Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи

4.1.1. Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи

Космология – это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем. Существует понимание космологии как физического учения обо всей вселенной в цело в частности – о Метагалактике. Но такое понимание спорно, так как не включает вклада астрономии в учение о вселенной, свойствах звезд, галактик, и других космических объектов.

Космология как наука об эволюции Вселенной – очень молодая наука. Несмотря на то, что космологические настроения явились ядром многих учений, начиная с древности, они все были лишь предысторией научной космологии.

В последние годы были предприняты попытки осуществления программы космологического эволюционизма с учетом новых данных космологии и физики. Эта концепция основана на так называемой модели Большого взрыва.

Современная наука дает возможность построить более или менее убедительно в своих основных чертах картину глобальной эволюции.

Наиболее характерными особенностями этой эволюции являются:

1.         признание того, что она должна начинаться с простого состояния.

2.         Последующее усложнение материальных систем.

3.         глобальная эволюция может осуществляться только в результате взаимодействия микро- и макроэволюции.

Выделяют несколько этапов развития космологических теорий:

1.         Классическая космология (Ньютон, Кант, Ламберт, Шарлье и т.д.) давала модель иерархической структуры вселенной в виде бесконечной последовательности систем все возрастающих масштабов.

Недостатки:

1)         была плохо обоснована;

2)         не учитывала уменьшения гравитационных сил с увеличением расстояния;

3)         гравитационных сил недостаточно для удержания галактик и их скоплений;

Галактики со временем должны распасться на отдельные элементы.

Было принято, что Метагалактика – самая большая космическая система, в которой концентрируются галактики. Сами же галактики распределены в пространстве равномерно и однородно на сколь угодно больших расстояниях.

2.         Созданная А.Эйнштейном общая теория относительности связала тяготение с кривизной пространства-времени. Тяготеющие массы через гравитационное поле вызывают искривление пространства-времени, а уравнения Эйнштейна связывают кривизну пространства времени с плотностью массы, импульсом, потоками масс и импульсов. На основе этих уравнений была разработана «статическая модель Вселенной».

3.         Нестационарность Вселенной. Советский математик А.А.Фридман в 1922г. нашел иное решение уравнений общей теории относительности. Вселенная нестационарна, и ее пространство обладает переменной во времени кривизной, одинаковой во всех малых масштабах. Он вывел три следствия из предложенных решений:

·          Вселенная и ее пространство расширяются со временем;

·          Вселенная сжимается;

·          Во Вселенной чередуется через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

4.         В 1926г. американский астроном Хаббл, исследовал спектры далеких галактик и подтвердил вывод Фридмана о нестационарности Вселенной, в результате чего в космологии утвердилось мнение – модель расширяющейся Вселенной.

Согласно этой модели, считается, что расширению вселенной предшествовал этап, когда материя в определенной ее части находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии. Ученые предполагают, что в таком состоянии она оставалась крайне простой структурой. Между частицами и связывающими их силами существовала симметрия. Таким образом, более двадцати миллиардов лет назад все вещество вселенной находилось в точечном объеме с бесконечной плотностью. Как оно там оказалось? Модель не объясняет, но предполагается, что в результате гравитационного коллапса произошло разрушение всех атомных ядер, элементарных частиц и материя сжалась в точку с бесконечной массой и плотностью.

4.1.2. Модель Большого взрыва

Считается, что после того как 15 млрд лет назад произошел Большой взрыв, началось постепенное охлаждение и расширение Вселенной. Причины Большого взрыва и перехода к расширению во всех моделях вселенной считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой физической современной теории. Но если взрыв был, то дальше картина выглядит следующим образом:

1)         Через 10^-43 с начала расширения началось рождение частиц и античастиц.

2)         Через 10 ^-6  - возникновение протонов и антипротонов. Количество протонов на одну стомиллионную часть (10 ^-8) превышало количество антипротонов, в результате чего после аннигиляции возникло и сохранилось то вещество, из которого возникли все галактики, звезды и планеты. Если бы число протонов было бы равно числу антипротонов, то вещество полностью перешло бы в излучение и невозможно было бы наблюдение Космоса и Земли.

3)         Через 1 с после начала расширения стали рождаться электронно-позитронные пары.

4)         Через 1 мин начались ядерный синтез и образование ядер дейтерия и гелия. На долю последних пришлось примерно 30% от массы оставшихся протонов.

