Презентація на тему:
Людина і Всесвіт

Людина і Всесвіт

Що ж там вдалині, за Границями Нескінченності? Це питання мучило, напевно, дуже багатьох людей. Знання перетворило яскраві точки дитинства - зірки нічного неба - у величезні плазменні кулі. Зірки компонувались у Галактики, Галактики в Скупчення, а що далі? Можливості сучасної техніки дозволяють спостерігати Всесвіт  аж до відстаней порядку 14 мільярдів світлових років.  (Світловий рік – відстань, яку пробігає світло за рік ~ 9.5*1012 км. Швидкість світла у вакуумі- 299792458 м/с.) . Дані спостережень показують, що у великих масштабах Всесвіт однорідний . Грубо кажучи, це означає, що в будь-якій кулі з фіксованим досить великим діаметром (достатнім вважається число ~ 300 мільйонів світлових років) міститься приблизно однакове число галактик.

Так, у міру відкриття нових фактів змінюються. Особливо часто це відбувається в наш час — епоху науково-технічної революції, надзвичайно бурхливого розвитку природознавства. Проте, чи означає це, що захисники релігії мають рацію, чи, навпаки, змінюваність наднових уявлень го ворить про силу науки, про її необмежену здатність дедалі глибше пізнавати навколишній світ? Аналізуючи закономірності наукового пізнання, В. І. Ленін у своїх «Філософських зошитах» визначив головну, основоположну рису людської діяльності з ви роблення нових знань дуже точною і місткою формулою: «Істина є процес» '.

Всесвіт

Галактика  Наша Галактика, що утримує близько 1011 зірок  має форму лінзи діаметром 80 тисяч світлових років і товщиною ~ 30 тисяч світлових років. Вона знаходиться на периферії гігантського скупчення (більше тисячі) галактик з центром у напрямку сузір'я Діви, вилученим на відстань ~ 60 мільйонів світлових років. Найближча до нас галактика M31 у сузір'ї Андромеди віддалена від нас на відстань порядку 2 мільйонів світлових років. 

Розширення Всесвіту, виявлене Хабблом ще в 1929-м році, при  вимірюванні доплерівського зсуву спектрів галактик. Виявилося що всі галактики віддаляються від нас і швидкість цього віддалення V приблизно пропорційна відстані V~h*R до розглянутої галактики:   Коефіцієнт пропорційності h називають постійною Хаббла.  Слід зазначити, що його визначення  за даними експерименту є дуже важкою задачею. Тому що хоча  швидкості  за ефектом Доплера можна визначити досить точно,  вимірювання відстаней  до далеких галактик - важка проблема, і дотепер вона вирішується лише  непрямими методами. Сам Хаббл при оцінці відстаней занизив їх на порядок, тому й одержав на порядок більший, ніж прийнято вважати зараз, значення  h (170 замість 15 км/з на 1 мільйон світлових років). Однак багато астрономів і сьогодні дотримуються  точки зору,  що значення   h помітно більше загальноприйнятого. Логічна передумова, що  випливає з факту Розширення  Всесвіту, про те, що колись весь Всесвіт був зібраний в одній точці і породила   ТЕОРІЮ ВЕЛИКОГО ВИБУХУ.

Точка сингулярності Вважається, що близько 15 мільярдів років тому весь наш Всесвіт був сконцентрований в одній точці - "сингулярності", що не описувалась сучасними фізичними поняттями.  Чи всесвіт мав набагато більше ніж зараз число розмірностей чи являв собою згусток енергії, сконцентрований в одній вихідній точці, теоретичний розмір якої дорівнює нулю. Інші фізичні величини, такі як температура, тиск, щільність енергії і т.д., у цій точці повинні бути нескінченно великими.  

Великий вибух І отут почалося... А от що і чому почалося ми саме і не знаємо, але зате маємо цьому назву - Великий Вибух. Важко удержатися від спокуси подумки розглядати процес розширення Всесвіту як вибух згустку матерії, осколки якого розлітаються в безмежному споконвічно існувавшому вакуумі.  Але це не вірно. Розширюється Весь простір. Однак помітно це стає тільки в галактичних масштабах..

Як аналогію зручно розглянути повільно роздуваючу повітряну кулю, покриту точками -  галактиками. Коли куля роздувається, його гумова оболонка розтягується, і точки на її поверхні усе далі відходять одна від одної. Помітимо, що самі точки на поверхні не рухаються в напрямку до чого-небудь чи від чого-небудь. Розсування точок відбувається внаслідок розширення самої поверхні. Зараз вважається,  що Всесвіт розширюється  на 5-10% у мільярд років.  Про те, що це так, поки є тільки припущення. Одне з них належить німецькому астрофізику Лейбундгуту. Він вважає, що в міжгалактичному просторі є внутрішня енергія, він заповнює вакуум і прагне до розширення займаного нею об’єму.  Згідно даним цієї роботи сучасне прискорення розширення Всесвіту -4.4938*10-10 мс-2. 

