Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции

Затем разворачивается грандиозная картина  образования структуры Метагалактики.

В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва обосновывается и так называемая инфляционная модель Вселенной, в которой рассматривается идея творения Вселенной. Эта идея имеет очень сложное обоснование и связана с квантовой космологией. В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит ряд этапов.

Начало. Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние квантовой супергравитации. Основные события в ранней Вселенной разыгрывались за ничтожно малый промежуток времени.

Стадия  инфляции. В результате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство и время Вселенной. Весь этот первоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ни излучения.

Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, 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, теоретически предсказанный Г.А. Гамовым и экспериментально обнаруженный в 1965 г.

В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении  от максимально простого однородного  состояния к созданию все более сложных структур — атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения — человека.

Различие  между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюции нет. Различия в объяснении механизмов космической эволюции связаны с расхождением мировоззренческих установок. Уже с самого начала появления идеи расширяющейся и эволюционирующей Вселенной вокруг нее началась борьба. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Анализ  структуры Вселенной.

Вселенной на самых различных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.

1. Метагалактика - совокупность звёздных систем (галактик), частью которой является всё множество (около 1 млрд.) галактик, доступных современным телескопам. Наша Галактика, или система Млечного Пути, — одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики.

Средняя плотность вещества в известной  нам части Метагалактика оценивается  различными авторами от 10^-31 до 10^-30г/см³. Наблюдаются, однако, значительные местные неоднородности, иногда крупного масштаба, связанные с наличием структурных образований внутри Метагалактика. Многие галактики составляют группировки различной степени сложности — двойные и более сложные кратные системы; скопления, включающие десятки, сотни и тысячи галактик; облака, содержащие десятки тысяч (и более) галактик. Распределение галактик в масштабе всей известной части Метагалактики не обнаруживает систематического падения плотности в каком-либо направлении, что могло бы указывать на приближение к границам Метагалактики. Отсутствие такого падения плотности может свидетельствовать об относительно малых размерах известной нам области по сравнению с размерами Метагалактики. Каковы бы ни были эти размеры, Метагалактику нужно рассматривать как огромную, но конечную совокупность галактик, обладающую в течение длительного времени определёнными особенностями строения и движения. К таким особенностям может относиться и взаимное удаление галактик, охватывающее всю Метагалактику или её часть. Т.о., Метагалактика представляет собой конечное и преходящее структурное образование в вечной и бесконечной Вселенной, содержащей, в частности, бесчисленное множество галактик.

2. Галактика — гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.  Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик миллиарды и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд.

По форме галактики условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.

Эллиптические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные  галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика — Млечный Путь.

Неправильные  галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.

Некоторые галактики характеризуются исключительно  мощным радиоизлучением, превосходящим  видимое излучение.

Наша  галактика называется Млечный Путь и состоит из 150 млрд. звезд. Она  состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры – 100тыс. 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 1923г. Э.Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.

3.  Звезды - самосветящиеся небесные тела, состоящие из раскалённых газов, по своей природе сходные с Солнцем. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.

Звезды  не существуют изолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы  — так называемые кратные системы  — состоят из двух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести. Звезды объединены также в еще большие группы — звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или «шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления — насчитывают несколько сотен отдельных звезд, шаровые скопления — многие сотни тысяч. И ассоциации, или скопления звезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенное количество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силами галактического вращения.

4. Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет, бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов.     Общая структура Солнечной системы была раскрыта Н. Коперником (середина XVI в.), который обосновал представление о движении Земли и других планет вокруг Солнца. Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность определить относительные расстояния планет от Солнца, а, следовательно, и от Земли. И. Киплер открыл (начало XVII в.) законы движения планет, а И.Ньютон сформулировал (конец XVII в.) закон всемирного тяготения. Эти законы легли в основу небесной механики, исследующей движение тел Солнечной системы. Изучение физических характеристик космических тел, входящих в Солнечную систему, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем телескопа: в 1609 Галилей впервые направил изготовленный им маленький телескоп на Луну, Венеру, Юпитер и Сатурн и сделал ряд поразительных для его эпохи открытий. Наблюдая солнечные пятна, Галилей обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.

Первые  теории происхождения Солнечной  системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П.С. Лапласом. Их теории вошли в науку как некая коллективная космогоническая гипотеза Канта—Лапласа, хотя разрабатывались они независимо друг от друга.

Согласно  этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Современные концепции происхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитывать не только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Эта идея была выдвинута шведским физиком и астрофизиком X. Альф-веном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. Считается вероятным, что именно электромагнитные силы сыграли решающую роль при зарождении Солнечной системы. В соответствии с современными представлениями, первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце, и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде — Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ на различных расстояниях — как раз там, где находятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение падающего газа, и в результате образовались планеты.

Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников. Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места. 
 

Заключение. 

     В настоящее время в области  фундаментальной теоретической  физики разрабатываются концепции,  согласно которым объективно  существующий мир не исчерпывается  материальным миром, воспринимаемым нашими органами чувств или физическими приборами. Авторы данных концепций пришли к следующему выводу: наряду с материальным миром существует реальность высшего порядка, обладающая принципиально иной природой по сравнению с реальностью материального мира.

     Возможность "законченных теорий" означала бы возможность конца  науки, дальше которого нечего  было бы познавать. И, наоборот, непреодолимая ограниченность каждой  отдельной теории предполагает  бесконечность всего научного  познания. Известные науке обобщающие теории составляют важные этапы ее развития. Все они основаны на конкретных принципах, обобщающих определенный круг фактов,  и допускают возможность и необходимость своего дальнейшего развития по пути создания все более общих и глубоких теорий, учитывающих новые, неизвестные ранее факторы. Так было, так будет и дальше. Вселенная, возникнув из вакуума, в результате расширения вновь возвращается в состояние вакуума, однако ничто не исключает возможности повторных отклонений. Таков закон познания, обусловленный законами самой природы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Используемая  литература:

1. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ под ред. Лавриненко, В.П. Ратникова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2009. - 319 с.
2. Горелов А.А. Концепции современного  естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия – М.: Гума – лит. изд. Центр ВЛАДОС, 1998. – 512с.: ил.
3. Силк Д. Большой взрыв. М., 1990.