1. Наука и ее место в человеческой культуре
Эмпирическое познание: понятие, роль и задачи
жүктеу/скачать 0.55 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.2 Теоретическое познание. Основные характеристики
- Картиной мира»
Эмпирическое познание: понятие, роль и задачи
Как было отмечено, эмпирический уровень характеризуется специфическим объектом познания. Это связи, отношения, свойства, которые выявлены в ходе практической деятельности и включены в процесс познания. Познавательные операции всегда осуществляются в чувственно-предметной форме. На этом уровне познания решаются следующие познавательные задачи: 1. Cбор фактов об объекте познания. Научный факт — это только те события, явления, свойства, связи, отношения, которые зафиксированы; 2. Получение данных на основе наблюдений, измерения, экспериментов; 3. Составление схем, диаграмм для наглядного восприятия наиболее важных тенденций в функционировании объекта исследования; 4. Классификация научных фактов, данных и другой эмпирической информации. Для эмпирического уровня познания характерно использование следующих методов изучения объектов. Наблюдение — система фиксации и регистрации свойств и связей изучаемого объекта. Познавательные возможности метода наблюдения зависят от характера и интенсивности чувственного восприятия особенностей объекта наблюдения, условий наблюдения, совершенства измерений. При благоприятных условиях этот метод обеспечивает достаточно обширную и разностороннюю информацию для формирования и фиксации научных фактов. Функции этого метода: фиксация и регистрация информации и предварительная классификация фактов. Эксперимент — это система познавательных операций, которая осуществляется в отношении объектов, поставленных в такие условия (специально создаваемые), которые должны способствовать обнаружению, сравнению, измерению объективных свойств, связей, отношений. Различают три основные сферы для эксперимента: лабораторный эксперимент(для естественных и технических наук), производственный и социальный (для экономических, политических наук). Эксперимент является важным (а в ряде случаев даже решающим) элементом практики, поэтому он выступает как основа формирования гипотез и теории и вместе с тем как критерий истинности теоретических знаний. Вместе с тем теория всегда выступает как определяющая сторона эксперимента. В экономических исследованиях эксперимент может выступать в двух формах: 1. прямой эксперимент в виде апробирования группы приемов, методов и т.д. (например, хозяйственная реформа); 2. социологические исследования. Эффективность эксперимента в решающей степени определяется глубиной и всесторонностью обоснования условий проведения эксперимента и его целей. Измерение как метод является системой фиксации и регистрации количественных характеристик измеряемого объекта, для экономических и социальных систем процедуры измерения связаны с показателями: статистическими, отчетными, плановыми; единицами измерения. Использование метода измерения требует всестороннего учета единства количественной и качественной сторон изучаемого объекта. Метод измерения находит свое выражение в математическом воспроизведении количественных и качественных характеристик объекта при эксперименте. Описание - специфический метод получения эмпирического знания. Его сущность состоит в систематизации данных, полученных в результате наблюдения, эксперимента, измерения. Данные выражаются на языке определенной науки в форме таблиц, схем, графиков и других обозначений. Благодаря систематизации фактов, обобщающих отдельные стороны явлений, изучаемый объект отражается в целом. Таким образом, классификация данных наблюдения, эксперимента, измерения, имеющая место в описании, делает факты базисом для дальнейших логических операций. Как метод получения нового знания, описание может осуществляться средствами собственного языка (явления описываются без строгого указания их количественных характеристик), статистическими методами (таблицы, ряды, индексы и т.д.), графическими методами (графики, диаграммы) и т.д. 1.2 Теоретическое познание. Основные характеристики
Теоретический уровень является высшим уровнем научного познания. На этом уровне особо важное значение имеют идеализация и мысленный эксперимент. Мысленный эксперимент является аналогом вещественного. В ходе мысленного эксперимента объект исследования преобразуется и выступает как идеализированный предмет, как результат абстракции. Идеализация всегда является и продуктом и результатом деятельности, результатом мысленного конструирования и исходным пунктом теоретического мышления. Теоретический уровень познания можно представить следующим образом: 1. Мысленный эксперимент и идеализация на основе механизма переноса зафиксированных в объекте результатов практических действий; 2. Развитие познания в логических формах: понятиях, суждениях, умозаключениях, законах, научных идеях, гипотезах, теориях; 3. Логическая проверка обоснованности теоретических построений; 4. Применение теоретических знаний и практике, в общественной деятельности. Представленный вид позволяет определить основные характеристики теоретического познания: · объект познания определяется целенаправленно под воздействием внутренней логики развития науки или насущных требований практики; · предмет познания идеализирован на основе мысленного эксперимента и конструирования; · познание осуществляется в логических формах, под которыми понимается способ связи элементов, входящих в содержание мысли о предметном мире. Логические формы являются отражением мира, итогом фиксации повторяющихся отношений вещей, зафиксированных в человеческой практике. Различают следующие виды форм научного познания: • общелогические. К ним относятся понятия, суждения, умозаключения; • локально-логические. К ним относятся научные идеи, гипотезы, теории, законы. Приведем характеристику изложенных форм научного познания. Понятие — это мысль, отражающая имущественные и необходимые признаки предмета или явления. Понятия бывают: общими, единичными, конкретными, абстрактными, относительными, абсолютными и др. Общие понятия связаны с некоторым множеством предметов или явлений, единичные относятся только к одному, конкретные — к конкретным предметам или явлениям, абстрактные — к отдельно взятым их признакам, относительные понятия всегда представляются попарно, а абсолютные — не содержат парных отношений. Суждение — это мысль, в которой содержится утверждение или отрицание чего-либо посредством связи понятий. Суждения бывают утвердительными и отрицательными, общими и частными, условными и разделительными и т.д. Умозаключение — это процесс мышления, соединяющий последовательность двух или более суждений, в результате чего появляется новое суждение. По существу умозаключение является выводом, который делает возможным переход от мышления к практическим действиям. Умозаключения бывают двух видов: • непосредственное; • опосредованное. В непосредственных умозаключениях приходят от одного суждения к другому, а в опосредованных переход от одного суждения другому осуществляется посредством третьего. Структуру процесса познания можно расписать следующим образом: Познание — движение человеческой мысли от незнания к знанию; Познание разделяют на чувственное и рациональное. Элементами чувственного познания являются: ощущение, восприятие, представление, воображение. К рациональному познанию относятся следующие формы мышления: абстрактное и логическое, у которых в свою очередь можно выделить следующие структурные элементы с различными видами: 1. Понятие – общее, единичное, конкретное, абстрактное, относительное, абсолютное; 2. Суждение – утвердительное, отрицательное, общее, частное, условное, разделительное; 3. Умозаключение – непосредственное, опосредованное Более высокая степень научного знания находит свое выражение, как отмечалось, в локально-логических формах. При этом процесс познания идет от научной идеи к гипотезе, превращаясь впоследствии в закон или теорию. Научная идея — это интуитивное объяснение явления без промежуточной аргументации и осознания всей совокупности связей, в основе которого делается вывод. Идея вскрывает ранее не замеченные закономерности явления, основываясь на уже имеющихся о нем знаниях. Гипотеза (греч. hуроthеsis — основание, предположение) — это предположение о причине, которая вызывает данное следствие. В основе гипотезы всегда лежит предположение, достоверность которого на определенном уровне науки и техники не может быть подтверждена. Если гипотеза согласуется с наблюдаемыми фактами, то ее называют законом или теорией. Закон — это необходимые, существенные, устойчивые, повторяющиеся отношения между явлениями в природе и обществе. Закон отражает общие связи и отношения, присущие всем явлениям данного рода, класса. Закон носит объективный характер и существует независимо от сознания людей. Познание законов составляет главную задачу науки и выступает основой преобразования людьми природы и общества. Существуют три основные группы законов: • специфические или частные (соответствие системы бухгалтерского учета уровню развития экономики); • общие для больших групп явлений (закон соответствия развития производительных сил производственным отношениям); • всеобщие или универсальные (например, законы диалектики). Между общими и частными законами существует диалектическая взаимосвязь: общие законы действуют через частные, а частные — представляют собой проявление общих. Теория (греч. thеоriа — рассмотрение, исследование) — это форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Она возникает в результате обобщения познавательной деятельности и практики и представляет собой мысленное отражение и воспроизведение реальной действительности.
