Реферат: Особенности астрономии ХХ века - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Особенности астрономии ХХ века

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 87 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Особенности астрономии ХХ века 1. Изменения способа познания в аст рономии ХХ века В ХХ в . в астрономии произошли поистине радика льные изменения . Прежде всего , значительно рас ширился и обогатился теоретический фундамент астрономических наук . Начиная с 20-30-х годов , в качестве теоретической основы астрономического познани я стали выступать (наряду с классической механикой ) релятивистская и кванто вая механика , что существенно раздвинуло "теор етический горизонт " астрономических исследований . Общая теория относительности создала возможность модельного теоретического описания я влений космологического масштаба и по сути впервые поставила космологию - эту чрез вычайно важную отрасль астрономии - на твердую теоретическую почву . А создание квантовой механики послужило чрезвычайно мощным импульсо м развития как астрофизики , так и косм о гонического аспекта астрономии (в частности , выяснения источников энергии и м еханизмов эволюции звезд , звездных систем и др .); обеспечило переориентацию задач астрономии с изучения в основном механических движе ний космических тел (под влиянием гравитацион н ого поля ) на изучение их физи ческих и химических характеристик . Выдвижение на первый план астрофизических проблем сопро вождалось также интенсивным развитием таких о траслей астрономической науки , как звездная и внегалактическая астрономия. Наряду с этим сущ ественно соверше нствовались и эмпирические методы астрономическо го познания . Астрономия стала всеволновой , т.е . астроно мические наблюдения проводятся на всех диапаз онах длин волн излучений (радио ,- инфракрасный , оптический , ультрафиолетовый , рентгеновский и гамма - диапазоны ). Появил ась также возможность непосредственного исследов ания с помощью космических аппаратов и на блюдений космонавтов околоземного космического п ространства , Луны и планет Солнечной системы . Все это привело к значительному расширен ию на блюдаемой области Вселенной и от крытию целого ряда необычных (и , как прави ло , неожиданных и во многом необъяснимых ) явлений. Среди этих открытий особенное значение имеют нестационарные процессы во Вселенной : · обнаружение в к онце 40-х годов существования " звездных ас социаций ", представляющих собой группы распадающих ся после своего рождения звезд ; · обнаружение в 50-х годах явлений р аспада скоплений и групп галактик ; · открытие в 60-е го ды квазаров (Квазары - самые мощные из изве стных сейчас источников эне ргии . При с равнительно небольших размерах (не более 1 свет ового месяца ) средний квазар излучает вдвое больше энергии , чем вся наша Галактика , имеющая в поперечнике размер в 100 тысяч све товых лет и состоящая из 200 млрд . звезд (!). Для квазаров характерны и признаки явной нестабильности : переменность блеска и выбросы вещества с огромными скоростями )., р адиогалактик , взрывной активности ядер галактик с колоссальным энерговыделением (~ 1 0 n эрг , где n = 6 0); · нестационарных явлений в недрах звезд ; · нест ационарных я влений в Солнечной системе (быстрый распад короткопериодических комет , планетарная эруптивная деятельность и др .). Кроме того , к выдающимся астрономическим открытиям следует о тнести обнаружение : · "реликтового " излу чения , которое является важн ейшим аргумен том в пользу теории "горячей " Вселенной ; · "рентгеновских звезд "; · пульсаров ; · космических мазеров на линиях некоторых молекул (воды , ОН и др .); · вероятное открытие "ч ерных дыр "; и др . 11.2. Новая астроно мическая революция Попытки объя снить эти и другие новейшие от крытия столкнулись с рядом принципиальных тру дностей , преодоление которых связано с необхо димостью совершенствования теоретико-методологического инструментария современной астрономии . Все это привело к значительному возрастан и ю количества разрабатываемых астрофизических и космологических моделей , концепций , опирающ ихся на разные принципы и не связанных пока единой фундаментальной теорией . На этом фоне происходит интенсивная д ифференциация и интеграция знаний о Вселенной . Выдел яются не только новые отрасли теоретической и наблюдательной астрономии , н о в связи с успехами космической техники возникают прикладные отрасли астрономии . В то же время возрастает роль общетеоретичес ких интегративных принципов , понятий , установок , которы е формируются под влиянием математики , физики , других естественных и даже гуманитарных наук . Изменяется место астроном ии в системе научного познания : она сближа ется не только с естественными и математи ческими , но и с гуманитарными науками , фил ософией. По су ти , астрономия во второй половине ХХ века астрономия вступила в пе риод научной революции , которая изменила спос об астрономического познания - на смену класси ческому способу познания пришел "неклассический " способ астрономического познания . Свидетельством э того является радикальная смена методологических установок астрономического познания и астрономической картины мира. Рассмотрим сначала основные элементы совр еменной астрономической картины мира , а затем и методологические установки неклассической астроном ии. 1.3. Солне чная система 11.3.1. Планеты и их спутники Земля - спутник Солнца в мировом пространстве , вечно кружащийся около этого источника тепла и света , делающего возможным жизнь на Земле . Кроме Солнца и Луны самыми яркими из постоянно наблюдаемых нам и небесных объектов являются соседние с нами планеты . Они принадлежат к числу тех девяти мир ов (включая и Землю ), которые обращаются во круг Солнца (а его радиус - 700 тыс . км ., т . е . в 100 раз превышает радиус Земли ) на расстояниях , достигающих нескольких м иллиардов километров . Вся группа планет вмест е с Солнцем называется Солнечной системой . Планеты , хотя и кажутся похожими на зве зды , в действительности гораздо меньше послед них и темнее . Планеты видны только потому , что они отражают солнечный свет , и , п ос к ольку они гораздо ближе к Земле , этот свет кажется очень ярким . Но если бы мы перенесли к ближайшей из звезд наши самые мощные телескопы , то н е смогли бы с их помощью даже различи ть эти ничтожные спутники Солнца. Кроме планет в солнечную "семью " входя т спу тники планет (в том числе и наш спутник - Луна ), астероиды , кометы , метеорн ые тела , солнечный ветер . Распо ложены планеты в следующем порядке : Меркурий , Венера , Земля (один спутник - Луна ), Марс (два спутника - Фобос и Деймос ), Юпитер (15 с путников ), Сатурн (16 спутников ), Уран (5 спутников ), Нептун (2 спутника ) и Плутон (один спутник ). Мы к Солнцу в сорок раз ближе , чем Плутон , и в два с по ловиной раза дальше , чем Меркурий . Возможно , что за Плутоном есть еще одна или несколько планет , но поиски их среди вел икого множества звезд слабее 15-й велич ины слишком кропотливы и не оправдывают з атраченного на них времени . Возможно , они будут открыты "на кончике пера ", как это уже было с Ураном , Нептуном и Плутоном. Планеты должны быть и около многих других звезд , одна ко прямые наблюдатель ные данные о них отсутствуют , и есть т олько некоторые косвенные указания . Другими с ловами , современная астрономия исходит из иде и множественности планетных систем во Вселенн ой . Хотя это - гипотетическое предположение и строгих его док а зательств пока не существует. С 1962 г . планеты и их спутники успешн о исследуются космическими аппаратами . Изучены атмосферы и поверхность Венеры и Марса , сфотографированы поверхности Меркурия , облачный п окров Венеры , Юпитера , Сатурна , вся поверхность Луны , получены изображения спутников Ма рса , Юпитера , Сатурна , колец Сатурна и Юпит ера . Спускаемые космические аппараты исследовали физические и химические свойства пород , с лагающих поверхность Марса , Венеры , Луны (образ цы лунных пород были доставлены на Землю и тщательно изучены ). По физическим характеристикам планеты дел ятся на 2 группы : 1. планеты земного типа : Меркурий , Венера , Земля , Марс ; 2. планеты-гиганты : Юпитер , Сатурн , Уран , Не птун . О Плутоне известно мало , но , по-видимом у , он ближе по своему строени ю к планетам земной группы. 11.3.2. Стр оение планет Строение планет слоистое . Выделяют несколько сферичес ких оболочек , различающихся по химическому со ставу , фазовому состоянию , плотности и др . характеристикам. Все планеты земной группы имеют тверд ые оболоч ки , в которых сосредоточена п очти вся их масса . Три из них (Венера , Земля и Марс ) обладают газовыми атмосфер ами . Меркурий практически лишен атмосферы . Тол ько Земля имеет жидкую оболочку из воды - гидросферу , а также биосферу (результат про шлой и современн о й деятельности ж ивых организмов ). Аналогом земной гидросферы н а Марсе является криосфера - лед в полярны х шапках и в грунте (вечная мерзлота ). Одна из загадок Солнечной системы - дефицит воды на Венере. Характеристики твердых оболочек планет от носительно х орошо известны лишь у Зем ли . Модели внутреннего строения других планет земной группы стоятся главным образом на основании данных о свойствах веществе зе мных недр . Как и у Земли , в твердых оболочках планет выделяют : 1. кору - самую внешнюю тонкую (10-100 км ) твердую оболочку ; 2. мантию - твердую и толстую (1000-3000 км ) об олочку ; 3. ядро - наиболее плотная часть планетных недр. У Земли ядро , состоящее , скорее всего , из железа , подразделяется на внешнее (жид кое ) и внутреннее (твердое ); температура в ц ентре Зе мли оценивается в 4000-5000 К . Жидкое ядро , вероятно , есть также у Меркурия и Венеры , у Марса его , по-видимому , нет. Наиболее распространенные элементы в твер дом "теле " Земли - Fe ( 3 4 ,6 %), О (2 9 , 5 %) , Si ( 1 5 , 2 %) и Mg ( 1 2 , 7 %) . Таким обра зом , планеты земной груп пы резко отличаются по элементному составу от Солнца и совершенно не соответствуют средней космической распространенности элементов - очень мало водорода , инертных газов , вклю чая гелий. Планеты-гиганты обладают иным хи мическим соста вом . Юпитер и Сатурн сод ержат водород и гелий в той же пропор ции , что и Солнце . Вероятно , другие элемент ы также содержатся в пропорциях , соответствую щих солнечному составу . В недрах Урана и Нептуна тяжелых элементов , по-видимому , больше. Недра Юпитера нахо дятся в жидком состоянии , за исключение небольшого каменного ядра . Температура в центре Юпитер а ~ 30 000 K . Химический и изотопный состав Юпитера отражает , по-видимому , состав межзвездной среды , какой она была 5 млрд . лет тому назад . Вместе с тем , Юпитер никогда не был настолько горяч , чтобы в нем мо гли протекать термоядерные реакции . Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер . Стр оение недр Урана и Нептуна иное : доля каменистых материалов в них существенно больш е. Основными источниками энергии в недра х планет являются радиоактивный распад элементов и гравитационная дифференциац ия (постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью - тяжелые фрагменты тонут , легкие всплывают ). Подобное перераспределение на Земле ещ е далеко не завершилось . Такие процессы влияют на земную кору , вызывая перемещени я отдельных ее участков , деформацию , горообраз ование - тектонические и вулканические процессы . Вулканические процессы связаны с тем , что в верхней мантии существуют небольшие об ласти , гд е температура достаточна дл я плавления ее вещества . Расплавленное вещест во (магма ), выдавливающееся вверх , прорывается ч ерез кору и происходит вулканическое извержен ие . Судя по характеру поверхности среди пл анет земной группы тектонически наиболее акти вна З емля , за ней следуют Венера и Марс. Поверхность планет и их спутников фор мируют кроме эндогенных (тектонических , вулканичес ких ) процессов и экзогенные - изменение поверхн ости в результате падения метеорных тел (к ратеры ), эрозия под действием ветра , осадков , воды , ледников , химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой и др . Эндогенные и экзогенные процессы опреде ляют формы рельефа поверхности планет. 11.3.3. Про исхождение планет Предполаг ается , что планеты возникли одновременно (или почти одновременно ) 4,6 млрд . лет назад из газово-пылевой туманности , имевшей форму диска , в центре которого формировалось (или , возможно , уже было расположено ) молодое Сол нце . Образование звезд и планетных систем - это , по-видимому , все-таки единый процесс , п р оисходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости . Таким образом , прот опланетная туманность образовалась , по-видимому , вм есте с Солнцем из межзвездного вещества , п лотность которого превысила критические п ределы . По некоторым данным ( присутствие специфических изотопов в метеоритах ), такое уплотнение произошло в результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды . Взрыв св ерхновой мог ускорить и стимулировать процесс конденсации , а также обеспечить с о держание в составе газовой туманности тяжелых элементов . Допланетное облако должно было быть м аломассивным . Если бы оно было > 0,15 массы Сол нца оно аккумулировалось бы не в систему планет , а в звездообразный спутник Солнца . Протопланетное облако было неу стойчив ым , оно становилось все более плоским , кон денсировалось в уплотненный диск , в нем во зникали неустойчивости , которые приводили к о бразованию ряда колец , а газовые кольца пр евращались в газовые сгустки - протопланеты . Пр отопланеты сжимались , твердые п ылинки сближались , сталкивались , образовывали тела все больших и больших размеров , и в относ ительно короткий срок (1 0 n лет , где по разным оценкам n = 5 ч 8) сформировались 9 больших планет . Астероиды , кометы , метеориты являются , вероятно , остатками мате р иала , из которого сформировались планеты. Астероиды сохранились до нашего времени благодаря тому , что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера . Аналогичные камен истые тела , некогда существовавшие во всей зоне планет земной группы , давно прис оединились к этим планетам либо разрушились при взаимных столкновениях , либо были выб рошены на пределы этой зоны благодаря гра витационному воздействию планет. Происхождение систем регулярных спутников (т.е . движущихся в напр авлении вращения планеты по почти круговым орбитам , лежащи м в плоскости ее экватора ) авторы космогон ических гипотез обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса , который они предлагают для объяснения образования планет Солнечной системы. Такие спут ники есть у Юпитера , Сатурна , Урана . Происх ождение иррегулярных спутников (т.е . таких , кото рые обладают обратным движением ) эти теории объясняют захватом . Что касается Луны , то наиболее вероятн ым является ее образование на околоземной орбите (во зможно из нескольких крупных спутников , которые в конечном счете объед инились в одной тело Луну , что обеспечило ее быстрое нагревание ), хотя в литературе продолжают обсуждаться и маловероятные гипот езы захвата Землей готовой Луны и отделен ия Луны от Земли. 