Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Год |
Ученый |
Название открытия |
Как это открытие повлияло на естественнонаучную картину мира |
|
Физика |
|||
|
Эмпедокл, Демокрит, Евклид. |
Представления античных мыслителей о пространстве и времени. |
В античной натурфилософии на смену опоясывающему Землю Океану приходит линейно упорядоченная река времени, которая катит свои воды из прошлого через настоящее в будущее. В античности существовал широкий спектр представлений о сущности пространства и времени. Эмпедокл, развивая учение о невозможности пустоты, высказывался в пользу реальности изменения и движения, считал, что пустого пространства не существует, и в качестве доказательства указывал: если рыбы передвигаются в воде, следовательно, все объекты также существуют в определенной среде. Напротив, Демокрит утверждал, что пустота существует и необходима для перемещений и соединений атомов. У Евклида пространственные характеристики объектов обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве, высказываются предположения о шарообразности Земли и о Солнце как центре Вселенной. |
|
|
К. Птолемей |
Геоцентрическая система. |
В античное время возникает первая целостная система мира – геоцентрическая система Птолемея, в которой планеты, Солнце и другие небесные тела обращаются вокруг Земли по орбитам, представляющим сложное сочетание круговых орбит – деферентов и эпициклов. В центр деферента помещалась Земля, и принималось, что планета движется по эпициклу (системе эпициклов), центр которого равномерно перемещается по деференту. Система Птолемея представляла собой универсальную модель мира, где время было бесконечным, а пространство – конечным, в котором происходит равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли. |
|
|
1543 |
Н. Коперник |
Гелиоцентрическая система и изменение пространственной картины. |
Солнце – центральное тело, вокруг которого обращаются планеты. Гелиоцентрическая система мира сменила представление о Земле как центре мироздания. Теория Коперника направила движение естественнонаучной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства. Развитие эти взгляды получили в теории Дж. Бруно, который связал бесконечность Вселенной и пространства. Бруно писал, что Вселенная должна быть бесконечной благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных нашему. |
|
1636 |
Галилео Галилей |
Принцип относительности. |
Принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы. Отсюда следует, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя определить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно.Одинаковость законов механики для инерциальных систем Галилей иллюстрировал на примере явлений, происходящих под палубой корабля, покоящегося или движущегося равномерно и прямолинейно (относительно Земли, которую можно с достаточной степенью точности считать инерциальной системой отсчёта): «Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно... Бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать ее с большей силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем когда ваше взаимное положение будет обратным; капли, как и ранее, будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадет ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдет много пядей» |
|
Начало XVII века |
И. Кеплер |
Ввел представление об их эллиптических орбитах. |
И. Кеплер в гелиоцентрической картине движения планет увидел действие единой физической силы. Он установил универсальную зависимость между периодами обращения планет и средними расстояниями их до Солнца, ввел представление об их эллиптических орбитах. Огромную роль в развитии представлений о пространстве сыграл сформулированный Галилеем принцип относительности, расширение которого во многом привело к современным научным представлениям о пространстве и времени. Он заметил, что, находясь в помещении под палубой корабля и наблюдая за всем, что там происходит, нельзя определить, покоится корабль или он движется равномерно и прямолинейно. Галилей сделал вывод, что механическое движение относительно, а законы, которые его определяют, абсолютны, т.е. безотносительны. Его взгляды коренным образом отличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля о существовании "абсолютного покоя" и "абсолютного движения". |
|
И. Ньютон |