Картиной мира» (КМ) называется сложившаяся на конкретном этапе развития человечества совокупность представлений о структуре действительности, способах ее функционирования и изменения, сформировавшаяся на основе исходных мировоззренческих принципов и интегрирующая знания и опыт, накопленный человечеством. Картина мира не является чем-то индивидуальным (в отличие от мировоззрения). КМ плод коллективных усилий профессионального сообщества. Различают религиозную (РКМ), научную (НКМ) и философскую (ФКМ) картины мира. Их принципиальные различия определяются двумя позициями: 1) основной проблемой, решаемой каждой из указанных картин мира; 2) основными идеями, которые предлагают КМ для решения своей проблемы. Философская картина мира (ФКМ) возникла в середине первого тысячелетия до нашей эры вместе с возникновением философских учений классической поры. Мир и человек в философии изначально рассматривались в связи с идеей Разума. В философской картине мира человек принципиально отличен от всего сущего, в частности от других живых существ, ибо ему присуще особое деятельностное начало - ratio, ЛОГОС, разум. Благодаря разуму человек способен познать мир и самого себя. Такое постижение рассматривается как назначение человека и смысл его бытия. Пространство и время в философской картине мира выступают как категории порядка и, следовательно, условия умопостигаемости мира. Пространство - как способ упорядочения внешних восприятий, время - как способ упорядочения внутренних переживаний. Человек в философской картине мира есть, прежде всего, разумное существо, принципиально отличное от неодушевленных объектов и живых существ. Создаваемая в рамках онтологии ФКМ определяет основное содержание мировоззрения индивида, социальной группы, общества. Будучи рационально-теоретическим способом познания мира, философское мировоззрение носит абстрактный характер и отражает мир в предельно общих понятиях и категориях. Следовательно, ФКМ есть совокупность обобщенных, системноорганизованных и теоретически обоснованных представлений о мире в целостном его единстве и месте в нем человека.
развитие человеческой мысли и практики привело к пониманию ограниченности концепции пространства-времени, основанной на принципах классической механики. Исследования XIX-XX веков в астрономии, физике, оптике принесли результаты, не согласующиеся с классической механикой. Отрицание существования эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности скорости света легли в основу теории относительности А. Эйнштейна (1879- 1955). Базирующиеся на релятивистских принципах теории Эйнштейна исследования микро- и макромира продолжаются в настоящее время, и практическое применение многих явлений и процессов невозможно без использования теории относительности Эйнштейна. Натурфилософы Древней Греции строили свое учение о материальном мире на базе «первоэлементов» (вода, воздух, огонь и земля). Интересно отметить, что такие же «первоэлементы» были определены в древнеиндийской философии чарваков. Древнегреческие натурфилософы-материалисты понимали под материей такую реальность, которая существует независимо от сознания. Они полагали, что материя — это своего рода строительный материал, из которого строятся предметы мира и стремились свести все многообразие объективного мира к одному какому-то веществу: к воде (Фалес), к воздуху (Анаксимен), к огню (Гераклит), к неопределенному элементу — апейрону (Анаксимандр), которые, по их мнению, и являются первоначалом, первокирпичиками мира. Они еще не могли отказаться от конкретного, вещественного представления о материи, но настойчиво и упорно шли по пути преодоления этой вещественности. Положение Фалеса о том, что первоосновой всего является вода, представляется нашему современному мышлению одновременно близким и далеким. Наивность этой мысли Фалеса очевидна, однако его формулировка вопроса была такова, что ответ на него должен был когда-нибудь привести к созданию категории материи. Понятие Анаксимандра «апейрон», наоборот, является уже более абстрактным. Анаксимен вместо неопределенной материи Анаксимандра вновь представил абсолютное в определенной форме природы, положив в основу всего сущего воздух. «Воздух... если он разряжен, становится огнем, а если он сгущен, становится ветром, потом облаком и затем водой, потом землей, потом камнями, и остальное возникает из этого». Таким образом, во взгляде Анаксимена в скрытой форме содержится идея основы, которая при разных обстоятельствах может иметь разные конкретные формы. Взгляды представителей милетской школы развивались и видоизменялись в разных направлениях. Их синтезировал Эмпедокл в своем учении о четырех «корнях». Хотя это учение было отходом от идеи единой основы всего сущего, тем не менее, оно явилось прогрессом постольку, поскольку объясняло возникновение расчлененных явлений посредством сочетания четырех «корней». Таким образом, у Эмпедокла впервые обнаруживается попытка понять различие явлений как различие их построения. Возникновение атомистической философии Левкиппа и Демокрита — большой шаг вперед в истории древнегреческого материализма. Они считали, что все явления природы, земные и небесные тела и их свойства — результат сочетания формы, порядка и положения различных по величине и весу, невидимых и неделимых, находящихся в извечном движении «первочастичек» материи — атомов. Демокрит учил, что в мире нет ничего, кроме атомов и пустоты. Чувственные впечатления Демокрит объяснял различием порядка, формы и положения действующих на ощущающее тело атомов. Демокрит очень ясно обнаруживает основную линию, основную задачу материализма, заключающуюся в объяснении мира сознания, исходя из анализа материального мира. Сила учения Демокрита, как и всего древнегреческого материализма, состоит в попытке свести все разнообразие мира к единой материальной основе. Основные взгляды атомистов заслуживают внимания и в силу их высокой понятийной абстрактности, и возрождение этих взглядов в XVII веке было очень важно для создания новейшего понятия “материя”. Эпикур и Лукреций, продолжая учение Левкиппа и Демокрита об атомах и пустоте, утверждали, что все в природе материально, как материальны и все свойства неживых и живых тел. Они считали, что безграничность числа атомов и их сочетаний обусловливает и безграничность миров во Вселенной. Однако видна не только сила, но и слабость древнегреческого материализма. Во- первых, он подменял представление о мире в целом представлением о какой-то частичке этого мира. Во-вторых, этот материализм, по существу, растворял идеальное в материальном, элементы сознания — в элементах бытия. Получалось так, что реально существующая проблема соотношения материи и духа, бытия и мышления оказывалась поглощенной общим учением о бытие. Раз все существующее сводится только к воде, или только к огню, или только к атомам и пустоте, то для проблемы соотношения предметов и их образов, бытия и мышления как бы не оставалось места. Аристотель (IV в. до н.э.) вслед за своим учителем Платоном (V-IV в. до н.