бесплатно рефераты
 

Концепции современного естествознания

p align="left">3. Мегамир. Центральной дисциплиной, изучающей мегамир как единое целое, является космология (от греческого kosmos - Вселенная и logos - знание). Современная космология - это астрофизическая теория происхождения и эволюции Вселенной, основанная на экспериментальных фактах, наблюдениях и фундаментальных физических теориях (общей теории относительности, физики элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и др.).

Далекие миры волновали человека с незапамятных времен. Это нашло отражение в древних мифах, представлениях об устройстве Вселенной. Ни одна религия не обходит своим вниманием эти вопросы. После того как на смену мифологии и религиозным верованиям пришла наука, космология стала одной из любимых естественнонаучных дисциплин для философии и философов различных направлений. В модулях 4, 5 и 6 мы проследили кратко эволюцию представлений о Вселенной от Античности до начала 20-го века. К чему же пришла современная космология, развивая идеи Эйнштейна, Фридмана, Гамова и др.? Что продолжает оставаться непознанным или трудно объяснимым?

Зарождение Вселенной в результате Большого Взрыва и последующее ее расширение большинством ученых считается надежно установленным фактом. Понятны многие детали процессов, сопровождавших эволюцию Вселенной, начиная примерно с возраста 10-4 с от момента ее расширения. Но состояние вещества, пространства и времени до этого момента пока является тайной. Дело в том, что, прокручивая мысленно кинофильм о развитии Вселенной назад, мы должны будем прийти к неограниченному росту всех ее физических характеристик (плотности вещества, температуры, напряженности всех физических полей и т.д.) по мере приближения к нулю времени, т.е. строгому моменту ее рождения. Такое состояние называется сингулярностью (особенностью) и не может устроить физиков, поскольку приводит к бесконечным значениям важнейших физических параметров Вселенной. Современная наука знает множество способов борьбы с этими «дурными бесконечностями», которые уже не раз возникали в физике. Одним из таких способов является допущение дискретности пространства при расстояниях ~10-33см и времени при Дt~10-43с. Однако проверить столь смелые гипотезы, приводящие к очередному пересмотру свойств пространства - времени (будь они доказаны) пока совершенно нечем. Для этого необходима совершенно новая физика, которая может пролить свет и на природу свойств элементарных частиц, поскольку (как это ни парадоксально) многие проблемы микро- и мегамира сводятся к одним и тем же вопросам.

Другая нерешенная проблема - дальнейшая судьба Вселенной. Будет ли она продолжать расширяться безгранично (открытые сценарии) или этот процесс через некоторое время сменится обратным и пойдет стадия сжатия (закрытый сценарий)? Легко представить тогда недоумение астрофизиков будущего, которые будут наблюдать не «красное» смещение в спектрах звезд, а «фиолетовое» и размышлять: из каких глубин космоса летит к центру вещества Вселенной и что будет, когда оно все окажется в этом центре? Выбор между закрытыми и открытыми сценариями можно сделать только при наличии данных о полной массе вещества во Вселенной (или средней его плотности, что практически одно и то же), которых пока недостаточно.

Существуют весьма обоснованные подозрения, что кроме видимых нами объектов во Вселенной существуют еще большее количество скрытых, но тоже обладающих массой, причем эта «темная масса» может в 10 или более раз превышать видимую. Теория предсказывает, что если средняя плотность вещества во Вселенной (разумеется, с учетом и темной массы) превышает некоторую критическую величину, тогда за стадией расширения неизбежно последует стадия сжатия под действием сил гравитации. В противном случае, гравитационных сил не будет хватать, чтобы остановить разлет, и он будет продолжаться бесконечно долго.

Аналогичные проблемы возникают также при анализе таких гипотетических, но достаточно широко известных публике объектов как черные дыры. С точки зрения теории ими могут быть тяжелые объекты, например отгоревшие звезды с массой в много раз превышающих солнечную. Сила тяжести около таких объектов так велика, что они стягивают все вещество в «точку». В нее как в бездонную бочку проваливается и излучение и частицы, окружающие эту звезду, и ничего уже вырваться не может (отсюда и название - черная дыра). Как же ее можно тогда обнаружить? Только по последнему «вскрику» - характерному рентгеновскому излучению, засасываемого и падающего в нее вещества. Сейчас среди известных астрофизических объектов имеется около десяти претендентов на роль черной дыры. Но это требует еще более строгих доказательств. Если они в действительности существуют (а в этом мало кто сомневается), то возможно черные дыры являются зародышем новых Вселенных или окнами в совершенно другие миры.

