трусики женские украина

На головну

Поняття Всесвіту і її моделі - Авіація і космонавтика

Міністерство Сільського Господарства Російської Федерації

ФГОУ ВПО Самарська Державна Сільськогосподарська Академія

Інститут Управлінських Технологій і Аграрного Ринку

Кафедра ГМУ

Контрольна робота

по дисципліні «Астрономія і космонавтика»

Тема: «Поняття Всесвіту і її моделі»

САМАРА 2010

Введення

З ранніх часів людина задумувалася про пристрій навколишнього його світу як єдиного цілого. І в кожній культурі воно розумілося і представлялося по-різному. Так, в Вавілоне життя на Землі тісно зв'язували з рухом зірок, а в Китаї ідеї гармонія переносилася на весь Всесвіт.

Розвиток цих уявлень в різних частинах світу йшов по-різному. Але якщо в Старому Світлі накопичені знання і уявлення загалом нікуди не зникли, лише передаючись від однієї цивілізації до іншої, то про Нове Світло такого сказати не можна. Провиною тому - колонізація Америки європейцями, що знищувала багато які пам'ятники древніх культур.

У період Середньовіччя уявлення про мир як про єдине ціле не зазнає істотних змін. І тому дві причини. Перша - сильний тиск ортодоксальних богословів, характерний як для католицької Європи, так і для ісламського миру. Друга - спадщина минулого, коли уявлення про мир будувалися з деяких філософських концепцій. Необхідно було усвідомити, що астрономія була частиною фізики.

Перший значний поштовх у бік сучасних уявлень про Всесвіт здійснив Коперник. Другий по величині внесок внесли Кеплер і Ньютон. Але справді революційні зміни в наших уявленнях про Всесвіт відбуваються лише в XX віці.

Всесвіт

Всесвіт - фундаментальне поняття астрономії, суворо не визначуване, включає в себе весь навколишній світ. На практиці під Всесвітом часто розуміють частину матеріального світу, доступну вивченню естественнонаучными методами.

Таке визначення включає в себе дві іпостасі: умоглядна, філософська, і щось матеріальне, доступне спостереженням в цей час або в обозримом майбутньому. Якщо автор розрізнює ці іпостасі, то слідуючи традиції, першу називають Всесвітом, а другу - астрономічного Всесвіту або Метагалактікой (останнім часом цей термін практично вийшов з вживання).

У історичному плані для позначення «всього простору» використовувалися різні слова, включаючи еквіваленти і варіанти з різних мов, такі як «небесна сфера», «космос», «мир». Використовувався також термін «макрокосмос», хоч він призначений для визначення систем великого масштабу, включаючи їх підсистеми і частини. Аналогічно, слово «микрокосмос» використовується для позначення систем малого масштабу в складі набагато більшої системи, частиною якої є початкова система.

Будь-яке дослідження, будь-яке спостереження, будь те спостереження дитини за кішкою, фізика - за тим, як розколюється ядро атома, або астронома, ведучого спостереження за далекою-далекою галактикою - все це спостереження за Всесвітом, а якщо бути точним - за окремими її частинами. Ці частини служать предметом вивчення окремих природних наук, а Всесвіту в максимально великих масштабах, і навіть Всесвітом як єдиним цілим займаються астрономія і космологія.

Етимологія

У російській мові слово Всесвіт є успадкованим з старославянского мови, де є калькою древньогрецький слова ойкумена, «населяю, мешкаю» і в першому значенні мало значення лише жилої частини світу. Російське слово Всесвіт тому споріднено іменнику «вселення» і лише співзвучно визначальному займеннику «все». Саме загальне визначення для «Всесвіту» серед древньогрецький філософів, починаючи з піфагорійців, було «το παν» (Все), що включало в себе як всю матерію (το ολον), так і весь космос (το κενον).

Спостереження

На даний момент основні зусилля астрономів, працюючих в спостережливій космології, спрямовані, в основному, в дві області:

- історію розвитку Всесвіту: від ранніх етапів і до наших днів;

- космологічну шкалу відстаней і пов'язане з нею явище розширення Всесвіту.