э.) подверг исследованию вопрос об идеях в рамках теории познания. Он доказывал и подчеркивал, что идеи — это образы действительности, бытия. В бытии не существует никаких идей, бытие нельзя делить на две части. Что же существует в бытии? Какие основания имеет бытие для порождения идей? Отвечая на этот вопрос, Аристотель выделил в бытии две его стороны: материю (cule - «хюле») и форму (morfe - «морфэ»). Материя — это то, что всегда сохраняется, что остается в вещах объективным, исходным строительным материалом. Форма — это то, что в вещах изменяется и что может быть перенято человеческой душой. Для истории философии гораздо большее значение имеет понятие, которое в новейшей терминологии мы назвали бы «чистой материей», или «абсолютной материей», и которое Аристотель иногда называет просто «хюле», но чаще «первичной хюле» (prote cule - «протэ хюле»; у схоластиков — prima materia). «Первичная материя» — это весьма абстрактное понятие, поскольку у Аристотеля все определения относились лишь к форме. Первичная «хюле» является носителем формы и постоянно действующей основой изменений. Это лишь потенциальная реальность; действительной, актуальной реальностью она становится лишь после соединения с формой. Так как аморфная первичная «хюле» лишена какого-либо определения, то ей нельзя приписывать никакой дифференцированности. Следующее положение показывает, что спекуляции Аристотеля опирались на чрезвычайно ограниченный эмпирический опыт: «Существование этой единой хюле очевидно, ведь когда вода превращается в воздух, то этот воздух содержит ту же материю, мы к ней ничего не прибавили; то, что существовало потенциально, стало действительным. Точно так же вода может происходить из воздуха, так же как тело большого объема может возникнуть из небольшого, и, наоборот, маленькое из большого. Точно так же, когда воздух, находящийся в малом пространстве, распространяется на большое пространство и когда из большого пространства сгущается в малое, оба эти явления возникают в материи, которая имеет возможность занимать разное пространство». Это объяснение Аристотеля и вообще его концепция недифференцированного основного вещества примечательны тем, что в средневековой алхимии они служили теоретической базой попыток «трансмутации» металлов и производства золота из менее драгоценных металлов. Понятие «хюле», или же «первичной материи», переняли от Аристотеля и некоторые другие античные школы. Как и многие другие понятия и взгляды Аристотеля, это понятие перешло в средневековую христианскую философию, став постоянным предметом многочисленных рассуждений и причиной многих затруднений. Прежде всего в средние века происходит конфликт между догмой о сотворении мира и аристотелевской идеей «хюле»-материи. Полемика «отцов церкви» сохранила нам сведения о «еретиках», провозглашающих, что материя существовала всегда, до сотворения мира. Взгляды самих «отцов церкви» в некоторых пунктах отличаются от взглядов Аристотеля. На закате античного мира, в период экономического, политического и культурного упадка не было ни условий, ни стремлений понять сложную рациональную систему Аристотеля. «Отцы церкви» не могли понять абстрактное и спекулятивное понятие «первичной материи». Аристотелевская «Метафизика», «Физика» и другие произведения, в которых речь идет о «первичной хюле», были снова открыты и переведены на латинский язык в первой половине XIII века. Объективно идеалистические и телеологические черты мышления Аристотеля и его теория дедуктивной логики постепенно вели к тому, что церковные философы начали использовать мыслительное наследие Аристотеля для преобразования его в своих целях. Это в полной мере относится и к аристотелевской парной категории «материя» и «форма». Во многих рассуждениях схоластиков эти понятия выражают средневековый дуализм в понимании мира. У Аристотеля не было такого дуализма. В отличие от него схоластики признавали существование чистых форм без «материи»; по их мнению, это разные «духи» (прежде всего бог, потом ангелы и бессмертные человеческие души). Диалектика «материи» и «формы» в схоластической интерпретации приобрела черты пустой спекуляции. Развитие мышления в этой проблематике зашло в тупик. Огромная заслуга Аристотеля в том, что он впервые в истории философии ввел в употребление категорию «материя» в ее абстрактно-логической форме. Аристотель уже не сводит свое представление об объективной реальности ни к воде, ни к огню, ни к атомам, ни к какому-либо конкретному виду вещества; он говорит о материи вообще. Отныне философы начинают говорить о материи вообще, не связывая это понятие с каким-то определенным видом материи. Аристотелем в основном заканчивается первый период истории философии и вместе с ним завершается и первый этап в развитии категории «материя». Она была сформулирована, но тут же встала задача ее объяснить. Свое дальнейшее развитие понятие материи получило в трудах метафизических материалистов, которые, как и древние материалисты, не могли в достаточной мере сосредоточить внимание на философском аспекте проблемы материи и направляли внимание, главным образом, на выявление ее физических свойств. Они понимали, что материю нельзя отождествлять с наблюдаемыми в природе конкретными видами вещества. Однако, как и древним материалистам, материя представлялась им первоосновой всех объектов природы. Под материей понимали атом, гипотетическую наименьшую частицу вещества. К этому времени развивающаяся классическая механика определила ряд физических свойств вещества. Это побудило метафизических материалистов к отождествлению понятия материи с представлениями о веществе и его механическими свойствами. К числу таких свойств материалисты относили тяжесть, инерцию, неделимость, непроницаемость, массу и др. Много соображений о материи, часто непосредственно связанных с полемикой против Аристотеля, можно найти у Джордано Бруно (1548-1600) в произведении «О причине, начале и едином». Третья и четвертая части этой работы полностью посвящены определению понятия «материя». Бруно понимает материю как единую материальную основу всего, как субстанцию в собственном смысле слова. Точка зрения, согласно которой форма создает из материи отдельные предметы, оправдана тогда, говорит он, когда речь идет о работе ремесленника. Природа не творит таким способом. В жизни природы форма не является по отношению к материи внешним творческим принципом. «Следует скорее говорить, что она (материя) содержит формы и включает их в себе, чем полагать, что она их лишена и исключает. Следовательно, она, развертывающая то, что содержит в себе свернутым, должна быть названа божественной вещью и наилучшей родительницей, породительницей и матерью естественных вещей, а также всей природы в субстанции». В XVII веке во всей Европе окончательно было сломлено господство средневековой схоластики и философское мышление уже повсюду становится на новый путь. Происходит окончательный отход и от Аристотеля, везде усиливается интерес к исследованию природы и высоко оценивается наблюдение и опыт. Представление о материалистической категории материи, совокупно отражающей объективную реальность, существующую вне нашего сознания и независимо от него, становятся постоянным составным элементом европейского материалистического мышления в эпоху, когда синтетическое суммирование явлений объективной реальности в одну категорию было облегчено односторонностью философского и научного мышления. Для материалистических философов XVII века «материя» была уже категорией, которая в своих основных и существенных чертах совпадает с нашим понятием материи: она была высокообобщенным отображением объективной реальности, была категорией, которая отображала всю объективную действительность. Начиная с XVI века материализм вновь расцвел, и прежде всего в Англии. В XVI и XVII веках этот материализм представлен именами Ф. Бэкона, Т. Гоббса и Дж. Локка. Английский материализм в целом сделал огромный шаг вперед по сравнению с материализмом древней Греции, однако в вопросе о происхождении общих понятий мы видим здесь лишь ряд настойчивых поисков решения проблемы. Французский