Единство законов природы и состава вещества во вселенной физика кратко

Обновлено: 05.07.2024

Изучение естествознания на базовом уровне среднего (полного) общего образования направлено на достижение следующих целей:

освоение знаний о современной естественнонаучной картине мира и методах естественных наук; знакомство с наиболее важными идеями и достижениями естествознания, оказавшими определяющее влияние на представления человека о природе, развитие техники и технологий;
овладение умениями применять полученные знания для объяснения явлений окружающего мира, критической оценки и использования естественнонаучной информации, содержащейся в СМИ, ресурсах Интернета и научно-популярной литературе; осознанного определения собственной позиции по отношению к обсуждаемым в обществе проблемам науки;
развитие интеллектуальных, творческих способностей и критического мышления в ходе проведения простейших исследований, анализа явлений, восприятия и интерпретации естественнонаучной информации;
воспитание убежденности в возможности познания законов природы и использования достижений естественных наук для развития цивилизации; стремления к обоснованности высказываемой позиции и уважения к мнению оппонента при обсуждении проблем; осознанного отношения к возможности опасных экологических и этических последствий, связанных с достижениями естественных наук;
использование естественнонаучных знаний в повседневной жизни для обеспечения безопасности жизнедеятельности, охраны здоровья, окружающей среды, энергосбережения.

Система наук о природе. Эволюция естественнонаучной картины мира (курсивом в тексте выделен материал, который подлежит изучению, но не включается в Требования к уровню подготовки выпускников). Естественнонаучный метод познания и его составляющие: наблюдение, измерение, эксперимент, гипотеза, модель, теория. Единство законов природы и состава вещества во Вселенной. Микромир, макромир, мегамир, их пространственно-временные характеристики. Системный подход в естествознании.

Наиболее важные естественнонаучные идеи и открытия, определяющие современные знания о мире.

Дискретное строение вещества (молекулы, атомы, элементарные частицы ). Физические поля и электромагнитные волны; волновые и корпускулярные свойства света. Кванты; поглощение и испускание света атомом. Связь массы и энергии. Порядок-беспорядок и необратимый характер тепловых процессов (2-е начало термодинамики, энтропия, информация ). Эволюция Вселенной (большой взрыв, разбегание галактик, эволюция звезд и планет, Солнечная система).

Периодический закон и периодическая система химических элементов. Связь между структурой молекул и свойствами веществ; неорганические и органические вещества. Природа химической связи и механизм химической реакции (скорость реакции, катализ, химическое равновесие).

Клеточное строение живых организмов (дифференциация клеток в организме, обмен веществ и превращение энергии в клетке, деление клетки, оплодотворение). ДНК – носитель наследственной информации (структура молекулы ДНК, ген, генетический код, мутация, матричное воспроизводство белков ). Биологическая эволюция (наследственность и изменчивость организмов, естественный отбор, гипотезы происхождения жизни, происхождение человека). Биоразнообразие. Биосистемная организация жизни (клетка, организм, популяция, экосистема).

Преобразование и сохранение энергии в живой и неживой природе. Случайные процессы и вероятностные закономерности. Общность информационных процессов в биологических, технических и социальных системах. Эволюция: физический, химический и биологический уровни. Процессы самоорганизации. Биосфера, роль человека в биосфере. Глобальные экологические проблемы и концепция устойчивого развития.

Проведение простых исследований и/или наблюдений (в том числе с использованием мультимедиа): электромагнитных явлений, волновых свойств света, фотоэффекта, оптических спектров, процессов перехода от порядка к беспорядку, эффекта Доплера, изменений свойств вещества при изменении структуры молекул, зависимости скорости химической реакции от различных факторов (температуры, катализатора), клетки (под микроскопом), денатурации белка, репликации ДНК, взаимосвязей в экосистемах (на моделях).

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

Взаимосвязь между научными открытиями и развитием техники и технологий. Различные способы получения электроэнергии и проблемы энергосбережения. Использование электромагнитных волн различного диапазона в технических средствах связи, медицине, при изучении свойств вещества . Принцип действия и использование лазера. Современные способы передачи и хранения информации. Получение новых материалов с заданными свойствами. Природные макромолекулы и синтетические полимерные материалы. Жидкие кристаллы. Биотехнологии (микробиологический синтез, клеточная и генная инженерия). Клонирование.

