KOZMOLOGICKÉ PARADOXY
ťažkosti (rozpory), ktoré vznikajú, keď sa zákony fyziky rozšíria na vesmír ako celok. klasické Kvantový paradox je fotometrický (alebo Szezo-Olbersov paradox) a gravitačný (inak Zeligerov paradox alebo Neumann-Zeligerov paradox).
Zdá sa prirodzené predpokladať, že všade v nekonečnom priestore Vesmíru sú vždy vyžarujúce hviezdy a aké sú ich priemerné priestory. hustota (počet hviezd v danom objeme priestoru) je spravidla nenulová. V tomto prípade by však celý povrch oblohy musel byť oslnivo jasný, ako napríklad povrch Slnka; v skutočnosti je povrchový jas nočnej oblohy miliónkrát nižší. Predpoklady o absorpcii svetla medzihviezdne médium a iné nevylučujú fotometrické. paradox a môže ho dokonca zosilniť.
o podobné podmienky Existuje aj gravitačný paradox. Ak všade v nekonečný vesmír existujú gravitačné hmoty a priemerná hustota ich rozloženia nemá tendenciu klesať dostatočne rýchlo na nulu pri pohybe do stále väčších oblastí vesmíru, potom newtonovský gravitačný potenciál z týchto hmôt nemá jednoznačnú hodnotu. konečná hodnota; abs. zrýchlenia pohybu telies vypočítané na základe Newtonovej teórie možno získať neurčito alebo neurčito veľké atď.
Z existencie týchto paradoxov sa často vyvodzovali závery o potrebe opustiť uplatňovanie nám známych fyzikálnych zákonov na vesmír, alebo dokonca o potrebe opustiť samotnú myšlienku nekonečnosti vesmíru. Oba paradoxy sa však dajú prekonať aj v klasickom rámci. fyziky, ak len vezmeme do úvahy špecifiká nekonečna. Pre konečnú oblasť priestoru je priemerná hustota hmoty, nula, znamená prázdnotu, absenciu hmoty. Pre nekonečnú oblasť je možné také rozdelenie, keď priemerná hustota v nejakej, ľubovoľne veľkej, ale konečnej oblasti je ľubovoľne veľká (ale konečná) a zároveň pre celý nekonečný priestor je rovná nule. Myšlienka takejto distribučnej schémy bola predstavená už v 18. storočí.
Lambert a matematicky vyvinuté Charlierom v rokoch 1908–22.
Medzi klasické K. p. možno pripísať aj termodynamické. paradox - záver o nevyhnutnosti tepelnej smrti vesmíru (pozri tiež Entropia).
Tieto paradoxy, vznikajúce v rámci prerelativistických predstáv, nemajú v relativistickej kozmológii miesto. Gravitačný paradox s matematikou. sp., zrejme vďačí za svoj vznik povahe rovníc poľa Newtonovej teórie gravitácie (ich linearita a elipticita). S fyzickým sp. to znamená, že Newtonova teória neberie do úvahy určité bytosti. vlastnosti gravitačného poľa odhalené Einsteinovou teóriou (najmä konečná rýchlosť rozdelenie interakcie). Fotometrické paradox je v zásade prekonaný už tým, že vesmír s t.sp. teória relativity nemôže byť statická – stačia všetky jej zložky veľké veľkosti by malo dôjsť k deformácii (pozri Červený posun). O prekonaní termodynamiky paradox, vid tepelná smrť Vesmír.
C. p. sú predovšetkým dôležitým špeciálnym prípadom fyz. paradoxy, ale tie, samozrejme, sú vlastné aj povahe logiky. paradoxy, keďže vznikajú ako dôsledok použitia premis, úsudkov a záverov, limity aplikovateľnosti na-rykh na korešpondenciu. etapa rozvoja vedy ešte nie je objasnená. Vlastnosti pohybujúcej sa hmoty sú nekonečne rôznorodé, ale na každom tejto fáze rozvoj vedy, vychádzame len z tých vlastností a javov, ktoré sú už známe. Neznalosť určitých bytostí. vlastnosti známych javy (napríklad konečná rýchlosť šírenia interakcie pri javoch gravitácie) alebo také javy, ktoré sa zisťujú až pri prechode do veľkých mierok (napríklad javy „ústupu“ galaxií), ako je možné vidieť v príklad gravitačných síl. a fotometrické paradoxov, a vytvára predpoklady pre vznik paradoxov. V konečnom dôsledku treba hľadať základ pre vznik kvantového javu v špecifikách samotného objektu kozmológie, Vesmíru. V časopriestore je nekonečný, a preto pri aplikácii akýchkoľvek zákonov alebo podmienok na vesmír ako celok treba rátať s rozpormi nekonečna, najmä s možnosťou porušenia axiómy „celok je väčší ako [jeho správna] časť“ (pozri tiež Nekonečno, Vesmír, Kozmológia, Paradox).
Význam kvantovej teórie pre kozmológiu je predovšetkým heuristický. K. p. značne zužuje kruh možné riešenia kozmologické Problémy. V skutočnosti z toho jednoduchý faktže je v noci tma, z toho vyplýva, že vesmír nemožno nijako usporiadať: zo všetkých mysliteľných schém štruktúry vesmíru možno počítať len s tými, ktoré sú oslobodené od fotometrickej a inej kvantovej mechaniky. v kozmológii vznikajú niektoré paradoxy a iné; zdolanie každého z nich znamená krok vpred v poznaní všeobecné vzoryštruktúry vesmíru.
Lit.: Fesenkov V. G., Modern. predstavy o vesmíre, M.–L., 1949, kap. 4; Parenago P. P., Kurs hviezdna astronómia, 3. vyd., M., 1954, § 36, 56; Zelmanov A.L., Nerelativista. gravitačné paradox a všeobecná teória relativity, "Fyzikálne a matematické vedy" (Vedecké správy. stredná škola), 1958, 2; jeho vlastné, Fotometrické. paradox, TSB, 2. vydanie, v. 45; jeho vlastné, Gravitácia. paradox, fyzika. encyklopedický. slovník, v. 1; Ηaan G.I., O moderne. stav kozmológie. vedy, § 2, v zborníku: Otázky kozmogónie, v. 6, M., 1958; Kipper A. Ja o gravitácii. paradox, tamže, zväzok 8, M., 1962. Pozri tiež lit. v čl. kozmológia.