11.3.4. Хим ический состав вещества во Вселенной Очень важным для понимания структуры и эволюции Вселенной является вопрос о химическом сос таве вещества во Вселенной . Как известно , всякое вещество состоит из атомов . В естественном виде на Земле встречаетс я около 90 разных видов атомов ; кроме того , несколько новых видов атомов было получено искусственно . Вещество , образов анное атомами только одного какого-нибудь вид а , называется элементом . Атомы большинства эле ментов способны объединяться друг с другом или с атомами других элементов , образуя молекулы ; конкретные законы такого об ъединения являются предметом изучения химии . Всякое вещество во всех его формах - от самого твердого (алмаза ) до любого газа ( воздуха , например ), от органических соединений тела чело в ека до отдаленнейших га лактик и звезд - представляет собой различные комбинации все тех же основных элементов . Простейший элемент - водород . Его атом состоит всего из двух частиц - электрона и протона . Следующий простейший элемент - гелий , каждый атом кот орого содержит шесть частиц : два протона и два нейтрона , ра сположенные в центре , образуют ядро , а два электрона , связанные с ядром электрическим притяжением , вращаются вокруг него по орбит ам . Основные различия между атомами обусловле ны разным количеством п ротонов в их ядрах . Сейчас известны все атомы , ядр а которых содержат от 1 до 92 протонов , но если одни из них , например железо , широк о распространены на Земле , то другие , напр имер технеций , встречаются крайне редко . Самым сложным из существующих в природе элементов является уран ; ядро его атом а включает 92 протона и около 140 нейтронов , а вокруг него обращаются 92 электрона . Элементы , имеющие в ядре более 92 протонов и пол ученные искусственным путем (например , нептуний и плутоний ), неустойчивы (радиоактивн ы ) и довольно быстро распадаются . Поэтому они не были найдены на Земле в е стественном виде. При спектроскопическом исследовании астрономических объектов во всей доступной нам Вселенной обнаруживаются одни и те же элементы . Однако относительная распространен ность элементов на Земле различна для разных частей Вселенной . Так , около 90% всех атомов во Вселенной - атомы водорода : оста льные - главным образом атомы гелия . Более тяжелые атомы , которые обычны для нашей пл анеты Земля , составляют во Вселенной лишь нич т ожно малую часть. Из этого следует , что образование Земли осуществлялось в особенных условиях , не хар актерных для среднестатистического распространения элементов во Вселенной . Ясно , что вначале во Вселенной не было сложных атомов и действовал какой-то меха низм синтеза , формирующий сложные элементы из более легких и простых , таких , как водород . Когда и как действовала "фабрика ", изготавливавшая хим ические элементы , - одна из центральных проблем современного естествознания , лежащая на "стык е " астрономии , хим и и и физики . 11.4. Звез ды 11.4.1.Звезда - газовый шар Звезды - далекие солнца . Звезды - это огромные раскал енные солнца , но столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной системы , что , хотя они сияют в миллионы раз ярче , их свет кажется нам отно сител ьно тусклым . В ночном небе невооруженным газом мож но видеть около 6000 звезд . С уменьшением бле ска звезд число их растет , и даже прос той их счет становится все более затрудни тельным . В астрономические каталоги "поштучно " сосчитаны и занесены все звез ды ярче 11-й звездной величины . Их около миллиона . А всего доступно нашему наблюдению около двух миллиардов звезд . Общее количество зве зд во Вселенной оценивается в 10n , где n = 2 2 . Различны размеры звезд , их строение , х имический состав , масса , темпера тура , свети мость и др . Самые большие звезды (сверхгиг анты ) превосходят размер Солнца в десятки и сотни раз . Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше . Предельная масса звезд рав на примерно 60 солнечным массам . Весьма различны и расстояния до звезд . Свет звезд некоторых далеких звездных систем доходит до нас за сотни милли онов световых лет . Самой близкой к нам звездой можно считать звезду первой величи ны a Центавра , не видимую с территории Росс ии . Она отстоит от нас на расстоянии 4 световых лет . (Светово й год равен 9, 46 · 1 0 n км , где n = 12, или около 10.000 млрд . км . Парсек (пк ) - единица для выражения межзвездных расстояний равная пути , который бы прошел свет (с =300 000 км / сек ) за 3, 26 года . 1 парсек = 3,083 · 1 0 n км , где n = 1 3 . Во внегалактич е ской астрономии употребляются еще такие едини цы как килопарсек (Кпк ) (равный 1000 пк ) и м егапарсек (Мпк ) (равный 1 000 000 пк )).. Курьерский поезд , идя без остановок со скоростью 100 км / ч ас , добрался бы до нее через 40 миллионов лет ! В звездах сосредоточ ена основная масса (98-99%) видимого вещества в известной нам части Вселенной . Звезды - мощные источники э нергии . В частности , жизнь на Земле обязан а своим существованием энергии излучения Солн ца . Вещество звезд находится в ином состоя нии , чем вещество в п ривычных дл я нас земных условиях . Вещество звезд пред ставляет собой плазму . И потому , строго го воря , звезда - это не просто газовый шар , а плазменный шар . Плазма - это четвертое (наряду с твердым , жидким , газообразным ) состоя ние вещества , представляющее с о бой ионизированный газ , в котором положительные (ионы ) и отрицательные заряды (электроны ) в среднем нейтрализуют друг друга . На поздних стадиях развития звезды звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа (в котором квантово-механическое влия н и е частиц друг на друга существенным образ ом сказывается на его физических свойствах - давлении , теплоемкости и р .), а иногда и нейтронного вещества (нейтронные звезды - пуль сары , барстеры - источники рентгеновского излучения и др .; вещество в них состоит в основном из нейтронов ) Звезды в космическом пространст ве не распределены равномерно . Они образуют звездные системы : o кратные звезды (двойные , тройные и т.д .); o звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов ); o галактики - грандиозные звездные системы (наша Галактика , например , содержит около 150-200 млрд . звезд ). В нашей Галакти ке звездная плотность также весьма неравномер на . Выше всего она в области галактическог о ядра . Здесь она в 20 тыс . раз выше , чем средняя звездная плотность в о кре стностях Солнца. Большинство звезд находится в стационарно м состоянии , т.е . изменений их физических х арактеристик не наблюдается . Это отвечает сос тоянию равновесия . Однако наблюдения показывают , что существуют и такие звезды , свойства которых меняются в идимым образом . Их называют переменными звездами и нестационарными зв ездами. С теоретической точки зр ения переменность и нестационарность - проявления неустойчивости состояния равновесия звезды . Переменные звезды некоторых типов изменяют св ое состояние рег улярным или нерегулярным образом . Следует отметить также и такой вид звезд , в которых непрерывно или в ремя от времени происходят вспышки , в част ности новые звезды . При вспышках (взрывах ) т.н . сверхновых звезд вещество з везд в некоторых случаях может быть п олностью рассеяно в пространстве. Высокая светимость звезд , поддерживаемая в течение длительного времени , свидетельствует о выделении в них огромных количеств э нергии . Современная физика указывает на два возможных источника энергии - гр авитационное сжатие, приводящее к выделению гравитационной энергии , и термоядерные реакции , в резу льтате которых из ядер легких элементов с интезируются ядра более тяжелых элементов и выделяется большое количество энергии. Энергии гравитационного сжатия , как показ ывают расчеты , было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в течение вс его лишь 30 млн . лет , в то время как из геологических и др . данных следует , что светимость Солнца оставалась примерно постоя нной в течение миллиардов лет . Гравитационное сжатие может служи т ь источником энергии лишь для очень молодых звезд (типа t Тельца ). С другой стороны , термоядерные реакции протекают с достаточной скоростью лишь при температурах в тысячи раз пре вышающих температуру поверхности звезд . Так , д ля Солнца температура , при кото р ой термоядерные реакции могут выделять необходи мое количество энергии , составляет по различн ым расчетам от 12 до 15 млн . К . Таким образ ом , наше Солнце является медленно горящей водородной бомбой. Предполагается , что у многих (но вряд ли у большинства ) звез д есть собс твенные планетные системы , аналогичные нашей Солнечной системе. 11.4.2. Эво люция звезд : звезды от их "рождения " до "смерти " 11.4.2.1. Процесс звездообразования Эволюция звезд - это изменение физических характеристи к , внутреннего строения и химич еского состава звезд со временем . Современная теория эволюции звезд способна объяснить общий ход развития звезд и находится в удовлетв орительном согласии с данными наблюдений. Ход эволюции звезды зависит от ее массы и от исходного химического состава . Хими ческий состав звезды зависит от времени , когда она образовалась и от ее положения в Галактике в момент образован ия . Звезды первого поколения сформировались и з вещества , состав которого определялся космо логическими условиями (почти 70% водорода , 30% гелия и ничтожная примесь дейтерия и лития ). В ходе эволюции звезд первого поко ления образовались тяжелые элементы (следующие за гелием в таблице Менделеева ), которые были выброшены в межзвездное пространство в результате истечение вещества из звезд или при взры в ах звезд . Звезды последующих поколений сформировались уже из в ещества , содержавшего 3-4% тяжелых элементов. "Рождение " звезды - это образование гидро статически равновесного объекта , излучение которо го поддерживается за счет собственных источни ков энергии . А "смерть " звезды - это не обратимое нарушение равновесия , ведущее к раз рушению звезды или к ее катастрофическому сжатию . Процесс звездообразования продолжа ется непрерывно , он происходит и в настоящ ее время. Звезды образуются в результате гравитационной ко нденсации вещества межзвездной среды . К молод ым звездам относятся звезды , которые еще н аходятся в стадии первоначального гравитационног о сжатия . Температура в центре таких звезд недостаточна для протекания ядерных реакций , и свечение происходит только за с чет превращения гравитационной энергии в теплоту . Гравитационное сжатие - первый этап эволюции звезд . Он приводит к разогреву центральной з оны звезды до температуры "включения " термояде рной реакции ( ~ 1 0 - 1 5 млн . К ) превращения водорода в гелий ( ядра водорода , т.е . протоны , образуют ядра гелия : каждые четыре прото на , объединяясь , образуют атом гелия ). Такое превращение сопровождается большим выделением энергии . 11.4.2.2.Звез да как саморегулирующаяся система У боль шинства звезд источниками энергии явл яютс я водородные термоядерные реакции в центральн ой зоне . Водород - главная составная часть космического вещества и важнейший вид ядерног о горючего в звездах . Запасы его в зве здах очень велики , так что в звездах я дерные реакции могут протекать в течение м и ллиардов лет . При этом , пока в центральной зоне весь водород не выгоре л , свойства звезды изменяются мало. В недрах звезд при температурах более 10 млн . К и огромных плотностях газ обл адает давлением в миллиарды атмосфер . В эт их условиях звезда может находи ться в стационарном состоянии лишь благодаря тому , что в каждом ее слое внутреннее давл ение газа уравновешивается действием сил тяго тения . Такое состояние называется гидростатически м равновесием . Следовательно , стационарная звезда представляет соб ой плазме нный шар , находящийся в состо янии гидростатического равновесия. Если внутри звезды температура по какой-либо причине повысится , звезда должна раздуться , т.к . возрастает давление в ее недрах. Стационарное состояние звезды характеризуетс я еще и тепловым равн о весием . Тепловое равновесие означае т , что процессы выделения энергии в недрах звезд , процессы теплоотвода энергии из не др к поверхности и процессы излучения эне ргии с поверхности должны быть сбалансированы . Если теплоотвод превысит тепловыделение , то звез да начнет сжиматься и разогреват ься . Это приведет к ускорению ядерных реак ций , и тепловой баланс будет вновь восстан овлен . Звезда представляет собой тонко сбалансированный организм , она оказываетс я саморегулирующейся системой. После выгорания водорода в це нтра льной зоне у звезды образуется гелиевое я дро . Водородные термоядерные реакции продолжают протекать , но только в тонком слое близ поверхности этого ядра . Ядерные реакции п еремещаются на периферию звезды . Выгоревшее я дро начинает сжиматься , а внешняя об о лочка - расширяться . Звезда принимает гетер огенную структуру . Оболочка разбухает до коло ссальных размеров , внешняя температура становится низкой и звезда переходит в стадию красного гиганта. С этого момента жизнь звезды начинает клонит ься к закату. Полагаю т , что звезда типа нашего Солнца может увеличиться настолько , что з аполнит орбиту Меркурия . Правда , наше Солнце станет красным гигантом примерно через 8 млр д . лет . Так что особых оснований для бе спокойства у жителей Земли нет . Ведь сама Земля образовалась всего лишь 5 мл рд . лет назад . 11.4.2.3. От красного гиганта до белого и черного к арликов Для кр асного гиганта характерна низкая внешняя , но очень высокая внутренняя температура . С п овышение внутренней температуры в термоядерные реакции включаются все боле е тяжелые ядра . На этом этапе (при температуре свы ше 150 млн . К ) в ходе ядерных реакций осущ ествляется синтез химических элем ентов. В результате роста давлен ия , пульсаций и др . процессов красный гига нт непрерывно теряет вещество , выбрасываемое в межзвездно е пространство . Когда полност ью истощаются внутренние термоядерные источники энергии , дальнейшая судьба звезды зависит от ее массы. При массе < 1 , 4 массы Солнца звезда перех одит в стационарное состояние с очень бол ьшой плотностью . Такие звезды называются белыми карликами. В них электроны образуют вырожденный газ (в следствие сильного сжатия атомы оказываются н астолько плотно упакованными , что электронные оболочки начинают проникать одна в другую ), давление которого уравновешивает силы тяготен ия . Тепловые з апасы звезды постепенно истощаются и звезда медленно охлаждается , охл аждение сопровождается выбросами оболочки звезды . Молодые белые карлики , окруженные остатками оболочки , наблюдаются как пла нетарные туманности . Белый карлик как бы вызревает внутри красно го г иганта и появляется на свет , когда красный гигант сбрасывает свои поверхностные слои , образовывая планетарную туманность. Когда же энергия звезды иссякнет , звез да начинает изменять свой цвет от белого к желтому , затем к красному : наконец , она перестане т излучать и начнет непр ерывное путешествие в необозримом космическом пространстве в виде маленького темного без жизненного объекта . Так белый карлик медленно превращается в "черный карл ик " - мертвую холодную звезду , р азмер которой обычно меньше размеров Зе мли , а масса сравнима с солнечной . Плотность такой звезды - в миллиарды раз в ыше плотности воды . Так заканчивают свое с уществование большинство звезд. 