- •Современная научная картина мира
- •Оглавление
- •Часть I Наука и научная картина мира …………………………………………. 7
- •Часть II Основополагающие концепции современной науки ……………… … 36
- •Часть III Некоторые приложения концепций современной науки ……….... 62
- •Введение
- •Часть I. Наука и научная картина мира
- •1.1. Единство мира и способы его постижения
- •1.1.1. Природа, цивилизация и культура как целостная система
- •1.1.2. Мифология, религия, искусство, наука как компоненты культуры и способы постижения природы
- •1.1.3. Познание и мировоззрение
- •1.1.4. Обобщенная картина мира
- •1.2. Наука и научный метод исследования
- •1.2.1. Наука как компонент культуры
- •1.2.2. Наука как способ объективного познания
- •1.2.3. Научный метод исследования
- •1.2.4. Динамика развития науки и формирование научных парадигм
- •1.3. Научная картина мира
- •1.3.1. Структура научной картины мира
- •1.3.2. Дифференциация наук
- •1.3.3. Естественные науки и гуманитарное знание: проблемы интеграции
- •1.3.4. Естественно-научное и гуманитарное мышление
- •Часть II. Основополагающие концепции современной науки
- •2.1. Элементы теории систем
- •2.1.1. Системный подход к описанию окружающего мира
- •2.1.2. Классификации социоприродных систем
- •2.1.3. Свойства открытых систем
- •2.1.4. Системная картина мира
- •2.2. Самоорганизация и эволюция сложных систем, далеких от равновесия
- •2.2.1. Общие представления
- •2.2.2. Сценарий самоорганизации
- •1. Фазовое пространство и фазовые траектории
- •2. Точка бифуркации
- •3. Фракталы и аттракторы
- •4. Сценарий
- •2.2.4. Синергетическая картина мира и универсальный эволюционизм
- •1. Синергетическая картина мира
- •2. Универсальный эволюционизм
- •2.3. Элементы теории управления
- •2.3.1. Самоорганизация и организация
- •2.3.2. Контур с обратной связью
- •2.3.3. Управление и управленческая деятельность
- •Часть III. Некоторые приложения концепций
- •3.1.2. Структура и специфика естественно-научной картины мира
- •3.1.3. Фундаментальные понятия естествознания
- •1. Материя и формы ее существования: вещество и поле
- •2. Атрибуты материи: отражение и движение
- •3. Пространство и время
- •4. Энтропия и информация
- •2. Основополагающие принципы естествознания
- •3.1.5. Эволюция естественно-научной картины мира: от натурфилософии к хх веку
- •1. Доклассический период
- •2. Классическая наука
- •3.2. Современные частные естественно-научные картины мира
- •3.2.1. Физическая картина мира
- •1. Релятивистская картина мира
- •2. Квантово-полевая картина мира
- •3. Строение материи и физика элементарных частиц
- •4. Соотношение классической, релятивистской и квантовой картин
- •3.2.2. Космологическая картина мира
- •1. Вселенная
- •2. Гипотеза Большого Взрыва
- •Галактики
- •Звезды и звездно-планетные системы
- •5. Солнце и Солнечная Система
- •3.2.3. Геологическая картина мира
- •1. Общая характеристика планеты
- •2. Самоорганизация и эволюция Земли
- •3. Физические оболочки Земли
- •4. Геосфера
- •3.2.4. Химическая картина мира
- •1. Химическая эволюция
- •2. Общие представления о химическом процессе как способе самоорганизации химических систем
- •3. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •4. Биологическая химия или предбиология
- •3.2.5. Биологическая картина мира
- •1. Общие представления
- •Гипотеза биохимической эволюции
- •Опережающее отражение
- •4. Биологический эволюционизм
- •5. Концепция генетики
- •6. Современная теория эволюции
- •7. Формирование биосферы
- •8. Экосистемный подход к изучению природы Земли
- •3.3. Гуманитарная картина мира
- •3.3.1. Антропологическая картина мира
- •1. Природа человека
- •2. Антропогенез: современные представления о происхождении и эволюции человека
- •3. Миграции древних людей и происхождение рас
- •4. Эволюция головного мозга и развитие психики
- •5. Человек как познающий субъект природы
- •6. Генетическая программа человека и природа интеллектуальных способностей
- •3.3.2. Социально-культурная картина мира Общие замечания
- •1. Краткий исторический экскурс
- •2. Системно-синергетический подход к описанию социальных систем
- •3. Культурная антропология
- •3.3.3. Глобальная экологическая картина
- •1. Становление техногенной цивилизации и экологические уроки прошлого
- •2. Экологические проблемы современной цивилизации
- •3. Глобальный экологический кризис, его истоки и причины
- •4. Необходимость продуктивного диалога общества и природы
- •3.3.4. Новые модели развития цивилизации
- •1. Учение в.И.Вернадского о ноосфере
- •2. Восхождение к коэволюционной стратегии
- •3. Устойчивое развитие
- •Заключение
- •Тематика творческих работ
- •Системный подход к описанию окружающего мира.