G. Haan. Tallinn.
Náčrt hodiny astronómie
na túto tému:
„Konečnosť a nekonečnosť vesmíru – paradoxy kozmickej kozmológie“
Vec
Astronómia
Trieda
1011
spoločná časť
Téma lekcie
Konečnosť a nekonečnosť vesmírnych paradoxov kozmológie vesmíru
Účel a ciele lekcie
Cieľ ako formulácia konečného výsledku lekcie: získať predstavu o jedinečnom objekte -
Vesmír ako celok, naučte sa, ako sa rieši otázka konečnosti alebo nekonečnosti vesmíru, štruktúry a mierky
Vesmír o koncepte vesmírnej kozmológie, vlastnostiach pozorovaní, študovať štruktúru a vývoj vesmíru ako
celku, zvážiť riešenie problémov zisťovania rozlíšenia, zväčšenia a clonového pomeru ďalekohľadu, o
paradoxy s tým spojené teoretické ustanovenia základná všeobecná teória relativity
konštrukcia kozmologických modelov vesmíru.
Úlohy ako spôsob dosiahnutia cieľa hodiny:
Vzdelávacie: predstaviť pojmy astronómia, ako veda a hlavné časti astronómie, predmety poznania
astronómia: vesmírne objekty procesy a javy; metódy astronomického výskumu a ich vlastnosti;
zopakuj, ako je formulovaný zákon gravitácia, pamätajte, z akých predmetov sa vesmír skladá;
vysvetliť, ako veda dokazuje súvislosť medzi zákonom univerzálnej gravitácie a pojmami konečnosti a
nekonečnosť vesmíru; študovať rozpory fotometrického paradoxu; vysvetliť potrebu
všeobecná teória relativity na zostavenie modelu vesmíru.
Výchova: historickú úlohu astronómia pri formovaní predstavy človeka o svete a
rozvoj iných vied, formovanie vedeckého rozhľadu študentov v priebehu oboznamovania sa s niektorými filozofickými a
všeobecné vedecké myšlienky a pojmy (materialita, jednota a poznateľnosť sveta, časopriestorové
mierky a vlastnosti Vesmíru, univerzálnosť pôsobenia fyzikálne zákony vo vesmíre), s pomocou zákona
Hubble, aby so študentmi vypočítal polomer metagalaxie a zistil, či sa vesmír rozširuje alebo zmršťuje;
Vlastenecká výchova v úvode do role ruská veda a technológie v rozvoji astronómie a
astronautika. Polytechnické vzdelanie a pracovné vzdelanie pri prezentovaní informácií o praktických
aplikácie astronómie a astronautiky.
Rozvíjanie: vývoj kognitívne záujmy k predmetu, pozorovanie, logické myslenie cez
systematizácia faktov, formovanie svetonázoru, schopnosť vyvodzovať závery, aplikovať získané poznatky k
vysvetlenia javov. Ukázať, že ľudské myslenie sa vždy usiluje o poznanie neznámeho. Formovanie zručností
analyzovať informácie, vytvárať klasifikačné schémy.
Vybavenie na lekciu, ako aj potrebné doplnkové materiály: prezentácia, ilustrácie,
tabuľky atď.:
počítač s projektorom, interaktívna tabuľa, doplnkové materiály: sprievodná prezentácia
materiál na tému lekcie, videoklipy na lekciu;
súbor učebníc astronómie, doplnková literatúra;
tabuľky: Metagalaxia (náš vesmír), Evolúcia vesmíru;
balón na ilustráciu rozpínania vesmíru;
Príspevok pre študentov: overovací test na túto tému.
Štruktúra hodiny (plán odrážajúci jednotlivé fázy hodiny):
Organizačná fáza;
Motivačná fáza: začiatok odseku (vyjadrenie problému);
Fáza štúdia nového materiálu: materiál uvedený v učebnici + doplnkový materiál a zobraziť
vzdelávacie video filmy;
Konsolidácia študovaného materiálu;
odraz;
Domáca úloha.
Zverejnenie obsahu jednotlivých fáz lekcie:
Príprava žiakov na vyučovanie.
Mark neprítomný.
Počas vyučovania.
Organizačná fáza
astronómia - šťastná veda: ona, slovami francúzskeho vedca Araga, nepotrebuje dekorácie.
Jej úspechy sú také vzrušujúce, že človek nemusí vynakladať zvláštne úsilie, aby na ne upozornil.
Veda o oblohe však pozostáva nielen z úžasných odhalení a odvážnych teórií. V tejto vede, ako v ktorejkoľvek inej,
má svoje rozpory. Dnes ich spoznáme. Spomeňme si, ako je formulovaný zákon univerzálnej gravitácie?
Z akých objektov sa skladá vesmír? (Odpovedá študent).
Študenti sú pozvaní, aby si prečítali báseň Samuila Marshaka a analyzovali jej riadky.
Aktualizácia znalostí
Vesmír vidíš len v noci...
Vesmír vidíte len v noci.
Je potrebné ticho a tma
Aby toto tajné stretnutie,
Bez toho, aby si zakryla tvár, prišla.
Otázky na analýzu básne:
O čom premýšľal človek, ktorý napísal tieto riadky? (Prečo môžete vidieť vesmír iba v noci? Ako môžete
aby si vesmír „zakryl tvár“?)
pomenovať spôsoby, ako lepšie vidieť tvár vesmíru
Čo sa vám zjaví pred očami, keď čítate tieto riadky?
Počuješ hudbu, keď čítaš tieto riadky? Aká hudba?
V akej situácii by ste chceli čítať tieto riadky?
motivačná fáza.
Vyhlásenie problému (s. 126, s. 34)
„Astronómia študuje nielen jednotlivé nebeské telesá a ich skupiny: hviezdy, planéty, zhluky hviezd,
galaxií a ich zhlukov, predmetom jej skúmania je vesmír ako celok. Pri štúdiu nebeských telies my
môžeme ich navzájom porovnávať, sledovať ich vývoj. Pri štúdiu vesmíru to nemôžeme urobiť, pretože
Vesmír je jedinečný, nemôžeme sa naň pozerať zvonku a porovnávať ho s iným Vesmírom.“
Učenie sa nového materiálu.