Образование более тяжелых элементов в рамках этой теории объяснить не удалось, так как не хватило времени для их синтеза в процессе расширения. Эти элементы образуются в последующей эволюции звезд в результате термоядерных реакций в их недрах, а тяжелые элементы синтезируются при взрыве сверхновых и затем выбрасываются в космическое пространство, где они со временем концентрируются в газово-пылевые облака, из которых образуются звезды второго поколения типа Солнца и планеты вокруг них.

Через 300 тыс. лет после большого взрыва произошло отделение излучения от вещества, вселенная стала прозрачной, в последующие миллиарды лет стали формироваться галактики, первичные звезды в шаровых скоплениях и звезды второго поколения в спиральных рукавах галактик.

В современной космологии происходит борьба идей. В модели большого взрыва всей материи неясны причины взрыва, а выделившаяся при этом энергия не может быть объяснена никакими законами физики. Все, что не запрещено законами природы может быть где-нибудь, когда-нибудь реализовано, если это законы объективного мира. Но следует различать объективные законы природы и теоретическое выражение этих законов в науке. Последние всегда являются приближением к первым, поэтому не всякая теоретическая модель может иметь объективный аналог в природе.

Рассмотренная выше модель не является абсолютной. Уже сейчас выдвигаются альтернативные подходы, например, модель пульсирующей вселенной, в которой периодически появляются этапы «сбегания» и «разбегания» материи.

4.1.3. Самоорганизация материи на Земле

Земля возникла 4,6 млрд лет назад, а жизнь на ней – около 3-3,5 млрд лет назад. Можно предположить, что на Земле самоорганизация материи происходила в специфических условиях: восстановленная атмосфера, перепады температур, солнечная радиация, атмосферное электричество, вулканическая деятельность, которые послужили основанием для дальнейшего органического синтеза. Эти условия явились базой для такого сочетания молекул, при котором возникли первичные сахара, аминокислоты, азотистые образования. В процессе дальнейшего развития вероятностный процесс приобрел не только черты селекций, учитывающей преимущества направленных физико-химических процессов, но и выгодность информационных организмов.

Следующая фаза связана с селекцией информационных молекул, контролирующих управление химическими реакциями и самовоспроизведением. Становление подлинно живых систем окончательно завершилось в рамках популяций, видов. В пределах этих форм организации живого окончательно и в полной мере реализовывались основные факторы эволюции. Изменчивость генотипов, т.е. информационных систем оказалась опосредованной и зависящей от сложных взаимоотношений в биотических сообществах.

Идея о взаимодвижении материи, возникновении материального мира или космоса из первоначального хаоса встречается в древнейших учениях Востока. На Западе эта идея ясно прослеживается в архаических мифах и ранней греческой философии.

На идее саморазвития не только живой, но и неживой материи основывается принцип глобального эволюционизма, т.е. развития в глобальных масштабах, в размерах всей Вселенной. В рамках этой идеи и строятся модели развития Метагалактики, в том числе постоянно развивается и дополняется описанная выше теория Большого взрыва.

В прошлом не раз выдвигались модели вселенной, основанные на некоторых уравнениях теории тяготения, общей теории относительности ряде других постулатов.

Эти модели считались достаточными для характеристики всей вселенной. Однако этих моделей недостаточно, все они будут идеализацией, отнюдь не тождественной реальности. Для познания Вселенной необходимо раскрытие природы гравитации, разработка единой теории материи, синтез космологии и физики микромира, а также много других дисциплин.

Заключение

Решающим фактором самоорганизации является самообразование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи составляют саму основу жизни. История развития природы – это история образования все более и более сложных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы не всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.   Горелов А.А. Концепции современного естествознания [Текст]: учебное пособие / А.А.Горелов. – М.: ВЛАДОС,1998. – 512с.: ил.

2.   Гусейханов М.К. Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания [Текст]: учебник / М.К.Гусеханов. – 2-е изд.- М.:Дашков и К^о, 2005. – 692с.

3.   Данилова В.С. Кожевников Н.Н. основные концепции современного естествознания [Текст]: учебник для ВУЗов / В.С. Данилова. – М.: АСПЕКТ ПРЕСС,2000. – 256с.

4.   Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания [Текст] / Т.Я.Дубнищева. – Новосибирск: ЮКЭА,1997. – 832с.

5.   Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания [Текст]: учебник для ВУЗов / С.Х.Карпенков. - 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2001. - 488с.: ил.

6.   Найдыш В.М. Концепции современного естествознания [Текст]: учебное пособие / В.М.Найдыш. – М.: Гардарики, 2003. – 476с.