічні системи, жива речовина, верхня частина земної кори, атмосферу, гідросферу. З початком ери космічних польотівтехносфера вийшла далеко за межі біосфери та охоплює вже навколоземний космос.

Ноосфера: поняття та основні компоненти.

Термін «ноосфера» (від грец. Noos-розум) перекладається як сфера панування розуму. Вперше цей термін ввів Леруа в 1927 р. на місці з Тейяром де Шарденом він розглядав ноосферу як якесь ідеальне утворення, поза біосферною оболонкою думки, що оточує Землю.

Вчення про ноосферу не носить поки що закінченого канонічного характеру.

Вернадський почав розвивати вчення про ноосферу з початку 30-х р.р. після детальної розробки вчення про біосферу. Він використовує поняття ноосфера у різних сенсах: -як стан планети, коли людина стає найбільшою перетворюючої геологічної силою; -як сфера активного прояву наукової думки; -як головний фактор перебудови та зміни біосфери.

Він уперше усвідомив і спробував здійснити синтез природничих і суспільних наук щодо проблем глобальної діяльності людини, яка активно перебудовує навколишнє середовище.

Спільне у розумінні ноосфери у Шардена та Вернадського: 1) поява людського розуму веде до зміни самої біосфери; 2)человеческая думка і діяльність стають геологічним чинником, вони перетворять весь поверхневий шар Землі. 3) перетворення біосфери є неминучим і необоротним. До цих висновків незалежно один від одного вони дійшли на початку 30-х років.

Відмінності в концепціях Вернадського і Шардена: У Шардена 1) рушійною силою еволюції - розум, свідомість, що не залежить від окремої людини; 2) ноосфера – мислячий пласт Землі, що утворюється поверх біосфери. У Вернадського 1) рушійною силою еволюції є сама природа, а думка, розум є результатом еволюції природи. 2) ноосфера не підноситься над біосферою, а біосфера перетворюється на ноосферу, що призводить до поліпшення біосфери.

В даний часпід ноосферою розуміється сфера взаємодії людини і природи, у межах якої розумна діяльність стає головним визначальним чинником розвитку. У структурі ноосфери можна виділити як складові людство, суспільні системи, сукупність наукових знань, суму техніки та технологій у єдності з біосферою. Гармонійний взаємозв'язок всіх складових структури є основою сталого існування та розвитку ноосфери.

Космос(Від грец. hosmos –світ) – термін, що йде з давньогрецької філософії для позначення світу як структурно організованого та впорядкованого цілого. Космосом греки називали Світ упорядкований, прекрасний у своїй гармонії на відміну Хаосу – первозданної сум'яття. Зараз підкосмосом розуміють все, що знаходиться за межами атмосфери Землі. Інакше космос називають Всесвітом (місце вселення людини).

Всесвіт –навколишній світ, нескінченний у просторі, у часі і за різноманіттям форм речовини, що його заповнює, і його перетворень. Всесвіт загалом вивчає астрономія.

Астрономія(Від грец. astron- Зірка, nomos– наука) – наука про рух, будову, виникнення, розвиток небесних тіл, їх систем та Всесвіту в цілому.

Основний метод отримання астрономічних знань – спостереження, оскільки, за рідкісними винятками, експеримент щодо Всесвіту неможливий.

Сучасна астрономія включає кілька вужчих наукових дисциплін – астрофізику, астрохімію, радіоастрономію та ін Інтенсивно розвивається космологія – розділ астрономії, тісно пов'язаний з фізикою.

Космологія(Від грец. hosmos- Мир і logos– вчення) – галузь науки, в якій вивчаються Всесвіт як єдине ціле і космічні системияк її частини.

Враховуючи давньогрецьке значення терміна «космос» – «порядок», «гармонія», – важливо відзначити, що космологія відкриває впорядкованість нашого світу та націлена на пошук законів його функціонування. Відкриття цих законів і є метою вивчення Всесвіту як єдиного впорядкованого цілого.

