Структурные уровни неживой материи

Из принятия теории относительности вытекало в  качестве следствия, что искривленное пространство не может быть стационарным, оно должно расширяться или сжиматься. Следствием этого является так называемое красное смещение (понижение частот электромагнитного излучения: в видимой части спектра линии смещаются к его красному концу). Для всех далеких источников света было зафиксировано красное смещение, пропорциональное расстоянию до них. Это явление было отождествлено с эффектом Доплера, что стало одним из аргументов в пользу расширения Вселенной.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной  является представление о Большом Взрыве, произошедшем 12-18 млрд. лет назад. Начальное состояние Вселенной – это так называемая сингулярная точка. Она характеризуется следующим образом: бесконечная плотность массы, бесконечная кривизна пространства и взрывное, замедляющееся со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц, включая фотоны и нейтрино. Эта концепция была подтверждена открытием в1965 г. реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии образования Вселенной. Современная квантовая механика допускает, что источником возникновения Вселенной мог быть вакуум. До недавнего времени считалось, что вакуум – это пустота. По современным научным представлениям это особая форма материи, в которой может образовываться поле, а из него – вещественные частицы. Это подтверждается современными физическими экспериментами. После Большого Взрыва образовался сгусток плазмы, в котором находятся элементарные частицы. Этот сгусток плазмы начал расширяться под действием взрывной волны. Первыми возникли ядра легких элементов – водорода и гелия. Водород, атом которого состоит из одного протона в ядре и одного электрона на его орбите, является самым простым составляющим элементом, из которого в недрах звезд образуются в процессе атомных реакций более сложные атомы. Чем больше масса звезды, тем более сложные атомы синтезируются в ее недрах. Звезды класса Солнца могут производить только гелий.

Вопрос об образовании  и строении галактик. Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную сферическую, спиральную, эллиптическую, сплюснутую или неправильную форму. Галактик миллиарды и в каждой из них насчитываются миллиарды звезд. Наша галактика называется Млечный Путь. Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Ее размеры – 100 тыс. световых лет. Солнце расположено на расстоянии 30 тыс. световых лет от ее центра. Ближайшая к нашей галактика расположена на расстоянии 2 млн. световых лет и называется Туманность Андромеды (открыта в 1923 г. американским астрономом Эдвином Хабблом). В 1963 г. были открыты квазары (сокращение английских слов «квази стар»). Это самые мощные источники радиоизлучения во Вселенной, они в десятки раз меньше галактик, но в сотни раз превышают их по светимости.

Существует  две основные концепции происхождения  небесных тел.

1. Небулярная модель образования Солнечной системы. Выдвинута французским физиком и математиком Пьером Лапласом и развита немецким философом Иммануилом Кантом. В соответствии с ней звезды и планеты образовались из рассеянного диффузного вещества (космической пыли) путем постепенного сжатия первоначальной туманности.
2. На основании модели Большого Взрыва была сформулирована гипотеза о возникновении галактик, звезд и планетных систем из сверхплотного дозвездного вещества, находящегося в ядрах галактик (автор гипотезы Виктор Амбарцумян).

Все небесные тела можно разделить на испускающие  энергию (звезды) и не испускающие (планеты, кометы, метеориты, космическая пыль). Энергия звезд генерируется в их недрах ядерными процессами при температурах, достигающих десятков млн. градусов. Эти процессы сопровождаются выделением особых частиц огромной проницающей способности – нейтрино. Существуют звезды, у которых меняется блеск и спектр – переменные звезды и нестационарные звезды, а также звездные ассоциации, возраст которых не превышает 10 млн. лет. Существуют очень крупные звезды – красные гиганты и сверхгиганты, и нейтронные звезды, масса которых близка к массе Солнца, а радиус в 50 тыс. раз меньше солнечного. В 1967 г. были открыты пульсары – источники космического радиооптического, рентгеновского и гамма-излучения, которое периодически усиливается и ослабевает. Звезда класса Солнца в конце эволюционного цикла, когда весь водород истрачен в термоядерных реакциях, сжимается при сохранении прежней массы и превращается в белого карлика – звезду, имеющую относительно высокую поверхностную температуру и низкую светимость. Другие классы звезд – нейтронные звезды – могут превращаться в новые и сверхновые звезды, резко увеличиваясь в объеме и в течение нескольких суток излучая огромную энергию.

Солнце –  плазменный шар, имеет корону, в которой  находятся факелы и протуберанцы. Излучение Солнца – солнечная  активность – имеет цикл 11 лет. Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Математически эти реакции рассчитаны, но прямых подтверждений нет, поскольку нет данных о внутреннем строении Солнца. Возраст Солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по которой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца. Из гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альвина, усовершенствованная американцем Ф. Хойлом. Она гласит, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучения атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку. Для того чтобы устранить некоторые неподдающиеся объяснению факты, Хойл ввел предположение, что Солнце зародилось в недрах самой туманности, которая тоже обладала зарядом. Известна гипотеза образования планет Солнечной системы из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце, предложенная советским ученым О.Ю. Шмидтом.

Радиус Земли 6,3 тыс. км, масса 6 на 1021 тонн, плотность 5,5 г/см3. Земля состоит из литосферы (земной коры), мантии и ядра. В 1908 г. ирландский ученый Д. Джоли выдвинул предположение о геологическом значении радиоактивности: количество тепла, испущенного радиоактивными элементами, вполне достаточно, чтобы объяснить существование расплавленной магмы и извержения вулканов, а также смещение континентов и горообразование. В следующем 1909 г. Вернадский основывает геохимию – науку о физико-химической эволюции Земли. В соответствии с современными взглядами температура ядра Земли может быть низкой, а процессы в земной коре имеют радиоактивную природу. Сначала Земля была холодной. Атомы радиоактивных элементов, распадаясь, выделяли тепло и недра разогревались. Это повлекло за собой выделение газов и водяных паров, которые, выходя на поверхность, положили начало воздушной оболочке и океанам. В 1915 г. немецкий геофизик А. Вегенер предположил, исходя их очертаний континентов, что в карбоне существовал единый массив суши – Пангея. Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану, из которых уже выделились современные континенты. Решающим аргументом в пользу принятия этой концепции стало эмпирическое обнаружение в конце 50-х гг. расширения дна океанов.