Современные представления о мегамире
Современные представления о мегамире
Введение
Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независимо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль - бесстрастного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она - развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет научной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь парадоксальные, что сама ее объективность и беспристрастность начинает казаться мифом.
Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы фундаментальных общепринятых теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро - и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука, безусловно, успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами.1
Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы: во-первых, в связи с тем, что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим.
1. Современные науки о мегамире
1.1. Астрономия как наука.
Звезды изучает астрономия - наука о строении и развитии космических тел и их систем.2 Эта классическая наука переживает в XX в. свою вторую молодость в связи с бурным развитием техники наблюдений - основного своего метода исследований: телескопов-рефлекторов, приемников излучения (антенн) и т.п. В СССР в 1974 г. вступил в действие в Ставропольском крае рефлектор с диаметром зеркала 6 м, собирающий света в миллионы раз больше, чем человеческий глаз.
В астрономии исследуются радиоволны, свет, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Астрономия делится на небесную механику, радиоастрономию, астрофизику и другие дисциплины.
Особое значение приобретает в настоящее время астрофизика - часть астрономии, изучающая физические и химические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве. В отличие от физики, в основе которой лежит эксперимент, астрофизика основывается главным образом на наблюдениях. Но во многих случаях условия, в которых находится вещество в небесных телах и системах отличается от доступных современным лабораториям. Благодаря этому астрофизические исследования приводят к открытию новых физических закономерностей.
Собственное значение астрофизики определяется тем, что в настоящее время основное внимание в релятивистской космологии переносится на физику Вселенной - состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии.
Один из основных методов астрономии - спектральный анализ. Если пропустить луч белого солнечного света через узкую щель, а затем сквозь стеклянную трехгранную призму, он распадается на составляющие цвета и на экране появится радужная цветовая полоска с постепенным переходом от красного к фиолетовому - непрерывный спектр. Красный конец спектра образован лучами, наименее отклоняющимися при прохождении через призму, фиолетовый - наиболее отклоняемыми. Каждому химическому элементу соответствуют вполне определенные спектральные линии, что и позволяет использовать данный метод для изучения веществ.
К сожалению, коротковолновые излучения - ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи - не проходят сквозь атмосферу Земли, и здесь на помощь астрономам приходит наука, которая до недавнего времени рассматривалась как, прежде всего техническая - космонавтика, обеспечивающая освоение космоса для нужд человечества с использованием летательных аппаратов.
1.2. Космология как учение о вселенной
Вселенную в целом изучает космология (т.е. наука о Космосе). Слово это тоже не случайно. Хотя сейчас космосом называют все, находящееся за пределами атмосферы Земли, не так было в Древней Греции. Космос тогда принимался как «порядок», «гармония», в противоположность хаосу - «беспорядку». Таким образом, десмология, в основе своей, как и подобает науке, открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования. Открытие этих законов и представляет собой цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.
Это изучение зиждется на нескольких предпосылках. Во-первых, формулируемые физикой универсальные законы функционирования мира считаются действующими во всей Вселенной.3 Во-вторых, производимые астрономами наблюдения тоже признаются распространимыми на всю Вселенную. И, в-третьих, истинными признаются только те выводы, которые не противоречат возможности существования самого наблюдателя, т.е. человека.
Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Дело в том, что одним из основных принципов современного естествознания является представление о возможности проведения в любое время управляемого и воспроизводимого эксперимента над изучаемым объектом. Только если можно провести бесконечное в принципе количество экспериментов, и все они приводят к одному результату, на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которому подчиняется функционирование данного объекта. Лишь в этом случае результат считается вполне достоверным с научной точки зрения.
Принято считать, что основные положения современной космологии - науки о строении и эволюции Вселенной - начали формироваться после создания в 1917 г. А. Эйнштейном первой релятивистской модели, основанной на теории гравитации и претендовавшей на описание всей Вселенной. Данная модель характеризовала статическую Вселенную и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной.
1.3. Теория относительности и космология.
Вселенная могла образоваться из «ничего», т.е. из «возбужденного вакуума». Такая гипотеза, конечно, не является решающим подтверждением существования Бога. Ведь все это могло произойти в соответствии с законами физики естественным путем без вмешательства извне каких-либо идеальных сущностей. И в этом случае научные гипотезы не подтверждают и не опровергают религиозные догмы, которые лежат по ту сторону эмпирически подтверждаемого и опровергаемого естествознания.
