Астрономиявключва изучаването на не само звезди, но и движението на всички небесни и космически тела, както и тяхната връзка помежду си, развитие, структура и произход.

От древни времена хората започнаха да изучават структурата Вселена. Смята се, че първите астрономически станции са мистериозните египетски пирамиди и пирамидите на древните маи. Може би те са знаели повече за звездите от съвременните астрономи и астрофизици. Дори древните жители на Китай и Вавилон редовно са наблюдавали звездите. Благодарение на изучаването на небесните тела се появиха първите календари.

И сега, след като се озовах в планетариум, ние сме във възторг от необятните простори на Вселената. И ако видите изкуствено създадени по-рано звездии тяхното движение беше възможно само в областните градове (и дори тогава не във всички), след като посетихте планетариума, но сега, благодарение на появата на най-новите технологии, можете да посетите мобилен цифров планетариум в почти всеки град. Уникалните технологии вече позволяват буквално за един час да се създаде мобилен (преносим, ​​мобилен) дигитален планетариумза 20-30 човека. Освен това ефектът от това, което видяха, е просто невероятен, особено за деца, които дойдоха на такова шоу за първи път. астрономия. В допълнение към галактики, звезди, съзвездия, планети и малки небесни тела, дигиталните планетариуми ви позволяват да проектирате върху вашия купол и разнообразие от филми, естествено свързани с астрономията. Невероятно, красиво и впечатляващо!!!

С развитието на астрономията и появата на телескопа изучаването на звездното небе стана много по-лесно. Идеята, че Земята е абсолютно плоска планетарна форма, беше опровергана от Коперник и светът се обърна с главата надолу за една нощ. Небето започва да интересува хората все повече и повече. Как е възникнала Вселената? Има ли живот на други планети? Как се е появил животът на самата Земя? Ще могат ли хората да летят в космоса? Тези и други въпроси измъчват учените от векове.

Много производни са се появили от астрономиянауки като астрометрия, астрология, астробиология, астрофизика и много други. Хората научиха за съществуването на нови планети, изследва цялата слънчева система, летя в космоса, посети луната. И най-важното, научихме, че светът не е ограничен, че Вселената е безкрайна и че в нейните безкрайни простори живеят не само обикновени звезди и планети, че има много други космически тела и че хората може би не са сами.

Има повече от трилион в цялата Вселена галактики, и има милиарди или повече слънчеви системи и безкраен брой звезди и планети, на които може да има живот. всеки планетитрябва да има спътник; някои планети може да имат повече от двадесет от тях. Има няколко вида галактики: лещовидни, джуджета, елиптични и други. Галактиката, която включва нашата слънчева система, се нарича Млечен път. И принадлежи към спиралата галактикис джъмпер. Получил името си преди много хиляди години от древногръцката легенда за Зевс, съпругата му Хера и неговия незаконен син Херкулес. Астрономите също научиха това звездиИма различни видове и ние ги разделихме на типове, както и на подвидове. Звездите са неутронни, джуджета с различни цветове, гиганти и свръхгиганти, протозвезди и свръхнови. Те получиха такива имена поради разликите в яркостта, цвета, размера и температурата. всеки звездасе ражда и умира. След смъртта си някои звезди се превръщат в някакви черни дупки. Звездите се раждат от мъглявини - междузвездни космически облаци, състоящи се главно от газ, плазма и космически прах.

Световната астрономическа наука се развива все повече всяка година, погледът й се устремява все по-напред към ръба на Вселената (може би тя съществува). Сега хората мечтаят за завладяването и колонизирането на нови планети и за контакт с други междугалактически и междузвездни, евентуално съществуващи цивилизации.

Кой знае, може би след стотици или хиляди векове, или може би, най-вероятно, дори по-рано, след десет години, астрономите най-накрая ще могат да направят това.

Средно общо образование

Астрономия (10-11)

Големи астрономически открития: от времето на Галилей до наши дни

Материалът е подготвен въз основа на уебинар от астрофизик, доктор на физико-математическите науки, изследовател в SAI MSU, професор от Руската академия на науките Сергей Борисович Попов.

Скъпи колеги! В съответствие със заповедта на Министерството на образованието и науката на Руската федерация № 506 от 7 юни 2017 г. „За изменения във федералния компонент на държавните образователни стандарти за начално общо, основно общо и средно (пълно) общо образование, одобрен със заповед на Министерството на образованието на Руската федерация от 5 март 2004 г. курсът по астрономия става задължителен за изучаване в гимназията. Можете да прочетете пълния текст на заповедта.

Астрономията е наука за наблюдение, основното в нея са откритията, в резултат на които се променят старите представи. Не всички открития са неочаквани; например, последните открития - бозона на Хигс и гравитационните вълни - бяха предшествани от дълга подготовка. Но все пак астрономическите открития като правило са неочаквани, противни на здравия разум, променяйки предишната картина на света. Кой от тях може да бъде сред десетте най-велики в историята на човечеството?

1. Откритията на Галилей: петна на Слънцето, планини на Луната, спътници на Юпитер, фази на Венера, звезди в Млечния път

През 17 век хората за първи път погледнали през телескоп и мнозина видели какво се случва в небето. Но Галилей се отнася най-отговорно към наблюденията, затова откритията са маркирани с неговото име. Стана ясно, че Земята не е центърът на въртене на всичко в света. Слънцето, първо, също се върти, и второ, самото то е несъвършено: има петна по него! Несъвършенството на ключовия космически обект от онова време порази най-вече съвременниците на Галилей. Стана ясно, че Луната не е идеална сфера. Новината за фазите на Венера доказа въртенето на Венера около Слънцето, тоест Коперник беше прав. И по-нататък: Млечният път се оказа много бледи звезди и това промени наивното отношение към видимия свят: човешкото око не е подходящо за възприемане на всичко, което съществува, не всичко може да се види и разбере без инструменти.

През 1837 г. за първи път са направени надеждни измервания на годишния паралакс. Руският астроном Василий Яковлевич Струве (1793-1864) извършва тези измервания за най-ярката звезда в Северното полукълбо, Вега (лира). Почти едновременно в други страни бяха определени паралаксите на още две звезди, едната от които беше Кентавър. Тази звезда, която не се вижда от руска територия, се оказа най-близката до нас. Дори нейният годишен паралакс беше само 0,75". Под този ъгъл тел с дебелина 1 mm се вижда с невъоръжено око от разстояние 280 m, следователно не е изненадващо, че толкова малки ъглови премествания не могат да бъдат забелязани. Повече информация - Астрономия. 11 клас. Учебник (Line UMK B. A. Vorontsov-Velyaminov)

4. Междузвездна среда

Астрономите от началото на 20-ти век си представят междузвездна празнина, позволяваща наличието на междузвезден прах. През 1904 г. Йохан Хартман успява да получи спектър, да анализира радиацията и да открие газ: междузвездната среда съществува. Това затруднява наблюдението. Без това знание би било невъзможно да се изгради правилна диаграма на нашата Галактика.

Безплатни учебни материали:

5. Светът на галактиките

Дори преди 100 години хората не са били сигурни в съществуването на различни галактики. Известният дебат между Къртис и Шели за мъглявините не завърши с нищо и едва по-късно беше потвърдено, че Къртис е прав: гигантските мъглявини са други галактики. През 20-те години на миналия век Едуин Хъбъл открива следи от няколко галактики и е на една крачка от откриването на разширяването на галактиките.

7. CMB радиация

През 60-те години на 20-ти век стана надеждно известно, че цялата Вселена се разширява: преди във всяка точка плътността беше по-голяма и температурата беше по-висока. Кое е по-важно - количеството или температурата? Учените Алфер и Гамов доказаха, че радиацията, която доминираше след термоядрената реакция, не изчезна, беше много лесно да се открие (това беше шумът през радиоантените, с които всички се сблъскаха), но беше необходимо да го разпознаем и да го наречем : космическо микровълново фоново лъчение. Астрономите имат друг инструмент за изучаване на Вселената. Илюстрация: Г. Гъмов на снимка от учебникАстрономия. 11 клас. Учебник (Линия UMK B. A. Воронцов-Вельяминов )

През 1948 г. в трудовете на Георгий Антонович Гъмов (1904-1968) и неговите сътрудници е изложена хипотезата, че материята във Вселената в началните етапи на разширяване има не само висока плътност, но и висока температура. Така, 0,1 s след началото на разширяването, температурата беше около 3 1010 K. При такава висока температура взаимодействието на високоенергийни фотони, от които имаше много в горещото вещество, доведе до образуването на двойки от всички известни частици и античастици: електрон - позитрон, неутрино - антинеутрино и т.н. Когато тези двойки се унищожат, фотоните се раждат отново, а протоните и неутроните, взаимодействайки с тях, се превръщат един в друг. Повече информация - Астрономия. 11 клас. Учебник (Line UMK B. A. Vorontsov-Velyaminov)

8. Неутронни звезди

Отваряни са няколко пъти. Неутронната звезда е звезда, при която природата е спряла да се променя. Те включват цялата физика; те са свързани с изучаването на радиопулсари, регистрация на гравитационни вълни, точно време, теория за поведението на веществата при висока плътност, процеси в силно магнитно поле.

Излъчването на пулсар (вид неутронна звезда, която се излъчва в тесен конус, се вижда от наблюдател само когато по време на въртенето на звездата този конус е насочен към него като светлина на фар. Субстанцията на пулсарите се състои от неутрони, образувани, когато са плътно притиснати един към друг от гравитационните сили. Диаметрите на такива неутронни звезди са само 20-30 km, а плътността им е близка до ядрената и може да надхвърли 1018 kg/m3, така че неутронните звезди са един от тези обекти във Вселената, които дават възможност на учените да изследват поведението на материята при условия, които все още са недостижими в земните лаборатории. Повече информация - Астрономия 11 клас.

Основното откритие от края на 20 век. Това са планети, които обикалят около друга ярка звезда, което ги прави трудни за виждане. Първият е открит през 1995 г. Те са напълно различни от нас, гигантски газови планети, които се въртят около звездата си много бързо, един кръг за няколко часа. Вероятно са се образували някъде далеч и след това някак са били привлечени от звездата - но как? Защо? Има много тайни.

Сега усилията на учените са насочени към търсене на планети, които са подобни по размер и маса на Земята и са разположени близо до звездите, което да осигури условията на повърхността на планетата, необходими за съществуването на живот. За тази цел беше изстрелян космическият кораб Кеплер, на който беше монтиран фотометър, чиято чувствителност беше 10–5. Тя ви позволява да забележите отслабването на потока светлина от звезда, причинено от преминаването на планети през нейния диск, само с една стохилядна от него. Повече информация - Астрономия. 11 клас. Учебник (Line UMK B. A. Vorontsov-Velyaminov)

10. Ускорено разширяване на Вселената

Когато се говори за бъдещето на Вселената, се предлагат различни сценарии. Вселената се разширява, но гравитацията предотвратява това. Всичко зависи от това дали плътността на веществото е достатъчна или не. Може би ще се разшири и ще стане постоянен в дългосрочен план? Учените предположиха, че има НЕЩО във Вселената, което я принуждава да се разширява, действа някакъв вид отблъскване, антигравитация. През 1998 г. е открита тъмната енергия (при експлозията на бели суперджуджета) - 70% от околната среда е свързана с тъмна енергия, която е компонент на плътността (условие за гравитация).

Изследванията разкриват, че по своята същност тъмната енергия е практически хомогенна, за разлика от другите два компонента на Вселената - "обикновената" и тъмната материя, които са разпределени неравномерно в космическото пространство, образувайки звезди, галактики и други обекти . Можем да предположим, че тъмната енергия е свойство на самото пространство. Повече информация - Астрономия. 11 клас. Учебник (Line UMK B. A. Vorontsov-Velyaminov)

Не са включени в списъка:тъмна материя и черни дупки, космически лъчи и неутрино, появата на спектралния анализ, всички вълнови наблюдения, квазари. Защото тези явления все още не са напълно разкрити. И ако говорим за преподаване на астрономия, ще запомним: съдържанието на тази дисциплина остарява и се променя много бързо - стабилен учебник едва ли е възможен.

Записала Людмила Кожурина

*От май 2017 г. Корпорацията за руски учебници обединява издателската група "ДРОФА-ВЕНТАНА", издателство "Астрел", компанията "ДРОФА - ново училище" и дигиталната образователна платформа "ЛЕКТА". Основната мисия на корпорацията е цялостна подкрепа за учителите в Русия, създаването на най-добрите учебници, образователни решения и социално значими проекти. Заедно с учителите ние помагаме да се положат основите за успешно бъдеще за руските деца на всички нива на предучилищно и училищно образование.

Московски комитет по образование
Московски градски педагогически университет
КАТЕДРА ФИЗИЧЕСКА ГЕОГРАФИЯ И ЕКОЛОГИЯ

„Промени в газовия състав на атмосферата в миналото и настоящето“

резюме по ОБЩА НАУКА
Студент 1-ва година гр. 3 "Б"
Яковлева М.Л.
Ръководител: чл. учител Клевкова И.В.

Москва
2001

ВЪВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………..…3

I. ВЪНШЕН ВИД НА АТМОСФЕРАТА………………………………………………………………………………….4
1) Произход на Земята;
2) Появата на атмосферата;
3) Значението на атмосферата;

II. СЪЕДИНЕНИЕ
АТМОСФЕРИ…………………………………………………………………………….5
1) Първичен състав;
2) Настоящ състав;
3) Тенденции на промяна;

III. ПРИЧИНИ И ПОСЛЕДСТВИЯ
ПРОМЕНИ В СЪСТАВА НА АТМОСФЕРАТА………………………………..11
1) Причини
а) антропогенни въздействия;
б) природни влияния;
2) Последици
а) разрушаване на озоновия екран;
б) глобално затопляне;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………15

СПИСЪК
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………………..16

ВЪВЕДЕНИЕ

Атмосферата е газовата обвивка на Земята, благодарение на нея е възможно възникването и по-нататъшното развитие на живота на нашата планета. Значението на атмосферата за Земята е колосално – атмосферата ще изчезне, планетата ще изчезне. Но напоследък от телевизионните екрани и говорителите на радиото все по-често чуваме за проблема със замърсяването на въздуха, за проблема с разрушаването на озоновия слой и за вредното въздействие на слънчевата радиация върху живите организми, включително хората. Тук и там се случват екологични бедствия, които имат различна степен на отрицателно въздействие върху земната атмосфера, засягайки пряко нейния газов състав. За съжаление трябва да признаем, че с всяка година човешка промишлена дейност атмосферата става все по-малко подходяща за нормалното функциониране на живите организми.

В моята работа се стремя да разгледам цялата история на земната атмосфера, а именно нейния газов състав, като се започне от момента на формирането и се стигне до нашето време. В същото време се докоснахме до началния етап от развитието на атмосферата, първичния и текущия газ, както и причините и последствията от неговата промяна.

Основната задача на работата е да се идентифицира динамиката на промените в съдържанието на различни газове в атмосферата във времето и да се посочат онези влияещи фактори, които служат като катализатори в тези процеси.

I. ВЪНШЕН ВИД НА АТМОСФЕРАТА

1. Раждането на Земята.

Преди да говорим за произхода на планетата Земя, е необходимо да подчертаем въпроса за произхода на цялата слънчева система като цяло. „Имануел Кант (1755) вярва, че слънчевата система е възникнала по време на еволюционното развитие на студена прахова мъглявина, като Слънцето се е образувало в центъра и планетите в периферните части“ (3). Френският математик Лаплас също се придържа към същата теория. Но имаше и други версии за формирането на слънчевата система. Според теорията на О.Ю. Шмид, планетите са се образували в резултат на изхвърлянето на огромна изпъкналост от Слънцето, което е резултат от сблъсък на Слънцето с някакъв космически обект. Според третата теория Слънцето е било заловено от облак, в резултат на което са се образували планети.

„Повечето учени смятат, че Слънцето и планетите са се образували преди около 4,6 милиарда години от огромен облак от твърди, малки частици и газове, наречен мъглявина. Твърди частици и част от газа са останали от бивши звезди, които вече са изчезнали. Подчинявайки се на собствената си вътрешна гравитация, мъглявината започна да се върти и свива. Частици материя, сблъскващи се с невероятна скорост в центъра на мъглявината, отделят толкова много топлина, че се ражда искрящата звезда Слънце. Останалата част от мъглявината образува пръстен около Слънцето, сблъсъците на частици в който доведоха до образуването на планети. За известно време планетите бяха горещи” (2). Така се е образувала нашата планета, заедно с други.

2. Появата на атмосферата.

Възрастта на атмосферата обикновено се приравнява към възрастта на самата планета Земя - приблизително 5000 милиона години. В началния етап на формирането си Земята се затопли до впечатляващи температури. „Ако, както смятат повечето учени, новообразуваната Земя е била изключително гореща (имала е температура от около 9000 °C), тогава повечето газове, съставляващи атмосферата, биха я напуснали. Докато Земята постепенно се охлажда и втвърдява, газовете, разтворени в течната земна кора, ще излязат от нея” (8). От тези газове се формира първичната земна атмосфера, благодарение на която възникването на живота става възможно.

II.. СЪСТАВ НА АТМОСФЕРАТА.

1. Първичен състав.

Веднага след като Земята се охлади, около нея се образува атмосфера от отделените газове. За съжаление, не е възможно да се определи точният процент на елементите в химичния състав на първичната атмосфера, но може да се предположи, че газовете, включени в нейния състав, са били подобни на тези, които сега се отделят от вулканите - въглероден диоксид, вода пари и азот. „Вулканичните газове под формата на прегрята водна пара, въглероден диоксид, азот, водород, амоняк, киселинни изпарения, благородни газове и кислород образуват протоатмосферата. По това време не е настъпило натрупване на кислород в атмосферата, тъй като той е изразходван за окисляване на киселинни изпарения (HCl, SiO 2, H 2 S)” (1).

Има две теории за произхода на най-важния химичен елемент за живота – кислорода. Когато Земята се охлади, температурата падна до около 100° C, по-голямата част от водните пари се кондензираха и паднаха на земната повърхност като първия дъжд, което доведе до образуването на реки, морета и океани - хидросферата. „Водната обвивка на Земята предостави възможност за натрупване на ендогенен кислород, превръщайки се в негов акумулатор и (когато е наситен) доставчик на атмосферата, която по това време вече е била изчистена от вода, въглероден диоксид, киселинни изпарения и други газове в резултат на това от минали дъждовни бури“ (1).