Chlapci, dnes pracujeme s odsekom číslo 34 našej učebnice.
Čo je témou dnešnej lekcie? (Konečnost a nekonečnosť vesmíru sú paradoxy klasickej kozmológie).
Aké sú výzvy, ktorým dnes čelíme? (Zistite, ako je zákon univerzálnej gravitácie spojený s myšlienkami o
konečnosť a nekonečnosť Vesmíru, aké rozpory odhaľuje fotometrický paradox, prečo je to potrebné
príťažlivosť všeobecnej teórie relativity na vytvorenie modelu vesmíru?)
Pozorne si prečítame odsek, po prečítaní doplníme tabuľky:
(čas čítania 15 minút, v tomto čase výstup do interaktívna tabuľa prázdne tabuľky na vyplnenie).
Zostavte si svoj vesmír pomocou svojich pohľadov a navrhovaných vlastností
Vlastnosti vesmíru
Argumenty
Samozrejme
Nekonečné
№
p/p
1.
2.
3.
Obmedzené
statické
bez limitu
nestacionárne
Určite základné vlastnosti vesmíru
Konečné (obmedzené na sféru pevných hviezd)
Nekonečné
Vesmír
N. Koperníka
T.Brage
Podľa zákona gravitácie
I. Newton
A. Einstein
Všetka hmota vo vesmíre v obmedzenom čase
musí zbiehať do jedného uzavretý systém.
Zhromažďuje sa hmota vesmíru pod vplyvom gravitácie
v niektorých obmedzených objemoch - "ostrovy",
rovnomerne naplniť vesmír.
Fáza učenia sa nového materiálu:
Sledovanie filmového klipu 100 najväčšie objavy: Astronómia (5. séria) o všeobecnej teórii relativity a
expanzia vesmíru. Vysvetlenie príbehu učiteľa pomocou multimediálnej prezentácie (na základe materiálu,
ustanovené v učebnici, odsek 34). Pozrite si video https://www.youtube.com/watch?v=k5vbxdbTpQ, prečítajte si článok z
Internet: (používa sa trieda mobilných počítačov)
https://hinews.ru/science/konechnailibeskonechna
vselennaya.html
Tabuľky na vyplnenie, po preštudovaní odseku (hlas študentov (písaný kurzívou), učiteľ vyplní
na počítači):
Nový koncept
kozmológia
Fotometrické
paradox
Definícia, odhalenie pojmu.
Odvetvie astronómie, ktoré študuje štruktúru a vývoj (evolúciu) vesmíru ako celku. (Z gréčtiny
kozmos – svet, Vesmír a logos – doktrína). Vysvetľuje rozloženie galaxií a ich pohyb
(utiecť).
Rozpor medzi predpokladmi o konečnosti a nekonečnosti vesmíru.
Je to formulované ako otázka: prečo je obloha v noci tmavá? Ak je vesmír nekonečný, potom
v ňom nekonečné číslo hviezdy, a ak sú hviezdy ako Slnko, potom by mala byť akákoľvek časť oblohy
byť jasný ako Slnko, ale nie je. Ak je vesmír konečný, potom by bol
konečný počet hviezd a obloha by nebola taká jasná. Ale predpoklad konečnosti
Vesmír je v rozpore s rovnomerným rozložením hviezd. Podľa teórie gravitácie
Newton, všetky hviezdy v obmedzenom vesmíre by sa skôr či neskôr zhromaždili na jednom mieste, ale
to sa nestáva.
Žiaci vystupujú s malé správy"Kozmológia" a fotometrický paradox".
Učiteľ (prezentácia pre názornosť). V závislosti od priemernej hustoty hmoty musí vesmír buď
expandovať alebo kontrahovať. S expanziou vesmíru by rýchlosť recesie galaxií mala byť úmerná
vzdialenosť k nim – záver potvrdil E. Hubble objavom červeného posunu v spektrách galaxií. Charakter
pohyb a geometria vesmíru je určená kritickou hodnotou hustoty hmoty: ρcr= , kde G je gravitačná
konštanta, H=75 km/s*Mpc – Hubbleova konštanta.
V malom meradle vesmíru je použiteľná Newtonova teória gravitácie. Predstavte si vzdialenú galaxiu
vzdialenosť R od nás (šmykľavka). Iba hmota vo vnútri sféry tohto polomeru pôsobí príťažlivo na svoj pohyb. Hmotnosť
π 3. Galaxia sa pohybuje podľa Hubbleovho zákona s
hmoty vo vnútri gule s polomerom R a hustotou
rýchlosť \u003d H * R. Ak táto rýchlosť menej ako sekundu priestoru, potom bude odstránenie galaxie nahradené aproximáciou, t.j.
rozpínanie vesmíru bude nahradené kontrakciou. Ak je väčšia alebo rovnaká - expanzia vesmíru je neobmedzená
charakter.
, sa rovná M= *(4/3)R
υ
ρ
ρ
Podľa zákona univerzálnej gravitácie: Všetka hmota vesmíru na obmedzené časové obdobie musí
spojiť do jedného pevného systému. Hmota vesmíru pod vplyvom gravitácie sa zhromažďuje v niektorých
obmedzené objemy - "ostrovy", rovnomerne zapĺňajúce vesmír.
Konsolidácia študovaného materiálu::
Teraz, chlapci, pozrime sa na naše tabuľky a úlohy na lekciu a odpovedzme, sú všetky úlohy splnené? (nie,
Nie všetko. Zostáva odpovedať na otázku - prečo je potrebné použiť na konštrukciu všeobecnú teóriu relativity
modely vesmíru? Čo je to fotometrický paradox? Čo je všeobecná teória relativity a
aký je jeho význam pre astronómiu?