философ Р. Декарт (1596-1650) также считал, что все тела, как твердые, так и жидкие, состоят из одной и той же материи, что каждая частица материи стремится всегда превратиться в одну из своих форм и, превратившись в нее раз, всегда ее сохраняет. Природа материи, то есть тела, по Декарту состоит лишь в том, что оно (тело) есть субстанция, протяженная в длину, ширину и глубину. Мир представляет собой беспредельно протяженную субстанцию. Во всем мире существует одна материя. В XVIII веке материализм получил дальнейшее развитие. Французские философы Гольбах, Дидро, Ламетри, Гельвеций, Кондильяк преодолели многие недостатки английского материализма XVII века. В частности, Гольбаху принадлежит одно из классических определений материи: «... Материя вообще есть все то, что воздействует каким-нибудь образом на наши чувства». В естествознании XIX столетия уровень развития науки накладывал определенные ограничения на понимание материи — она определялась с позиции механической атомистики и, как правило, отождествлялась с одним видом материи — веществом. Материя (вещество) рассматривалась домарксовскими материалистами как состоящая из неделимых, неизменных, простейших частиц-атомов, не имеющих качеств. Качественно отличные предметы материального мира представлялись ими как разнообразные пространственно-временные комбинации этих атомов. Материи предписывалась абсолютная дискретность, наличие неизменных, вечных свойств, таких, например, как масса, инерция и т. п. Следует отметить, что до второй половины XIX века представления тогдашних философов-материалистов о материи вполне согласовывались с повседневным опытом человеческой практики и достижениями науки тех дней. Диалектико-материалистическое представление о материи и ее свойствах получило развитие и на основе выдающихся достижений науки XIX и начала XX вв. Важнейшими из этих открытий явились: открытие закона сохранения и превращения энергии Р. Майером, периодического закона химических элементов Д. И. Менделеевым, теории электричества и магнетизма (Фарадей и Максвелл); открытие электрона, его структуры и свойств; радия и радиоактивного излучения; радиоактивного распада. Эти выдающиеся открытия объединяет принцип признания материальности всех явлений и процессов объективного мира. Благодаря им в науке сложилось качественно новое, диалектико-материалистическое представление о материи и ее свойствах. Однако естествоиспытатели и философы- метафизики не только не смогли подняться в понимании материи и ее свойств, законов ее изменения и развития на уровень новейших открытий науки, а, наоборот, в связи с открытием радиоактивности, рентгеновских лучей, электрона и его электромагнитных свойств, электромагнитной природы света, начали говорить об «исчезновении» материи, о «замене» материи электричеством, энергией вообще. Опровергая такие утверждения, В. И. Ленин говорит: «Материя исчезает — это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными и которые теперь обнаруживаются, как относительные, присущие только некоторым состояниям материи». Основной особенностью ленинского понятия материи как объективной реальности является то, что оно указывает на неисчерпаемость ее структуры и свойств; на безграничность человеческого познания материи вширь и вглубь. Так, современные специалисты в области физики микромира рассматривают в качестве объекта исследования уже не только («неделимый» когда-то) атом, но и микрочастицы, из которых состоит атом, и микрочастицы, образующиеся при взаимодействии частиц, образующих атомы. До недавнего времени естествознание различало два вида материи – вещество и поле; в современном представлении к ним следует добавить третий вид материи – физический вакуум. К категории вещества следует отнести атомы, молекулы, и все образованные атомами и молекулами тела, предметы, структура и форма которых весьма разнообразны. В настоящее время известно несколько разновидностей полей: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным элементарным частицам. При этом существует точка зрения, объединяющая вещество и поле на основе известного из физики микромира корпускулярно-волнового дуализма. Специальная теория относительности В теории относительности Эйнштейна вопрос о свойствах и структуре эфира трансформируется в вопрос о реальности самого эфира. Отрицательные результаты многих экспериментов по обнаружению эфира нашли естественное объяснение в теории относительности - эфир не существует. Отрицание существования эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности скорости света легли в основу теории относительности, которая выступает как синтез механики и электродинамики. Принцип относительности и принцип постоянства скорости света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла для покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность длин и промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что понятие одновременности лишено смысла: «Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной». Возникала необходимость развить теорию преобразования координат и времени от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой. Эйнштейн пришел к формулировке преобразований Лоренца, из которых вытекало отрицание неизменности протяжённости и длительности, величина которых зависит от движения системы отсчёта. В специальной теории относительности функционирует новый закон сложения скоростей, из которого вытекает невозможность превышения скорости света в вакууме. Коренным отличием специальной теории относительности от предшествующих теорий является признание пространства и времени в качестве внутренних элементов движения материи структура которых зависит от природы самого движения, является его функцией. В подходе Эйнштейна преобразования Лоренца оказываются связанными с новыми свойствами пространства и времени: с относительностью длины и временного промежутка, с равноправностью пространства и времени, с инвариантностью пространственно-временного интервала. Таким образом, сформулированная в 1905 г. А. Эйнштейном специальная теория относительности представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно.В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна: - принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой; - принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Первый постулат, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы, утверждает таким образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, т.е. механические, электродинамические, оптические и прочие явления и процессы во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Согласно второму постулату Эйнштейна, постоянство скорости света в вакууме является одним из фундаментальных свойств природы. Специальная теория относительности потребовала отказа от привычных классических представлений о пространстве и времени, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время. Из специальной теории относительности следуют новые пространственно-временные представления, такие, например, как относительность длин и промежутков времени, относительность одновременности событий. Впрочем, следует отметить, что при скоростях существенно меньше скорости света в вакууме (что, как правило, соответствует реалиям обыденной жизни человечества) пространственно-временные соотношения, определяемые специальной теорией относительности, соответствуют таковым классической механики. Лишь отдельные области человеческой деятельности (например, исследования, проводимые на ускорителях элементарных частиц) требуют применения релятивистской механики.
Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации. Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно — или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит — то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает. Закон всемирного тяготения Ньютона говорит нам, что между любыми двумя телами во Вселенной существует сила взаимного притяжения. С этой точки зрения Земля вращается вокруг Солнца, поскольку между ними действуют силы взаимного притяжения. Общая теория относительности, однако, заставляет нас взглянуть на это явление иначе. Согласно этой теории, гравитация — это следствие деформации («искривления») упругой ткани пространства-времени под воздействием массы (при этом чем тяжелее тело, например Солнце, тем сильнее пространство-время «прогибается» под ним и тем, соответственно, сильнее его гравитационное поле). Представьте себе туго натянутое полотно (своего рода батут), на которое помещен массивный шар. Полотно деформируется под тяжестью шара, и вокруг него образуется впадина в форме воронки. Согласно общей теории относительности, Земля обращается вокруг Солнца подобно маленькому шарику, пущенному кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром — Солнцем. А то, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является, по сути чисто внешнем проявлением искривления пространства-времени, а вовсе не силой в ньютоновском понимании. На сегодняшний день лучшего объяснения природы гравитации, чем дает нам общая теория относительности, не найдено. Проверить общую теорию относительности трудно, поскольку в обычных лабораторных условиях ее результаты практически полностью совпадают с тем, что предсказывает закон всемирного тяготения Ньютона. Тем не менее несколько важных экспериментов были произведены, и их результаты позволяют считать теорию подтвержденной. Кроме того, общая теория относительности помогает объяснить явления, которые мы наблюдаем в космосе, — например, незначительные отклонения Меркурия от стационарной орбиты, необъяснимые с точки зрения классической механики Ньютона, или искривление электромагнитного излучения далеких звезд при его прохождении в непосредственной близости от Солнца. На самом деле результаты, которые предсказывает общая теория относительности, заметно отличаются от результатов, предсказанных законами Ньютона, только при наличии сверхсильных гравитационных полей. Это значит, что для полноценной проверки общей теории относительности нужны либо сверхточные измерения очень массивных объектов, либо черные дыры, к которым никакие наши привычные интуитивные представления неприменимы. Так что разработка новых экспериментальных методов проверки теории относительности остается одной из важнейших задач экспериментальной физики.
Небесные тела находятся в непрерывном движении и изменении. Десятки тысяч лет назад небо Земли украшали фигуры других созвездий, миллиарды лет назад вообще еще не было Земли, Луны, планет, Солнца, многих звезд и галактик. Когда и как именно они произошли, наука стремится выяснить, изучая небесные тела и их системы. Раздел астрономии, занимающийся проблемами происхождения и эволюции небесных тел, называется космогонией. Современные научные космогонические гипотезы – результат физического, математического и философского обобщения многочисленных наблюдательных данных. В космогонических гипотезах в значительной мере находит свое отражение общий уровень развития естествознания. Дальнейшее развитие науки, обязательно включающее в себя астрономические наблюдения, подтверждает или опровергает эти гипотезы. Подтверждаются те гипотезы, которые не только могут объяснить известные из наблюдений факты, но и предсказать новые открытия. Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находится в созвездии Ориона, он включает в себя туманность в Орионе, более плотные газово-пылевые облака и другие объекты. Представим себе холодное газово-пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях. Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в протозвезде еще не происходят термоядерные реакции, то есть в ней нет еще основного источника энергии обычных звезд. Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протозвезды температура ее недрах станет порядка 107 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды. Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Чем больше масса звезды, тем при большей температуре достигается равновесие. Поэтому у массивных звезд большие светимости. Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда проводит большую часть своей жизни. Именно в этой стадии эволюции находятся звезды, которые располагаются на главной последовательности диаграммы «спектр – светимость». Таких звезд больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды, массы которых в несколько раз больше массы Солнца, эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу – миллиарды лет. Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 * 107 К, гелий начнет превращаться в углерод (с последующим образованием все более тяжелых химических элементов). Светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превратится в красного гиганта или сверхгиганта. Многие звезды не сразу становятся стационарными гигантами, а некоторое время пульсируют, как бы проходя в своем развитии стадию цефеид. Заключительный этап жизни звезды, как и вся ее эволюция, решающим образом зависит от массы звезды. Внешние слои звезд, подобных нашему Солнцу (но с массами, не большими 1,2 массы Солнца), постепенно расширяются и в конце концов совсем покидают ядро звезды. На месте гиганта остается маленький и горячий белый карлик. Белых карликов в мире звезд много. Это значит, что многие звезды превращаются в белых карликов, которые затем постепенно остывают, становясь «потухшими звездами». Иная судьба у более массивных звезд. Если масса звезды примерно вдвое превышает массу Солнца, то такие звезды на последних этапах своей эволюции теряют устойчивость. В частности, они могут взорваться как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами (которые образовались внутри звезды и во время ее взрыва), а затем катастрофически сжаться до размеров шаров радиусом в несколько километров, то есть превратиться в нейтронные звезды. Внутри звезд в ходе термоядерных реакций может образоваться до 30 химических элементов, а во время взрыва сверхновых – остальные элементы периодической системы. Из обогащенной тяжелыми элементами межзвездной среды образуются звезды следующих поколений. Если масса звезды вдвое превышает массу Солнца, то такая звезда, потеряв равновесие и начав сжиматься, либо превратится в нейтронную звезду, либо вообще не сможет достигнуть устойчивого состояния. В процессе неограниченного сжатия (коллапса) она, вероятно, способна превратиться в черную дыру. Такое название связано с тем, что могучее поле тяготения сжавшейся звезды не выпускает за ее пределы никакое излучение (свет, рентгеновские лучи и т.д.). Поэтому черную дыру нельзя увидеть ни в каком диапазоне электромагнитных волн. Дальнейшее развитие науки покажет, какие из сегодняшних представлений о происхождении галактик и звезд окажутся правильными. Но нет сомнения в том, что звезды рождаются, живут, умирают, а не есть однажды созданные и вечно неизменные объекты Вселенной; звезды рождаются группами, причем процесс звездообразования продолжается в настоящее время. 2. Современные представления о происхождении планет. Проблема происхождения планет – очень сложная и далеко еще не решенная проблема, во многом зависящая от развития не только астрономии, но и других естественных наук (прежде всего наук о Земле). Дело в том, что пока можно исследовать только единственную планетарную систему, окружающую наше Солнце. Как выглядят более молодые и более старые системы, вероятно существующие вокруг других звезд, неизвестно. Чтобы правильно объяснить происхождение планет, необходимо также знать, как образовалось Солнце и другие звезды, потому что планетарные системы возникают вокруг звезд в результате закономерных процессов развития материи.