На этом удивительное в современной физике не кончается. Отвечая на просьбу журналиста изложить суть теории относительности в одной фразе, Эйнштейн сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время».4 Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.
Отметим, что теория относительности соответствует двум разновидностям модели расширяющейся Вселенной. В первой из них кривизна пространства-времени отрицательна или в пределе равна нулю; в этом варианте все расстояния со временем неограниченно возрастают. Во второй разновидности модели кривизна положительна, пространство конечно, и в этом случае расширение со временем заменяется сжатием. В обоих вариантах теория относительности согласуется с нынешним эмпирически подтвержденным расширением Вселенной.
Досужий ум неизбежно задается вопросами: что же было тогда, когда не было ничего и что находится за пределами расширения? Первый вопрос очевидно противоречив сам по себе, второй выходит за рамки конкретной науки. Астроном может сказать, что как ученый он не вправе отвечать на такие вопросы. Но поскольку они все же возникают, формулируются и возможные обоснования ответов, которые являются не столько научными, сколько натурфилософскими.
Так, проводится различие между терминами «бесконечный» и «безграничный». Примером бесконечности, которая не безгранична, служит поверхность Земли: мы можем идти по ней бесконечно долго, но, тем не менее, она ограничена атмосферой сверху и земной корой снизу. Вселенная также может быть бесконечной, но ограниченной. С другой стороны, известна точка зрения, в соответствии с которой в материальном мире не может быть ничего бесконечного, потому что он развивается в виде конечных систем с петлями обратной связи, которыми эти системы создаются в процессе преобразования среды.
2. Вселенная как система объектов
2.1. Общая характеристика Вселенной.
Вселенная представляет собой самую крупную вещественную систему, т. е. систему объектов, состоящих из вещества. Иногда понятие «вещество» отождествляют с понятием «материя». Такое отождествление может привести к ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество - это лишь одна из форм ее существования. В современном представлении различают три взаимосвязанных формы материи: вещество, поле и физический вакуум. Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства. Для микрочастиц характерна двойственная корпускулярно-волновая природа. Физический вакуум, его свойства пока познаны намного хуже многих вещественных систем и структур. По современному определению, физический вакуум - это нулевые флуктуирующие поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Физический вакуум обнаруживается при взаимодействии с веществом на его глубинных уровнях. Предполагается, что вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и влияния. В соответствии с концепцией самоорганизации физический вакуум выступает в роли внешней среды для Вселенной.
Значение термина «Вселенная» уже и приобрело специфически научное звучание.5 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.
К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, 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.
2.2. Понятия галактики, метагалактики.
Мы знаем, что наше Солнце дает необходимую для нашего существования энергию. Галактики, и Солнце не только обеспечивает нас энергией. Астрономические наблюдения показывают, что из ядер галактик происходит непрерывное истечение водорода. Таким образом, ядра галактик являются фабриками по производству основного строительного материала Вселенной - водорода
Водород, атом которого состоит из одного протона в ядре и одного электрона на его орбите, является самым простым «кирпичиком», из которого в недрах звезд образуются в процессе атомных реакций более сложные атомы. Причем оказывается, что звезды совершенно не случайно имеют различную величину. Чем больше масса звезды, тем более сложные атомы синтезируются в ее недрах.
Наше Солнце как обычная звезда «производит» только гелий из водорода, очень массивные звезды «производят» углерод - главный «кирпичик» живого вещества.6 Вот для чего нужны галактики и звезды. А для чего нужна Земля? Она производит все необходимые вещества для поддержания жизни человека. А для чего существует человек? На этот вопрос не может ответить наука, но она может заставить нас еще раз задуматься над ним.
Если «зажигание» звезд кому-то нужно, то может и человек кому-то нужен? Научные данные помогают нам сформулировать представление о нашем предназначении, о смысле нашей жизни. Обращаться при ответе на эти вопросы к эволюции Вселенной - это, значит, мыслить космически. Естествознание учит мыслить космически, в то же время, не отрываясь от реальности нашего бытия.
Вопрос об образовании и строении галактик - следующий важный вопрос происхождения Вселенной. Его изучает не только космология как наука о Вселенной - едином целом, но также и космогония - область науки, в которой изучается происхождение и развитие космических тел и их систем.
Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик миллиарды и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд.
Наша галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд.7 Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры - 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантском «диске» толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галактики расположено Солнце.
Ближайшая к нашей галактике - «туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917г. был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 г. Э. Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.
А в 1963 г. были открыты квазары - самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и, стало быть, процесс образования галактик продолжается и поныне.