Существуют и более сложные проблемы в космологии, которые лежат пока вне досягаемости науки (а может быть и вовсе за пределами ее возможностей):

Чем отличалась точка, из которой зародилась Вселенная, от всех прочих?

Почему именно в «этот» момент произошел Большой Взрыв, не раньше и не позже?

Что было за секунду (час, год) до Большого Взрыва?

Что находится за пределами видимой Вселенной?

Почему Вселенная такова, какова она есть, хотя теоретически существует не одна равноценная возможность?

Почему мировые константы (гравитационная постоянная, постоянная Планка и т.д.) таковы, что именно при таком сочетании значений и возможна в принципе жизнь, и при малейших их изменениях она становится абсолютно невозможной?

Гуманитарная культура основывается главным образом на творческом, идеологическом восприятии процессов и явлений окружающего мира. Гуманитарий не использует опытного эксперимента в своем пути исследования. Скорее идет восприятие духовный, историко-культурных начал и через "дух" эпохи идет объяснение закономерностей мира. Однако не каждая гуманитарная культура может претендовать на роль научной картины мира. Даже в современном научном сообществе идет постоянный поиск критериев научности того или иного изобретения или открытия. Возникает вопрос - чем же можно отличить науку от не научного знания. Условно говоря отметим критерии научности:

- наличие объекта и предмета исследования;

-наличие границ и рамок, в каком поле идет исследование;

-наличие методики и методологии в исследовании;

-наличие специального научного аппарата исследования;

-специальные кафедры и научные институты, где работают специалисты, занимающиеся данным вопросом.

Столь условное обозначение критериев научности гуманитарной культуры можно конечно видоизменить, но с полным основанием можно отмести от науки, всякое направление, типа "магии, астрологии, гадания, хиромантии и.п." Гуманитарная культура долгие годы существовала в едином контексте с естественнонаучным направление, примерно до ХVIII века. Однако уже в ХIХ веке возник феномен как диалог двух культур.

Бывали такие случаи, когда возникал спор, что приоритетнее - естественнонаучное или гуманитарное направление, своего рода спор "лириков" и "физиков". В современном мире роль гуманитарной культуры огромна, главным образом, в распространении общекультурных, гуманных ценностей и творческих идей в преобразовании мирового сообщества.

4. Теория электромагнитного поля. Вещество и поле.

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.

Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита присутствует как раз электрическое поле.

Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой.

Жизнь на Земле возникла, развивалась и долгое время протекала в условиях относительно слабых электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых естественными источниками. К ним относятся электрическое и магнитное поле Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, происходящие в атмосфере Земли, например, разряды молнии, колебания в ионосфере. Человек тоже источник слабого ЭМП. Являясь постоянно действующим экологическим фактором, эти поля имеют определенное значение в жизнедеятельности всех организмов, в том числе и человека.

Однако, за последние 50-60 лет возник и сформировался новый значимый фактор окружающей среды - электромагнитные поля антропогенного происхождения. Их создают 2 большие группы искусственных источников:

- изделия, которые специально создавались для излучения электромагнитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки, физиотерапевтические аппараты, различные системы радиосвязи, технологические установки в промышленности;

- устройства, предназначенные не для излучения электромагнитной энергии в пространство, а для выполнения какой-то иной задачи, но при работе которых протекает электрический ток, создающий паразитное излучение ЭМП. В основном это системы передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции) и приборы, потребляющие ее (электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, осветительные приборы и т.п.).

Излучаемые этими устройствами электромагнитные поля вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку. В результате суммарная напряженность ЭМП в различных точках земной поверхности увеличилась по сравнению с естественным фоном в 100-10000 раз. Особенно резко она возросла вблизи ЛЭП, радио- и телевизионных станций, средств радиолокации и радиосвязи, различных энергетических и энергоемких установок, городского электротранспорта. В масштабах эволюционного прогресса этот колоссальный рост напряженности ЭМП можно рассматривать как одномоментный скачок с плохо предсказуемыми биологическими последствиями.