Сущность пространства и времени в классической механике. |
Распространив на всю Вселенную закон тяготения, он пришел к выводу, что Вселенная бесконечна. Лишь в этом случае в ней может находиться множество космических объектов – центров гравитации, связанных между собой силой тяготения. Пространство и время Ньютон характеризует как вместилища самих себя и всего существующего: во времени все располагается в порядке последовательности, в пространстве – в порядке положения. При этом Ньютон различал два типа понятий пространства и времени – абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные). Абсолютное время само по себе и без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью, а абсолютное пространство безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное время есть постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного времени (час, день, месяц, год), а относительное пространство есть мера или какая-либо его ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которая в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное. Для своих построений Ньютон использовал модели абсолютного пространства и времени. |
|
|
19 век |
М. Фарадей, Дж. К. Максвелл |
Теории электромагнитных процессов. |
Изучение электромагнитных явлений выявило ряд существенных отличий их свойств от механических свойств тел. Если в механике Ньютона силы зависят от расстояний между телами и направлены по прямым, то в электродинамике, созданной в XIX веке английскими физиками М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, силы зависят от расстояний и скоростей и не направлены по прямым, соединяющим тела, распространение же сил происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Из этого вытекал вывод о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий и существовании электромагнитных волн. Свет, магнетизм, электричество стали рассматриваться как проявление единого электромагнитного поля. Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было значимо для описания свойств пространства и времени. Перенос принципа относительности на электродинамику не представлялся возможным, так как в то время считалось, что все пространство заполнено особой средой – эфиром, натяжения в котором истолковывались как напряженности электрического и магнитного полей. Эфир не влиял на механические движения тел, но на электромагнитных процессах движение относительно эфира ("эфирный ветер") должно было сказываться. В частности, предполагалось, что "эфирный ветер" должен влиять на распространение света. Однако попытки обнаружить "эфирный ветер" не увенчались успехом. |
|
1905 |
А. Эйнштейн |
Специальная теория относительности. |
Он показал, что в преобразованиях Лоренца отражаются не реальные изменения размеров тел при движении (что можно представить лишь в абсолютном пространстве), а изменения результатов измерения в зависимости от движения системы отсчета. Относительными оказывались и "длина", и "промежуток времени" между событиями, и даже "одновременность" событий, иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство, и время.Исходя из невозможности обнаружить абсолютное движение, Эйнштейн сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два постулата, делавших излишней гипотезу о существовании эфира и составивших основу обобщенного принципа относительности: 1) все законы физики одинаково применимы в любой инерциальной системе отсчета и не должны меняться при преобразованиях Лоренца; 2) свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью независимо от движения источника. В рамках общей теории относительности Эйнштейна считается, что структура пространства-времени определяется распределением масс материи. В классической механике принимается, что если бы вдруг все материальные вещи исчезли, то пространство и время остались бы. Согласно теории относительности, пространство и время исчезли бы вместе с этими вещами. Пространство и время стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями. |
|
Вывод: История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира). Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой. |
|||
|
Химия |
|||
|
Парацельс |
Учение Парацельса. |