2.3. Теории эволюции Вселенной.
Эволюция Вселенной, начиная с Большого взрыва, рассматривается как совместное развитие микро - и макроявлений, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро - и макроветвях эволюции.
Наша Вселенная участвует в закономерном эволюционном процессе.
Но было бы ошибкой процесс эволюции Вселенной, равно, как и всякой другой материальной системы, отождествлять лишь с одной прогрессивной ветвью развития. Развитие всегда состоит из двух ветвей или этапов - прогрессивного и регрессивного, которые объединяются одной общей характеристикой: необратимостью происходящих в них изменений.
Состояние вещества и ход физических процессов, сами понятия о времени и пространстве в “ранний” период эволюции Вселенной, когда плотность была грандиозна, еще недостаточно ясны и, вероятно, существенно отличаются от понятий физики сегодняшнего дня.
Но качественные изменения во Вселенной происходили не только в далеком прошлом. Имеются теоретические предположения, что при определенных условиях эволюция звезд приводит к образованию так называемых “черных дыр”. Поле тяжести у поверхности этих дыр так велико, что силы гравитации “сковывают” в этой части пространства все виды лучистой энергии, в том числе и свет. Поэтому эти массивные звезды становятся невидимыми, если только на них не падает вещество извне. Выяснение того, как при этом все же обнаружить “черные дыры”, является одной из интереснейших задач современной астрофизики.
Вселенная – это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов. Существуют разные модели Вселенной: “Вселенная Эйнштейна”, “Вселенная Фридмана”, “Вселенная Леметра”, “Вселенная Наана”, “Вселенная Зельманова”, соответствующие разным представлениям о ней как в целом.
Современная картина эволюционирующей Вселенной - не только расширяющейся, но и буквально “взрывающейся”, - пожалуй, так же мало похожа на картину статичной Вселенной, которую рисовала астрономия начала XX в., как современные представления о взаимопревращаемости атомов и элементарных частиц на неделимые атомы классической физики.8
Научная постановка вопроса об истории Вселенной - одно из важнейших завоеваний современной науки. Астрономия использует наблюдения с помощью телескопов, исследует спектры далеких небесных тел, изучает радиоволны, приходящие из самых отдаленных областей. Выводы из этих наблюдений делаются с учетом законов природы, изученных в земных лабораториях. Мы используем данные о спектрах атомов, о законах излучения и распространения радиоволн. Мы применяем к Вселенной и к огромным скоплениям звезд теорию всемирного тяготения, проверенную в земных условиях и в Солнечной системе, в частности по движению созданных человеком космических аппаратов.
Большим достижением нашего века является установление факта эволюции, изменяемой Вселенной. Звезды расходуют свой запас горючего - водорода. Горение здесь заключается в превращении водорода в гелий путем ядерных реакций. Удаляются друг от друга огромные скопления звезд. Частью такого скопления является и наша Галактика с ее 100 тыс. млн. звезд. Нужно только помнить, что ни сама Земля, ни Солнечная система, ни Галактика не расширяются.
3. Космические объекты
3.1. Типы космических объектов: звезды, планеты, малые тела. Межзвездная среда.
В 1963 г. на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границе наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие название квазаров.
Какие физические процессы могут приводить к выделению столь грандиозного количества энергии, все еще остается неясным. Но все же достигнуты некоторые успехи в решении другого вопроса: какое место занимают квазары в ряду других объектов Вселенной? Астрономы обратили внимание на определенное сходство между квазарами и ядрами некоторых галактик, проявляющими особенно высокую активность. Как уже отмечалось, квазары - весьма удаленные объекты. А чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем. Это связано с конечной скоростью распространения света. Хотя она и составляет около 300 тыс. км/с, даже при такой огромной скорости для преодоления космических расстояний необходимы десятки, сотни и даже миллиарды лет. Так что, глядя на небо, мы видим объекты Вселенной - Солнце, планеты, звезды, галактики - в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад. А галактику в созвездии Андромеды мы наблюдаем с опозданием на 2 млн лет.
Вопрос об образовании космических объектов в результате нестационарных процессов и о самоорганизации Вселенной еще окончательно не решен. Кроме того, одна из важных проблем современного естествознания состоит в том, чтобы установить, в каком физическом состоянии находилось вещество до начала расширения Метагалактики. Видимо, это было состояние чрезвычайно высокой плотности. Для описания явлений, происходящих при столь высокой плотности, современные фундаментальные физические теории, к сожалению не применимы. При таких условиях проявляются не только гравитационные, но и квантовые эффекты, характерные для процессов микромира. А теории, которая объединяла бы их, пока нет - ее предстоит еще создать.