3. Строение, происхождение и эволюция Вселенной с точки зрения современной науки. Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся Вселенная бесконечна и вечна, так как она является вечно самодвижущейся материей. Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Поэтому не будет ошибкой сказать, что любая наука так или иначе изучает Вселенную, точнее, те или иные её стороны. С развитием кибернетики в различных областях научных исследований приобрели большую популярность методики моделирования. Сущность этого метода состоит в том, что вместо того или иного реального объекта изучается его модель, более или менее точно повторяющая оригинал или его наиболее важные и существенные особенности. Модель не обязательно вещественная копия объекта. Построение приближенных моделей различных явлений помогает нам всё глубже познавать окружающий мир. Так, например, на протяжении длительного времени астрономы занимались изучением однородной и изотропной (воображаемой) Вселенной, в которой все физические явления протекают одинаковым образом и все законы остаются неизменными для любых областей и в любых направлениях. Изучались так же модели, в которых к этим двум условиям добавлялось третье - неизменность картины мира. Это означает, что в какую бы эпоху мы не созерцали мир, он всегда должен выглядеть в общих чертах одинаково. Эти во многом условные и схематические модели помогли осветить некоторые важные стороны окружающего нас мира. Но! Как бы сложна ни была та или иная теоретическая модель, какие бы многообразные факты она ни учитывала, любая модель – это еще не само явление, а только более или менее точная его копия, так сказать, образ реального мира. Поэтому все результаты, полученные с помощью моделей Вселенной, необходимо обязательно проверять путем сравнения с реальностью. Нельзя отождествлять само явление с моделью. Нельзя без тщательной проверки, приписывать природе те свойства, которыми обладает модель. Ни одна из моделей не может претендовать на роль точного «слепка» Вселенной. Это говорит о необходимости углубленной разработки моделей неоднородной и не изотропной Вселенной. Звезды во Вселенной объединены в гигантские Звездные системы, называемые галактиками. Звездная система, в составе которой как рядовая звезда находится наше Солнце, называется Галактикой. Число звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путьсветлая серебристая полоса звездопоясывает всё небо, составляя основную часть нашей Галактики. Млечный путь наиболее ярок в созвездии Стрельца, где находятся самые мощные облака звезд. Наименее ярок он в противоположной части неба. Из этого нетрудно сделать заключение, что солнечная система находится не в центре Галактики, который от нас виден в направлении созвездия Стрельца. Наша Галактика занимает пространство, напоминающее линзу или чечевицу, если смотреть на нее сбоку. Размеры Галактики были замечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Этоцефеиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк (Парсек (пк) – расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1?. 1 Парсек = 3,26 светового года = 206265 а.е. = 3*1013 км.) или 100000 световых лет (световой год – расстояние, пройденное светом в течение года), но четкой границы у нее нет, потому что звездная плотность постепенно сходит на нет. В центре Галактики расположено ядро диаметром 10002000 пк – гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10000 пк (30000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков, что препятствует визуальным и фотографическим наблюдениям этого интереснейшего объекта Галактики. В состав ядра входит много красных гигантов и короткопериодических цефеид. Звезды верхней части главной последовательности, а особенно сверхгиганты и классические цефеиды, составляют более молодые население. Оно располагается дальше от центра и образует сравнительно тонкий слой или диск. Среди звезд этого диска находится пылевая материя и облака газа. Субкарлики и гиганты образуют вокруг ядра и диска Галактики сферическую систему. Масса нашей галактики оценивается сейчас разными способами и равна 2*1011 масс Солнца (масса Солнца равна 2*1030 кг.) причем 1/1000 ее заключена в межзвездном газе и пыли. Поперечник нашей Галактики составляет 100000 световых лет. Путем кропотливой работы московский астрономом В.В. Кукарин в 1944 г. нашел доказательства спиральной структуры Галактики, причем оказалось, что мы живем в пространстве между двумя спиральными ветвями, бедном звездами. В некоторых местах на небе в телескоп, а кое где даже невооруженным глазом, можно различить тесные группы звезд, связанные взаимным тяготением, или звездные скопления. Существует два вида звездных скоплений: рассеянные и шаровые. Рассеянные скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и сверхгигантов со слабой концентрацией к центру. Шаровые же скопления состоят обычно из десятков или сотен звезд главной последовательности и красных гигантов. Иногда они содержат короткопериодические цефеиды. Размер рассеянных скоплений – несколько парсек. Размер шаровых скоплений с сильной концентрацией звезд к центру – десяток парсек. Известно более 100 шаровых и сотни рассеянных скоплений, но в Галактике последних десятки тысяч. Кроме звезд в состав Галактики входит еще рассеянная материя, чрезвычайно рассеянное вещество, состоящее из межзвездного газа и пыли. Оно образует туманности. Туманности бывают диффузными (клочковатой формы) и планетарными. Пример: газопылевая туманность в созвездии Ориона и темная пылевая туманность Конская голова. Расстояние до туманности в созвездии Ориона равно 500 пк, диаметр центральной части туманности – 6 пк, масса приблизительно в 100 раз больше массы Солнца. Во Вселенной нет ничего единственного и неповторимого в том смысле, что в ней нет такого тела, такого явления, основные и общие свойства которого не были бы повторены в другом теле, другими явлениями. Внешний вид галактик чрезвычайно разнообразен, и некоторые из них очень живописны. Эдвин Пауэлла Хаббл (18891953), выдающийся американский астроном – наблюдатель, избрал самый простой метод классификации галактик по внешнему виду, и, нужно сказать, что хотя впоследствии другими выдающимися исследователями были внесены разумные предложения по классификации, первоначальная система, выведенная Хабблом, по прежнему остаётся основой классификации галактик. Хаббл предложил разделить все галактики на 3 вида: 1. Эллиптические – обозначаемые Е (elliptical); 2. Спиральные (Spiral); 3. Неправильные – обозначаемые (irregular). Эллиптические галактики внешне невыразительные. Они имеют вид гладких эллипсов или кругов с постепенным круговым уменьшением яркости от центра к периферии. Ни каких дополнительных частей у них нет, потому что эллиптические галактики состоят из второго типа звездного населения. Они построены из звезд красных и желтых гигантов, красных и желтых карликов и некоторого количества белых звезд не очень высокой светлости. Отсутствуют белоголубые сверхгиганты и гиганты, группировки которых можно наблюдать в виде ярких сгустков, придающих структурность системе, нет пылевой материи, которая, в тех галактиках где она имеется, создаёт темные полосы, оттеняющие форму звездной системы . Внешне