Майже вся інформація про Всесвіт, відома на даний момент - косвенна. Як правило, спочатку робляться деякі припущення, а потім вони перевіряються.

На даний момент лише наступні факти можна вважати твердо встановленими:

- Закон Хаббла з хорошою мірою лінійний до z ~ 0,1;

- Реліктовий фон флуктуирует на масштабах четвертого порядку малості;

- Температура реліктового фону залежить від z;

- Наявність Lα-ліси в спектрах далеких об'єктів(квазаров) з z > 6;

- Наявність сильної неоднорідності в розподілі галактик на масштабах < 100 Мпк.

Вивчення історії розвитку Всесвіту і її крупномасштабний структури

Надто важкі задачі - вивчення історії розвитку Всесвіту і проблема виникнення її крупномасштабний структури - одночасно є надто важливими для всієї астрофізики загалом: тільки їх рішення може показати вірність розуміння процесів, що відбуваються в окремих об'єктах і їх об'єднаннях на даний момент. Трудність даних задач складається в тому, що з одного боку необхідно так чи інакше спостерігати молоді і тому видалені об'єкти, в масі своїй що є слабими, і для цього треба звузити поле телескопа, щоб збільшити співвідношення сигнал/шум; а з іншою - необхідно спостерігати об'єкти масово, щоб виключити ефекти селекції і тому подібні при інтерполяції результатів на весь Всесвіт, для чого необхідно як можна більше поле.

Причина слабості ж старих об'єктів двояка: для близьких об'єктів старість в основному означає, що період їх найвищої светимости пройдений, і зараз вони, з різних причин позбавившись основного джерела енергії, можуть світити лише завдяки скудним старим запасам; далекі ж об'єкти ослаблені як своєю дальністю, так і тим, що їх спектр разом з надто важливою лінією Lα через розширення Всесвіту зміщається в інфрачервоний діапазон, спостереження в якому пов'язані з великими технічними труднощами.

Є два підходи до розв'язання даних проблем:

- Чисто силової: ми підвищуємо якість наших спостережень, досліджуємо все більш слабі об'єкти, знімаємо все більш якісні спектри, і/або робимо масові спостереження. Даний підхід дозволяє досягати найкращої на даний момент точності при відносній простоті реалізації для спостерігача, але вимагає значних ресурсозатрат.

- Більш творчий: із застосуванням різних методик аналізу даних, що є, отриманих з використанням ресурсів, що вже є.

Звичайно їх застосовують в зв'язці: за допомогою другого способу намічують проблеми і задачі, які потім вирішуються на якісно новому рівні за допомогою кращих космічних і наземних телескопів.

Також є проблемою і те, що разом з Всесвітом еволюціонують і об'єкти, за допомогою яких ведуться дослідження. А значить, необхідно разом з дослідженням об'єкта, що самого спостерігається необхідно вивчати і метод, за допомогою якого він досліджується.

Загальні особливості і прийоми

Спостерігати космологічні об'єкти можна різними способами, деякі підходять тільки для одного типу об'єктів, деякі застосовні до всіх. Ті, що характерні для всіх, частково прийшли із зіркової астрономії (такі як метод зіркових підрахунків або порівняння різних дільниць спектра), частково винайдені тільки для потреб космології.

Загальні проблеми найбільш яскравим образом виявляються в галактиках. Класично, серед них виділяють чотири типи: еліптичні, линзовидные, спіральні і іррегулярні. І ці чотири типи багато в чому схожі, але також багато в чому різні. Чинників, що впливають на еволюцію властивостей окремо взятої галактики - величезна безліч. Все це відбивається на її спектральних і фотометрических характеристиках, причому тимчасові масштаби еволюційних процесів - мільйони років. У результаті спостереження далеких об'єктів не можна співвіднести з спостереженнями близьких галактик і немає простих механізмів екстраполяції того стану до нинішнього.