Вещество и поле - фундаментальные физические понятия, обозначающие два основных вида материи на макроскопическом уровне:

Вещество - совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено);

поле - вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя (электромагнитное поле и поле тяготения - гравитационное). Открытие поля как вида материи имело огромное философское значение, т. к. обнаружило несостоятельность метафизического отождествления материи с веществом. Разработка Лениным диалектико-материалистического определения материи во многом опиралась на философское обобщение развития учения о поле. На субатомном уровне (т. е. на уровне элементарных частиц) различие вещества и поля становится относительным. Поле (электромагнитное и гравитационное) утрачивают чисто непрерывный характер: им необходимо соответствуют дискретные образования - кванты (фотоны и гравитоны). А элементарные частицы, из которых состоит вещество - протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т. д. - выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и др. полей и утрачивают свой чисто дискретный характер. Неправомерно на субатомном уровне различать вещество и поле и по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и т. д. поля обладают массой покоя. В современной физике поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о поле выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.

Основные характеристики вещества и поля

1. Вещество и поле различаются по массе покоя

Частицы вещества обладают массой покоя, электромагнитное и гравитационное поля - нет. Однако в микромире каждому полю сопоставляется частица (квант этого поля) и каждая частица рассматривается как квант соответствующего поля. Для ядерных полей (мезонного, нуклонного и т.д.) это различие уже неверно - кванты этих полей обладают конечной массой покоя.

2. Вещество и поле различаются по закономерностям движения

Скорость распространения электромагнитного и гравитационного полей всегда равна скорости света в пустоте (с), а скорость движения частиц вещества всегда меньше с. Однако наличие ядерных полей ликвидирует и эту границу. Для квантов этих полей как раз характерна невозможность движения со скоростью, равной с .

3. Вещество и поле различаются по степени проницаемости

Вещество мало проницаемо, электромагнитное и гравитационное поля - наоборот.

На уровне микромира и эта граница исчезнет. Для таких частиц, как нейтрино, вещество оказывается весьма проницаемым, с другой стороны, ядерные поля могут обладать очень малой проницаемостью.

4. Вещество и поле различаются по степени концентрации массы и энергии

Очень большая - у частиц вещества и очень малая - у электромагнитного и гравитационного полей. В микромире и это различие стирается. Ядерные поля обладают огромной концентрацией массы и энергии, и даже кванты электромагнитного поля могут достигать концентраций энергии, значительно превосходящих таковую у частиц вещества.

5. Вещество и поле различаются как корпускулярная и волновая сущности

Это различие исчезает на уровне микропроцессов. Частицы вещества обладают волновыми свойствами, а непрерывное в макроскопических процессах электромагнитное поле обнаруживает на уровне микромира свой корпускулярный аспект.

Общий вывод:

Различие вещества и поля верно характеризует реальный мир в макроскопическом приближении. Это различие не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность. В микромире понятия «частицы» (вещество) и «волны» (поля) выступают как дополнительные характеристики, выражающие внутренне противоречивую сущность микрообъектов.

5. Планеты и их спутники

Ввиду ограниченного объема работы описание планет и их спутников приведем в табличном варианте:

Солнце

Macca:

2*1030кг.

Диаметр:

1392000 км.

Плотность:

1,416 г/см3

Температура поверхности:

+5500oC

Период обращения по орбите (год):

88 земных суток

Светимость:

3,86*1023 кВт

Ускорение свободного падения:

274 м/c2

Меркурий

Macca:

3,3*1023кг. (0,055 массы Земли)

Диаметр:

4870 км. (0,38 диаметра Земли)

Плотность:

5,43 г/см3

Температура поверхности:

максимум +430oC, минимум -180oC

Длина суток:

58,65 земных суток

Расстояние от Cолнца (среднее):

0,387 а.е., то есть 58 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

88 земных суток

Скорость вращения по орбите:

47,9 км/c

Ускорение свободного падения:

3,7 м/c2

Венера

Macca:

4,87*1024кг.(0,815 массы Земли)

Диаметр:

12100 км. (0,949 диаметра Земли)

Плотность:

5,25 г/см3

Температура поверхности:

максимум +480oC

Длина суток:

243 земных суток

Расстояние от Cолнца (среднее):

0,723 а.е., то есть 108 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

224,7 земных суток

Скорость вращения по орбите:

35 км/c

Ускорение свободного падения:

8,9 м/c2

Земля

Macca:

5,976*1024кг.