Космологія близько стикається з космогонією(Від грец. hosmos- мир, gonos– народження), розділом астрономії, що вивчає походження космічних об'єктів та систем. Разом з тим підхід космології та космогонії до явищ, що вивчаються, різний – космологія вивчає закономірності всього Всесвіту, а космогонія розглядає конкретні космічні тіла та системи.

Світ єдиний, гармонійний і водночас має багаторівневу організацію. Всесвіт – це мегасвіт. Немає жорсткого кордону, що однозначно розділяє мікро-, макро- і мегамири. При безперечній якісній відмінності вони взаємопов'язані. Так, наша Земля є макросвітом, але як одна з планет Сонячної системи вона одночасно виступає і як елемент мегасвіту. Всесвіт є упорядкованою системою окремих взаємозалежних елементів різного порядку. Це небесні тіла(зірки, планети, супутники, астероїди, комети), планетні системизірок, зоряні скупчення, галактики.

Зірки- Гігантські розпечені самосвічені небесні тіла.

Планети– холодні небесні тіла, що обертаються довкола зірки.

Супутники(Планет) - холодні небесні тіла, які обертаються навколо планет.

Наприклад: Сонце – це зірка, Земля – це планета, Місяць – це супутник Землі. Небесні тіла, що знаходяться в зоні суттєвої дії сили тяжіння зірки, утворюють її планетної системи.

Так, сонячна система(або планетна система) - сукупність небесних тіл - планет, їх супутників, астероїдів, комет, що обертаються навколо Сонця під дією сили його тяжіння. До Сонячної системи входять 9 планет, їх супутники, понад 100 тисяч астероїдів, безліч комет.

Астероїди(або малі планети) – невеликі холодні небесні тіла, що входять до складу Сонячної системи. Мають діаметр від 800 км до 1 км і менше, звертаються навколо Сонця за тими ж законами, за якими рухаються великі планети.

Комети- Небесні тіла, що входять до складу Сонячної системи. Мають вигляд туманних цяток з яскравим згустком у центрі – ядром. Ядра комет мають невеликі розміри – кілька кілометрів. У яскравих комет при наближенні до Сонця з'являється хвіст у вигляді смуги, що світиться, довжина якого може досягати десятків мільйонів кілометрів.

Зірки разом з їх планетними системами та міжзоряним середовищем утворюють галактики. Галактика– гігантська зіркова система, що налічує понад 100 млрд зірок, що обертаються навколо її центру. Усередині галактики відзначають зоряні скупчення. Зоряні скупчення– групи зірок, розділені між собою меншою відстанню, ніж звичайні міжзоряні відстані. Зірки у такій групі пов'язані загальним рухом у просторі та мають спільне походження. Галактики утворюють метагалактику. Метагалактика– грандіозна сукупність окремих галактик та скупчень галактик.

У сучасному трактуванні поняття «метагалактика» та «Всесвіт» частіше ототожнюють. Але іноді метагалактика тлумачиться лише як видима частина Всесвіту, причому Всесвіт зводиться до нескінченності. Однак якщо прийняти, що за межами метагалактики існує космічний вакуум, то таку форму матерії важко віднести до Всесвіту, тому що немає стійких елементарних частинок і атомів, немає зірок, немає галактик. Тому для нескінченного світу найбільше підходить філософське поняття матеріального світу, частиною якого є Всесвіт або метагалактика.

При вивченні об'єктів Всесвіту мають справу з надвеликими відстанями. Для зручності при вимірі таких надвеликих відстаней у космології використовують спеціальні одиниці:

♦ Астрономічна одиниця (а. е.)відповідає відстані від Землі до Сонця – 150 млн. км. Ця одиниця, як правило, застосовується для визначення космічних відстаней у межах Сонячної системи. Наприклад, відстань від Сонця до найвіддаленішої від нього планети – Плутона – 40 а. е.

♦ Світловий рік– відстань, яка світловий промінь, що рухається зі швидкістю 300 000 км/с, проходить за один рік – 10 13 км; 1 а. дорівнює 8,3 світлової хвилини. У світлових роках визначають відстань до зірок та інших космічних об'єктів, що за межами Сонячної системи.

♦ Парсек (пк)- Відстань, що дорівнює 3,3 світлового року. Використовують для вимірювання відстаней усередині зіркових систем та між ними.