Одно из предположений, следующих из концепции самоорганизации, заключается в том, что первоначальный сгусток материи возник из физического вакуума. Физический вакуум, как уже отмечалось, - своеобразная форма материи, способная при определенных условиях «рождать» вещественные частицы без нарушения законов сохранения материи и движения.
Вселенная в широком смысле - это среда нашего обитания. Поэтому немаловажное значение для практической деятельности человека имеет то обстоятельство, что во Вселенной господствует необратимые физические процессы, что она изменяется с течением времени, находится в постоянном развитии. Человек приступил к освоению космоса, наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того, чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в состояние среды нашего обитания, в том числе и космической, мы должны изучать не только земные явления и процессы, но и закономерности космического масштаба.
3.2. Звезды: образование, эволюция, характеристики. Классификация. Понятия сверхновых звезд, пульсаров, черных дыр.
Существуют две основные концепции происхождения небесных тел. Первая основывается на небулярной модели образования солнечной системы, выдвинутой еще французским физиком и математиком Пьером Лапласом и развитой немецким философом Эммануилом Кантом. В соответствии с нею звезды и планеты образовались из рассеянного диффузного вещества путем постепенного сжатия первоначальной туманности.
Открытие В. Амбарцумяном звездных ассоциаций очень молодых звезд, стремящихся друг от друга, было понято как подтверждение гипотезы образования звезд из первоначального сверхплотного вещества.
Что представляют собой «черные дыры»?9 Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Происходит гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация массы и наступает момент, когда сила тяготения на поверхности становится столь велика, что для ее преодоления надо было бы развить скорость большую, чем скорость света. Поэтому «черная дыра» ничего не выпускает наружу и не отражает, и стало быть ее невозможно обнаружить. В черной дыре пространство искривляется и время замедляется. Если сжатие продолжается дальше, тогда на каком-то этапе начинаются незатухающие ядерные реакции. Сжатие прекращается, а затем происходит антиколлапсионный взрыв, и «черная дыра» превращается в «белую дыру». Предположено, что «черные дыры» находятся в ядрах галактик, являясь сверхмощным источником энергии.
Все небесные тела можно разделить на испускающие энергию - звезды, и не испускающие - планеты, кометы, метеориты, космическую пыль. Энергия звезд генерируется в их недрах ядерными процессами при температурах, достигающих десятки миллионов градусов, что сопровождается выделением особых частиц огромной проницающей способности - нейтрино.
Звезды - это фабрики по производству химических элементов и источники света и жизни. Тем самым решаются сразу несколько задач. Звезды движутся вокруг центра галактики по сложным орбитам. Могут быть звезды, у которых меняются блеск и спектр-переменные звезды (Кита) и нестационарные звезды, а также звездные ассоциации, возраст которых не превышает 10 млн. лет. Возможно, из них образуются сверхновые звезды, при вспышках которых происходит выделение огромного количества энергии нетеплового происхождения и образование туманностей.
Существуют очень крупные звезды - красные гиганты и сверхгиганты, и нейтронные звезды, масса которых близка к массе Солнца, но радиус составляет 1/50000 от солнечного. Они называются так потому, что состоят из огромного сгустка нейтронов.
В 1967 г. были открыты пульсары - космические источники радио, оптического, рентгеновского и гамма-излучения, приходящие на Землю в виде периодически повторяющихся всплесков. У радиопульсаров периоды импульсов - 0,03-4 секунды, у рентгеновских пульсаров периоды составляют несколько секунд.
К интересным небесным телам, которым часто приписывалось сверхъестественное значение, относятся кометы. Под воздействием солнечного излучения из ядра кометы выделяются газы, образующие обширную голову кометы. Влияние солнечного излучения и солнечного ветра обусловливает образование хвоста, иногда достигающего миллионов километров в длину. Выделяемые газы уходят в космическое пространство, вследствие чего при каждом приближении к Солнцу комета теряет значительную часть своей массы. В связи с этим кометы живут относительно недолго.
Небо только кажется спокойным. В нем постоянно происходят катастрофы, рождаются новые и сверхновые звезды, во время вспышек которых, светимость звезды возрастает в сотни тысяч раз. Эти взрывы характеризуют галактический пульс.
В конце эволюционного цикла, когда все водородное горючее истрачено, звезда сжимается до бесконечной плотности. Обычная звезда превращается в «белого карлика» - звезду, имеющую относительно высокую температуру поверхности и низкую светимость, во много раз меньшую светимости Солнца.