Экологические проблемы, связанные с развитием энергетики, транспорта и средств связи. Этические проблемы, связанные с развитием биотехнологий.

Проведение простых исследований и/или наблюдений (в том числе с использованием мультимедиа): работы электрогенератора, излучения лазера, определения состава веществ с помощью спектрального анализа; свойств полимерных материалов, каталитической активности ферментов.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЧЕЛОВЕК

Физические и химические процессы в организме человека. Электромагнитные явления в живом организме (организме человека): электрические ритмы сердца и мозга, электрохимическая природа нервных импульсов . Феномен зрения: оптика, фотохимические реакции, анализ информации. Влияние электромагнитных волн и радиоактивных излучений на организм человека. Роль макромолекул в человеческом организме, ферменты и ферментативные реакции.

Наследственные закономерности. Геном человека. Генетически обусловленные заболевания и возможность их лечения. Природа вирусных заболеваний. Принцип действия некоторых лекарственных веществ. Проблемы рационального питания. Биохимическая основа никотиновой, алкогольной и наркотической зависимостей. Безопасное использование веществ бытовой химии. Личная ответственность человека за охрану окружающей среды.

Анализ ситуаций, связанных с повседневной жизнью человека: профилактики и лечения инфекционных заболеваний, защиты от опасного воздействия электромагнитных полей и радиоактивных излучений; выбора диеты и режима питания, экономии энергии, эффективного и безопасного использования веществ бытовой химии; личных действий по охране окружающей среды.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКОВ

В результате изучения естествознания на базовом уровне ученик должен

смысл понятий: естественнонаучный метод познания, электромагнитное поле и электромагнитные волны, квант, эволюция Вселенной, большой взрыв, Солнечная система, галактика, периодический закон, химическая связь, химическая реакция, макромолекула, белок, катализатор, фермент, дифференциация клеток, ДНК, вирус, биологическая эволюция, биоразнообразие, клетка, организм, популяция, экосистема, биосфера;
вклад великих ученых в формирование современной естественнонаучной картины мира;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

"Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого" (Эрнест Мах)

С момента формирования Вселенной материя, по утверждениям астрофизиков, начала со временем концентрироваться в упорядоченные галактические структуры. В рамках концепции горячей Вселенной, то есть с момента "Большого Взрыва", ее начальным состоянием была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи и энергии. Конкретные свойства точки сингулярности ученым неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярности. Некоторые современные ученые, такие как Дэвид Бом и Стивен Хоукинг выдвинули гипотезу, что точка сингулярности отсутствовала и Вселенная образовалась из пустоты, то есть из ничего.

Действительно, первый закон термодинамики гласит: нельзя получить что-либо из ничего. То же самое касается и порядка из взрыва? Согласно второму закону термодинамики порядок, наблюдаемый как во всей Вселенной, так и в нашей Солнечной системе, не может быть следствием лишь взрыва. Взрыв не ведет к порядку. Для того чтобы получить некий порядок, необходимо введение не только энергии, но и информации. По-видимому прав был известный астроном Фред Хойл, когда писал:” Картина Вселенной, образования галактик и звезд, по крайней мере как она предстает в астрономии, удивительно нечетка, как пейзаж, видимый в тумане. Очевидно, что в изучении космологии упущен один компонент – тот, что предполагает наличие информации“

Однако ученым потребовалось затратить огромные интеллектуальные и материальные ресурсы, чтобы прийти к удивительному выводу о "рождении" мира из "ничего". Любопытно, что научный мир с этой гипотезой задержался почти на 500 лет. Процесс сотворения Вселенной был подробно описан великим Ари еще в 16 веке в книге "Древо жизни". Он в частности писал, что …до начала образования Вселенной был лишь Высший, все собой заполняющий, однородный свет, у которого не было ни границы и ни времени. Для создания Вселенной свет равномерным сжатием вокруг некоторой точки сократил себя и образовал пустое пространство в форме круга. Затем из малой искры прямого луча, протянувшегося от бесконечного света внутрь созданного пустого пространства, в центре зияющей пустоты был сотворен наш материальный мир.