Теоретичні моделі

Сучасні космологічні моделі дуже складні і часом внутрішньо суперечливі. Наприклад, до Всесвіту застосовуються рівняння ВІД, хоч ВІД - це локальна теорія, і її використання в масштабі галактик і Всесвіту загалом може бути піддане сумніву. Космологічні моделі просто вимагають, що протон не був стабільною частинкою і розпадався б, чого сучасні експерименти в фізичних лабораторіях не підтверджують; і цей список можна продовжити. Але на даний момент з таким положенням справ доводиться миритися, оскільки кращого пояснення спостережливих даних поки не існує.

Космологія - швидше описова наука, чим предсказательная, і багато які її спостереження, якщо запастися великою часткою фантазії і винахідливості, можна трактувати по-різному. Волею-неволею, але доводиться звертатися до деяких припущень, принципів, в тому числі і філософським. Зараз практично всі згодні, що будь-яка модель Всесвіту повинна задовольняти так званому «космологічному принципу». Згідно з ним у великих просторових масштабах у Всесвіті немає виділених областей і напрямів. Слідством такого постулату є однорідність і изотропность матерії у Всесвіті на великих масштабах (> 100 Мпк).

Просторова однорідність і изотропность не забороняє неоднорідності у часі, тобто існування виділених послідовностей подій, доступних всім спостерігачам. Прихильники теорій стаціонарного Всесвіту іноді формулюють «довершений космологічний принцип», згідно з яким властивостями однорідності і изотропности повинно володіти четырехмерное простір-час. Однак еволюційні процеси, що спостерігаються у Всесвіті, видно не узгодяться з таким космологічним принципом.

У загальному випадку для побудови моделі застосовуються наступні теорії і розділи фізики:

- Рівноважна статистична фізика, її основні поняття і принципи, а також теорія релятивістського газу.

- Теорія гравітації (звичайно ВІД).

- Деякі відомості з фізики елементарних частинок: список основних частинок, їх характеристики, типи взаємодії, закони збереження.

Комбінуючи їх намагаються насамперед пояснити три фундаментальних явища: розширення Всесвіту, крупномасштабний структуру Всесвіту, що спостерігається і поширеність хімічних елементів. Основними теоріями на сьогоднішній день в сукупності описуючі всі ці три явища є:

- Теорія Великого Вибуху. Описує хімічний склад Всесвіту (абсолютно домінуюча теорія)

- Теорія стадії інфляції. Пояснює причину розширення (визнана багатьма, але що широко обговорюється)

- Модель розширення Фрідмана. Описує розширення (абсолютно домінуюча теорія)

- Ієрархічна теорія. Описує крупномасштабний структуру (що випробовує великі проблеми останнім часом, але що підтримується багатьма теоретиками)

Модель Всесвіту,

що розширяється Модель Всесвіту, що розширяється описує сам факт розширення. У загальному випадку ігнорується, коли і чому Всесвіт почав розширятися, тобто теорія Великого Вибуху - лише окремий випадок моделі Всесвіту, що розширяється. У основі більшості моделей Всесвіту, що розширяється лежить ВІД і її геометричний погляд на природу гравітації. Середу, що Ізотропно розширяється зручно розглядати в системі координат, що розширяються разом з матерією. Таким чином, розширення Всесвіту формально зводиться до зміни масштабного чинника всієї координатної сітки, у вузлах якої «посаджені» галактики. Таку систему координат називають супутньою. Початок же відліку звичайно прикріпляють до спостерігача.

Єдиної точки зору, чи є Всесвіт дійсно нескінченної або кінцевої в просторі і об'ємі, не існує. Проте, Всесвіт, що спостерігається, що включає всі місцеположення, які можуть впливати на нас з моменту Великого Вибуху, кінцевий, оскільки кінцева швидкість світла і існував Великий Вибух.

Теорія Великого Вибуху (модель гарячого Всесвіту)

Ця теорія відповідає на питання: «Чи Існував Всесвіт вічно або вона з'явилася з чогось? А якщо була народжена, то, як вона розвивалася в перші секунди свого життя?» Екстраполяція стану, що спостерігається Всесвіту назад у часі при умові вірності загальної теорії відносності приводить до неминучого висновку, що за кінцевий час назад весь простір Всесвіту згортається в точку, космологічну сингулярность, звану Великим Вибухом.