Средневековой медицине, в основе которой лежали теории Аристотеля, Галена и Авиценны, он противопоставил «спагирическую» медицину, созданную на базе учения Гиппократа. Он учил, что живые организмы состоят из тех же ртути, серы, солей и ряда других веществ, которые образуют все прочие тела природы; когда человек здоров, эти вещества находятся в равновесии друг с другом; болезнь означает преобладание или, наоборот, недостаток одного из них. Одним из первых начал применять в лечении химические средства. Парацельса считают предтечей современной фармакологии, ему принадлежит фраза: «Всё есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным»(в популярном изложении: «Всё — яд, всё — лекарство; то и другое определяет доза»). По мнению Парацельса, человек — это микрокосм, в котором отражаются все элементы макрокосма; связующим звеном между двумя мирами является сила «М» (с этой буквы начинается имя Меркурия). По Парацельсу, человек (который также является квинтэссенцией, или пятой, истинной сущностью мира) производится Богом из «вытяжки» целого мира и несёт в себе образ Творца. Не существует никакого запретного для человека знания, он способен и, согласно Парацельсу, даже обязан исследовать все сущности, имеющиеся не только в природе, но и за её пределами. Парацельс оставил ряд алхимических сочинений, в том числе: «Химическая псалтирь, или философские правила о Камне Мудрых»[4] , «Азот, или о древесине и нити жизни»[5] и др. Полагают, что именно он дал название металлу цинку. |
|
|
1789 |
А. Лавуазье |
Закон сохранения массы. |
Вопрос о природе процесса горения интересовал всех химиков XVIII в., и Лавуазье также не мог не заинтересоваться им. Его многочисленные опыты по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах позволили установить, что независимо от характера химических процессов и их продуктов, общий вес всех участвующих в реакции веществ остается без изменений. |
|
1808 |
Д. Дальтон. |
Атомно-молекулярная теория. |
Основные положения теории Дальтона состояли в следующем: 1. Все вещества состоят из большого числа атомов (простых или сложных). 2. Атомы одного вещества полностью тождественны. Простые атомы абсолютно неизменны и неделимы. 3. Атомы различных элементов способны соединяться между собой в определённых соотношениях. 4. Важнейшим свойством атомов является атомный вес. |
|
1869 |
Д. И. Менделеев |
Периодическая таблица химических элементов. |
Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия,титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована. Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий(экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, описал целый ряд физических и химических свойств. В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства. Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. В 2010 году, с синтезом 117 элемента, седьмой период периодической системы был завершён, проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии. |
|
Вывод: Отсутствие в химии теоретических основ, позволяющих точно предсказывать и рассчитывать протекание химических реакций, не позволяло ставить её в ряд с науками, обосновывающими само бытие. Поэтому высказывание Д.И. Менделеева о химическом понимании мирового эфира не только не было востребовано в начале 20 века, но и оказалось незаслуженно полностью забыто на целое столетие. Связано ли это с тогдашним революционным переворотом в физике, который захватил и увлёк большинство умов в 20 веке в изучение квантовых представлений и теории относительности, сейчас уже не так важно. Жаль только, что выводы гениального учёного, к тому же признанного в то время, не пробудило качественно другие философско-методологические принципы, отличные от философских принципов, которые, кстати, в изобилии фигурировали в рассуждениях физиков. |
|||
|
Биология |
|||
|
1838-1859 |
Чарльз Дарвин |
Теория эволюции. |
Идея о происхождении видов путем естественного отбора возникла у Дарвина в 1838 г. В течение 20 лет он работал над ней. Книга Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» вышла в 1859 г., и ее успех превзошел все ожидания. Его идея эволюции встретила страстную поддержку одних ученых и жесткую критику других.Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина. Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений: |
|
1922 |
В. И. Вернадский |
«Начало и вечность жизни» |
Анализируетразличные механизмы возникновения жизни и приходит к выводу, что жизнь могла |
|
1923-1926 |
В.И. Вернадский |
Концепция о биосфере. |
