Что такое космология

Кадр 1

ЧТО ТАКОЕ КОСМОЛОГИЯ

Кадр 2

К сведению учителя Космология — это учение о Вселенной как целом. Она включает в себя и теорию Метагалактики, т.е. той части Вселенной, которая охвачена астрономическими наблюдениями. Находясь на стыке астрономии, физики, математики и философии, космология представляет собой очень сложный и абстрактный раздел науки. Поэтому в диафильме дается лишь самое элементарное представление о «моделях Вселенной». Особо обращается внимание на то, как по мере развития науки выяснилось, что Вселенная сложнее, чем это предсказывал «здравый смысл».

Кадр 3

Первые представления о Вселенной были очень наивными. Они основывались лишь на «здравом смысле» и «наглядностями». Вселенная казалась людям очень небольшой и ограниченной в пространстве.

Кадр 4

Но уже древним грекам стало «очевидно», что у Вселенной нет границ: ведь сколько бы воин ни бросал копье, он всегда может подойти к точке, куда оно упало, а затем метнуть его ещё дальше…

Кадр 5

Сторонникам геоцентрической системы мира Вселенную снова пришлось считать конечной: иначе получалось, что далёкие звёзды движутся с бесконечно большими скоростями. (Почему?)

Кадр 6

18 февраля 1600 года в Риме на площади Цветов был сожжен Джордано Бруно. Частью учения этого итальянского философа, страстного борца за гелиоцентрическую систему Коперника, была идея о бесконечности Вселенной и о бесконечном множестве обитаемых миров.

Кадр 7

Идею бесконечности Вселенной в пространстве с точки зрения физики обосновал Ньютон, утверждавший, что любая конечная система частиц или тел, вначале похожих относительно друг друга, должна под действием взаимного притяжения собраться к одному центру.

Кадр 8

Согласно Ньютону. Вселенная с течением времени не изменяется (статична), вещество в ней распределено равномерно (однородна) и существует в эвклидовом пространстве.

Кадр 9

Бесконечность трёхмерного эвклидова пространства, являющегося вместилищем материи, означала, что это пространство можно бесконечно заполнять какими-нибудь объёмными телами.

Кадр 10

Но если в бесконечной Вселенной звёзды (или галактики) распределены равномерно, то почему же всё небо ночью не сияет так, как будто оно сплошь усыпано солнцами?

Кадр 11

Вывод об этом «фотометрическом парадоксе» следовал из такого рассуждения: от каждого шарового слоя, заполненного светилами, к нам приходит одинаковое количество света, а число слоёв бесконечно. С этим парадоксом справиться удалось не сразу!..

Кадр 12

II. СВЯЗЬ МАТЕРИИ С ГЕОМЕТРИЕЙ ВСЕЛЕННОЙ Тяготение огромных массивных тел во Вселенной определяет движение менее массивных подобно тому, как тяжёлый шар, прогибая резиновую плёнку, предопределяет характер движения пробного шарика.

Кадр 13

Массивные небесные тела не просто находятся в пространстве, а неразрывно связаны с ним и могут даже его искривлять. Этот вывод А. Эйнштейна подтверждается во время наблюдений полных солнечных затмений: лучи света звёзд искривляются в поле тяготения Солнца.

Кадр 14

1. Эвклидова плоскость (с нулевой кривизной) 2. Неэклидова поверхность (с положительной кривизной) — сфера 3. Неэклидова поверхность (с отрицательной кривизной) — «псевдосфера» Перед вами различные двухмерные пространства. Изобразить искривлённое трёхмерное пространство, к сожалению, невозможно, а ведь именно неэклидовым скорее всего и является трёхмерное пространство Вселенной.

Кадр 15

В этом случае трёхмерное пространство может оказаться конечным (замкнутым), но неограниченным. (Сравните со сферой, которая безгранична, хотя имеет конечную площадь).

Кадр 16

«Обитатели» двухмерных неэвклидовых миров, измерив углы в треугольниках, обнаружит, что сумма их неравна 180°. Следовательно, они живут на искривлённых поверхностях.

Кадр 17

В принципе и мы, рассматривая огромные треугольники, можем также убедиться в искривленности пространства, в котором живём. Но пока это неосуществимо, и учёным приходится искать другие методы доказательства кривизны пространства.

Кадр 18

В космологии Эйнштейна пространство считается незвѣкливым. Оно, как мы уже знаем, искривлено гигантскими массами материи, в среднем равномерно распределённой в нём.

Кадр 19

Но как представить вещество во Вселенной распределённым равномерно, если известно, что, например, в масштабах Солнечной системы оно распределено явно неравномерно?

Кадр 20

Оказывается, нужно рассматривать значительно большие масштабы пространства, охватывающие не только отдельные галактики, но и их скопления. Лишь в таких масштабах в какой-то мере проявляется равномерность в распределении вещества.

Кадр 21

В 1922 году советский учёный А. Фридман доказал, что, если галактики распределены равномерно и одинаково по всем направлениям, то система галактик должна или расширяться или сжиматься. Это было неожиданно даже для Эйнштейна, считавшего, что Вселенная статична и не меняется со временем.