Odpoveď: Všeobecná teória relativity A. Einsteina zovšeobecňuje Newtonovu teóriu gravitácie pre masívne telesá a
rýchlosti hmoty, porovnateľné s rýchlosťou svetla, ukladajú určité obmedzenia na geometrické
vlastnosti priestoru, ktorý už nemožno považovať za euklidovský. Podľa teórie A. Einsteina čas nemá absolútno
prírody a pohyb a rozloženie hmoty v priestore nemožno posudzovať izolovane od geometrických vlastností
priestor a čas. Tieto znalosti budeme potrebovať v ďalšej lekcii na zostavenie kozmologického modelu
Vesmír.
odraz:
Môžete vyzvať študentov, aby zhodnotili svoje aktivity na hodine na päťstupňovej stupnici (škála je zobrazená na
obrazovka):
1) na lekcii som nič nedosiahol;
2) Nerozumel som všetkému, musím premýšľať, študovať materiál sám;
3) Všeobecne som všetkému rozumel, ale mal som ťažkosti;
4) Všetko som pochopil, ale nestihol som všetko zapísať;
5) Všetko som pochopil, všetko som dokázal.
Odpoveď je napísaná na malých papierikoch a odovzdaná učiteľovi.
Domáca úloha
§ 34, vyriešte úlohu č.33, strana 131 učebnice, uveďte ešte 23 príkladov paradoxov klasickej kozmológie, okrem napr.
fotometrický paradox s využitím iných zdrojov.
Doplnkový materiál
:
Riešenie problémov:
1. Prvé hrubé odhady Hubbleovej konštanty viedli k nesprávna hodnota H = 530 km/(s x Mpc). Ako dlho by malo
mala expanzia vesmíru začať na takej hodnote?
2. Je Hubbleova konštanta skutočne konštantná v priebehu času? Za predpokladu, že rýchlosti galaxií sú navzájom relatívne
priateľ sa nemeň, nájdi čo sa bude rovnať H o 6 miliárd rokov. Moderný význam H sa rovná 75 km/(s×Mpc).
3. Úloha číslo 32, strana 130 učebnice.
4. Priemerná hustota hmoty vo vesmíre
= 3×1028 kg/m3. Vypočítajte kritickú hodnotu hustoty
hmoty a porovnať ju s priemernou hustotou hmoty vo vesmíre. Analyzujte výsledok a
zistiť, či sa vesmír rozpína alebo zmršťuje.
otázky:
1. Definujte pojmy ako kozmológia, vesmír, metagalaxia;
2. Určte obsah kozmologického princípu, fotometrického paradoxu, gravitačného paradoxu;
3. Ustanoviť súvislosť medzi zákonom univerzálnej gravitácie a predstavami o konečnosti a nekonečnosti Vesmíru;
4. Opíšte kozmologický model „horúceho vesmíru“.
5. Ako sa klasifikujú galaxie?
6. Uveďte Hubblov zákon. Čo je Hubbleova konštanta?
7. Formulujte zákon univerzálnej gravitácie. Čo je gravitačná konštanta?
8. V akých jednotkách sa merajú vzdialenosti vzdialených objektov Vesmíru. Aký je vzťah medzi pc, km a sv.g.?
Dopplerov jav - zmena frekvencie a dĺžky vĺn zaznamenaných prijímačom, spôsobená ich pohybom
pohyb zdroja a/alebo prijímača.
Dopplerov efekt pre zvukové vlny
Dopplerov efekt pre svetelné vlny
príklad
výsledky
pozorovania
Pohyb vozidla so zapnutou sirénou
Keď auto nie je
sa pohybuje relatívne k
pozorovateľ, potom počuje presne tón k
ktorý vydáva sirénu. Ale ak auto je
priblížte sa k pozorovateľovi, potom frekvenciu zvukov
vlny sa zvýšia a pozorovateľ bude počuť
vyšší tón, než v skutočnosti vydáva si
vresovec. A keď auto prejde ďalej a bude
už sa vzďaľujú a nepribližujú, potom budú pozorovať
smrek bude počuť nižší tón
(alebo červený posun)
Pohyb vzdialených galaxií
Bol objavený červený posun pre galaxie
Americký astronóm W. Slifer v roku 1912-
1914; v roku 1929 E. Hubble zistil, že červený posun
pre vzdialených galaxií viac ako pre príbuzných, a
zvyšuje približne úmerne
vzdialenosti (zákon K. s., alebo Hubbleov zákon). AT
v dôsledku červeného posunu dochádza
zníženie energie prichádzajúcich fotónov.
Otázky na diskusiu:
1. Je možné „počuť“ a „vidieť“ Dopplerov efekt? Uveďte príklady.
2. Prečo sú čiary v spektrách vzdialených galaxií červené posunuté?
3. Prečo sa červený posun určuje z Vysoké číslo galaxie rastú v krokoch so vzdialenosťou?
4. Prečo má niekoľko blízkych galaxií modrý posun?
odpovede:
1. Akustický Dopplerov efekt možno počuť ako zmenu tónu zvuku píšťalky prechádzajúcej popri nástupišti
vlakov. Účinok môžete „vidieť“ aspoň vo vani alebo v jazierku. Pravidelne ponorte prst do vody tak, aby bol na povrchu
vznikajú vlny, posúvajte ho rovnomerne jedným smerom. Za sebou idú hrebene vĺn v smere
pohyby prstov zhustnú, t.j. vlnová dĺžka sa zníži ako zvyčajne, v smere dozadu - viac.
2. Tento jav bol nazvaný "metagalaktickým červeným posunom". Vykladá sa podľa zásady
Doppler ako nárast priemerných vzdialeností medzi galaxiami. Dôvodom je podľa moderných názorov
obrovský výbuch, ktorý nastal pred 10-20 miliardami rokov a viedol k recesii galaxií.
3. Tento pozorovací fakt dokazuje bunkovú štruktúru Metagalaxy.
4. Zvláštne rýchlosti týchto galaxií viac rýchlostí recesia galaxií.
Formulujte odpoveď na otázku po zvážení obsahu fotometrických a gravitačných paradoxov
(Práca sa vykonáva v skupinách; každá skupina študuje jeden z paradoxov, potom jedného zo zástupcov
skupina prerozpráva svoju podstatu, riešenie a tiež odpovie na položené otázky).
Fotometrický paradox (podrobne vysvetlený Nemcom vedca Heinricha Olbres v roku 1826): v nekonečnom
Vesmír, chaoticky naplnený hviezdami, musí pozorovateľ zo Zeme neustále narážať na pohľad
povrch hviezdy (jasnosť objektu nezávisí od vzdialenosti k nej). V skutočnosti to tak nie je.