В основу сучасного представлення про перші миттєвості Вибуху покладені рівняння Фрідмана для розширюючого однорідного і ізоторопного Всесвіту, що єднають шкалу температур зі шкалою часу. Інша важлива особливість Великого вибуху зв'язана з часом.  Багато які космологи вважають, що час до Великого вибуху не існував, тобто не було ніякого “колись”. Однак, Час - це проста характеристика , що показує швидкість проходження фізичних процесів у конкретній точці простору Кількісною мірою "часу"  є одиниця часу так звана  "секунда" , рівна 9 192 631 770 періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.   Але фізичні процеси в атомі цезію залежать від зовнішніх умов і, отже,   будь-яка їхня зміна, наприклад параметрів гравітаційних чи електромагнітних полів, швидкості світла, чи швидкості (чи щільності) атома цезію,  неминуче буде трактуватися в експериментах як зміна темпу часу.  

Молочний шлях Наша планета знаходиться Сонячній системі а вона розташована в галактиці що називається Молочний Шлях

“Ядерний годинник” показує, що на даху будинку час тече трохи швидше, ніж біля його фундаменту. Але не вартує в усьому звинувачувати атоми цезію - цілком помітне уповільнення часу при русі можна спостерігати і скориставшись, розігнаними до швидкості близької до світлової, субатомними частинками.  Наприклад, в експерименті, проведеному в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН), частинки, так звані мюони, удалося розігнати до швидкості при якій їхній масштаб часу розтягнувся в 24 рази.

Мюони Мюони зручні для таких досліджень, оскільки вони нестабільні і через малу частку секунди розпадаються на електрони й інші частинки. Це перетворення характеризується визначеним періодом напіврозпаду, тобто мюони як би наділені внутрішнім годинником. У власній (зв'язаній з ними самими) системі відліку розпад мюонів відбувається в середньому приблизно через дві мільйонні частинки секунди, але в лабораторній системі відліку час життя мюонів істотно зростає

Уповільнення часу при русі виступає рука об руку зі скороченням довжини (теорія відносності змушує нас зв'язувати простір і час у єдиний простір-час), і в міру наближення до граничної швидкості — швидкості світла — обидва ефекти безмежно зростають. Саме тому неможливо перебороти світловий бар'єр і рухатися зі зверхсвітловою швидкістю, тому що для цього знадобилося б вивернути простір-час “навиворіт” і перетворити простір під час, а час — у простір, що дало би можливість тілам робити подорожі в минуле. Тому швидкість світла є граничною швидкістю, з якими можуть рухатися у Всесвіті тіла чи поширюватися сигнали.

 Квантова фізика малює картину світу, у якому окремі частинки матерії не існують самі по собі як первинні об'єкти. Статусом “реальності” володіє тут тільки ансамбль частинок, розглянутий як єдине ціле, у тому числі і частинок, з яких складається вимірювальний прилад. Джерело всіх “неприємностей” зв'язаний з одним фундаментальним правилом квантової механіки, так званим принципом невизначеності Гейзенберга. Відповідно до цього принципу, неможливо одночасно точно визначити положення і швидкість частинки. Ця обставина приводить до важливих фізичних наслідків. Коли два атоми утворять молекулу, на рух електронів навколо одного з атомів робить вплив інший атом, у результаті чого між атомами виникає сила притягання. Почасти вона обумовлена тим, що даний електрон одного атома не відрізняється від електронів іншого, а через розмитість їхнього положення ніщо не перешкоджає цим електронам час від часу мінятися місцями. Інакше кажучи, два електрони з різних атомів можуть взаємно заміняти один одного.

Сильна взаємодія Сильна взаємодія "склеює" частинки в атомному ядрі. Воно різко падає на відстані від протона чи нейтрона, що перевищує приблизно 10-13 см. Отже, хоча по своїй величині сильна взаємодія істотно перевершує всі інші фундаментальні взаємодії, воно не може безпосередньо виявлятися в макроскопічних тілах. Сильну взаємодію випробують протони і нейтрони, але не електрони. Нейтрино і фотони також не підвласні йому. Взагалі в сильній взаємодії беруть участь тільки більш важкі частинки. Воно виявляється і як звичайне притягання, що не дозволяє розвалюватися ядру, але разом з тим і як слабка сила, викликаючи розпад деяких нестабільних частинок. Унаслідок своєї великої величини сильна взаємодія є джерелом величезної енергії. Очевидно, найбільш важливий приклад енергії, що вивільняється сильною взаємодією, — це світіння Сонця. У надрах Сонця і зірок безупинно протікають термоядерні реакції, викликані сильною взаємодією. Саме в результаті цієї взаємодії вивільняється енергія водневої бомби.