Предполагается, что одной из стадий эволюции нейтронных звезд является образование новой и сверхновой звезды, когда она увеличивается в объеме, сбрасывает свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяет энергию, светя, как миллиарды солнц. Затем, исчерпав ресурсы, звезда тускнеет, а на месте вспышки остается газовая туманность.
Если звезда имела сверхкрупные размеры, то в конце ее эволюции частицы и лучи, едва покинув поверхность, тут же падают обратно из-за сил гравитации, т.е. образуется «черная дыра», переходящая затем в «белую дыру».
3.3. Концепция «Большого взрыва».
Составной частью модели расширяющейся Вселенной является представление о Большом Взрыве, происшедшем примерно 12-18 млрд лет назад. «Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем распространяется, захватывая все больше и больше пространства, а взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство, причем каждая частица материи устремилась прочь от любой другой частицы».10
Начальное состояние Вселенной: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц. Горячесть начального состояния подтверждена открытием в 1965 г. реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной.
Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Чем было то, из чего она возникла. В Библии утверждается, что Бог создал все из ничего. Зная, что в классической науке сформулированы законы сохранения материи и энергии, религиозные философы спорили о том, что значит библейское «ничего», и некоторые в угоду науке полагали, что под ничем имеется в виду первоначальный материальный хаос, упорядоченный Богом.
Как это ни удивительно, современная наука допускает, что все могло создастся из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом. Вакуум, который физика Х1Хв. считала пустотой, по современным научным представлениям является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы.
Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него - вещество.11
4. Солнечная система
4.1. Строение Солнечной системы.
Возраст Солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Предполагается, что частицы пыли состояли из железа с примесью никеля, либо из силикатов, в состав которых входит кремний. Конденсировались также присутствовавшие газы, образуя органические соединения, в состав которых входит углерод. Затем образовались углеводороды и соединения азота.
Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в «ловушки» из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло вращательный момент, передавая его газовому облаку.
Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.
Чтобы преодолеть это противоречие, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.
Известна также гипотеза образования планет Солнечной системы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, предложенная Отто Юльевичем Шмидтом.
Солнечная система состоит из девяти планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км.
Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения.
4.2. Солнце, происхождение, эволюция, характеристика.
Солнце - плазменный шар (плотность 1,4 г/см3, с температурой поверхности 6 тыс. К) в атмосфере которого - короне - происходят вспышки - протуберанцы. Излучение Солнца - солнечная активность - имеет цикл 11 лет.12
Источником солнечной энергии, по-видимому, являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, о чем свидетельствует наличие этих элементов в солнечной хромосфере. Первым теоретические расчеты необходимой для ядерной реакции температуры произвел Артур Эддингтон. Немецкий физик Ганс Бете рассчитал реакции термоядерного синтеза гелия из водорода на Солнце, но прямых подтверждений пока нет, так как отсутствуют данные о внутреннем строении Солнца.
Скорость движения Солнца вокруг оси галактики 250 км/с. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за 180 млн. лет. Ближайшие к Солнцу звезды, а Центавра и Сириус.13
4.3. Проблема жизни во вселенной.
Проблема происхождения жизни во Вселенной тесно связана с проблемой возникновения жизни на Земле. Эта проблема является одной из наиболее важных, узловых проблем для формирования планетарно-космического взгляда на эволюцию в целом. Рассмотрение этой проблемы следует начинать с анализа основных концепций возникновения жизни на Земле, к которым, в первую очередь, относятся следующие.14
1. Креационистская концепция (креационизм), согласно которой жизнь была создана сверхъестественным существом (существами) в определенный момент (промежуток) времени.
2. Концепция панспермии, согласно которой возможен перенос жизни в космическом пространстве с одной планеты на другую («заражение» Земли жизнью из космоса).
3. Концепция самопроизвольного зарождения - возникновение жизни из неживого вещества (неоднократное).
Кроме этих концепций, достаточно широкое распространение имеют: теория стационарного состояния и концепция возникновения жизни в результате биохимической эволюции, которая хорошо коррелирует с концепцией самозарождения жизни. Подробнее рассмотрим основные из этих концепций.
Креационизм мыслится как Божье Творение. Его можно рассматривать и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.