Na vysvetlenie paradoxu Olbers navrhol, že v medzihviezdnom priestore je rozptýlená hmota,
ktorý pohlcuje svetlo vzdialených hviezd.
Otázky na diskusiu:
1. Vysvetlite nemožnosť vysvetlenia fotometrického paradoxu
prítomnosť pohlcovania temnej hmoty vo vesmíre.
2. Je možné vysvetliť paradox na základe existencie červeného posunu?
Ak áno, ako?
3. Vysvetlite pravdivosť výroku sovietskeho kozmológa A.L.
Zelmanov, ktorý tvrdil, že ku kompresii vesmíru dôjde bez
svedkov.
odpovede:
1.
Hoci o storočie neskôr medzihviezdna absorpcia svetla skutočne je
sa nepodarilo vyriešiť fotometrický paradox, keďže sami
prachové častice v bezhraničných a večný vesmír rovnomerne vyplnená hviezdami,
zohriali by sa na teplotu hviezdneho povrchu a žiarili by ako hviezdy.
Fotometrický paradox existuje len v homogénnych a
rozpínajúci sa vesmír,
izotropný statický vesmír. Teoreticky
vyvinutý Alexandrom Friedmanom a Edwinom Hubbleom, fotometrický
paradox nevyplýva z existencie červeného posunu. V dôsledku červeného posunu dochádza k poklesu
energiu prichádzajúcich fotónov.
2.
3. V dôsledku fialového posunu dochádza k zvýšeniu energie prichádzajúcich fotónov a v dôsledku toho k
tepelná smrť ľudstva.
Gravitačný paradox (formulovaný v roku 1895 nemeckým astronómom H. Seeligerom): pomocou zákona
Newtona, v nekonečnom vesmíre rovnomerne naplnenom hmotou, nie je možné jednoznačne vypočítať gravitačnú silu v
daný bod. Ak sa vypočíta sčítaním síl pôsobiacich na bod s hmotnosťou m, ktoré vznikajú
sústredné vrstvy so stredom v rovnakom bode, potom sa získa nula. Ak vykonáme výpočet pre sústredné
vrstiev so stredom v inom bode, vzdialenom vo vzdialenosti r od daného, potom bude gravitačná sila rovnakú silu, s ktorou
guľa s polomerom r priťahuje bod nachádzajúci sa na jej povrchu.
Otázky na diskusiu:
1. Aký rozpor uvažuje gravitačný paradox?
2. Ak dôjde ku gravitačnému paradoxu, potom platí zákon univerzálnej gravitácie? Vysvetlite odpoveď.
3. Vyjadrite svoj názor na možné dve riešenia paradoxu.
Niekoľko návrhov na vyriešenie problému:
konečná hmotnosť látky. Najjednoduchšie je predpokladať, že vo vesmíre je len konečný počet vecí.
stva. Túto hypotézu zvažoval Isaac Newton v liste Richardovi Bentleymu. Analýza ukázala, že takýto „hviezdny
priekopa“ sa časom pod vplyvom vzájomného vplyvu hviezd buď spoja do jedného tela, alebo sa rozplynú v nekonečnej prázdnote.
moderná interpretácia. Newtonova teória gravitácie, ako sa ukázalo na začiatku 20. storočia, nie je použiteľná na výpočet
a silné gravitačné polia. Vo všeobecnej teórii relativity neexistuje gravitačný paradox, pretože gravitačná sila
Napätie vo všeobecnej teórii relativity je lokálnym dôsledkom neeuklidovskej geometrie, takže sila je vždy jednoznačne definovaná a konečná.
Základy tejto teórie položil v roku 1916 A. Einstein (pre špeciálny prípad statického Vesmíru). Všeobecne
kozmologické riešenia našiel A.A. Friedman v roku 1922, ktorý ukázal, že ide o homogénny izotropný vesmír
musí byť nestacionárne.
Vlastnosti nestacionárneho Vesmíru (Metagalaxia) vyplnením medzier vo vete (pripravený text
vydané každému žiakovi, pri práci s textom učebnice žiak doplní medzery):
Model nestacionárneho vesmíru je založený na detekcii červeného posunu pre vzdialené galaxie.
Expanzia metagalaxie: rýchlosť odstraňovania vzdialených objektov je určená Hubbleovým zákonom:
kde H = 72
rH
. Použitie Hubbleovho zákona vám umožňuje určiť vzdialenosť k vzdialeným objektom a vek Metagalaxie:
km
Mps
s
,
tM
r
H
13
910
1
H
. Teória rozpínajúcej sa metagalaxie dáva zákony zmeny teploty a hustoty:
rokov
T
10
102,1
t
K
,
5105,4
2
t
G
3
cm
, t – čas vyjadrený v sekundách.
Chemické zloženie Metagalaxie: vodík asi 75%, hélium - asi 25%.
Naplnenie antropogénneho princípu, podľa ktorého ide vývoj Metagalaxie v smere
čo vedie k vzniku inteligentných bytostí.
ρ
hustota hmoty (
Táto závislosť je určená hodnotou kritická hustota
Ďalšie správanie metagalaxie je určené jej priemernou hustotou: v závislosti od hodnoty priemeru
) expanzia môže prebiehať neobmedzene v čase, alebo ju časom vystrieda kontrakcia.
. Správanie Metagalaxie v budúcnosti
3 2
H
cr
G
8
neisté z dôvodu dostupnosti temná hmota, ktorého existenciu je ťažké odhaliť jeho vyžarovaním a
vrátane až 95 % všetkej hmoty – čierne diery, hviezdy s nízkou hmotnosťou s nízkou svietivosťou, neutrína atď.
4. Môže existovať nekonečná expanzia vesmíru?
5.Čo chemické prvky najviac vo vesmíre a kedy vznikli?
odpovede:
„Model „horúceho vesmíru“: v minulosti žiarenie a hmota spolu účinne interagovali, medzi
mali termodynamickú interakciu. Teplota hmoty a žiarenia bola rovnaká a vysoká -
Vesmír bol „horúci“.
Otázky na úvodnú diskusiu:
1. Prečo sa galaxie rozptyľujú, hoci v čase, keď Veľký tresk ešte neexistoval?
2. Prečo je vesmír nestacionárny?
3. Ovplyvňuje kozmologická expanzia Metagalaxie vzdialenosť medzi Zemou a: a) Mesiacom; b) stred
galaxie; c) galaxia M31 v súhvezdí Andromeda; d) stred miestnej nadkopy galaxií?
