Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки
Реликтовое фотонное излучение присутствует во Вселенной до сих пор, оно было обнаружено в 1964 г. До сих пор сохраняется и соотношение между гамма-фотонами и протонами и нейтронами (гамма-фотонов в 1 млрд раз больше).
4. После фотонной с появлением атомов H и He началась звездная эра.
67. Эволюция Вселенной и фундаментальные постоянные
Согласно современным представлениям наша Вселенная расширяется и состоит из: 1) светящегося вещества (галактики, звезды, планеты, межзвездный газ, представляющий собой пыль из атомов водорода, гелия и примесей других элементов), которое являет собой барионную форму существования материи; 2) реликтового излучения (фотонов); 3) темной (скрытой) материи, вещества, свойства которого неизвестны, но его масса в несколько раз превышает количество известной материи.
В 1950-е гг. была разработана модель стационарной Вселенной (модель Хойла), исследующая процессы взаимопревращения вещества и антивещества. В 1992 г. появилась модель «холодной» Вселенной (модель Зельдовича), в середине 1990-х гг. – модель Альфена , который уделяет внимание всей совокупности процессов (не только гравитационным) – гравитации, магнитогидродинамике, электромагнетизму, плазменным процессам. Согласно этой модели, Вселенная состоит из плазмы, а реликтовое излучение – это микроволновой фон, окружающий плазму.
Все теории учитывают, что во Вселенной существует тонкая подстройка, то есть совокупность случайностей, которые привели к существованию и становлению той Вселенной, в которой мы живем. Совокупность случайностей привела и к появлению разумной жизни. Но случайности базируются на известных физических законах и открытых учеными фундаментальных постоянных: скорости света, гравитационной постоянной, постоянной Планка, заряде электрона, массе электрона, массе протона, массе нейтрона, системе трех координат, безразмерной энтропии вселенной (S ~ 109).
Фундаментальные постоянные имеют строго количественное значение (выражение); любое изменение их численных значений создает другой мир, отличающийся от нашего: 1) если увеличить значение постоянной Планка на 15 %, протоны не смогут соединяться с нейтронами, то есть невозможен первичный нуклеосинтез; 2) если уменьшить или увеличить гравитационную постоянную на 10 %, то в первом случае все звезды станут красными карликами, во втором – белыми и голубыми.
Тонкая подстройка Вселенной свидетельствует, что: 1) физические характеристики материи Вселенной определяются числовыми значениями физических постоянных; 2) незначительное изменение фундаментальных постоянных приводит к невозможности существования наблюдаемой Вселенной.
68. Ячеистая структура Вселенной
Теория Большого Взрыва (модель Гамова) была для своего времени передовой, она объясняла многие явления, включая эксперименты Хаббла, предсказала открытие реликтового излучения, но в некоторых областях оказалась бессильной. Она не могла объяснить ни скручивания галактик, ни их «блиновидной» формы, особенно в случае однообразного крупномасштабного закручивания; ни образования космических вихрей, скорость которых достигает 100–300 км/с.
Некоторые открытия укрепили теорию (экспериментальное обнаружение реликтового излучения), некоторые добавили вопросов. Среди таких открытий – обнаружение в конце XX в. ячеистой структуры Вселенной, выражающееся в том, что существуют образования, похожие на своего рода соты, и по границе ячеек фиксируется вещество, а внутренняя часть либо пуста, либо несет неизвестную (скрытую) материю, характер и свойства которой неизвестны. Размеры ячеек огромны, объем каждой около 1 млн кубических парсеков.
Современная теория считает, что вещество во Вселенной распределено однородно и изотропно. Существование ячеек с пустотой или неизвестно чем внутри вызывает сомнение в изотропности Вселенной. Модель Гамова не дает ответов, почему так, откуда эти ячейки и что в них.
Но достоинства теории перевешивали ее недостатки, и на основе этой модели появились новые, дополненные и улучшенные: модель «раздувающейся Вселенной», модель Альфена, образование вихрей объясняет теория газодинамического образования вихрей (тем, что при столкновении «блинов» образуется ударная волна, которая и закручивает галактики в одну сторону) и т. д.