Кадр 22

В 1929 году американский астроном Э. Хаббл установил, что линии в спектрах большинства галактик смещены к красному концу, причем тем больше, чем дальше от нас галактика.

Кадр 23

Но, согласно эффекту Доплера (в чём он заключается?), это означает, что галактики движутся со скоростями, пропорциональными расстоянию до них. Следовательно, Метагалактика расширяется!

Кадр 24

Открытый Хабблом закон расширения Метагалактики—один из фундаментальных законов природы. С какой скоростью удаляются друг от друга галактики, находящиеся на расстоянии 100 Мпс? Какова размерность Н-постоянной Хаббла?

Кадр 25

Закон Хаббла не только даёт количественное описание предсказанного Фридманом, пожалуй, самого грандиозного явления природы, но и позволяет определять расстояния до галактик. (Как?)

Кадр 26

Расширение Метагалактики проявляется только в гигантских масштабах. Размеры же всех макроскопических (включая звезды, галактики, квазары) и микроскопических тел не меняются. (Сравните с расширением тел при нагревании!)

Кадр 27

Рассмотрим какую-нибудь расширяющуюся сферу с нанесёнными метками. Ясно, что наблюдатель, находящийся в любой из меток, увидит, как все остальные от него удаляются.

Кадр 28

Так и при расширении Метагалактики происходит взаимное удаление галактик. Из любой галактики можно увидела картину расширения Метагалактики. Значит, наша Галактика не находится в «центре Вселенной». Такого центра вообще не существует.

Кадр 29

Обнаружив, что Метагалактика расширяется, ученые сумели объяснить фотометрический парадокс. Красное смещение, увеличивая длину волны излучения, ослабляет свет далеких галактик. Следовательно, излучение, приходящее от каждого последующего слоя, меньше, чем от предыдущего.

Кадр 30

Пусть излучение от выбранного нами первого слоя есть 1, а от последующих 1/2, 1/4, 1/8... Легко убедиться, что существует предел, к которому стремится сумма членов этой бесконечно убывающей геометрической прогрессии.

Кадр 31

В 1965 году появилось важное экспериментальное доказательство расширения Метагалактики: было открыто электромагнитное излучение, пришедшее к нам от эпохи, когда еще не существовало ни галактик, ни звезд. Оно названо «реликтовым».

Кадр 32

Если известны расстояния до галактик (r) и скорость их удаления от нас (v), то можно оценить время, которое потребовалось им, чтобы, двигаясь с такой скоростью, оказаться на данном расстоянии.

Кадр 33

Выяснилось, что это время одинаково для всех галактик (t₁=t₂=…=t). Оно представляет собой время, протекшее с начала расширения Метагалактики. Можно вычислить его, зная величину Н. Действительно, t=r:v=1:H.

Кадр 34

Значит, примерно 20 млрд. лет назад в результате явления, напоминающего грандиознейший взрыв, Метагалактика начала расширяться.

Кадр 35

Можно ли «заглянуть» в столь отдалённую эпоху? Оказывается, да. Ведь можно наблюдать, например, квазары, находящиеся от нас на расстоянии в миллиарды световых лет. Каков возраст этих объектов?

Кадр 36

Еще более древним, чем звезды, галактики, квазары, является реликтовое излучение. Его исследование позволяет ученым еще ближе «подойти» к началу расширения Метагалактики.

Кадр 37

В далеком прошлом вещество находилось в сверхплотном состоянии и имело сверхвысокую температуру. С течением времени температура падала, состав элементарных частиц изменялся.

Кадр 38

При этом непрерывно уменьшалась и средняя плотность вещества в Метагалактике. Сейчас она очень мала – порядка 10⁻³¹ см³.

Кадр 39

Нужно определить эту величину чрезвычайно трудно, ведь нужно учитывать все виды вещества и излучения. Но в системе галактик, в пространстве между галактиками и в самих галактиках вещество может находиться и в ненаблюдаемых пока формах.

Кадр 40

Из теории Фридмана следует, что если средняя плотность окажется больше некоторой критической величины (порядка 10⁻²⁹²/cm³), то в будущем тяготение сумеет остановить расширение Метагалактики и даже заставит её сжиматься.

Кадр 41

Если же средняя плотность равна или меньше критической, то расширение будет продолжаться неограниченно. Дальнейшие наблюдения и теоретические исследования позволят сделать вывод о судьбе Метагалактики.

Кадр 42

Диафильм сделан по заказу Министерства просвещения СССР Автор кандидат педагогических наук Е. Левитан Художник С. Волков Художественный редактор Г. Равинская Редактор В. Чернина Студия «Диафильм» Госкино СССР. 1976 г. 101000, Москва, Центр. Старосадский пер., д. № 7 Цветной 0-30 Д-173-76

Кадр 43

ЧТО TAKOE КАЧЕСТВЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИЛ

Кадр 44

Что получится, если… Учебный диафильм по русскому языку для 6–7 классов.

Кадр 45

Что за чудо - Рукавичка! По мотивам украинской народной сказки Диафильм для русских и национальных детских садов

Кадр 46

ЧТО ИЗУЧАЕТ ФИЗИКА Диафильм по физике для VII класса