В своих работах Вернадский не ограничился общим описанием биосферы и выяснением ее общих закономерностей. Он провел и частные, детальные исследования, выразив в формулах и цифрах активность живого вещества, а также проследив судьбу некоторых химических элементов в биосфере. Он показал место биосферы в системе других геосфер планеты. Учению Вернадского о биосфере суждено было стать ключевой, центральной концепцией современного естествознания. Центральным же пунктом изучения в теории Вернадского является понятие о живом веществе, т.е. совокупности всех живых организмов. Кроме живого вещества Вернадский выделял еще косное вещество(воздух, вода, минералы), а между живым и косным веществами находятся биокосные вещества (остатки живых организмов, например, навоз). Вернадский выдвинул предположение, что живые организмы сами по себе эволюционируют. Он поставил вопрос: «Есть ли у жизни начало?», накоторый он отвечает в поддерживаемой им концепции вечной жизни о том, что Земля существует вечно, и поэтому жизнь на ней не имеет начала. |
|
1802 |
Ж.Б. Ламарк |
Термин БИОЛОГИЯ. Представления о биосфере. |
Начало учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б.Ламаpка (1744- 1829), который предложил термин "БИОЛОГИЯ". Многие ученые изучили взаимоотношение организмов со средой их обитания и гибели, что непосредственно предшествовало нашему современному пониманию биосферы. Ж.Б. Ламарк в своей книге "Гидрогеология" посвятил целую главу влиянию живых организмов на земную поверхность. Он писал: "... в пpиpоде существует особая сила, могущественная и непpеpывно действующая, которая обладает способностью образовывать сочетания, умножать их, pазнообpазить их... влияние живых организмов на вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его внешнюю коpу, весьма значительно, потому что эти существа, бесконечно pазнообpазные и многочисленные, с непpеpывно меняющимися поколениями, покрывают своими постепенно накапливающимися и все время отлагающимися остатками все участки поверхности земного шара". |
|
1875 |
Э. Зюсс |
Биосфера. |
Ввел термин «БИОСФЕРА», вегоpаботе по геологии Альп. Однако подробного освещения pоли биосферы у Зюсса нет. |
|
Вывод: Существует пять принципов, объединяющих все биологические дисциплины в единую науку о живой материи. Клеточная теория — учение обо всём, что касается клеток. Все живые организмы состоят, как минимум, из одной клетки, основной функциональной единицы каждого организма. Базовые механизмы и химия всех клеток во всех земных организмах сходны; клетки происходят только от ранее существовавших клеток, которые размножаются путём клеточного деления. Клеточная теория описывает строение клеток, их деление, взаимодействие с внешней средой, состав внутренней среды и клеточной оболочки, механизм действия отдельных частей клетки и их взаимодействия между собой. |
|||
|
Синергетика |
|||
|
Ричард БакминстерФуллер |
Синергетика. |
Автором термина синергетика является Ричард Бакминстер Фуллер — известный дизайнер, архитектор и изобретатель из США. |
|
|
1967 |
И. Забуский |
«Синергетический» подход. |
Убедившись на практике исследований сложных систем в ограниченности по отдельности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, И. Забуский в1967 году пришёл к выводу о необходимости единого «синергетического» подхода, понимая под этим «…совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений». |
|
Н.Н. Моисеев |
Идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы. |
С его точки зрения, все, что происходит в мире, действие всех природных и социальных законов можно представить как постоянный отбор, когда из мыслимого выбирается возможное. В этом смысле все динамические системы обладают способностью «выбирать», хотя конкретные результаты «выбора», как правило, не могут быть предсказаны заранее. Н.Н. Моисеев указывает, что можно выделить два типа механизмов, регулирующих такой «выбор». С одной стороны, адаптационные, под действием которых система не приобретает принципиально новых свойств, а с другой, так называемые бифуркационные, связанные с радикальной перестройкой системы. Но кроме этих механизмов для объяснения самоорганизации необходимо выделить еще одну важную характеристику направленности самоорганизующихся процессов, которую Н.Н. Моисеев обозначает как принцип экономии энтропии, дающей «преимущество» сложным системам перед простыми. |
