Красное смещение

За последнее десятилетие в фундаментальной физике сделан ряд фундаментальных открытий, особенно в области под названием физика высоких энергий. Важные экспериментальные результаты впервые открывают глубокую взаимосвязь субъядерных частиц и скрытых сил, действующих в недрах вещества. Но еще больше впечатляют успехи в области теоретического осмысления полученных результатов. Тон задают две новые Концептуальные схемы: так называемая Теория вeликoгo oбъeдинения (ТВО) и суперcиммeтрия. Эти научные направления совместно приводят к весьма привлекательной идее, согласно которой вся природа в конечном счете подчинена действию некой суперсилы, проявляющейся в различных “ипостасях”. Эта сила достаточно мощна, чтобы создать нашу Вселенную и наделить ее светом, энергией, материей и придать ей структуру. Но суперсила – нечто большее, чем просто созидающее начало. В ней материя, пространство-время и взаимодействие слиты в нераздельное гармоничное целое, порождающее такое единство Вселенной, которое ранее никто и не предполагал. Назначение науки по существу заключается в поиске единства. Связывая различные явления в общую теорию или общее описание, ученый как бы соединяет части окружающего нас необычайно сложного мира. Последние открытия в физике вызывают энтузиазм потому, что позволяют охватить в теории все явления природы в рамках единой описательной схемы

Поиск суперсилы можно проследить вплоть до пионерских работ Эйнштейна и других ученых, пытавшихся построить единую теорию поля. Более столетия назад Фарадей и Максвелл показали, что электричество и магнетизм – тесно связанные явления, которые можно описать на основе единого электромагнитного поля. Об успехе этого описания можно судить по тому колоссальному влиянию, которое оказывают на наше общество радио и электроника, берущие свое начало в концепции электромагнитного поля. Задача распространить процесс объединения, связав электромагнитное поле с другими силовыми полями, например с гравитационным, всегда выглядела весьма заманчиво. Кто знает, какие необыкновенные результаты удалось бы получить на основе подобного объединения?

Однако совершить следующий шаг оказалось не так просто. Предпринятая Эйнштейном попытка создать единую теорию электромагнитного и гравитационного полей не увенчалась успехом, и дальнейшее продвижение на пути к созданию единой теории поля произошло только в конце 60-х годов прошлого столетия, когда было показано, что математически электромагнетизм можно объединить с одной из ядерных сил (так называемым слабым взаимодействием). Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку; наиболее эффективной из них было предсказание новой разновидности света, состоящего не из обычных фотонов, а из загадочных Z-частиц. В 1983 г . в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, расположенном в окрестностях Женевы, Z-частицы были, наконец, обнаружены – и единая теория поля получила блестящее подтверждение

К тому времени теоретики продвинулись дальше, сформулировав гораздо более амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабым взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Одновременно были получены и первые результаты исследований в области гравитации, показавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий. Физики считают, что в природе существуют только четыре перечисленных типа фундаментальных взаимодействий, таким образом, открывается путь к созданию универсальной всеобъемлющей теории,

Обретя существование, управляемая суперсилой Вселенная эволюционировала чрезвычайно быстро. По мнению некоторых теоретиков, наблюдаемая ныне инфраструктура Вселенной сформировалась в первые 10 -32 с, и эта мгновенная ее упорядоченность включала переход от десяти пространственных измерений к трем, сохранившимся до настоящего времени. Именно в ту эпоху Вселенная могла оказаться запертой в “космической ловушке”, что обеспечило генерацию из ничего огромных количеств энергии

Если это так, то из первичной энергии в дальнейшем возникла вся материя, из которой построена Вселенная, и вся энергия, которая по сей день питает Вселенную

Ученые разделились на два лагеря. Одни считают, что наука в принципе способна объяснить Вселенную в целом. Другие склонны думать, что есть некий сверхъестественный элемент бытия, не поддающийся рациональному объяснению. Научные оптимисты, если позволительно называть их так, не отваживаются утверждать, что мы когда-нибудь достигнем исчерпывающего знания всех деталей окружающего нас мира, но упорно настаивают, что любой процесс и любое событие строго соответствуют правилам, вытекающим из законов природы. Их оппоненты отрицают это