11.4.2.4 Свер хновые звезды При м ассе > 1,4 массы Солнца стационарное состояние зв езды без внутренних исто чников энергии становится невозможным , т.к . давление не мож ет уравновесить силу тяготения . Теоретически конечным результатом эволюции таких звезд дол жен быть гравитационный коллапс - неограниченное падение вещества к центру . В случае , когда отталкивание ча стиц и другие причины все же останавливают коллапс , происходит мощный взрыв - вспышка сверхновой с выбросом значительной части вещества звезды в окружающее пространство с образ ованием газовых туманностей. Вспышки сверхновых были зафиксированы в 1054 г ., 1 572 г ., 1604 г . Китайские летописцы с ледующим образом отметили это событие 4 июля 1054 г .: "В первый год периода Чи-хо , в пя тую Луну , в день Чи -Чу появилась звезд а-гостья к юго-востоку от звезды Тиен -Куан и исчезла более чем через год ". А в другой летоп и си было записано : "Она была видна днем , как Венера , лучи света исходили из нее во все стороны , и цвет ее был красновато-белый . Так была видна она 23 дня ". Подобные скупые записи были сделаны арабскими и японскими очевидц ами . И уже в наше время было выясне н о , что эта сверхновая звезда оставила после себя Крабовидную туманность , я вляющуюся мощным источником радиоизлучения . Как мы уже отмечали (см .: 6.2), вспышка сверхновой в 1572 г . в созвездии Кассиопеи была отмече на в Европе , изучалась и широкий интерес не ней общественности сыграл важн ую роль в расширении астрономических исследов аний и последующем утверждении гелиоцентризма . В 1885 г . появление сверхновой звезды было отмечено в туманности Андромеды . Ее блеск превышал блеск всей Галактики и оказался в 4 млр д . раз более интенсивным , ч ем блеск Солнца. Систематические исследования позволили уже к 1980 г . открыть свыше 500 вспышек сверхновых ! Со времени изобретения телескопа ни одна вспышка сверхновой звезды не наблюдалась в нашей звездной системе - Галактике . Ас трономы наблюдают пока их только в других неимоверно далеких звездных системах , столь далеких , что даже в мощнейший телескоп звезду , подобную нашему Солнцу , в них не льзя было бы увидеть . Взрыв сверхновой - гигантский по силе взрыв старой звезды , вызванный внезапным коллапсом ее ядра , который сопровождается к ратковременным испусканием огромного количества нейтрино . Обладающие только слабым взаимодействие м , эти нейтрино тем не менее разметали наружные слои звезды в космическом простра нстве и образовали клоч ь я облаков расширяющегося газа . При вспышке сверхновой звезды выделяется чудовищная энергия ( порядк а 1 0 n эрг , где n = 5 0 ч 5 2 ) .Вспышки сверхновых имею т фундаментальное значение для обмена веществ ом между звездами и межзвездной средой , дл я образования химических элементов (по д воздействием мощных потоков нейтронов ), а также для рождения первичных космических л учей. Астрофизики подсчитали , что с периодом в 10 млн . лет сверхновые звезды вспыхивают в нашей Галактике , в непосредственной близо сти от Солнца . Дозы космического излучен ия при этом могут превышать нормальные дл я Земли в 7 тысяч раз ! Это чревато серь езнейшими мутациями живых организмов на нашей планете . Так объясняют , в частности , внеза пную гибель динозавров. 11.4.2.5. Нейт ронные звезды Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может остаться в виде сверхплотного тела - нейтронной звезды или черной дыры . Открытые в 1967 г . новые объекты - пульсары отождествляются с теоретически предсказанными нейтронными звездами . Плотность нейтронной звез ды очень высока , выше плотности атомных ядер - 1 0 n г / куб . см , где n = 1 5. Температура т акой звезды около 1 млрд . градусов . Но нейтр онные звезды очень быстро остывают , светимост ь их слабеет . Зато они интенсивно излучают радиоволны в узком конусе по направлению магнитной оси . Для звезд , в ко торых магнитная ось не совпадает с осью вращения , радиоизлучение фиксируется в виде повторяющихся импульсов . Поэтому-то нейтронные звезды называют пульсарами . В настоящее время открыты сотни нейтронных звезд . Экстремальны е фи з ические условия в нейтронных звездах делают их уникальными естественными лабораториями , представляющими обширный материал для исследования физики ядерных взаимодейств ий , элементарных частиц и теории гравитации. 11.4.3. Чер ные дыры Но есл и конечная масса бе лого карлика превы шает 2-3 массы Солнца , то гравитационный коллапс непосредственно ведет к образованию черной дыры. Черная дыра - обл асть пространства , в которой поле тяготения настолько сильно , что вторая космическая ск орость (параболическая скорость ) для находящ ихся в этой области тел должна была б ы превышать скорость света , т.е . из черной дыры ничто не может вылететь - ни излу чение , ни частицы , ибо в природе ничто не может двигаться со скоростью , большей с корости света. Границу области , за которую не вых одит свет , называют горизонтом черной дыры. Для того , чтобы поле тяготения смогло "запереть " излучение , создающая это поле масса звезды должна сжаться до объема с радиусом , меньшим т.н . грав итационного радиуса r = 2 G M / c І , где G - гравитационная посто янная , c - скорость света , M - масса звезды . Гравитационный радиус чрезвычай но мал даже для больших масс (например , для Солнца , имеющего массу 2 · 1 0 n г ( n = 3 3 ) , r ~ 3 к м ). Свойства черной дыры необычны . Например , особый интерес вызывает возможность грав итационного захвата черной дырой тел , прилета ющих из бесконечности . В ньютоновской механик е всякое тело , приближающееся из бесконечност и к тяготеющей массе , описывает около нее параболу или гиперболу и (если не исп ытывает соударения с тяготеющей массо й ) снова улетает в бесконечность . Гравитац ионный захват здесь невозможен . Иначе обстоит дело в поле тяготения черной дыры . В достаточной близости от черной дыры трае ктория резко отличается от ньютоновской . Так , если скорость тела вдали от черной д ыры много меньше световой и траект ория его движения подходит близко к окруж ности с R = 2 r , то тело совершит много оборото в вокруг черной дыры , прежде чем снова улетит в космос . Если же тело подойдет вплотную к указанной окружности , то его орбита будет неограничен н о навив аться на окружность . Тело окажется гравитацио нно захваченным черной дырой и никогда сн ова не улетит в космос . Если же тело подлетит еще ближе к черной дыре , то после нескольких оборотов иди даже не успев сделать ни одного оборота , оно упаде т в черн у ю дыру. Когда фотоны либо частицы уходят за гравитационный радиус , они просто исчезают . Только во внешней области непосредственно у гравитационного радиуса они могут быть в идимыми , причем создается впечатление , что они как бы скрываются за занавесом и бол ь ше не появляются . Звезде с массой , равной массе Солнца , требуется лишь несколь ко секунд для того , чтобы превратиться из обычной звезды в черную дыру , а если масса равна массе миллиарда звезд , то такой процесс займет несколько дней. В черной дыре пространст во и время взаимосвязаны необычным образом . Для на блюдателя внутри черной дыры направление возр астания времени является направлением уменьшения радиуса . Оказавшись внутри черной дыры на блюдатель не имеет больше сил вернуться о братно к поверхности , так же к ак он не может повернуть назад стрелки часов , отсчитывающих время его жизни . Он н е может даже приостановиться в том месте , где оказался . Причина здесь простая : ничт о не может остановить ход времени . Черные дыры своим сильным гравитационным полем могут выз ывать бурные процессы при падении в них газа . Газ при п адении в поле тяготения черной дыры образ ует закручивающийся вокруг последней быстро в ращающийся уплощенный диск . Например , в систем е двойной звезды , одна из которых нормальн ая звезда , а вторая - черн а я ды ра : черная дыра как бы "высасывает соки " из своего напарника . При этом колоссальная кинетическая энергия частиц , разгоняемых тяг отением сверхплотного тела , частично переходит в рентгеновское излучение , и по этому и злучению черная дыра может быть обнар у жена . Вероятно , одна черная дыра уже обнаружена таким способом в рентгеновском источнике Лебедь Х -1.В целом же , по-видим ому , на долю черных дыр и нейтронных з везд в нашей Галактике приходится около 100 млн . звезд. Итак , черна дыра так сильно искривляет про странство , что она как бы отсе кает себя от Вселенной . Она может буквальн о исчезнуть из Вселенной . Возникает вопрос , куда она может исчезнуть ? Математический ан ализ показывает , что имеется разные решения . Но особенно интересно одной из них . В соответствии с ним , черная дыра может перемещаться в другую часть нашей В селенной или даже внутрь иной вселенной . Т аким образом , воображаемый космический путешестве нник мог бы использовать черную дыры для передвижения в пространстве и времени на шей Вселенной и даже про н икновени я в другую вселенную. 11.5. Остр ова Вселенной : галактики 11.5.1. Общее представление о гала ктиках и их изучении Вскоре после изобретения телескопа внимание наблюдате лей привлекли многочисленные светлые пятна ту манного вида , так и названные туманнос тями , видимые неизменно в одних и тех же местах в разных созвездиях . С помощью сильных телескопов Вильям Гершель и его сын Джон открыли множество таких туманны х пятен , а к концу прошлого века у некоторых из них была обнаружена спиральна я форма . Но что пре д ставляют с обой эти туманности - долго оставалось загадко й . И только в 20-е годы ХХ века с помощью крупнейших в той время телескопов удалось разложить туманности на звезды . С тало ясно , что туманности - это не облака пыли , святящиеся отраженным светом , и не облака разреженного газа , а чрезв ычайно далекие звездные системы , в которых звезд несравненно больше , чем в близких к нам шаровых скоплениях . Таким образом , галактики - это гигантские звездные системы (до ~ 1 0 n , где n = 1 3 , звезд ). Такого же порядка ( n = 13) являются и массы галактик по отношению к массе Солнца. Некоторые галактики можно разглядеть в хороший бинокль . Галактику Андромеды , большую по размерам и находящуюся достаточно близк о к нам (всего в 1,5 млн . световых лет ), в состоянии даже увидеть человек с хорошим зрением : это размытое пятно в с озвездии Андромеды . В современные телескопы у дается отыскать сотни миллионов других галакт ик . Строение их весьма различно , но одна форма наиболее характерна и примечательна - уплощенный диск с выпуклостью в це нтре , откуда исходят спиральные рукава (нечто вроде огненного колеса , используемого в ф ейерверках ). Галактика Андромеды , как и наша собственная , принадлежит к спиральному типу галактик . Солнечная система расположена в о дном из спиральных рукавов Галакти к и на расстоянии примерно двух третей ее радиуса от центра. Следует всегда помнить , что , наблюдая Вселенную , мы видим галактики не такими , к акие они есть теперь , а такими , какими они были в далеком прошлом . Ведь свет от них приходит к нам через пространство в миллионы и миллионы километров , н а преодоление которого он затрачивает миллион ы лет . Свет от ближайшей к нам галакти ки Андромеды достигает нас через 1,5 млн . лет . В большие телескопы можно наблюдать еще намного более далекие галактики , и мы видим их та к ими , какими они были миллиарды лет назад ! В настоящее вре мя наблюдается 1 0 n (где n = 1 4) галактик . А расстояния до самых дальних из них - свыше 10 млрд . световых лет. Велики не только размеры галактик и расстояния до них , велико и количество галактик , к оторые наблюдаются астрономами . Так , самой большой 6-метровый телескоп позволя ет сфотографировать миллиарды галактик (!). В хо рошо исследованной области пространства , на р асстояниях 1500 Мпк , находится сейчас несколько м иллиардов галактик . Таким образом , н аблюдаемая нами область Вселенной - это прежде всего мир галактик. Одна из центральных проблем внегалактичес кой астрономии - это определение расстояний до галактик и размеров самих галактик . До ближайших галактик , которые можно разрешить на звезды , расстоя ния определяются по их светимости . Определение расстояний до галактик и их положения на небе позволило сделать ещ е одно важное открытие . Оказалось , что бол ьшинство галактик входит в группировки , котор ые насчитывают от нескольких галактик ( группа галактик ) до сотен и тысяч галактик ( ск опление галактик ) и даже облака скоплений ( сверхскопления ). Одиночные галактики тоже наблюдаются , но они относительно редки (не более 10%). Друг ими словами , если галактики - это "острова В селенной ", то они , как правило , объеди не ны в архипелаги . Размеры галактик тоже раз личны . Есть галактики-карлики в несколько деся тков световых лет , и галактики-великаны с поперечником до 18 млн . световых лет. Средние расстояния между галактиками в группах и скопления (несколько сотен кпк ) приме рно в 10-20 раз больше , чем размер ы крупнейших галактик . Расстояния между скопл ениями галактик составляют десятки Мпк (мегап арсек ). Таким образом , галактики заполняют пространство с большей относительной плотностью , чем звезды во внутригалактическо м простр анстве (расстояния м ежду звездами в среднем в 20 млн . раз бо льше их диаметра ). Наиболее исследована Местная группа галак тик , в которой самыми яркими являются наша Галактика и туманность Андромеды . Вокруг них , в свою очередь , располагаются еще цел ые семейст ва галактик . Так , в семейств о нашей Галактики входят 14 карликовых эллиптич еских галактики , несколько внегалактических шаров ых скоплений и ряд т.н . неправильных галак тик , среди которых крупнейшие - Магеллановы Обл ака (Большое и Малое ).