При визначенні відстаней до інших галактик використовують ще більші одиниці – кілопарсек (Кпк) – 10 3 пк, мегапарсек (Мпк) – 10 6 пк. Усі відомості, накопичені людством про Всесвіт, – результат спостережень. Перші астрономічні знання були здобуті ще мислителями стародавнього світу. Астрономи країн Стародавнього Сходу – Єгипту, Вавилонії, Індії, Китаю – навчилися передбачати настання затемнень, стежили за рухом планет. Ці астрономічні знання, накопичені ще VII–VI ст. до зв. е.., запозичили давні греки.

У VI ст. до зв. е.. великий вчений та філософ Стародавньої Греції АрістотельПрактично висунув ідею геоцентричного (від грец. geo- Земля) будови Всесвіту. Аристотель вважав, що Земля і всі небесні тіла кулясті. Кулястість Місяця він довів, вивчаючи її фази, а кулястість Землі пояснив характером місячних затемнень. На диску Місяця край земної тіні завжди круглий, а це може бути лише за умови кулястості Землі. Аристотель вважав Землю центром Всесвіту, найбільшим її тілом, навколо якого обертаються всі небесні тіла. Всесвіт, на думку Аристотеля, має кінцеві розміри, його ніби замикає сфера зірок. Таким чином, за Арістотелем, Земля – нерухомий центр Всесвіту.

Після Аристотеля деякі вчені висловлювали сміливі та правильні здогади про будову Всесвіту. Так, який жив у ІІІ ст. до зв. е.. грецький астроном Аристарх Самоськийвважав, що Земля звертається навколо Сонця. Відстань до Сонця він визначав у 600 діаметрів Землі. Насправді обчислена їм відстань у 20 разів менша за дійсну, але за часів Аристарха Самоського і вона здавалася неймовірно величезною. Однак цю відстань мислитель вважав нікчемною порівняно з відстанями від Землі до зірок. Але геніальні думки Аристарха Самоського були зрозумілі сучасниками.

У ІІ. до зв. е.. остаточно сформувалася геоцентрична системасвіту. Олександрійський астроном Птолемейузагальнив існували до нього уявлення. Відповідно до моделі Птолемея, навколо кулястої та нерухомої Землі рухаються Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн та небо нерухомих зірок. Рух Місяця, Сонця, зірок правильний круговий, а рух планет набагато складніший. Кожна з планет, на думку Птолемея, рухається не навколо Землі, а навколо певної точки. Ця точка, у свою чергу, рухається по колу, в центрі якого знаходиться Земля.

Протягом багатьох століть геоцентрична система вважалася єдино правильною – вона узгоджувалась з біблійним описом створення світу. І лише у період Відродження почався розвиток альтернативної думки.

Геліоцентрична система(Від грец. helios– сонце) пов'язана з ім'ям польського вченого Миколи Коперника(XV ст.). Він відродив гіпотезу Аристарха Самоського про будову світу: Земля поступилася місцем центру Сонцю і виявилася третьою за рахунком серед обертових по кругових орбіт планет. Коперник шляхом складних математичних розрахунків пояснив видимі пересування планет навколо Сонця.

Вчення Коперника мало революційне значення для подальшого розвитку науки. Після 30 років наполегливої ​​праці, довгих роздумів та складних математичних розрахунків учений довів, що Земля – лише одна із планет, а всі планети звертаються навколо Сонця. У цьому зірки Коперник вважав нерухомими. Він думав, що Всесвіт обмежена сферою нерухомих зірок, які розташовані на неймовірно величезних, але все-таки кінцевих відстанях від нас і від Сонця. Таким чином, у вченні Коперника стверджувалися уявлення про величезні розміри Всесвіту, але не безкінечність його.

Сміливо розвинув ідею нескінченності Всесвіту великий італійський мислитель Джордано Бруно(XVI ст.). За Бруно, величезне Сонце – лише одна із зірок. Кожна зірка – таке саме Сонце. Зірок безліч, вони оточені планетами, на яких може бути життя. Бруно висловив здогади, що і Сонце, і зірки обертаються навколо своїх осей, а в Сонячній системі, окрім відомих планет, існують інші, поки що не відкриті.

Із винаходом телескопа італійський вчений Галілео Галілей у першій половині XVII ст. зробив видатні відкриття, які підтвердили вчення Коперника та здогади Бруно. Галілей дійшов висновку, що обертання властиве як Землі, а й іншим небесним тілам. Виявивши супутники у Юпітера, Галілей дійшов також висновку про те, що не тільки Земля та Сонце можуть бути центрами навернення небесних тіл. Одночасно з Галілеєм видатні відкриття в астрономії зробив німецький вчений Йоган Кеплер, сформулювавши закони руху тіл у Сонячній системі. Отже, на початку XVIII в. були досягнуті видатні успіхи в астрономії: відкрито будову Сонячної системи та закони руху небесних тіл, що до неї входять; стало ясно, що Сонце – лише одна із зірок у нескінченному зірковому Всесвіті. Подальший розвиток астрономії йшов шляхом накопичення нових фактів та пошуку варіантів їх пояснення.

Завданням сучасної астрономії є як пояснення даних астрономічних спостережень, а й вивчення еволюції Всесвіту(Від лат. evolution- Розгортання, розвиток). Ці питання розглядає космологія – область астрономії, що найбільш інтенсивно розвивається.

Вивчення еволюції Всесвіту ґрунтується на наступному:

♦ універсальні фізичні закони вважаються чинними у всьому Всесвіті;

♦ висновки з результатів астрономічних спостережень визнаються поширеними на весь Всесвіт;

♦ істинними визнаються ті висновки, які не суперечать можливості існування самого спостерігача, тобто людини (антропний принцип).

Під час вивчення Всесвіту неможливо провести емпіричну перевірку результатів дослідження, тому висновки космології називають не законами, а моделями походження та розвитку Всесвіту.

Молель(Від лат. modulus– зразок, норма) – це схема певного фрагмента природної чи соціальної реальності (оригіналу), можливий варіант пояснення. У процесі розвитку науки стара модель замінюється новою моделлю.

В основі сучасної космології лежить еволюційний підхід до питань виникнення та розвитку Всесвіту, відповідно до якого розроблено модель Всесвіту, що розширюється.

Ключовою передумовою створення моделі еволюціонує розширюється Всесвіту послужила загальна теорія відносності А. Ейнштейна (див. розділ 3). Об'єктом теорії відносності є фізичні події. Фізичні події характеризують поняття простору, часу, матерії, руху,які в теорії відносності розглядаються у єдності.Виходячи з єдності матерії, простору та часу випливає, що зі зникненням матерії зникли б і простір, і час. Таким чином, до утворення Всесвіту не було ні простору, ні часу. Ейнштейн вивів фундаментальні рівняння, що пов'язують розподіл матерії з геометричними властивостями простору, з ходом часу та на їх основі у 1917 р. розробив статистичну модель Всесвіту.

Відповідно до цієї моделі, Всесвіт має наступні властивості:

♦ однорідністю,тобто має однакові властивості у всіх точках;

♦ ізотропністю,тобто має однакові властивості у всіх напрямках.

З теорії відносності випливає, що викривлене простір може бути стаціонарним: воно має або розширюватися, або звужуватися. Таким чином, Всесвіт має ще одну властивість – нестаціонарністю.Вперше висновок нестаціонарності Всесвіту зробив А. А. Фрідман, російський фізик та математик, у 1922 р.

У 1929 р. американський астроном Едвін Хабблвідкрив так зване червоне усунення.

Червоне змішання- Це зниження частот електромагнітного випромінювання: у видимій частині діапазону лінії змішаються до його червоного кінця.

Сутність цього явища полягає в наступному: при віддаленні від нас якого-небудь джерела коливань частота коливань, що сприймається, зменшується, а довжина хвилі, відповідно, збільшується, тому при випромінюванні відбувається «почервоніння», тобто лінії спектру зсуваються у бік більш довгих червоних хвиль. Е. Хаббл досліджував спектри далеких галактик і встановив, що їх спектральні лінії зміщені у бік червоних ліній, що означає «розбігання» галактик. Наступні дослідження показали: галактики з великою швидкістю віддаляються як від спостерігача, а й друг від друга. При цьому швидкість «розбігання» галактик, що обчислюється десятками тисяч кілометрів на секунду, прямо пропорційна відстані між ними. Так було встановлено факт розширення Всесвіту.

На основі результатів проведених досліджень Е. Хаббл сформулював важливий для космології закон (Закон Хаббла):

Це означає, що Всесвіт нестаціонарний: він перебуває у стані постійного розширення.

З положення про те, що Всесвіт нині перебуває у стані розширення, вчені, оперуючи математичними моделями, дійшли висновку, що колись, у минулому, вона мала перебувати у стислому стані. Розрахунки показали, що 13-15 млрд років тому матерія нашого Всесвіту була сконцентрована в надзвичайно малому обсязі, близько 10 -33 см 3 і мала величезну щільність - 10 93 г/см 3 при температурі 10 27 К. Отже, початковий стан Всесвіту - так звана «сингулярна точка» – характеризується практично нескінченними щільністю та кривизною простору, надвисокою температурою. Вважають, що Всесвіт, що спостерігається зараз, виник завдяки гігантському вибуху цієї вихідної космічної матерії – Великому вибуху Всесвіту.Уявлення про Великий вибух є складовоюмоделі Всесвіту, що розширюється. Концепція Великого вибуху, логічно пояснюючи багато моментів еволюції Всесвіту, не відповідає на питання, з чого вона виникла. Це завдання вирішує Теорія інфляції.

Теорія інфляції,або теорія Всесвіту, що роздмухується,виникла над противагу, а доповнення і розвиток концепції Великого вибуху. Як випливає з цієї теорії, Всесвіт виник з нічого.«Нічого» у науковій термінології називається вакуумом.Відповідно до сучасних наукових уявлень у вакуумі відсутні фізичні частинки, поля та хвилі. Однак у ньому є віртуальні частки, які народжуються з допомогою енергії вакууму і відразу зникають. Коли вакуум з якоїсь причини в певній точці збудився і вийшов зі стану рівноваги, то віртуальні частки стали захоплювати енергію без віддачі і перетворюватися на реальні частки. Цей період зародження Всесвіту називають фазою роздування (або інфляції). У фазі інфляції простір нашого Всесвіту збільшується від мільярдної частки розміру протона до кількох сантиметрів. Таке розширення в 10-50 разів більше, ніж передбачалося в концепції Великого вибуху. До кінця фази роздування Всесвіту утворилося безліч реальних частинок разом із пов'язаною ними енергією.

При руйнуванні збудженого вакууму вивільнилася гігантська енергія випромінювання, а якась суперсила стиснула частки у надщільну матерію. Через надзвичайно високу температуру і величезний тиск Всесвіт продовжував роздмухувати, але тепер уже з прискоренням. У результаті надщільна і надгаряча матерія вибухнула. У момент Великого вибуху теплова енергія перетворюється на механічну та гравітаційну енергії мас. Це означає, що Всесвіт народжується відповідно до закону збереження енергії.

Таким чином, основна ідея теорії інфляції полягає в тому, що Всесвіт на ранніх стадіях свого виникнення мав нестійкий вакуумоподібний стан. великою щільністюенергії. Ця енергія, як і вихідна матерія, виникла з квантового вакууму, тобто нічого. Пояснюючи походження Всесвіту із збудженого вакууму, теорія інфляції намагається вирішити одну з основних проблем світобудови – проблему виникнення всього (Всесвіту) з нічого (з вакууму).

У середині XX ст. формулюється концепція гарячого Всесвіту. Згідно з цією концепцією, на ранніх етапах розширення, невдовзі після Великого вибуху, Всесвіт був дуже гарячим: випромінювання домінувало надреченням. При розширенні температура падала, і з деякого моменту простір став випромінюванням практично прозорим. Випромінювання, що збереглося з початкових моментів еволюції (реліктове випромінювання),поступово заповнює весь Всесвіт досі. Внаслідок розширення Всесвіту температура цього випромінювання продовжує падати. В даний час вона становить 2,7 К. 1 Відкриття реліктового випромінювання в 1965 р. стало спостережливим обґрунтуванням концепції гарячого Всесвіту. Було виявлено фундаментальну властивість Всесвіту – вона гаряча.Таким чином, відповідно до моделі, розробленої на основі теорії відносності, Всесвіт, що розширюється - однорідний, ізотропний, нестаціонарний і гарячий

Переконливими аргументами, що підтверджують обґрунтованість космологічної моделі Всесвіту, що розширюється, є встановлені факти. До таких фактів ставляться такі:

♦ розширення Всесвіту відповідно до закону Хаббла;

♦ однорідність матерії, що світиться, на відстанях близько 100 Мпк;

♦ існування реліктового фону випромінювання з тепловим спектром, що відповідає температурі 2,7 К.

Вік Всесвіту, згідно з сучасною космологічною концепцією її походження та розвитку, обчислюється з початку розширення та оцінюється у 13–15 млрд років. Сучасна астрономія інтенсивно розвивається: відкрито нові космічні об'єкти, встановлено раніше невідомі факти. До порівняно недавно відкритих космічних об'єктів відносяться квазари, нейтронні зірки, чорні діри.

Квазари– потужні джерела космічного радіовипромінювання, які, як припускають, є найяскравішими та найдальшими з відомих зараз небесних об'єктів.

Нейтронні зірки- передбачувані зірки, що складаються з нейтронів, що утворюються, ймовірно, в результаті спалахів наднових зірок.

Чорні діри(або "застиглі зірки", "гравітаційні могили") - об'єкти, в які, як припускають, перетворюються зірки на заключній стадії свого існування. Простір чорної дірки ніби вирваний із простору метагалактики: речовина і випромінювання «провалюються» у неї і не можуть «вийти» назад.

Дослідження гранично далеких галактик призвело до несподіваного відкриття, що викликало кардинальний перегляд уявлень про динаміку розширення Всесвіту та про роль у ній звичайної матерії. Було встановлено, що нині Всесвіт розширюється прискорено. Агент, який викликав це прискорення, отримав назву темної енергії.Природа темної енергії поки що невідома.

Нововстановлені факти вивчаються з позицій еволюційного підходу до вирішення питань про походження та розвиток Всесвіту, згідно з яким Всесвіт постає як результат диференціації та ускладнення форм організації матерії.

Приставка "мікро" означає відношення до дуже малих розмірів. Таким чином, можна сказати, що мікросвіт- Це щось невелике. У філософії як мікросвіт вивчається людина, а у фізиці, концепції сучасного природознавства як мікросвіт вивчаються молекули.

Мікросвіт має свої особливості, які можна виразити так:

1) одиниці виміру відстані (м, км тощо), використовувані людиною, застосовувати просто безглуздо;

2) одиниці виміру ваги людини (г, кг, фунти і т. д.) застосовувати також безглуздо.

Так як була встановлена ​​безглуздість застосування одиниць виміру відстані та ваги по відношенню до об'єктів мікросвіту, то, природно, потрібно було винайти нові одиниці виміру. Так, відстані між найближчими зірками та планетами вимірюються не в кілометрах, а у світлових роках. Світловий рік – це така відстань, яка сонячне світломинає за один земний рік.

Вивчення мікросвіту разом із вивченням мегасвіту сприяло краху теорії Ньютона. Таким чином, було зруйновано механістичну картину світу.

У 1927 р. Нільс Бор робить ще один свій внесок у розвиток науки: він сформулював принцип додатковості. Причиною, що послужила формулювання даного принципу, стала двоїста природа світла (так званий корпускулярно-хвильовий дуалізм світла). Сам же Бор стверджував, що поява цього принципу була пов'язана з вивченням мікросвіту з макросвіту. Як обґрунтування цього він наводив таке:

1) робилися спроби пояснити явища мікросвіту у вигляді понять, вироблених щодо макромиру;

2) у свідомості людини виникали складнощі, пов'язані з поділом буття на суб'єкт та об'єкт;

3) при спостереженні та описі явищ мікросвіту ми не можемо абстрагуватися від явищ, що належать до макросвіту спостерігача, та засобів спостереження.