Друга теория гласи, че кислородът се е образувал по време на фотосинтезата в резултат на жизнената дейност на примитивните клетъчни организми, когато растителните организми се заселват по цялата Земя, количеството кислород в атмосферата започва бързо да нараства. Много учени обаче са склонни да разглеждат и двете версии без взаимно изключване.

2. Настоящ състав.

Химичният състав на атмосферата днес (фиг. 1) е доминиран от азот и кислород. Представянето на елементи като въглероден диоксид, аргон и други инертни газове е много малко, общо около 1%, но минимална промяна в съдържанието им може да окаже сериозно влияние върху живота на нашата планета.

Фиг. 1 Химичен състав на атмосферата (Неклюкова, 1976).

Доминиращи газове. Нека разгледаме свойствата на химичните елементи, доминиращи в състава на земната атмосфера.

Кислород. Кислородът е един от основните газове в атмосферата (почти 21%), най-важният за живота на планетата. „Атмосферата съдържа около 10 15 тона свободен кислород, докато в земната кора вероятно има повече от 10 19 тона“ (1). Най-често срещаният елемент на Земята (фиг. 2).

Ориз. 2 Съотношението на кислорода и другите химични елементи на Земята (Бгатов, 1985).

Благодарение на него е възможно дишането на живите организми. Кислородът е химически активен и лесно реагира с много химични елементи и съединения. Известни са три изотопа на кислорода - 16 O, 17 O, 18 O. При нормални условия съдържанието им в атмосферата е съответно 99,74, 0,04 и 0,20. „Най-силният окислител е триатомното съединение на кислорода - озон (O 3). Той представлява незначителна примес в атмосферата” (4). На надморска височина от приблизително 22 - 25 km озонът достига своята максимална концентрация - озонов екран, който абсорбира ултравиолетовото лъчение от Слънцето (0,29 микрона), което е разрушително за всички живи същества.

Азот. „Азотът е един от основните компоненти на органичната материя и поради факта, че е много по-малко химически активен от кислорода, са необходими специални условия за образуването на азотни съединения и за усвояването му от живите организми. Тези условия все още не са достатъчно проучени” (4). Азотът е най-разпространеният газ в атмосферата, около 78%. „Атмосферният азот играе огромна роля в геохимичните процеси, като активно участва в диференциацията на минералната материя, от една страна, и в синтеза на органични вещества, от друга. Последното се осигурява от биохимични реакции. Известно е, че азотът участва във фотосинтезата, синтеза на протеини и нуклеинови киселини. Следователно без азот животът във формата, в която го познаваме, е невъзможен” (1).

въглерод. Въглеродът в земната атмосфера е представен главно от въглероден диоксид (CO2). Въглеродният диоксид е необходим на растенията, защото те го използват за дишане. Съдържанието на CO 2 в атмосферата също влияе върху топлинния баланс на Земята. Човешката дейност (изгаряне на въглища и нефт) води до увеличаване на концентрацията му.

Водна пара Водните пари играят основна роля в образуването на парниковия ефект. Водната пара предава късовълнова слънчева радиация и поглъща дълговълнова радиация от Земята. С него е свързано формирането на облачни системи.

3. Тенденции на промяна.

„Няма консенсус относно естеството и природата на промените в състава на атмосферата през последните 1000 милиона години. Геоложките процеси (вулканична дейност, образуване на варовик и въглища) би трябвало да имат определено влияние върху състава на атмосферата. И има причина да се смята, че през последните 300 милиона години количеството кислород и въглероден диоксид, тъй като тези газове са свързани с гореспоменатите процеси, е варирало значително спрямо настоящите нива" (4).

Ориз. 3 „Графика на нарастването на съдържанието на CO 2 в атмосферата през периода от 19 до 20 век. (Неклюкова 1976).

Тази промяна в съдържанието на CO 2, разбира се, е причинена от човешката дейност - изгаряне на въглища (фиг. 3). „От 1900 г. количеството изгорено гориво се удвоява на всеки 10 години. Тъй като въглищата се състоят от 90% въглерод, който се свързва с кислород по време на горене, количеството въглероден диоксид в атмосферата се увеличава” (8).

Съдържанието на парникови газове в атмосферата пряко зависи от периодите на затопляне на нашата планета (фиг. 4). „Установена е връзка между периодите на затопляне и съдържанието на въглероден диоксид и метан в атмосферата. Преди 18 хиляди години, по време на ерата на максимално заледяване, когато ледената черупка покриваше цялата северна половина на Европа и Северна Америка, съдържанието на парникови газове беше по-ниско” (5).

„През последните 850 години на Земята е имало пет ледникови епохи, през които температурите на Земята са паднали с 3°C под настоящите температури“ (7).

По принцип повече или по-малко силни промени в газовия състав на атмосферата настъпиха през последните два века, тъй като през този период човечеството направи значителни стъпки в своето техническо развитие. Настъпването на НТР (Научно-техническата революция) оказа особено силно въздействие върху атмосферата. „Човешките дейности започват да влияят на атмосферата в началото на 19 век. поради развитието на тежка

Ориз. 4 Температурни колебания на Земята през последните 850 000 години

(Мирская, 1997).

индустрия. Димът от хиляди фабрични комини и саждите от милиони въглищни камини в градските къщи изпълниха небето със смог. Проблемът със смога все още съществува в много страни” (7).

ориз. 5 Концентрация на атмосферен CO 2 (Kostitsyn, 1984).

III. ПРИЧИНИ И ПОСЛЕДСТВИЯ ОТ ПРОМЕНИТЕ В ГАЗОВИЯ СЪСТАВ НА АТМОСФЕРАТА.

1. Причини.

Има много причини за промени в газовия състав на атмосферата - първата и най-важна е човешката дейност. Второто, колкото и да е странно, е дейността на самата природа.

а) антропогенно въздействие. Човешката дейност има разрушителен ефект върху химическия състав на атмосферата. По време на производството в околната среда се отделят въглероден диоксид и редица други парникови газове. Особено опасни са емисиите на CO 2 от различни фабрики и предприятия (фиг. 5). „Всички големи градове като правило лежат в слой гъста мъгла. И не защото често се намират в низини или близо до вода, а поради кондензационни ядра, концентрирани над градовете. На някои места въздухът е толкова замърсен с частици от изгорели газове и промишлени емисии, че велосипедистите са принудени да носят маски. Тези частици служат като кондензационни ядра за мъглата”(7). Изгорелите газове на автомобилите, съдържащи азотен оксид, олово и големи количества въглероден диоксид (въглероден диоксид) също имат пагубен ефект.

Една от основните характеристики на атмосферата е наличието на озонов екран. Фреоните - химически елементи, съдържащи флуор, се използват широко в производството на аерозоли и хладилници, имат силно въздействие върху озоновия екран, унищожавайки го.

„Всяка година тропическите гори се изсичат за пасища на площ, равна на размера на Исландия, главно в басейна на река Амазонка (Бразилия). Това може да доведе до намаляване на валежите, защото... намалява количеството влага, изпарена от дърветата. Обезлесяването също допринася за засилването на парниковия ефект, тъй като растенията абсорбират въглероден диоксид” (7).

б) естествено влияние. И природата дава своя принос в историята на земната атмосфера, главно като я замърсява. „Огромни маси прах се вдигат във въздуха от пустинните ветрове. Носи се на големи височини и може да пътува много далеч. Да вземем същата Сахара. Най-малките частици скали, издигнати във въздуха тук, покриват хоризонта, а Слънцето блести през прашното одеяло” (6). Но не само ветровете са опасни.

През август 1883 г. на един от островите на Индонезия избухна бедствие - избухна вулканът Кракатау. В същото време в атмосферата бяха изхвърлени около седем кубически километра вулканичен прах. Ветровете разнасяха този прах на височина 70-80 км. Само години по-късно този прах се улегна.

Появата на огромни количества прах в атмосферата също е причинена от падането на метеорити на Земята. Когато ударят земната повърхност, те издигат огромни маси прах във въздуха.

Също така периодично се появяват и изчезват озонови дупки в атмосферата – дупки в озоновия екран. Много учени смятат това явление за естествен процес на развитие на географската обвивка на Земята.

2. Последици.

Поради промишлените дейности на човека и природата земната атмосфера е замърсена от различни вещества, вариращи от прах до сложни химични съединения. Резултатът от това е преди всичко глобалното затопляне и разрушаването на озоновия екран на планетата. „Малките промени в химията на атмосферата изглеждат незначителни за атмосферата като цяло. Но трябва да се припомни, че редките газове, които изграждат атмосферата, могат да имат значително въздействие върху климата и времето“ (8).

а) Озонов екран. Разрушаването на озоновия щит възниква под въздействието на флуорсъдържащи компоненти, които се съдържат в аерозоли и хладилници. Веднъж попаднали в атмосферата, те влизат в химическа реакция с озона, унищожавайки го. Разрушаването на озоновия екран води до неизбежната смърт на целия живот на планетата от ултравиолетовото лъчение на Слънцето.

б) Затопляне на климата. „Някои учени, например, смятат, че през последните години, с увеличаването на въглеродния диоксид, топлинният баланс на атмосферата се е променил, защото Земята започна да абсорбира повече инфрачервена радиация, загубата на топлина от Земята в космоса намаля, и средната температура на естествения слой въздух се повишава. Някои изследователи изчисляват повишаването на температурата с 0,01°C годишно. Това показва тясна връзка между температурата на Земята и химическия състав на атмосферата” (8). Повишаването на температурите води до затопляне на климата, което води до топенето на ледниците в Антарктика и Антарктида и в резултат на това покачване на морското равнище и наводняване на крайбрежните райони.

Глобалното затопляне е възможно в резултат на парниковия ефект. „Поради парниковия ефект ще има забележимо изместване на климатичните зони. В резултат на това някои големи региони на света ще станат по-топли и по-сухи, докато други ще станат по-топли и по-влажни” (5).

Таблица 1. Прогноза за затопляне на температурата на Земята (Maksakovsky, 1996).

Ориз. 6 Графика на температурното затопляне на Земята (Mirskaya, 1997).

Според данните (табл. 1, фиг. 6) може да се предположи, че до 2050 г. температурата на Земята ще се повиши средно с 2 градуса, така че спокойно можем да говорим за глобално затопляне на климата на планетата Земя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В резултат на извършената работа са установени редица закономерности, възникващи в резултат на промени в газовия състав на атмосферата.
Съставът на атмосферата не остава постоянен, а се променя с течение на времето, чувствително реагирайки на събития и явления, случващи се на земната повърхност. Химическият състав на първичната атмосфера е коренно различен от състава на атмосферата в наши дни.

В резултат на активната промишлена човешка дейност значителни промени в газовия състав на атмосферата настъпиха едва през последните два века, но дори толкова кратък период от време беше достатъчен за силно замърсяване на атмосферата и началото на разрушаването на озонов екран на планетата.

Основната последица от всички тези промени е глобалното затопляне на климата на Земята. Установено е, че до около 2050 г. средната годишна температура ще се повиши с два градуса, което би трябвало да доведе до покачване на морското равнище и наводняване на крайбрежните зони на континентите.

Тъжно е да осъзнаем това, но тенденциите са депресиращи. През следващите 1000 години е възможно силно засилване на парниковия ефект и следствието от това ще бъде не само стопяването на вековните бедняци, но и измирането на живите организми.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Бгатов В.И. История на кислорода в земната атмосфера. – М.: Недра, 1985.

2. Грабам С. Около света. – Ню Йорк: Kingfisher, 1995.

3. Неклюкова Н.П. Обща география. – М.: Образование, 1976.

4. Костицин В.А. Еволюция на биосферната атмосфера и климат. – М.: Наука, 1984.

5. Максаковски В.П. Географска картина на света. – Ярославъл: Книгоиздателство Вехне-Волжское, 1996.

6. Мезенцев В.А. Енциклопедия на чудесата. – М.: Знание, 1983.

7. Мирская Е. Времето, - Лондон: Dorling Kindersley Limited, 1997.

8. Чандлър Т. Въздухът около нас. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Московски комитет по образованието Московски градски педагогически университет КАТЕДРА ПО ФИЗИЧЕСКА ГЕОГРАФИЯ И ЕКОЛОГИЯ „Промени в газовия състав на атмосферата в миналото и настоящето“ реферат по ОБЩА НАУКА ЗА ЗЕМЯТА от студент първа година, g

Катедрата по астрономия в университета в Санкт Петербург е една от най-старите в Русия. Създадена е през януари 1819 г. Първият ръководител на катедрата е академик В.К. Вишневски, след него повече от 40 години е зает от академик А.Н. През 1881 г. с усилията на професор S.P. Glazenap в университета е основана Астрономическата обсерватория, която през 1992 г. е преобразувана в Астрономически институт.

През годините са учили, работили в Астрономическия отдел - В.А.Соболев, В.В.Огородников и др. Отделът се гордее с факта, че двама от възпитаниците му - академиците В.А.Амбарцумян и А.А.

В момента астрономическият отдел на Факултета по математика и механика на университета в Санкт Петербург се състои от Астрономическия институт и три отдела: астрономия, небесна механика и астрофизика. Институтът включва лаборатории по теоретична астрофизика, наблюдателна астрофизика, активни галактически ядра, астрометрия, небесна механика и звездна астрономия, радиоастрономия и слънчева физика. В института и отделите работят около 80 учени, включително 21 доктори и 43 кандидати на науките.

Научните и учебни лаборатории на катедрата са оборудвани със съвременна техника. Специалната астрономическа библиотека, наброяваща около 20 000 единици, получава много руски научни периодични издания и големи астрономически списания от чужбина. Всички ресурси се използват както от служители, така и от студенти и студенти от Астрономическия отдел.

Университетските астрономи провеждат наблюдения на много телескопи в Русия, близо и далеч в чужбина: на 6-метров оптичен телескоп и на 600-метров радиотелескоп на Специалната астрофизична обсерватория на Руската академия на науките, на телескопи в Пулковската и Кримската обсерватории , както и на големи телескопи във Франция, Германия, Италия и дори на Хавайските острови. Сътрудничеството с водещи световни астрономически институции се превърна в неразделна част от живота на университетските астрономи.

Астрономически изследвания

Съвременната астрономия изучава голямо разнообразие от обекти - от съседната Луна и изкуствени небесни тела до квазари, разположени на "ръба" на Вселената. Това са звезди, големи и малки планети, техните спътници, галактики и квазари, прахови и газови облаци, радиация, гравитационни и магнитни полета, както и космически лъчи. Вселената е уникална физическа лаборатория, която позволява да се изучава материята във всички състояния, включително тези, които са недостъпни за изследване с помощта на методите на „земната“ физика.

Много области на астрономическите изследвания са представени в университета в Санкт Петербург. Нека изброим най-важните:

• фрактална структура на Вселената
• галактики с активни ядра
• скрита маса в галактиките
• спирална структура на нашата Галактика
• кинематика на звездите
• взаимодействие на радиация и материя в различни космически обекти
• синтез на химични елементи в звездите
• звезди с протопланетни системи
• слънчево радио излъчване
• динамика на междупланетната материя
• еволюция на орбитите в планетарни и сателитни системи
• математически методи за обработка на астрономически наблюдения
• изчисляване на дизайна на телескопа и оптиката

По правило научните изследвания се извършват в тясно сътрудничество със служители на институции на Руската академия на науките: Главна (Пулковска) астрономическа обсерватория, Специална астрофизична обсерватория и др., Както и чуждестранни институти и обсерватории.

Всяка година университетските астрономи публикуват 1-2 книги и около 90 статии, половината от които в международни научни списания. Постиженията на астрономите на университета са отбелязани с престижни награди, голям брой лични и колективни стипендии и многобройни покани за руски и международни научни конференции. Имената на нашите учени са на картите на Луната и Марс. В чест на астрономическата обсерватория на Ленинградския университет е кръстен астероидът Аолута, 9 други са кръстени на изключителни астрономи от университета.

Обучение по астрономия

По традиция в университета водещи учени изнасят лекции и работят със студенти и студенти. Процесът на обучение на студентите може да бъде разделен на два етапа:

• на първия етап се изучават основни математически, физически и астрономически дисциплини, както и програмиране,
• във втория акцентът е върху обучението по една от осемте специализации (астрометрия, небесна механика, звездна астрономия, теоретична астрофизика, наблюдателна астрофизика, радиоастрономия, слънчева физика, физика на планетарните системи).

Общата продължителност на обучението в Астрономическия факултет на Санкт Петербургския университет е 6 години.

След като изберат специализация, старшите студенти слушат лекции и участват в семинари в различни области на съвременната астрономия, например: космическа астрометрия, динамика на звездните системи, физика и еволюция на звездите, физика на галактиките и галактическите купове, радиоастрономически изследвания на Слънце, релативистка и стохастична небесна механика и др.

Особено място в обучението на студентите заемат астрономическите наблюдателни практики, част от които се провеждат в най-големите обсерватории и институти у нас, в близката и далечна чужбина. В процеса на обучение се обръща голямо внимание на активното развитие на компютърните технологии. Това се улеснява от високото ниво на оборудване на Астрономическия институт както със съвременна изчислителна техника, така и с най-новите компютърни програми за обработка на астрономически наблюдения и моделиране на космически обекти.

Студентите и докторантите от катедра "Астрономия" се занимават пряко с научни изследвания под ръководството на старши колеги. Това е изключително важно за формирането на висококвалифицирани специалисти, способни да водят научна работа на световно ниво.

Астрономическият факултет на Държавния университет в Санкт Петербург предоставя фундаментално образование, което може да се приложи в голямо разнообразие от области на човешката дейност. Завършилите астрономическия отдел работят в астрономическите институции на Санкт Петербург - Главната (Пулковска) астрономическа обсерватория, Института по приложна астрономия, Астрономическия институт на Санкт Петербургския университет, както и в институти и обсерватории в Русия и страните от ОНД . Значителен брой завършили студенти преминават стажове и работят в чужбина: в Германия, САЩ, Франция, Швеция, Финландия, Полша и други страни. Освен научна дейност, възпитаниците на катедрата се изявяват като преподаватели в елитни училища и университети, програмисти и специалисти в областта на компютърните и мрежови технологии. След дипломирането си студентите могат да влязат в аспирантура, за да продължат научната работа и да защитят дисертация.

Според експерти в нашата ера обемът на научната информация за природните явления се удвоява на всеки 10-12 години. И това, очевидно, не е просто регистриране на интересен факт, а отражение на обективния закон на развитието на обществото на сегашния му етап. Следователно, за да вървим в крак с прогреса, е необходимо да се осигури развитие на науката с точно такова ускорение.