Этот решающий выбор встал перед физикой более остро, чем перед какой-либо другой наукой, отчасти потому, что она является “фундаментальной” наукой. Именно физику надлежит раскрыть природу пространства и времени, фундаментальное строение вещества и действие сил, формирующих объекты, которые вкупе мы и называем Вселенной. Конечная цель физики заключается в том, чтобы объяснить, из чего построен мир, что “скрепляет” его части и как он действует. Если какая-либо часть мира – прошлое, настоящее или будущее – не вписывается в эту программу, то именно у физика это скорее всего вызовет тревогу

Казалось необходимым предположить, что Вселенная первоначально находилась в довольно необычном состоянии – в противном случае она не могла бы прийти к тому состоянию, которое мы наблюдаем ныне. Таким образом, все важные физические объекты, все вещество и энергию, а также их крупномасштабную структуру приходилось рассматривать как данные богом; их следовало вводить “самолично” как необъяснимые начальные условия. Благодаря бурному прогрессу в понимании Вселенной, достигнутому в последние годы, все эти особенности оказались естественными следствиями законов физики. Начальные условия – в той мере, в какой это понятие имеет смысл с точки зрения квантовых представлений, – не оказывают влияния на последующее строение Вселенной. Таким образом. Вселенная – в большей мере продукт закономерности, нежели случая

Тот факт, что наблюдаемая ныне картина Вселенной ведет свое начало от Большого взрыва – а именно это предначертано законами физики, – убедительно свидетельствует о том, что и сами эти законы не случайны или бессистемны, а содержат элемент целесообразности. Несмотря на снижение роли религии, люди продолжают искать высший смысл за пределами бытия. Новая физика и новая космология установили, что наша упорядоченная Вселенная – это нечто гораздо большее, чем последствие гигантского катаклизма. Я убежден, что изучение недавнего революционного переворота в физике и космологии станет источником глубокого вдохновения в поисках смысла жизни

Космологическое красное смещение – это наблюдаемое смещение спектральных линий в сторону длинных волн от далекого космического источника (например, галактики или квазара) в расширяющейся Вселенной по сравнению с длиной волны тех же линий, измеренной от неподвижного источника. Оно выражается безразмерным отношением разницы принятой и испущенной длины волны по отношению к испущенной длине волны. Красные смещения вызываются эффектом Допплера. Зная красное смещение z , можно определить скорость удаления галактики v . Если скорость галактики v невелика по сравнению со скоростью света c =300000 км/с, она выражается по простой формуле v = c ? z

Мы можем разными способами оценить расстояния до звезд. Все эти методы дают большую ошибку, но применив несколько методов вместе, мы, как представляется, можем разумно оценить расстояние до многих звезд. Когда мы наблюдаем эти звезды, мы видим, что их свет состоит из разных цветовых компонентов, и эти компоненты, как мы могли бы предположить, появляются вследствие нагревания различных видов атомов, из которых состоят звезды. Есть одна проблема – эти характерные спектральные составляющие смещены к красному. По красному смещению можно определить не только скорость удаления далекой галактики от наблюдателя, но и расстояние r до нее, воспользовавшись законом Хаббла: v = H 0 r , где H 0 – постоянная Хаббла, v – скорость космологического разбегания («разлета») скоплений галактик в зависимости от расстояния r до них

Общепринятое объяснение этому состоит в том, что вселенная – само пространство – на самом деле расширяется. Испускаемый звездами свет имеет правильный спектр, но за годы, пока он шел к нам, пространство, по которому он распространялся, расширилось, и свет (который находится в пространстве) расширился вместе с ним, точно так же как линия, нарисованная на воздушном шаре расширяется по мере его надувания. Таким образом красное смещение также является мерой времени, протекшего с момента начала расширения Вселенной до момента испускания света в галактике. В рамках модели однородной и изотропной Вселенной со средней плотностью, равной критической плотности , это время выражается по формуле , где H 0 – постоянная Хаббла, z – красное смещение. Так, по современным астрономическим данным, самые первые галактики образовались в момент времени, соответствующий красному смещению 5, то есть спустя примерно 1/15 часть современного возраста Вселенной. Значит, свет от этих галактик шел до нас примерно 8.5-14 миллиардов лет