|
|
В.И. Арнольд и Рене Том |
Математический аппарат теории катастроф. |
Первые фундаментальные результаты в области динамических систем, относящиеся к теории катастроф, принадлежат А. Пуанкаре (метод нормальных форм в теории дифференциальных уравнений) и А. А. Андронову (бифуркации динамических систем). Основы теории особенностей гладких отображений были заложены прежде всего в трудах американского тополога Хасслера Уитни в 1940-х — 1950-х гг., которым предшествовала лемма Морса о нормальной форме функции в окрестности невырожденной критической точки. В конце 1960-х развитием этого направления занялся известный французский математик и филдсофский лауреат 1958 года Рене Том. Однако популярность идеи Уитни и Тома приобрели благодаря нескольким публикациям К. Зимана в 1970-х, который активно пропагандировал теорию катастроф, сравнивая её значение с изобретением математического анализа и говоря о «революции в математике». Бурное развитие теории катастроф в 1970-е — 1990-е годы связано с деятельностью Дж. Боардмана, Е. Брискорна, Дж. Брюса, Дж. Мазера, Б. Мальгранжа, Р. Тома, Т. Волла , К. Зимана и особенно В. И. Арнольда и его учеников . Семь элементарных катастроф по Тому: Теория катастроф анализирует критические точки (репетиции) потенциальной функции, то есть точки, где не только первая производная функции равна нулю, но и равны нулю же производные более высокого порядка. Динамика развития таких точек может быть изучена при помощи разложения потенциальной функции в рядах Тейлора посредством малых изменений входных параметров. Если точки роста складываются не просто в случайный узор, но формируют структурированную область стабильности, эти точки существуют как организующие центры для особых геометрических структур с низким уровнем катастрофичности, с высоким уровнем катастрофичности в окружающих их областях фазового пространства. Если потенциальная функция зависит от трёх или меньшего числа активных переменных, и пяти или менее активных параметров, то в этом случае существует всего семь обобщённых структур описанных геометрий бифуркаций, которым можно приписать стандартные формы разложений в ряды Тейлора, в которые можно разложить репетиции при помощи диффеоморфизма (гладкой трансформации, обращение которой также гладко). Сегодня эти семь фундаментальных типов катастроф известны под именами, которые им дал Рене Том |
|
|
Вывод: Синергетика с её статусом метанауки изначально была призвана сыграть роль коммуникатора, позволяющего оценить степень общности результатов, моделей и методов отдельных наук, их полезность для других наук и перевести диалект конкретной науки на высокую латынь междисциплинарного общения. Положение междисциплинарного направления обусловило еще одну важную особенность синергетики - ее открытость, готовность к диалогу на правах непосредственного участника или непритязательного посредника, видящего свою задачу во всемирном обеспечении взаимопонимания между участниками диалога. Диалогичность синергетики находит свое отражение и в характере вопрошания природы: процесс исследования закономерностей окружающего мира в синергетике превратился (или находится в стадии превращения) из добывания безликой объективной информации в живой диалог исследователя с природой, при котором роль наблюдателя становится ощутимой, осязаемой и зримой. |
|||
|
Космология |
|||
|
1915 |
Альберт Эйнштейн |
Общая теория относительности. |
В рамках общей теории относительности, как и в других метрических теориях, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся впространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей.Общая теория относительности привела к предсказанию эффектов (конечной скорости изменения поля тяготения, равной скорости света в вакууме - это изменение переносится в виде гравитационных волн; возможности возникновения черных дыр и др.), которые вскоре получили экспериментальное подтверждение. Она позволила также сформулировать принципиально новые модели, относящиеся ко всей Вселенной, в том числе и модели нестационарной (расширяющейся) Вселенной. |
|
1922 |
Александр Фридман |
Предсказания разбегания Вселенной. |