- •Перечень вопросов к итоговой аттестации
- •Дополнительная литература
- •Глоссарий
-
Галактики
Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие космических тел и их систем - галактик, звезд, звездно-планетных систем получил название – космогония.
Галактиками называют скопления звезд в узлах ячеистой структуры, объединенные в одну систему гравитационными взаимодействиями. По современным представлениям однородная прозрачная Вселенная просуществовала недолго. Уже через небольшой промежуток времени стали возникать флуктуации плотности материи и области, где образовались уплотнения и газо-пылевые туманности – предшественники протогалактик. Под действием сил гравитационного притяжения уплотнения увеличивались и начинали отставать от общего темпа расширения Вселенной. Некоторые уплотнения стали вращаться и с течением времени образовали дискообразные и спиральные галактики. Другие стали эллиптическими или вообще бесформенными (туманность Конская голова в созвездии Ориона, Большое и Малое Магеллановы облака и др.). Пространство между галактиками заполнено разреженным межгалактическим газом. Его пронизывают космические лучи, гравитационные и электромагнитные поля
Наша Галактика - Млечный Путь представляет спиралеобразное образование, сбоку напоминающее диск. Диаметр этого диска - 3104 парсек. Пространство между ее спиральными рукавами заполнено пылью, газом, излучениями, которые составляют около 1% от массы Галактики. Галактика вращается вокруг своего оси с переменной угловой скоростью. В центре Галактики и ее спиральных рукавах интенсивно идут процессы звездообразования, достаточно часто отмечаются вспышки сверхновых звезд. В ее состав входит около триллиона звезд.
Ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды (удалена на 2,5 млн световых лет).
-
Звезды и звездно-планетные системы
Протогалактики также были неоднородны, в них существовали (и существуют) уплотнения - сгущения пылевых облаков, диффузные туманности, в которых концентрация материи более высока, чем в соседних областях. По мнению большинства астрономов, в результате сгущения облаков и туманностей под действием сил гравитации в них возникают уплотнения - зарождаются протозвезды. Со временем материя протозвезд еще более уплотняется и разогревается так сильно, что начинаются реакции термоядерного синтеза с выделением большого количества тепла. С ростом температуры внутри уплотнений давление возрастает и начинает уравновешивать давление сил гравитации. Протозвезды превращаются в шаровые образования – звезды.
Среди множества звезд выделяют стационарные и нестационарные (переменные). При систематизации стационарных звезд выделено семь основных спектральных классов,
O – B – A – F – G – K – M,
отличающихся по цвету, мощности излучения (светимости) и имеющих разные спектры.
O – самые горячие звезды, их цвет близок к голубому, их температура достигает 10 - 100 тысяч К.
М – холодные красные, их температура около 3000 К.
Солнце относится к классу G - желтый карлик, температура его поверхности около 6000 К.
Все звезды имеют сходный состав: основные элементы – водород и гелий и лишь небольшие количества других элементов – продуктов термоядерного синтеза. Разнообразие их спектров зависит от температуры, давления и плотности газа фотосферы, наличия магнитного поля, химического состава.