„В епоха, когато все повече се проявява ролята на науката като пряка производителна сила“, каза генералният секретар на ЦК на КПСС Л. И. Брежнев на 24-ия конгрес на КПСС, „главното вече не са нейните индивидуални постижения, независимо колко блестящи могат да бъдат те, но високо научно и техническо ниво на цялото производство“ [Материали на XXIV конгрес на КПСС. М., 1971, стр. 56].

Без наука такива фундаментални проблеми, пред които е изправено съвременното човечество, като изследване на космоса, опазване на околната среда, разработване и създаване на нови енергийни източници и др., не могат да бъдат успешно решени.

Днес прогресът на науката се превърна в един от водещите фактори, определящи съдбата на цялото човечество. В частност, в нашата страна науката се превърна в един от основните източници на повишаване на материалния жизнен стандарт на хората, тя оказва все по-голямо влияние върху всички аспекти на живота на съветските хора.

В ерата на научно-техническата революция ролята на фундаменталните научни изследвания - изследването на най-дълбоките, всеобхватни, фундаментални закони на света около нас - се е увеличила неизмеримо.

Това е фундаменталното изследване, което в крайна сметка причинява най-значимите революционни промени в технологията и производството.

„Ние знаем много добре“, каза генералният секретар на ЦК на КПСС Л. И. Брежнев в доклада на ЦК на КПСС на XXV партиен конгрес, „че целият поток на научно-техническия прогрес ще пресъхне, ако не се захранва непрекъснато чрез фундаментални изследвания” [Материали на XXV конгрес на КПСС. М., 1976, стр. 48].

Науката вече е разбрала много в изучаването на фундаменталните свойства на Вселената, но Вселената е безкрайно разнообразна и, както правилно отбеляза един древен мъдрец, колкото по-широк е кръгът на нашите знания, толкова по-голяма е линията на контакт с неизвестното.

Но за да се проникне в това неизвестно днес при сегашното ниво на нашето познание, е необходимо да се изследва материята в нейните крайни състояния.

Огромни температури от десетки и стотици милиони градуси. Огромни налягания от десетки и стотици милиони атмосфери. Чудовищни ​​плътности от стотици милиони и милиарди тонове на кубичен сантиметър. Гигантски енергии, сравними с енергията на експлозията на термоядрен заряд с маса, равна на десетки хиляди слънчеви маси. Космически вакуум...

Това са физическите условия, чието изследване е необходимо за напредъка на съвременната наука. Но, разбира се, е невъзможно да се възпроизведат такива условия в земните лаборатории.

И все пак съществува лаборатория, в която се реализират такива необичайни състояния на материята. Това е една безкрайно разнообразна лаборатория на Вселената.

„Трябва да се признае“, подчертава известният теоретичен физик Р. Дике, че по принцип както физикът, така и неговите инструменти са толкова здраво свързани с останалата част от Вселената, толкова органично потопени в нея, че дори тяхното умствено разделяне е невъзможно. ”

Според образния израз на доктора на физико-математическите науки Н. В. Мицкевич, съвременните физици, за да проникнат по-нататък в тайните на природата, трябваше да „поставят“ в своите лаборатории звезда, галактика и дори Вселената.

Именно тези обстоятелства обясняват непрекъснато нарастващия интерес към изучаването на Вселената, особено на различните физически процеси в космоса.

Представите за Вселената винаги са били най-важният компонент на научната картина на света. Неслучайно в продължение на много векове науката за Вселената - астрономията е била "лидерът" на естествените науки. По-специално астрономическите наблюдения послужиха като първоначална основа за откриването на законите на механиката и закона за всемирното привличане, т.е. за изграждане на основите на класическата физика.

Впоследствие физиката излезе на преден план, създавайки такива фундаментални теории, които са от фундаментално значение за разбирането на света около нас, като квантовата механика и теорията на относителността.

В наше време значението на астрофизичните изследвания се е увеличило. Ако по-рано тази област на астрономията, която се занимава с изучаването на физическата природа на явленията, случващи се в далечните и недостъпни дълбини на космоса, изглеждаше най-абстрактната и отделена от реалния живот, днес именно тази област е придобила най-голям практически интерес.

Ако преброим фундаменталните открития, направени през последните десетилетия в различни области на науката, ще открием, че астрофизиката заема едно от първите места в съвременното естествознание по този показател.

Благодарение на развитието на фундаментално нови средства за изучаване на космически явления и изключителни открития, направени в дълбините на космоса, благодарение на неограничената възможност да се извлича уникална информация от безкрайно разнообразната естествена лаборатория на Вселената, сега, очевидно, изгрява нова ера в развитието на природните науки, ера, в която астрофизика ще заеме водеща позиция.

„Науката постигна значителен напредък в изучаването на Вселената, включително звездите, галактическите ядра, процесите, протичащи на Слънцето, космическите лъчи“, отбелязва вицепрезидентът на Академията на науките на СССР, академик В. А. Котелников. Фундаменталните открития на съвременната астрофизика, свързани с възможностите за наблюдение в нови диапазони от електромагнитни вълни, изясниха някои аспекти от еволюцията на звездите и галактиките. Вселена.

По-нататъшното развитие на астрономическите наблюдения както от повърхността на Земята, така и с помощта на космически кораби и изкуствени спътници ще позволи да се получава все по-пълна информация за много явления във веригата на космическата еволюция, за мистериозни астрофизични обекти.

Вселената е част от света

Естествената наука не изучава цялата материя, а само отделни нейни страни, които се определят от характера на човешката дейност. Сега отново ще трябва да се върнем към този въпрос във връзка с необходимостта да разберем какво точно трябва да разбираме под понятието „Вселена“.

Да започнем с това, че в научнопопулярната и научната литература непрекъснато се срещат изрази като „началото на Вселената“, „границите на Вселената“, „когато Вселената не е съществувала“...

Подобни изрази предизвикват естествено недоумение: ако Вселената е имала начало, значи не е вечна? Но в този случай какво да правим с едно от основните положения на материализма за вечността на Вселената?

За да разберем по-добре това, нека се опитаме да си представим разговор между двама въображаеми герои - любител на астрономията и философ, занимаващ се с методологически проблеми на науката за Вселената.

Любителски. Само преди няколко години, докато четях научно-популярна литература по астрономия, ясно разбрах какво се има предвид под понятието „Вселена“. Но напоследък съм напълно объркан. Може би сега Вселената се разбира като нещо друго?

Философ. Какво мислите, че е било разбирано от Вселената преди?

Любителски. Ако не греша, винаги се е смятало, че Вселената е „всичко, което съществува“.

Философ. Терминът „съществуване“ обаче е доста двусмислен. И следователно е необходимо да се изясни за какъв вид съществуване говорим.

Любителски. Ами като цяло за всичко, което съществува във Вселената.

Философ. Не мислите ли обаче, че това създава порочен кръг: „Вселената” е това, което съществува във „Вселената”?

Любителски. Да наистина...

Философ. И вероятно едва ли има смисъл да считаме за съществуващо нещо, за съществуването на което нямаме информация.

Любителски. Разбирам... Тогава очевидно трябва да се счита за съществуващо това, което може да се наблюдава пряко с помощта на съвременни средства за научно изследване.

Философ. Това вече е нещо по-определено. Но преди да приемем вашето предложение, нека първо се опитаме да го анализираме. Ако сме съгласни с вашето определение, то в сравнително близкото минало под Вселена трябваше да разбираме „звездната Вселена“, т.е. нашата Галактика. И сега, когато познаваме други галактики, част от „Голямата Вселена“, Метагалактиката.

Любителски. Ами... Явно е така.

Философ. Може би всичко би било наред, ако не беше едно „но“. За съжаление и физиката, и астрономията вече са ни убедили, че наблюдаваме ост - много ненадежден критерий за съществуване.

Любителски. Не разбирам какво имаш предвид.

Философ. Мога да обясня. Както е известно, поради крайната скорост на разпространение на електромагнитните вълни, ние наблюдаваме всички космически обекти със закъснение, толкова по-значително, колкото по-далеч са те. Да кажем, че добре познатата Полярна звезда се намира на разстояние от около 500 светлинни години - което означава, че я виждаме такава, каквато е била преди около пет века. При такива условия можем ли безусловно да твърдим, че той съществува, въз основа на факта, че го наблюдаваме днес? Вероятно съществува, тъй като в рамките на 500 светлинни години е малко вероятно нещо драстично да се случи на звезда от този тип. И все пак това е само една възможност. Но има нестационарни космически обекти, където дълбоки качествени промени настъпват за относително кратки периоди от време, буквално в рамките на няколко години? Какво да правим с тях? Възможни са и по-сложни ситуации. С една дума, наблюдаемостта като критерий за съществуване на астрономията според мен е малко полезна.

Мисля, че би било по-правилно да изхождаме от друга идея, според която цялото многообразие от физически условия и явления, допускани от основните физически теории, се реализира във Вселената...

Аматьор: Но тъй като знанията ни за света около нас се развиват, а с тях и основните физични теории, това автоматично означава, че различните вселени съответстват на различни нива на научно развитие.

Философ. Мисля, че Вселената трябва да се разглежда не като холистичен аспект на всичко, което съществува, а във връзка с определено ниво на човешка практика. С други думи, Вселената е онази област от процеси и явления, която е подчертана със съвременни научни средства, наблюдателни и теоретични.

Любител: Значи наистина е така? Може да има няколко Вселени! Странна ситуация.

Философ. Нищо странно. Всяка космологична теория пресъздава Вселената „по свой начин“, изгражда свой модел. И „Вселените” на различните теории не съвпадат една с друга. Човек не трябва просто да губи от поглед факта, че всяка такава „теоретична“ Вселена никога няма да се превърне в напълно завършен „образ“ на реалния свят. По-нататъшните изследвания неизбежно ще го допълнят и задълбочат...

Между другото, ако от тази гледна точка погледнете последователните учения за света, тогава ще стане абсолютно ясно, че въпреки че всички тези учения претендират да описват света като цяло, в действителност всяко от тях се отнася само до ограничено област на Вселената, чиито граници по време на прехода постепенно се разширяват от едно учение към друго.

Така системата на света на Аристотел - Птолемей правилно отразява някои от характеристиките на Земята като небесно тяло: че Земята е сфера, че всичко гравитира към нейния център... Така това беше учението за Земята себе си.

Световната система на Коперник всъщност описва структурата на Слънчевата система, а световната система на Хершел описва структурата на нашата Галактика...

Вселената се разширява

Какви са основните характеристики на съвременните представи за Вселената?

Централната звезда на нашата планетна система, Слънцето, е част от гигантски звезден остров - галактиката. Нашата Галактика има спирална структура и се състои от 150 милиарда звезди. Диаметърът му достига 100 хиляди светлинни години.

Има и други звездни острови извън нашата Галактика. Най-близките заедно с него образуват т. нар. Местна система. По-специално, тя включва известната галактика в съзвездието Андромеда, разстоянието до което е около 2 милиона светлинни години.

В района на света, който е достъпен за съвременните астрономически наблюдения, има милиарди галактики. Тяхната съвкупност се нарича Метагалактика.

Още в началото на този век науката беше доминирана от идеята, че Вселената е неподвижна и в основните си характеристики не се променя с времето.

Но през 1922 г. талантливият съветски математик А. А. Фридман (1888–1925) открива, че уравненията на общата теория на относителността на Айнщайн, които описват поведението на Вселената, нямат стационарни решения.

От работата на Фридман следва, че Вселената трябва или да се разширява, да се свива или да пулсира. Това теоретично заключение по-късно беше потвърдено от астрономически наблюдения, които разкриха червено изместване на спектралните линии в спектрите на галактиките. Както е известно, подобно явление възниква в случаите, когато източникът на вълнови трептения се отдалечава от наблюдателя (ефект на Доплер).

Сега няма да навлизаме в историята на споровете около тълкуването на червеното изместване в спектрите на галактиките. Във всеки случай, досега доплеровият характер на това явление може да се счита за доста надеждно установен. Това означава, че всички галактики се разпръскват в различни посоки и колкото по-далеч е определена галактика от нас, толкова по-бързо се отдалечава. Има разтягане на пространство, което няма един център и такова, че скоростта на увеличаване на разстоянието между всеки две точки е пропорционална на това разстояние.

Така ние живеем в разширяваща се вселена.

Знаейки скоростта, с която галактиките се отдалечават, можем мислено да обърнем модела на разширяване и тогава ще стигнем до фундаменталното заключение, че преди 15–18 милиарда години Вселената е била в различно състояние от това в нашата ера. Нямаше звезди, галактики или други изолирани космически обекти. Имаше само съсирек от свръхплътна гореща плазма.

Експлозивното разпадане и разширяване на този съсирек в крайна сметка доведе до появата на цялото разнообразие от обекти и физически условия, които наблюдаваме във Вселената в нашата ера.

Така Вселената се променя с времето.

Неговото минало не е идентично с настоящето, а настоящето не е идентично с бъдещето.

Идеята, че във Вселената преобладават изключително бавни и плавни процеси, също претърпя значителна ревизия. Както стана ясно през последните десетилетия, предимно благодарение на изследванията на съветските астрономи, много фази от развитието на материята в космоса са рязко нестационарни и имат характер на експлозия, разпадане и разсейване. И такава нестационарност се проявява в космически явления от различни мащаби, на различни нива на съществуване на материята.

Както отбелязва академик В. А. Амбарцумян, най-важната последица от тези открития е превръщането на астрофизиката в еволюционна наука. Ако по-рано астрофизиката се ограничаваше главно до изучаването на физическите свойства на различни космически обекти, характеризиращи главно тяхното текущо състояние, сега изучаването на тяхната праистория, произход и развитие, качествени трансформации, преходи на материята от една форма в друга достигна до предна част.

Минало и настояще

Така възниква задачата да се изяснят миналите състояния на космическите обекти и последователните етапи на тяхното развитие. Задачата е изключително трудна, като се има предвид, че става дума за огромни периоди от време от милиони и милиарди години и за условия, които могат да претърпят драматични промени в нашата ера.

Историята на естествените науки обаче показва, че ако науката е изправена пред определени проблеми, тогава има начини за тяхното разрешаване. В частност, съвременната астрофизика има съвсем реални възможности за проникване в миналото.

Най-общо казано, за да разкрием закономерностите на развитие на всеки обект, който ни интересува, е необходимо да го изучаваме в движение, където движението се разбира в широк смисъл като всяка промяна.

Има една стара легенда за цар, който веднъж дал на своите мъдреци трудна задача. След като ги покани в двореца, той им посочи голяма каменна топка, разположена в средата на двора, и ги помоли да определят какво има вътре. Един след друг мъдреците се опитвали да разрешат трудния проблем. Дни наред те седяха сами с топката, надничаха в нея и се опитваха да проникнат вътре в камъка със силата на мисълта. И те един след друг си тръгнаха, навели глави, неуспели да изпълнят задачата. Това продължи, докато сред мъдреците не се намери истински мъдър човек. Той заповядал да запалят огън под мистериозната топка и го нагрявал, докато горещият камък се спукал и топката се счупила на две половини. И тогава всички видяха, че вътре в топката няма нищо освен камък...

Ако обектът на изследване беше неподвижен, ако нищо не се случи с него, ако няма промени в него, тогава би било невъзможно да се научи нещо достоверно за него. Истинското научно изследване се основава на изучаването на реални промени, настъпващи в природата.

Разбира се, можете също да създадете предистория за „фиксиран“ обект. Но ние трябва да ги съставим, защото реалистичността на такива хипотези ще се разкрие само ако успеем да проверим до каква степен те предсказват и обясняват промените, които се случват.

Представете си, че пред вас е завършена, измазана, чисто нова сграда. И вие го гледате отвън и не знаете абсолютно нищо от какво е изградено и по какъв начин. В такава ситуация можете да изградите всякакви хипотези: да кажем, че е направен от тухли, или парчета гранит, или панели, или блокове, и всяка от тези хипотези ще изглежда еднакво правдоподобна.

Съвсем различна ситуация щеше да възникне, ако бяхме хванали периода, когато сградата все още се издигаше. Наблюдавайки строителната площадка, ние... те не само биха могли да разработят напълно реалистични хипотези, но и да тестват тяхната валидност с допълнителни наблюдения.

За съжаление, астрономите, като правило, трябва да се справят с почти „стационарни“ обекти. Това са например повечето звезди и галактики, които се развиват толкова бавно, че за човечеството, с неговата относително кратка (от гледна точка на космическите мащаби) жизнена скала, те практически остават непроменени. Дори цял век в историята на такъв обект е същото като секунда в нашето ежедневие. Наблюдавайки подобни обекти в продължение на много десетилетия подред, ние все още получаваме една и съща „мигновена“ снимка. Има ли изход от това истинско затруднение?

Нека да разгледаме нашия пример с построена къща.

Все още ли може да се разбере как е построен? За да направите това, трябва да направите „обиколка“ из града и да намерите други точно същите къщи, но на различни етапи на строителство. И дори нашата екскурзия да е в неделя, когато всичко е „все още“, мислено подреждайки откритите къщи една след друга според „етапи на завършеност“, ще получим „възрастова серия“, която ще ни помогне да си представим всички последователни етапи на изграждане на къща.

Учените правят почти същото в трудното си търсене на миналото на звездите и галактиките. Светът на тези космически обекти е изключително разнообразен. И това разнообразие се обяснява не само с наличието на много видове подобни космически обекти, но и с факта, че различни звезди и галактики в момента могат да бъдат на различни етапи от своята еволюция.

За да се прецени пътищата на развитие на небесните тела, е необходимо те да бъдат разделени на класове обекти от един и същи тип и в рамките на всеки такъв клас да се създаде „възрастова серия“. Такава поредица може напълно да замени поредица от последователни състояния във времето на един и същ обект, който ни интересува.

Подобен метод, който може да се нарече „метод на сравнението“, се използва не само в астрономията, но и в много други области на съвременната естествена наука.

Често обаче се случва обектът, който ни интересува, да ни е известен в един единствен екземпляр. Това са например нашата планетарна система или Метагалактика. Няма с какво да ги сравняваме. Но дори и в този случай има възможности да се разбере техният произход. Още В. И. Ленин отбелязва, че в основата на изграждането на самата материя може да се „предположи наличието на способност, подобна на усещането“ [Ленин В. И. Материализъм и емпириокритицизъм. колекция cit., том 18, p. 40], че всяка материя има свойство, свързано по същество с усещането, свойството отражение.

В наши дни това свойство на материята – да съхранява следи от предишни състояния – е намерило практическо приложение.