эллиптические галактики отличаются друг от друга в основном одной чертой – большим или меньшим сжатием (NGG и 636, NGC 4406, NGC 3115 и др.) С несколько однообразными эллиптическими галактиками контрастируют спиральные галактики, являющиеся может быть даже самыми живописными объектами во Вселенной. У эллиптических галактик внешний вид говорит о статичности, стационарности. Спиральные галактики, наоборот, являют собой пример динамики формы. Их красивые ветви, выходящие из центрального ядра и как бы теряющие очертания за пределами галактики, указывает на мощное стремительное движение. Поражает также многообразие форм и рисунков ветвей. Как правило, у галактики имеются две спиральные ветви, берущие начало в противоположных точках ядра, развивающимися сходным симметричным образом и теряющимися в противоположных областях периферии галактики. Однако известны примеры большего, чем двух числа спиральных ветвей в галактике. В других случаях спирали две, но они неравны – одна значительно более развита, чем вторая. Примеры спиральных галактик: М31, NGC 3898, NGC 1302, NGC 6384, NGC 1232 и др. Перечисленные до сих пор типы галактик характеризовались симметричностью форм, определенным характером рисунка. Но встречаются большое число галактик неправильной формы, без какойлибо закономерности структурного строения. Хаббл дал им обозначение от английского слова irregular – неправильные. Неправильная форма у галактики может быть вследствие того, что она не успела принять правильной формы изза малой плотности в ней материи или изза молодого возраста. Есть и другая возможность: галактика может стать неправильной вследствие искажения формы в результате взаимодействия с другой галактикой. Повидимому, эти оба случая встречаются среди неправильных галактик и с этим связано разделение неправильных галактик на 2 подтипа: первый подтип характеризуется сравнительно высокой яркостью и сложностью неправильной структуры (NGM 25744, NGC 5204). Французский астроном Вакулер в некоторых галактиках этого подтипа, например, Магеллановых облаках, обнаружил признаки спиральной разрушенной структуры. неправильные галактики другого подтипа отличаются очень низкой яркостью. Эта черта выделяет их из среды галактик всех других типов. В то же время она препятствует обнаружению этих галактик, вследствие чего удалось выявить только несколько галактик этого типа, расположенных сравнительно близко (галактика в созвездии Льва.). Только 3 галактики можно наблюдать невооруженным глазом: Большое Магелланово облако, Малое Магелланово облако и Туманность Андромеды. Вращающаяся звездная система по истечении некоторого срока должна принять форму шара. Такой вывод следует из теоретических исследований. Он подтверждается на примере шаровых скоплений, которые вращаются и имеют шарообразную форму. Если же звездная система сплюснута, то это означает, что она вращается. Следовательно, должны вращаться и эллиптические галактики, за исключением тех из них, которые шарообразны. Вращение происходит вокруг оси, которая перпендикулярна главной плоскости симметрии. Галактика сжата вдоль оси своего вращения. Впервые вращение галактик обнаружил в 1914 г. американский астроном Слайфер. Особый интерес представляют галактики с резко повышенной светимостью. Их принято называть радиогалактиками. Наиболее выдающаяся галактикаЛебедь?. Это слабая двойная галактика с чрезвычайно тесно расположенными друг к другу компонентами, являющимися мощнейшим дискретным источником. Объекты, подобные галактике Лебедь?, безусловно, очень редки в метагалактике, но Лебедь? не единственный объект подобного рода во Вселенной. Они должны находиться на громадном расстоянии друг от друга (более 200Мпс). Поток проходящего от них радиоизлучения в виду большого расстояния слабее, чем от источника Лебедь?. Несколько ярких галактик, входящих в каталог NGC, также можно отнести к разряду радиогалактик, потому что их радиоизлучение аналогично сильное, хотя оно значительно уступает по энергии световому. Из этих галактик NGC 1273, NGC 5128, NGC 4782 и NGC 6186 являются двойными. ОдиночныеNGC 2623 и NGC 4486. Когда английские и австралийские астрономы, применив интерференционный метод, в 1963 г. определили с большой точностью положения значительного числа дискретных источников радиоизлучения, они одновременно определили и другие угловые размеры некоторого числа радиоисточников. Диаметры большинства из них исчислялись минутами или десятками секунд дуги, но у 5ти источников, а именно у 3С48, 3С147, 3С196, 3С273 и 3С286, размеры оказались меньше секунды дуги. Поток их радиоизлучения не уступал по величине радиоизлучению других дискретных источников, превосходящих их по площади излучения в десятки тысяч раз. Эти источники радиоизлучения были названы квазарами. Сейчас их открыто более 1000. Блеск квазара не остается постоянным. Массы квазаров достигают миллиона солнечных масс. Источник энергии квазаров до сих пор не ясен. Есть предположения, что квазары – это исключительно активные ядра очень далеких галактик. Теоретическое моделирование имеет важное значение так же и для выяснения прошлого и будущего наблюдаемой Вселенной. В 1922 г. А.А. Фридман занялся разработкой оригинальной теоретической модели Вселенной. Он предположил, что средняя плотность не является постоянной, а меняется с течением времени. Фридман пришел к выводу, что любая достаточно большая часть Вселенной, равномерно заполненная материей, не может находиться в состоянии равновесия: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Еще в 1917 г. В.М. Слайфер обнаружил «красное смещение» спектральных линий в спектрах далёких галактик. Подобное смещение наблюдается тогда, когда источник света удаляется от наблюдателя. В 1929 г. Э. Хаббл объяснил это явление взаимным разбеганием этих звездных систем. Явление «красного смещения» наблюдается в спектрах почти всех галактик, кроме ближайших (нескольких). И чем дальше от нас галактика, тем больше сдвиг линий в её спектре, т.е. все звездные системы удаляются от нас с огромными скоростями в сотни, тысячи десятки тысяч километров в секунду; более далекие галактики обладают и большими скоростями. А после того, как эффект «красного смещения» был обнаружен и в радиодиапазоне, то не осталось никаких сомнений в том, что наблюдаемая Вселенная расширяется. В настоящее время известны галактики, удаляющиеся от нас со скоростью 0,46 скорости света, а сверхзвезды и квазары – 0,85 скорости света. Но почему они движутся, расширяются? На галактики постоянно действует какаято сила. В отдаленном прошлом материя в нашей области Вселенной находилась в сверхплотном состоянии. Затем произошел «взрыв», в результате которого и началось расширение. Чтобы выяснить дальнейшую судьбу метагалактики, необходимо оценить среднюю плотность межзвездного газа. Если она выше 10 протонов на 1м3, то общее гравитационное поле метагалактики достаточно велико, чтобы постепенно остановить расширение. И оно сменяется сжатием. Возникли два мнения по поводу состояния Метагалактики до начала расширения. Согласно одному из них первоначальное вещество метагалактики состояло из «холодной» смеси протонов, т.