В 1922 г. петроградский математик Александр Фридман, анализируя возможные следствия ОТОдля структуры и эволюции пространства-времени, показал, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или сжиматься (если кривизна положительна), или расширяться – при отрицательной кривизне. Фридманнаписал об этом Эйнштейну, но Эйнштейн решил, что это ошибка. |
|
1929 |
Эдвин Хаббл |
Открытие множественности галактик и их разбегания (красное смещение). |
Открытое в 1929 году американским астрономом Эдвином Хабблом расширение Вселенной полностью изменило характер дискуссии об ее происхождении. Хаббл установил, что скопления (и сверхскопления) галактик, разделенные расстояниями, превышающими 100—300 Мегапарсек (Мпк), удаляются от нас и друг от друга. При этом скорость их разбегания линейно растет с возрастанием расстояния от нас до галактики(D): V = Ho × D, где Ho = 71 ± 3 (км/с)/Mпк – постоянная Хаббла. Величина 1/Ho – время Хаббла – дает оценку возраста Вселенной: 1/ Ho = 13,7 млрд. лет. Если взять современные сведения о разбегании галактик и пустить время вспять, то окажется, что где-то около 14 миллиардов лет назад вся Вселенная была в очень малом, почти нулевом объеме. В то время ни скопления, ни галактики, ни даже отдельные звезды не могли существовать в их современном виде, а вещество, из которого они состоят, должно было быть равномерно перемешано и составлять единую космическую среду в состоянии чрезвычайно высокой плотности и температуры.Отсюда появилась идея возникновения Вселенной в результате Большого Взрыва. |
|
1931 |
Джордж Лемэтр |
Разработка теории Большого взрыва. |
Еще в 1927 году,самостоятельно, не будучи знаком с работами Фридмана, Лемэтр показал возможностьтого, что Вселенная расширяется. Узнав об открытии Хаббла и используя новые в товремя понятия квантовой механики, он логически пришел к гипотезе о возникновенииВселенной из ―первичного атома‖. |
|
1948 |
Джордж Гамов |
Предсказание микроволновой радиации как реликта Большого Взрыва. |
Гамов предсказал, что последствием Большого Взрыва должна быть реликтовая микроволновая радиация. Такое состояние, когда плотность Вселенной и искривление пространства-времени являются бесконечными, называется сингулярностью. История Вселенной началась с Большого Взрыва сингулярности. В таких условиях все известные физическиезаконы не работают. |
|
1946 |
Фред Хойл |
Теория устойчивого состояния или квазистационарная теория. |
Идея заключалась в том, что, когда галактики разлетались друг от друга, в пространстве между ними из постоянно создававшейся внутри звезд материи возникалиновые галактики. Тогда Вселенная могла бы существовать вечно почти в том же состоянии, какова она сегодня. Согласно этой теории, скорость создания материи должна была быть очень низкой — примерно одна частица на кубический километр в год, что не противоречило наблюдениям. Но наблюдение источников радиоволн вне нашейГалактики и главное – открытие реликтового микроволнового излучения – не согласовывались с предсказаниями этой теории. Поэтому большинство ученых от нее отказались. Однако разработанная Хойлом картина нуклеосинтеза тяжелых элементов внутри звезд с выбросом их в процессе взрыва сверхновых успешно объяснила возникновение и распространение тяжелых элементов во Вселенной. |
|
1980 |
Алэн Гут |
Разработка теории инфляции |
Наблюдаемая нами вселенная характеризуется тем, что в большом масштабе она гладкая и однородная во всех направлениях. В меньшем масштабе выявляются неоднородности в распределении материи и энергии – это сами галактики. Эти свойства Вселенной также требуют объяснения в рамках теории Большого Взрыва – ведь в самом начале взрыва трудно было ожидать однородности. Такое объяснение было найдено в так называемой теории инфляции. Эта теория была предложена в 1980 году Аланом Гутом (MIT) и оказалась чрезвычайно успешной. Гут принял, что сразу после выхода из ситуации Планковойнеопределѐнности (т.