Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Введение. 3
История вопроса. 5
Античность и Средневековье.5
Новое время.6
Современные представления. 9
Основные постулаты современной теории Вселенной в атоме. 12
Заключение. 15
Список использованной литературы… 16
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2, стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» (Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6, стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и«Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6, стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5, стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5, стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5, стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
1. Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
2. Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
3. Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
4. Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
5. Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
6. Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
www.ronl.ru
Приведенная классификация взаимодействий имеет относительный характер, так как существенно зависит от энергии частиц. Во всяком случае она относится лишь к взаимодействию частиц, обладающих не слишком большой энергией.
По типу взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, все они, за исключением фотона, могут быть отнесены к двум группам.
Помимо общих групповых характеристик, элементарные частицы обладают также специфическими, индивидуальными признаками, которые характеризуются их квантовыми числами. К ним относят массу частицы, время ее жизни, спин и электрический заряд. По массе частицы делятся на тяжелые, промежуточные и легкие. По времени жизни различают стабильные, квазистабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относят электрон, протон, фотон и нейтрино. Квазистабильные частицы распадаются вследствие электромагнитного и слабого взаимодействия. Нестабильные частицы распадаются за счет сильного взаимодействия. Спин характеризует собственный момент количества движения частицы и измеряется целым или полуцелым значением, кратным постоянной» Планка. Так, у протона и электрона он равен 1/2, а у фотона 0. Электрические заряды элементарных частиц являются кратными наименьшего заряда, присущего электрону.
Глава II. Мегамир в его многообразии и единстве
2.1 Состав и строение мегамира
Нет жесткой границы, однозначно разделяющей микро-, макро- и мегамиры. При несомненном качественном различии они связаны конкретными процессами взаимопереходов. Наша Земля представляет макромир. Но и качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира.
В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тыс. астероидов, множество комет и метеоритных тел. Расстояние от Солнца до наиболее удаленной планеты Плутона 6 млрд км. Различают планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля, Марс — сравнительно невелики и состоят из плотного вещества. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон относятся к гигантам, они гораздо массивнее, но в их состав входят легкие вещества и поэтому их плотность меньше. В отличие от атмосфер планет земной группы, четко отделенных от твердой поверхности, атмосферные газы планет-гигантов постепенно переходят в конденсированное состояние, в «тело» самих планет. У них нет привычной нам твердой или жидкой поверхности.
Входящие в Солнечную систему астероиды представляют собой малые планеты. Хотя их много, но суммарная их масса оказывается меньше 0,001 массы Земли. Самый крупный астероид — планета Церера — имеет поперечник около 1000 км. Сталкиваясь друг с другом, астероиды дробятся на метеориты.
Своеобразными объектами Солнечной системы являются кометы. Они состоят из головы, небольшого плотного ядра и хвоста длиной в десятки миллионов километров. Ядра комет имеют размеры в несколько километров и состоят из каменных и металлических образований, заключенных в ледяную оболочку из замерзших газов. Кометы обычно — самые дальние объекты Солнечной системы. Некоторые из них удаляются от Солнца на 10 000 млрд км — на расстояние одного светового года, т.е. расстояние, которое свет со скоростью 300 000 км/с проходит за один год (1 световой год = 10 000 млрд км = 1013 км). Считается, что на этом удалении от Солнца и проходит граница Солнечной системы. Далее начинается сфера влияния других звезд. Для сравнения: свет от Солнца до Земли доходит за 8 мин, а от второй по близости к нам звезды (Проксима Центавра) свет идет к Земле более четырех лет. Эта звезда находится от нас в 100 000 раз дальше, чем Солнце.
Массы звезд составляют от 0,1 до 50 солнечных масс. Размеры диаметров звезд различаются очень сильно — от 10—20 км (нейтронные звезды) до сотен миллионов километров (красные сверхгиганты). Плотности вещества звезд колеблются от 1 г/см3 до 1014 г/см3 (нейтронные звезды). Светимости звезд колеблются от 0,001 до 1 млн солнечной светимости, т.е. различаются на 9 порядков (в миллиард раз). Атмосфера звезд на 98% состоит из водорода и гелия.