Нільс Бор стверджував, що «принцип додатковості» підходить як для дослідження мікросвіту, так і для дослідження в інших науках (зокрема, психології).

На закінчення цього питання варто сказати, що мікросвіт є основою нашого макросвіту. Також у науці можна виділити «мікромікросвіт». Або, інакше, наномир. Наномир, на відміну мікросвіту, є носієм світла, точніше, всього спектра електромагнітних процесів, фундаментом, що підтримує структуру елементарних частинок, фундаментальних взаємодій та більшості явищ, відомих сучасної науці.

Отже, предмети, які оточують нас, і навіть саме тіло людини є єдиним цілим. Усе це складається з «частин», тобто молекул. Молекули, своєю чергою, також діляться більш дрібні складові – атоми. Атоми теж, своєю чергою, діляться ще дрібніші складові частини, які називаються елементарними частками.

Всю цю систему можна уявити як будинок чи будинок. Будівля не є цілісним шматком, тому що вона побудована, припустимо, за допомогою цегляної кладки, а цегляна кладка складається безпосередньо з цегли та розчину цементу. Якщо ж почне руйнуватися цегла, то, природно, звалиться і вся будова. Так і наш Всесвіт – руйнація його, якщо це станеться взагалі, також почнеться з наноміру та мікросвіту.

Природно, є об'єкти, які за своїми розмірами набагато більші за об'єкти мікросвіту (тобто атомів і молекул). Ці об'єкти і становлять макросвіт. Макросвіт «населяють» тільки ті об'єкти, які за своїми розмірами можна порівняти з розмірами людини. До об'єктів макросвіту можна віднести і саму людину. І, що природно, людина є найголовнішою складовою макросвіту.

Що таке людина? Стародавній античний філософ Платон якось сказав, що людина – це двонога тварина без пір'я. У відповідь на це його опоненти принесли йому обскубаного півня і сказали: ось, Платоне, твоя людина! Вивчення людини як об'єкта макросвіту з погляду його фізичних даних є неправильним.

Насамперед зазначимо, що людина - Це ціла сукупність різних систем: кровоносної, нервової, м'язової, кісткової системи і т. д. Але крім цього, однією зі складових людини є її енергія, яка тісно пов'язана з фізіологією. Причому енергія може розглядатися у двох сенсах:

1) як рух і здатність виконувати роботу;

2) «рухливість» людини, її активність.

Також енергію називають аурою чи ци. Енергію (або ауру) можна, як і фізичне тіло, розвивати та зміцнювати.

Нервова система, м'язова система, інші системи, енергія – ще всі складові людини. Найголовнішою такою «складовою» є свідомість. Що таке свідомість? Де воно? Чи можна його доторкнутися, потримати в руках, подивитися на нього?

Досі на ці запитання відповідей немає, та й швидше за все не буде. Свідомість - Це нематеріальний об'єкт. Свідомість не можна взяти і відокремити від людини - вона невіддільна.

Але разом із цим можна спробувати виділити інгредієнти, які становлять людську свідомість:

1) інтелект;

2) підсвідомість;

3) надсвідомість.

Інтелект – це розумова та розумова здатність людини. Психологи стверджують, головною функцією інтелекту є пам'ять. Справді, ми не можемо собі уявити, що було б з нами, якби пам'яті в нас не було взагалі. Прокидаючись щоранку, людина починала б міркувати: хто я? Що я тут роблю? Хто мене оточує? і т.д.

До підсвідомості належать усі наші «робочі» навички. Навички складаються з багаторазово повторюваних та одноманітних дій. Щоб проілюструвати, що таке навички, досить згадати, що ми вміємо писати і читати. Побачивши якийсь текст, ми не думаємо: а це що за буква, а це що за знак? Ми просто складаємо літери у слова, а слова у речення.

Надсвідомість.До надсвідомості належить передусім душа людини.