Недавно открыта нова я галактика , кторая находится от нас на расстоянии всего 55 тыс . световых лет . Ее назвали Сникерс (усмешка , ухмылка ). Н есколько меньшее семейство у туманности Андро меды (одна спиральная , две эллиптические и несколько карликовых ). Ближайшие соседние группы г алактик располагаются в 2-5 Мпк от Местной группы и по составу похожи на нее . В пределах 10-20 Мпк около нашей Галактики обнаружено н есколько десятков групп галактик . Ближайшее к рупное скопление галактик находится в созвезд ии Девы на расстоянии около 20 М п к . В это скопление входит около 200 г алактик средней и высокой светимости . Скоплен ие в Деве представляет собой , по-видимому , центральное сгущение еще более крупной систем ы галактик - Сверхскопления галактик . (Уже давно было замечено , что яркие галактики р а сположены по небу не беспорядочн о , а поясом , который можно назвать Млечным Путем галактик ). Общее число галактик наш его сверхскопления , исключая карликовые , около 20 000, диаметр его около 60 Мпк . Ближайшие соседи нашего Сверхскопления - сверхскопления во Льве (на расстоянии 140 Мпк ) и в Герку лесе (190 Мпк ). В настоящее время выявлено свы ше полусотни сверхскоплений галактик. Чрезвычайно многообразны и формы галактик . Типология форм галактик была разработана еще Э . Хабблом . В основном она сохранила сь и до на стоящего времени , хотя , к онечно , за прошедшие десятилетия были обнаруж ены и новые типы галактик . Он выделял три основных типа галактик : · эллиптические , имеющие круглую или эллиптическую форму ( E ) ; это наиб олее простые галактики , они не содержат го рячих звезд , сверхгигантов , пыли и газовы х туманностей ; в центре их никакого ядра нет ; · спиральные , которые Хаббл разбил на два семейс тва - обычные ( S ) и пересеченные ( S B ) . У первых - ветви выходят непосредственно из ядра ; у в торых ядро пересечено широк ой , яркой п олосой , называемой перемычкой или баром ; спира льные ветви отходят от концов бара ; · неправиль ные галактики ( I r ) , клочковатого с троения и неправильной формы ; яркость и св етимость их невелики ; изобилуют горячими свер хгигантами , газовыми туман ностями и пылью (примет , Магеллановы Облака , Большое и Мал ое ); к неправильным галактикам относятся также взаимодействующие галактики ; большинство неправи льных галактик - карлики . Форма и структу ра галактик связаны с их основными физиче скими характеристика ми : размером , массой , с ветимостью . И по этим характеристикам мир галактик оказался поразительно разнообразным. В центрах галактики обычно сосредоточено огромное количество вещества (до 10% всей ее массы ). Здесь происходят выбросы большого количества вещест ва , что и приводит к интенсивному движению туч водорода от це нтра галактики . В отдельных галактиках ядро может представлять собой черную дыру (или белую ) дыру. По нашим человеческим меркам галактики невообразимо огромны . Однако в космологических масштабах они ничтожно малы . Галактики разбросаны по Вселенной более или менее беспорядочно , если не считать того , что они обычно собраны в небольшие группы . Подобные группы галактик - "атомы " космологии . К осмология рассматривает поведение Вселенной лишь в масштаба х такого или более высокого порядков . Процессы , происходящие в отдельных галактиках - хотя они могут быть очень важными ,- редко становятся существенными для космологии. 11.5.2. Наш а Галактика - звездный дом человечества Особый интерес вызывает , конечно же , вопрос о том , что собой представляет наш звездный дом - наша Галактика . (Мы пишем слово "Г алактика " с прописной буквы , когда речь ид ет о той галактической системе , к которой принадлежит наше Солнце . Когда же идет о других галактических системах или об общ е м понятии такой системы употр ебляем слово "галактика " (со строчной буквы ). То же относится и к термину "вселенная ". Мы пишем "Вселенная " с прописной буквы там , где речь идет о наблюдаемой Вселен ной , в которой мы реально живем ; там же , где мы говорим о мод е льных вселенных , мы пишем "вселенная " (со строчной буквы )). Те отдельные звезды , которые нам удается различить на ночном небе ,- просто ближайшие к нам члены нашей Галактики . Большая же часть Галактики видна лишь как размытая световая полоса , пересекающая н ебо ,- это так называемый Млечный Путь . И потому в отличие от других галакти к , нашу Галактику может легко наблюдать на небе каждый : на ночном небе светящаяся полоса Млечного Пути и представляет собой огромное количество удаленных звезд нашей Галактики , дис к которой мы видим как бы "с ребра ". Средний телескоп поз воляет различить в Млечном Пути мириады о тдельных звезд . Для изучения структуры Галакт ики мы находимся в очень невыгодном полож ении . Мы живем в ней и видим ее из нутри . Это очень затрудняет установлен и е того , что мы могли бы выявить , бросив на нее лишь мимолетный взгляд о ткуда-нибудь издали. Наша Галактика - это гигантская звездная система , состоящая приблизительно из 200 млрд . звезд. Среди них - и наше Солнце . Кроме звезд Галактика содержит много пыли, газа ; она пронизана магн итными полями , заполнена космическими лучами . По форме она представляет собой достаточно правильны диск с шарообразным утолщением (б алдж ) в центре . (Это напоминает линзу или чечевицу ). Диаметр Галактики сост авляет около 100 000 све товых лет (~ 30 кпк ), а толщина ее раз в 10-15 меньше. Масса нашей Галактики составляет 2 · 1 0 n масс Солнца , где n = 1 1 .Около 1 / 1 0 0 этой массы составл яет межзвездный водород , преимущественно нейтраль ный . Возраст галактики около 15 млрд . лет. Звездн ый состав Галактики очень р азнообразный . Звезды отличаются друг от друга физическими , химическими характеристиками , характ ером орбит , возрастом и др . Есть старые звезды , молодые (около 100 тыс . лет ), а есть и звезды , рождающиеся в настоящее время . Подавля ю щее большинство звезд им еет "средний " возраст в несколько миллиардов лет . К ним относится и н аше Солнце - рядовая звезда нашей Галактики , которое расположено ближе к е е краю , примерно в 25 000 световых лет от я дра Галактики . Солнечная система обращается в округ центра Галактики со скоростью около 220 км / сек . Центр нашей Галактики лежит в на правлении на созвездие Стрельца (хотя располо жен гораздо дальше ). Солнце совершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн . л ет . Этот период может быть назван "г а лактическим годом ". Вся история ч еловечества по сравнению с этим периодом - только краткий миг ! Но и вся наша Гал актика вращается вокруг центра Местной систем ы галактик (примерно на 2/ 3 пути между нашей Галактикой и туманностью Андромеды , на ра сстоянии 0, 46 Мпк от Галактики ) Особый интерес для астрономов представляе т ядро Галактики . В ядре Галактики нет горячих сверхгигантов и возбуждаемых ими к свечению диффузных газовых туманностей . Нет там и пыли , но есть в нем нейтрал ьный водород , который по не вполне я сной причине растекается оттуда в плоскости Галактики со скоростью 50 км / сек . Основное излучение ядра создается оранжевыми звездами -гигантами (но не сверхгигантами ). Ядро Галактик и должно было бы казаться очень ярким , если бы его не затмевало поглощение света в массах космической пыли . Но пыль меньше поглощает инфракрасные лу чи и совсем почти не поглощает радиоволны . В центре ядра находится небольшое сгущен ие звезд с малым , но чрезвычайно компактны м и сильным радиоисточником (Стрелец А ). Бы ло высказано п р едположение , что он является черной дырой (с массой примерно в миллион со лнечных масс ). 11.5.3. Меж звездная среда Хотя в мощные телескопы нам удается увидеть тол ько галактики , в темных пространствах , разделя ющих их , несомненно присутствует вещество . Воп рос в том , сколько его и в каком состоянии оно находится . Кроме вещества В селенная насыщена излучениями и быстрыми част ицами различных типов . Сюда входят электромаг нитное и гравитационное излучения , потоки ней трино и космические лучи (состоящие из мно жества р азнообразных субатомных частиц ). Межзвездное пространство заполнено газом и пылью . Основной компонент межзвездного газа - водород . На втором месте - гелий . Значител ьно меньше в ней углерода , азота , кислород а и других химических элементов . Тяжелые э лементы попадают в Космос как остатки взрывов сверхновых звезд . Таким образом , меж звездная среда - это вещество и поля , запол няющие межзвездное пространство внутри галактик. Межзвездная среда тесно связана со зв ездами . Из межзвездного газа образуются звезд ы , котор ые на поздних стадиях эволюции вновь отдают часть своего вещества межзв ездной среде . Обмениваясь со звездами веществ ом , межзвездная среда обогащается создаваемыми в недрах звезд тяжелыми элементами . Звезды поставляют в межзвездную среду электромагнит ное и з лучение и космические лучи. Примерно 85% всех тяжелых элементов возникло на заре образования нашей Галактики , т.е . примерно 9-10 млрд . лет тому назад . В это время происходит интенсивный процесс звездоо бразования . Много возникало и сверхновых звез д . Однако 11-13% тяжелых элементов имеют во зраст 5 млрд . лет. В межзвездной среде астрофизики наблюдают и различные органические соединения : углевод ород , спирты , альдегид , эфиры , аминокислоты и другие соединения , в которых молекулы содер жат до 18 атомов углерода , а самые тяж елые имеют массу до 123 единиц масс водорода . В настоящее время в межзвездной среде открыто 35 органических молекул . Встречаются чаще всего они в местах наибольшей концентрац ии газопылевого вещества. Органические молекулы из межзвездной сред ы могл и способствовать возникновению прос тейших форм жизни на Земле. 11.5.4. Пон ятие Метагалактики Совокупно сть галактик всех типов , квазаров , межгалактич еской среды образует Метагалактику - доступную наблюдениям часть Вселенной. Одно из важнейших свойств Метага л актик - ее постоянное расширение , "разлет " скопл ений Галактик . Об этом свойстве Метагалактик свидетельствует "красное смещение " в спектрах галактик и открытие реликтового излучения (фоновое , независимое от направления , внегалакти ческое тепловое излучение, соответствующее т емпературе ~ 3 K). Из явления расширения Метагалактики вытек ает важное следствие : то , что в прошлом расстояния между галактиками были меньше . А если учесть , что и сами галактики в прошлом были протяженными и разреженными г азовыми облаками , то очевидно , что миллиа рды лет назад границы этих облаком смыкал ись и образовывали некоторое единое однородно е газовое облако , находившееся в постоянном расширении. Важным свойством Метагалактики является з акономерность распределения в ней вещества . М ате рия в масштабах Метагалактики распреде лена равномерно . (Основная масса вещества соср едоточена в звездах .). В современном состоянии Метагалактика - однородна и изотропна . Это значит , что свойства материи и пространства одинаковы во всех частях Метагалактик и (однородность ) и по всем направ лениям (изотропия ). Была ли она такой в прошлом - маловероятно . В самом начале расширен ия Метагалактики анизотропия и неоднородность материи и пространства вполне могли сущест вовать . Поиски следов анизотропии и неоднород нос т и прошлых состояний Метагалактики - одна из важнейших проблем современной в негалактической астрономии. Исчерпывает ли Метагалактика собой всю возможную материю и пространство ? Многие уч еные так и считают . Они утверждают единств енность всей нашей расширяюще йся Метагала ктики - Вселенной . Но такие утверждения невольн о напоминают космологию Аристотеля , многократно повторявшиеся заявления о единственности Земли со светилами вокруг нее , единственности С олнечной системы , единственности нашей Галактики и т.д . И по т ому мысль о множественности "метагалактик ", мно жественности вселенных , каждая из которых име ет свой собственный набор фундаментальных физ ических свойств материи , пространства и време ни , свои тип нестационарности , организации и др. Реально существует множе ство Вселенны х (Метагалактик ), образовавшихся в результате "Б ольшого Взрыва ", связанных между собой некими материальными "каналами ", о которых мы пок а можем только догадываться (понятие о топ осах и др .), и для познания которых , ско рее всего понадобится не к ая "новая физика " (если она вообще возможна ). 11.6. Всел енная в целом 11.6.1. Особенности современной космо логии Вселенная как целое является предметом особой астр ономической науки - космологии , имеющей древнюю историю , ее истоки уходят еще к антично сти . Только в Х IХ в . и особенно в ХХ веке , когда был достигнут существенный прогресс в понимании природы и эволюции Вселенной как целого ситуация изменилась к ардинально . Проблемы космологии современной науко й решаются с помощью исключительно научных понятий , п р едставлений , теорий , а также приборов и инструментов , позволяющих понять , какова структура Вселенной и как о на сформировалась . Современная космология - это сло жная , комплексная и быстро развивающаяся сист ема естественнонаучных (астрономия , физика , химия , и др .) и философских знаний о Вс еленной в целом , основанная как на наблюда тельных данных , так и на теоретических выв одах , относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной . Теоретико-методологический фундамент современн ой космологии со ставляют основные физичес кие теории (теория тяготения , квантовая теория , теория электромагнитного поля и др .), а также философские принципы и представления . Эмпирические данные представлены главным образ ом внегалактической астрономией . Эти данные с видетел ь ствуют о том , что мы ж ивем в эволюционирующей и расширяющейся Вселе нной. Имеет ли смысл рассматривать Вселенную в целом как единый целостный динамический объект ? Современная космология в основном исходит из предположения , что на этот в опрос следует ответит ь положительно . Инач е говоря , она исходит из предположения , чт о глобальное движение космоса подчиняется тем же самым законам , которые управляют повед ением его отдельных составных частей . Какие силы регулирует космическое движени е ? Только электромагнитная и гравитационная силы являются в достаточной степени даль нодействующими , чтобы влиять на таких громадн ых расстояниях . Для крупных объектов - даже в рамках Солнечной системы - гравитация дале ко опережает электромагнетизм по силе своего воздействия . 11.6.1. 1. Понятие релятивистской космологии Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие м асс на больших расстояниях , а значит динам ику космической материи в масштабах Вселенной , то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения . Теоретическим ядром современной космологии выступает ре лятивистская теория тяготения , поэтому современную космологию называют релятив истской космологией. Ньютоновская физика рассматривала пространст во и время как "арену ", на которой разы грываются физические процессы ; он а не связывает воедино пространство и время . Согла сно общей теории относительности (см . 9.2), распред еление и движение материи изменяют геометриче ские свойства пространства-времени и , с другой стороны , сами зависят от них ; гравитацион ное поле проявляется к ак искривлени е пространства-времени (чем значительнее кривизна пространства-времени , тем сильнее гравитационное поле ).