Можно предположить, что Ари здесь говорит о поле информации, поле Разума, называемом полем света, из малой порции которого образовалась плоская Вселенная ( в плоскости круга), то есть окружающий нас материальный мир. Скорее всего, Фред Хойл именно этот компонент имел в виду. Как видим, современная физика с использованием инфляционной модели рождения Вселенной очень близко подошла к модели Ари, за исключением начального (нулевого) момента, о котором у ученых нет приемлемых гипотез.

Материя представляет собой скорее крохотные островки субстанции в океане пустоты, нежели твердое вещество, воспринимаемое нашими органами чувств. Да и природа этих островков - элементарных частиц выходит за рамки обыденного здравого смысла. По современным представлениям их следует рассматривать в качестве эфемерных сгустков энергии, которые удивительным образом одновременно сочетают в себе корпускулярные и волновые свойства. Само понятие волны или колебания носит в физике абстрактный характер. Это лишь некоторое "движение материи". Даже при температуре абсолютного нуля атомы в телах не прекращают своих колебательных движений.

Следовательно, наша Вселенная "соткана как единое динамическое полотно" из силовых физических полей неразрывно связанных друг с другом. На сегодня физики достаточно подробно описали лишь электромагнитное поле, поле ядерных сил (сильных взаимодействий) и поле слабых взаимодействий. О гравитационном поле известно только его присутствие и действие на нас, без понимания физики. О других полях, таких, например, как поле "темной энергии" и прочих есть лишь предположения. Высказывается гипотеза, что поле "темной энергии" – это поле информации. Однако сегодня пока не ясно, каким образом информация переходит в энергию. Тем не менее, у науки нет сомнений в том, что скрепляющим раствором для Вселенной являются в частности названные силовые поля, объединяющие все её элементы в удивительно целостную, единую структуру. Четырем известным силовым взаимодействиям соответствуют четыре фундаментальные численные величины, именуемые универсальными мировыми константами.

По словам Фреда Хойла, "современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной, и, если бы эти части каким-то чудесным образом были изъяты из нашего мира, то все наши представления о пространстве и геометрии моментально утратили бы свой смысл. Наши повседневные впечатления до самых мельчайших деталей настолько тесно связаны с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже представить себе, что одно может быть отделено от другого".

Видимо прав был отец квантовой теории Макс Планк, шокировавший в 1944 году ученый мир заявлением о том, что "существует некая "матрица", в которой берут свое начало новые звезды, ДНК и даже сама жизнь". При этом все они соответствуют единому скрытому порядку - порядку целостности и единства. Другими словами, существует некий Высший (относительно нашего уровня понимания) закон природы, являющийся более общим для всего нашего мироздания. Вот что сказал об этом Грэгг Брейден: "недавние исследования с очевидностью подтверждают, что матрица Макса Планка действительно существует. Чтобы подключиться к ее силе, мы должны понимать, как она устроена, и научиться говорить на понятном ей языке".

Единство законов природы во Вселенной.pptx

Последние десятилетия XX и начало XXI вв. ознаменовались бурным развитием новых методов исследования окружающего мира.

Современные достижения в области полупроводниковых технологий, лазерной оптики, космической техники, приборостроения позволили создать новые поколения микроскопов, телескопов радиотелескопом, ускорителей и детекторов элементарных частиц, обладающих значительно большими возможностями для изучения природных объектов, чем их предшественники.

В качестве примера можно привести достижения в области микроскопической техники. Современные электронные, туннельные и атомные силовые микроскопы способны давать изображения с разрешением, позволяющим наблюдать отдельные молекулы и атомы. Современные микроскопы значительно расширили возможности изучения биологических объектов и обеспечили успешное развитие и применение методов генной инженерии.

Существенный прорыв произошел в области телескопической техники. Развитие современных телескопов идет по нескольким направлениям.

Второе направление в развитии телескопической техники — это создание телескопов, работающих в различных диапазонах электромагнитных волн. Если до середины XX в. при астрон омических наблюдениях использовался только видимый свет, то в на¬стоящее время телескопы работают в огромном диапазоне длин волн — от радиов олн с длиной волны 103 м до гамма-излучения с длиной волны порядка 10"11 м. Кроме того, активно развивается нейтринная астрономия, где источником информации служат час¬тицы вещества — нейтрино, а не электромагнитные волны или кванты электромагнитного поля, как в оптических телескопах.

К числу уникальных физических приборов, созданных в последнее время для исследования фундаментальных природных явлений, относятся Большой адронный коллайдер — ускоритель элементарных частиц, обеспечивающий энергию их взаимодействия порядка 10 ТэВ , и Большой американский лазерный интерферометр, предназначенный для поиска гравитационных волн.

Продолжают интенсивно развиваться хорошо зарекомендовавшие себя методы спектроскопии атомов и молекул, рентгено-структурного анализа, резонансные методы изучения вещества.

Современные методы исследований позволили установить новые научные факты, открыть неизвестные ранее природные объекты, существенно расширить представления человека об окружающем мире. Благодаря успехам естественных наук удалось в рамках современного естествознания составить обобщенный образ развивающейся Вселенной, в которой мы живем.

После того как было открыто реликтовое излучение, определены соотношения между водородом и гелием в составе вещества 10 Вселенной, а также между числом фотонов и протонами, стало окончательно ясно, что Вселенная как природный объект существует конечное время. Момент образования Вселенной условно малыми ют Большим взрывом, который произошел около 13-16 млрд. лет назад. За время своего существования Вселенная прошла определенные этапы развития, которые удивительным образом согласуются с представлениями, полученными при изучении объектов из совершенно другой природной области — мира элементарных частиц.

Расширение Вселенной, сопровождавшееся охлаждением, при вело ее к тому состоянию, которое мы наблюдаем в настоящее время. Это состояние отличается от более ранних состояний Вселен ной тем, что в ней вещество и излучение находятся в таких концентрациях и при таких температурах, что становится возможным существование звезд, галактик, планет и в конечном счете ЖИЗНИ на нашей планете.

Представление о процессе развития (эволюции) Вселенном, протекание которого подтверждено наблюдениями и экспериментальными фактами, стало одной из ведущих идей современном естественнонаучной картины мира. Исторический подход к описанию Вселенной создает в нашем сознании образ постоянно изменяющегося мира на разных уровнях его структурном организации. Само время становится понятием, связанным с состоянием Вселенной, и все объекты, входящие в ее состав, меняются со временем вслед за изменением состояния Вселенной.

К важнейшим достижениям естествознания относится экспериментальное доказательство дискретного строения вещества и физических полей. Открытие квантовых свойств вещества и излучения, четырех фундаментальных взаимодействий позволило понять причины многих природных процессов с разными масштабами их проявления. Оказалось, что квантовые свойства микро¬объектов находят отражение в процессах и явлениях макромира во многом определяют природу и состояние некоторых астрономических объектов.

Другой обобщающей идеей естествознания является признание причинно-следственных отношений между изменяющимися состояниями природных объектов.

Этот вывод был сделан на основании огромного числа экспериментальных фактов, установленных разными естественными науками. Смысл этого утверждения в том, что любое последующее состояние природного объекта обусловлено его предыдущим состоянием и взаимодействием с другими объектами.

Одним из последних достижений естествознания с полным основанием можно считать открытие явления самостоятельного упорядочения сложных открытых систем.

Возникновение упорядоченных состояний в открытых системах — это еще одно подтверждение того, что жизнь на Земле могла возникнуть и результате естествен и их процессом. Правда, характер этих процессов до сих пор нам неизвестен.

Видео YouTube

Что такое материя? В чем проявляется материальное единство мира? Можно ли, изучая состав и движение космических тел, восстановить картину эволюции системы? В чем отличие живого от неживого?

Урок-конференция

ЦЕЛЬ КОНФЕРЕНЦИИ. Привести и систематизироват факты, свидетельствующие о материальном единстве мира в контексте его эволюции.

ПЛАН КОНФЕРЕНЦИИ

1. Общие закономерности в движении и химическом составе тел Солнечной системы. 2. Единство химического состава объектов Вселенной. Результаты наблюдений. 3. Единство проявления физических законов во Вселенной. 4. Отличие живого вещества от неживого.

Материальное единство мира, в котором мы живем, проявляется прежде всего в единстве химического состава объектов Вселенной. Практически вое элементы таблицы Менделеева обнаружены в объектах далекого космоса. Например, гелий был открыт в результате спектральных наблюдений Солнца, а затем уже найден и на Земле. Вселенная в раннюю эпоху своей эволюции была водородно-гелиевой. Формирование более тяжелых химических элементов (вплоть до железа) происходит лишь в недрах звезд. Элементы тяжелее железа синтезируются по современным представлениям только при вспышках сверхновых звезд, которые происходят в результате эволюции сверхмассивных звезд. Планетные системы, по-видимому, рождаются вместе с одиночными звездами второго поколения. Возраст нашего Солнца и тел Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд лет. Солнце — звезда второго поколения. В состав газопылевого облака, из которого образовались звезды и планеты, уже вошли тяжелые элементы.

Другим свидетельством материального единства мира является подтвержденное наблюдениями единство законов природы, проявляющееся во Вселенной. В частности, единые свойства пространства-времени в наблюдаемом мире сопряжены, согласно современным представлениям, с непреложным выполнением законов сохранения энергии, импульса, момента импульса. Наконец, о материальном единстве мира свидетельствует наблюдаемое диалектическое единство и взаимодействие основных видов материи — вещества, поля. Единство мира проявляется также в том, что свойства нашего мира описываются мировыми константами: постоянными Больцмана, Планка, гравитационной, скорости света, которые входят в основные физические законы.

Живое и неживое имеет сходный химический состав. Как уже говорилось в § 39, характерной особенностью молекул, связанных с жизнью, является асимметрия по отношению к зеркальному отражению.

Гурштейн А. А. Извечные тайны неба / А. А. Гурштейн. — М.: Просвещение, 1991.
Дагаев М. М. Книга для чтения по астрономии / М. М. Дагаев. — М.: Просвещение, 1980.

Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр / С. Хокинг. — М., 1990.
Долгов А. Д., Вселенная, жизнь, разум / А. Д. Долгов, Я. Б. Зельдович, И. С Шкловский. — М., 1987.
Вещество и антивещество во Вселенной // Природа. — 1982. — № 8,

Чернин А. Д. Физика времени / А. Д. Чернин. — М.. 1987.
Новиков И. Д. Гравитация черных дыр / И. Д. Новиков. — М., 1986.

Инас М. О. природе живого: механизмы и М. Инас. — М.. 1994.
Докина Р. Эгоистичный ген / Р. Докинз. — М смысл / ., 1993

Материальный мир един. Единство химического состава обьектов Вселенной свидетельствует об общем происхождении и общих закономерностях эволюции. Во всей наблюдаемой Вселенной выполняются одни и те же законы, важнейшие из которых — законы сохранения. Живое и неживое вещества имеют общее и различное в химическом составе и молекулярном строении.

Все многочисленные тела как живой, так и неживой природы состоят из мельчайших материальных частичек-атомов различных химических элементов. Число этих химических элементов и их единство определяются великим законом природы — периодическим законом Д. И. Менделеева. Но возникает ещё вопрос, требующий ответа. Из какого вещества, из каких элементов состоят небесные тела, звёзды и планеты? Справедлив ли закон Менделеева и для Вселенной? Да, справедлив.

В середине прошлого века философ О. Конт, пытаясь доказать, что наше познание природы ограничено, приводил такой пример: человек никогда не узнает, из чего состоят звёзды и солнце, какова температура этих небесных тел и т. д. Ведь солнце и звёзды — это раскалённые небесные тела. Если даже предположить, что в отдалённом будущем люди построят межпланетные летательные аппараты, они всё равно не смогут приблизиться к поверхности солнца и звёзд, так как температура этих небесных тел очень высока. Наука опровергла ложные доводы этого философа. Всего несколько лет спустя после этого высказывания Конта был открыт новый плодотворный способ исследования небесных тел — спектральный анализ.

Сущность этого способа, коротко говоря, состоит в следующем: белый свет, который мы наблюдаем в жизни, при определённых условиях разлагается на цветные лучи. В этом можно убедиться при помощи очень простого опыта. Поставьте на пути луча света кусок стекла, имеющий вид клина, так называемую трёхгранную призму. Проходя через такую призму, свет меняет своё прямолинейное направление или, как говорят, преломляется в ней и одновременно разлагается на составляющие его цветные лучи. Образуется так называемый спектр цветных лучей. В спектре принято выделять семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый, переходящие друг в друга. Объясняется это явление тем, что лучи разных цветов по-разному преломляются в трёхгранном куске стекла — менее других отклоняются в призме красные лучи, более всех других лучей — фиолетовые.

Изучая спектры света от различных источников, учёные обнаружили одну замечательную их особенность. Свет, который исходит от раскалённых твёрдых и жидких тел, даёт всегда сплошной спектр, т. е. цветные лучи-полоски следуют в нём друг за другом и всегда в одном и том же порядке.

Совсем иной спектр получается, если свет испускают раскалённые пары какого-либо вещества. Этот спектр состоит из тонких цветных линий, разделённых тёмными полосками. Такой спектр называется линейчатым.

И вот оказывается, что каждый химический элемент имеет свой, отличный от других линейчатый спектр. Например, раскалённые пары натрия дают спектр, состоящий из двойной жёлтой линии; в спектре паров элемента лития имеются характерные — одна красная и одна оранжевая—линии; раскалённые пары калия показывают две характерные линии — красную и фиолетовую и т.д.

Открытие этой замечательной особенности — способности веществ давать свой, отличный от других спектр излучения, когда они находятся в состоянии раскалённых газов, и явилось основой необычайно чувствительного спектрального анализа*). С помощью этого способа исследования в первые же годы его применения было крыто несколько новых, ранее неизвестных химических элементов (в том числе упомянутый ранее галлий). Содержание этих элементов в земле очень рассеяно, поэтому ранее они ускользали от внимания исследователя. Способ спектрального исследования тел природы позволил обнаруживать миллионные и миллиардные доли грамма вещества.

Каждое новое простое тело давало о себе знать новым сочетанием цветных линий в спектре, новым линейчатым спектром. Спектральное исследование лучей света, идущих от небесных тел, и позволило определить, из каких элементов состоят звёзды.

Ещё до открытия линейчатых спектров было замечено, что спектр солнечных лучей, который долгое время считали сплошным, на самом деле не сплошной, а пересекается множеством тонких тёмных линий.

Разгадка этих линий была найдена после открытия спектрального анализа. Оказывается, тёмные линии образуются в спектре потому, что свет на своём пути проходит через несветящиеся пары некоторых элементов. Так, например, если свет проходит через охлаждённые пары калия, то в сплошном спектре, в местах, где располагаются цветные линии этого элемента—красная и фиолетовая, — появятся соответственно две тёмные линии. Такие спектры, состоящие из тёмных линий на фоне цветных полос, называют спектрами поглощения. Спектры поглощения и помогли узнать состав небесных тел.

Изучение спектра поглощения солнечных лучей показало, что солнечный свет проходит на своём пути через более холодные пары очень многих химических элементов — железа, водорода, гелия, натрия, кальция, кремния и других.

Где же находятся эти пары? Дать на него ответ не представляло трудности. Известно, что в атмосфере Земли нет паров всех тех элементов, о которых говорит солнечный свет. Не могут эти элементы находиться также в межзвёздном пространстве, и вот по какой причине. Спектры поглощения света, идущего от разных звёзд, различны. Значит, свет разных звёзд встречает на своём пути к Земле разные химические элементы (в виде охлаждённых, несветящихся паров). Отсюда ясно, что все те химические элементы, о которых говорят солнечный свет и свет звёзд, находятся в виде паров у самого Солнца, у самой звезды в их внешних, более холодных слоях. Обнаруженные исследованием элементы должны, следовательно, входить в состав этих небесных тел.

Изучение спектров солнечного света показало, что на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там много и других химических элементов (кислород, кальций, железо, магний, натрий и др.), но все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с водородом. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Но на разных небесных телах вещество может находиться в самых различных состояньях.

Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно разреженное облако легких частичек, главным образом частичек электричества — электронов, выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в разных направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их так же велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней части короны к ним примешаны и частички пыли, которая носится в межпланетном пространстве.

Астрономы много сделали для изучения различных явлений на Солнце, в особенности во время полных солнечных затмении. Ведь те несколько минут, в течение которых происходит полное солнечное затмение, являются лучшим временем для наблюдения солнечной короны, хромосферы, протуберанцев и многих других явлений, происходящих на Солнце.

Изучение спектров небесных тел с неопровержимой убедительностью доказало материальное единство Вселенной. Многочисленные спектры Солнца, звёзд, туманностей показали, что ни на одном из небесных тел нет таких элементов, которые были бы неизвестны нам, жителям Земли, нет элементов, которые не входят в периодическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Так, в настоящее время на Солнце найдено уже более 60 химических элементов и все они известны нам по таблице Менделеева.

Состав нейтронных звёзд

Нейтронные звезды – это одни из наиболее интересных небесных тел в космосе. Несмотря на крайне малый размер (не более 20км в диаметре) они обладают невероятно высокой плотностью. Вследствие этого, щепотка вещества с этой звезды будет весить более 500 млн. тонн. Из-за гравитации электроны вдавливаются в протоны, переходя в нейтроны, что и послужило названием для этих звезд.

Исследуя нейтронные звезды, физики-теоретики разработали модели поведения материи в условиях высокой плотности. Итогом стала гипотеза о существовании сверхтекучей жидкости. Подобная жидкость создавалась в лабораторных условиях. Отличительными свойствами является способность течь вверх и утекать из герметично закрытых контейнеров.

Нейтронные звезды образуются в результате взрыва сверхновых и представляют собой конечный этап жизни светила. Они состоят из нейтронной сердцевины и тонкой коры вырожденного вещества с преобладанием ядер железа и никеля. Размер таких небесных тел очень мал — около 20-30 километров в диаметре. Зато плотность чрезвычайно высока.

Когда были обнаружены нейтронные звезды, ученые предположили, что материя, из которой состоят их ядра, может переходить в сверхтекучее состояние — при этом ее вязкость становится равной нулю и отсутствие трения позволяет веществу, к примеру, с легкостью просачиваться через узкие отверстия… Под воздействием высоких давлений и температур происходят процессы образования нейтрино, способствующих охлаждению звезды. Одним из свойств таких объектов является изменение их температуры и магнитного поля. Однако до недавних пор все эти предположения существовали лишь в теории и не подтверждались фактическими доказательствами.

В земных лабораториях сверхпроводимость теряет свою силу при температурах свыше 100-200С ниже нуля. Но, при высоком давлении внутри нейтронной звезды, свойства сохраняются при миллиарде градусов. Для того чтобы получить сверхтекучую жидкость, гелий охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. Но, в нейтронных звездах она может появляться при миллиарде градусов, вследствие того, что частицы при такой температуре влияют друг на друга с помощью мощного ядерного взаимодействия. В результате, кварки удерживаются внутри частиц, а нейтроны и протоны остаются внутри атомного ядра. Достаточно долго ученые не могли определить значение критической температуры, но теперь она известна и составляет от 500 миллионов до миллиарда градусов Цельсия.

Итак, ядро нейтронной звезды состоит из сверхтекучей нейтронной жидкости, вырожденных протонов и сверхпроводящих протонов, а верхний слой из твердой коры железа. Изначально температура составляет около миллиарда градусов, но звезда достаточно быстро остывает, теряя свою светимость. Но, они достаточно сильно излучают радиоволны в направлении магнитной оси.

Недавно астрофизики обратили внимание на то, что звезда Кассиопея А быстро охлаждается. Ученые смогли определить параметры падения температуры, однако у них не хватало данных наблюдений, чтобы уточнить, при какой температуре происходит переход в жидкую форму. Позже выяснилось что с 1999 года, когда была обнаружена Кассиопея А, ее температура снизилась на 4%.

Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы

Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается космогония. Полного и исчерпывающего ответа на этот вопрос наука не дает. Пока нет возможности проверить выводы современных теорий применительно к какой-либо другой планетной системы. Рассмотрим наиболее известные космогонические гипотезы.

Идею Канта поддержал Лаплас, однако, согласно его гипотезе планеты образовались в результате отделения от раскаленного протосолнца газовых колец, их охлаждения и конденсации. Кольца разделялись на несколько масс, образовавших затем разные планеты.

Эта гипотеза получила название небулярной (от лат. nebula – туманность) гипотезы Канта-Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной (лат. rotatio – вращение).

Гипотеза О.Ю. Шмидта. Советский ученый О.Ю. Шмидт (1891-1956) предположил, что Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, могло захватить материю, обладающую достаточным моментом количества движения. Расчеты Шмидта, в частности, показали, что начальный период обращения Солнца был очень большим, а затем должен был уменьшиться до 20 суток. В действительности он равен 25 суткам, и такое совпадение считается хорошим.