Достатъчно е да си припомним поне „паметта“ на електронните компютри и кибернетичните устройства.

Така че всяка материя може да има „памет“.

От тази гледна точка всички модели на света около вас могат да бъдат разделени на две големи групи - модели, които се определят от основните, фундаментални закони на природата, и модели, които постепенно възникват в процеса на развитие на определена материална система. .

Очевидно закономерностите от първия тип не зависят от историята – те винаги са едни и същи, а проявленията им се определят от конкретни условия. Да кажем, че законите на Кеплер действат в Слънчевата система, независимо от пътищата на нейното формиране. Следователно такива модели сами по себе си не могат да ни кажат нищо за историята на дадена система.

Що се отнася до моделите от втория тип, те пряко зависят от хода на еволюцията и следователно могат да разкажат много за миналото. С други думи, текущото състояние на много материални системи доста често съдържа определена информация за тяхната праистория.

Но ако материята е способна да съхранява „следи“ от миналото, това означава: основният „ключ“ към разбирането на миналото на космическите обекти се крие преди всичко в задълбочено изследване на сегашното им състояние.

Тук неизбежно възниква сравнение с работата на детектив. Тук той пристига на местопрестъплението. Случи се, престъпникът изчезна. Сега е необходимо да се възстанови случилото се преди няколко часа: без това нападателят няма да бъде заловен. Няма живи свидетели. И изглежда, че задачата е безнадеждна. Има обаче и други свидетели – предмети, вещи. Въпреки че са мъртви, те в никакъв случай не мълчат. В резултат на престъплението нещо се е променило в състоянието на околната среда: колкото и изтънчен да е престъпникът, той почти неизбежно ще остави някакви следи. И по тези понякога едва забележими, на пръв поглед безсмислени следи опитен детектив ще може да възстанови картината на случилото се.

Подобни проблеми трябва да бъдат решени от учен, който се интересува от миналото състояние на определени обекти. Между другото, ние вече използвахме подобен метод, когато се опитахме да възстановим миналото на Вселената, използвайки картината на съвременното движение на галактиките.

Нека разгледаме като пример проблема за произхода на Слънчевата система. Науката разполага с фактически данни само за сегашното му състояние. Решението очевидно е да се търси отражение на миналото в картината на планетарното семейство на Слънцето, която съществува днес. Този подход ограничава кръга от възможни хипотези - в края на краищата не всеки път на развитие може да доведе Слънчевата система до нейната съвременна форма...

Кои са моделите в структурата на Слънчевата система, които могат да бъдат класифицирани като втори тип, т.е. модели, които зависят от праисторията?

Това са преди всичко законите на движението на планетите. Всички планети се въртят около Слънцето в една и съща посока и почти в една и съща равнина и орбитите им малко се различават от кръговете. Междувременно, според законите на механиката, въртенето на небесните тела под въздействието на гравитационните сили около масивно централно ядро ​​трябва да се извършва в различни посоки, в различни равнини и в удължени, елиптични орбити. Движението в кръгове в една посока и дори в една равнина е рядък частен случай и вероятността това да се случи например при произволна асоциация на несвързани помежду си небесни тела е практически нулева.

Това обстоятелство показва, че семейството на Слънцето се е образувало в някакъв единичен процес, по време на който са се формирали наблюдаваните характеристики на планетарните движения.

Това се доказва и от разделянето на планетите от Слънчевата система на две групи, които се различават по своите свойства. Едната от тях се състои от четирите най-близки до Слънцето планети – Меркурий, Венера, Земя и Марс.

Те са относително малки по размер и се състоят главно от тежки химически елементи. Втората група включва Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Това са гигантски планети, състоящи се главно от водород и неговите съединения и хелий.

По този начин е възможно да се разглеждат сериозно само онези космогонични хипотези, които не само описват как материята от предпланетно състояние се е формирала в планети, но също така показват как съвременните модели на Слънчевата система са се развили в този процес.

Що се отнася до изучаването на Вселената, учените имат още една възможност - възможността за пряко наблюдение на предишните етапи от развитието на космическите обекти.

В обикновения живот виждаме всичко, което се случва в момента, когато се случва в действителност. И дори когато, докато сме в Москва, гледаме телевизионна програма от далечния Владивосток, която се излъчва чрез изкуствен спътник на Земята, събитията в далекоизточното студио и на екрана се случват практически едновременно. Това е разбираемо, ако си спомним, че електромагнитните вълни се разпространяват с колосална скорост от около 300 000 km/s. Тази скорост им позволява незабавно да покрият всяко земно разстояние.

Космическите разстояния са друг въпрос. Вече от Лупа - най-близкото небесно тяло - светлината пътува до нас за повече от секунда, а от Слънцето - осем минути и осемнадесет секунди. За да измине разстоянието от Слънцето до най-отдалечената планета в Слънчевата система, Плутон, на една светлинна вълна са нужни пет часа и половина, а тя ще достигне до най-близката звезда Проксима Кентавър едва след четири години и четири месеца.

Следователно виждаме Луната такава, каквато е била преди секунда, Слънцето - с 8 минути 18 секунди закъснение, а Проксима Кентавър - с 4 години и 4 месеца закъснение.

Така, наблюдавайки небето, ние директно се вглеждаме в миналото на Вселената. И колкото по-далеч е този или онзи обект, толкова по-далечни времена проникваме.

Ако, да речем, добре известната днес Полярна звезда престане да съществува напълно, тогава ние, бидейки на Земята, ще продължим да виждаме тази практически несъществуваща звезда още 500 години - точно периода, който светлинните лъчи трябва да преодолеят огромния разстоянието, разделящо Полярната звезда от Земята.

Така всяка звезда, всяка галактика, която виждаме, е една от живите страници от историята на Вселената.

Съвременните средства за астрономически изследвания позволяват да се наблюдават обекти, разположени на разстояние до 10–12 милиарда светлинни левги.

Това означава, че наблюдаваме обекти, съответстващи на тези разстояния, каквито са били преди 10–12 милиарда години.

Освен това по принцип е възможно да се получи пряка информация за най-ранните етапи от съществуването на Вселената. От теорията за разширяващата се Вселена следва, че няколкостотин хиляди години след началото на разширяването, плътността на средата е намаляла толкова много, че електромагнитното лъчение може да се разпространява свободно в космоса.

Това „фосилно“, реликтово лъчение е оцеляло до нашата ера и сега е надеждно регистрирано от радиотелескопи. Изследването на неговите свойства, по-специално, показа, че първоначалното вещество има много висока температура - това е гореща плазма.

CMB радиацията ни дава пряка информация за период, който е бил няколкостотин хиляди години отдалечен от началото на разширяването.

Съвременните фундаментални физични теории ни дават пълни надеждни данни, чак до още по-ранен момент, когато разширяващата се бучка е имала ядрена плътност. Този момент беше не повече от една секунда от началото на разширяването.

Така вече имаме доста достоверна информация за периода от време, чиято продължителност е 99,99 пъти цялата история на Метагалактиката...

Разбира се, всяка екстраполация, тоест разширяване на нашето знание в миналото или бъдещето на Вселената, неизбежно води до известна доза несигурност. И колкото повече отиваме в миналото или бъдещето, толкова по-голяма е тази несигурност. Въпреки че с развитието на науката тя непрекъснато намалява.

Съществува фундаментална възможност за получаване на пряка информация за първите моменти от разширяването на Вселената.

Реликтовите неутрино могат да ни донесат информация до момент, който е само 0,3 секунди от началото на разширяването. На още по-ранен етап плътността на веществото е била толкова голяма, че е била непроницаема дори за неутрино.

Така наречените гравитационни вълни може би биха могли да разкажат за този етап.

Засега не сме в състояние да регистрираме реликтови неутрино и гравитационни вълни. Но това не променя същността на въпроса. С течение на времето ще бъдат разработени методи за регистриране на тези лъчения и изследователите на Вселената ще имат възможност да получат информация за началния етап на нейното съществуване.

Неизбежността на един все по-странен свят

С всяко ново фундаментално откритие светът изглеждаше пред погледа на човека все по-странен и необичаен, първо от гледна точка на ежедневните визуални представи за него, обикновения здрав разум, а с по-нататъшното развитие на науката - и от гледна точка на от гледна точка на доминиращите в момента научни представи.

„Това е прогресът на фундаменталното познание“, каза президентът на Академията на науките на СССР академик А. Ч. П. от трибуната на 25-ия конгрес на КПСС. Александров, „променя привидно установени и непоклатими гледни точки в науката, отваря нови области в науката и технологиите... отваря възможността за използване на напълно нови, често неочаквани явления в области, които нямат абсолютно нищо общо с първоначалната област на изследване. .”

Отбелязвайки факта, че свойствата на реалния свят, открити в процеса на научни изследвания, могат да противоречат на обичайните ни представи за него, изключителният физик на 20-ти век Макс Борн (1882–1970) подчертава, че решаващият фактор в развитието е на естествената наука е „нуждата човек да разпознае външния реален свят... съществуващ независимо от човек и способността му да се противопостави на чувствата си, когато е необходимо да поддържа дадено вярване“.

Много големи научни открития се основават на способността на учения да се абстрахира от ежедневния си опит и хипнозата на визуалните представи. Факт е, че една от характерните черти на света на явленията, изучаван от съвременната естествена наука, е, че тези явления стават все по-малко визуални.

Някога някои философи вярваха: това, което не може да бъде визуално представено, да речем свят, затворен в себе си, не може да съществува. Осъзнаването на факта, че светът на „странните“, необичайни явления наистина съществува и е познат от науката, помага да се освободите от такъв примитивен, неправилен подход към разбирането на природата и по този начин допринася за прогреса на естествените науки.

Голяма част от това, което съвременната физика и астрофизика изучават, не може да бъде визуализирано.

Но можете да разберете! И това е основното. Например, напълно невъзможно е да си представим пространства със сложна геометрия. Но техните свойства могат да бъдат разбрани и описани с помощта на подходящия математически апарат.

В същото време това изобщо не означава, че съвременните физици и астрономи изобщо не използват визуални изображения в процеса на научни изследвания. Визуалните изображения са необходими както по време на научни изследвания, така и при обяснение на сложни явления. Фло, тези образи не могат да бъдат идентифицирани със самия реален свят: те са условни, спомагателни по природа.

Коперник е един от първите, които преодоляват хипнозата на визуалните представи на заобикалящия го свят и прозират зад видимите движения на небесните тела техните истински движения в космическото пространство.

Но редица последващи стъпки, които в крайна сметка доведоха до изграждането на картина на света на класическата физика, също бяха свързани с преодоляване на обичайните представи. Откривайки своите „три закона“, Кеплер преодолява широко разпространеното по онова време убеждение за кръговия характер на планетарните орбити и движението на планетите с постоянни ъглови скорости.

При формулирането на своя „принцип на инерцията“ Галилей трябваше да преодолее идеята, че равномерното праволинейно движение на тялото възниква под въздействието на постоянна сила.

Нютон открива закона за гравитацията противно на вярването, че планетите са били „избутани“ от някакви неизвестни мистериозни сили...

И все пак, докато физиката беше ограничена до изучаването на такива процеси, с които човекът се сблъсква повече или по-малко пряко, нейните заключения не влизаха в особено противоречие с нашия ежедневен опит.

Когато в началото на 20 век физиката нахлува в света на микрофеномените и започва дълбоко да разбира физическите процеси в космически мащаби, тя открива редица факти, обстоятелства и закономерности, които се оказват твърде странни и необичайни не само от от гледна точка на обикновения здрав разум, но и от гледна точка на всичко предишно класическо естествознание.

Тези странности са отразени преди всичко в двете най-велики теории на нашия век - квантовата механика и теорията на относителността.

Първият от тях утвърди напълно нови идеи за свойствата на най-малките частици материя - елементарните частици. Оказа се например, че няма принципна разлика между частица и вълна, между материя и лъчение. В някои ситуации частиците проявяват своите корпускулярни свойства, в други - вълнови свойства. Материалните частици могат да се превърнат в радиация, а части от радиация - фотони - в материални частици.

Едно от най-забележителните заключения на квантовата физика, което противоречи както на визуалните представи за света, така и на основите на класическата физика, беше така нареченият принцип на неопределеността, който беше споменат в една от предишните глави. Оказа се, че е невъзможно по никакъв начин да се измери едновременно точно скоростта и позицията на микрочастица в пространството. Това означаваше, че микрочастиците нямат траектории на движение в обичайния смисъл, а представляват нещо като облак, размазан в пространството.

Още по-необичайни бяха заключенията на теорията на относителността. По-специално се оказа, че много физически величини, които изглеждаха абсолютни и непроменливи, например масата на обема, дължините на сегментите, интервалите от време, всъщност са относителни, в зависимост от естеството на движението на системата, в която определени възникват физически явления.

Така се оказа, че масата на тялото нараства с увеличаване на скоростта. И следователно масата на, да речем, протон или неутрон, летящ със скорост, близка до скоростта на светлината, може по принцип да надвишава масата на Земята, Слънцето и дори масата на нашата звездна система - Галактика.

Но всичко това бяха само първите стъпки в онзи удивителен, странен свят на науката, който през втората половина на 20 век се разгръща все по-бързо пред нас.

В дълбините на микросвета

Една от най-фундаменталните области на съвременното естествознание е физиката на микросвета, която изучава структурата на материята на ниво микропроцеси – атоми, атомни ядра и елементарни частици.

През последните десетилетия тази област на науката напредна бързо. Само преди двадесет години физиците знаеха само за дузина елементарни частици и изглеждаше, че всички обекти в света около нас са направени от тези частици. Но след това, благодарение на пускането в експлоатация на гигантски ускорители и използването на електронни изчислителни технологии, бяха открити много нови частици, сега техният брой се измерва в стотици.

Стагнацията обаче се оказа временна и през последните години ситуацията се промени много съществено.

Развива се специална област от физиката на елементарните частици - така наречените нови частици. Открити са така наречените пси частици, които имат много интересни свойства.

През 1964 г. теоретичните физици М. Гел-Ман и Г. Цвайг, въз основа на някои теоретични съображения, изложиха смела и оригинална идея за специални фундаментални частици, кварки. Според тази идея има три кварка с дробни електрически заряди и три съответни антикварка. От кварки и антикварки могат да бъдат изградени протони, неутрони, хиперони, мезони, техните античастици, както и някои други елементарни частици.

От теоретична гледна точка кварковата хипотеза се оказа много интересна и обещаваща. Във всеки случай в света на елементарните частици всичко се случва точно така, сякаш кварките наистина съществуват.

От 1964 до 1970 г. в много лаборатории по света са предприети активни търсения на кварки. Те са били търсени в ускорители на частици, в космически лъчи и дори в проби от лунна почва. Въпреки това никога не е било възможно да се открият кварки в свободно състояние. Вярно е, че от време на време в пресата се появяват съобщения, че тези частици най-накрая са открити, но по-нататъшните изследвания не потвърждават подобни съобщения.

Във връзка с това се наблюдава известно охлаждане към кварковата хипотеза. И в същото време без кварки би било много трудно да се обяснят много свойства на елементарните частици. Следователно, въпреки всичко, кварковата хипотеза продължи да се развива. В резултат на това теоретиците стигнаха до извода, че трябва да има още един четвърти кварк, така нареченият C кварк, със собствен антиквар.

Сред другите физически характеристики на този кварк има ново, така нареченото квантово число, наречено "чар" или "чар".

Но ако има четвърти кварк, тогава частиците, които го съдържат, също трябва да съществуват. Това е една от тези частици, мезонът JPS, който беше открит през ноември 1974 г.

Има предположение, че JPS мезонът е вид атомоподобна система, която се състои от C кварк и неговия антикварк. Тази система се нарича "чармониум".

Ако това предположение е вярно, тогава JPS мезонът очевидно представлява нещо различно от едно от възможните енергийни нива на чармония.

Също така е възможно в природата да съществуват образувания, състоящи се от комбинации от „стари“ и „нови“ кварки. Отначало теоретиците се опитаха да „конструират“ такива обекти, а в края на 1976 г. се появиха съобщения за откриването на очаровани мезони и очарован барион. Интересно е да се отбележи, че мезонът JPS се оказа най-тежкият мезон сред всички известни на съвременната физика. В същото време продължителността на живота на JPS мезона също е много голяма. Това е около 10-20 s. Това е около хиляда пъти по-дълго от живота на други тежки частици. А през 1977 г. е открита частицата ипсилон, предвидена от теорията като комбинация от шести кварк и антикварк. Масата му е равна на пет пъти масата на протон. Фактът, че пси-частиците се оказаха сравнително дълготрайни, предполага, че може би в природата съществува някакъв вид забранително правило, все още неизвестно за нас, което налага вето на бързото разпадане на J-пси-мезона и други подобни частици.

Откриването на пси частиците послужи като много важно доказателство в полза на хипотезата за кварките и ни накара да се замислим отново защо тези обекти не могат да бъдат открити експериментално.

За да се обясни възникналата ситуация, беше предложена интересна идея за така нареченото задържане на кварк.

Въпросът е, че може би като цяло в природата има частици, включително кварки, които по принцип не могат да бъдат отделени една от друга и изолирани в чист вид. Според тази идея силите, които свързват два кварка заедно, може да не са от електромагнитно естество, а от някакво друго естество. Възможно е по своята същност те да приличат на безкрайно тясна, еластична, сякаш „гумена“ тръба. Такава еластична тръбна връзка не позволява един кварк да бъде откъснат от друг - „разтягайки се“ под външно въздействие, след това се свива и връща кварка на мястото му. Следователно не може да се изключи възможността кварките да представляват специален тип образувания, които могат да съществуват само в съвкупност и които е фундаментално невъзможно да се разделят. Възможно е също по-нататъшното развитие на физиката на елементарните частици да покаже, че в допълнение към четирите кварка, които се появяват в момента, има и други, по-тежки. Може би отговорът на този въпрос ще бъде получен в много близко бъдеще. Теорията на елементарните частици, заедно с астрофизиката, винаги е играла важна роля във формирането на нови представи за явленията на света около нас. По-конкретно, съвременната теория за елементарните частици не само ни запознава с нови обекти, но с развитието си ни води в дълбините на един „все по-странен свят“. Един от много любопитните обекти на „странния свят“ на съвременната микрофизика са така наречените свръхсветлинни частици или тахиони.

По-бързо от светлината

Според теорията на относителността на Айнщайн, която е една от фундаменталните основи на съвременната естествена наука, скоростта на предаване на всякакви физически взаимодействия не може да надвишава скоростта на светлината.

Може обаче да се предположи, че наред със света на сублуминалните взаимодействия съществува свят на свръхсветлинни скорости, който не се пресича никъде с него, в който скоростта на светлината не е горната, а долната граница на скоростта на физически процеси. Подобно предположение по принцип не само не противоречи на същността на теорията на относителността, но, напротив, прави тази теория по-симетрична и вътрешно последователна, обобщавайки я за света, лежащ зад светлинната бариера.

Впрочем точно такъв е случаят, когато саморазвитието на една теория, произтичащо от нейната вътрешна логика, води до нови заключения.

Разбира се, валидността на тахионната хипотеза може да се докаже само с експеримент, но естествеността на въпросното теоретично обобщение прави силно впечатление.

Ако тахионите наистина съществуваха, те щяха да бъдат третият вид познати ни частици. Първият от тях се състои от "подсветлинни" частици, които при никакви обстоятелства не могат да достигнат точно скоростта на светлината. Те включват почти всички познати ни елементарни частици. Вторият тип са частици, движещи се точно със скоростта на светлината. Те включват фотони - части от светлина - и неутрино. Тахионите биха били частици, които винаги имат свръхсветлинни скорости.

Възниква въпросът: физически безсмислена ли е тахионната хипотеза?

Цялата работа е, че връзка или процес, които са невъзможни в обхвата на познатите ни явления, по принцип могат да бъдат реализирани в друга област от явления. С други думи, представите ни за възможното и невъзможното са относителни. Само тези заключения на една теория, които противоречат на един или друг основен закон на природата в областта, където този закон е бил достатъчно добре тестван, могат да се считат за физически безсмислени. Тахионната хипотеза не влиза в подобни противоречия. Светът на тахионите не се пресича никъде с нашия подсветлинен свят. Трите вида частици, които бяха споменати, имат следното свойство: частици от един вид не могат при каквито и да е взаимодействия, които са ни известни, да се трансформират в частици от друг тип. Макар и на по-дълбоко ниво, все още неизучено от съвременната физика, това може да не е така.

Вярно е, че досега не са получени експериментални указания за възможността за съществуване на тахиони. Но може би това се дължи на факта, че съответните експерименти не са взели предвид някои все още неизвестни за нас свойства на тези хипотетични частици. Една интересна възможност е да се опитаме да открием тахиони с помощта на така нареченото лъчение на Черенков (измислица на съветския физик Черенков). Теорията гласи, че когато се движат във вакуум, свръхсветлинните частици трябва да излъчват електромагнитни вълни, въпреки че такова излъчване би било много трудно да се открие.

Физиката на микросвета е особено поучителна, защото в процеса на нейното развитие възникват много неочаквани концепции и образи, които разклащат обичайните основи. Това ясно и убедително показва незаконността на всякаква абсолютизация на научното знание;

Развитието на теорията за елементарните частици ни води до все по-необичайни явления, все по-далеч от обичайните, визуални концепции. Тази теория постепенно придобива все по-сложни математически и други образи, които нямат аналогии в пряко заобикалящия ни свят.

В същото време, въпреки изобилието от експериментални данни, все още не съществува единна теория за елементарните частици. Означава ли това, че съвременната микрофизика се нуждае от някои фундаментално нови, може би „луди идеи“?

Все още има много неразбираемо в информацията, която имаме днес за процесите в микросвета. Възможно е чрез усилията на теоретиците трудностите да бъдат преодолени въз основа на съществуващите идеи. Но може да са необходими напълно нови идеи, включително много необичайни.

Това е мнението на повечето специалисти, работещи в тази област на физиката.

Удивителна Вселена

Така, когато науката премина от изучаването на обикновените макроскопични явления, които ни заобикалят, към изучаването на микропроцесите, тя се натъкна на свят от необичайни, странни явления.

Следователно може да се очаква, че когато се направи скок в обратната посока - от физиката на макрокосмоса към физиката на мегакосмоса, който се характеризира с колосални разстояния, огромни периоди от време и гигантски маси материя, тогава ще се сблъскаме с не по-малко странни и необичайни явления.

Така и стана! Астрофизиката на 20-ти век, изучавайки Вселената, донесе редица неочаквани открития, които явно не се вписват в рамките на традиционните представи за Вселената и създават на пръв поглед впечатлението за нещо необичайно, невероятно и необяснимо от гледна точка на общото смисъл.

Вече говорихме за откритието за разширяването на Вселената.

Изследването на неговите геометрични свойства доведе до не по-малко изненадващи резултати.

Сега няма да засягаме пълните драматични събития и резки обрати в историята на изследването на този проблем. Истински научната формулировка на въпроса за геометрията на пространството на Вселената, и по-специално за неговата крайност или безкрайност, става възможна едва в началото на 20 век, когато А. Айнщайн създава общата теория на относителността.

Едно от основните заключения на тази теория е, че геометричните свойства на пространството зависят от разпределението на материята. Всяка маса огъва околното пространство и тази кривина е по-силна, колкото по-голяма е масата.

Айнщайн обяснява същността на общата теория на относителността по следния начин. Ако цялата материя внезапно изчезне от света, тогава от гледна точка на класическата физика пространството и времето биха се запазили. От гледна точка на общата теория на относителността с изчезването на материята ще изчезнат пространството и времето.

Следователно няма абсолютно Нютоново пространство и абсолютно време, независимо от материята: пространството и времето са само форми на нейното съществуване.

Тъй като живеем в свят, изпълнен с различни космически обекти - звезди, мъглявини, галактики, ние живеем в извито, или както математиците казват, неевклидово пространство.

В обикновения живот ние не забелязваме това, тъй като в условията на Земята имаме работа с относително малки маси и незначителни разстояния. Поради тази причина ние сме напълно доволни от обикновената евклидова геометрия. В земни условия е достатъчно приближение до реалността. Въпреки това, в космически мащаб, кривината на пространството става значителна и вече не може да се вземе предвид. Това е особено важно за изясняване на геометричните свойства на Вселената. По-специално се оказа, че в един извит свят неограничеността и безкрайността на пространството не са едно и също нещо. Неограниченото пространство е липсата на граници. Но се оказва, че неограниченото пространство може да бъде крайно, затворено в себе си и безкрайно.

За по-голяма яснота нека дадем като аналогия сферична повърхност, повърхността на топка с краен радиус.

И нека си представим някакво хипотетично двуизмерно същество, да речем безкрайно плоска мравка, което живее на тази повърхност и дори не подозира, че съществува някакво трето измерение.

Където и да пълзи тази мравка, тя никога няма да стигне до ръба на своя сферичен свят. И в този смисъл сферичната повърхност е неограничена.

Но тъй като радиусът му е краен, площта му също е крайна - това е крайно пространство.

Неограниченият характер на материалния свят е извън съмнение. Ако застанем на позициите на материализма и атеизма, трябва да признаем, че материалният свят не може да има граници. Наличието на граници би означавало, че зад тях стои нещо нематериално. С други думи, щяхме да стигнем до идеала, до религията.

Следователно въпросът за неограничената природа на материалния свят е основен идеологически въпрос,

Но неограниченият свят, както вече знаем, може да бъде краен или безкраен. И въпросът какво всъщност е той не може да бъде разрешен само от философски съображения; той може да бъде разрешен само чрез изучаване на реалността.

Не е трудно да се досетите, че крайността или безкрайността на пространството на Вселената зависи от нейната кривина, а кривината от своя страна се определя от количеството материя, нейната маса.

Нека мислено да съберем цялата материя на Вселената и да я „разпръснем“ равномерно в пространството. И нека да видим каква маса има в един кубичен метър, т.е. ще определим средната плътност.

Теорията на относителността дава ясен критерий: ако средната плътност е не повече от девет протона - ядрата на водородните атоми, пространството е отворено и безкрайно; ако има десет или повече протона, затворен и ограничен.

Какво ни казва съвременната астрофизика за средната плътност на материята във Вселената? Има различни начини за дефинирането му и те водят до различни резултати. Но във всички случаи плътността е под критичната. Така, от гледна точка на съвременните астрофизични данни, ние живеем в безкрайна, отворена Вселена.

Въпросът обаче е много по-сложен. На първо място, трябва да имаме предвид, че може да не знаем всички форми на съществуване на материята и откриването на нови форми може да промени стойността на средната плътност на материята.

Но дори и да беше възможно да се определи средната плътност абсолютно точно, въпросът за крайността или безкрайността на Вселената не би бил окончателно разрешен. Факт е, че очевидно той не може да бъде решен окончателно в смисъла, в който решаваме много други въпроси на науката, тоест да получим ясен отговор като „да“ или „не“.

Теорията на относителността разкрива относителния характер на редица физически величини, които преди са изглеждали абсолютни и непроменими. Преди няколко години московският астроном А. Зелманов успя да докаже, че свойството на пространството да бъде крайно или безкрайно също е относително. Пространството на Вселената, ограничено и затворено в една референтна система, може в същото време да бъде безкрайно и отворено в друга.

Така се изправяме пред необичайна и същевременно поучителна ситуация, която показва, че природата е много по-сложна от формалните ни логически представи за нея, че нейните свойства и явления имат диалектически характер.

Мистериозни галактически ядра

През последните десетилетия астрономите са открили редица нестационарни обекти във Вселената, където протичат бързи физически процеси и се случват много значителни качествени промени за относително кратки периоди от време.

Тези изследвания започнаха с откриването през 1962 г. на така наречените радиогалактики, т.е. галактики, чието радиоизлъчване е многократно по-силно от топлинното радиоизлъчване, присъщо на всеки космически обект, чиято температура е над температурата на абсолютната нула. Най-яркият пример е двойната радиогалактика в съзвездието Лебед (радиоизточник Лебед А). Въпреки че тази космическа „радиостанция“ се намира на огромно разстояние от около 600 милиона светлинни години от нас, нейното радиоизлъчване, получено на Земята, има същата мощност като радиоизлъчването на тихото Слънце. Но разстоянието до Слънцето е около осем светлинни минути, т.е. 400 милиарда пъти по-малко!

За да работи всяка радиостанция, включително естествената, тя трябва да бъде захранвана с енергия. Кои са енергийните източници, които са в състояние да осигурят мощно радиоизлъчване от радиогалактики в продължение на милиони години?

През последните години се натрупаха все повече и повече доказателства, показващи, че тази енергия се генерира в резултат на бурни физически процеси, протичащи в ядрата на галактиките - концентрации на материя, разположени в централните части на много звездни острови на Вселената.

Например ядрото на нашата галактика показва несъмнени признаци на активност. Както показаха радионаблюденията, той непрекъснато излъчва водород в количества, достигащи една и половина слънчеви маси годишно.

Ако вземем предвид, че възрастта на нашата Галактика е около 15–17 милиарда години, се оказва, че около 25 милиарда слънчеви маси са били изхвърлени от нейното ядро, което вече е около една осма от масата на цялата Галактика.

В същото време явленията, които наблюдаваме в ядрото на нашата звездна система в момента, най-вероятно са само слабо ехо от минали, много по-бурни процеси, случили се в онази епоха, когато нашата Галактика е била по-млада и по-богата на енергия. Във всеки случай са известни галактики, чиито ядра са много по-активни, а в някои звездни системи тази активност дори става експлозивна. Например, в ядрото на галактиката M-82, очевидно, преди няколко милиона години е станала огромна експлозия, в резултат на която е изхвърлено колосално количество газ. И сега тези газови маси се втурват с огромна скорост от центъра на Галактиката към нейните покрайнини.

Астрофизиците са изчислили, че кинетичната енергия на експлозията в M-82 е около 3"1052 J. За да стане тази цифра по-осезаема, достатъчно е да се каже, че за получаването на такава енергия е необходимо да се взриви термоядрен заряд с маса, равна до маса от 15 хиляди слънца...

Тези и други подобни факти показват, че галактическите ядра очевидно са не само мощни източници на енергия, но и имат много значително влияние върху развитието на звездните системи.

Още по-грандиозни източници на енергия се оказаха познатите квазари, открити през 1963 г. и разположени на много големи разстояния от нашата Галактика, близо до границите на наблюдаваната Вселена.

По размер квазарите не могат да се сравняват с галактиките. Данните от астрономическите наблюдения показват, че диаметрите на техните ядра варират от няколко светлинни седмици до няколко светлинни месеца, докато диаметърът на нашата Галактика е 100 хиляди светлинни години. Въпреки това, общата радиационна енергия на квазарите е около сто пъти по-голяма от радиационната енергия на най-гигантските познати ни галактики.

Освен това вече няма почти никакво съмнение, че Вселената около нас също е възникнала в резултат на гигантска експлозия и последващо разширяване на компактен струпване от свръхплътна гореща плазма.

Всички тези открития показаха, че във Вселената протичат най-сложните физически процеси, свързани с необратими промени в космическите обекти, изключващи възможността за връщане към предишни състояния. И такива промени настъпват не само бавно и постепенно, но и в относително кратки периоди от време, спазматично.

По този начин изследванията през последните десетилетия доведоха учените до заключението, че противно на съществуващите по-рано идеи, много фази от процеса на развитие на космическите обекти се характеризират с остра нестационарност, която се изразява в експлозивни явления, разпадане, дисперсия и др. процесите са свързани с образуването на нови космически обекти, техните трансформации, както и преходите на материята от едно физическо състояние в друго,

„... Развитието е скачкообразно, катастрофално, революционно“, пише В. И. Ленин, „прекъсвания на постепенността“; превръщането на количеството в качество;... взаимозависимост и най-тясна, неразривна връзка на всички аспекти на всяко явление;... връзка, която дава единен, естествен световен процес на движение - това са някои от характеристиките на диалектиката.. .” [Ленин В. I, Карл Маркс, - Павел, кол. съч., том 26, с. 55. 135].

Откриването на нестационарни процеси във Вселената убедително потвърждава, че диалектическата природа е присъща не само на процеса на научно познание, но и на самата природа.

Ако от тази гледна точка разгледаме нестационарните явления в космоса, става ясно, че те представляват „повратни точки” в развитието на космическите обекти, където се извършват преходи на материята от едно качествено състояние в друго и възникват нови небесни тела. .

Стана ясно: идеите на класическата наука за стационарния характер на повечето космически процеси всъщност се оказаха само едно от първите приближения към истинската картина на света, приближение, чиито възможности бяха ограничени както от нивото на развитие на изследователски методи и от общото състояние на природните науки,

От друга страна, трябва да се отбележи, че все още не е възможно да се намери задоволително обяснение на природата на нестационарните явления във Вселената в рамките на съвременните фундаментални физични теории. От гледна точка на тези теории подобни явления изглеждат много необичайни, изключително „чужди“.

Ще бъде ли възможно да се обяснят от гледна точка на съществуващите фундаментални физични теории или това ще изисква напълно нови идеи?

Една от тези идеи е изложена от известния съветски астрофизик академик В. А. Амбарцумян. Според хипотезата на Амбарцумян в ядрата на галактиките присъстват свръхплътни струпвания от „предзвездна“ материя.

Много е възможно тези струпвания да са пряко свързани с онази „първоначална“, свръхплътна материя, в резултат на чийто разпад е възникнала Метагалактиката. Възможно е по време на процеса на експлозия и разширяване „оригиналното“ вещество да не е реагирало наведнъж.

Някои от съсиреците по една или друга причина могат да останат в стабилно състояние за дълго време; техният последващ разпад може би води до онези енергийни „изблици“, които се случват във Вселената.

Но какво може да бъде свръхплътната предзвездна материя? Каква е неговата физическа природа? За съжаление в момента разполагаме с твърде малко данни, за да дадем разумен отговор на този въпрос.

Създава се впечатлението, че свойствата на предзвездната материя, ако тя наистина съществува, са толкова необичайни, че е малко вероятно да бъдат описани с помощта на известни физически теории. Много е възможно тук да действат някои физически закони, които все още не са известни на съвременната наука.

Не всички съвременни физици и астрофизици обаче са съгласни с това заключение.

Напълно възможно е обяснението на гигантските космически енергии да бъде получено по съвсем различни пътища.

Фюжън или...?

Проблемът с космическите енергии е свързан не само с активни явления в галактическите ядра и квазари, но и с отрицателни резултати от неутрино наблюдения на Слънцето.

Американският физик Р. Денис създаде много чувствителна инсталация за запис на слънчеви неутрино. Наблюденията бяха проведени в продължение на дълъг период от време и донесоха много неочакван резултат. Оказа се, че потокът от слънчеви неутрино е най-малко шест пъти по-малък от това, което следва от съществуващата теория, основана на предположението за термоядрената природа на източниците на слънчева и звездна енергия.

Необходимостта от сериозно тестване на тази теория е посочена и от някои други резултати от скорошни слънчеви изследвания.

Преди няколко години в Кримската астрофизична обсерватория на Академията на науките на СССР беше създаден високочувствителен уред за измерване на изключително слаби магнитни полета на Слънцето - слънчев магнитограф. Наблюденията, направени с помощта на това устройство, разкриха много интересен факт. Оказа се, че слънчевата повърхност пулсира ритмично с период от около 2 часа. 40 минути, издигайки се с всяка пулсация на височина около 20 км.

Според академик В. А. Амбарцумян откритието на кримските астрономи е от първостепенно значение.

Той не само показва качествено нов процес на Слънцето, но също така трябва да предостави важна информация за вътрешната структура на нашата дневна звезда. Както показват теоретичните изчисления, стойността на периода на пулсация на Слънцето е пряко свързана с неговата вътрешна структура. Период от 2 часа. 40 мин., съответства на по-равномерно разпределение на плътността и температурата, както и на по-ниски стойности на тези физични величини за централната част на дневната светлина, отколкото следва от съвременната теория за структурата на Слънцето. По-специално, температурата в центъра на Слънцето в този случай не трябва да бъде 15 милиона градуса, а само 6,5 милиона.

Но при такива физически условия термоядрената реакция не може да осигури наблюдаваната продукция на слънчева енергия.

Има още едно независимо съображение, което поставя под съмнение валидността на термоядрената хипотеза. Факт е, че в атмосферата на Слънцето (както и в атмосферата на други подобни звезди) литият и берилият присъстват в значителни количества. Но в случай на термоядрени реакции, тези елементи трябва да са „изгорели“ отдавна.

Наскоро заключението за пулсацията на Слънцето, получено от кримски астрофизици под ръководството на академик А. Н. Северни, беше потвърдено в трудовете на английски астрономи, извършили наблюдения в известната френска обсерватория Cic du Mudy.