Звезды образуют галактики, включающие сотни миллиардов звезд, туманности, межзвездную среду, космические лучи, электромагнитные волны. Наша галактика выглядит как двояко выпуклая линза (диск), толщина которого 1,5 тыс. световых лет, а диаметр — 100 тыс. световых лет. Полная масса галактики равна 150 млрд. солнечных масс. Ближайшие к нам галактики, видимые невооруженным взглядом, — Магеллановы облака и Туманность Андромеды.
И самый большой объект в мире, включающий все известные современной науке, — это Метагалактика. Размеры ее 15-20 млрд световых лет, а возраст 15—20 млрд лет. Таков состав мегамира, а что известно о его истории, эволюции?
2.3 Эволюция Метагалактики, галактик и отдельных звезд
Теория расширяющейся Вселенной основана на истолковании экспериментально зафиксированного красного смещения спектральных линий галактик как следствия эффекта Допплера, объясняющего красное смещение разбеганием галактик. Однако такое истолкование не единственное, за последние десятилетия все больше накапливается сомнений в реальности расширения Вселенной. Эволюция космических систем несомненна, но следует различать объективные законы эволюции и теоретические выражения их с помощью различных моделей. В частности, явление красного смещения линий спектра может быть объяснено как следствие уменьшения энергии и собственной частоты фотонов в результате взаимодействия с гравитационными полями при движении света в течение многих миллионов лет в межгалактическом пространстве.
Эволюцию претерпевают все космические объекты — звезды, планеты, галактики. Сейчас известно, что обычные звезды в ходе претерпеваемых изменений превращаются в так называемые «белые карлики», «нейтронные звезды» и «черные дыры».
Что такое «белый карлик»? Это электронная постзвезда, образующаяся в том случае, когда звезда на последней стадии своей эволюции имеет массу, меньшую 1,2 солнечной массы. Превращение происходит путем медленного сжатия звезды, которая продолжает светить уже не за счет ядерных реакций, а в результате освобождающейся в процессе сжатия гравитационной энергии. Диаметр «белого карлика» равен диаметру нашей Земли, температура достигает около миллиарда градусов, а плотность - 10 т/см3 - в сотни тысяч раз больше земной плотности. Такую плотность можно получить, утрамбовав грузовой автомобиль в объем наперстка. В течение 1 млрд лет «белый карлик» медленно остывает, превращаясь в «черный карлик» — ничего не излучающий холодный «труп» звезды.
Нейтронные звезды возникают на заключительной стадии эволюции звезд, обладающих массой от 1,2 до 2 солнечных масс. В этом случае на предконечном этапе происходит очень быстрое сжатие звезды, в ходе которого в наружных ее слоях начинается бурный процесс ядерных реакций, в которые вступают остатки ядерного вещества звезды. При этом выделяется так много энергии, что происходит взрыв с разбросом наружного слоя звезды. Внутренние же ее области стремительно сжимаются. Остаток звезды уменьшается до размеров в 20—30 км, а средняя ее плотность возрастает до 100 млн т/см3, что, используя прежнее сравнение, равнозначно утрамбовке в наперсток миллиона грузовых автомобилей. Образующийся объект и получил название «нейтронная звезда». Она состоит из протонов и нейтронов, силы гравитации разрушили в ней сложные ядра и вещество снова стало состоять из отдельных элементарных частиц. Открытые в 1967 г. пульсары (источники пульсирующего, периодически изменяющегося импульсного излучения) как раз и являются намагниченными вращающимися нейтронными звездами.
В случае же, если масса постзвезды (звезды на заключительной стадии своего существования) превысит 2 солнечные массы, она должна превратиться в «черную дыру» с радиусом 5т 10 км. Черные дыры имеют и другие названия застывшая звезда», «гравитационная могила», «коллапсар», «флуктуар», «отон». Пространство черной дыры как бы «вырвано» из пространства Метагалактики. Если вырезать в листе бумаги дыру, то это даст наглядную двумерную аналогию черной дыры в трехмерном пространстве. Вещество и излучение проваливаются в нее и не могут выйти обратно.
Раньше «черные дыры» считались ненаблюдаемыми. Теперь же наука располагает фактами, которые достаточно убедительно свидетельствуют об их существовании. Они отождествляются с источниками сильного рентгеновского излучения. Высказаны предположения о существовании первичных, реликтовых «мини-черных дыр», образовавшихся на раннем этапе развития Вселенной. Реликтовые черные дыры вызывают исключительный интерес, поскольку в них органически объединяются микро- и макромасштабы. Теоретические расчеты показывают, что обладая гигантской массой 1015 г, они должны иметь микроскопический размер до 10-13 см.
Глава III. Современная картина происхождения Вселенной
Технический прогресс не стоит на месте. Научно-техническая революция XX века значительно расширила горизонты человеческих знаний. Человек создал ракету, побывал в космосе, созданы сверхмощные оптические и радиотелескопы, компьютеры, позволяющие рассчитывать и модулировать глобальные процессы, происходящие в масштабах Солнечной системы и Вселенной. На сегодняшний день современное естествознание объясняет возникновение Вселенной с помощью теории Большого взрыва.
3.1 Рождение Вселенной
Примерно 15 млрд. лет отделяет нашу эпоху от начала процесса расширения Вселенной, когда вся наблюдаемая нами Вселенная была сжата в комочек, в миллиарды раз меньший булавочной головки. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был и вовсе равен нулю, а ее плотность равна бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью - точечный объем с бесконечной плотностью. Известные законы физики в сингулярности не работают. Более того, нет уверенности, что наука когда-либо познает и объяснит такие состояния. Так что если сингулярность и является начальным простейшим состоянием нашей расширяющейся Вселенной, то наука не располагает о нем информацией.
В состоянии сингулярности кривизна пространства и времени становится бесконечной, сами эти понятия теряют смысл. Идет не просто замыкание пространственно-временного континуума, как это следует из общей теории относительности, а его полное разрушение. Правда, понятия и выводы общей теории относительности применимы лишь до определенных пределов - масштаба порядка 10-33 см. Дальше идет область, в которой действуют совсем иные законы. Но если считать, что начальная стадия расширения Вселенной является областью, в которой господствуют квантовые процессы, то они должны подчиняться принципу неопределенности Гейзенберга, согласно которому вещество невозможно стянуть в одну точку. Тогда получается, что никакой сингулярности в прошлом не было и вещество в начальном состоянии имело определенную плотность и размеры. По некоторым подсчетам, если все вещество наблюдаемой Вселенной, которое оценивается примерно в 1061 г, сжать до плотности 1094 г/см3, оно заняло бы объем около 10-33 см3, что примерно в 1000 раз больше объема ядра атома урана. Его нельзя было бы разглядеть и в электронный микроскоп.
Причины возникновения такого начального состояния (или сингулярности - эту гипотезу и сегодня поддерживают многие ученые), а также характер пребывания материи в этом состоянии считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой современной физической теории. Неизвестно также, что было до момента взрыва. Долгое время ничего нельзя было сказать и о причинах Большого взрыва, и о переходе к расширению Вселенной, но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся объяснить эти процессы.
Итак, очевидно, что исходное состояние перед «началом» не является точкой в математическом смысле, оно обладает свойствами, выходящими за рамки научных представлений сегодняшнего дня. Не вызывает сомнения, что исходное состояние было неустойчивым, породившим взрыв, скачкообразный переход к расширяющейся Вселенной. Это, очевидно, было самое простое состояние из всех, реализовавшихся позднее вплоть до наших дней. В нем было нарушено все, что нам привычно: формы материи, законы, управляющие их поведением, пространственно-временной континуум. Такое состояние можно назвать хаосом, из которого в последующем развитии системы шаг за шагом формировался порядок.
Хаос оказался неустойчивым, это послужило исходным толчком для последующего развития Вселенной.
Как уже отмечалось выше, еще Демокрит утверждал, что мир состоит из атомов и пустоты - абсолютно однородного пространства, разделяющего атомы и тела, в которые они соединяются. Современная наука на новом уровне интерпретирует атомизм, и вносит совершенно иной смысл в понятие среды, разделяющей частицы. Эта среда отнюдь не является абсолютной пустотой, она вполне материальна и обладает весьма своеобразными свойствами, пока еще мало изученными. По традиции, эта среда, неотделимая от вещества, продолжает называться пустотой, вакуумом.
Вакуум - это пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме. Казалось бы, раз нет реальных частиц, то пространство пусто, в нем не может содержаться энергия, даже минимальная. Но это представление пришло к нам из классической физики. Квантовая же теория, опираясь на принцип неопределенности Гейзенберга, опровергает его. Мы помним, что применительно к теории поля принцип неопределенности утверждает невозможность одновременного точного определения напряженности поля и числа частиц. Раз число частиц равно нулю, то напряженность поля не может равняться нулю, иначе оба параметра будут известны, и принцип неопределенности будет нарушен. Напряженность поля в вакууме может существовать лишь в форме флуктуационных колебаний около нулевого значения. Соответствующая этим колебаниям энергия будет минимально возможной.
freepapers.ru
Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Введение. 3
История вопроса. 5
Античность и Средневековье.5
Новое время.6
Современные представления. 9
Основные постулаты современной теории Вселенной в атоме. 12
Заключение. 15
Список использованной литературы… 16
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2, стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» (Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6, стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и«Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6, стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5, стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5, стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5, стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
1. Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
2. Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
3. Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
4. Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
5. Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
6. Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
www.ronl.ru
Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Введение. 3
История вопроса. 5
Античность и Средневековье.5
Новое время.6
Современные представления. 9
Основные постулаты современной теории Вселенной в атоме. 12
Заключение. 15
Список использованной литературы… 16
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2, стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» (Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6, стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и«Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6, стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5, стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5, стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5, стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
1. Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
2. Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
3. Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
4. Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
5. Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
6. Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
www.ronl.ru
Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Введение. 3
История вопроса. 5
Античность и Средневековье.5
Новое время.6
Современные представления. 9
Основные постулаты современной теории Вселенной в атоме. 12
Заключение. 15
Список использованной литературы… 16
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2, стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» (Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6, стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и«Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6, стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5, стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5, стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5, стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
1. Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
2. Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
3. Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
4. Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
5. Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
6. Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
www.ronl.ru
Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Введение. 3
История вопроса. 5
Античность и Средневековье.5
Новое время.6
Современные представления. 9
Основные постулаты современной теории Вселенной в атоме. 12
Заключение. 15
Список использованной литературы… 16
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2, стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» (Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6, стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и«Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6, стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5, стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5, стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5, стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
1. Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
2. Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
3. Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
4. Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
5. Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
6. Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
www.ronl.ru
Государственная Полярная Академия
Кафедра Геоэкологии
Реферат по дисциплине «Концепция современного естествознания»
На тему:
«Вселенная в атоме. Атомы Вселенной»
Выполнил: студент 271 гр.
Зарунский Станислав
Проверил: доцент кафедры геоэкологии,
кандидат биологических наук
Беляков В.П.
Санкт-Петербург
2010 г.
Со второй половины 19 века человечество совершило значительный скачек в астрономии и космологии. Быстрое развитие техники позволило создать мощнейшие телескопы, позволившие значительно расширить знания о вселенной. Тем самым представление человека о макромире очень сильно изменилось за последнее столетие. В 20 веке различными учеными на основе возросшего количества информации было предложено большое количество различных моделей вселенной. В то же время физика достигла своего рассвета, это позволило опытным путем все глубже проникать в структуру атома. Было открыто ядро атома, электроны, более мелкие субатомные частицы.
Однако, ни на каком этапе изучения вселенной или атома человек ни мог с уверенностью сказать о полноте своих познаний. А неизвестные вещи человеку очень часто свойственно уподоблять уже известным предметам или же другому непознанному. Возможно, именно отсюда и возникает представление о невероятной схожести микромира и макромира. И действительно, такое сравнение вполне обоснованно и имеет право на существование. Рассмотрим строение Вселенной: Вселенная состоит из примерно 200 млн. галактик. Галактики состоят из приблизительно 50000 Звёздных систем. Строение Звёздных систем рассмотрим на примере строения Солнечной системы: в центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам двигаются планеты, а вся Солнечная система окружена облаком Оорта. Теперь зададимся вопросом: «Что нам всё это напоминает?». А напоминает всё это строение тел. Любое тело состоит из молекул, а молекулы в свою очередь состоят из атомов. Строение атома похоже на строение Солнечной системы: в центре атома находится ядро, а вокруг ядра по орбитам движутся электроны и сам атом окружён электронным облаком. Электронное облако, как и облако Оорта в солнечной системе, является пределом, границей отделяющей его от других атомов.
Такое простое сравнение представляется логичным, но, все же, для полного понимания данной проблемы следует ознакомиться с историей формирования подобного представления и с точкой зрения современной науки.
Такое представление хоть и заманчиво, однако осмыслить его человеку достаточно трудно, ведь оно предполагает бесконечное деление материи, а представить себе бесконечность для человека очень трудно ввиду его собственной конечности и конечности окружающего его обыденного мира. Возможно именно поэтому теория Вселенной в атоме не находит широкого принятия в академической науке. А может быть она все-таки еще недостаточно обоснована? Это мы и попытаемся выяснить в данной работе.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими вечными вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части. Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других.
На сегодняшний день физики полагают, что наименьшими частицами Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, существование которых ещё не доказано абсолютно достоверно. В случае же, когда кварки займут место наименьшей составляющей материи, их, несомненно, постараются разбить на составляющие. [1]
Есть ли вообще конец этой цепочке деления? Многих философов и ученых этот вопрос заводит в тупик. Ответить на него однозначно на сегодняшнем этапе нельзя. В случае, если конца делению нет, значит, мир непознаваем. А такой постулат противоречит материалистической теории. Если же предел существует, то мы приходим к исчерпанию всех свойств мира. Но ведь процесс познания, согласно той же материалистической философии, бесконечен.
Античность и Средневековье. Как мы уже говорили выше, подобные идеи рождались у человечества еще в античности. То, что материя делится до бесконечности, утверждал ещё Аристотель, Анаксагор же писал еще в 5 в. до н.э., что в каждой частице, какой бы малой она ни была, «есть города, населенные людьми, обработанные поля, и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас». В средневековье такая множественность миров имела другой характер. В религиозном смысле эта аналогия понималась как соответствие бога и человека, созданного по образу и подобию божьему. [5, стр.12]
Новое время. Еще одним известным ученым и философом, поддерживающим подобную теорию, был Кант. В основу его космологических представлений легло признание существования бесконечного количества звездных систем, которые могут объединяться в системы более высокого порядка. В то же время каждая звезда со своими планетами и их спутниками образует систему подчиненного порядка. Вселенная, следовательно, не только пространственно бесконечна, но и структурно многообразна, поскольку в состав ее входят космические системы разных порядков и размеров. Выдвигая это положение, Кант приближался к идее о структурной бесконечности вселенной, которая получила более полное развитие в космологическом течении современника Канта, немецкого ученого И. Г. Ламберта. [5, стр. 13]
В рамках классической космологии этот парадокс пытались разрешить в модели иерархического строения Вселенной, разработанной Карлом Шарлье на основе идеи Ламберта. В 1908 году он опубликовал теорию строения Вселенной, согласно которой Вселенная представляет собой бесконечную совокупность входящих друг в друга систем все возрастающего порядка сложности. В этой теории отдельные звезды образуют галактику первого порядка, совокупность галактик первого порядка образует галактику второго порядка и далее до бесконечности. На основании такого представления о строении Вселенной Шарлье пришел к выводу, что в бесконечной Вселенной фотометрический парадокс устраняется, если расстояния между равноправными системами достаточно велики по сравнению с их размерами. Это приводит к непрерывному уменьшению средней плотности космического вещества по мере перехода к системам более высокого порядка. Для устранения парадокса требуется, чтобы плотность вещества падала быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния от наблюдателя. Такая зависимость плотности вещества в Метагалактике не наблюдается, поэтому современное объяснение парадокса Ольберса основано на других принципах (например, учитывается красное смещение, используется общая теория относительности). Однако сама идея о сложном строении Вселенной и вложенности систем разного уровня остаётся и развивается. [4, стр. 92-94]
Ирландский учёный Фурнье Д'Альба в 1907 г. в своей работе «Два новых мира. Инфрамир и супрамир» сделал предположение, что иерархическая лестница простирается также вовнутрь материи, в сторону уменьшения. У Фурнье Д’Альба знаменатель прогрессии, то есть отношение линейных размеров звезды и атома или размеров звезды супрамира и звезды данного уровня материи, являющейся атомом супрамира, выражается числом 1022. Такое соотношение пространственных размеров Фурнье Д’Альба распространил и на время. Одна секунда на «нулевом» уровне по мнению Фурнье Д’Альба равна сотням триллионов лет в инфрамире, а секунда в супрамире равна сотням триллионов земных лет. [4. стр. 95]
Все вышеперечисленные идеи были подтверждены в начале 20 века моделью атома Нильса Бора (завершенная и доработанная модель Резерфорда, одного из учителей Бора). Эту модель часто называют «планетарной» — в ней, подобно тому, как планеты вращается вокруг Солнца, электроны движутся вокруг ядра. Но такой атом не может быть устойчивым: под действием кулоновского притяжения ядра каждый электрон движется с ускорением, а ускоренно движущийся заряд, согласно законам классической электродинамики, должен излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Количественный расчет показывает, что такая «радиационная неустойчивость» атома катастрофична: примерно за стомиллионную долю секунды все электроны должны были бы потерять энергию и упасть на ядро. Но в действительности ничего такого не происходит, и многие атомы вполне стабильны. Возникла проблема, которая могла показаться неразрешимой. И она действительно не могла быть разрешена без привлечения радикальных новых идей. Именно такие идеи и были выдвинуты Бором. [1]
Он утверждал, что (вопреки законам механики и электродинамики) в атомах существуют такие орбиты, двигаясь по которым электроны не излучают. Излучение же происходит только при переходе электрона с одной устойчивой орбиты на другую, и вся освобождающаяся при этом энергия уносится одним квантом излучения. Именно введение Бором такого понятия, как орбиталь, только по которой могут двигаться электроны вокруг ядра, еще больше заставили весь мир задуматься о сходстве процессов микромира и макромира. [2,стр. 33-34]
Разрабатывали эту проблему и Российские ученые. Известный во всем мире советский физик А.А. Фридман допускал такое множество миров в атомах и говорил об их замкнутости на самих себе, о том, что все внутри них относительно и что даже свет может идти по искривленной траектории и вернуться к своему источнику так и не вырвавшись наружу. Академик А. А. Марков, попытавшийся описать подобный мир математически, назвал такие образования фридмонами — в честь впервые указавшего на возможность их существования Фридмана. Кроме того, Марков утверждал, что атомы в зависимости от своей структуры могут быть не обязательно солнечными системами, это могут быть и галактики, и даже вселенные. [1]
Основные результаты в такой теории были получены в начале XXI века. Этому способствовал прорыв в исследовании Вселенной благодаря искусственным спутникам, современным средствам наблюдения — инфракрасным телескопам и компьютерный анализ накопленного материала, а также систематизация знаний в области элементарных частиц. Появилось все больше доказательств правдоподобности такой теории, хотя она до сих пор считается ненаучной и определяется как находящаяся лишь на стадии гипотез так как она противоречит основному господствующему представлению о Вселенной.
В настоящее время над разработкой этой гипотезы, все же, работает достаточно большое количество ученых. Например американский физик Роберт Олдершоу, в ряде работ с 1978 года развивал модель космологического самоподобия. Он выделил три основных уровня материи — атомный, звёздный и галактический уровни, причём два последних уровня ближе друг к другу, чем к атомному уровню. На данных уровнях материя сосредоточена в основном в виде нуклонов и звёзд, а звёзды также в своём большинстве входят в состав галактик. Олдершоу отмечает, что подавляющее количество вещества в космосе содержится в самых лёгких элементах — в водороде и в гелии, а на уровне звёзд в — в звёздах-карликах с массами 0,1 — 0,8 солнечных масс. Кроме этого, имеется много и других примеров подобия: например, отношение размеров самых больших атомов к размеру нуклона того же порядка, что и отношение размера больших звёздных систем к размеру нейтронной звезды. Кроме того, он установил, что атомы демонстрируют зависимость между радиусами и периодами колебаний электрона, очень похожую на закон Кеплера для планет. Им были систематизированы и обработаны данные о изменениях во Вселенной и атомах и он установил, часто наблюдаются выбросы материи одинаковой формы в звёздных и галактических системах. Он установил, что зависимости между спином и массой, между магнитным моментом и спином имеют одинаковую форму у атомных и звёздных систем. [3]
Определение коэффициентов подобия по массе, размерам и времени протекания процессов между атомными и звёздными системами Олдершоу осуществляет через сопоставление Солнечной системы и атомов. При этом водороду соответствуют звёзды с массами порядка 0,15 солнечных масс. В результате такого сопоставления становится возможным делать достаточно точные предсказания масс и размеров звёзд, галактик, размера протона, периодов вращения галактик и так далее.
Другим ученым, поддерживающим данную теорию является корейский исследователь Юн Пио Янг, который в своей работе «Фрактальная Космология» ( Фрактал — это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждый фрагмент которой повторяется при уменьшении масштаба) пришел к выводу, что атомные системы подобны галактическим. Он также критикует теорию Большого взрыва в связи с логическим противоречием — на больших масштабах соседние космические объекты никогда не совершат более одного оборота друг возле друга из-за постоянного расширения Вселенной, невзирая на гравитационную связь между ними. Исходя из идеи рекурентной космологии, путём сравнения размеров ядер галактик и атомных ядер, галактик и атомов, скоплений галактик и молекул определяется коэффициент подобия по размерам, с величиной приблизительно 1030. Такое же значение выводится и для коэффициента подобия по времени, связывающего длительности однотипных процессов в атомных и галактических системах.
Очень часто ученые походили к подобному пониманию вселенной при опровержении господствующей гипотезы. Таким образом Леонард Пляшкевич и Мира Пляшкевич в своей работе рассматривали основные постулаты варианта космологии, альтернативной гипотезе Большого взрыва. Авторами была сделана попытка выявить единый принцип устройства микро и макрокосмоса. Для достижения этой цели используются методы преобразования подобия и размерностей физических величин. Гравитационное поле рассматривается в плане поля Фарадея-Максвелла. Отказ от гипотезы Большого взрыва и интерпретации красного смещения в спектрах далеких галактик, как доплеровского эффекта, позволяет развивать иерархическую модель Вселенной. Затронута проблема сосуществования обычной материи и антиматерии. Целью их работы является продемонстрировать теоретическую возможность и право на существование теории вложенных миров. [6,стр.45-47]
Сергей Сухонос в своих работах («Масштабная гармония Вселенной» и «Структура устойчивых уровней организации материального мира») показал существование отдельных материальных образований, расположенных на оси размеров 13 группами через равные интервалы в логарифмическом масштабе. Наибольший рассматриваемый размер принадлежит Метагалактике, наименьший — гипотетической частице максимону, на двадцать порядков меньшей нуклона. Между ними находятся все известные объекты, свойства которых периодически повторяются с отношением размеров около 1020. Сухонос обращает внимание на явления фрактальности в природе как на привычном нам уровне, так и на микро и макро уровнях: спиральные и эллиптические галактики; субкарлики как первичные звёзды Галактики с дефицитом тяжёлых элементов, и обычные звёзды главной последовательности; планеты внешние и внутренние; процессы синтеза и деления, моноцентрические и полицентрические структуры на разных уровнях материи. Для объяснения указанных закономерностей Сухонос привлекает идею о четвёртом, масштабном измерении и соответствующем взаимодействии, а также волновые представления. [6,стр.47]
Из всего вышесказанного видно, что данная теория имеет долгую историю и достаточную доказательную базу. Поэтому будет уместным охарактеризовать ее и упомянуть основные постулаты, выдвинутые ей. Она является в данный момент целым научным представлением о мироздании. Её принято называть фрактальной теорией или теорией бесконечной вложенности материи. Она обычно противопоставляется атомизму (как учению, предполагающему существование наименьшей неделимой частицы, которой, вопреки названию этого направления, уже не является атом) и является альтернативной философской, физической и космологической теорией. Она основывается на индуктивных логических выводах о строении наблюдаемой материальной динамичной Вселенной. Метафизическая школа, изучающая данную теорию сосредотачивается на фундаментальных организационных принципах природы и называет данную концепцию дискретная фрактальная парадигма. Она подчеркивает иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик. Предложенная этой теорией фрактальная парадигма также выдвигает на первый план тот факт, что глобальная иерархия природы является весьма стратифицированной в дискретные уровни материи, из которых наиболее выделяющимися являются Атомные, Звездные и Галактические уровни. Еще один важный принцип фрактальной парадигмы − это то, что космологические уровни являются строго самоподобными, так что для каждого класса объектов или явлений в данном масштабном уровне есть аналогичный класс объектов или явления в каждом другом космологическим уровне. Самоподобные аналоги объектов и явлений из различных уровней имеют совпадающую морфологию, кинематику и динамику и обладает одними и теми же свойствами и признаками. Их характеристики изучались и были выведены следующие постулаты. [5,стр. 34-36]
Ввиду своей специфики в данной теории отсутствуют элементарные частицы материи как таковые (она, конечно, не отрицает существования протонов, кварков или еще меньших единиц, однако она не утверждает минимальность их размера), вещество бесконечно делимо, в противоположность теории атомизма, находящей минимальную единицу материи.
Согласно Фрактальной теории, Вселенная состоит из бесконечного числа вложенных фрактальных уровней материи с подобными друг другу характеристиками. Каждый уровень материи включает в себя носители с определенным спектром размеров и масс. Материя самоорганизуется в стабильные состояния и вообще для каждого уровня такой структуры характерна стабильность и нейтральность.
Ход времени гораздо быстрее на микроуровне и медленнее на макроуровне. [5,стр. 37]
Каждый тип «элементарных» частиц (электроны, нуклоны и др.) не состоит из строго одинаковых по массе и размеру частиц, также это свойственно и солнечным системам, и галактикам.
Вселенная вечная, при этом носители материи постоянно рождаются и затем трансформируются в носители своего или других уровней. Тем самым теория выходит за пределы не только атомизма, но и Большого Взрыва, ограничивающего историю мироздания моментом возникновения Вселенной. Тем самым данная теория помогает решить самый насущный и сложный вопрос для приверженцев теории Большого Взрыва: «Что было перед зарождением Вселенной?»
Согласно теории вложения материи пространство имеет дробную размерность, стремящуюся к 3, точное число зависит от строения материи и её распределения в пространстве. Время в данной теории — самостоятельная от пространства координата, она является производным от скорости движения материи. Действие сил гравитации и электромагнетизма может быть объяснено модифицированной теорией Фатио-Лесажа. Предполагается, что электромагнитное поле является гравитационным полем нижележащего уровня материи. [5,стр. 40]
На современном этапе рассмотренная нами теория из умозрительных представлений античности выросла в стройную и логически обоснованную теорию, имеющую достаточное количество последователей, которая, однако, не имеет достаточной доказательной базы чтобы стать главенствующей в научном мире. Возникнув как попытка объяснить неизведанное, она до сих пор занимает умы как ученых, так и обывателей своей невероятностью с одной стороны и своей теоретической возможностью с другой стороны.
Однако, на современном уровне подойти к разгадке тайны Вселенной и материи этой Вселенной не представляется возможным, человечество упирается в безграничность одного уровня и бесконечную микроскопичность другого уровня, и, вполне возможно, эта теория так и останется навсегда на уровне гипотезы с большей или меньшей доказанностью. И даже в случае ошибочности, науке она дала очень много. Подобная аналогия помогла понять множество физических явлений и осмыслить те вещи, которые обыденным мышлением быть осмысленны не могут. Поэтому важность ее отрицать не стоит в любом случае.
Зигуненко С.Н. «Как устроена машина времени?» //Знак вопроса №5 1991 г. (http://www.bibliotekar.ru/znak/591-14.htm)
Пиблс П. «Физическая космология», М.:1975 г.
Райт Н. «Космология», 2005 г. (http://cosmo.labrate.ru/cosmolog.htm)
Самин Д.К. «100 великих научных открытия», М.:2002 г.
Сиротенко, Б. М. «О подобии микро- и макромира», М.: 1990 г.
Хайтун С.Д. «От эргодической гипотезы к фрактальной картине мира: рождение и осмысление новой парадигмы», М.:2007 г.
globuss24.ru
