Шпаргалка по "Истории"

18. Типы физических взаимодействий. Проблема «суперсилы».

      Элементарные частицы учавствуют во всех видах известных взаимодействий. Различают 4 вида фундаментальных взаимодействий: сильное (происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей), электромагнитное (примерно в 1000 раз слабее сильного, но значительно более дальнодействующее (не имеющий заряда фотон)), слабое (возможно между различными частицами и связано с распадом частиц, например, с происходящими в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон) и гравитационное (самое слабое, не учитываемое в теории элементарных частиц). 

      Все 4 взаимодействия необходимы и достаточны для построения разнообразного мира. 

  Современная физика пришла к выводу, что все 4 фундаментальных взаимодействия, необходимые для создания из элементарных частиц сложного и разнообразного материального мира,  можно получить из одного фундаментального взаимодействия – суперсилы. Наиболее ярким достижением стало доказательство того, что при очень высоких температурах (или энергиях) все 4 взаимодействия объединяются в одно.

   Это предположение носит чисто теоретический характер поскольку экспериментальным пуетм его проверить невозможно. Косвенно эти идеи подтверждаются астрофизическими данными, которые можно рассматривать как экспериментальный материал, накопленный Вселенной.

19. Мегамир: современные астрофизические и космологические представления.

     Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел.  Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд; звезд и звездных систем – галактик.

    Все существующие галактики входят в систему самого высокого порядка – Метагалактику. Размеры Метагалктики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15-20млрд. световых лет.

   Понятия «Вселенная» и «Метагалактика» - очень близкие понятия: они характеризуют один и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие «Вселенная» обозначает весь существующий материальный  мир; понятие «Метагалктика» - тот же мир, но с точки зрения его структуры – как упорядоченную систему галактик.

   Строение и эволюция Вселенной изучается космологией. Космология как раздел естествознания, находится на своеобразном стыке науки, религии и философии. В основе космологических моделей Вселенной лежат определенные мировоззренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большое мировоззренческое  значение.

20. Проблема происхождения и эволюции Вселенной.

    Г.А.Гамов разработал модель горячей Вселенной, рассматривая ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной, и назвал ее «космологией Большого взрыва». В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюции Вселенной делят на «эры». Эра адронов (тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия). Продолжительность 0,0001с. В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов. Эра лептонов (легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие). Продолжительность эры 10с. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами. Фотонная эра. Продолжительность 1млн.лет. Основная доля массы – энергии Вселенной – приходится на фотоны. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества. Звездная эра наступает через 1млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик. Затем разворачивается картина образования структуры Метагалактики.

   В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние квантовой гравитации с радиусом Вселенной в 10-50см. (размер атома 10-8см). Основные события в ранней Вселенной.

      Стадия инфляции. В результате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялись по экспоненциальному закону. В это период создавалось само пространство и время Вселенной. Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившееся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые дали мощную вспышку излучения (света), осветившего космос. Этап отделения вещества от излучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным для излучения, контакт между  веществом и излучением пропал. Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовый фон. В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур – атомов, галактик, звезд, планет, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения – человека.

21. Современная наука о структуре Вселенной.

Значение термина Вселенная более узкое и приобрело специфически научное звучание.

Вселенная — место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению.

Постепенное сужение научного значения термина Вселенная вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами. Вселенную в целом изучает наука, называемая космологией, т. е. наукой о космосе. Космология, в основе своей открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет со-

бой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого. Все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения. Наиболее Общепринятой в космологии является модель однородной изотропной

нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения:

- свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках и направлениях;

- наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии).

Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности:

- принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга;

- экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Красное смещение — это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу. При излучении происходит "покраснение", т. е. линии спектра сдвигаются в сторону более длинных красных волн.

Для всех далеких источников света красное смещение было зафиксировано, причем, чем дальше находился источник, тем в большей степени. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтверждало гипотезуоб удалении их, т. е. о расширении Метагалактики — видимой части Вселенной.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем где-то примерно 12 —18 млрд. лет назад

Как это ни удивительно, современная наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что все могло создаться из ничего. "Ничего" в научной терминологии называется вакуумом.

Современная квантовая механика допускает (это не противоречит теории), что вакуум может приходить в "возбужденное состояние", вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) — вещество.

Рождение Вселенной "из ничего" означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из вакуума, когда в отсутствии частиц происходит случайная флуктуация. Флуктуация представляет собой появление виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются, но так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Благодаря флуктуациям, вакуум приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах.

После Большого Взрыва образовался сгусток плазмы — состояния, в котором находятся элементарные частицы — нечто среднее между твердым и жидким состоянием, который и начал расширяться все больше и больше под действием взрывной волны.

22. Развитие взглядов на пространство и время в научном познании.

Даже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. Это были представители элейской школы в Древней Греции. А знаменитый врач и философ из г. Акраганта, Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличие от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует.
Некоторые философы, в том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для их перемещений и соединений.

В доньютоновский период развитие представлений о пространстве и времени носило преимущественно стихийный и противоречивый характер. И только в «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характеристики объектов впервые обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.

Геоцентрическая система К. Птолемея, изложенная им в труде «Альмагест», господствовала в естествознании до XVI в. Она представляла собой первую универсальную математическую модель мира, в которой время было бесконечным, а пространство конечным, включающим в себя равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н. Коперником в работе «Об обращениях небесных сфер». Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.

Признав подвижность Земли, Коперник в своей теории отверг все ранее существовавшие представления о ее уникальности, «единственности» центра вращения во Вселенной. Тем самым теория Коперника не только изменила существовавшую модель Вселенной, но и направила движение естественнонаучной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства.

Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. В своем произведении «О бесконечности, Вселенной и мирах» Бруно писал: «Вселенная должна быть бесконечной благодаря способности и расположению бесконечного пространства и благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных этому…«1. Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое, безмерное пространство», Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно «не имеет края, предела и поверхности».

Практическое обоснование выводы Бруно получили в «физике неба» И. Кеплера и в небесной механике Г. Галилея. В гелиоцентрической картине движения планет Кеплер увидел действие единой физической силы. Он установил универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представление об их эллиптических орбитах. Концепция Кеплера способствовала развитию математического и физического учения о пространстве.

Подлинная революция в механике связана с именем Г. Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики — принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными. Математические преобразования Галилея отражают движение в двух инерциальных системах, движущихся с относительно малой скоростью (меньшей, чем скорость света в вакууме). Они устанавливают инвариантность (неизменность) в системах длины, времени и ускорения.