Направени са първите опити да се обясни това явление. Така учени от университета в Кеймбридж (Англия) предположиха, че централната част на Слънцето съдържа два пъти повече тежки елементи, отколкото се смяташе преди. Подобна хипотеза обаче неизбежно води до радикална ревизия на съвременните физически представи за структурата на Слънцето и звездите.

По-нататъшното тестване на термоядрената хипотеза е свързано предимно с прилагането на нови неутрино наблюдения на дневната светлина. Не може да се изключи възможността неутрино от Слънцето все още да летят, но тяхната енергия е под праговата стойност, за която е проектирана инсталацията на Дейвис.

В тази връзка съветските физици работят върху създаването на по-чувствителни детектори за откриване на неутрино - върху хелий и литий. Очаква се, че с помощта на такива детектори, които ще бъдат инсталирани в подземна лаборатория, в близко бъдеще ще бъде възможно да се извърши нов, по-точен тест за интензитета на слънчевия неутринен поток и по този начин да се установи дали Термоядрената хипотеза наистина се нуждае от радикална ревизия.

Интересна оценка дава акад. В.А.Амбарцумян на новите резултати от слънчевите изследвания.

Въпрос. Могат ли резултатите, получени от академик Северни, както и отрицателният резултат от неутрино наблюденията на Слънцето, да се считат за неочаквани, тъй като те противоречат на общоприетата хипотеза за термоядрения източник на вътреслънчева и междузвездна енергия?

Амбарцумян. Необходимо е да се разбере, че съществуващите теоретични модели са толкова условни, че не издържат на точни количествени сравнения, когато става дума за нови явления.

Въпрос. Следователно, когато говорим за явления, които все още не са достатъчно проучени, наблюденията са по-важни от теоретичните разработки?

Амбарцумян. Астрономията е преди всичко наука за наблюдение. Едно наблюдателно откритие от този вид, направено в Крим, струва повече от хиляда неуспешни теоретични разработки, които нямат точна количествена основа. Самият аз като теоретик смея да изразя това мнение откровено.

Гравитационен колапс и "черни дупки"

Да се ​​върнем на въпроса за геометричните свойства на Вселената. Както вече знаем, те са тясно свързани с характера на разпределението на материята.

Нека си представим, че Вселената е хомогенна и изотропна. Какво означава? Нека мислено разделим Вселената на много региони, всеки от които съдържа доста голям брой галактики. Тогава хомогенността и изотропията означават, че свойствата и поведението на Вселената във всяка епоха са едни и същи за всички такива области във всички посоки. Най-важното свойство на хомогенната и изотропна Вселена е нейната постоянна кривина във всички точки на пространството.

Но в реалната Вселена, особено ако вземем предвид сравнително малки региони от нея, материята е разпределена неравномерно. Концентрацията му е различна за различните региони и следователно съответната кривина е различна. Може да е по-малко от средното за цялото пространство или може значително да го надвишава.

По едно време известният американски физик Р. Опенхаймер (1904–1967) разглежда интересна възможност, основана на общата теория на относителността на Айнщайн.

Ако много голяма маса материя попадне в сравнително малък обем, тогава настъпва безпрецедентна катастрофа - гравитационен колапс - катастрофално свиване на материята до точка, в която плътността по принцип може да достигне безкрайна стойност.

По време на процеса на компресия, величината на гравитационното поле върху повърхността на срутващия се обект се увеличава и идва момент, в който нито една частица, нито един лъч светлина не може да преодолее огромното привличане и да избяга от вътрешността на такова образувание към навън. За целта би било необходимо да се развие скорост, надвишаваща скоростта на светлината, а това е напълно невъзможно, тъй като скоростта на светлината е максималната скорост на разпространение на всички реални физически процеси в природата.

Така пространството на колапсиралия обект сякаш се срива и за външния наблюдател то всъщност престава да съществува. Образува се така наречената "черна дупка"...

Това обаче беше само чисто теоретично изследване, проведено, така да се каже, за бъдеща употреба, според принципа, често използван от физиците теоретични: ако „това“, тогава „онова“. С други думи, разглежда се някаква принципно възможна въображаема ситуация и се установява до какви последствия може да доведе.

Но именно в това е силата на научната теория: много често в процеса на по-нататъшното развитие на естествознанието една въображаема ситуация се оказва съвсем реална и тогава предварително проведеното теоретично изследване веднага придобива практически интерес.

Това се случи с предсказанието за съществуването на „черни дупки“. През последните години в дълбините на Вселената бяха открити редица явления, които показват възможността за концентриране на огромни маси материя в относително малки региони на космоса.

В тази връзка астрофизиците си спомниха теорията за гравитационния колапс. По-нататъшното развитие на тази теория доведе учените до заключението, че „черни дупки“ могат да възникнат в последните етапи от живота на масивни звезди, чиято маса е 3–5 пъти по-голяма от масата на Слънцето. След като източниците на енергия в недрата на такава звезда се изчерпят, тя започва да се свива под действието на собствената си гравитация и се превръща в „черна дупка“. Възможно е „черни дупки“ да се появят във Вселената при други обстоятелства. Разбира се, за да се убедим в реалното съществуване на такива обекти, само теоретичните изчисления не са достатъчни. Необходимо е да се открие поне една истинска „черна дупка“ във Вселената.

Тази задача обаче е много трудна. Невъзможно е да се регистрира една „черна дупка“: тя не се проявява в нищо. Ето защо възниква идеята за търсене на „черни дупки“ в двойни звездни системи. Около половината от всички звезди в нашата Галактика са близки двойни системи, където две звезди обикалят около общ център на масата, доста често на много близки разстояния една от друга.

Има двойни системи, в които едната звезда е ярка, а другата е тъмна. Ако масата на тъмна звезда е 3-5 пъти по-голяма от слънчевата, тогава можем да предположим, че това е изгаснала звезда, която след изчерпване на вътрешната си енергия се е сринала до етапа на „черна дупка“. Според изчисленията на съветския учен Р. Суняев трябва да се наблюдава интересен физически процес. Ако централният компонент в двойна система е достатъчно масивна звезда, тогава, както всички подобни звезди, тя трябва да изхвърли голямо количество газ, който ще бъде засмукан в „черната дупка“. Но газовите частици не попадат директно там, а тъй като цялата система се върти, те се движат около „черната дупка“ по спираловидни траектории и само постепенно се приближават до критичното разстояние. Около „черната дупка“ се образува газов диск. Благодарение на триенето газът се нагрява до много високи температури, при които възниква интензивно рентгеново излъчване.

През 1974 г. е открит обект, който изглежда отговаря на всички посочени изисквания. Намира се в съзвездието Лебед и носи името Лебед X-1.

Това е двойна звезда. Светлинният му компонент има маса, равна на двадесет и осем слънчеви маси, а тъмният компонент - десет. От тази област идва интензивно рентгеново лъчение. Има доста основателни причини да се предположи, че посоченият обект е „черна дупка“.

За това обаче все още няма абсолютна сигурност. В астрофизиката винаги трябва да вземем предвид факта, че външните физически прояви на даден обект, които откриваме, могат теоретично да съответстват на очакваните, но да бъдат генерирани от друга причина. И за да се убедим най-накрая, че Cygnus X-1 наистина е „черна дупка“, са необходими допълнителни и разнообразни наблюдения.

Във Вселената обаче има много други обекти, за които има „подозрения“, че принадлежат към категорията „черни дупки“. Доколко обаче тези подозрения са основателни, бъдещето ще покаже.

Но ако „черните дупки“ наистина съществуват, тогава свойствата на тези обекти са много необичайни. Те несъмнено са достойни представители на един „все по-странен свят“.

Първо, не е лесно да си представим как една гигантска маса може да бъде събрана в геометрична точка. Но това не е достатъчно...

Нека си представим ситуация, която често се изобразява от авторите на научнофантастични произведения. Пътешественик на космически кораб небрежно се приближи до „черната дупка“ и беше засмукан във фаталната бездна. Падайки заедно с материята, нашият пътешественик в един момент ще пресече тази критична линия, поради която не може да има връщане, и ще се втурне към центъра на „черната дупка“. Какво ще стане с него след това? Нека се опитаме да проследим съдбата му.

Приближавайки се към центъра на „черната дупка“ заедно с колабиращата материя, нашият въображаем наблюдател ще открие, че плътността и кривината клонят към безкрайност. Не можем дори да си представим какво означава това, тъй като нашите съвременни физични теории очевидно са неприложими към такива състояния.

Има обаче една интересна хипотеза, според която компресията на колабиращата материя ще се забави в даден момент и компресираната до краен предел материя ще започне да се разширява отново.

Разбира се, истински наблюдател, попаднал в „черна дупка“, моментално ще бъде усукан и разкъсан на атоми.

Но нека приемем, че един въображаем наблюдател ще оцелее след чудовищното уплътняване и други „неприятности“ и ще изчака да започне обратното разширяване. Продължавайки да се движи с разпръскващата се материя, тя отново, вече в обратна посока, ще пресече критичната сфера и отново ще се озове в „свободно“ пространство.

Но тогава той ще бъде изправен пред поразителна изненада: това няма да е пространството, от което е паднал в „черната дупка“, а пространство, разположено спрямо пространството на нашата Вселена в абсолютното бъдеще. Преведено на по-разбираем език, това означава, че колкото и дълго да живеем в нашето пространство, ние никога няма да попаднем в „онова“ пространство - само през „черна дупка“, тъй като съседното пространство, в което тя води, изглежда, очевидно заедно с нейното образование. И връщане назад изобщо няма.

Ако всичко това наистина е така, тогава „черните дупки“ не са нищо повече от входните отвори на проходните тунели, свързващи нашата Вселена със съседните пространства, вид дренажи, през които материята от нашето пространство се дестилира в съседните.

Изкушаващо е да сравним с това явление бурните изхвърляния на материя и енергия, които наблюдаваме в такива космически обекти като квазари и галактически ядра. Дали квазарите и галактическите ядра са свързани с изходните отвори на „черни дупки“, разположени в съседни вселени?!

Спомням си твърдението на известния английски астрофизик Джеймс Джийнс, който през 1928 г. предположи, че центровете на галактиките са „специални точки“, където материята се влива в нашия свят от някакво друго, напълно чуждо пространство.

Възможно е също не само материята да прониква през „тунелите“, свързващи различни светове, но и някои все още неизвестни за нас влияния, които могат да повлияят на много явления, случващи се в нашата Вселена.

Тази примамлива идея обаче се сблъсква с едно доста просто възражение. Всъщност, ако прилежащото пространство, свързано с „черната дупка“, се формира само в момента на нейното възникване, тогава в цялата Вселена може да има само една единствена дупка, свързваща ни със същата „черна дупка“, която е родила нашия пространство . Междувременно наблюдаваме квазари и активни галактически ядра в доста голям брой...

Но може би всичко е много по-сложно, отколкото си мислим? - Доскоро бяхме убедени, че нашето пространство е просто свързано. Това означава, че във Вселената няма откъснати едно от друго парчета, разделени от непреодолими „пропасти“. Наличието на „черни дупки“ поставя под въпрос просто свързаната природа на световното пространство. Или може би геометрията му е още по-сложна и има многобройни причудливи преплитания на съседни пространства, свързани помежду си чрез шии, изхождащи от „черни дупки“?

Поглед в бъдещето

Основните трудности на хоризонта на съвременната астрофизика са свързани с нестационарни явления, открити във Вселената.

Изследванията през последните десетилетия показват, че противно на съществуващите по-рано идеи, много фази от процеса на развитие на космическите обекти се характеризират, както вече знаем, с рязка нестационарност.

В. И. Ленин многократно подчертава, че всички явления в света се явяват като единство (тъждество) от противоположности. Това означава „разпознаване (откриване) на противоречиви, взаимно изключващи се, противоположни тенденции във всички явления и процеси на природата...“ [Ленин V, I, Paul. колекция cit., том 29, p. 317].

Всяка от противоречивите страни на едно цяло е способна да се превърне в своята противоположност; противоположностите се превръщат една в друга; взаимодействието, борбата на противоположностите е източник на развитие.

Това е ключът към разбирането на природата на нестационарните обекти. Такива обекти са естествени фази в еволюцията на космическите обекти, повратни точки в развитието на космическите тела и техните системи, свързани с преходи от едно физическо състояние в друго.

Въпреки че все още не е възможно да се обясни задоволително природата на нестационарните явления в рамките на съществуващите концепции, не може да се отрече, че законите и теориите на съвременната физика са приложими към огромен набор от условия и явления. Но в същото време е невъзможно да се абсолютизира съвременната система от знания за света, която представлява само определен етап от познанието за Вселената. Тази система от знания само приблизително и непълно отразява безкрайното разнообразие от световни явления и процеси и не само може, но и трябва да подлежи на изясняване, обобщения и допълнения.

Уместно е да цитирам думите, казани по този повод от известния съветски учен, академик на Академията на науките на Естонската ССР Г. Н. Наан: „На всяко ниво на развитие на цивилизацията нашите знания ще представляват само краен остров в безкрайността. океан от неизвестното, непознатото, непознатото. Винаги ще има нерешени проблеми и неоткрити закони и всеки разрешен проблем ще поражда един или повече нови. Пътят на знанието е път без край!”

Можем ли наистина да очакваме свръхфундаментални открития от съвременната астрофизика?

По принцип това е възможно. Но откриването на нови закони на природата може да стане само чрез изследване на необичайни физически условия и състояния на материята. Може би едно от тези състояния е състоянието на свръхвисока плътност в началото на разширяването на Вселената, в „черните дупки“ и може би вътре в така наречените неутронни звезди, които имат чудовищна плътност - милиони и милиарди тонове на кубичен сантиметър. Във всеки случай ние все още не познаваме законите, действащи в такива условия. По този начин има предположение, че има определена „елементарна дължина“, която се проявява само в свръхплътни състояния. И е възможно астрофизичните изследвания да помогнат за откриването му.

Редица големи съвременни учени, като Ф. Хойл и Л. Бърбидж, акад. В.А.

„Опитите да ги опишем в рамките на известните сега фундаментални физически теории, пише В. А. Амбарцумян, се сблъскват с огромни, може би непреодолими трудности. Вярвам, че именно от астрономията трябва да очакваме в близко бъдеще идентифицирането на нови факти, които ще изискват формулирането на нови физически теории, по-общи от тези, които са известни сега.

Въпреки това, както отбелязва известният съветски физик-теоретик академик В. Л. Гинзбург, убедителен отговор на въпросните въпроси не може да се получи само чрез разсъждения и дискусии - той ще бъде даден само от самия живот, тоест от последващото развитие на науката.

Понастоящем потокът от информация за физическите явления в космоса нараства всеки ден, особено благодарение на развитието от астрофизиците на рентгеновия и гама-лъчевия диапазон на електромагнитните вълни.

Открити са редица много интересни източници на рентгеново лъчение и са регистрирани мистериозни мощни изблици на гама лъчение. По-нататъшното изучаване на тези и други физически явления в космоса ще помогне за задълбочаване и разширяване на познанията ни за Вселената.

Микросвят и мегакосмос

Фактът, че съвременната физика очевидно не е завършена, че съществуващата физическа теория е изправена пред дълбоки и сериозни трудности и не отговаря на редица фундаментални въпроси, се признава от самите физици. Това означава, че въпросът се свежда до това откъде ще дойдат новите факти, необходими за следващата фундаментална стъпка напред в разбирането на законите на физическите процеси. Дали тези факти ще бъдат получени в резултат на изучаване на Вселената или получени в областта на изследването на микропроцесите?

На пръв поглед може да изглежда, че въпреки доста тясното си сътрудничество астрономията и физиката трябва да се интересуват от директно противоположни проблеми.

За астрономите това означава изясняване на поведението на мащабни обекти и процеси, разкриване на законите на мегакосмоса, който се характеризира с колосални разстояния - до 1028 cm и огромни времеви интервали до 1017 s. Напротив, физиците изучават елементарни частици и явления, законите на микросвета, проникващи в свръхмалки субатомни пространствено-времеви региони до 10~15 cm и до 10–27 s.

Би било погрешно обаче да се мисли, че въпросните задачи се изключват взаимно, че между тях няма нищо общо. Микрокосмосът и мегакосмосът са двете страни на един и същ процес, който наричаме Вселена.

Колкото и гигантски да е размерът на дадена космическа система, тя в крайна сметка се състои от елементарни частици. От друга страна, много микропроцеси са отражение на космически явления, обхващащи колосални пространства от космоса.

Необходимостта от съвместно изследване на микрокосмоса и мегакосмоса, изследването на дълбоките връзки между микрофеномените и мегапроцесите е продиктувана и от факта, че в света, в който живеем, в макрокосмоса, свойствата на „голямото” и „малкото” се променят. ” пресичат се като лъчи на прожектор,

В крайна сметка ние самите и всички обекти около нас се състоят от елементарни частици и в същото време сме част от мегакосмоса.

Както вече отбелязахме, съвременната физика на микросвета е навлязла в области на явления, които се характеризират с мащаби от порядъка на 10-15 cm, а астрофизика изучава обекти, които се характеризират с разстояния до 43 десетични разреда ! Такъв е мащабът на пространствения материал, в рамките на който съвременната наука има възможност да получава информация за природните процеси.

В същото време се разкрива един многозначителен факт – физическите закони, действащи в различни части на тази скала, дори в нейните противоположни краища, никога не влизат в конфликт помежду си.

Това обстоятелство, от една страна, служи като много убедително доказателство в полза на валидността на едно от най-важните положения на материалистичната диалектика за универсалната взаимовръзка и взаимозависимост на природните явления, а от друга страна, предполага, че нашите научни теории отразява правилно свойствата на реалния свят.

Освен това може да се предположи, че в дълбините на някои космически обекти, като например квазарите или галактическите ядра, съществуват физически условия, при които областите на микро- и мегапроцесите сякаш се сливат. Тук се постигат толкова високи плътности на материята, че гравитационните сили стават сравними с електромагнитните и ядрените сили, действащи в микрокосмоса. Според известния съветски физик-теоретик А. Смородинов тук природата се явява пред нас в най-сложния си вариант. Това означава, че очевидно тук са скрити ключовете за изясняване на астрофизическата история на Вселената.

Основа - вакуум

Тъй като, от една страна, всички материални космически обекти, били те звезди или галактики, планети или мъглявини, се състоят от елементарни частици, а от друга страна, Вселената е нестационарна и нейното минало не е идентично с нейното настояще, естествено възниква въпросът дали елементарните частици винаги съществуват в една и съща форма; в които съществуват в нашата ера,

Според една от хипотезите, обсъждани в съвременната естествознание, състоянието на Вселената, предшестващо образуването на първоначалния съсирек от гореща плазма, в резултат на чието разширяване се е образувала Метагалактиката, е вакуум.