Така поведінка, мабуть, свідчить про незастосовність ВІД до самим раннім моментам розширення Всесвіту, що приводить до численних, але поки, леле, тільки чисто умоглядним спробам розробити більш загальну теорію (або навіть «нову фізику»), вирішальну цю проблему космологічної сингулярности. У момент, досить близький до Вибуху, але що вже упевнено описується сучасною фізикою, вся енергія нинішнього Всесвіту містилася в маленькому об'ємі, а оскільки ентропія Всесвіту велика, то, значить, і температура була дуже високою (на відміну від тієї, що історично конкурувала з цієї теорії холодному Всесвіту, де температура протягом всієї еволюції була близька до сучасного значення). Саме завдяки високій температурі і густині з'явилися перші елементарні частинки, які при подальшому збільшенні розміру Всесвіту і її охолодженні почали складатися спочатку в частинки поскладніше, а потім справа дійшла і до звичайних протонів, нейтронів, позитронів і так далі.

По ходу справи залишаючи без відповіді питання: «Чому античастинок виявилося менше ніж частинок?» і «Чому ентропія Всесвіту така висока?» (вони складають аспекти так званої проблеми початкових значень) - і вводячи руками умову домінування частинок над античастинками і значення ентропії, що спостерігається, можна побудувати теорію об первинну нуклеосинтезе, яка загалом непогано узгодиться з спостережливими даними.

Також досить добре пояснюється і реліктове випромінювання - це спадщина того моменту, коли ще вся речовина була ионизованным і не могла чинити опір тиску світла. Інакшими словами, реліктовий фон - це залишок «фотосферы Всесвіту».

Інфляційна модель

Теорії інфляції описують передбачувану стадію розширення Всесвіту, що почалася через ~10−42с після Великого Вибуху. У ній швидкість збільшення масштабів відбувається згідно з експонентним законом. По закінченні цієї стадії об'єм Всесвіту зростає на багато-багато порядків в порівнянні з початковим.

Під час інфляції температура Всесвіту міняється в дуже великому діапазоні, в якийсь момент, падаючи майже до абсолютного нуля. У кінці ж, відбувається повторний нагрів речовини до високих температур. На роль можливого пояснення так дивної поведінки пропонується "параметричний резонанс".

Ідея інфляційної стадії дозволяє пояснити плоску геометрію простору. Крім цього теорія інфляції передбачає наявність маленької спочатку причинно-пов'язаної області, що пояснює однорідність і изотропность Всесвіту. Хаббловское розширення ж стає рухом через інерцію, завдяки великій кінетичній енергії накопиченої в ході інфляції.

Будь-яке інфляційне розширення починається з планковских розмірів і часів, коли сучасні закони фізики починають адекватно описувати процеси, що відбуваються в той період. Єдина причина розширення в рамках ВІД - це негативний тиск. Такий тиск може описати деяким скалярним полем, званим инфлантоном. Зокрема таким же чином описують і тиск фізичного вакууму. У кінці інфляційної стадії це поле повинно розпадатися, в іншому випадку експонентне розширення ніколи не закінчиться.

Основний клас моделей засновується на припущенні про повільне скочення: потенціал инфлантона повільно меншає до значення рівного нулю. Початкове значення може задаватися по-різному: це може бути значення початкових квантових обурень, а може бути суворо фіксованим. Конкретний вигляд потенціалу залежить від вибраної теорії.

Теорії інфляції також діляться на нескінченні і кінцеві у часі. У теорії з нескінченною інфляцією існують області простору - домены - які почали розширятися, але через квантові флуктуації повернулися в первинний стан, в якому виникають умови для повторної інфляції. До таких теорій відноситься будь-яка теорія з нескінченним потенціалом і хаотична теорія інфляції Лінде.

До теорій з кінцевим часом інфляції відноситься гібридна модель. У ній існує два вигляду поля: перше відповідальне за великі енергії (а значить за швидкість розширення), а друге за мале, визначальне момент завершення інфляції. У такому випадку квантові флуктуації можуть вплинути тільки на перше поле, але не на друге, а значить і сам процес інфляції кінцевий.