Уравнения гравитационного поля в ОТ О представляют собой систему десяти уравнений . В отличие от теория тяготения Ньютона , в которой есть о д ин потенциал гравитационного поля , который зависит от единственной величины - плотности массы , в теор ии Эйнштейна гравитационное поле описывается 10 потенциалами и может создаваться не только плотностью массы , но также потоком массы и потоком импульса. Пер вую релятивистскую космологическую модель попытался построить А . Эйнштейн . В соответствии с предложенной Эйнштейном моделью Вселенная должна была быть пространственно конечной и иметь форму четырехмерного ци линдра. Вселенная Эйнштейна конечна , но тем не ме нее повсюду одинакова ; она имеет конечные размеры , но не имеет границ ! Та кая картина Вселенной явно возможна только в общей теории относительности с ее ис кривленным пространством . В модели Эйнштейна трехмерное пространство также обладает топологие й сферы, только , разумеется , не в двух , а в трех измерениях . Поэтому у вселенной Эйнштейна пространственный объем кон ечен , и галактики распределены в нем равно мерно в соответствии с космологическим принци пом , но границы или края у этого прост ранства нет . Оно не ра с пространено бесконечно во все стороны , а замыкается само на себя и , подобно поверхности с феры , допускает "кругосветные " путешествия . Это означает , что обитатель такой вселенной мог бы послать световой сигнал в любом нап равлении и потом обнаружить , что сиг н ал , обойдя всю вселенную , вернулся к нему с противоположной стороны. Мысль Эйнштейна о замкнутой , конечной , но неограниченной вселенной выглядела , безусловно , новой и странной . Людям часто довольно трудно представить себе подобное , и они задают вопрос : что же находится "снару жи " конечной вселенной ? Этот вопрос столь же бессмыслен для трехмерных существ , как и вопрос , что находится "вне " поверхности с феры , для плоских существ , вынужденных постоян но жить на сферической поверхности . Для вс еленной Эйнштейна не т понятия "снару жи ", потому что , если бы существовали "снару жи " и "внутри ", между ними должна была б ы проходить граница . В модели Эйнштейна та кой границы нет . Каждая точка эквивалентна любой другой , и ни одна из них не ближе ни к "центру ", ни к "краю ". Про с то ни центра , ни края не существует. 11.6.1.2.Нест ационарная релятивистская космология С крит икой предложенной Эйнштейном космологической мод ели выступил наш отечественный выдающийся мат ематик и физик-теоретик Александр Александрович Фридман (1888-1925). И менно А.А . Фридман , скромно опубликовавший свою работу в 1922 г ., впервые сделал из ОТО космологические выводы , име ющиеся поистине революционное значение : он заложил основы нестационарной рел ятивистской космологии. Фридман показал , что теоретическая модель Эйнштейна является лишь частным решени ем гравитационных уравнений для однородных и изотропных моделей . А в об щем случае решения зависят от времени. Кроме того , Фридман показал , что решения такой теоретической модели не могу т быть однозначными и не могут д а ть ответа на вопрос о форме Вселенной , ее конечности или бесконечности . Исходя из противоположного постулата (о возможном изме нении радиуса кривизны мирового пространства во времени ), Фридман нашел нестационарные реше ния "мировых уравнений " Эйнштейна . Вс третив сначала решения Фридмана с большим недоверием , Эйнштейн затем убедил ся в его правоте и согласился с крити кой молодого физика . Нестационарные решения у равнений Эйнштейна , основанные на постулатах однородности изотропии , называются фридмановскими косм ологическими моделями. А . А . Фридман показал , что решения "мировых уравнений " ОТО для Вселенно й позволяют построить три возможные модели Вселенной . В двух из них радиус кривизн ы пространства монотонно растет и Вселенная расширяется (в одной модели - из точ ки ; в другой - начиная с некоторого конечного объема ). Третья модель рисовала карт ину пульсирующей Вселенной с периодически изм еняющимся радиусом кривизны . Выбор моделей за висит от средней плотности вещества во Вс еленной. Но определение средней плотности в ещества во Вселенной пока не на дежно . Во Вселенной могут присутствовать не обнаруженные еще виды материи , дающие свой вклад в среднюю плотность . И тогда на "вооружение " придется брать "закрытую " модель Вселенной , в которой предполагается , что расширение в будущем сменится сжатием. 11.6.1.3. Косм ологический постулат Представл ение о нестационарности Вселенной удивительным образом сочетается в современной космологии с представлением об однородности Вселенной . Достаточно неожиданно то , что Вселенная ока зывается однородной в самых различных с мыслах. Во-первых , Вселенная однородна в том смысле , что структурные детали далеких звезд и галактик , физические законы , которым они подчиняются , и , естест венно , определенные величины (такие , как заряд электрона ), по-видимому , с большой степен ью точности одинаковы повсюду , т . е . те же , что и в нашей области Вселенной , в ключая , конечно , и Землю . Типичная галактика , находящаяся в сотне миллионов световых лет от нас , выглядит в основном так же , как наша . Спектры атомов , а следов а тельно , законы химии и атомной физики там идентичны известным на Земле . Этот обстоятельство позволяет уверенно распространять открытые в земной лаборатории законы физ ики на более широкие области Вселенной. Во-вторых , говоря о космической однородности Вселе нной , имею т в виду однородность распределения вещества . Как видно из предыдущего , вещество Вселе нной разбросано в виде сгустков . Оно собра но в звезды , которые в свою очередь гр уппируются в скопления , и так вплоть до масштабов галактик . Сами галактики такж е расположены группами . Некоторые космологи утверждают , что такое объединение продолжает ся до бесконечности и имеет характер иера рхии , в которой каждое последующее образовани е отделено от ему подобных все большими промежутками пустого пространства . Однако б олее принято считать - и это с уждение подкреплено рядом достаточно надежных результатов наблюдений , - что подобное объединен ие останавливается на скоплениях галактик , а более крупномасштабное распределение вещества одинаково во всей Вселенной . Это распред е ление как однородно (одинаково во всех областях ), так и изотропно (одинаково во всех направлениях ). Предпо ложение о том , что Вселенная в крупных масштабах однородна , разделяется теперь большин ством (хотя и не всеми ) космологов ; оно известно как космологиче ский постулат . Представление об однородности Вселенной е ще раз доказывает , что Земля не занимает во Вселенной сколько-нибудь привилегированного положения . До Коперника человек помещал Зем лю в центр Вселенной , а все прочие неб есные тела должны были обращать ся вок руг нее . Открытие Коперника , доказавшего , что Земля движется вокруг Солнца , навсегда разр ушило эту иллюзию . Но еще долго не был о уверенности у астрономов в том , что с Землей , Солнцем , нашей Галактикой не свя зана какая-нибудь исключительность . Ныне м ы сль о том , что наша область Вселе нной могла бы быть чем-то нетипичной , счит ается по меньшей мере еретической . Физические условия в ближайших к нам областях В селенной более не рассматриваются как особые ; они характерны для любого "среднего " мест а во Вселен н ой . Пусть наши Зем ля , Солнце или Галактика кажутся чем-то ис ключительно важными людям , для Вселенной в целом они не представляются ни важными , ни исключительными. 11.6.1.4. Возр аст Вселенной Представл ение о Вселенной было широко распространено среди астрон омов лет сто назад . С читалось ; что во всем бесконечном пространств е всегда были равномерно разбросаны постоянно светящиеся звезды . ХХ век внес в это представление существенные коррективы. В 1929 г ., американский астроном Эдвин Хаб бл (1889 - 1953) огласил н екоторые результаты измер ений спектра света , приходящего к нам от удаленных галактик . Изучение спектрального с остава света далеких звезд показало системати ческий сдвиг спектральных линий в красную область (т . е . к низкочастотному концу ви димого спектра ). Х аббл обнаружил , что это так называемое красное смещение возр астает пропорционально расстоянию до галактики . Стало очевидным , что удаленные галактики ра збегаются от нас "в организованном порядке ": чем дальше галактика , тем быстрее она у даляется . Отсюда сле д овал совершенно однозначный вывод - Вселенная находится в состоянии расширения . Это неожиданное открытие в корне изменило все представления космоло гии . Расширяющаяся Вселенная - это Вселенная из меняющаяся , у нее есть биография , возможно даже с датами рожд е ния и смер ти . Закон Хаббла дает возможность определять возраст Вселенной . По современным представле ниям он оценивается от 10 до 20 миллиардов ле т . Нестационарные модели релятивистской космологи и позволяют уточнить эти данные . В соответствии с наиболее рас прос траненным представлением возраст Вселенной от сингулярности до современной эпохи составляет ~ 15-20 м лрд . лет . 11.7. Эвол юция Вселенной 11.7.1. Модель горячей Вселенной В осно ве современных представлений об эволюции Всел енной лежит модель "горячей Всел енной ", основы которой были заложены в трудах ам ериканского физика русского происхождения Джордж а (Георгия Антоновича ) Гамова (1904-1968) и его сот рудниками в конце 40-х годов ХХ века . Эт у концепцию еще называют концепцией "Большого Взрыва ". В соответствии с этой концепцией на ранних стадиях расшир ения Вселенная характеризовалась не только вы сокой плотностью вещества , но и его высоко й температурой. Ключ к пониманию ранних этап ов эволюции Вселенной скрыт в гигантском количестве теплоты , выделившейся при Боль шом взрыве. В своем простейшем варианте теория горячей Вселенной предполага ет , что Вселенная спонтанно возникла в рез ультате взрыва из состояния с бесконечно большой плотностью и бесконечно большой тепло вой (внутренней ) энергией (состояние сингулярности ). По мере расширения Вселенной температу ра падала - сначала быстро , а затем все медленнее - от бесконечно большого значения до довольно низкой величины , при которой воз никли условия , благоприятные для образования звезд и галактик . На протяжении около 1 млн. лет температура превышала несколько тысяч градусов , что препятствовало образован ию атомов . Таким образом , примерно 1 млн . лет космическое вещество сохраняло форму разогре той плазмы , состоящей из ионизированных водор ода и гелия . Лишь когда температура Всел е нной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца , возникли первые атомы . Таким образом , атомы - это реликты эпохи , наступившей через 1 млн . лет после Большого взрыва. Модель горячей Вселенной получи ла экспериментальное подтверждение после о ткрытия в 1965 г . "реликтового излучения " - микроволнового фонового излучения с температурой ~ 3° K. Косвенным подтверждением этой модели служит также наблюдаемое обили е гелия , превышающее повсеместно 22% по массе , а также обнаруженное в межзвездном газе н еожиданно высокое обилие дейтерия , про исхождение которого можно связать лишь с ядерными реакциями синтеза легких элементов в горячей Вселенной. Зная современную температуру реликтового излучения , можно провести экстраполяцию в про шлое , используя хорошо изв естные и про веренные законы механики , статистической , атомной и ядерной физики , физики элементарных час тиц . (Фундаментальным открытием самых последних лет , конца ХХ в . является обнаружение пр остранственной анизотропии реликтового излучения , фона Вселенной. Это расширяет возможности релятивистской космологии , делает несущественным влияние различных мешающих познанию начальных этапов Вселенной факторов - рассеяние электро магнитных волн на свободных электронах , на холодном молекулярном газе , поглощение пылью и др .) Экстремальные условия первых секунд жизни Вселенной сегодня можно изучать эксперимента льно . На современных ускорителях элементарных частиц удается воспроизводить физические условия , существовавшие в то время , когда возраст Вселенной составлял 10 n с , где n = - 1 2 , когда температура достигала 10 n К , где n = 1 6 , а вся наблюдаемая сегодня Вселенная была "сжата " до размеров Солнечной системы . За этими гран ицами возможна только теоретическая экстраполяци я известных нам физических законов . В цело м он а не вызывает сомнений впло ть до того момента , когда начинают проявля ться квантовые свойства гравитации . Но с некоторого уровня вообще возника ет вопрос о возможности применения для оп исания эволюции Вселенной современных физических теорий . Вблизи сингулярн ости решения классических уравнений неприменимы , поскольку там должны проявляться квантовые свойства гравит ации , а свойства вещества в этом состоянии неизвестны . Существующие теории вещества и тяготения применимы к состояниям материи , п лотность и температ у ра которой ме ньше планковских (r = 1 0 n г / куб . см , где n = 9 3 ; T ~ 1 0 n К , где n = 3 2 . Планковской плотности и температуре соответствует возраст Вселенной t ~ 1 0 n с , где n = - 4 3 . В эту эпоху физические условия были та ковы , что для их описания требуетс я еще несозданная квантовая теория тяготения. 11.7.2. Бол ьшой взрыв : инфляционная модель Возможнос ть установить процессы , происходящие на первы х секундах и минутах существования Вселенной , безусловно , следует рассматривать как блестя щее достижение современного естествознания . Возможность моделировать первой секунды означает приближение к самой главной загадке прир оды - самому акту "сотворения мира "! Первые с екунды Вселенной - это время таинственных сост ояний вещества и неведомых сил природы . Ко нечн о же , здесь следует быть ост орожным . Наши представления об этом отрезке времени основаны во многом на гипотезах и гипотетических экстраполяциях , теоретическом моделировании , во многом спорных и умозритель ных. Первая и важнейшая проблема - это проб лема того, чем был вызван Большой вз рыв ? Большой взрыв моделируется т.н. гипотезой инфляционной Вселенной . В основе этой гипотезы - представление о существовании компенсирующей гравитационное притяжение силы космического от талкивания невероятной величины , которая см огла разорвать некое начальное состояние Вселенной и вызвать ее расширение , продол жающееся и по сей день . Кроме того , нач альное состояние Вселенной является вакуумным . Физический вакуум - это форма материи , лишенная вещества и излучения , но характеризующа яся активностью (постоянно "кипит ", но не выкипает ) и способностью нахо дится в одним из многих состояний с с ильно различающимися энергиями и давлениями , причем эти давления - отрицательные . Отрицательные давления и создают гигантскую силу косми ческого отт а лкивания , которая и вы зывает безудержное и стремительное расширение одной или нескольких вселенных , каждая из которых характеризуется , допустим , своими фунда ментальными постоянными . (О концепции множественно сти Вселенных . См .: Розенталь И.