Концепция панспермии предполагает внезапное появление жизни на планете, но сам механизм образования жизни, якобы имевший место где-то в другой звездной системе, эта концепция не рассматривает. Жизнь вообще очень «цепкая», и даже в земных условиях способность ее к распространению поражает. В качестве примера можно привести заселение живыми существами вулканических островов, возникающих довольно часто посреди океана. Спустя непродолжительное время на совершенно безжизненных островах появляется жизнь.
Однако более логичной является концепция «самозарождения жизни». Ее развивали Демокрит, Аристотель, Св. Августин, Ф. Бэкон, Декарт, Бюффон, Ламарк и другие выдающиеся исследователи, которые принадлежали к различным философским школам и направлениям общественной мысли. В XX в. интерес к этой концепции вспыхнул вновь, подпитанный последними достижениями биологии и химии. Важную роль при этом сыграл диалектический материализм, который способствовал возрождению материалистического подхода к изучению вопроса о происхождении жизни. Основные идеи данной концепции могут быть проиллюстрированы работами российского ученого А. И. Опарина и английского исследователя Дж.Б. Холдейна.
А. И. Опарин так выразил свои основные идеи: «Чем ближе, чем детальнее мы познаем сущность процессов, совершающихся в живой клетке, тем больше крепнет в нас уверенность в том, что в них нет ничего особенного, таинственного, не поддающегося объяснению с точки зрения общих для всего сущего законов физики и химии... Жизнь характеризуется не какими-либо определенными свойствами, а особенной, специфической комбинацией этих свойств».
Опарин считал, что гетеротрофные организмы, питавшиеся органической пищей, предшествовали по времени автотрофным организмам, питавшимся неорганической пищей. Многие ученые предполагали, что последовательность возникновения этих организмов была противоположной, исходя из того, что двуокись углерода являлась основным строительным материалом, используемым живыми организмами. Опарин считал этот тезис сомнительным. Он основывался на том, что все организмы сначала были гетеротрофными, а когда запасы органической пищи сократились, произошло разделение организмов по способу питания.
Проблема возникновения жизни не может быть решена без решения вопроса о вирусах. Последние рассматриваются многими исследователями как простейшие «живые существа», хотя у них и нет основных функций живого. Точнее, вирусы - это продукты жизни, а не жизнь на молекулярном уровне. Вирус не обладает способностью к осуществлению процессов метаболизма, поскольку не имеет ни одного из физиологических механизмов, необходимых для осуществления этих процессов. Он использует механизмы, которыми обладает «хозяин», вводя в их действие информацию, необходимую для достижения своих целей. Вирусы оказываются неспособными к самовоспроизводству до тех пор, пока они не попадают внутрь уже существующего жизненного процесса. Основной вопрос, который ставил здесь Опарин, может быть сформулирован так: «Находятся ли вирусы на магистральном пути развития, ведущего к появлению жизни, или они лежат на ответвлении от этого пути?» И его ответ сводился к тому, что вирусы - это ответвление.
Заключение
История окружающего нас мира, история Вселенной - это вопрос, который волновал человечество, начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои “космологические системы”, свои теории эволюции Вселенной.
Науками о Вселенной выдвинут в последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми.15 Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой - утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира - это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.
Для утверждения в сознании людей научно-материалистического мировоззрения огромное значение имеет экспериментальное подтверждение и практическое использование научных знаний. В наши дни намного короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование научных знаний на практике - один из наиболее весомых и действенных аргументов против религиозных взглядов и представлений.
Список литературы
Вейнберг С., Первые три минуты. - «Владос», М., 1981.
Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983.
Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988.
Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968.
Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1972.
Чижевский А.Л., Земное эхо солнечных бурь. - «Юристь», М., 1976.
Шкловский К.С., Звезды, их рождение, жизнь и смерть. – «Юристь», М., 1999
Для подготовки данной применялись материалы сети Интернет из общего доступа
1 Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983. С. 367
2 Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1972. С. 38
3 Шкловский К.С., Звезды, их рождение, жизнь и смерть. – «Юристь», М., 1999. С. 421
4 Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С.153
5 Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 453
6 Вейнберг С., Первые три минуты. - «Владос», М., 1981. С. 198
7 Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 196
8 Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 458
9 Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 345
10 Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С.124
11 Новиков И.Д., Как взорвалась Вселенная. – «Наука», М., 1988. С. 256
12 Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 470
13 Хойл Ф., Галактики, ядра и квазары. – «Издательство Мир», М., 1968. С. 532
14 Войтенко А.Г., Мир вокруг нас. – «Владос», М., 1983. С. 243-252
15 Ходж П., Революция в астрономии. - «Владос», М., 1992. С. 189