Модель «раздувающейся Вселенной», или, как ее называют, теория инфляции, была создана в 1980-е гг. Гутом. Теория построена на достижениях последних экспериментов с элементарными частицами и учитывает ячеистую структуру Вселенной. Она гласит, что Вселенная возникла из ничего, из физического вакуума, в котором не было вещества, но имелась огромная энергия, заключенная в ячейке физического вакуума. Отсутствие вещества (и как следствие – отсутствие гравитации) позволило ячейке за 10-35 секунды раздуться до размеров метагалактики, после чего через 10-31 секунды энергия перешла в вещество (создала вещество). Вывод: вещество порождено вакуумом и исчезнет в вакууме.
69. Антропный принцип
Антропный принцип был сформулирован в 1958 г. Г. Идлисом (СССР) и основывался на понятии точной подстройки Вселенной. Но если точная подстройка исследовала возможность или невозможность существования Вселенной, подобной нашей, при сохранении фундаментальных постоянных, то Идлиса больше интересовало, насколько возможно возникновение углеродной жизни при перемене констант. В результате проведенных расчетов выяснилось, что фундаментальные постоянные имеют именно те значения, при которых становится возможным существование во вселенной живых углеродных систем, а любое отклонение от констант может породить жизнь, но это будет жизнь, построенная на других принципах (например, на основе кремния или меди и т. п). Выяснилось, что интервал изменения констант, который «разрешает» существовать разумной жизни, очень мал. Отклонения фундаментальных постоянных от существующих автоматически убивают возможность появления жизни. Антропным принцип был назван, поскольку изучение констант проводилось с точки зрения формирования разумной жизни, то есть человека в том виде, в каком он существует.
В 1974 г. Картер разделил положения принципа на сильную и слабую версию.
Слабая версия антропного принципа показывает возможность создания благоприятных локальных условий для появления человека во Вселенной: то, что мы предполагаем наблюдать, должно ограничиваться условиями, необходимыми для существования человека в качестве наблюдателя развития вселенной, поскольку в мире с другими свойствами, человек бы не появился (то есть свойства Вселенной таковы, что в ней могла появиться жизнь и разум).
Сильная версия антропного принципа утверждает необходимость: человек не просто наблюдает Вселенную, но придает ей смысл существования; человек не просто является мерой всех вещей, но и их творцом, то есть Вселенная должна быть такой, чтобы в ней в результате эволюции обязательно появился бы человек как наблюдатель, то есть необходимые условия закладываются при зарождении Вселенной.
Антропный принцип гласит:
• Применимость физических законов и фундаментальных постоянных пока ограничена ближним космосом; действуют ли они во всей Вселенной, неизвестно.
• Существующие физические законы с физическими постоянными предполагают только углеродную жизнь с водой в качестве растворителя.
70. Химическая эволюция Земли и биогенез
В процессе развития Земли из-за вращения шло распределение химических элементов: более тяжелые скопились в мантии и ядре, более легкие – в земной коре, а самые легкие образовали гидросферу и атмосферу. Земля стала разогреваться за счет вулканической деятельности, первопричиной которой является естественная радиоактивность, то есть процессы ядерного распада, идущие в недрах планеты. В результате вулканической деятельности образовалась первичная атмосфера Земли, которая была восстановительной: CO2, NH, HCN, CH4, H2O, но кислорода как такового в атмосфере не было. Он появился около 2 млрд лет назад вследствие зарождения простейшей жизни: микроорганизмы, поглощая углекислый газ в процессе фотосинтеза, стали производить кислород, и в атмосфере Земли произошли резкие качественные изменения. За последние 200 млн лет состав атмосферы почти не изменился – 78 % азота, 21 % кислорода и меньше процента инертных газов (в основном аргона) и сотые доли процента – углекислого газа.
Вопросами возникновения органической жизни занимается эволюционная химия , которая видит ответ в самоорганизации химических элементов, которые из набора органогенов С, Н, О, N, Р, S и 12 химических элементов Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co в определенных условиях создали органические соединения – аминокислоты и белки. В 1964 г. Руденко создал теорию саморазвития открытых каталитических систем, известную как общая теория хемо– и биогенеза. Он считал, что эволюции способствовали вещества-катализаторы, ускоряющие изменения химических систем: на первом этапе изменялись неорганические химические вещества, потом возникли органические вещества и затем – органическая жизнь. Когда период интенсивных и разнообразных химических превращений сменился периодом биологической эволюции, химическая эволюция застыла и затормозилась. Поворотным моментом в истории развития жизни является кембрийская эра, когда на смену одноклеточным пришли многоклеточные живые существа. Появление многоклеточных называется иначе «кембрийским взрывом» , поскольку за 3–5 млн лет появились все известные типы живых организмов.