Диаметр:

12756 км.

Плотность:

5,518 г/см3

Температура поверхности:

максимум +58oC, минимальная -90oC

Длина суток:

23часа 56минут 4,1секунды

Расстояние от Cолнца (среднее):

1а.е.,то есть 150 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

365,24219 суток

Площадь поверхности:

510,2 млн. км2

Объем:

1,083*1012 км3

Скорость вращения по орбите:

29,8 км/c

Ускорение свободного падения:

9,8 м/c2

Спутник Земли - Луна

Macca:

7,35*1022кг. (0,0123 массы Земли)

Диаметр:

3476 км. (0,273 диаметра Земли)

Плотность:

3,343 г/см3

Температура поверхности:

минимальная -150oC

Расстояние от спутника до планеты:

384400 км.

Скорость движения вокруг планеты:

1,03 км/с

Ускорение свободного падения:

1,62 м/c2

Марс

Macca:

6,4*1023кг. (0,107 массы Земли)

Диаметр:

6670 км. (0,53 диаметра Земли)

Плотность:

3,95 г/см3

Температура поверхности:

-23oC на большей части поверхности, -150oC на полюсах,0oC на экваторе

Длина суток:

24,6229 часа

Расстояние от Cолнца (среднее):

1,5237а.е.,то есть 228 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

687 земных суток

Скорость вращения по орбите:

24,1 км/c

Ускорение свободного падения:

3,7 м/c2

Фобос и Деймос - спутники Марса.

Название спутника:

Фобос

Деймос

Диаметр:

23 км.

16 км.

Расстояние от спутника до планеты:

9400 км.

23460 км.

Период обращение:

7 часов 29 минут 27 секунд

1 сутки 6 часов 17 минут

Юпитер

Macca:

1,9*1027кг. (318 раз больше массы Земли)

Диаметр:

143760 км. (11,2 раза больше диаметра Земли)

Плотность:

1,31 г/см3

Температура верхних облаков:

-160oC

Длина суток:

9,93 часа

Расстояние от Cолнца (среднее):

5,203 а.е., то есть 778 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

11,86 лет

Скорость вращения по орбите:

13,1 км/c

Ускорение свободного падения:

25,8 м/c2

Спутники Юпитера

Амальтея

Размер:

135*85*75 км.

Расстояние от спутника до планеты:

181300 км.

Период обращение:

0,498 суток

Ганимед

Диаметр:

5262 км.

Расстояние от спутника до планеты:

1070000 км.

Гималия

Диаметр:

180 км.

Расстояние от спутника до планеты:

11500000 км.

Период обращение:

250,6 суток

Европа

Диаметр:

3140 км.

Расстояние от спутника до планеты:

671000 км.

Период обращение:

3 суток 13 часов 18 минут

Ио

Диаметр:

3630 км.

Расстояние от спутника до планеты:

422000 км.

Период обращение:

1 сутки 18 часов

Каллисто

Диаметр:

4800 км.

Расстояние от спутника до планеты:

1880000 км.

Период обращение:

16 часов 32 минуты

Лиситея

Диаметр:

20 км.

Расстояние от спутника до планеты:

11700000 км.

Период обращение:

260 суток

Леда

Диаметр:

10 км.

Расстояние от спутника до планеты:

11000000 км.

Пасифе

Диаметр:

40 км.

Расстояние от спутника до планеты:

23,3 млн.км.

Период обращение:

735 суток

Синопе

Диаметр:

30 км.

Расстояние от спутника до планеты:

23,7 млн.км.

Период обращение:

758 суток

Элара

Диаметр:

80 км.

Расстояние от спутника до планеты:

11,74 млн.км.

Период обращение:

260,1 суток

Сатурн

Macca:

5,68*1026кг. (95 раз больше массы Земли)

Диаметр:

120420 км. (9,46 раза больше диаметра Земли)

Плотность:

0,71 г/см3

Температура верхних облаков:

-150oC

Длина суток:

10,54 часа

Расстояние от Cолнца (среднее):

9,54а.е., то есть 1427 млн.км.