1. Galaxie vznikli z expandujúcej hmoty a zachovali si svoju hybnosť.
2. Hlavnou silou vo vesmíre je gravitácia, ktorá má tendenciu zhromažďovať všetku hmotu. Rovnováha v akcii
samotná gravitácia je nemožná. Podľa veľkosti počiatočná rýchlosť látka môže byť neobmedzená
expandovať alebo expandovať so spomalením
3. Kozmologická expanzia nezahŕňa gravitačne viazané systémy ( slnečná sústava, galaxia,
kopy galaxií). Preto v týchto prípadoch kozmologická expanzia neovplyvňuje vzdialenosti medzi Zemou a
špecifikované objekty.
4. Ak je priemerná hustota hmoty vo vesmíre menšia ako kritická hustota pcr = 3 1027 kg/m3, potom vesmír
sa bude neobmedzene rozširovať. Súčasné odhady priemerná hustota viditeľnej hmoty dáva hodnotu p = 3 1028
kg/m3. Započítanie skrytej hmoty môže túto hodnotu zvýšiť. Otázka budúcnosti vesmíru teda ešte nie je vyriešená.
5. Podľa hmotnosti vesmír obsahuje najviac vodíka (77,4 %) a hélia (20,8 %). Vodík a hélium vznikli za 5 minút
po začiatku Veľkého tresku.
Približný obsah tabuľky "Štádiá vývoja vesmíru"
éry
Čas od
"začiatok" s
Etapy evolúcie
Teplota, K hustota, g/cm3
Plankovskaja
Zrodenie reliktných gravitónov
?
?
Andronnaya
do 10
5
Hranica aplikovateľnosti relativistickej teórie
gravitácia
Výskyt nábojovej asymetrie
Anihilácia nukleónov a antinukleónov
leptón
10
4
Limit použiteľnosti experimentálne testovaného
fyzikálne zákony
Mezónová anihilácia
Vznik reliktného neutrína
žiarenia
Látky
10
3
10
10
2
10
10
6
9
10
10
Anihilácia elektrónov a pozitrónov
Tvorba prvotného hélia
CMB oddelenie
Pôvod hviezd a galaxií
Moderná doba
10
10
32
28
3*10
12
10
12
3*10
2*10
11
10
10
10
10
9
4*10
3
30
2,7
10
10
10
10
94
78
16
14
10
12
10
10
10
7
4
2
10
21
10
27
10
30
KOZMOLOGICKÉ PARADOXY
ťažkosti (rozpory), ktoré vznikajú, keď sa zákony fyziky rozšíria na vesmír ako celok. klasické Kvantový paradox je fotometrický (alebo Szezo-Olbersov paradox) a gravitačný (inak Zeligerov paradox alebo Neumann-Zeligerov paradox).
Zdá sa prirodzené predpokladať, že všade v nekonečnom priestore vesmíru sú vždy vyžarujúce hviezdy a že ich priemerný priestor. hustota (počet hviezd v danom objeme priestoru) je spravidla nenulová. V tomto prípade by však celý povrch oblohy musel byť oslnivo jasný, ako napríklad povrch Slnka; v skutočnosti je povrchový jas nočnej oblohy miliónkrát nižší. Predpoklady o absorpcii svetla medzihviezdnym prostredím atď., nevylučujú fotometriu. paradox a môže ho dokonca zosilniť.
Za podobných podmienok vzniká gravitačný paradox. Ak všade v nekonečnom vesmíre existujú gravitujúce hmoty a ich priemerná hustota rozloženia nemá tendenciu klesať dostatočne rýchlo na nulu pri pohybe do stále väčších oblastí vesmíru, potom newtonovský gravitačný potenciál z týchto hmôt nemá žiadnu definíciu. konečná hodnota; abs. zrýchlenia pohybu telies vypočítané na základe Newtonovej teórie možno získať neurčito alebo neurčito veľké atď.
Z existencie týchto paradoxov sa často vyvodzovali závery o potrebe opustiť uplatňovanie nám známych fyzikálnych zákonov na vesmír, alebo dokonca o potrebe opustiť samotnú myšlienku nekonečnosti vesmíru. Oba paradoxy sa však dajú prekonať aj v klasickom rámci. fyziky, ak len vezmeme do úvahy špecifiká nekonečna. Pre konečnú oblasť priestoru znamená priemerná hustota hmoty rovnajúca sa nule prázdnotu, absenciu hmoty. Pre nekonečnú oblasť je možné také rozdelenie, keď priemerná hustota v nejakej, ľubovoľne veľkej, ale konečnej oblasti je ľubovoľne veľká (ale konečná) a zároveň pre celý nekonečný priestor je rovná nule. Myšlienka takejto distribučnej schémy bola predstavená už v 18. storočí.
Lambert a matematicky vyvinuté Charlierom v rokoch 1908–22.
Medzi klasické K. p. možno pripísať aj termodynamické. paradox - záver o nevyhnutnosti tepelnej smrti vesmíru (pozri tiež Entropia).
Tieto paradoxy, vznikajúce v rámci prerelativistických predstáv, nemajú v relativistickej kozmológii miesto. Gravitačný paradox s matematikou. sp., zrejme vďačí za svoj vznik povahe rovníc poľa Newtonovej teórie gravitácie (ich linearita a elipticita). S fyzickým sp. to znamená, že Newtonova teória neberie do úvahy určité bytosti. vlastnosti gravitačného poľa, ktoré odhalila Einsteinova teória (najmä konečná rýchlosť šírenia interakcie). Fotometrické paradox je v zásade prekonaný už tým, že vesmír s t.sp. teória relativity, nemôže byť statická – všetky jej zložky dostatočne veľkých rozmerov musia prejsť deformáciou (pozri Červený posun). O prekonaní termodynamiky paradox, pozri Tepelná smrť vesmíru.