е. ядер атомов водорода, электронов и нейтронов. Согласно второй, температура была очень велика, а плотность излучения даже превосходила плотность вещества. Но после открытия в 1965 г. реликтового излучения А. Пензиасом и Р. Вилсоном, предпочтение было отдано второй теории. После была предпринята попытка представить ход событий на первых стадиях расширения Метагалактики: через 1сек. после начала расширения сверхплотной исходной плазмы плотность вещества снизилась до 500 кг/ см3, а t=1013 Со. В течении следующих 100сек. плотность снизилась до 50 г/см3, температура упала. Объединились протоны и нейтроны => ядра гелия. При t=4000о это продолжалось несколько сотен тысяч лет. Затем, после того, как образовались атомы водорода, началось постепенное формирование горячих водородных облаков, из которых образовались галактики и звезды. Однако в процессе расширения могли сохраниться сгустки сверхплотного дозвездного вещества, а в процессе их распада образовались звезды и галактики. Не исключено, что действовали оба механизма. Понятие Метагалактика не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно звездам, группирующиеся в рассеянные и шаровые скопления, также объединяются в группы и скопления различной численности. Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой (или нашей Вселенной). В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разряженным межгалактическим газом, пронизывается космическими лучами, в нем существуют магнитные и гравитационные поля, и, возможно, невидимые массы веществ. От наиболее удаленных метагалактических объектов свет идет до нас много миллионов лет. Но всетаки нет оснований утверждать, что метагалактикаэто вся Вселенная. Возможно, существуют другие, пока не известные нам метагалактики. В 1929 г. Хаббл открыл замечательную закономерность, которая была названа «законом Хаббла» или законом «красного смещения»: линии галактик смещены к красному концу, причем смещение тем больше, чем дальше находится галактика. Объяснив красное смещение эффектом Доплера, ученые пришли к выводу о том, что расстояние между нашей и другими галактиками непрерывно увеличивается. Хотя, безусловно, галактики не разлетаются во все стороны от нашей галактики, которая не занимает никакого особого положения в Метагалактике, а происходит взаимное удаление всех галактик. Следовательно, Метагалактика не стационарна. Открытие расширения Метагалактики свидетельствует о том, что в прошлом Метагалактика была не такой как сейчас и иной станет в будущем, т.е. Метагалактика эволюционирует. По красному смещению определены скорости удаления галактик. У многих галактик они очень велики, соизмеримы со скоростью света. Самым большими скоростями (более 250 000 км/с) обладают некоторые квазары, которые считаются самыми удаленными от нас объектами Метагалактики. Мы живем в расширяющейся Метагалактике. Расширение Метагалактики проявляется только на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Метагалактика имеет одну особенность: не существует центра, от которого разбегаются галактики. Удалось вычислить промежуток времени с начала расширения Метагалактики. Он равен 2013 млрд. лет. Расширение Метагалактики является самым грандиозным из известных в настоящее время явлений природы. Это открытие произвело коренное изменение во взглядах философов и ученых. Ведь некоторые философы ставили знак равенства между Метагалактикой и Вселенной, и пытались доказать, что расширение Метагалактики подтверждает религиозное представление о божественности происхождения Вселенной. Но Вселенной известны естественные процессы, по всей вероятности это взрывы. Есть предположение, что расширение Метагалактики также началось с явления, напоминающего колоссальный взрыв вещества, обладающего огромной температурой и плотностью. Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что после начала расширения вещество Метагалактики имело высокую температуру и состояло из элементарных частиц (нуклонов) и их античастиц. По мере расширения изменилась не только температура и плотность вещества, но и состав входивших в него частиц, т.е. многие частицы и античастицы аннигилировали, порождая при этом электромагнитные кванты. Эта теория называется теорией «горячей Вселенной», когда сверхплотное вещество превратилось в вещество с близкой плотностью к плотности воды. Через несколько часов плотность почти сравнялась с плотностью нашего воздуха, а сейчас, по истечении миллиардов лет, оценка средней плотности вещества в Метагалактике приводит к значению порядка 1028 кг/м3. Великий немецкий ученый , философ Кант (17241804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной и представлял Вселенную бесконечной в особом смысле. Он обосновал возможности и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях – начиная с планетной системы и кончая миром туманности. Эйнштейн совершил радикальную научную революцию, открыв теорию относительности. В статье от 30.06.1905 г., заложившей основы специальной теории относительности, Эйнштейн, обобщая принципы относительности Галилея, провозгласил равноправие всех инерциальных систем отсчета не только в механических, но также в электромагнитных явлениях. Специальная или частная теория относительности Эйнштейна явилась результатом обобщения механики Галилея и электродинамики Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения близких к скорости света. Впервые принципиально новые космологические следствия общей теории относительности раскрыл выдающийся советский математик и физиктеоретик Александр Фридман (18881925 гг.). Фридман привел две модели Вселенной. Вскоре эти модели нашли удивительно точное подтверждение в непосредственных наблюдениях движений далёких галактик в эффекте «красного смещения» в их спектрах. Этим Фридман доказал, что вещество во Вселенной не может находиться в покое. Своими выводами Фридман теоретически способствовал открытию необходимости глобальной эволюции Вселенной. Существует несколько теорий эволюции: Теория пульсирующей Вселенной утверждает, что наш мир произошел в результате гигантского взрыва. Но расширение Вселенной не будет продолжаться вечно, т.к. его остановит гравитация. По этой теории наша Вселенная расширяется в течение 18 млрд. лет со времени взрыва. В будущем расширение полностью замедлится и произойдет остановка, а затем она начнёт сжиматься до тех пор, пока вещество опять не сожмется и произойдет новый взрыв. Теория стационарного взрыва: согласно ей Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Она все время пребывает в одном и том же состоянии. Постоянно идет образование нового водоворота, чтобы возместить вещество удаляющихся галактик. Вот по этой причине Вселенная всегда одинакова, но если Вселенная, начало которой положил взрыв, будет расширяться до бесконечности, то она постепенно охладится и совсем угаснет. Но пока ни одна из этих теорий не доказана, т.к. на данный момент не существует каких либо точных доказательств хотя бы одной из них. Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности, связывающего скорости удаления внегалактических объектов и расстояние до них, составляющее 60 км/(с* Мпк), приводит к значению времени расширения метагалактики до современного состояния17 млрд. лет.
Формирование звёздных и планетных систем жүктеу/скачать 0.55 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|