Л . Вселенная и ч а стицы . М ., 1990) Подобное расширение Вселенной осуществляется по особому закону : каждые 1 0 n сек , где n = - 3 4, все области Вселенной удваивают свои разме ры , затем этот процесс удвоения продолжается в арифметической прогрессии . Такой тип ра сширения и был назван "инфляцией ". Такое быстрое расширение и означает , что все части Вселенной разлетаются , как при взрыве . А это и есть Большой Взрыв ! В пер иод квантовой космологии , т . е . с 1 0 n с , гд е n = - 4 3 , по 1 0 n с , где n = - 3 2 , произошло , по-видимому , и формирование пространственно-временных характеристик нашей Вселенной . Но фаза инфляции не может быть дл ительной . Отрицательный вакуум неустойчив и с тремится к распаду . Когда распад осуществляет ся , отталкивание исчезает . Это значит , что инфляция исчезает и Вселенная переходит к во власть обычного гравитационного притя жения . "Часы " Вселенной тогда показывали всего 10 n сек (где n = - 34).Но благодаря полученному пер воначальному импульсу , приобретенному в процессе инфляции , расширение Вселенной , которое мы с ейчас наблюдаем , продолжается и н еуклонно снижается . Постепенное замедление расшир ения Вселенной - это единственный след , который сохранился до настоящего времени от моме нта Большого взрыва. В конце фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной . Но с окон чание м фазы инфляции произошло высвобождение огром ных запасов энергии , сосредоточенных в исходн ом физическом вакууме . Когда вакуум распался , колоссальная энергия высвободилась в виде в виде излучения , которое мгновенно нагрело Вселенную примерно до темпер а тур ы 1 0 n К , где n = 2 7 . С этого момента и начинае тся эволюция "горячей Вселенной ". Благодаря эне ргии возникло вещество и антивещество , затем Вселенная стала остывать и постепенно ст али "кристаллизовываться " все ее элементы , набл юдаемые сегодня. Несмотр я на то что инфляционная модель разработана пока только частично , те м не менее она позволяет успешно объяснит ь ряд фундаментальных космологических закономерн остей . Большой взрыв перестал быть загадкой , лежащей за пределами естествознания. 11.7.3. Пер вые се кунды Вселенной Ранняя Вселенная представляла собой гигантскую лабора торию природы , в которой энергия , высвободивша яся в результате Большого взрыва , пробудила физические процессы , не воспроизводимые в з емных условиях . Следующий этап рождения Вселенной свя зан с так называемой эрой Великого объединения : возраст Вселенной всего лишь 10n с , где n = - 3 2 , а температура около 10n К , где n = 2 9 . В этот момент Космос был заполнен "супо м " из странных , неведомых нам частиц , в том числе чрезвычайно массивных . Ва ж нейшими составляющими экзотического "супа " были , вероятно , сверхмассивные частицы - переносчик и взаимодействия в теориях Великого объединен ия , так называемые Х и У - частицы . Имен но эти частицы привели к асимметрии в соотношении вещества и антивещества . По оценкам эта асимметрия характери зуется отношением (10n + 1): 10n , где n = 9 , т.е . на каждый миллиард античастиц рождается миллиард плюс одна частица . Несмотря на малость этого эффекта , он играет решающую роль . По мер е остывания Вселенной антивещество а н нигилировало с веществом и при этом почти все вещество исчезало . "Почти ", но не все , поскольку имелся избыток вещества над антивеществом в одну частицу на милли ард . Именно этот мизерный остаток и послуж ил материалом , из которого построена вся В селенная , в к лючая человека . Если б ы этого остатка не было , то мир был бы практически "пустым ", т.е . заполнен только полем , но не веществом . Можно сказать , что вещество возникло благодаря оплошности п рироды . Именно в эти самые ранние моменты развития Вселенной сложила с ь ее современная структура. Таким образом , подавляющая часть вещества , возникшего в процессе Большого взрыва , а ннигилировала в первые секунды Вселенной , а вместе с ним исчезло и все космическое антивещество . (Теперь понятно , почему во В селенной так мало ан тивещества .) Исчезнув , оно превратилось в энергию : в процессе аннигиляции на каждый уцелевший электрон (и ли протон ) возникало около миллиарда гамма - квантов . В результате расширения Вселенной это гамма-излучение "остыло ", образовав к насто ящему времени т а к называемое фоно вое тепловое излучение , которое составляет зн ачительную часть энергии Вселенной . Спустя 10n с , где n = - 1 2 , после Большого взрыв а температура была столь высока , что тепло вой энергии оказалось достаточно для рождения всех известных част иц и античастиц , причем такой плотности , что установилось ра вновесие , при котором энергия равномерно расп ределялась между всеми видами частиц . На э той стадии характер вещества во Вселенной резко отличался от всего , что мы можем непосредственно наблюдать : а дроны н е имели индивидуальных свойств ; протоны и нейтроны не существовали как различные объект ы ; вещество представляло собой "кварковую жидк ость "; не различались слабое и электромагнитно е взаимодействия ; такие частицы , как электроны , мюоны и нейтрино , не с уществова ли в обычном виде ; свойства фотонов переме шаны со свойствами W и Z -частиц . Такое состо яние Вселенной , заполненной таинственной жидкость ю и населенной неведомыми нам частицами , в последующие времена никогда не повториться . Однако вещество не могл о продолжи тельно существовать в столь нестабильной фазе . Падение температуры ниже 10n К (где n = 15) вызыв ает внезапный фазовый переход , напоминающий з амерзание воды и образование льда . Результато м этого перехода явилось возникновение извест ных нам частиц - электронов , нейтрино , фотонов и кварков , которые теперь вполне различимы . В этот момент нарушается калиб ровочная симметрия , а электромагнитное взаимодейс твие отделяется от слабого. Следующий фазовый переход происходит чере з одну миллисекунду после Большо го вз рыва и при Т =10n К ( где n = 13) приводит к конденсации кварков . Кварки объединяются в гр уппы (попарно или по три ) и образуются адроны (протоны , нейтроны , мезоны и другие сильно взаимодействующие частицы ). При Т ~ 2 · 1 0 n K (где n = 1 0) электронные не йтрино перестают взаимодействовать с частицами . Поскольку нейтрино стабильны и очень слабо взаимодействуют с веществом , мир для них оказывается практически прозрачным ; они легк о перемещаются во Вселенной и их энергия уменьшается только из-за ее расшире н ия . К нашей эпохе температура этих реликтовых нейтрино должна оказаться около 2 К . Обнаружение этого излучения будет велик им достижением астрономии . Но пока , к сожа лению , методы обнаружения таких реликтовых не йтрино не разработаны . По мере дальнейшего пад ения темпе ратуры аннигилировали , создавая интенсивное гамма- излучение , все оставшиеся античастицы , и вещес тво превратилось в знакомую нам смесь про тонов , нейтронов , электронов , нейтрино и фотоно в . С этого момента открылся прямой путь для синтеза гелия , ко т орый и начинается через несколько секунд после Бо льшого взрыва. 11.7.4. От первых минут Вселенной до образования зв езд и галактик Методом математического с использованием данных ядерно й физики астрофизикам удалось воспроизвести д етали ядерных процессов , пр оисходивших в первые минуты существования Вселенной . (См .: Вайнберг С . Первые три минуты . Современный взгляд на происхождение Вселенной . М ., 1981) Согласно полученным результатам , в конце первой секунды температура достигала 10n К , где n = 10 . При такой в ысокой температуре с ложные ядра существовать не могут . Тогда в се пространство было заполнено хаотически дви жущимися протонами и нейтронами вперемешку с электронами , нейтрино и фотонами . Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро и по прошествии минут ы температура упал а на два порядка , а спустя еще несколь ко минут стала ниже уровня , при котором возможны ядерные реакции . В этот относитель но короткий (несколько минут ) промежуток време ни протоны и нейтроны могли объединяться , образуя сложные ядра. В тот пе риод основной ядерной реакцией было слияние протонов и нейтронов с образованием ядер гелия , каждое из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов . Поскольку протоны немного легче нейтронов , они присутствовали в несколько бол ьшем количестве и по заве р шении синтеза гелия часть протонов оставалась св ободной . Образовавшаяся плазма состояла примерно на 25 % из ядер гелия и на 75 % из ядер водорода (протонов ). Эти цифры соответствуют наблюдаемому содержанию названных элементов в современной Вселенной . Вели кое счастье для нас , что в первичном веществе был избыток протонов над нейтронами . Благодаря ему оста лись во Вселенной несвязанные протоны , и в последствии образовался водород , без которого не светило бы Солнце , не было бы воды , не могла возникнуть жизнь . Н е было бы жизни , не было бы и человеч ества . Так наше существование и сама возмо жность познания Вселенной прямо определяется отдаленным прошлым , начальными моментами Вселенно й . После стадии термоядерных реакци й температура вещества еще настолько высока , чт о оно находится в состоянии пл азмы еще сотни тысяч лет , вплоть до пе риода рекомбинации (T ~ 4 000 K), когда протоны присоединяют электроны и превращаются в нейтральный в одород . Несколько раньше образовался нейтральный гелий . Как полагают , из этих первичны х водорода и гелия , находившихся в газообразном состоянии , образовались первые звезды и галактики Когда размеры Вселенной были примерно в 100 раз меньше , чем в настоящую эпоху , из зарождавшихся неоднородностей газообразного водорода и гелия возникли газовы е сгустки - протогалактические сгущения . Постепенно о ни фрагментировались , в них образовывались ме ньшие сгустки вещества . Из таких сгустков разной массы , имевших определенный вращательный момент , постепенно сформировались звезды и галактики . Расширение Вс е ленной опред елило разлет галактик , которые сами практичес ки не расширяются. 11.7.5. Обр азование тяжелых химических элементов Таким образом , согласно современным космологическим пре дставлениям , атомы существовали не всегда : они являются реликтами физических процессов , происходивших в глубинах Вселенной задолго до образовании Земли . Атомы - это ископаемые космоса . Первооснову космического вещества с оставляет водород , на который вместе с гел ием приходится почти 100% всех атомов , тогда как на каждый из остальн ы х пр имерно 90 элементов - лишь исключительно малая д оля . На начальных стадиях существова ния Вселенной космическое вещество практически не содержало элементов среднего и тяжелого веса . Такие элементы - это "зола " ядерных "костров ", пылающих в недрах звезд. Ведь как мы уже отмечали , ядро звезды пред ставляет собой термоядерный реактор , в которо м горючим служат в основном ядра водорода (протоны ). Огромная температура внутри звезды заставляет протоны интенсивно двигаться и , преодолевая электростатическое отт алк ивание , соударяться друг с другом . Когда протоны при соударении сближаются до радиуса сильного ядерного взаимодействия , стано вится возможным их слияние (синтез ). Ядро , с остоящее из двух протонов , неустойчиво , но если один из протонов (в результате слабо го взаимодействия ) превратится в нейтр он , то образуется устойчивое ядро дейтерия ; при этом высвобождается энергия , способствующа я поддержанию высокой температуры в недрах звезды . Последующие реакции синтеза приводят к превращению дейтерия в гелий . В ходе сле д ующих один за другим про цессов синтеза сначала образуется углерод , а затем и все более сложные ядра . По мере исчерпания запасов ядерного горючего звезды ее внутренняя структура представлена с лоями различных химических элементов , каждый из которых отражает различные стадии ядерного синтеза . Так на протяжении своей "жизни " звезда постепенно превращается из смеси первичного водорода и гелия в храни лище тяжелых химических элементов . На заключительном этапе эволюции такой звезды ядерные реакции уже не в состоя н ии поддерживать необходимые значения тем пературы и давления , которые обеспечивали бы ее устойчивость , постепенно нарастает неусто йчивость звездной массы . В результате гравита ция , выйдя из-под контроля , вызывает мгновенное сжатие (коллапс ) звезды . Гигантск и й выброс энергии буквально сдувает внешние слои звезды в окружающее пространство , разб расывая тяжелые элементы по просторам галакти ки . Подобный выброс обычно называют взрывом сверхновой . Каждый взрыв сверхно вой обогащает галактику тяжелыми элементами , из к оторых впоследствии и могут образ оваться планетные системы типа Земли , на к оторых возможно зарождение и эволюция жизни . За всю историю развития нашей Галакти ки в ней вспыхнуло примерно один млрд . сверхновых звезд ! 11.7.6. Сце нарии будущего Вселенной Любоп ытно знать не только прошлое Вселенно й , но и иметь представление о том , что будет с нашей Вселенной в необозримом будущем . Тем более , что это будущее не менее поразительно , чем ее прошлое . Теоретич еское моделирование будущего Вселенной существен но различа е тся в "открытых " и " закрытых " ее моделях. Напомним , что "закрытые " модели предполагаю т , что в будущем расширение Вселенной смен ится ее сжатием . Если нынешний этап расшир ения Вселенной в будущем сменится сжатием , то можно предположить , что примерно через 30 млрд . лет она начнет сжиматься и должна через 50 млрд . лет вновь вернуться в сингулярное состояние . Таким образом , полн ый цикл расширения и сжатия Вселенной сос тавляет примерно 100 млрд . лет ! Таким образом , Вселенная предстает как закрытая система , испыта вшая множество эволюционных циклов . При переходе от одного цикла к другому какие-то общие параметры Вселенной (Метагалактики ) изменяются . Эти измене ния отражаются очевидно в смене фундаментальн ых постоянных. Совершенно иначе предстает будущее Вселен ной в о ткрытых моделях . В соответствии с открытыми сценариями многие звезды ост ынут уже через 1 0 n лет (где n = 14). Остывание звез д достаточно быстро (уже через 10 n лет , где n = 15) приведет к тому , что планеты начнут о трываться от своих звезд , а звезды покида т ь свои галактики . Примерно через 10 n лет (где n = 19), большая часть звезд покинут свои галактики ; центральные области Галактик и коллапсируют , образуя "черные дыры ". Так г алактики прекращают свое существование , звезды превращаются в "черные карлики ". Даль нейшая эволюция будущей Вселенной не вполне ясна . Если обнаружится , что протон действительно нестабилен и распадается через 10 n лет (где n = 32), на g - квант и нейтрино , то Вселенная и будет представлять собой совокупность нейтрино и квантов света с убы в ающей энергией. Иначе разворачивается сценарий в том случае , если протон стабилен . Тогда примерно через 1 0 n лет (где n = 6 5), любое твердое вещество превратиться даже при абсолютном нуле в жидкость . Все оставшиеся черные карлики ста нут жидкими каплями . Где-то через 1 0 n лет (где n = 1 500), любое вещество станет радиоактивным , а все жидкие капли - бывшие звезды стану т железными . А черные дыры постепенно испа ряются и превращаются в длинноволновое излуче ние . От грандиозной и разнообразнейшей Вселен ной ос т анутся только жидкие холод ные железные капли ! Что же дальше ? Пройдет невообразимое ч исло лет , которое можно выразить числом 1 0 n ( где n = 1 0 n ° , а n ° = 2 6), пока такие железные ка пли не превратятся в "черные дыры ". Эти уже последние "черные дыры " за относител ьно небольшой промежуток времени 10 n лет (где n = 6 7) испарятся , превратив Вселенную в поток св ерхдлинноволновых квантов и нейтрино малых эн ергий . Такое состояние - состояние окончательной "смерти " Вселенной . 