Самостоятельная работа

1. Раскройте и проанализируйте связь пространства и времени с другими свойствами объективной реальности (законы сохранения, различные свойства симметрии).

2. Подготовить реферативное сообщение по предложенным темам на выбор:

   1. Пространство и время в учении Аристотеля

   2. Апории Зенона и проблемы движения и пространства

   3. Пространство и время в античном атомизме

   4. Геометрия Евклида как первая теория пространства

   5. Понятие времени в античном естествознании эллинов

   6. Учение о времени в средние века (Августин, арабский Восток, схоласты, Оккам)

   7. Становление классической концепции времени в XVII – XVIII веках (Ф. Бэкон, Галилей, Кеплер, Декарт, Спиноза, Гоббс, Локк)

   8. Гаусс, Лобачевский, Больяи и новая геометрия пространства

   9. Геометрия Римана и физическое пространство

   10. Твисторная программа Р. Пенроуза

   11. Программа квантовой гравитации С. Хокинга

   12. Новые свойства времени в теории профессора Н.А. Козырева

   13. Пространство и время: синергетический подход.

Тема 5. Основные проблемы современной космологии

Космология – наука о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого.

Космогония – наука о происхождении и развитии космических тел и их систем (звезд, звездных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в нее тел).

1. Развитие представлений о строении Вселенной:

   1. Идея о гелиоцентрической системе (Аристарх Самосский, III в. до н.э.);

   2. Теория движения Солнца и Луны (Гиппарх, II в. до н.э.);

   3. Геоцентрическая система мира (К. Птолемей, ок. 90 – ок. 160);

   4. Определение радиуса Земли и положения Солнца (Бируни, 973-1048);

   5. Определение главных астрономических постоянных (Улугбек, 1394-1449);

   6. Гелиоцентрическая система (Н. Коперник, 1473-1543);

   7. Идея бесконечности Вселенной (Д. Бруно,1548-1600);

   8. Открытие пятен на Солнце, фаз Венеры, гор на Луне, 4 спутников Юпитера (Г. Галилей, 1564-1642);

   9. Законы движения планет (И. Кеплер, 1571-1630);

   10. Законы небесной механики (И. Ньютон, 1643-1727);

   11. Звездно-космогоническая теория развития космической материи (У. Гершель, 1738-1822);

   12. Определение расстояния до звезд (Ф.В. Бессель, 1784-1846);

   13. Гипотеза о возникновении Солнечной системы (И. Кант, 1724-1804);

   14. Идея о внутриатомной природе источников звездной энергии (Д.Х. Джинс, 1877-1946);

   15. Теория звездной природы галактик (Э.П, Хаббл, 1889-1953);

   16. Открытие зависимости между абсолютной звездной величиной и спектральным классом звезд (Э. Герцшпрунг,1873-1967);

   17. Модель расширяющейся Вселенной (А. Фридман, 1888-1925);

   18. Теория горячей Вселенной (Г. Гамов, 1904-1968);

   19. Открытие квазаров (М. Шмидт, Т. Мэтьюз, Э. Сэндидж);

   20. Открытие пульсаров (Э. Хьюиш).

2. Основные теории эволюции Вселенной:

   1. Теория стационарного состояния Вселенной:

      1. стационарность означает, что Вселенная не претерпевает эволюции;

      2. изменяться могут отдельные космические объекты, но не мир в целом;

      3. пространство и время – абсолютны, метрически бесконечны, однородны и изотропны.

   2. Теория нестационарного состояния Вселенной:

      1. нестационарность означает, что Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;

      2. Вселенная либо сжимается, либо во Вселенной чередуются циклы сжатия и расширения;

      3. изотропность означает, что свойства Вселенной одинаковы во всех направлениях;

      4. однородность означает, что свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках.

3. Основные модели Вселенной.

   1. Модель «постоянного состояния»:

      1. выдвинута в 1948 г. Г. Бонди, Т. Гоулдом, Ф. Хойлом;

      2. описывает постоянно расширяющуюся Вселенную, не имеющую ни начала ни конца;

      3. плотность вещества во Вселенной имеет постоянную величину;

      4. расширение системы при одновременном сохранении плотности вещества обеспечивается за счет непрерывного поступления нового вещества;

      5. смоделировать процесс образования вещества, не нарушая законы сохранения массы и энергии, можно математически.

   2. Модель «горячей Вселенной»:

      1. выдвинута в 1948 г. Г. Гамовым;

      2. описывает расширяющуюся Вселенную с начального состояния (так называемой сингулярной точки): бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся во времени расширение при высокой температуре, первоначальный размер Вселенной – 10^-33 см, а плотность – 10⁹³ г/см³;

      3. подтверждение данной теории считалось открытое в 1964 г. микроволновое фоновое излучение. Оно рассматривалось как остаточное явление ранней горячей стадии в развитии Вселенной. Однако, согласно другим исследованиям (Ф. Хойл, В.С. Реддиш), такое излучение представляет собой переработанное излучение, поступающее главным образом от звезд.

   3. Стандартная модель эволюции Вселенной: от первоначально сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва.

Таблица 8

Космическая шкала времени

Косми-ческое время	Эпоха	Темпера-тура (К)	Характерные процессы	Время от сегод-няшнего момента
1	2	3	4	5
0	Сингуляр-ность		Большой взрыв	20 млрд лет
10-43 с	Планка	1032	Рождение элементарных частиц. Во Вселенной доминирует излучение
10-35с	Барионов	1028	Установление числа барионов, возникновение ассиметрии между материей и антиматерией
10-8с	Адронов	1014	Аннигиляция протон-антипротонных пар
10-3с	Лептонов	1012	Аннигиляция электронно-позитронных пар
100с	Синтеза ядер	109	Становление первоначального химического состава Вселенной (Н – 70%, Не – 30%)
108	Прозрачной Вселенной	3500	Отделение излучения от вещества	19,7
1-2 млрд лет			Начало образования галактик	19-18
3			Галактики начинают образовывать скопления	17
4			Сжатие нашей Протогалактики	16
4,1			Образование звезд	15,9
15,2			Образование межзвездного облака, давшего начало Солнечной системе	4,8
15,4		2,7	Образование планет
16,1	Археозойс-кая		Образование самых древних земных пород	3,9
17			Зарождение микроорганизмов	3
18	Протеро-зойская		Возникновение атмосферы, богатой кислородом	2
19	Рифей		Зарождение макроскопических форм жизни	1
19,4	Венд		Самые ранние окаменелости. Кишечнополостные	600 млн лет
19,420 19,425 19,49 19,575	Палеозой Ранний кембрий Поздний кембрий Ранний силур		Иглокожие, трило-биты, брахиоподы Фораминиферы, моллюски Челюстноротые Бесчелюстные	580 575 510 450-425 425
19,580	Поздний силур		Первые растения на суше	420
19,610	Ранний девон		Рыбы, папоротники, бескрылые насекомые	390
19,630 19,690 19,735 19,755 19,850 19,880 19,939 19,944 19,955	Поздний девон Поздний карбон Ранняя пермь Мезозой Ранний триас Поздняя юра Ранний мел Кайнозой Палеоцен Эоцен		Голосеменные Крылатые Насекомые Зверообразные Ящеры Динозавры Птицы Покрытосеменные Приматы Злаки Грызуны	370 310 265 245 150 120 61 56 45
19,998	Плейстоцен		Человек	2

Подтверждение данной теории:

- расширение Вселенной – разбегающиеся галактики (красное смещение);

- реликтовое излучение фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной. Реликтовое излучение было открыто в 1965 г. американскими астрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном.

4. Антропный принцип в космологии (от греч. antropos - человек) заключается в рассмотрении законов Вселенной и ее строения на основе того, что познание ведется Человеком разумным. Природа такова, как она есть, только потому, что в ней живет человек. Другими словами, в различных формулировках антропного принципа в космологии речь идет, по сути, о единстве космоса и человека и той роли, которую выполняет последний в этом единстве: 1) сама возможность человеческого существования содержится в характере космологических законов и находится в определенной взаимосвязи со значениями физических констант. Малейшие вариации значения последних несовместимы с реальностью человеческой жизни; 2) в научном отношении человеку доступно лишь то, что он способен познать.

План семинара

1. Эволюция космологических представлений. Современная модель Вселенной.

2. Антропный принцип в космологии.

3. Солнечная система, ее происхождение и строение.

4. Планета Земля, ее строение и эволюция.

Примерные вопросы для повторения и самопроверки

1. Что изучают астрономия, космология и космогония?

2. На какую физическую теорию опирается современная космология?

3. Что представляет собой стандартная модель Вселенной?

4. Какие этапы в своем развитии прошла космология?

5. Как реликтовое излучение подтверждает стандартную модель?

6. Как классифицируются галактики? Каково строение нашей Галактики?

7. Каков химический состав звезд и каким образом он определяется?

8. Как характеризуется интенсивность блеска звезд?

9. Охарактеризуйте слабый и сильный антропные принципы в космологии.

10. Дайте общую характеристику планетам Солнечной системы.