Период обращения по орбите (год):

29,46 года

Скорость вращения по орбите:

9,6 км/c

Ускорение свободного падения:

11,3 м/c2

Спутники Сатурна:

Гиперион

Диаметр:

350 км.

Расстояние от спутника до планеты:

1,48 млн.км.

Период обращения:

21 суток 6 часа 39 минут

Мимас

Диаметр:

390 км

Расстояние от спутника до планеты:

186 тыс. км

Период обращения:

22 часа 36,5 минут

Тефея

Диаметр:

1000 км

Расстояние от спутника до планеты:

294,67 тыс. км

Период обращения:

1 сутки 2 часа 19 минут

Титан

Диаметр:

5150 км

Расстояние от спутника до планеты:

1221860 км

Период обращения:

15 суток 23 часа 15 минут

Температура:

-180oC

Энцелад

Диаметр:

500 км

Расстояние от спутника до планеты:

238 тыс. км

Период обращения:

1 сутки 8 часов 53 минуты

Уран

Macca:

8,7*1025кг (14,5 раз больше массы Земли)

Диаметр:

51300 км (4 раза больше диаметра Земли)

Плотность:

1,27 г/см3

Температура:

-220oC

Длина суток:

17,23 часа

Расстояние от Cолнца (среднее):

19,2 а.е., то есть 2,86 млрд.км

Период обращения по орбите (год):

84 года

Скорость вращения по орбите:

6,8 км/c

Ускорение свободного падения:

9 м/c2

Спутники Урана

Миранда

Диаметр:

около 240 км

Расстояние от спутника до планеты:

129,2 тыс.км.

Период обращения:

1,46 земных суток

Ариэль

Диаметр:

1130 км

Расстояние от спутника до планеты:

191 тыс.км.

Период обращения:

2 суток 12 часов 29 минут

Оберон

Диаметр:

1600 км

Расстояние от спутника до планеты:

580,8 тыс.км.

Период обращения:

13 суток 12 часов

Титания

Диаметр:

1600 км

Расстояние от спутника до планеты:

434,3 тыс.км.

Период обращения:

8 суток 17 часов

Умбриэль

Диаметр:

1100 км

Расстояние от спутника до планеты:

264,7 тыс.км.

Период обращения:

4 суток 22 минуты

Нептун

Macca:

1*1026кг. (17,2 раз больше массы Земли)

Диаметр:

49500 км (3,9 раза больше диаметра Земли)

Плотность:

1,77 г/см3

Температура:

-213oC

Длина суток:

17,87 часа

Расстояние от Cолнца (среднее):

30 а.е., то есть 4,5 млрд.км.

Период обращения по орбите (год):

165 лет

Скорость вращения по орбите:

5,4 км/c

Ускорение свободного падения:

11,6 м/c2

Спутник Урана

Тритон

Масса:

2,14*1022кг

Диаметр:

около 3200 км

Расстояние от спутника до планеты:

394700 км

Период обращения:

5 суток 21 часа 3 минут

Плутон

Macca:

1,3*1022кг (0,0022 массы Земли)

Диаметр:

2324 км

Плотность:

2 г/см3

Температура:

-230oC

Длина суток:

6,4 земных суток

Расстояние от Cолнца (среднее):

между 29,65 (минимальное) и 49,28 (максимальное) (39,4а.е.),на сильно вытянутой эллиптической орбите.

Период обращения по орбите (год):

247,7 лет

Скорость вращения по орбите:

4,7 км/c

Спутник Плутона

Харон

Macca:

1,8*1021кг. (0,0003 массы Земли)

Диаметр:

1212 км.

Плотность:

2 г/см3

Температура:

-230oC

Период обращения:

6,4 суток

Расстояние до планеты:

20000км

Список литературы

1. Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной: М.,:1981

2. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века: М.,:1979

3. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: М.,:1999

4. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного: М.,: 1990

5. Марьясис В.В Берегите себя от болезней: М.,: 1992,112с.

6. Е.А.Криксунов Экология: М.,:1995..- 240с.

Страницы: 1, 2, 3


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.