11.8. Жизн ь и разум во Вселенной : проблема вне земных цивилизаций 11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций . Вопрос об их возможной распространенности В посл едние десятилетие , на фоне наката в массов ом сознании очередной исторической волны мист ицизма , широкое распространение получил вопрос о вн еземных цивилизациях , их поисках и контактах с ними . Увлечение поисками НЛО и страстное ожидание пришельцев из вн еземных цивилизаций чуть ли не стало пова льным . Подчас это увлечение приобретает явные черты массового психоза - чуть ли не е жемесячно в средс т вах массовой ин формации (в том числе и достаточно серьезн ых ) появляется "информация " о проявивших себя инопланетянах , контактах с ними , и даже об умыкании ими землян прямо в центрах многомиллионных городов !? Ширятся слухи о на чатой операторами НЛО эвакуац и и з емлян в просторы Вселенной ... Нет числа соо бщениям о найденных доказательствах посещения Земли представителями высокоразвитых разумных цивилизаций в прошлом ... Занимается ли вопросом о внеземных ци вилизациях современная наука ? И если занимает ся , то как она его решает ? Прежде всего , следует отметить , что вопрос о вн еземных цивилизациях имеет свою научную поста новку . И научная постановка существенно отлич ается от его трактовок массовым , обыденным , вненаучным сознанием . Но сначала о том , что мы понимаем п о д внеземными цивилизациями . Внеземные цивилизац ии - общества разумных существ , которые могут возникать и существовать вне Земли (на других планетах , космических телах , в иных Вселенных , средах и др .). С точки зрения современной науки есть объективные основ ания для предположения о возможности существования внеземных цивили заций . Таким основаниями выступают : представление о материальном единстве мира ; о развитии , эволюции материи как всеобщем ее свойств е ; данные естествознания о закономерном , естес твенном ха р актере происхождения и эволюции жизни , а также происхождении и эволюции человека на Земле ; астрономические данные о том , что и Солнце - типичная , рядовая звезда нашей Галактики и нет н икаких оснований для его выделения среди множества других подобных звез д ; и в том же время астрономия исходит из того , что в космосе существует большое разнообразие физических условий , что может пр ивести в принципе к возникновению самых р азнообразных форм высокоорганизованной материи. Вместе с тем , надо иметь в виду , что далек о не на всякой планете может возникнуть жизнь . Для возникновения ж изни необходим сложный комплекс условий . Во-пе рвых , для возникновения (посредством естественного отбора ) жизни необходимы значительные интерв алы времени ; поэтому жизнь может возникнуть толь к о вокруг старых звезд , при чем , старых звезд не первого , а второго поколений . Ведь именно рядом с такими з вездами могут быть остатки тяжелых элементов , оставшиеся после взрывов сверхновых звезд . Во-вторых , на планете должны быть соответст вующие температурн ы е условия : слишком высокая или слишком низкая температуры и сключают появление жизни . В-третьих , чтобы на планете могла возникнуть и развиваться жиз нь , ее масса не должна быть слишком ма ленькой . Ведь в этом случае планета быстро теряет свою атмосферу , кото р ая попросту испаряется ("диссипация "). Чем легче газ , тем быстрее он уходит за пределы планеты . С другой стороны , масса планеты н е должна быть очень большой . Ведь такие планеты удерживают свою первоначальную атмосфе ру (из водорода и гелия ) и не дает возмо ж ность изменения состава этой исходной атмосферы. Четвертое важное условие образования жизн и - это жидкая оболочка на ее поверхности . Ведь первичные формы жизни скорее всего возникли в воде . И , наконец , на планет е должны быть условия для возникновения с ложн ых молекулярных соединений , на основе которых могут протекать разнообразные химиче ские процессы . В результате учета всех эти х условий оказывается , что лишь у 1-2% всех звезд в Галактике могут быть планетные системы с явлениями жизни . Иначе говоря , п ри сам ы х оптимальных оценках окол о 1 млрд . звезд могут иметь планетные систе мы , на которых в принципе возможна жизнь. Одним из аргументов в пользу того , что внеземные цивилизации - явление очень р едкое , выдвигается отсутствие видимых проявлений их активности . Но это утверждение с амо по себе тоже недостаточно строгое . Оно определяется во многом масштабом развития нашей цивилизации , в том числе и уровне м развития средств астрономических наблюдений. 11.8.2. Тип ы контактов со внеземными цивилизациями Тема к онтактов со внеземными цивилизациями - пожал уй , одна из самых популярных в научно-фант астической литературе и кинематографии . Она и вызывает , как правило , самый горячий инте рес у поклонников этого жанра , всех , интер есующихся проблема Мироздания . Но художественное во о бражение здесь должно быть подчинено "жесткой " логике рационального анализ а . А такой анализ показывает , что возможны следующие типы контактов : 1. непосредственные контакты , т . е . взаимные (или односторонние ) посещения ; 2. контакты по каналам связи ; 3. конт акты смешанного типа - посылка к внеземной цивилизации автоматических зондо в , которые передают полученную информацию по каналам связи. Конечно , наибольшую привлекательность представляют контакты первого типа . Но он и как раз и наиболее трудны в реально м осу ществлении . Основная трудность здесь связана с длительностью полета . При полет ах к другим цивилизациям длительность путешес твия может быть больше времени жизни само й цивилизации (> L). Отсюда возникает вопрос о возвращении , ценности привезенной информации, а значит и смысле самого полета. При полетах к далеким звездам со скоростями , незначительными по сравнению со с коростью света (V < < C) , требуется время , исчисляемое тысячелетиями . Поэтому такие полеты возможны только к ближайшим звездам . В настоящее вре мя такие проекты обсуждаются . Хотя до их практического осуществления их еще очень далеко. Но , согласно теории относительности , в условиях такого полета время сокращается тол ько для экипажа космического корабля , а дл я жителей Земли оно будет течь как в нере лятивистской системе . Это значит , что оно может превышать время жизни само й земной цивилизации ( L ) . За время путешествия на Земле пройдут сотни и тысячи лет . Земная цивилизация измениться настолько , что не только доставленная информация станет ненужной, но и сам исходный смысл такое полета будет утерян. Правда , учитывая эти аргументы , иногда высказывают идею космического путешествия без возвращения на Землю , на родину . Речь ид ет о межзвездных перелетах со сменой поко лений во время полета . В будущем техни чески эта проблема , очевидно , будет в принципе решаемой . Но ее смысл уже ин ой - это расселение земной цивилизации во Вселенной ! Оценка целесообразности такого пересел ения или расселения - дело наших далеких п отомков. В настоящее время реально возможными ко нтактами со внеземными цивилизациями яв ляются контакты по каналам связи . Если вре мя распространения сигнала в ту и другую сторону ( t ) больше времени жизни цивилизации (t > L ) , то тогда речь идет об одностороннем контакте . Если же t < < L , то возможен дв усторонний обмен информацией . Современный уровень естественнонаучных знаний позволяет серьезно говорить лишь о канале связи с помощью электромагнитных волн . И уже в настоящее время радиотехника находится на таком ур овне , что дает реальную возможность ус т ановления такой связи. 11.8.3. Пои ски внеземных цивилизаций Поиск внеземных цивилизаций должен предшествовать уста новлению связи с ними . В настоящее время наметилось несколько направлений поиска : 1. Поиск следов астроинженерной деятельности внеземных цивил изаций Он опи рается на предположение , что технические разв итые цивилизации рано или поздно должны п ерейти к преобразованию окружающего космического пространства (создание искусственных спутников вокруг своей звезды , искусственной биосферы и др .), в частнос ти , для перехвата значительной части энергии звезды. Как показывают расчеты , основная часть таких астроинженерных сооружений должна быть сосредоточена в инфракрасной области спектра , в интервале длин волн 3-10 мкм . Следовательно , задача обнаружения подобны х внеземных цивилизаций должна начинаться с поиска лок альных источников инфракрасного излучения или звезд с аномально большим избытком инфракр асного излучения . Такие исследования в настоя щее время ведутся . С момента выдвижения эт ой идеи было обнаружено не с колько десятков инфракрасных источников , однако осн ований для того , чтобы связать какой-либо из них со внеземной цивилизацией пока нет. 2. Поиск следов посещения внеземных цив илизаций на Земле В осно ве этого направления лежит допущение о то м , что активност ь внеземных цивилизаций могла проявляться в историческом прошлом в виде посещения Земли и отпечатках такого посещения в памятниках материальной или духовной культуры различных народов . Так проб лема внеземных цивилизаций сближается с темат икой истории куль т уры , археологии , где также имеется немало "белых пятен ", заг адок , тайн и проблем . На этом пути открываются немалые возм ожности для различного рода сенсаций - ошеломл яющих "открытий ", квазинаучных мифологий о косм ических истоках отдельных культур (или их э лементов ). Так , например , рассказом о к осмонавтах называют легенды о вознесении свят ых на небо . Необъяснимые пока постройки бо льшого каменного сооружения также не доказыва ют их космического происхождения . Спекуляции на этот счет вокруг гигантских каменных идолов на острове Пасхи были развеяны Туром Хейердалом , когда потомки древ него населения этого острова показали ему , как это делалось без всякой техники , а не только без вмешательства космонавтов . В этом ряду находятся и фантазии о то м , что Тунгусский мет е орит был не метеоритом или кометой , а космическим кораблем инопланетян . Все такого рода гипот езы и предположения нуждаются в самом тща тельном и взвешенном исследовании. 3. Поиск сигналов от внеземных цивилиза ций Проблема поиска сигналов от внеземных цивили з аций в настоящее время формулируется прежде всего как задача поиска искусственных си гналов в радио - и оптическом (например , ост ронаправленным лучом лазера ) диапазонах . Но наиболее вероятной является все-таки радиосвязь . И потому важнейшей задачей здес ь о казывается выбор оптимального диапазон а волн для такой связи . Анализ показывает , что наиболее вероятны искусственные сигналы на волнах l 2 1 см (радиолиния водорода ), l 1 8 см (радиолиния ОН ) или l 1 ,3 5 см (линия водяного пара ) ил и же на частотах , скомбинированных из основной частоты с какой-либо математической константой ( , e и др .). Серьезная постановка задачи поиска сигнал ов от внеземных цивилизаций требует создания постоянно действующей службы контроля , охват ывающей всю небесную сферу . Причем , такая система должна быть и достаточно универсально й - рассч итанной на прием сигналов раз личного вида (импульсных , узкополосных и широк ополосных ). Первые работы по поиску сигналов внез емных цивилизаций были проведены в США в 1960 г . Исследовалось радиоизлучение ближайших з везд ( Кита и e Эридана ) на волне 21 см . В последующем (70-80-е годы ) такие иссле дования проводились и в СССР . В ходе и с следований были получены и обобщающие результаты . Так , в 1977 г в США (обсерватори я Огайского университета ) в процессе обзора неба на волне 21 см был зарегистрирован у зкополосный сигнал , характеристики которого указы вали на его внеземное и , вероятно , иску с ственное происхождение . Однако повто рной регистрации этого сигнала получить не удалось , и потому вопрос о его природе остался открытым . Поиски в оптическом диа пазоне проводились с 1972 г . и на орбитальных станциях. Обсуждались проекты строительства многозе ркальных телескопов на Земле и на Луне , сооружение гигантских космических радиоте лескопов и др. Поиск сигналов от внеземных цивилизаций - это одна сторона контакта с ними . Но существует и другая - сообщение таким цив илизациям о нашей , земной цивилизации . П отому наряду с поисками сигналов от космических цивилизаций были предприняты попыт ки направить послание внеземным цивилизациям . В 1974 г . с радиоастрономической обсерватории в Аресибо (Пуэрто-Рико ) было направлено радиопос лание в стороны шарового скоплени я М -31, находящегося от нас на расстоян ии 24 тыс . световых лет . В этом послании закодирован текст , содержащий данные о жизни и цивилизации на Земле . Информационные со общения также неоднократно помещались на косм ические аппараты , траектории которых обеспечи в али им выход за пределы Солн ечной системы. Конечно , очень мало шансов на то , ч то эти послания когда-либо достигнут поставле нной цели , но начинать когда-то надо . Важно то , что человечество не только серьезно задумывается о контактах с разумными сущ ествами и з других миров , но уже и оказывается способным такие контакты , пусть в самой простейшей форме , налаживать . В последнее десятилетие представление о том , что Человечество одиноко если не во всей Вселенной , то во всяком случае в нашей Галактике , становится п реобла дающим среди специалистов . Но такой вывод влечет за собой и важнейшие мировоззренческие следствия : возрастает значение и ценность человеческих достижений . Вполне возможно , что наша планета Земля является высшим "цветом " развития материи , или , по кра й ней мере , огромной части Вселенной , в человечестве сконцентрированы все высшие дос тижения саморазвивающегося Мира . Это значит , ч то мы , люди , в огромной степени ответствен ны - не только за нашу планету , но и за развитие Вселенной в целом ! 11.9. Мето дологич еские установки "неклассической " астрон омии ХХ в. Краткий обзор современной астрономической картины мира показывает , что астрономия в ХХ веке кардинально преобразовала старые классические пр едставления о Вселенной , ее структуре и эв олюции . Астрономия переж ила в уходящем столетии глубокую научную революцию , которая изменила способ астрономического познания . На смену классическому способу познания пришел "неклассический " способ астрономического познания . Свидетельством этого является происшедшая в ХХ веке ра д икальная смена ме тодологических установок астрономического познания. 1. Основа астрономического по знания - признание объективного существования пред мета астрономической науки (космических тел , и х систем и Вселенной в целом ) и их принципиальной познаваемост и научно-рациональн ыми средствами (причем , не только структурного , но и исторического аспектов Вселенной ). Можно , следовательно , говорить о п олной победе материалистического принципа познав аемости природы , истории Вселенной в системе методологии астрономии ХХ века. 2. Эмпирическая основа совреме нной астрономии - наблюдение во всеволновом ди апазоне. Теоретические исследования и экспериментальн ые попытки регистрации гравитационных волн от крывают перспективы развития гравитационной астр ономии . Сведения о космо се несут не только волновые процессы , но и частицы ( космические лучи , нейтрино ). Причем , оказалось , что основная особенность наблюдений во внеопт ических диапазонах состоит в том , что они несут с собой информацию , как правило , о нестационарных процессах во Вселе нной. 3. Теоретическая основа соврем енной астрономии - не только классическая меха ника , и релятивистская и квантовая механика . Не потеряла еще своего значения для астрономического познания (прежде всего , для объяснения процессов , происходящих в Солнеч ной системе ) и классическая механика . Как и прежде , все основные расчеты движени й тел планетной системы и искусственных с путников Земли , Луны и планет , космических аппаратов , созданных человеком , осуществляется (в силу слабости релятивистских и квантовых п роцессов для этих систем ) на базе ньютоновской механики. 4. Физическая реальность состоит из трех качественно несводимых друг к другу уров ней : микро ,- макро ,- и мегамиров . В системе астрономического познания выдел яется две большие подсистемы : o астрономиче с кие науки , изучающие закономерности космических тел и процессов макроуровня (небесная механ ика , астродинамика , астрометрия и др .); o астрономические науки , изучающие кос мические процессы на уровне мегамира (внегала ктическая астрономия , релятивистская кос молог ия и др .); исследования нося т космологический характер , если они имеют дело с линейными размерами , превышающими 1 0 n парсек (пк ) (где n = 9); именно здесь проходит ра зграничительная линия между "обычным ", астрономичес ким и космологическим масштабом . В системе астро номического познания большую роль играет изуч ение закономерностей микромира , связанных с п роцессами излучения звезд , ранних этапов эвол юции Вселенной и др . Поэтому современная а строномия пользуется и аппаратом микрофизики (квантовая механик а , квантовая электродинамика , теория электрослабого взаимодействия , квантовая хромодинамика и др .). Вопрос о глубинных внутренних связях между микро ,- макро ,- и мега - мирами , о т ом , что на определенном уровне они предста вляют собой некое (диалектическое ) единство также входит в поле зрения современной астрономии. Косвенным свидетельством в пользу наличия такой связи является необъяснимая пока з акономерность взаимосвязи физических констант (гр авитационная постоянная , постоянная Планка , скорос ть света , заряд электрона , константы силь ного и слабого взаимодействий , массы электрон а , протона и других элементарных частиц , п остоянная Хаббла , средняя плотность масс во Вселенной и др .), из которых можно постро ить безразмерные величины двух видов : · первые - порядка 1 0 n , где n = - 2 (или - 3); · вторые - порядка 1 0 n , гд е n = 4 0 , в которых связа ны как атомные , так и космологические конс танты. 5. Вопрос о единственности Вселенной как объекта космологии решается в современной астрономии отнюдь не однозначно . Наря ду с точкой зрения , что Вселенная как объект космологии -это наша Метагалактика в ее самых общих свойствах (причем , эта точка зрения пока д оминирующая ), существует мнение , что , во-первых , отождествлять Вселенную с Метагалактикой нельзя , что Вселенная може т состоять и з множества Метагалактик , и , во-вторых , тезис об уникальности Вселенной должен рассматривать ся как исторически относительный , определяемый историческим уровнем практики. 6. В трактовке сущности пространства и времени современная астрономия опира ется на ОТО , в соответствии с которой простр анственно-временные характеристики перестают быть фундаментальными , независимыми ни от чего п онятиями физики . Геометрические характеристики те л , их поведение и ход часов зависят пр ежде всего от гравитационных по л е й , которые в свою очередь создаются матери альными телами . Иначе говоря , п редполагается , что пространственно-временная метрика Вселенной обусловлена гравитационным полем , которое создается вещественными телами. Пространственно-временная метрика Вселенной , определяющаяся гравитационным полем , в ко нечном счете зависит от закономерностей эволю ции Вселенной . Другими словами , "искривленность " пространства и "замедленность " времени признает ся не только в отдельных частях Вселенной вблизи тяготеющих масс , но и в м асштабах всей Метагалактики. 7. Современная астрономия и теоретически и эмпирически обосновывает идею нестационарности Вселенной : мир астрономических объектов находится в состоянии постоянного качественного изменения , развития . Идея развити я пронизывает вс ю современную астрономию. Эта идея носит не умозрител ьный характер , а воплощается в разного род а астрофизических и космологических моделях. Общая идея о нестационарности Вселенной (пространственной и структурной ) конкретизируется в следующих методологическ их установках : · Развитие космическ их тел рассматривается диалектически - со взры вами , скачками , прерывами постепенности ; при эт ом учитывается и многообразие путей развития , включая и моменты нисходящего , регрессивного движения ; · В качестве факторов , опр еделяющ их процесс развития космических тел , рассматр иваются все четыре известных сейчас фундамент альных взаимодействия ; прибегать ко всем четы рем приходится в моделировании начальных стад ий эволюции Вселенной , вблизи сингулярности ; в масштабах Метагалакти к и решающая роль принадлежит силе тяготения ; · Необходимость доведения теоретического описания астрономического объект а и его эволюции до выделения его инд ивидуальных черт , поскольку астро номические объекты даже одного типа (например , звезды или даже звезд ы определенного класса ) имеют заметные индивидуальные различ ия (масса , светимость , химический состав , темпер атура и др .); это в какой-то мере роднит астрономические объекты с объектами биологич ескими ; можно сказать , что в системе астро номических знаний "а с трономическая фи логения " должна быть дополнена "астрономической онтогенией "; · В вопро се о том , в каком направлении происходит образование космических тел , сейчас нет т акого единодушия , которое было еще 40 лет то му назад . В настоящее время сформировалось два основных подхода . Первый (т.н . "классическое " направле ние , идущее от идей Канта-Лапласа ) исходит из того , что эволюция космических объектов осуществляется в направлении сгущения и ко нденсации первоначальной водородо-гелиевой плазмы (продукта процессов, происходи вших на начальных этапах эволюции Вселенной ), о существовании которой свидетельствует наб людаемое сейчас "реликтовое излучение ". (Общепризна нного представления о "механизме " сгущения исх одного плазменного вещества это направление н е дает . В его р амках конкурирует два направления . Первое базируется на иде е Дж . Джинса , в соответствии с которой образование галактических масс происходит под влиянием силы тяжести , заставляющей однородную и изотропную плазму сгущаться и конденси роваться в плотные косми ч еские об разования - скопления галактик , звезды , планеты и др . Это - т.н . потенциальная теория , трудно сти которой состоят в объяснении вращения галактик , магнитных полей , происхождения квазар ов и др . Потенциальной теории противостоит другое направление - т е ория турбулен тной Вселенной и первичных фотонных вихрей ("вихревая теория "). Вихревая теория объясняет вращение галактик , но за счет , во-первых , отказа от космологического постулата (однородност ь и изотропность Вселенной ), во-вторых , некоторы х несоответст в ий данным астрономическ их наблюдений , которые , однако , не могут сч итаться окончательно подтвержденными - раннее обос обление галактик и др .) Второй подход исхо дит из того , что в создании космогоническо й теории надо в первую очередь отталкиват ься от обобщен и я не стационарных , а нестационарных процессов . Нестационарные ж е процессы характеризуются , по-видимому , тем , чт о основное направление их э волюции - взрывные , дезинтегрирующие процессы , прои сходящие в сверхплотных и чрезвычайно энергое мких (1 0 n эрг , где n = 6 2) космических образования х - ядрах галактик . 8. То обстоятельст во , что идея развития пронизывает все совр еменное астрономическое знание , привело к пер еосмыслению роли космогонического аспекта в а строномическом познании. Современная астрономия исходи т из установки о космогоническом смысле (прямом или опосредованном ) любой астрономической проблемы . Именно космогонический аспект исследования Вселенной начинает все больше выступать в виде того организующего центра , который о бъединяет вокруг себя различны е разделы дифференцировавшейся астрономической науки. 9. В современной неклассической астрономии (так же , как и в классической ) нет св ободы выбора условий наблюдения . Так же , к ак и классическая , современная астрономия осо знает зависимость результата наблю дения о т условий , в которых находится наблюдатель . Но отличие современной астроном ии от классической состоит в том , что не во всех случаях современная астрономия допускает возможность пренебречь этой зависимо стью или внести на нее поправку . Происходи т возр астание роли субъекта в совреме нной астрономии на эмпирическом уровне познан ия. Так , при описании ОТО космологических явлений (искривленного пространства-времени ) необходим о вместе с тем пользоваться классическими понятиями для описания содержания эксперим ента с излучением , идущим от удаленных объектов , в однородной и изотропной локал ьной области плоского пространства-времени . Это описание условий эксперимента не может быт ь элиминировано в окончательном результате ис следования. 10. Резкое возрастание теорет ической активности субъекта -одна из в ажнейших характерных особенностей астрономии ХХ века . Это проявляется в сле дующих чертах современного астрономического позн ания : · современная астрон омия (как и "неклассическая " физика ) отвергает классический идеал абс олютного описания , согласно которому в рамках одной теории можно достичь исчерпывающего описания законо мерностей и свойств мира астрономических объе ктов ; · необходимость наличия в системе тео ретического описания структуры и эволюции Все ленной не одной , а множества теоретическ их моделей ; · отсутствие единства в вопросах о содержании исходных абстракци й (принципов , аксиом ), в которых отражаются существенные характеристики предметной области , в вопросах выбора исходной концептуальной базы для построения таки х моделей (наприме р , разное отношение к космологическому постул ату и др .). · возрастание роли субъекта своеобразно проявляет себя в т.н . антропном принципе в космологии. В соответствии с этим принципом , возникновение человечества , самого познающего субъек та было возможным в силу того , что крупн омасштабные свойства нашей Вселенной (ее глуб инная структура ) именно таковы , какими они являются ; если бы они были хотя бы нем ного иными , Вселенную просто не было бы кому познавать . Этот принцип вскрывает наличие глу бокого внутреннего единства закономерностей исторической эволюции Вселенной с предпосылками возникновения и эволюции органического мира вплоть до возникн овения человека и общества , существование нек оторого типа универсальных связей (системообразую щих отно ш ений ), на которых построе н наш мир , наша Вселенная . 11. Изменяемость ст руктуры познавательной деятельности в астрономии - одна из новых методологических установок . Принципы и способы познавательной деятельности в развитии астрономии периодически изменяютс я . Эпохи , когда происходят такие измен ения - это эпохи научных революций в астро номии. Итак , мы видим , что методологические у становки современной астрономии ХХ в . существ енно отличаются от методологических установок классической астрономии . Основные направ лен ия по котором произошло из размежевание : 1. отказ от установки на признание не изменности структуры космических образований , при знание фундаментальной роли структурной эволюции Вселенной ; 2. изменение пространственно-временных представле ний ; 3. расширен ие теоретической базы астр ономии за счет новых фундаментальных теорий ; 4. тенденции к отказу от идеи единств енности Вселенной ; 5. необходимость учета "условий познания " и на этой основе - новая гносеологическая ситуация в астрономии ; 6. представление о пер иодической смен е астрономических способов познания. Такое существенное различие в методологич еских установках классической астрономии и со временной , неклассической астрономии ХХ века позволяет сделать вывод о том , что в а строномии происходит смена способов астроно мического познания , происходит научная революция . Список литературы Азимов А . Краткая история био логии . М .,1967. Алексеев В.П . Становление человечества . М .,1984. Бор Н . Атомная физика и человеческое познание . М .,1961 Борн М . Эйнштейновская теория относительности.М .,1964. Вайнберг С . Первые три минуты . Совреме нный взгляд на происхождение Вселенной . М .,1981. Гинзбург В.Л.О теории относительности . М .,1979. Дорфман Я.Г . Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века . М .,1979. Кемп П ., А рмс К . Введение в биологию . М .,1986. Кемпфер Ф . Путь в современную физику . М .,1972. Либберт Э . Общая биология . М .,1978 Льоцци М . История физики . М .,1972. Моисеев Н.Н . Человек и биосфера . М .,1990. Мэрион Дж . Б . Физика и физический м ир . М .,1975 Найдыш В.М . Концепции современного ес тествознания . Учебное пособие . М .,1999. Небел Б . Наука об окружающей среде . Как устроен мир . М .,1993. Николис Г ., Пригожин И . Познание сложно го . М .,1990. Пригожин И.,Стенгерс И . Порядок из хаос а . М .,1986. Пригожин И ., Стенгерс И . В ремя , Хаос и Квант . М .,1994. Пригожин И . От существующего к возника ющему . М .,1985. Степин В.С . Философская антропология и философия науки . М .,1992. Фейнберг Е.Л . Две культуры . Интуиция и логика в искусстве и науке . М .,1992. Фролов И.Т . Перспективы человека . М .,1983.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
С раннего детства меня беспокоит один вопрос, почему если животные становятся слишком агрессивными их усыпляют, а людей нет...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по астрономии, авиации, космонавтике "Особенности астрономии ХХ века", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru