Реферат: Структурные уровни организации материи. Микро, макро, мега миры
1. Введение.
Весьокружающий нас мир представляет собой движущуюся материю в её бесконечноразнообразных формах и проявлениях, со всеми её свойствами, связями иотношениями. Рассмотрим подробнее, что же такое материя, а так же ееструктурные уровни.
1.<span Times New Roman"">
Что такое материя. История возникновения взгляда наматерию.Материя(лат. Materia – вещество), «…философская категория для обозначения объективнойреальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется,фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от нас».
Материя –это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстратлюбых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя нетолько все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те,которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствованиясредств наблюдения и эксперимента. С точки зрения марксистско-ленинскогопонимания материи, она органически связана с диалектико-материалистическимрешением основного вопроса философии; оно исходит из принципа материальногоединства мира, первичности материи по отношению к человеческому сознанию ипринципа познаваемости мира на основе последовательного изучения конкретныхсвойств, связей и форм движения материи.
В основепредставлений о строении материального мира лежит системный подход, согласнокоторому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может бытьрассмотрен как сложное образование,включающее в себя составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостностиобъектов в науке было выработано понятие системы. [1]
Материя какобъективная реальность включает в себя не только вещество в четырех егоагрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном, плазменном), но ифизические поля (электромагнитное, гравитационное, ядерное и т. д.), а также ихсвойства, отношения, продукты взаимодействия. Входит в нее и антивещество(совокупность античастиц: позитрон, или антиэлектрон, антипротон, антинейтрон),недавно открытое наукой. Антивещество ни в коем случае не антиматерия.Антиматерии вообще быть не может. Дальше «не» (не-материи) отрицание здесь неидет.
Движение иматерия органически и нерасторжимо связаны друг с другом: нет движения безматерии, как нет и материи без движения. Иначе говоря, нет в мире неизменныхвещей, свойств и отношений. «Все течет», все изменяется. Одни формы или видысменяются другими, переходят в другие – движение постоянно. Покой –диалектически исчезающий момент в беспрерывном процессе изменения, становления.Абсолютный покой равнозначен смерти, а вернее – несуществованию. Можно понять вданной связи А. Бергсона, рассматривавшего всю реальность как неделимуюдвижущуюся непрерывность. Или А.Н.Уайтхеда, для которого «реальность естьпроцесс». И движение, и покой с определенностью фиксируются лишь по отношению ккакой-то системе отсчета. Так, стол, за которым пишутся эти строки, покоенотносительно данной комнаты, она, в свою очередь, — относительно данного дома,а сам дом – относительно Земли. Но вместе с Землей стол, комната и дом движутсявокруг земной оси и вокруг Солнца.
Движущаясяматерия существует в двух основных формах – в пространстве и во времени.Понятие пространства служит для выражения свойства протяженности и порядка сосуществованияматериальных систем и их состояний. Оно объективно, универсально (всеобщаяформа) и необходимо. В понятии времени фиксируется длительность ипоследовательность смены состояний материальных систем. Время объективно,неотвратимо и необратимо. Следует различать философские и естественнонаучныепредставления о пространстве и времени. Собственно философский подходпредставлен здесь четырьмя концепциями пространства и времени: субстанциальнойи реляционной, статической и динамической. [3]
Основоположникомвзгляда на материю, как состоящую из дискретных частиц был Демокрит.
Демокритотрицал бесконечную делимость материи. Атомы различаются между собой толькоформой, порядком взаимного следования, и положением в пустом пространстве, атакже величиной и зависящей от величины тяжестью. Они имеют бесконечноразнообразные формы с впадинами или выпуклостями. Демокрит называет атомы также«фигурами» или «видиками», из чего следует, что атомы Демокрита являютсямаксимально малыми, далее неделимыми фигурами или статуэтками. В современнойнауке много спорили о том, являются ли атомы Демокрита физическими илигеометрическими телами, однако сам Демокрит еще не дошел до различения физики игеометрии. Из этих атомов, движущихся в различных направлениях, из их «вихря» поестественной необходимости путем сближения взаимноподобных атомов образуютсякак отдельные целые тела, так и весь мир; движение атомов вечно, а числовозникающих миров бесконечно.[2]
Мирдоступной человеку объективной реальности постоянно расширяется. Концептуальныеформы выражения идеи структурных уровней материи многообразны.[6]
Современнаянаука выделяет в мире три структурных уровня.
2. Микро, Макро, Мега миры.
Микромир– это молекулы, атомы, элементарные частицы— мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляетсяот 10-8 до 10-16 см, а время жизни— от бесконечности до 10-24 с.
Макромир—мир устойчивых форм и соразмерныхчеловеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы,сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима смасштабами человеческого опыта: пространственныевеличины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время— в секундах, минутах, часах, годах.
Мегамир—этопланеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромныхкосмических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световымигодами, а время существования космических объектов— миллионами и миллиардами лет.
И хотя на этих уровняхдействуют свои специфические закономерности, микро-, макро — и мегамирытеснейшим образом взаимосвязаны.
Намикроскопическом уровне физика сегодня занимается изучением процессов,разыгрывающихся на длинах порядка 10 в минус восемнадцатой степени см., завремя — порядка 10 в минус двадцать второй степени с. В мегамире ученые спомощью приборов фиксируют объекты, удаленные от нас на расстоянии около 9-12млрд. световых лет.
Микромир.Демокритом вантичности была выдвинута Атомистическая гипотеза строенияматерии, позже, в XVIIIв. была возрождена химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водородаза единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж.Дальтона стали изучаться физико-химические свойства атома. ВXIX в. Д. И. Менделеев построил систему химическихэлементов, основанную на их атомном весе.
В физику представления обатомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии.Собственно физические исследования атома начинаются в концеXIX в., когда французским физиком А. А.Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось всамопроизвольном превращении атомов одних элементов в атомы других элементов.
История исследованиястроения атома началась в1895 г.благодаря открытию Дж. Томсоном электрона-отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Посколькуэлектроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, тобыло сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженнойчастицы. Масса электрона составила по расчетам1/1836 массы положительно заряженной частицы.
Существовало несколько моделей строения атома.
В 1902г.английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) предложил первую модель атома— положительный заряд распределен в достаточнобольшой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг».
В 1911г. Э.Резерфорд предложил модель атома, которая напоминала солнечную систему: вцентре находится атомное ядро, а вокруг него по своим орбитам движутсяэлектроны.
Ядро имеет положительныйзаряд, а электроны- отрицательный.Вместо сил тяготения, действующих в Солнечной системе, в атоме действуютэлектрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равныйпорядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммойзарядов электронов— атом электрическинейтрален.
Обе эти модели оказалисьпротиворечивы.
В1913 г. великий датский физик Н. Бор применил принцип квантованияпри решении вопроса о строении атома и характеристике атомных спектров.
Модель атома Н. Борабазировалась на планетарной модели Э. Резерфорда и на разработанной им самимквантовой теории строения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основаннуюна двух постулатах, совершенно несовместимых с классической физикой:
1)в каждоматоме существует несколько стационарныхсостояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит)электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;
2)при переходе электрона из одногостационарного состояния в другое атом излучаетили поглощает порцию энергии.
В конечном итоге точно описать структуру атома на основаниипредставления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно,поскольку таких орбит в действительности не существует.
Теория Н. Бора представляетсобой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Этопоследнее усилие описать структуру атома на основе классической физики,дополняя ее лишь небольшим числом новых предположений.
Создавалось впечатление, чтопостулаты Н. Бора отражают какие-то новые, неизвестные свойства материи, нолишь частично. Ответы на эти вопросы были получены в результате развитияквантовой механики. Выяснилось, что атомную модель Н. Бора не следует пониматьбуквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя нагляднопредставить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире.Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказалисьнеподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков всебольше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.
Макромир.В истории изучения природы можно выделить два этапа:донаучный и научный.
Донаучный,илинатурфилософский, охватывает период от античности до становленияэкспериментального естествознания вXVI—XVIIвв. Наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительныхфилософских принципов.
Наиболее значимой дляпоследующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материиатомизм, согласно которому все тела состоят изатомов— мельчайших в мире частиц.
Со становления классическоймеханики начинается научный этапизучения природы.
Поскольку современныенаучные представления о структурных уровнях организации материи быливыработаны в ходе критического переосмысления представлений классической науки,применимых только к объектам макроуровня, то начинать нужно с концепцийклассической физики.
Формирование научныхвзглядов на строение материи относится кXVIв., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физическойкартины мира— механической. Он непросто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции,а разработал методологию нового способа описания природы— научно-теоретического. Суть его заключаласьв том, что выделялись только некоторые физические и геометрическиехарактеристики, которые становились предметом научного исследования. Галилейписал: «Никогда я не стану от внешних телтребовать чего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менеебыстрого движения для того, чтобы объяснить возникновение вкуса, запаха и звука»<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1].
И.Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики,описывающую и движение небесных тел, и движение земныхобъектоводними и теми же законами. Природа рассматривалась как сложная механическаясистема.
В рамках механическойкартины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложиласьдискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась каквещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц— атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы,непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.
Существенной характеристикойньютоновского мира было трехмерное пространство евклидовой геометрии, котороеабсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось каквеличина, не зависящая ни от пространства, ни от материи.
Движение рассматривалось какперемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии сзаконами механики.
Итогом ньютоновской картинымира явился образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированногомеханизма, где события и процессы являют собой цепь взаимозависимых причин иследствий.
Механистический подход к описаниюприроды оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой былисозданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла,молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физикадостигла огромных успехов. Однако были две области— оптических и электромагнитных явлений, которые не могли бытьполностью объяснены в рамках механистической картины мира.
Наряду с механическойкорпускулярной теорией, осуществлялись попытки объяснить оптические явленияпринципиально иным путем, а именно- наоснове волновой теории, сформулированнойX.Гюйгенсом. Волновая теория устанавливала аналогию между распространением светаи движением волн на поверхности воды или звуковых волн в воздухе. В нейпредполагалось наличие упругой среды, заполняющей все пространство, — светоносного эфира. Исходя из волновой теорииX. Гюйгенс успешно объяснил отражение и преломление света.
Другой областью физики, гдемеханические модели оказались неадекватными, была область электромагнитных явлений.Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадея и теоретические работыанглийского физика Дж. К. Максвелла окончательно разрушили представленияньютоновской физики о дискретном веществе как единственном виде материи и положилиначало электромагнитной картине мира.
Явление электромагнетизмаоткрыл датский естествоиспытательX. К.Эрстед, который впервые заметил магнитное действие электрических токов.Продолжая исследования в этом направлении, М. Фарадей обнаружил, что временноеизменение в магнитных полях создает электрический ток.
М. Фарадей пришел к выводу,что учение об электричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую область.Его работы стали исходным пунктом исследований Дж. К. Максвелла, заслугакоторого состоит в математической разработке идей М. Фарадея о магнетизме иэлектричестве. Максвелл «перевел» модель силовых линий Фарадея в математическуюформулу. Понятие «поле сил» первоначально складывалось как вспомогательноематематическое понятие. Дж. К. Максвелл придал ему физический смысл и сталрассматривать поле как самостоятельную физическую реальность: «Электромагнитное поле— это та часть пространства, которая содержит в себе и окружаеттела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии»<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[2].
Исходя из своих исследований,Максвелл смог заключить, что световые волны представляют собой электромагнитныеволны. Единая сущность света и электричества, которую М. Фарадей предположил в1845 г., а Дж. К. Максвелл теоретическиобосновал в1862 г., былаэкспериментально подтверждена немецким физиком Г. Герцем в1888 г.
После экспериментов Г. Герцав физике окончательно утвердилось понятие поля не в качестве вспомогательнойматематической конструкции, а как объективно существующей физическойреальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи.
Итак, к концуXIX в. физика пришла к выводу, что материясуществует вдвух видах: дискретного вещества инепрерывного поля.
В результате же последующихреволюционных открытий в физике в конце прошлого и начале нынешнего столетийоказались разрушенными представления классической физики о веществе и полекак двух качественно своеобразных видах материи.
Мегамир. Мегамирили космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую иразвивающуюся систему всех небесных тел.
Все существующие галактикивходят в систему самого высокого порядка — Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологическогогоризонта составляет15— 20 млрд.световых лет.
Понятия «Вселенная»и «Метагалактика»— очень близкие понятия: они характеризуютодин и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие «Вселенная» обозначаетвесь существующий материальный мир; понятие «Метагалактика»— тот же мир, но с точки зрения его структуры— как упорядоченную систему галактик.
Строение и эволюцияВселенной изучаются космологией. Космологиякак раздел естествознания, находится на своеобразном стыке науки, религиии философии. В основе космологических моделей Вселенной лежат определенныемировоззренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большоемировоззренческое значение.
В классической наукесуществовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласнокоторой Вселенная всегда была почти такой же, как сейчас. Астрономия быластатичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавалисьих классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюцииВселенной не ставился.
Современные космологическиемодели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласнокоторой метрикапространства и времениопределяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства какцелого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическимифакторами.
Уравнение тяготенияЭйнштейна имеет не одно, а множество решений,чеми обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модельбыла разработана самим А. Эйнштейном в1917г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности ибесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической модельюВселенной А. Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя всреднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масскомпенсируется универсальным космологическим отталкиванием.
Время существования Вселеннойбесконечно, т.ё. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, ноконечно.
Вселенная в космологическоймодели А. Эйнштейна стационарна, бесконечна во времени и безгранична впространстве.
В1922г. русский математик и геофизик А.А Фридман отбросил постулат классическойкосмологии о стационарности Вселенной иполучил решение уравнения Эйнштейна, описывающее Вселенную с “расширяющимся”пространством.
Поскольку средняя плотностьвещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этихпространств Вселенной мы живем.
В1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономических наблюдений.Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотногосостояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.
В 1929 году американскийастроном Э.П. Хаббл обнаружил существование странной зависимости междурасстоянием и скоростью галактик: всегалактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, — система галактикрасширяется.
РасширениеВселенной считается научно установленным фактом. Согласно теоретическимрасчетам Ж. Леметра, радиусВселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, что близко поразмерам к радиусу электрона, а ее плотность составляла 1096 г/см3. В сингулярном состоянииВселенная представляла собой микрообъектничтожно малых размеров. От первоначального сингулярного состояния Вселеннаяперешла к расширению в результате Большого взрыва.
Ретроспективныерасчеты определяют возраст Вселенной в 13-20 млрд. лет. Г.А. Гамов предположил, что температуравещества была велика и падала с расширением Вселенной. Его расчеты показали,что Вселенная в своей эволюции проходит определенные этапы, в ходе которыхпроисходит образование химических элементов и структур. В современнойкосмологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на “эры”<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[3]
Эра адронов. Тяжелые частицы, вступающие всильные взаимодействия.
Эра лептонов.Легкие частицы, вступающие в электромагнитноевзаимодействие.
Фотонная эра.Продолжительность1млн. лет. Основная доля массы— энергииВселенной— приходится на фотоны.
Звездная эра.Наступает через1млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процессобразования протозвезд и протогалактик.
Затем разворачиваетсяграндиозная картина образования структуры Метагалактики.
В современной космологиинаряду с гипотезой Большого взрыва весьма популярна инфляционная модельВселенной, в которой рассматривается творение Вселенной. Идея творения имееточень сложное обоснование и связана с квантовой космологией. В этой моделиописывается эволюция Вселенной начиная с момента 10-45 с посленачала расширения.
Сторонники инфляционноймодели видят соответствие между этапами космической эволюции и этапамитворения мира, описанными в книге Бытия в Библии<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[4].
В соответствии синфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселенной проходит рядэтапов.