Сильна взаємодія, очевидно, досить складним чином залежить від відстані, і пояснюється в рамках кваркової моделі. У цій теорії нейтрони і протони розглядаються не як елементарні частинки, а як складені системи, побудовані з трьох кварків. Щоб це “тріо” кварків не розпадалося, необхідна утримуюча їх сила, деякий “клей”; виявилося, що результуюча взаємодія між нейтронами і протонами є просто залишковим ефектом більш могутньої взаємодії між кварками. Це пояснює, чому сильна взаємодія здається настільки складною. Коли протон “прилипає” до нейтрона чи іншого протона, у взаємодії беруть участь шість кварків, кожний з яких взаємодіє з всіма іншими. Значна частина сил витрачається на міцне склеювання тріо кварків, а невелика — на скріплення двох тріо кварків один з одним.

Слабка взаємодія Слабка взаємодія викликає перетворення одних частинок в інші, часто приводячи продукти реакції в рух з високими швидкостями. За своїм характером слабка взаємодія цілком не схожа як на гравітаційну, так і на електромагнітну. По-перше, якщо не вважати таких явищ, як вибухи зверхнових, воно не створює тягнучих чи штовхаючих зусиль у тім сенсі, як це прийнято розуміти в механіці.  По-друге, слабка взаємодія відчутна тільки в областях простору надзвичайно малої довжини. Радіус дії слабких сил удалося точно виміряти тільки на початку 80-х років. Довгий час до цього вважалося, що слабка взаємодія власне кажучи точкова й охоплює занадто малу область простору, щоб її розміри можна було оцінити. На відміну від “дальнодіючих” гравітацій й електромагнетизму слабка взаємодія припиняється на відстані, більшій 10-16 см від джерела. Отже, воно не може впливати на макроскопічні об'єкти, а обмежується окремими субатомними частинками.

Діалектика наукового пізнання Сучасні захисники релігії прагнуть створити враження, що науці властива неповнота, що вона не може дати досить глибоких знань про світ. «Міцна 1 надійна основа для науки недосяжна,— твердить католицький філософ І. Бохенський у своїй книжці «Шлях до філософських роздумів», виданій у Фрейбурзі в 1960 p.— Оскільки наукові знання уточнюються і по глиблюються, науковий метод пізнання ненадійний»'. О. О. Осипов, діяч руської православної церкви, .який порвав з релігією, розповідав, що в бесідах з ним деякі керівники руського православ'я не раз говорили про те, що науці довіряти не можна, оскільки наукові уявлення змінюються.

Отже, наукове знання відображає не тільки власти вості об'єктивної реальності, а й властивості пізнаючого суб'єкта. Тому наукова картина світу — це завжди кінцевий «зріз» нескінченно різноманітної матеріальної дійснос ті, характер якого залежить не тільки від властивостей самої матерії, а й від суспільно-пізнавальної діяльності людей. Теоретичні моделі. Одним з необхідних етапів науко вого дослідження є побудова теоретичних моделей об'єк тів і явищ, Що вивчаються. Будь-яка модель — це завжди певна ідеалізація. Ми не можемо досліджувати явище в усіх його незліченних і нескінченно різноманітних реальних зв'язках. Тому при теоретичному моделюван ні якісь зв'язки враховуються, вичленовуються, щоб виділити у явищі головне, а якісь другорядні відкида ються

На жаль, іноді забувають, що теоретична модель — це лише наближене відображення реальної дійсності, своєрідний інструмент для вивчення об'єктивного світу, і ставлять знак рівності між моделлю і дійсністю. Інак ше кажучи, реальному світу приписують усі властивості теоретичної моделі. Зрозуміло, якщо в основі моделі лежать надійно встановлені дані і правильно підмічені закономірності відповідних природних процесів, то вона дає більш-менш точний опис сутності явищ, які вивчаються. Коли б це було не так, то побудова моделей позбавилася б усякого смислу. І все ж реальну дійсність і модель як відображення певних її аспектів ототожнювати не можна: природа завжди багатша і різноманітніша від будь-якої теоре тичної схеми.