Когда мы используем закон красного смещения Хаббла для того, чтобы вычислять расстояния до отдаленных галактик, мы делаем так согласно предположению, что первоначальный свет, приходя к нам за тысячи миллионов лет, испускался, по существу, на тех же самых длинах волн, какие наблюдаются в локальных современных эквивалентных звездных процессах. Исходя из такого основополагающего предположения, мы можем выдвинуть гипотезу о некотором механизме типа Эффекта Доплера (изменение длины волны ? (или частоты), наблюдаемое при движении источника волн относительно их приемника. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику ? уменьшается, а при удалении растет на величину ? – ? о =?? о /с, где ? о – длина волны источника, с – скорость распространения волны, ? – относительная скорость движения источника, чтобы сдвинуть спектр света в область менее энергетических, но более длинных волн, которые мы обнаруживаем. Кажущиеся размеры и выход мощности излучения квазаров, как в настоящее время определено при использовании жизнеспособной идеи красного смещения, кажется, готовы потрясти самые основы физики

Если галактики – конденсаты изначального космического «бульона», то их материальные плотности должны увеличиваться со временем. В современной физике выдвигается гипотеза о том, что унитарный электрический заряд пропорционален локальной галактической материальной плотности (концентрации). То есть, электрический заряд любого данного электрона или протона связана с общим количеством других протонов, электронов, и т.д., которые находятся достаточно близко, чтобы влиять на это через прямые электродинамические элементарные взаимодействия. Расстояние пяти световых лет может быть достаточным для нашего оценочного предела для прямых электродинамических влияний. Эта гипотеза выдвинута с использованием теоремы угасания, где заряженные частицы, находящиеся в среде, абсорбируют и заново излучают энергию электромагнитного поля, таким образом гася первоначальную энергию

Предполагается, что если унитарный электрический заряд в пределах галактик увеличивался в течение космологических веков, то сила электрических взаимодействий между атомными ядрами и их электронами, составляющими эти галактики, также увеличивалась. Размеры атомов должны уменьшаться, а энергии их электронов на орбитах должны увеличиваться как побочный эффект основного галактического процесса конденсации

Согласно этому подходу орбитальные электроны в атомах звездных атмосфер ранней вселенной должны бы быть менее энергетические, чем те же электроны современных атомов. Энергетические различия между их электронными оболочками должны бы быть также меньшие по сравнению с современными. Таким образом, фотоны, испускаемые звездами, составленными из менее энергетических атомов, должны бы уносить меньшие количества энергии и будут иметь более длинные волны, чем те, которые испускаются атомами в настоящее время в расположении нашей галактики

Красные смещения, ассоциированные с все более и более удаляющимися галактиками, не могут быть связаны с постоянно увеличивающейся скоростью удаления, относительно нас, или с гравитационной потерей энергии или с «утомлением света». Свет, возможно, просто испускался в более длинных волнах. Согласно этой точке зрения, красное смещение, вообще-то, все еще может использоваться как косвенный способ измерения расстояний, но это должно рассматриваться как эффект плотности (концентрации) галактического материала. Чем краснее «смещенный» свет, тем моложе источник во время излучения

Но если мы жестко привязываем красные смещения к расстояниям, тогда недавно сконденсированные космологические объекты могли, очевидно, быть неправильно определены как являющиеся значительно более удаленными и, таким образом, намного более энергетическими, чем они фактически есть. Квазары, возможно, уже относятся к этой категории

Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испы¬тывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точ¬ную фотографию реальной действительности, как она есть на самом деле, независи¬мо от нас. Ведь наука и претендует на эту роль – бесстра¬стного и точного зеркала, отражающего мир в строгих понятиях и стройных математических вычислениях. Однако за привычным, коренящимся еще в эпохе Просвещения доверием к выводам науки, часто забывается, что она – развивающаяся и подвижная система знаний, что способы видения, присущие ей, изменчивы. А это означает, что сегодняшняя картина Вселенной не равна вчерашней. Повседневное сознание все еще живет на¬учной картиной прошлых лет и веков, а сама наука уже убежала далеко вперед и рисует порой вещи столь па¬радоксальные, что сама ее объективность и беспристраст¬ность начинает казаться мифом...

Страницы: 1 2

Нужен реферат, сочинение, конспект? Тогда сохрани - » Красное смещение . Готовые домашние задания!

Предыдущий реферат из данного раздела: Знаки Зодиака

Следующее сочинение из данной рубрики: Расширение вселенной

Спасибо что посетили сайт Uznaem-kak.ru! Готовое сочинение на тему:
Красное смещение.