Начало Вселеннойопределяется физиками-теоретиками как состояние квантовой супергравитации срадиусом Вселенной в 10-50 см
Стадия инфляции. Врезультате квантового скачка Вселенная перешла в состояние возбужденноговакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась поэкспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство и времяВселенной. За период инфляционной стадии продолжительностью 10-34.Вселенная раздулась от невообразимо малых квантовых размеров 10-33до невообразимо больших 101000000см, что на много порядковпревосходит размер наблюдаемой Вселенной— 1028см. Весь этот первоначальный период во Вселенной не было ни вещества, ниизлучения.
Переход от инфляционнойстадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось, высвободившаяся энергияпошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые, проаннигилировав, далимощную вспышку излучения (света), осветившего космос.
Этап отделения вещества отизлучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным дляизлучения, контакт между веществом иизлучениемпропал. Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовыйфон, теоретически предсказанный Г. А. Гамовым и экспериментально обнаруженныйв1965 г.
В дальнейшем развитиеВселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния ксозданию все более сложных структур—атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезутяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для созданияжизни, возникновению жизни и как венца творения— человека.
Различие между этапами эволюцииВселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначальногоэтапа порядка10-30 с, далеемежду этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космическойэволюции нет.
Пока же эти модели с помощьюзнаний и фантазии можно рассчитывать на компьютере, а вопрос остается открытым.
Самая большая трудность дляученых возникает при объяснении причин космической эволюции. Если отброситьчастности, то можно выделить две основные концепции, объясняющие эволюцию Вселенной:концепцию самоорганизации и концепциюкреационизма.
Для концепции самоорганизации материальная Вселеннаяявляется единственной реальностью, и никакой другой реальности помимо нее несуществует. Эволюция Вселенной описывается в терминах самоорганизации: идетсамопроизвольное упорядочивание систем в направлении становления все болеесложных структур. Динамичный хаос порождает порядок.
В рамках концепции креационизма, т.е. творения, эволюцияВселенной связывается с реализацией программы, определяемой реальностью болеевысокого порядка, чем материальный мир. Сторонники креационизма обращаютвнимание на существование во Вселенной направленного номогенца— развития от простых систем ко все болеесложным и информационно емким, в ходе которого создавались условия длявозникновения жизни и человека. В качестве дополнительного аргумента привлекается антропный принцип, сформулированный английскими астрофизиками Б. Карром и Риссом.
Среди современных физиков –теоретиков имеются сторонники, как концепции самоорганизации, так иконцепции креационизма. Последниепризнают, что развитие фундаментальной теоретической физики делает насущной необходимостью разработкуединой научно – технической картины мира, синтезирующей все достижения вобласти знания и веры.
Вселенной на самых разныхуровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскопленийгалактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной являетсярезультатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовалисьгалактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.
Метагалактика– представляет собой совокупность звездных систем –галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве,заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.
Согласно современнымпредставлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая)структура. Существуют огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мегапарсек), в которых галактикпока не обнаружено.
Возраст Метагалактики близокк возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период,следующий за разъединением вещества и излучение. По современным данным, возрастМетагалактики оценивается в 15 млрд.лет.
Галактика– гигантская система, состоящая из скоплений звезд итуманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.
По форме галактики условнораспределяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные.
Эллиптические галактики– обладают пространственнойформой эллипсоида с разной степеньюсжатия они являются наиболее простыми по структуре: распределение звездравномерно убывает от центра.
Спиральные галактики– представлены в форме спирали, включая спиральныеветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и нашаГалактика – млечный путь.
Неправильные галактики– не обладают выраженной формой, вних отсутствует центральное ядро.
Некоторые галактикихарактеризуются исключительно мощным радиоизлучением, превосходящим видимоеизлучение. Это радиогалактики.
В ядре галактикисосредоточенны самые старые звезды, возраст которых приближается к возрастугалактики. Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.
Звезды и туманности впределах галактики движутся довольно сложным образом вместе с галактикой онипринимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращениигалактики вокруг оси.
