Концепция современного естествознания №4.

Концепция современного естествознания №4.

Свойства пространства времени.

Одним из важных принципов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени. Иными словами, параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени.

Смещения во времени и в пространстве не влияют на протекание физических процессов.

Инвариантность напрямую связана с симметрией, которая представляет собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований.

Симметрия означает инвариантность как неизменность свойств системы при некотором изменении (преобразовании) её параметров.

Из принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства и времени, которая называется однородностью пространства и

времени.

Таким образом, хаос преобразуется в порядок.

Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целое, её физические свойства и законы движения не изменяются. То есть, не зависят от выбора положения, начала координат инерциальной

системы отсчета.

Из свойства однородности пространства вытекает закон сохранения импульса. Импульс замкнутой системы сохраняется, т.е не изменяется с течением времени. Закон сохранения импульса является фундаментальным законом природы и имеет универсальный характер.

Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени. Например, при свободном падении тела в поле силы тяжести, его скорость и пройденный путь зависят только от начальной скорости и продолжительности свободного падения и не зависят от момента начала падения тела.

Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета, относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол.

Из изотропности пространства следует еще один фундаментальный закон природы - закон сохранения момента импульса.

Момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е не изменяется с течением времени.

Происхождение вселенной.

Само слово "вселенная" от слова "вселяться".

Вселенную в целом изучает наука о космосе - космология.

Изучение вселенной базируется на некоторых предпосылках:

- универсальные физические законы считаются действующими во всей вселенной.

- наблюдения астрономов тоже считаются действующими во всей вселенной

- за истину принимаются только те выводы, которые не противоречат антропному принципу, т.е не противоречат возможности существования наблюдателя.

В настоящее время общепринятой моделью вселенной является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющийся вселенной.

В основе этой модели лежат общая теория относительности и релятивистская теория Эйнштейна, которую он предложил в 1916 году.

В основе этой модели два предположения:

- вселенная изотропна, т.е ее свойства одинаковы во всех точках и во всех направлениях.

- уравнения Эйнштейна лучше других уравнений описывают гравитационные поля. (Кривизна пространства)

Нестационарность вселенной опирается на два постулата теории относительности.

- принцип относительности, который утверждает, что во всех инерциальных системах сохраняются все законы не зависимо от системы отсчета. Инерциальные системы совершают равномерное и прямолинейное движение.

- постоянно во скорости света в вакууме. Скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, одинаково во всех направлениях и равна примерно 300 тыс. км/ч. Это свойство было подтверждено экспериментально. В 2001 г ученым удалось остановить свет.

В 1922 году русский ученый Александр Фридман сделал расчеты, которые показали, что искривление пространства связано с его нестационарностью.

В 1928 году Эдвин Хабл открыл в астрономии явление красного смещения.

Согласно ранее открытому эффекту Допплера, при удалении источника света от наблюдателя, частота колебаний, которую мы воспринимаем, уменьшается. Соответственно, длина волны увеличивается, т.е, таким образом, длина волны смешается в сторону красного спектра.

Модель расширяющийся вселенной базируется на теории большого взрыва.

Этот взрыв произошел около 14 млрд назад и произошел одновременно и везде. Через мгновение после большого взрыва во вселенной появилась смесь легких ядер. Две трети ядер водорода и одна треть - гелия.

Миллиарды лет назад расстояние между галактики должно было равняться нулю. В момент большого взрыва плотность вселенной и кривизна пространства времени должны были быть бесконечными. Согласно общей теории относительности, во вселенной должна была быть точка, в которой эта теория не применима. Эта точка носит название сингулярной точки.

В сингулярной точке плотность массы и кривизна пространства бесконечны.

В первое мгновение после большого взрыва температура была очень высокой. При ней могли существовать только элементарные частицы, включая фотоны и нейтрины.

В 1965 году было открыто реликтовое излучение - микроволновое излучение. Это космическое электромагнитное излучение, которое приходит на землю со всех сторон неба приблизительно с одинаковой интенсивностью, и имеющее спектр, который характерен для излучения абсолютно черного тела при температуре 3* Кельвина (-270 по С)

Это реликтовое излучение подтверждает теорию большого взрыва. Это излучение было предсказано в 1948 году Гамовым.

Строение и эволюция звезд и планет

Все небесные тела можно разделить на те, которые испускают энергию (звезды) и те, которые не испускают энергию (планеты, кометы, космическая пыль).

В недрах звезд при температуре в несколько десятков миллионов градусов протекают ядерные реакции.

Звезды движется вокруг центра галактики по сложным орбитам.

Есть звезды с перемен нам спектром и блеском (переменные звезды).

Есть звезды нестационарные (молодые). Их возраст не превышает десяти миллионов лет.

Существуют очень крупные звезды (красные гиганты, сверхгиганты). Их радиус превышает радиус солнца в 100-800 раз. Радиус солнца - 7 * 10^8 метра. В 109 раз больше радиуса земли.

Существуют нейтронные звезды (радиус 10-20км, масса как у солнца).

Существуют пульсары - источники космического гамма-излучения. А также рентгеновского, радио- и видимого излучения.

Кометы.

У комет под воздействием солнечного излучения из ядры выделяются газы, которые образуют большую голову и хвост. В конце жизненного цикла звезды, когда иссекает весь водород, который является горючим для звезды, звезда сжимается до максимальной плотности и превращается в белого карлика. Белый карлик - звезда с высокой температурой (до 30 тыс. градусов С) и низкой светимостью.

Схема эволюции звезд:

Звездные ассоциации -> переменные звезды -> нестационарные звезды -> 1. обычные звезды -> белый карлик 2. нейтронные звезды -> новые и сверхновые -> газовая туманность 3. красные гиганты -> черная дыра -> белая дыра

Новые звезды - те, светимость которых внезапно увеличилась в миллионы раз, и блеск которых увеличивается до 12 звездных велечин.

Сверхновая - те, чей блеск увеличивается в десятки раз за несколько суток.

Новые и сверхновые таковыми не являются, т.к вспыхивают новые, раньше не видимые звезды.

Черная дыра - область в пространственно-временном континиуме, в которой гравитационное притяжение настолько велико, что ничто не может покинуть.

Белая дыра - область ПВК, в которую ничто не может войти. Временная противоположность черной дыры. (Время течет вспять)

Солнце - сгусток плазмы. Температура на поверхности солнца около 6 тыс. градусов. Источник солнечной энергии - термоядерная реакция превращения ядер водорода в ядра гелия. Возраст солнечной системы - около 5 млрд лет. Солнечная система состоит из солнца и планет. Все планеты движутся в одном направлении и в одной плоскости, кроме Плутона. В настоящее время общепринятой считают гипотезу образования солнечной системы из небольшого скопления межзвездного газопылевого облака. В процессе гравитационного сжатия, размеры газопылевого облака уменьшались, росла плотность и интенсивность столкновения частиц друг с другом. По мере сжатия, росла температура вещества. По достижении температуры в несколько тысяч кельвинов, центральная область этого облака начала святиться, т.е образовалась протозвезда. По достижении миллионов кельвинов, началась термоядерная реакция. Протозвезда превратилась в обычную звезду, в солнце. Во внешней области крупные сгущения образовали планеты, которые вращаются вокруг солнца.

Галактика Млечный Путь содержит примерно 150 млрд звезд. Ее размеры: 100 тыс световых лет. Ближайшая галактика - туманность Андромеда: 2 млн световых лет

Дата добавления: 2015-11-04