C. p. sú predovšetkým dôležitým špeciálnym prípadom fyz. paradoxy, ale tie, samozrejme, sú vlastné aj povahe logiky. paradoxy, keďže vznikajú ako dôsledok použitia premis, úsudkov a záverov, limity aplikovateľnosti na-rykh na korešpondenciu. etapa rozvoja vedy ešte nie je objasnená. Vlastnosti pohybujúcej sa hmoty sú nekonečne rôznorodé, no v každom danom štádiu vývoja vedy vychádzame len z tých vlastností a javov, ktoré sú už známe. Neznalosť určitých bytostí. vlastnosti známych javy (napríklad konečná rýchlosť šírenia interakcie pri javoch gravitácie) alebo také javy, ktoré sa zisťujú až pri prechode do veľkých mierok (napríklad javy „ústupu“ galaxií), ako je možné vidieť v príklad gravitačných síl. a fotometrické paradoxov, a vytvára predpoklady pre vznik paradoxov. V konečnom dôsledku treba hľadať základ pre vznik kvantového javu v špecifikách samotného objektu kozmológie, Vesmíru. V časopriestore je nekonečný, a preto pri aplikácii akýchkoľvek zákonov alebo podmienok na vesmír ako celok treba rátať s rozpormi nekonečna, najmä s možnosťou porušenia axiómy „celok je väčší ako [jeho správna] časť“ (pozri tiež Nekonečno, Vesmír, Kozmológia, Paradox).
Význam kvantovej teórie pre kozmológiu je predovšetkým heuristický. C. p. značne zužuje okruh možných riešení kozmologických problémov. Problémy. V podstate aj z jednoduchého faktu, že v noci je tma, vyplýva, že vesmír nemožno usporiadať svojvoľne: zo všetkých mysliteľných schém štruktúry vesmíru možno vziať len tie, ktoré neobsahujú fotometrické atď. v priebehu vývoja kozmológie sa niektoré paradoxy prekonávajú a iné vznikajú; prekonanie každého z nich znamená krok vpred v poznaní všeobecných zákonitostí štruktúry Vesmíru.
Lit.: Fesenkov V. G., Modern. predstavy o vesmíre, M.–L., 1949, kap. 4; Parenago P. P., Kurz hviezdnej astronómie, 3. vyd., M., 1954, §§ 36, 56; Zelmanov A.L., Nerelativista. gravitačné paradox a všeobecná teória relativity, "Fyzikálno-matematické vedy" (Vedecké správy vysokej školy), 1958, 2; jeho vlastné, Fotometrické. paradox, TSB, 2. vydanie, v. 45; jeho vlastné, Gravitácia. paradox, fyzika. encyklopedický. slovník, v. 1; Ηaan G.I., O moderne. stav kozmológie. vedy, § 2, v zborníku: Otázky kozmogónie, v. 6, M., 1958; Kipper A. Ja o gravitácii. paradox, tamže, zväzok 8, M., 1962. Pozri tiež lit. v čl. kozmológia.
G. Haan. Tallinn.
Filozofická encyklopédia. V 5 zväzkoch - M.: Sovietska encyklopédia . Spracoval F. V. Konstantinov. 1960-1970 .
KOZMOLOGICKÉ PARADOXY, ťažkosti (rozpory), ktoré vznikajú, keď sa fyzikálne zákony aplikujú na Vesmír ako celok alebo na jeho dostatočne veľké oblasti. Termín "kozmologické paradoxy" zvyčajne kombinuje fotometrické, termodynamické a gravitačné paradoxy. Prvý kozmologický paradox – fotometrický paradox (Shezo-Olbersov paradox) – nezávisle od seba uvažovali švajčiarsky astronóm J. de Chezo v 18. storočí a G. Olbers začiatkom 19. storočia. Jeho podstata spočíva v tom, že predpoklad večného a nekonečného vesmíru je v rozpore so zdanlivým jasom oblohy. Jednoduchá úvaha ukazuje, že predpoklad rovnomerného rozloženia hviezd v priestore, ako aj predpoklad nekonečného času ich existencie vedie k záveru, že lúč prichádzajúci od pozorovateľa v ľubovoľnom smere skôr či neskôr „narazí na „Povrch nejakej hviezdy. Z tejto úvahy vyplýva, že jas ktorejkoľvek časti oblohy by mal byť blízko jasu slnečná plocha, čo jasne odporuje pozorovaniam. Vysvetlenie tohto paradoxu je, že v homogénnom izotropnom rozpínajúcom sa vesmíre pozorovateľ prijíma žiarenie zo vzdialeností nie väčších ako horizont častíc, posunutých do červenej oblasti spektra, a z objektov zrodených po začiatku expanzie. Preto v modernej kozmológii Szezo-Olbersov paradox absentuje.
Jedným z najdiskutovanejších v modernej kozmológii je termodynamický paradox. Tento paradox súvisí s aplikáciou zákonov termodynamiky na kozmológiu. Druhý termodynamický zákon hovorí, že pri akomkoľvek uzavretý systém entropia by sa mala zvýšiť, čím sa zníži počet štruktúr vo vesmíre a hmota v ňom sa priblíži k homogénnemu stavu. Vzniká teda otázka: prečo je pozorovaný stav taký odlišný od stavu, ktorý vyžaduje druhý termodynamický zákon. Jeden z možné vysvetlenia- predpoklad, že naša časť vesmíru je fluktuáciou v úplný vesmír, ktorý má veľkú hodnotu entropia. V modernej kozmológii bola táto teória rozvinutá ruský fyzik A. D. Linde (tzv. teória chaotického vesmíru). Podľa Lindy je náš vesmír „doménou“ veľký vesmír, navyše kauzalita medzi jednotlivými doménami môže chýbať. To, že naša doména má pozorovateľné vlastnosti, vysvetľuje antropický princíp, ktorý najelegantnejšie sformuloval ruský vedec A. L. Zelmanov: „...sme svedkami procesov určitý typ, keďže iné typy procesov prebiehajú bez svedkov.
Tretím kozmologickým paradoxom je gravitačný paradox (Neumannov-Seligerov paradox); je, že Newtonov zákon univerzálnej gravitácie aplikovaný na nekonečný, homogénny a izotropný vesmír nedáva rozumnú odpoveď na otázku gravitačného poľa vytvoreného nekonečný systém hmotn. Pre kozmologické škály dáva odpoveď teória A. Einsteina, v ktorej sa spresňuje zákon univerzálnej gravitácie pre prípad silných gravitačných polí.