Ожидается, что новый свет на загадку образования Солнечной системы прольют дальнейшие исследования планет земной группы и планет-гигантов с помощью автоматических космических станций.

Первые космогонические гипотезы

Эти гипотезы появились значительно раньше, чем стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Значение первых космогонических гипотез состояло прежде всего в том, что они пытались объяснить происхождение небесных тел как результат естественного процесса, а не одновременного акта божественного творения. Кроме этого, некоторые ранние гипотезы содержали правильные идеи о происхождении небесных тел. Такой, например, оказалась гипотеза, предложенная немецким философом И. Кантом в середине XVIII в. Кант высказал догадку о том, что Солнечная система образовалась из облака пыли.

Подробнее картина образования Солнечной системы вырисовывалась в гипотезе, предложенной в конце XVIII в. французским ученым П. Лапласом. Лаплас рассматривал большую, медленно вращающуюся туманность, состоящую из разреженного горячего газа. При сжатии туманности скорость ее вращения возрастала, туманность сплющивалась. Из ее центральной части образовалось Солнце. По мере сжатия первичного Солнца угловая скорость его вращения вокруг оси увеличивалась (в силу закона сохранения момента количества движения) и в плоскости экватора Солнца стали отделяться газовые кольца. Из концентрической системы этих колец возникли планеты.

Картина получалась настолько наглядной, что очень долгое время гипотеза Лапласа была самой популярной. Однако в XX в. от гипотезы Лапласа пришлось отказаться, так как выяснилось, что она не может объяснить, например, распределение момента количества движения в Солнечной системе.

Современные представления о происхождении планет

На первый взгляд может показаться, что по сравнению с грандиозными проблемами космологии и звездной космогонии проблема происхождения Солнечной системы не очень трудна. На самом деле это не так. Проблема происхождения планет — очень сложная и далеко еще не решенная проблема, во многом зависящая от развития не только астрономии, но и многих других естественных наук (прежде всего наук о Земле). Дело в том, что пока можно исследовать только единственную планетную систему, окружающую наше Солнце. Как выглядят более молодые и более старые системы, вероятно, существующие вокруг других звезд, неизвестно. Чтобы правильно объяснить происхождение планет, необходимо также знать, как образовались Солнце и другие звезды, потому что планетные системы возникают вокруг звезд в результате закономерных процессов развития материи. И все-таки, несмотря на трудности, ученые убеждены в том, что правильное объяснение будет найдено. Знать, как произошла наша планета, очень важно для дальнейшего развития геофизики, геохимии, геологии и других наук о Земле.

Проблемами планетной космогонии в настоящее время занимаются ученые разных стран.В формирование современной планетной космогонии значительный вклад внесли отечественные ученые. Так, например, на протяжении полувека проблемами планетной космогонии занимался академик В. Г. Фесенков (1889—1972), всегда подчеркивавший, что должна существовать тесная связь между процессом формирования Солнца и процессом формирования планет. В начале 40-х гг. с космогонической гипотезой выступил академикО. Ю. Шмидт (1891—1956).

Наиболее важные выводы планетной космогонии сводятся к следующему:

Важнейшие этапы формирования планет

в) Спутники планет (а значит, и наша Луна) возникли, по-видимому, из роя частиц, окружающих планеты, т. е. в конечном итоге тоже из вещества протопланетной туманности. Пояс астероидов возник там, где притяжение Юпитера препятствовало формированию крупной планеты.

Таким образом, основная идея современной планетной космогонии сводится к тому, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

Земля как планета в основном сформировалась за время порядка 100 млн. лет и вначале тоже была холодной. Последующий разогрев Земли происходил в результате ударов крупных тел (размером с астероиды), гравитационного сжатия, распада радиоактивных элементов и некоторых других физических процессов. Постепенно в процессе гравитационной дифференциации вещества (т. е. в процессе разделения вещества, состоящего из тяжелых и легких химических элементов) в центре Земли сосредоточивались тяжелые химические элементы (железо, никель и др.), из которых образовалось ядро нашей планеты. Из более легких химических элементов и их соединений возникла мантия Земли.

Читайте также: