Эволюция Вселенной

  Джинсов размер - это критический размер сгущения вещества, необходимый для появления затравочной флуктуации.

Джинсова масса — масса этого сгущения.

Если  размеры и масса сгущения меньше критических величин, то в конце концов сгущение начнет расширяться и постепенно рассосется, от него не останется и следа. Если же размеры и масса сгущения больше критических величин, то плотность сгущения будет расти.

 

Были  выдвинуты гипотезы, объясняющие  вращение галактик. Сегодня считается, что на ранних стадиях эволюции прото-галактики были гораздо больше, чем сейчас. Кроме того, космологическое расширение не успело их разогнать далеко друг от друга, поэтому между ними возникали значительные гравитационные силы. Эти силы принимали вид приливных взаимодействий, которые и вызывали вращение галактик.

Наша  Галактика вращается довольно сложным  образом. Значительная часть галактической материи вращается дифференциально, как планеты вращаются вокруг Солнца, не обращая внимания на то, по каким орбитам движутся другие, достаточно далекие космические тела, и скорость вращения этих тел уменьшается с увеличением их расстояния от центра. Но есть часть диска нашей Галактики, который вращается твердотельно, как музыкальный диск, крутящийся на проигрывателе. В этой части галактического диска угловая скорость вращения одинакова для любой точки. Кстати, наше Солнце находится в таком участке Галактики, в котором скорости твердотельного и дифференциального вращения равны. Такое место называется коротационным кругом. В нем создаются особые, спокойные и стационарные условия для процессов звездообразования.

 

   Рождение звезд в Галактике происходит постоянно. Этот процесс компенсирует так же непрерывно происходящую смерть звезд. Поэтому в Галактике есть звезды старые и молодые. Самые старые звезды сосредоточены в шаровых скоплениях, возраст их сравним с возрастом Галактики. Старые звезды формировались, когда протогалактическое облако распадалось на все более мелкие сгустки, в результате постепенного дробления которых возникли скопления звездных масс.

Современные звезды возникают из газопылевых облаков, размеры которых больше критической джинсовой длины.

Появление тяжелых  элементов в составе звезды дало толчок новым усложнениям вещества: образованию планет и появлению  на некоторых из них жизни и, возможно, разума. Поэтому образование планет стало следующим этапом в эволюции Вселенной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Образование Солнечной системы

 

Достоверно  известно, что наша Солнечная система  образовалась примерно 5 млрд лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Это означает, что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Основная  масса вещества Солнечной системы поступила из одного газопылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества, не превышающая 0,15 массы Солнца, с другим изотопным составом поступила из другого газопылевого облака, и она послужила материалом для формирования планет и метеоритов.

Чтобы образовать планетную систему, звезда должна обладать рядом признаков:

• мощным магнитным полем, величина которого превышает определенное критическое значение;
• пространство в окрестностях звезды должно быть заполнено разреженной плазмой, создающей солнечный ветер.

  Солнце имеет магнитное поле. Источником же плазмы служит корона молодого Солнца.

 

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную намагниченную плазму. Как и в наши дни, с поверхности Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и достигали орбиты современного Плутона. Сила тока в них достигала нескольких сотен миллионов ампер и больше, что способствовало стягиванию плазмы в узкие каналы. В этих каналах возникали разрывы, пробои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной.

Когда молодое Солнце начало свое прохождение  через газопылевое облако, мощное гравитационное поле звезды начало притягивать поток газовых и пылевых частиц, послуживших материалом для образования вторичных тел. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под действием гравитации падали к центральному телу, но при этом они попадали в сверхкорону Солнца. Там они ионизировались и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела. Таким образом, с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете выделились три-четыре концентрические области, плотности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках. Этим объясняется тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты, которые при относительно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см³), а планеты-гиганты имеют намного меньшие плотности (1—2 г/см³).

 

Метеориты и кометы, согласно данной модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона.

Сегодня уже есть уникальные сведения, подтверждающие данную теорию. Они получены с помощью американских спутников «Вояджеров» при исследовании Юпитера, Сатурна и Урана. Поэтому мы можем уверенно говорить о наличии общих характерных особенностей как у этих далеких планет, так и у Солнечной системы в целом:

• выявлена закономерность в распределении вещества по химическому составу: максимум концентрации летучих веществ (водород, гелий) всегда приходится на первичное тело и на периферийную часть системы. На некотором удалении от центрального тела располагается минимум летучих веществ. В Солнечной системе этот минимум заполнен самыми плотными планетами земной группы;
• во всех случаях на долю первичного тела приходится более 98% общей массы системы;
• имеются наглядные признаки, указывающие на повсеместное образование планетных тел путем аккреции — слипания частиц во все более крупные тела, вплоть до окончательного оформления в планету (спутник).

 

Итак, эволюция Вселенной привела к  образованию планет, а на отдельных из них могли появиться жизнь и разум. Происходит это в местах нахождения разнообразных химических элементов, где протекают процессы их объединения в молекулы, сложность которых может нарастать до очень высоких уровней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Проблема существования и поиска внеземных цивилизаций

 

С позиций  современной науки предположение  и возможности существования внеземных цивилизаций имеет под собой основания. Физика и астрономия установили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной. Астрономия показала, что наше Солнце — обычная звезда, желтый карлик, каких много в нашей Галактике, которая также является типичным объектом во Вселенной. Также мы знаем о появлении разнообразных химических элементов в результате звездного нуклеосинтеза, проходившего в звездах первого поколения. Поэтому звезды второго и третьего поколений появлялись в разных местах Вселенной, и многие из них должны были создать собственные планетные системы, где на некоторых из них могла появиться жизнь и разумные существа.

Если  мы будем считать, что жизнь в  любом уголке Вселенной должна быть похожей на земные формы, то мы можем определить необходимые для нее условия. К их числу относятся:

• возникновение жизни около старых звезд второго поколения, возле которых есть остатки тяжелых элементов, сохранившиеся после взрывов сверхновых звезд первого поколения;
• соответствующие температурные условия на планете, исключающие слишком высокие или слишком низкие температуры;
• масса планеты, достаточная для того, чтобы планета не потеряла свою атмосферу, но не слишком большая, иначе у нее останется первичная водородная и гелиевая атмосфера;
• наличие жидкой оболочки на поверхности планеты, так как жизнь, скорее всего, зародилась в воде.

Таким образом, планета, на которой может зародиться жизнь, должна по своим характеристикам быть похожа на Землю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Современные концепции химии

 

1. Химия  как наука. Система химии

 

С позиции  современной науки можно выявить общие закономерности развития химического знания, описать его основные концептуальные системы.

Д. И. Менделеев  обратил внимание на то что химия, в отличие от многих других наук (например, биологии или географии), сама создает свой предмет исследования. Как никакая другая наука, она является одновременно и наукой, и производством. Химия всегда была нужна человечеству в основном для того, чтобы получать из веществ природы необходимые металлы и керамику, известь и цемент, стекло и бетон, красители и фармацевтические препараты, взрывчатые вещества и горюче-смазочные материалы, каучук и пластмассы, химические волокна и материалы с заданными электрофизическими свойствами.

 

Главная задача химии — задача получения веществ с необходимыми свойствами. Но это производственная задача, и чтобы ее реализовать, надо уметь из одних веществ производить другие, т.е. осуществлять качественные превращения вещества. А поскольку качество — это совокупность свойств вещества, надо знать, от чего зависят эти свойства. Иначе говоря, чтобы решить названную производственную задачу, химия должна справиться с теоретической проблемой генезиса (происхождения) свойств вещества.

 Таким образом, основанием химии выступает двуединая проблема — получения веществ с заданными свойствами (на достижение ее направлена производственная деятельность человека) и выявления способов управления свойствами вещества (на реализацию этой задачи направлена научно-исследовательская работа ученых). Это и есть так называемая основная двуединая проблема химии.

 

 Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то, что она имеет всего четыре способа решения. Речь при этом идет не о частных методах изучения и превращения вещества — их множество, а о самых общих способах решения вопроса: от чего, от каких факторов зависят свойства вещества. А они зависят от четырех факторов:

1. от элементного и молекулярного состава вещества;
2. структуры молекул вещества;
3. термодинамических и кинетических условий (наличия катализаторов, воздействия материала стенок сосудов и т.д.), в которых вещество находится в процессе химической реакции;
4. уровня химической организации вещества.

 

В развитии химии происходит не смена, а строго закономерное, последовательное появление концептуальных систем. При этом, каждая вновь появляющаяся система не отрицает предыдущую, а наоборот, опирается на нее и включает в себя в преобразованном виде. Таким образом, появляется система химии - единая целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не отдельно друг от друга, а в тесной взаимосвязи, дополняют друг друга и объединяются в концептуальные системы химических знаний, которые находятся между собой в отношениях иерархии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Первый способ решения основной проблемы химии.

Первый уровень химического  знания

 

Первый  по-настоящему действенный способ решения  проблемы происхождения свойств вещества появился во второй половине XVII в. в работах английского ученого Р. Бойля. Его исследования показали, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких химических элементов эти тела составлены. Такой подход оказался принципиально новым. Он позволил примирить два существующих натурфилософских представления — атомизм Демокрита и элементаризм Аристотеля. У Бойля наименьшими частичками вещества оказывались неосязаемые органами чувств мельчайшие частички — атомы, или, как он их называл, - minima naturalia. Эти частицы могли связываться друг с другом, образуя более крупные соединения - кластеры, по терминологии Бойля. Связь частиц в кластерах была достаточно прочной, и поэтому кластеры сами были невидимыми глазу кирпичиками для построения реальных физических тел. В зависимости от объема и формы кластеров, от того, находились ли кластеры в движении или покоились, зависели и свойства природных тел. Сегодня мы вместо термина «кластер» используем понятие «молекула». Таким образом, с этого момента стали считать, что наименьшей частицей простого тела является молекула.

 

Сегодня мы знаем, что атом представляет собой сложную квантово-механическую систему, состоящую из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Выяснены  особенности строения электронных  орбиталей атомов всех элементов и особая роль внешнего электронного уровня атома, от количества электронов на котором зависит реакционная способность элемента — химическая активность вещества, учитывающая как разнообразие реакций, возможных для данного вещества, так и их скорость. Наиболее активными с химической точки зрения являются элементы, имеющие минимальную атомную массу и 6-7 электронов на внешнем электронном уровне (фтор, хлор, кислород). Это связано с тем, что они стремятся достроить свою электронную оболочку путем присоединения недостающего числа электронов. Также большой реакционной способностью отличаются металлы, обладающие большой атомной массой и имеющие 1-2 электрона на внешнем электронном уровне (барий, цезий), стремящиеся отдать их и таким образом приобрести устойчивую электронную конфигурацию.

Также нужно отметить, что химическим элементом называют все атомы, имеющие одинаковый заряд ядра.