Атмосфера горячих звезд имеет плазменную природу. В атмосфере холодных звезд в небольших количествах обнаружены и нейтральные атомы, и простейшие молекулы (С, CN, TiO, ZrO и др.)
По размерам выделяют сверхгиганты и гиганты – радиусы, которых в 750 - 1000 раз превышают радиус Солнца. Но есть и карлики, размеры которых много меньше размеров Солнца. Звезды различаются по плотности вещества. У гигантов и сверхгигантов, находящихся в состоянии разреженной плазмы, плотность мала – 0, 001 кг/ куб м. Горячие белые карлики состоят из плотно упакованных ядер атомов. Их плотность доходит до 10 000 000 000 кг/ куб м. Самые массивные звезды лишь в десятки раз превосходят массу Солнца.
Разные типы звезд эволюционируют по разному. Первый этап развития у всех звезд практически одинаков: от неоднородностей галактики - к протозвездам и далее к стационарным звездам.
Когда температура в недрах протозвезды достигает ~106К, ее сжатие прекращается. Стадию сжатия, которая у разных образований может продолжаться от сотен тысяч до сотен миллионов лет, сменяет стационарная стадия, в которой звезда находится большую часть времени жизни.
В начале стационарной стадии в ее атмосфере преобладают водород (75%), гелий (20%), небольшое количество более тяжелых элементов (около 30 наименований), некоторые простые молекулы. Под воздействием огромных давлений и температур в недрах звезд происходят термоядерные реакции, результатом которых является превращение водорода в дейтерий, затем в гелий с выделением огромных энергий и большого количества элементарных частиц. Когда весь водород в центральной части звезды выгорит, образуется гелиевое ядро. Оно постепенно сжимается и разогревается. Когда температура внутри ядра повысится до ~2107 К, происходит превращение гелия в углерод с последующим преобразованием в более тяжелые элементы.
Заключительный этап жизни звезды зависит от ее массы. Внешние слои звезд, соизмеримых с нашим Солнцем, постепенно расширяясь, покидают ядро звезды. Это ядро и становится «белым карликом» - маленькой раскаленной звездой. В метагалактике насчитывается огромное количество «белых карликов». Постепенно остывая, «белый карлик» превращается в потухшую звезду. Некоторые звезды раздуваются, их светимость возрастает, и на короткое время они превращаются в красного гиганта или сверхгиганта. В конце своего существования он со взрывом сбрасывает свою оболочку вместе с накопившимися в нем продуктами нуклеосинтеза в результате чего межзвездная среда обретает все известные на сегодняшний день химические элементы.
Иначе ведут себя более массивные звезды. После исчерпания ядерного горючего они теряют механическую устойчивость и начинают быстро сжиматься, переходя в стадию гравитационного коллапса (лат. collapsus - упавший; состояние, угрожающее устойчивости системы). Если растущее внутреннее давление останавливает коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой с радиусом в несколько километров. Это явление может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Взрывы сверхновых обогащают межзвездную среду тяжелыми химическими элементами. Есть предположение, что во время взрыва сверхновых образуются все элементы периодической системы. Если же в результате гравитационного коллапса радиус звезды окажется меньше радиуса Шварцшильда, она неминуемо превращается в «черную дыру».
«Черная дыра» создает вокруг себя гравитационное поле гигантской силы. Ее огромное тяготение не выпускает за пределы звезды никакое излучение, поэтому никакие приборы не могут ее зафиксировать. Тем не менее «черные дыры» обнаруживаются. Имея громадное тяготение, «черная дыра», возможно, притягивает другие звезды либо находится в составе двойной звезды. Раскаленный газ с поверхности обычной звезды непрерывно падает на «черную дыру», образуя вокруг нее вращающийся газовый диск с температурой ~107К. При такой температуре материя излучает в рентгеновском диапазоне. Если такой источник к тому же обладает большой массой, он является претендентом на «черную дыру».
Конечно, приведенные здесь рассуждения всего лишь иллюстрируют модельные представления современной науки. Но однозначно то, что в процессе самоорганизации и эволюции Вселенной звезды рождаются, живут и умирают, подчиняясь фундаментальным законам природы. И этот процесс непрерывен и бесконечен.