Душа - Це також нематеріальний об'єкт (її не можна ні побачити, ні потримати в руках). Нещодавно було заявлено, що вчені дізналися, скільки важить душа. Деякі вчені стверджують, що на момент смерті людини його вага трохи зменшується, тобто відлітає душа людини. Але це твердження необґрунтоване, бо який розумний лікар покладе вмираючого на ваги і сидітиме і чекатиме, коли ж хворий помре? У клятві Гіппократа, яку дає кожен лікар-початківець, йдеться про те, щоб не нашкодити людині. Лікар не сидітиме, а рятуватиме людське життя. І взагалі дізнатися вагу душі нереально, тому що нематеріальні об'єкти не мають жодної ваги.

Людська душа - Це релігійна цінність. Всі світові релігії спрямовані на те, щоб дати людям можливість врятувати свою душу після смерті (тобто жити вічно після фізичної смерті тлінної оболонки душі – тіла людини). Боротьбу за душу завжди ведуть Добро та Зло. Наприклад, у християнстві це Бог та Сатана.

Якщо мікросвіт – це світ тих об'єктів, які не підходять під одиниці виміру людини, макросвіт – це світ об'єктів, які можна порівняти з одиницями виміру людини, то мегасвіт – це світ об'єктів, які набагато більше людини.

Простіше кажучи, вся наша Всесвіт – це мегасвіт. Її розміри величезні, вона безмежна і розширюється. Всесвіт заповнюють об'єкти, які значно більші за нашу планету Земля і нашого Сонця. Нерідко буває, що різниця між якоюсь зіркою за межами Сонячної системи в десятки разів перевершує Землю.

Дослідження мегамиру тісно пов'язане з космологією та космогонією.

Наука космологія дуже молода. Вона народилася порівняно недавно - на початку XX ст. Можна виділити дві основні причини народження космології. І, що цікаво, обидві причини пов'язані з розвитком фізики:

1) Альберт Ейнштейн створює свою релятивістську фізику;

2) М. Планк створює квантову фізику.

Квантова фізика змінила погляди людства на структуру простору-часу та структуру фізичних взаємодій.

Також дуже важливу роль відіграла теорія А. А. Фрідмана про Всесвіт, що розширюється. Ця теорія дуже недовго залишалася недоведеною: лише 1929 р. її довів Еге. Хаббл. Точніше, він не доводив теорію, а виявив те, що Всесвіт справді розширюється. Причому слід зазначити, що на той час причини розширення Всесвіту не були встановлені. Вони були встановлені набагато пізніше, у наші дні. Вони були встановлені тоді, коли до раннього Всесвіту застосували результати, отримані за допомогою вивчення елементарних частинок у сучасній фізиці.

Космогонія. Космогонія – це розділ науки астрономії, який вивчає походження галактик, зірок, планет та інших об'єктів. На сьогодні космогонію можна розділити на дві частини:

1) космогонії Сонячної системи. Цю частину (чи вид) космогонії інакше називають планетною;

2) зоряна космогонія.

У другій половині XX ст. у космогонії Сонячної системи утвердилася точка зору, згідно з якою Сонце та вся Сонячна система утворилися з газо-пилового стану. Вперше така думка була висловлена Іммануїлом Кантом.У середині XVIIIв. Кант написав наукову статтю, яка називалася: «Космогонія, або спроба пояснити походження світобудови, утворення небесних тіл та причини їхнього руху загальними законами розвитку матерії відповідно до теорії Ньютона». Молодий вчений захотів написати цю роботу, бо дізнався: Прусська академія наук запропонувала конкурс на аналогічну тему. Але Кант не зміг зібратися з духом і видати свою працю. Через якийсь час він пише другу статтю, яка називалася: «Питання про те, чи старіє Земля з фізичного погляду». Перша стаття була написана у складний час: Іммануїл Кант виїхав із рідного Кенігсберга, намагаючись підробити домашнім учителем. Не отримавши нічого цінного (крім своїх знань), Кант повертається додому і 1754 р. видає цю статтю. Обидві роботи пізніше були об'єднані в єдиний трактат, присвячений проблемам космології.

Теорію Канта про походження Сонячної системи надалі почав розвивати Лаплас. Француз докладно описав гіпотезу утворення Сонця і планет з газової туманності, що вже обертається, врахував основні характерні риси Сонячної системи.