Някога се смяташе, че вакуумът е просто нищо, празнота, пространство, напълно лишено от материя, нещо като арена, в която протичат всички материални процеси, протичащи в природата.

Но тези, на пръв поглед, толкова естествени, разбираеми идеи бяха предопределени да претърпят много сериозни промени във времето. Първо се оказа, че пълна пустота в природата не съществува. Не съществува дори там, където има пълно отсъствие на каквото и да е вещество. Още през 19 век М. Фарадей (1791–1867) твърди, че „материята присъства навсякъде и няма междинно пространство, което да не е заето от нея“.

Всеки регион на пространството винаги е изпълнен, ако не с материя, то с други видове материя - различни лъчения и полета (например магнитни полета, гравитационни полета и др.).

Но дори и с тази поправка космосът все още остава гигантски контейнер, съдържащ безброй материални обекти. По-късно обаче станаха ясни по-изумителни неща. Представете си за момент, че по някакъв начин успяхме напълно да опустошим някаква област от космоса, да изгоним всички частици, радиация и полета от нея. Така че дори и в този случай ще остане „нещо“, определен запас от енергия, който не може да бъде отнет от вакуума по никакъв начин.

Смята се, че във вакуум във всяка точка на пространството съществуват „неродени“ частици и полета от абсолютно всички възможни видове. Но тяхната енергия не е достатъчно висока, за да изглеждат като истински частици.

Наличието на безкраен брой такива скрити частици се нарича вакуумни трептения с нулева точка. По-специално, във вакуум фотони с всички възможни енергии и честоти се движат във всички посоки (електромагнитен вакуум).

По този начин всеки от нас е постоянно проникнат от поток, състоящ се от безброй многообразие от частици. Но тъй като тези частици летят „и“ във всички посоки, техните потоци взаимно се балансират и ние не усещаме нищо, както не усещаме колосалното налягане на колона атмосферен въздух, тъй като то се балансира от въздушното налягане от вътрешността на човешкото тяло.

Въпреки цялата си привидна неправдоподобност, идеята за нулеви вакуумни трептения в никакъв случай не е грандиозна физическа и математическа конструкция.

В случаите, когато еднородността на потока от скрити частици по някаква причина е нарушена и повече такива частици се движат в една посока, отколкото в обратната посока, започват да се проявяват вакуумни трептения на нулевата точка. Когато се появи атом, трябва да се появят специфични ефекти и някои от тях са експериментално записани...

И така, вакуумът е способен да ражда частици при определени условия и е възможно именно вакуумът да е родил тези частици, от които впоследствие се е образувала Метагалактиката.

Според някои теоретични предположения пространството, което ни заобикаля на изключително къси разстояния, има необичайно сложна финозърнеста структура с фантастична енергийна плътност.

Всеки кубичен микрометър от тази среда съдържа количество енергия, което е напълно достатъчно за образуването на много трилиони галактики.

По този начин самото пространство около прохода представлява почти бездънен източник на енергия. Но тази енергия е „запечатана“ от мощни гравитационни сили. За самата природа обаче тази гравитационна бариера очевидно не е непреодолима пречка. Както вече споменахме, вакуумът е способен да генерира материални частици. И е напълно възможно онези мощни енергийни изблици, които наблюдаваме във Вселената, да са резултат от такива взаимодействия на материя, радиация и вакуум, при които енергията се черпи от вакуума.

Но ако е така, тогава не е невъзможно науката да овладее тайната за извличане на енергия от вакуум и по този начин да освободи човечеството от безпокойството за енергийните ресурси завинаги.

Големи и малки

Изследването на „черните дупки” ни води до още един малко неочакван и екзотичен извод за възможната връзка между микро- и мегафеномени.

Като всеки обект, който има някаква маса, "черната дупка" има определено гравитационно поле. Но тъй като нито един физически сигнал не може да "избяга" от "черната дупка", това поле е статично по природа.

Ако „черната дупка“ също има електрически заряд, тогава нейното електромагнитно поле също трябва да е статично. Освен това теорията показва, че и двете полета са практически независими от начина, по който зарядът и масата се разпределят вътре в „черната дупка“. Ако в момента на формирането на „черната дупка“ това разпределение е било разнородно, то всички нееднородности в бъдеще много бързо се изглаждат.

Така за външния наблюдател „черната дупка“ по същество изглежда като точков обект с определена маса и заряд. Ако „черната дупка“ също се върти, тогава може да й се припише още една характеристика - така нареченото въртене.

Това създава очевидна аналогия с елементарна частица, за която масата, зарядът и спинът също служат като основни физически характеристики.

Разбира се, на това ниво на нашето познание е трудно да се каже, че това е само чисто външно сходство или отражение на някакви дълбоко вкоренени зависимости между непознатите ни микро- и мегакосмос, но този факт несъмнено заслужава внимание. Освен това преди няколко години известният съветски физик теоретик акад. М. Марков направи интересен опит. В редица трудове той показа, че дори в рамките на съвременните физични теории цялата Вселена при определени условия може да изглежда на външен наблюдател като елементарна частица, да речем, протон или неутрон.

Но в този случай дали всички частици, които наблюдаваме, са гигантски вселени? Вселени, които се проявяват в нашия свят като елементарни частици? С други думи, в мегасвета, както и в микросвета, по принцип по-малкото може да се състои от повече...

Как да стигнем до точката?

Ако във Вселената наистина има много „черни дупки“, това означава, че в световното пространство има значителен брой точки, в които плътността става безкрайна. Такива точки се наричат ​​сингулярни.

Интересът към сингулярността се обяснява и с факта, че според теорията за разширяващата се Вселена тя също е „изникнала“ от сингулярност, грубо казано, от точка. И каквито и да са различните версии на космологичните модели, не е възможно да се елиминира първоначалната сингулярност от тях. Историята на Вселената трябваше или да започне, или периодично да преминава през състояние на точка с безкрайна плътност, в която всички обекти сякаш престават да съществуват.

Естествен въпрос: могат ли реалните физически величини да стигнат до безкрайност?

Най-общо казано, безкрайностите във физиката могат да бъдат не само „ставащи” или потенциални, но и действителни, т.е. „завършени”. Като пример за реална безкрайност можем да посочим безкрайността на пространството на Вселената, ако то не е затворено.

Появата на сингулярности по време на гравитационен колапс следва от общата теория на относителността. Въпреки това, съвременните физични теории, за съжаление, не са приложими за описанието на физическите процеси, протичащи в близост до сингулярни точки. Факт е, че такива състояния не са само в обхвата на общата теория на относителността. При висока плътност трябва да се появят квантови ефекти. Но физическа теория, която да обедини релативистичните и квантовите явления, все още не съществува.

По принцип е възможно, тъй като общата теория на относителността да не е приложима към описанието на предвидените от самата нея състояния с безкрайна плътност на масата в даден момент, тогава изобщо да не съществуват сингулярности. Що се отнася до присъствието им в теорията, това не е нищо повече от доказателство за проблеми, индикация, че се опитваме да приложим общата теория на относителността извън границите на нейната приложимост. Но целият въпрос е къде точно минават тези граници.

Има дебат за това каква точно трябва да бъде бъдещата обща физическа теория. Въпреки това, няма съмнение относно необходимостта от ясно изясняване на границите на приложимост на общата теория на относителността в силни гравитационни полета и близки сингулярности.

Според много големи изследователи изграждането на теория на квантовата гравитация и квантовата космология, която да работи при много високи плътности, а при умерени плътности да се превърне в обичайната класическа теория, в момента е „задача номер едно“ на науката за Вселена.

Въпросният проблем е тясно свързан с въпроса за физическата природа на нестационарните явления, открити във Вселената през последните години. Говорим за разширяването на звездни асоциации и галактически купове, активността на галактическите ядра и др.

И въпреки че в тези нестационарни явления не срещаме директно сингулярности, все пак повечето от тези явления са свързани с огромни концентрации на материя и освобождаване на колосални енергии.

Досега не е било възможно да се обяснят задоволително нестационарни явления в рамките на съвременните физични теории. По принцип са възможни два начина. Може би трудностите могат да бъдат преодолени чрез комбиниране на теорията за гравитацията на Айнщайн с квантовата физика. Но е възможно да се опишат специални състояния на материята във Вселената (тази гледна точка се поддържа от академик В. А. Амбарцумян) само като се допусне възможността за нарушаване на известните закони на физиката в тези състояния.

В този случай ще е необходимо не само разширяване на границите на приложимост на общата теория на относителността в областта на микропроцесите, но и значителна промяна или обобщение на тази теория в областта на макропроцесите, т.е. в района, където се прилага днес.

В едно сингулярно състояние Вселената всъщност се превръща в микрообект. Това обстоятелство още веднъж демонстрира тясната връзка между мегакосмоса и микрокосмоса. И както подчертава ленинградският философ А. М. Мостепаненко, в това отношение бъдещата теория на елементарните частици едва ли може да се изгради без отчитане на космологичните обстоятелства, а от друга страна е невъзможно да се разберат законите на устройството на Вселената, без да се вземат отчита свойствата на микрообектите, от които в крайна сметка се състои.

Следователно, водеща идея по пътя към създаването на квантова теория за гравитацията трябва да бъде идеята за влиянието на микросвета върху мегасвета. В тази връзка голям интерес представляват теоретичните изследвания на ефекта от раждането на елементарни частици от вакуум в силни гравитационни и електрически полета, по-специално в близост до космологичната сингулярност. Има дори екзотична хипотеза, според която Вселената, излизайки от „първоначалното“ сингулярно състояние, първоначално е била напълно празна и цялата материя и радиация са възникнали от вакуума само в процеса на по-нататъшното му развитие.

Въпреки това, дори в рамките на такава хипотеза, остават значителни трудности, които все още не могат да бъдат преодолени. Факт е, че според един от основните закони на физиката частиците могат да се раждат само по двойки "частица" - "античастица".

Междувременно, доколкото сега знаем, Вселената се състои главно от материя. Много е възможно ефектът от раждането на частици от вакуум да действа и в съвременната Вселена в различни нестационарни експлозивни процеси. Възможно е например електромагнитните полета на някои космически обекти да имат достатъчно енергия, за да предизвикат раждането на частици. Но всички тези проблеми все още изискват задълбочени теоретични изследвания.

Но едно вече е ясно. Каквото и да стане бъдещата квантова теория на гравитацията, тя фундаментално ще промени нашето разбиране за пространство-време.

Трябва да се отбележи и следното. Методът за конструиране на различни теоретични модели е един от много ефективните начини за изучаване на Вселената. Такива модели са например "Вселената на Фридман" - теоретичен модел на хомогенна изотропна разширяваща се Вселена или "Вселената на Зелманов" - модел на нехомогенна анизотропна Вселена. Тези и други модели се основават на съвременни фундаментални физични теории, предимно общата теория на относителността.

Винаги обаче трябва да се помни, че моделът не е самата Вселена, а само опит да се отразят някои от нейните аспекти. Следователно би било погрешно заключенията на един или друг модел автоматично да се идентифицират с реалността.

Само наблюденията могат да потвърдят валидността на даден модел. От друга страна, дори най-екстравагантните теоретични конструкции заслужават известно внимание, тъй като могат да разкрият някои специфични свойства на реалния свят.

От елементарните частици до Млечните пътища

Връзката между микро- и макропроцесите е един от специфичните изрази на диалектиката на природата, универсалната взаимосвързаност на нейните явления.

Още сега в редица случаи е трудно да се направи разлика между космологията и теорията на елементарните частици. Фокусът на съвременната астрофизика е върху космически обекти, които се характеризират с изключително висока плътност и понякога много малки размери.

Така сред различните решения на уравненията на общата теория на относителността, които описват свойствата и еволюцията на Вселената, както вече знаем, има решение от типа на сингулярността (когато в даден момент плътността достига безкрайна стойност). По същество сингулярността е вид аналог на елементарна частица. Вселената в първоначалното си сингулярно състояние всъщност се превръща в елементарна частица.

Възниква въпросът: възможно ли е да се обяснят някои свойства на елементарните частици с помощта на уравненията на общата теория на относителността и да се използват знанията ни за свойствата на елементарните частици, за да се изясни физическата същност на определени космически явления, по-специално законите на еволюцията на Вселената?

Един от най-належащите проблеми на съвременната астрофизика и естествознанието като цяло е проблемът за произхода на звездите и звездните островни галактики.

По този въпрос в съвременната астрофизика има две противоположни концепции. Според един от тях най-често срещаните (обикновено се наричат ​​класически) космически обекти, включително звезди и галактики, се образуват чрез кондензация, кондензация на дифузна материя от газ и прах.

Друга концепция, разработена от академик В. А. Амбарцумян и неговата школа и наречена Бюракан (по името на обсерваторията), напротив, изхожда от факта, че еволюцията на космическите обекти протича от по-плътни състояния към по-малко плътни и че в по-специално, „ембрионите“ звезди и галактики са хипотетични свръхплътни обекти с много малки размери, чийто експлозивен разпад води до образуването на различни небесни тела.

В момента се води разгорещен дебат между привържениците на двете направления и все още не е възможно да се даде окончателно предпочитание на нито едно от тях. Това се обяснява, от една страна, с липсата на данни от наблюдения, а от друга, с възможността за различни, понякога директно противоположни, интерпретации на едни и същи факти. По-специално, никой никога не е наблюдавал процеса на кондензация на дифузна материя в звезди или хипотетични свръхплътни тела.

В тази връзка известният съветски астрофизик Б. А. Воронцов-Велямов не толкова отдавна направи интересно предположение, че може би до известна степен привържениците на двете гледни точки са прави: възможно е в безкрайно разнообразната Вселена да протичат процеси като концентрация на материя и нейното разпадане.

Интересен опит за изграждане на космогоничен модел, който до известна степен да съчетава и двете съществуващи концепции за образуването на звезди и галактики, е направен от съветския физик теоретик Р. Мурадян.

Основната идея на Мурадян е да използва някои свойства на елементарните частици за изясняване на физическата същност на космическите явления, в частност на законите на еволюцията на Вселената.

Във физиката на микросвета, въз основа на много общи теоретични съображения, всички елементарни частици се разделят на три класа: първият клас включва фотон - част от електромагнитното излъчване, вторият - електрон и неутрино, третият клас - адрони - най-многобройните (сега са известни няколкостотин от тях). Този клас включва по-специално протонните, неутронните и мезонните частици с маси, междинни между масата на електрона и масата на протона. Значителна част от адроните са нестабилни частици с много кратък живот. Особено краткотрайните частици се наричат ​​резонанси.

Сред тях има частици, чиято маса е няколко пъти по-голяма от масата на протона. И има предположение, според което "масовият спектър" на елементарните частици обикновено се простира до безкрайност. Ако такова предположение е вярно, то това означава, че при определени условия макроскопични и дори космически обекти могат да се раждат в свръхмалки пространствено-времеви региони. Във всеки случай съвременната теория на елементарните частици допуска такава възможност.

В този случай свръхплътните тела на акад. Амбарцумян не са ли адронна форма на съществуване на материята? Тази на пръв поглед много неочаквана идея, изложена от Р. Мурадян, открива интересни перспективи за изграждането на единна теория за образуването на космически обекти. Според новата хипотеза Метагалактиката се е образувала в резултат на разпадането на свръхтежък суперадрон с маса 1056 g. Това е „първичният атом“, този свръхплътен съсирек от материя, дал началото на наблюдаваната Вселена. Разпадането му на по-малки адрони доведе до образуването на протоклъстери от галактики, а последващите разпадания на адрони с още по-малки маси доведоха до образуването на галактики.

Следващият етап беше разпадането на адрони с маси под 1034. Това беше един вид „фазов преход“ от адронна форма към ядрена. В този случай възникват обекти като неутронни звезди. По-нататъшните разпадания, според Мурадян, трябва да доведат до образуването на дифузен облак, вътре в който в резултат на кондензацията на материята първо се появяват кондензации на „протозвезди“, а след това процесът на звездообразуване протича в съответствие с обичайна класическа схема.

Въпреки това, ако в обичайната класическа картина на образуването на космически обекти дифузната среда се състои от водород и хелий, то в модела на Мурадян тя може да има различен химичен състав в зависимост от характеристиките на разпадането на предшестващите я обекти. Това означава, че тежките химически елементи могат да възникнат не само поради експлозии на свръхнови, както се смята сега, но и в резултат на делене на още по-тежки частици. Това е много важно, тъй като класическата теория за произхода на тежките елементи среща редица сериозни трудности.

Така, ако в обикновената класическа астрофизика еволюционният процес протича от по-разредени обекти към по-малко разредени и от „разстройство“ към „ред“, то в модела на Мурадян, през много значителен интервал от съществуването на Метагалактиката, еволюцията, напротив, , преминава от обекти с по-голяма плътност към по-малко плътни и от по-подредени към по-малко подредени.

Лесно се вижда, че в тази част еволюционната схема на Мурадян е в добро съответствие с идеите на Амбарцумян. Въпреки това, тъй като фазовият преход от адронна към ядрена материя, той е по-близо до класическата космогония.

Разбира се, все още е трудно да се каже до каква степен оригиналният модел на Мурадян отговаря на реалността - развитието на този модел тепърва започва. Но новият подход към решаването на проблема е много интересен, тъй като е направен опит за комбиниране на микрофеномени и космически процеси.

Както е известно, един от важните критерии за валидността на конкретен теоретичен модел е способността му да предсказва определени явления. Ако хипотезата на Мурадян е вярна и Метагалактиката наистина е възникнала в резултат на разпадането на суперадрон, тогава тя трябва да има собствено въртене, тъй като оригиналният суперадрон е имал собствено въртене. Така че откритието на въртенето на Метагалактиката би било ако не потвърждение на модела на Мурадян, то във всеки случай важно доказателство в негова полза.

Понякога се изразява идеята, че като цяло всички космогонични модели, включително хипотезата на Мурадян, са чисто спекулативни, тъй като не могат да бъдат проверени чрез наблюдения.

Съображения от този вид обаче не могат да се считат за убедителни. Съвременната космогония стои на солидна база от наблюдения. Все по-напреднали и мощни средства за астрономически изследвания правят възможно изучаването на все по-отдалечени космически обекти. Но, както знаете, колкото по-далеч се намира този или онзи космически обект, толкова по-дълбоко в миналото го наблюдаваме. Това означава, че въпросът за съответствието на определени космогонични модели с реалността по принцип може да бъде решен чрез наблюдение.