Автоматичне перенесення властивостей моделі на реальний світ особливо неправомірне і небезпечне тоді, коли йдеться про фізичні й астрофізичні моделі, в яких широко використовується математичний спосіб опису явищ. При цьому нерідко застосовується найвищою мірою абстрактний математичний апарат. Наведемо приклад із сучасної теоретичної фізики. Як відомо, ми живемо у тривимірному просторі, якому властиві три виміри — довжина, ширина і висота. Водно час теоретична фізика широко користується математич ним апаратом багатовимірних просторів. Зокрема, в такій фундаментальній фізичній теорії, як теорія від носності, для описання властивостей Всесвіту застосовує ться чотиривимірне утворення — «простір — час».

У нас немає підстав сумніватися в тому, що теорія відносності правильно описує досить широке коло ре альних фізичних явищ. Це підтверджене цілою низкою спостережень та експериментів. Чи випливає, однак, з цього, що простір нашого Всесвіту чотиривимірний? Після появи теорії відносності деякі богослови ско ристалися її математичною формою, зв'язавши з че твертим виміром існування бога і надприродних сил. При цьому твердилося, нібито бог саме тому невидимий і неспостережуваяий, що знаходиться в «четвертому вимірі».

Насправді ж теорія відносності не дає для подібних спекуляцій ніяких підстав. Чотиривимірнцй «простір — час» цієї теорії — це лише математичний прийом, якийдає змогу описати певні сторони і властивості реальної дійсності. До того ж четвертою координатою є час. Аналогічна справа і з різними багатовимірними про сторами, які використовуються в теоретичній фізиці. Там роль додаткових координат можуть відігравати імпульс, маса, швидкість, інші фізичні параметри. По дібні багатовимірні моделі інколи сприяють ефективному описанню складних фізичних процесів і здобуванню цін них результатів. Але було б глибоко неправильно при ймати подібні моделі за саму реальну дійсність.

Системний підхід. Характерною особливістю сучасної науки є так званий системний підхід до вивчення й ро зуміння явищ навколишнього світу і процесів, які в ньому відбуваються. Потреба такого підходу безпосередньо пов'язана з нагромадженням і поглибленням наукових знань, з ускладненням наукової картини світобудови, з'ясуван ням різноманітних зв'язків між явищами, пізнанням різних рівнів існування матерії — від мікропроцесів до гігантських утворень космічного порядку.

Системний підхід. Характерною особливістю сучасної науки є так званий системний підхід до вивчення й ро зуміння явищ навколишнього світу і процесів, які в ньому відбуваються. Потреба такого підходу безпосередньо пов'язана з нагромадженням і поглибленням наукових знань, з ускладненням наукової картини світобудови, з'ясуван ням різноманітних зв'язків між явищами, пізнанням різних рівнів існування матерії — від мікропроцесів до гігантських утворень космічного порядку.

У ході розвитку природознавства з'ясувалося, що всякий об'єкт має цілий ряд властивостей не зводжуваних до його власних індивідуальних якостей. Наявність цих властивостей визначається тією фундаментальною обставиною, що кожний окремо взятий об'єкт, з одного боку, є складною системою — єдністю складових його частин, а з другого — елементом певної сукупності предметів, відносин і взаємодій — певних реальних систем.

Отже, системний підхід до вивчення довколишньої дійсності відбиває системний характер предметів і процесів об'єктивного світу. З точки зору системного підходу будь-який об'єкт розглядається водночас з кількох різних аспектів. По-перше, як самостійна система, якась якісна одиниця реального світу. При цьому особлива увага звертається на співвідношення між частинами і цілим, що відобра жає один з основних законів діалектики — закон пере ходу кількісних змін у якісні. По-друге, об'єкт, який нас цікавить, розглядається як утворення, що підлягає пев ним закономірностям мікросвіту, який і сам є складною системою. По-третє, як частина зовнішнього середовища, що підпорядковується її закономірностям і взаємодіє з нею. І, нарешті, по-четверте, як елемент певної сукупності явищ

Водночас треба зазначити, що системний підхід — це не єдиний засіб пізнання природи. Зокрема, він не може замінити методів дослідження різних об'єктів і явищ, застосовуваних конкретними науками.

Ефект уповільнення часу Може бути перевірений і за допомогою штучних супутників Землі. Підрахунки показують, що для супутника, який рухається із швид кістю 8 км/с, протягом року повинна назбиратися така різниця між земним часом і власним часом супутника, яку в принципі можна зафіксувати за допомогою атом ного годинника, встановленого на його борту. З великою точністю перевірені й деякі ефекти, що в наслідками загальної теорії відносності, напри клад, відхилення світлових променів у полі тяжіння Сонця.