Lit. pozri pri sv. kozmológia.
Kozmologické paradoxy vesmíru
Kozmologické paradoxy— ťažkosti (rozpory), ktoré vznikajú, keď sa fyzikálne zákony aplikujú na vesmír ako celok alebo na jeho dostatočne veľké oblasti. Klasický obraz sveta 19. storočia sa ukázal byť v oblasti kozmológie Vesmíru dosť zraniteľný kvôli potrebe vysvetliť 3 paradoxy: fotometrický, termodynamický a gravitačný. Ste pozvaní vysvetliť tieto paradoxy z pohľadu modernej vedy.
Fotometrický paradox
(J. Shezo, 1744; G. Olbers, 1823) sa zúžil na vysvetlenie otázky „Prečo je v noci tma?“.
Ak je vesmír nekonečný, potom je v ňom nespočetné množstvo hviezd. S pomerne Rovnomerné rozdelenie hviezd vo vesmíre sa počet hviezd v danej vzdialenosti zvyšuje úmerne so štvorcom ich vzdialenosti. Pretože jas hviezdy klesá úmerne so štvorcom vzdialenosti k nej, pokles celkového svetla hviezd spôsobený ich vzdialenosťou musí byť presne kompenzovaný zvýšením počtu hviezd a všetkých nebeská sféra by mala svietiť rovnomerne a jasne. Tento rozpor s tým, čo sa pozoruje v skutočnosti, sa nazýva fotometrický paradox.
Prvýkrát tento paradox úplne sformuloval švajčiarsky astronóm Jean-Philippe Louis de Chezo (1718-1751) v roku 1744, hoci podobné myšlienky vyjadrili už skôr iní vedci, najmä Johannes Kepler, Otto von Guericke a Edmund. Halley. Niekedy sa fotometrický paradox nazýva Olbersov paradox, podľa astronóma, ktorý naň upozornil v 19. storočí.
Správne vysvetlenie fotometrického paradoxu ponúkol slávny americký spisovateľ Edgar Poe v kozmologickej básni „Eureka“ (1848); podrobné matematické spracovanie tohto riešenia poskytol William Thomson (Lord Kelvin) v roku 1901. Vychádza z konečnosti veku vesmíru. Keďže (podľa moderných údajov) pred viac ako 13 miliardami rokov vo vesmíre neboli žiadne galaxie a kvazary, najvzdialenejšie hviezdy, ktoré môžeme pozorovať, sa nachádzajú vo vzdialenosti 13 miliárd svetelných rokov. rokov. Tým sa eliminuje hlavný predpoklad fotometrického paradoxu – že hviezdy sa nachádzajú v akejkoľvek, ľubovoľne veľkej vzdialenosti od nás. Vesmír pozorovaný na veľké vzdialenosti je taký mladý, že hviezdy v ňom ešte nestihli vzniknúť. Všimnite si, že to ani v najmenšom neodporuje kozmologickému princípu, z ktorého vyplýva nekonečnosť vesmíru: nie je obmedzený vesmír, ale iba tá jeho časť, kde sa prvé hviezdy stihli zrodiť v čase, keď prišlo k nám svetlo.
Určitý (výrazne menší) príspevok k poklesu jasu nočnej oblohy má aj červený posun galaxií. Skutočne, vzdialené galaxie majú v (1+ z) dlhšia vlnová dĺžka žiarenia ako galaxie v blízkych vzdialenostiach. Ale vlnová dĺžka súvisí s energiou svetla podľa vzorca ε= hc/λ. Preto energia fotónov, ktoré dostávame zo vzdialených galaxií, v (1+ z) krát menej. Ďalej, ak z galaxie s červeným posunom z dva fotóny vyletia s časovým intervalom δ t, potom interval medzi prijatím týchto dvoch fotónov na Zemi bude v (1+ z) krát väčšia, preto je intenzita prijímaného svetla toľkokrát menšia. Výsledkom je, že celková energia, ktorá k nám prichádza zo vzdialených galaxií, v (1+ z)² krát menej, ako keby sa táto galaxia od nás nevzďaľovala kvôli kozmologickej expanzii.
Termodynamický paradox (Clausius, 1850) sa spája s rozporom medzi druhým termodynamickým zákonom a konceptom večnosti vesmíru. Podľa nezvratnosti tepelných procesov majú všetky telesá vo vesmíre tendenciu k tepelnej rovnováhe. Ak vesmír existuje nekonečne dlho, tak prečo tepelná rovnováha v prírode sa ešte nevyskytol, ale tepelné procesy stále pokračujú?
Gravitačný paradox
Mentálne vyberte sféru polomeru R 0 tak, že bunky nehomogenity v rozložení hmoty vo vnútri gule sú nevýznamné a priemerná hustota sa rovná priemernej hustote Vesmíru r . Nech je na povrchu gule teleso hmoty m, napríklad Galaxy. Podľa Gaussovej vety o centrálne symetrickom poli gravitačná sila zo strany látky s hmotnosťou M, uzavretý vo vnútri gule, bude pôsobiť na teleso, ako keby bola všetka hmota sústredená v jednom bode umiestnenom v strede gule. Zároveň zvyšok hmoty vo vesmíre neprispieva k tejto sile.
Vyjadrime hmotnosť v termínoch priemerná hustota r : 
. Let Potom - zrýchlenie voľný pád telesa do stredu gule závisí len od polomeru gule R 0 Pretože polomer gule a poloha stredu gule sú zvolené ľubovoľne, existuje neistota v pôsobení sily na testovanú hmotu. m a smer jeho pohybu.
(Neumannov-Seligerov paradox, pomenovaný podľa nemeckých vedcov K. Neumanna a H. Zeligera, 1895) je založený na pozíciách nekonečna, homogenity a izotropie vesmíru, má menej zjavný charakter a spočíva v tom, že Newtonov zákon univerzálnej gravitácie nedáva žiadnu rozumnú odpoveď na otázku o gravitačnom poli vytvorenom nekonečným systémom hmôt (pokiaľ nerobíme veľmi zvláštne predpoklady o povahe priestorové rozloženie tieto masy). Pre kozmologické škály dáva odpoveď teória A. Einsteina, v ktorej sa spresňuje zákon univerzálnej gravitácie pre prípad veľmi silných gravitačných polí.