Светът такъв, какъвто е

След като говорим за устройството и еволюцията на Вселената, за научната картина на Вселената, естествено възниква въпросът защо светът е такъв, какъвто е? Точно този, а не някой друг?

Едва ли обаче е възможно да се получи достатъчно категоричен отговор на така поставения въпрос.

Проблемът е формулиран твърде неясно.

И очевидно неслучайно, засягайки същия проблем, А. Л. Зелманов се ограничи само до твърдението, че Вселената съществува във формата, в която е, поради вътрешна необходимост.

За да получим изчерпателен отговор на въпроса, който ни интересува, трябва да отидем отвъд видимата Вселена и да прегърнем света в цялото му безкрайно многообразие. А това, уви, е невъзможно както по принцип, така и по чисто практически причини,

Нека се опитаме все пак да стесним проблема. Ограничете го до такава степен, че да придобие реален физически смисъл. Очевидно трябва да говорим само за наблюдаваната Вселена и онези нейни свойства, които се определят от известните ни закони.

Що се отнася до самия въпрос, на който искаме да получим отговор, той вече ще изглежда по следния начин: случайно ли светът, който ни заобикаля непосредствено, притежава именно тези свойства, а не някакви други?

В този си вид проблемът става съвсем легитимен, тъй като именно версията на Вселената, която наблюдаваме, далеч не е най-вероятната сред всички възможни варианти.

Това също е необходимо да се разбере, защото, както твърдят религиозните теоретици, хармонията на Вселената е резултат от дейността на създателя.

„Достатъчно е да погледнем природата около нас“, пише руският православен свещеник Л. Гайдукевич. - Навсякъде цари удивителен ред. Всяко явление, от най-обикновеното стръкче трева до безбройните звезди, е подредено целесъобразно, интелигентно и перфектно. Всичко носи печата на непрестанната грижа на Всевишния – Създателя.”

На първо място, трябва да се отбележи, че ние наблюдаваме определена картина на света поради факта, че именно такава картина дава възможност за живот. Както остроумно отбеляза А. Л. Зелманов, ние сме свидетели на процеси от определен тип, защото процеси от различен тип протичат без свидетели.

По-конкретно, не е случайно, че живеем в разширяваща се Вселена и наблюдаваме червено изместване в спектрите на галактиките. Взаимното отдалечаване на галактиките и изместването на тяхното излъчване към дълги вълни отслабва енергията на електромагнитното излъчване, проникващо в космоса. Ако галактиките не се разпръснаха, а се приближиха, техните спектри биха показали не червено, а виолетово изместване - изместване към високи честоти и твърдо, късовълново излъчване. Плътността на излъчване в такава Вселена би била толкова висока, че би изключила възможността за съществуване на биологичен живот...

Какви са най-често срещаните форми на космическите обекти, които ни заобикалят? Това са звезди, прах, газ. Що се отнася до праха и газа, значителна част от материята на Вселената е концентрирана в газови и прахови мъглявини. Но това са преходни форми.

Очевидно в съвременната Вселена една от най-стабилните форми на изолирани космически обекти е звездната форма. Случайно ли е, че в най-разнообразните кътчета на наблюдаваната Вселена материята е концентрирана в звезди?

Известният американски писател на научна фантастика Робърт Шекли има остроумна история, която описва как определена компания за космическо строителство, по поръчка на определени „клиенти“, създава... Метагалактика. Разбира се, това е шега и писателят се нуждаеше от такава техника, за да идентифицира определени модели, особени правила на играта.

Тези „правила на играта“ са цялата същност на въпроса. Ако имаме топката и играчите, това не е всичко. Можете да играете различни игри с една и съща топка. За да придобие една игра определен смисъл и характер, е необходимо тя да бъде подчинена на определени правила.

Нека се поставим на мястото на фантастичните дизайнери на Вселената. Преди да започнем да го създаваме, би трябвало не само да установим основните свойства на основните му елементи, но и да разработим определен набор от закони, които определят поведението и взаимодействието на всички материални обекти без изключение.

Какви са законите, поради които в реалната Вселена звездите имат преференциалното право на съществуване?

В живата природа, както е известно, действа естественият подбор. Оцеляват само онези организми, които са най-добре приспособени към условията на околната среда.

Изглежда във Вселената действа един вид естествен подбор. В процеса на движение на материята могат да възникнат голямо разнообразие от обекти, но повечето от тях се оказват нестабилни и бързо се срутват.

И в същото време някои космически обекти, главно звезди, по някаква причина са доста стабилни и могат да съществуват доста дълго време. защо е така

Очевидно е фактът, че във Вселената действа някакъв „универсален регулатор“. Съществува съображение в полза на това, че този регулатор е така наречената обратна връзка.

Днес, в ерата на бурното развитие на кибернетиката, електрониката и всички видове автоматични процеси, този термин е широко известен. Обратната връзка се използва за управление на полета на ракетите, работата на машини и механизми; без нея нямаше да има радио и телевизори и много други.

Просто казано, обратната връзка е коригирането на определени действия в зависимост от ефекта, който причиняват.

Кибернетиката дава по-точно определение. Представете си определена система, да речем: кола или самолет, човешки мозък или космически кораб или накрая Слънцето. Да вземем например самолет. Когато управлява самолет, пилотът движи лостовете, натиска определени бутони, това са входни сигнали. И всеки път самолетът по някакъв начин реагира на подобни действия: увеличава или намалява скоростта на полета, набира или губи височина, прави завой или лупинг. Това са изходните сигнали. Обратната връзка възниква, когато изходните сигнали влияят на входните сигнали, променяйки ги съответно. Да кажем, че самолетът губи височина твърде рязко и пилотът, забелязвайки това, леко поема кормилото, намалявайки ъгъла на снижаване.

Човекът използва обратна връзка много преди учените да формулират тази концепция и да започнат да я прилагат в различни технически системи. Когато предприемаме каквото и да е действие, ние не само задължително вземаме предвид последствията от него, но и правим необходимите корекции по пътя.

Нещо подобно се случва и в природата. Именно наличието на обратна връзка в редица явления в околния свят осигурява устойчивия, стабилен характер на много природни процеси. Прост пример: така нареченото физическо махало. Всяко отклонение от положението на равновесие предизвиква появата на сила, която връща махалото в това положение.

Обратната връзка се проявява не само в живата, но и в неживата природа. Срещаме саморегулиращи се системи и в света на звездите, и в химичните трансформации, и в електрическите процеси – с една дума, почти на всяка крачка.

Типичен пример е нашето Слънце.

Според съвременните физични концепции (които въпреки неочакваните резултати от неутрино и някои други наблюдения все още не са отхвърлени и са общоприети), мощната енергия на нашата звезда се ражда в нейните дълбоки недра, където кипи и клокочи термоядрената реакция . Човекът, както е известно, също е усвоил подобна реакция и се е научил да извлича енергията, която се отделя, когато водородните ядра се комбинират в хелиеви ядра. Но досега изкуствената термоядрена реакция протича мигновено и цялата енергия се освобождава под формата на експлозия. Слънцето пък консумира енергия постепенно и бавно, като поддържа работата на ядрената си пещ на строго определено ниво.

Но как това означава „подкрепа“? В края на краищата Слънцето няма нито собствен разум, нито „контролен панел“, върху който да работят разумни същества. Тук срещаме обратната връзка и саморегулацията.

Очевидно термоядрен синтез на водород се случва в централната област на звездата. Тази зона е заобиколена от всички страни от чудовищни ​​маси материя. Мощната гравитация ги дърпа към центъра на Слънцето, но това се възпрепятства от колосалното налягане на газовете, родени в термоядрения пламък. По този начин се постига относителен баланс.

Но по някаква причина интензивността на термоядрената реакция леко намалява. След това температурата и налягането намаляват и под натиска на околната субстанция реакционната зона започва да се свива. Компресията повишава налягането и температурата и реакцията се връща към нормалното. И обратното, ако по някаква причина интензивността на синтеза се увеличи, излишната енергия разширява звездата. Разширяването предизвиква охлаждане на централната зона, което продължава, докато реакцията се върне към нормалния си ход.

Слънцето е частен случай, звезда, една от специфичните форми на съществуване на материята. Но учените отдавна са забелязали някои общи модели - доказателство, че принципът на обратната връзка е едно от основните свойства на света.

Една от тези модели е открита от руския физик Е. X. Ленц (1804–1865) в електромагнитните явления. В училищните учебници се представя под формата на „правилото на Ленц“, което има чисто практическо значение - позволява ви да определите посоката на индукционния ток. Всъщност това е един от случаите, който илюстрира принципа на обратната връзка. Всяка промяна в магнитното поле предизвиква появата на индукционен ток, чието магнитно поле от своя страна противодейства на промените, предизвикали този ток.

Подобни закони - някои от които вероятно тепърва ще бъдат открити - са видими в много други явления. Обратната връзка и естествената саморегулация обясняват липсата на хаос в природата и хармонията на Вселената.

Достатъчно дълго съществуване е гарантирано само на онези космически обекти, при които има обратна връзка и се извършва саморегулация. Не е трудно да се досетите, че точно такива обекти ще се срещат по-често от други. Ето един възможен отговор на въпроса, който ни интересува защо има толкова много звезди във Вселената.

Но можете да зададете и следния въпрос: защо самите звезди са точно такива, а не някои други? В тази връзка В. А. Амбарцумян изрази интересна идея, че много характеристики на структурата на Вселената, включително много свойства на звездите, са, така да се каже, „вградени“ в свойствата на елементарните частици. И ако тези свойства бяха различни, тогава космическите обекти щяха да изглеждат различно, отколкото в действителност.

Така теорията за вътрешната структура на звездите стига до извода, че максималната възможна маса на звезда е право пропорционална на масата на Слънцето и обратно пропорционална на квадрата на масата на ядрото на водороден атом - протон . Но тази формула може лесно да изчисли, че максималната маса на стабилна звезда не може да надвишава приблизително 75 слънчеви маси. Но това е с масата, която имат протоните в нашия свят. Ами ако масата на протона е различна? Да кажем, сто пъти по-малък? В такъв свят може да има напълно стабилни звезди с маса от порядъка на десетки хиляди слънчеви маси...

Но тук неизбежно възниква следният въпрос: защо протонът има точно такава маса, а не някаква друга?

Отговорът на този и други подобни въпроси, които ще следват един след друг, е въпрос на бъдещето.

Съвременна картина на света и атеизъм

Както вече отбелязахме, естествената наука от 19-ти век, която се основава на класическата физика с нейната абсолютна предопределеност на всички световни събития, по същество не оставя място за каквато и да е божествена намеса.

Неслучайно Лаплас в отговор на въпроса на Наполеон защо не споменава Бог никъде в научните си трудове, отговаря: „Не ми трябва тази хипотеза“.

Революцията във физиката на границата на 19-ти и 20-ти век и всичко, което я последва, убедително показа незаконността на механистичните представи за Вселената и разруши хармоничната картина на света, изградена от класическата физика.

Това обстоятелство дава повод на съвременните религиозни теоретици да твърдят, че некласическата физика на 20 век, за разлика от класическата физика, уж не само допуска съществуването на Бог и свръхестествени сили, но и предоставя убедителни доказателства за това. „Новата физика със самата си поява свидетелства в полза на религиозните идеи. Физиката ни води до портите на религията,” казва католическият теоретик епископ О. Спюлбек.

И някои лидери на православната църква, която по принцип предпочита да стои далеч от сложността на съвременната естествена наука, заемат приблизително същата позиция. Така един от теоретиците на Православието, архиепископ Лука, директно заяви, че научните открития от началото на 20-ти век уж разклащат материалистичните основи на естествената наука в полза на идеализма и религията.

Впечатлени от революционните промени в науката, някои големи естествоизпитатели също направиха крачка към религията. „Вероятно може да се каже“, пише английският физик А. Едингтън, „че заключението, което може да се направи от... съвременната наука е, че религията за първи път е станала възможна за интелигентния учен около 1927 г.“

Съвременните религиозни теоретици, за да оправдаят религията, се опитват да използват и факта, че развитието на естествените науки през 20-ти век доведе учените до заключението за безкрайното разнообразие на природата и неизчерпаемостта на света. Ако светът е неизчерпаем, казват те, в него има място за Бог.

В действителност нищо подобно не се случва.

Факт е, че материализмът на класическата физика беше механичен, метафизичен материализъм, който се опитваше да сведе всички световни процеси до една най-проста форма на движение, изключвайки възможността за качествени трансформации на материята.

И новата, некласическа физика на 20 век, а след това и астрофизиката, удря не по материализма на класическата физика, а по нейните претенции да обяснява всичко съществуващо от механична гледна точка. Некласическата физика е не по-малко материалистична от класическата физика, но е материализъм от по-висок порядък – диалектически материализъм.

Както новата физика, така и астрофизиката изобщо не се нуждаят от хипотезата за Бог; те разкриват естествената причинност и естествен модел на всички явления.

Фактът, че светът е безкрайно разнообразен и неизчерпаем, не променя нищо. Да, в процеса на изучаването му науката се сблъсква с все по-сложни проблеми. Но това е естествено - все пак задачата на науката е да разбере по-дълбоката същност на явленията.

Естествено е също, че в този безкраен процес на познание всяка нова стъпка е свързана с преодоляване на по-сериозни трудности.

Въпреки това, както виждаме, науката винаги минава през начини да ги преодолее, разширявайки все повече и повече границите на нашето познание.

Така съвременната естествознание не дава абсолютно никакви основания за преразглеждане на основния въпрос за материалното единство на света.

Още веднъж за революцията в съвременната астрономия

Ако разглеждаме науката като социално обусловена дейност за производство на знания, тогава в развитието на астрономията на 20 век можем да разграничим три етапа, всеки от които се характеризира с определено отношение на обществото към науката за Вселената.

В началото на века някои клонове на астрономията (небесна навигация, измерване на времето, геодезически измервания) се разглеждат от чисто утилитарна гледна точка. И тези раздели на тази наука, които са основни, по-специално астрофизиката, на пръв поглед са били малко използвани в живота на обществото. Астрофизичните изследвания се разглеждат само като начин за задоволяване на любопитството на човек, който иска да разбере в кой свят живее. Астрофизичните изследвания, проведени по това време, впоследствие намират широко приложение в практиката на изследване на космоса. По този начин, дори в онази епоха, астрономията е била свързана с практиката, но тя е моделирала бъдещата практика (астрономията е била практическа наука дори по времето на Коперник - и тогава е моделирала модели на бъдеща практика).

Първоначалните предпоставки за астрономическите изследвания в началото на 20 век са: механична картина на света, представи за Вселената като част от механична система и за всемогъществото на човека, който е в състояние да изследва всичко и да открие всичко.

Революцията във физиката промени връзките между астрономията и обществото. Това създаде предпоставки за по-нататъшното развитие на несъществувалата преди това наука за Вселената. Промените, настъпили в системата на знанието, откриха нови възможности за астрономическа дейност. Говорим по-специално за приложения за изследване на космическите процеси на общата теория на относителността и квантовата механика.

Първият етап се характеризира с две фундаментални постижения в науката за Вселената: откриването на разширяването на Вселената (А. Фридман и Е. Хъбъл - 20-те години) и насърчаването на идеята за естествената природа на не- стационарни фази в развитието на космическите обекти (В. А. Амбарцумян - 1934 г.). Вярно е, че тази идея по това време все още не е била въплътена в астрономическите наблюдения.

Като цяло астрофизиката едва започваше своя „ход“.

Началото на втория етап от революцията в астрономията датира от периода след Втората световна война. Бързото развитие на електрониката, автоматизацията и радиотехниката съживи нови елементи на дейност, което доведе до бърз прогрес в астрофизиката. Идеята на Амбарцумян за закономерността на нестационарните етапи в развитието на небесните тела получи широко развитие и убедително потвърждение в астрономическите наблюдения. Астрофизиката се е превърнала в еволюционна наука.

Анализът на по-нататъшното развитие на астрофизиката показва, че през последните години започва нов етап в производството на астрономически знания - третият етап от революцията в астрономията.

Настъпиха революционни промени в самата природа на астрономическата дейност - астрономията се превърна в наука за всички вълни. И тъй като това е основно резултат от развитието на космическите технологии, въпросната сцена с право може да се нарече космическа.

В теоретично отношение този етап се характеризира с опити да се преразгледа идеята за експлодираща Вселена от нови позиции, да се погледне от различен ъгъл. Тенденцията да се разглеждат нестационарните явления във Вселената не като процеси с експлозивен характер, а като прояви на гравитационен колапс, т.е. своеобразни антиексплозии, става все по-широко разпространена. По този начин говорим за посока, която по същество е противоположна на идеята за експлодираща Вселена.

Неволно възниква аналогия с ранните етапи от развитието на астрономическата наука. Системата на Птолемеите се опитва да обясни структурата на света въз основа на факта, че пряко наблюдаваните движения на небесните тела са техните действителни движения. От това беше направен изводът за централното положение на Земята във Вселената.

Коперник показа, че зад тези видими движения се крие съвсем различно явление - въртенето на Земята около Слънцето (т.е. светът не е същият, какъвто го наблюдаваме директно).

Възниква логичен въпрос: идеята за експлозиите не е ли първият повърхностен етап от обяснението на нестационарните явления, а идеята за колапсите, която го отрича, следващият, по-дълбок етап?

Все още е трудно да се отговори на този въпрос - има борба между две концепции. Необходимо е обаче да се има предвид следното: като отрицание на Птолемеевата система, самата система на Коперник в никакъв случай не е окончателното решение на въпроса за Вселената. В процеса на по-нататъшното развитие на науката тя влиза като компонент първо в системата на Галактиката на Хершел, а след това в системата на разширяващата се Метагалактика. Освен това всяка от последователните системи на света по същество беше описание на определена ограничена система от материални обекти: системата на Птолемей беше описание на сферичната Земя, системата на Коперник - Слънчевата система, системата на Хершел - нашата Галактика.

По този начин, ако направим аналогия между ситуацията, развила се в съвременната астрофизика и по-ранните етапи от развитието на астрономията, тогава събитията, които се случват в съвременната астрофизика, очевидно трябва да се разглеждат като естествен, но преходен етап в познанието за сложни физически процеси, протичащи в безкрайно разнообразната Вселена. Възможно е експлозивните явления и гравитационният колапс да са две страни на един процес на еволюция на космическите обекти и в хода на по-нататъшното развитие на науката те да бъдат включени в системата от явления с по-общ характер.