Звезды.На современном этапе эволюции Вселенной вещество в нейнаходится преимущественно в звездномсостоянии. 97% вещества в нашей Галактикесосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образованияразличной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многихдругих галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет болеечем99,9% их массы.
Возраст звезд меняется вдостаточно большом диапазоне значений: от15млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч— самых молодых. Есть звезды, которыеобразуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они ещене стали настоящими звездами.
Рождение звезд происходит вгазово-пылевых туманностях под действием гравитационных, магнитных и другихсил, благодаря которым идет формирование неустойчивых однородностей и диффузнаяматерия распадается на ряд сгущений. Если такие сгущения сохраняются достаточнодолго, то с течением времени они превращаются в звезды. Основная эволюциявещества во Вселенной происходила и происходит в недрах звезд. Именно тамнаходится тот «плавильный тигель», который обусловил химическую эволюциювещества во Вселенной.
На завершающем этапеэволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды.
Звезды не существуютизолированно, а образуют системы. Простейшие звездные системы— так называемые кратные системы состоят издвух, трех, четырех, пяти и больше звезд, обращающихся вокруг общего центратяжести.
Звезды объединены также веще большие группы — звездные скопления, которые могут иметь «рассеянную» или«шаровую» структуру. Рассеянные звездные скопления насчитывают несколько сотенотдельных звезд, шаровые скопления -многие сотни тысяч.
Ассоциации, или скоплениязвезд, также не являются неизменными и вечно существующими. Через определенноеколичество времени, исчисляемое миллионами лет, они рассеиваются силамигалактического вращения.
Солнечная системапредставляет собой группу небесных тел, весьмаразличных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце,девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет(астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихсякак роями, так и в виде отдельных частиц. К1979г. было известно 34 спутника и2000 астероидов. Все эти тела объединены водну систему благодаря силе притяжения центрального тела— Солнца. Солнечная система является упорядоченной системой,имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системыпроявляется в том, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том женаправлении и почти в одной и той жеплоскости.Большинство спутников планет (их лун) вращается в том же направлении и вбольшинстве случаев в экваториальной плоскости своей планеты. Солнце, планеты,спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором онисовершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечнойсистемы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два разадальше, чем предыдущая.
Солнечная системаобразовалась примерно5 млрд. лет назад,причем Солнце — звезда второго (или еще болеепозднего) поколения. Таким образом, Солнечная система возникла на продуктахжизнедеятельности звездпредыдущих поколений,скапливавшихся в газово-пылевых облаках. Это обстоятельство дает основаниеназвать Солнечную систему малой частью звездной пыли. О происхождении Солнечнойсистемы и ее исторической эволюции наука знает меньше, чем необходимо дляпостроения теории планетообразования.
Первые теории происхожденияСолнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французскимматематиком П. С. Лапласом. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнцаобразовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания междучастицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательномдвижении вокруг Солнца.
Началом следующего этапа вразвитии взглядов на образование Солнечной системы послужила гипотезаанглийского физика и астрофизика Дж.X.Джинса. Он предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, врезультате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, преобразоваласьв планеты.
Современные концепциипроисхождения планет Солнечной системы основываются на том, что нужно учитыватьне только механические силы, но и другие, в частности электромагнитные. Этаидея была выдвинута шведским физиком и астрофизикомX. Альфвеном и английским астрофизиком Ф. Хойлом. В соответствии ссовременными представлениями, первоначальное газовое облако, из которогообразовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа,подверженного влиянию электромагнитных сил. После того как из огромногогазового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большомрасстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная силастала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде— Солнцу, но его магнитное поле остановило падающий газ наразличных расстояниях— как раз там, гденаходятся планеты. Гравитационная и магнитные силы повлияли на концентрацию исгущение падающего газа, и в результате образовались планеты. Когда возниклисамые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав,таким образом, системы спутников.
Теории происхожденияСолнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос обих достоверности на современном этаперазвитиянауки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясныеместа.
Внастоящее время в