е. через 10-43 сек) произошло экспоненциальное расширение пространства с колоссальной скоростью – такой, что размер Вселенной будет удваиваться каждые 10-35 секунды. Этотинфляционный процесс длится всего 10-30 секунды, но за это время происходит сто тысячудвоений, и Вселенная от размера порядка атома водорода раздувается до невообразимыхразмеров, одновременно быстро охлаждаясь. Возникновение инфляции объясняетсяналичием соответствующего энергетического поля, которое к концу инфляциираспадается. С окончанием этапа инфляции, собственно, и начинается большой взрыв:Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться, но уже с умеренной скоростью. Этотпериод продолжается до нашего времени. В начальной стадии этого периода космоспредставлял собой плазму, настолько горячую, что материя состояла только из кварков,электронов и других элементарных частиц. Инфляция разгладила все крупные неоднородности и произвела Вселенную, гладкую и однообразную в большом масштабе. Все локальные флуктуации плотности материи под действием гравитации уплотнялись и стали центрами образования звѐзд, галактик и их скоплений. Когда Вселенная была одиночной точкой, в ней не было ничего, а теперь в той части Вселенной, что мы можем наблюдать, содержится, по меньшей мере, 1080 частиц. Откуда же взялись все эти 5частицы? Ответ заключается в том, что теория относительности и квантовая механика позволяют материи возникать из энергии в форме пар частица-античастица. А эта энергия была заимствована из гравитационной энергии Вселенной. Вселенная ―взяла в долг‖ (повыражению Стивена Хокинга) огромное количество отрицательной гравитационной энергии, которая точно уравновесила положительную энергию материи. Во время инфляции Вселенная делала огромные ―долги‖ у гравитационной энергии, чтобы ―финансировать‖ создание новой материи. В результате получилась сильная экспансивная Вселенная, полная материальных объектов.На протяжении 13.7 млрд. лет, прошедших после Большого Взрыва и периода инфляции, размеры Вселенной выросли во много раз, а горячая первичная плазма охлаждалась, образуя по мере этого все более и более сложные структуры: атомные ядра, атомы и молекулы и, в конце концов, планеты, звезды, галактики, их скопления и суперскопления. |
|
С 1978 года |
Вера Рубин |
Изучение темной материи. |
Темная материя взаимодействует с обычной материей и радиацией (светом) только гравитационно. Считается, что облака темной материи концентрируются вокруг видимых галактик, образуя гало (ореол). Есть свидетельства, что темная материя появилась одновременно с обычной и участвовала в образовании галактик. Предполагаемых носителей скрытой массы можно разделить на две основные категории: астрономические объекты (MACHOs— Массивные Астрофизические Компактные Гало Объекты) и элементарные частицы (WIMPs— Слабо Взаимодействующие Массивные Частицы). Кандидатами на роль MACHOsявляются черные дыры, нейтронные звезды, коричневые карлики и, возможно, карлики белые. Из элементарных частиц наиболее вероятным кандидатом является нейтрино. |
|
Вывод: Споры о том, возникла ли Вселенная когда-то и как она возникла, проходят через всю зафиксированную историю человечества. Существовали две основные школы мышления. Многие ранние традиции, а также иудейская, христианская и мусульманская религии утверждали, что Вселенная была создана в сравнительно недалеком прошлом. Одним из аргументов для обоснования этой идеи было признание того, что человечество, очевидно, развивается в культуре и технике. Мы помним, кто первым выполнил такое-то действие или развил такой-то метод. Значит, мы не могли активно развиваться все время, иначе мы бы уже продвинулись гораздо дальше, чем продвинулись на самом деле. С другой стороны, приверженцы школы греческого философа Аристотеля предпочитали верить, что Вселенная существовала и будет существовать всегда, поскольку существующее вечно более совершенно, чем то, что имело начало. У них был ответ на приведенный выше аргумент о человеческом прогрессе: различные природные катаклизмы периодически отбрасывали человечество назад, к началу. Однако, начиная с XIX века, стали накапливаться свидетельства, что Земля и остальная Вселенная в действительности со временем изменяются.Геологи поняли, что формации скал и окаменелости насчитывают сотни и тысячи миллионов лет. Дальнейшие свидетельства поступили от известного второго законатермодинамики, сформулированного Больцманом. Этот закон утверждает, что общееколичество беспорядка во Вселенной (эту величину называют энтропией) со временем только возрастает и в отдаленном будущем приведет к «тепловой смерти» Вселенной. Это также предполагает, что Вселенная развивается лишь какое-то конечное время. Бурное развитие современной космологии началось с первой четверти XX века. Многие ученые внесли вклад в ее развитие: Альберт Эйнштейн, Александр Фридман, Эдвин Хаббл, Джордж Лемэтр, Джордж Гамов, Фред Хойл, Алэн Гут, Вера Рубин и др. |