Пізнаваність світу Коли людина починала на нашій планеті свою творчу діяльність, у її розпорядженні не було нічого, крім землі, води, повітря і тих живих орга нізмів, до появи яких призвів саморозвиток тваринного й рослинного світу. Багато сторіч потрібно було для того, щоб з цих вихідних продуктів створити те велике різноманіття предметів й об'єктів, яке становить мате ріальний фундамент сучасної цивілізації. І в основі цьоготворчого процесу лежав процес пізнання людиною нав колишнього світу і його закономірностей.

Матеріальний світ нескінченно різноманітний, без межний також процес його пізнання. Оскільки всі без винятку явища природи мають природні причини і під порядковуються натуральним закономірностям, то ці причини в принципі можуть бути виявлені і пізнані людиною.

Однак історія знає багато випадків, коли деякі вчені висловлювали песимістичні погляди щодо перспектив і можливостей подальшого розвитку науки, її здатності розв'язувати ті чи інші завдання. Наприклад, давньо грецький філософ-ідеаліст Платон, ілюструючи уявлення про непізнаванність навколишнього світу, навів образ печери, на стіни якої промені світла відкидають лише тіні різних предметів. Тіні — це все, що може спостері гати людина, і їй ніколи не осягнути сутності тих пред метів, які ці тіні відкидають.

Час від часу з'являлись судження про неможливість розв'язання тих чи інших конкретних проблем, які по ставали перед ученими в процесі вивчення космічних явищ. Типовим прикладом такого роду е наведене в під ручнику з астрономії твердження буржуазного філософа Огюста Конта, який заявив, що ніколи і ніяким спосо бом людина не зможе довідатись про хімічний склад Сонця і зірок. Однак не минуло й двох десятиліть, як відкриття спектрального аналізу показало повну неспро можність подібної точки зору.

І це — типовий приклад! За всяким разом розвиток науки долав межі, що здавалися нездоланними. Коли можливості якогось методу дослідження вияв ляються вичерпаними, то рано чи пізно розробляються нові, досконаліші й ефективніші методи, завдяки яким учені дістають інформацію про такі сфери природних явищ, які раніше були недоступні для дослідження. Постійне вдосконалення способів пізнання особливо добре можна простежити на прикладі астрономії. Про тягом сторіч астрономія була оптичною наукою. З усієї багатющої сукупності електромагнітних випромінювань, що пронизують космічний простір, дослідники Всесвіту могли вивчати тільки видиме світло.

Радіоастрономічні дослідження одразу набагато роз ширили можливості вивчення космічних процесів і за порівняно короткий час дали безліч унікальних відомо стей про Всесвіт. Радіохвилі добре проходять крізь між зоряне середовище і тому містять інформацію про такі космічні об'єкти, від яких світлові промені до нас не доходять. Крім того, космічне радіовипромінювання дуже в багатьох випадках пов'язане з бурхливими фі зичними процесами, що відбуваються в різних куточках Всесвіту. А саме такі процеси становлять найбільший інтерес для науки

За останні роки завдяки розвитку космічної техніки астрономія перетворилася на всехвильову науку. Зо крема, дуже цікаві дослідження в інфрачервоних, уль трафіолетових і рентгенівських променях проводились на радянських пілотованих станціях «Салют», а та кож на радянських і американських штучних супут никах Землі. Особливо цінні відомості були здобуті в рентгенівському і гамма-діапазонах електромагнітних хвиль.

Якісно нові горизонти пізнання відкриває й поєд нання нових методів з тими, які існували раніше. Наприклад, розв'язання багатьох проблем, пов'язаних з вивченням космічних явищ, значно полегшується в ре зультаті паралельних оптичних, радіоастрономічних і космічних досліджень, порівняння даних, здобутих різними методами. Зокрема, тільки за цієї умови можна зрозуміти фізичну сутність ряду спостережень, викона них з космічних орбіт.

Аналогічні приклади неухильного розширення можливостей наукового пізнання можна навести і з галузі фізики, де створення дедалі потужніших прискорювачів елементарних частинок дає змогу проникати у потаємні сфери мікросвіту. Вся історія розвитку фізики, астрономії, а також інших природничих наук переконливо свідчить про без межні можливості людського пізнання, про те, що в міру виникнення тих чи інших наукових завдань рано чи пізно людина знаходить і методи їх розв'язання.

Список використаної літератури: П. Дэвис : Суперсила C.Хоукинг :  Коротка історія часу А.Н. Васильєв  : Еволюція Всесвіту. А.А.Смольников : Темна Матерія у Всесвіті