Теорія еволюції крупномасштабний структур

вселена модель крупномасштабний структура

Як показують дані по реліктовому фону Всесвіт був фактично однорідний, флуктуації речовини були надто малими і це являє собою значну проблему. Друга проблема - комірчаста структура сверхскоплений галактик і одночасно сфероподобная - у скупчень менших розмірів. Будь-яка теорія, що намагається пояснити походження крупномасштабний структури Вселеної, в обов'язковому порядку повинна вирішити ці дві проблеми (а також вірно змоделювати морфологію галактик).

Сучасна теорія формування крупномасштабний структури, як проте і окремих галактик, носить назви "ієрархічна теорія". Суть теорії зводиться до наступного: спочатку галактики були невеликі по розміру (приблизно як Магелланово хмара), але згодом вони зливаються, утворюючи все більші галактики.

У останні час вірність теорії поставлена під сумнів і не в малій мірі цьому сприяв downsizing. Однак в теоретичних дослідженнях ця теорія є домінуючою. Найбільш яскравий приклад подібного дослідження - Millennium simulation (Millennium run).

Теоретична доля Всесвіту

Довгостроковий розрахунок майбутнього Всесвіту прямо залежить від процесу розширення Всесвіту: чи буде він нескінченно довго прискорюватися, або швидкість його розширення буде постійною протягом значного часу, або ж в якийсь момент Всесвіт почне стискуватися. Вважається, що це залежить від середньої густини Вселеної (т.н. критичної густини). Якщо густина рівна критичної (варіант плоского Всесвіту), то розширення йде з однаковою швидкістю, якщо більше, то Всесвіт зрештою бахнеться (варіант замкненого Всесвіту), якщо менше те буде розширятися з все більшому прискоренням, що в результаті приведе до Великого Розриву (варіант відкритого Всесвіту).

Висновок

Питання про форму Вселену є важливим відкритим питанням космології. Говорячи математичною мовою, перед нами стоїть проблема пошуку трьохмірної топології просторового перетину Вселеної, тобто такої фігури, яка найкращим образом представляє просторовий аспект Всесвіту. Загальна теорія відносності як локальна теорія не може дати повної відповіді на це питання, хоч деякі обмеження вводить і вона.

По-перше, невідомо, чи є Всесвіт глобально просторово плоскої, чи тобто застосовні закони Евклідової геометрії на самих великих масштабах. У цей час більшість космологов вважають, що Всесвіт, що спостерігається дуже близький до просторово плоскої з локальними складками, де масивні об'єкти спотворюють простір-час. Ця думка була підтверджена останніми даними WMAP, що розглядають «акустичні осцилляции» в температурних відхиленнях реліктового випромінювання.

По-друге, невідомо, чи є Вселена односвязной або многосвязной. Згідно з стандартною моделлю розширення, Всесвіт не має просторових меж, але може бути просторово кінцева. Це може бути зрозуміле на прикладі двумерной аналогії: поверхня сфери не має меж, але має обмежену площу, причому кривизна сфери постійна. Якщо Всесвіт дійсно просторово обмежений, то в деяких її моделях, рухаючись по прямій лінії в будь-якому напрямі, можна попасти у відправну точку подорожі (в деяких випадках це неможливе через еволюцію простору-часу).

Список літератури

1. Клыпин А.А., Сурдін В.Г. Крупномасштабная структура Всесвіту. М., Знання, 1981.

2. Новиков И.Д. Еволюция Всесвіту, 3-е видання. М., Наука, 1990.

3. Ефремов Ю.Н. Вглубь Всесвіту. М., УРСС, 2003.

4. Куликовский П.Г. Звездная астрономія. М.: Наука, 1985.

5. ВСЕСВІТ - Тлумачний словник Ожегова / Словники 299 ру http://slovari.299.ru/word.php?id=4324&sl=oj

6. БСЭ. Вселена http://bse.sci-lib.com/article007043.html

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка