На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Контрольная Общие представления о пространственных, временных и массовых характеристиках Вселенной. Свойства и развитие суждений о пространстве и времени по современным представлениям, математическое и экспериментальное обоснование их в рамках механики И. Ньютона

Информация:

Тип работы: Контрольная. Предмет: Биология. Добавлен: 13.07.2009. Сдан: 2009. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


7
Содержание

Введение
1. Общие представления о пространственных и временных характеристиках Вселенной
2. Измерение масс объектов Вселенной
Заключение
Список литературы
Введение

Обычно под пространством (в том числе и космическим) мы понимаем некую протяженную пустоту, в которой могут (но не обязательно) находиться какие-либо предметы. Однако между небесными телами (звездами, планетами, кометами) всегда имеется некоторое количество вещества, поэтому в науке пространство рассматривается не как вместилище материи, а как физическая сущность, обладающая конкретными свойствами и структурой. Каждый объект обладает в пространстве определенным положением и ориентацией, а расстояние между двумя событиями точно определено, даже если эти события произошли в разные моменты времени. Пространство и время тесно связаны с материей, они появляются и исчезают вместе с ней. В связи с этим хочется привести слова А.Эйнштейна по разъяснению им в 1921 г. сути теории относительности: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время». Аналогичный вывод следует и из теории Большого взрыва, объясняющей происхождение нашей Вселенной.
Можно отметить наиболее важные свойства пространства и времени по современным представлениям.
1. Пространство и время реальны и объективны.
2. Пространство и время - это универсальные и всеобщие формы бытия материи.
Пространство трехмерно и обратимо, время - одномерно и необратимо.
Пространство однородно и изотропно, время - однородно.
Эти свойства пространства и времени нашли отражение в фундаментальных законах сохранения. Симметрии относительно сдвига времени (однородности времени) соответствует закон сохранения энергии; симметрии относительно пространственного сдвига (однородности пространства) соответствует закон сохранения импульса; симметрии относительно поворота координатных осей (изотропности пространства) соответствует закон сохранения момента импульса (или углового момента). Из этих свойств вытекает абсолютность и инвариантность пространственно-временного интервала S.
В геометрии Евклида бесконечность и безграничность пространства совпадали. В случае расширяющейся Вселенной она, а, следовательно, и пространство безграничны и бесконечны. В случае сжимающейся Вселенной пространство будет конечным, но безграничным.
Пространство и время связаны между собой и образуют четырехмерный мир. Их свойства определяются движущейся материей.
Понятно, что с понятиями пространства и времени связано не менее фундаментальное понятие массы веществ (объектов) Вселенной. В связи с этим целью данной работы будет рассмотрение пространственных, временных и массовых масштабов Вселенной.
1. Общие представления о пространственных и временных характеристиках Вселенной

Одна из важнейших задач естествознания - создание естественно-научной картины мира в виде целостной упорядоченной системы. Для ее решения используются общие и абстрактные понятия: время и пространство. Всеобщими универсальными формами существования и движения материи принято считать время и пространство. Движение материальных объектов и различные реальные процессы происходят в пространстве и во времени. Особенность естественно-научного представления об этих понятиях заключается в том, что время и пространство можно охарактеризовать количественно с помощью приборов.
Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления. Время - это то, что можно измерить с помощью часов. Принцип работы многих приборов для измерения времени основан на разных физических процессах, среди которых наиболее удобны периодические процессы: вращение Земли вокруг своей оси, электромагнитное излучение возбужденных атомов и др. Многие крупные достижения в естествознании связаны с разработкой более точных приборов для определения времени. Временная характеристика реальных процессов основывается на постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Хотя постулат времени кажется естественным и очевидным, его истинность все же относительна, так как его нельзя проверить на опыте даже с помощью самых совершенных часов, поскольку, во-первых, они характеризуются своей точностью и, во-вторых, невозможно создать принципиально одинаковые условия в природе в разное время. Вместе с тем длительная практика естественно-научных исследований позволяет не сомневаться в справедливости постулата времени в пределах той точности, которая достигнута в данный момент времени. При создании классической механики около 300 лет назад И. Ньютон ввел понятие абсолютного, или истинного, математического времени, которое течет всегда и везде равномерно, и относительного времени как меры продолжительности, употребляемой в обыденной жизни и означающей определенный интервал времени: час, день, месяц и т.д. В современном представлении время всегда относительно. Из теории относительности следует, что при скорости, близкой к скорости света в вакууме, время замедляется - происходит релятивистское замедление времени, и что сильное поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. В обычных земных условиях такие эффекты чрезвычайно малы. Важнейшее свойство времени заключается в его необратимости. Прошлое во всех деталях и подробностях нельзя воспроизвести в реальной жизни - оно забывается. Необратимость времени обусловлена сложным взаимодействием множества природных систем, в том числе атомов и молекул, и символически обозначается стрелой времени, «летящей» всегда из прошлого в будущее. Необратимость реальных процессов в термодинамике связывают с хаотичным движением атомов и молекул.
Понятие пространства гораздо сложнее понятия времени. В отличие от одномерного времени, реальное пространство трехмерно, т.е. имеет три измерения. В трехмерном пространстве существуют атомы и планетные системы, выполняются фундаментальные законы природы. Однако выдвигаются гипотезы, согласно которым пространство нашей Вселенной имеет много измерений, хотя наши органы чувств способны ощущать только три из них.
Развитие представлений о пространстве и времени прошло длинный и сложный путь. Древнегреческие атомисты Левкипп, Демокрит и Эпикур (V-III вв. до н.э.) считали, что существуют только атомы и чистое пространство (пустота). Аристотель в своем учении (IV в. до н.э.) отвергает существование пустого пространства, аргументируя это различными доводами. Физике понадобилось длительное время, чтобы разобраться в этой аргументации великого философа. Это было сделано Галилеем и Эйнштейном. В «Началах» Евклида (III в. до н.э.) пространственные характеристики объектов приобрели строгую математическую форму, т.е. была определена метрика пространства (плоская метрика). В работе К.Птолемея «Великое математическое построение» («Альмагест») в 150 г. н.э. была представлена геоцентрическая система Мира (в центре Мира находится Земля). В ней пространство считалось конечным: оно включало круговое движение всех небесных тел вокруг неподвижной Земли. Время мыслилось бесконечным. Следующий шаг в развитии представлений о пространстве и времени был сделан Н.Коперником. В его работе «О вращениях небесных сфер» (1543 г.) была дана с соответствующими доказательствами гелиоцентрическая система Мира (в центре Солнце), где признавалась концепция единого однородного пространства (свойства всех точек пространства одинаковы) и равномерного течения времени. Поскольку, по Копернику, Вселенная ограничена непроницаемой твердой сферой звезд, то она является конечной. Конечным является и пространство. Вопрос о том, что находится дальше звездной сферы, Коперником не ставился. Дальнейший импульс развитию представлений о пространстве и Вселенной был дан Джордано Бруно (1548-1600). Развивая учение Коперника, Бруно в своем произведении «О бесконечности Вселенной и мирах» выдвигает смелую идею о бесконечном множестве обитаемых миров. Бесконечная Вселенная расположена в бесконечном и безграничном пространстве, не имеющем «края, предела и поверхности». Работы Г.Галилея (1564-1642) имели больше значение для развития механики. В его принципе относительности утверждается равноправность всех инерциальных систем отсчета и даются математические правила (преобразования Галилея) для перехода от одной системы к другой. При этом координаты, скорость тела и его импульс являются вариантными (изменяющимися) величинами; ускорение, время, масса, длина отрезка при этом переходе остаются неизменными (инвариантными). Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р.Декарта (1596-1650). По Декарту, все явления природы объясняются механическим взаимодействием (давлением или ударом при соприкосновении) мельчайших материальных частиц. Так обосновывалась идея близкодействия. Введя координатную систему, Декарт показал единство физики и геометрии, соединил материальность и протяженность. Это означало отсутствие пустого пространства и совпадение его с протяженностью. Кроме того, по Декарту, материальному миру «соприсуща» длительность, а время - это «способ, каким мы эту длительность мыслим», т.е. время «соприсуще человеку и является модусом мышления». Математическое и экспериментальное обоснование свойств пространства и времени в рамках классической механики было сделано И.Ньютоном в его знаменитой работе «Математические начала натуральной философии» (1687 г.). Ньютон характеризует пространство и время «как вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве - в смысле порядка положения». Он вводит два вида пространства и времени: абсолютное (истинное, математическое) и относительное (кажущееся, обыденное). Абсолютное время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как-то: час, день, месяц, год. Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которая в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное. Как видно, разграничение пространства и времени на абсолютное и относительное связано у Ньютона с теоретическим и эмпирическим уровнями познания. Пространство и время у Ньютона обладают одним признаком субстанции - абсолютная самостоятельность существования и независимость от материи и процессов. Но они не обладают другим важнейшим свойством субстанции - порождать другие тела и сохраняться в их основе при всех изменениях тел. Такой способностью обладает материя. Такое понимание пространства и времени было неоднозначно воспринято современниками и потомками Ньютона - естествоиспытателями и философами. Г.Лейбниц (1646-1716), например, развил реляционную концепцию пространства и времени, в которой они отрицались как абсолютные сущности. Он считал их чисто относительными: «пространство - порядком сосуществования, время - порядком последовательности». Он дальше развивает великолепную идею Аристотеля о связи пространства и времени с материей, о том, что они не могут рассматриваться «в отвлечении» от самих вещей. Это явилось предвосхищением одного из основных положений общей теории относительности А.Эйнштейна. Следующий шаг в развитии представлений о пространстве и времени был сделан в теории электромагнитного поля (1860-1865 гг.) Максвелла. Оказалось, что взаимодействие между зарядами и токами передается с помощью электромагнитного поля, которое распространяется со скоростью света в виде электромагнитных волн. Это сыграло существенную роль для описания физических свойств пространства и времени. В опытах со светом (Майкельсон) было установлено, что скорость света не зависит от движения системы отсчета, а значит, преобразования Галилея для электромагнитных явлений являются неверными. Эти преобразования были найдены Лоренцем, но там оказалось много непонятного: размеры тел сокращались в направлении движения, промежуток времени между событиями сокращался в движущихся системах, масса тел возрастала с ростом скорости их движения. Все эти трудности были объяснены в специальной теории относительности (СТО), разработанной А.Эйнштейном в 1905 г. Это была новая теория пространства и времени. Эйнштейн распространил принцип относительности Галилея на все физические явления и постулировал постоянство скорости света во всех инерциальных системах и ее предельность (самая большая скорость, существующая в природе). Пространство и время оказались относительными, т.е. зависящими от выбора системы отсчета. Вариантными оказались масса тел и их размер, считавшиеся абсолютными в механике Ньютона. Кроме того, пространство и время оказались взаимосвязанными, образуя единый четырехмерный континуум. Абсолютным в СТО оказался, наряду со скоростью света, и пространственно-временной интервал, связывающий пространство и время. Дальнейший этап в развитии представлении о пространстве и времени был связан с разработкой общей теории относительности (ОТО), в которой принцип относительности был распространен на все системы отсчета, т.е. на инерциальные и неинерциальные. Это следовало из эквивалентности инертной и гравитационной массы и было принято А.Эйнштейном в качестве фундаментального закона природы. Оказалось, что свойства пространства зависят от движущейся материи. Ее скопления искривляют пространство, и его метрика описывается не геометрией Евклида, а геометрией Римана. Массивные тела искривляют ход светового луча, уменьшают частоту колебаний, т.е. замедляют ход времени. Это проявляется, в частности, в красном гравитационном смещении: чем больше тяготение, тем больше увеличивается длина волны излучения и уменьшается его частота. При определенных условиях длина волны может устремиться к бесконечности, а частота - к нулю. Это происходит в условиях черной дыры. Таким образом, пространство и время - это не сцена, на которой разыгрываются все события, как полагал Ньютон, и которая остается, даже если исчезает материя.
2. Измерение масс объектов Вселенной

Для того, чтобы понять, каковы массовые масштабы Вселенной, необходимо рассмотреть объекты Вселенной и измерить их массы. К объектам Вселенной относят космические объекты - звёзды, галактики и т.д.
Метагалактикой называется доступная наблюдениям часть Вселенной. Но наблюдать можно по-разному: невооруженным глазом, в бинокль, в 6-метровый телескоп. И каждый раз нашим наблюдениям будет доступна разная часть Вселенной. Современная космология, основанная на теории относительности Эйнштейна, определяет возраст Вселенной в 15-20 млрд лет. Никаких галактик, квазаров до этого не существовало. Все они возникли позже. Предположим, что на расстоянии 20 млрд световых лет находится галактика Икс, которая образовалась, скажем, 12 млрд лет тому назад. Первые лучи, извещающие о рождении этой галактики, еще в пути, они находятся на расстоянии (20 - 12) = 8 млрд световых лет от нас и достигнут нас лишь через 8 млрд лет. Поэтому многие галактики нам не видны, но мы можем вычислить их местонахождение, плотность и массу. Приближенно определяя размеры и среднюю плотность вещества в Метагалактике мы можем оценить полную массу вещества, содержащегося внутри объема, ограниченного космологическим горизонтом, - массу Метагалактики. Получается величина порядка 1053кг. Зная расстояния до нескольких тысяч галактик, можно построить пространственную модель. В построенной модели четко проступала пространственная структура распределения галактик. Оказалось, что галактики образуют ячейки типа пчелиных сот. Вдоль стенок этих ячеек расположены галактики, а внутри - пустоты. Галактики расположены на небе и равномерно, и неравномерно. Если говорить о масштабе в несколько квадратных градусов, то распределение галактик на небе оказывается на удивление равномерным. Необходимо еще раз подчеркнуть, что в очень большом масштабе (больше мас и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.