Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 74
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Четыре исследования, прошедшие в прошлом году, прошли впустую в поисках частиц, из которых состоит темная материя. Хоть темная материя не излучает, отражает или блокирует свет, гравитация темной материи может согнуть свет, давая ученым возможность обнаружить его.
Карликовая планета, известная как
Макемаке
, лежит еще дальше в холодном течении пояса Койпера, чем Плутон, расстояние которой приблизительно в 45 раз больше расстояния между Землей и Солнцем.
Ученые, с помощью космического телескопа Хаббл, обнаружили небольшую луну,
вращающуюся около
Макемаке. Этот миниатюрный спутник приблизительно около 100 миль (160 км) в ширину. Сама Макемаке составляет около 870 миль, или 1400 км, в ширину. Или чуть больше половины диаметра Луны – спутника Земли. Ученые будут наблюдать орбитальную динамику Макемака и его спутника, чтобы узнать больше о карликовых планетах, в том числе и его плотности.
«НАСА
Juno» космический корабль прибыл на Юпитер 4 июля и поселился на уникальной орбите гигантской планеты. План состоял в том, чтобы «Juno» делал близкий подход к Юпитеру каждые две недели,
но проблема подруливания заставила зонд остаться на орбите и вместо двух недель приближение к Юпитеру осуществляется каждые 53 дня.
В начале этого года группа ученых объявила о том, что они нашли доказательства, существования планеты размером с планеты Нептун за
Плутоном, находящийся на орбите нашего Солнца
. Как говорят исследователи, планета Nine еще не наблюдалась, но движение других тел в этой внешней части Солнечной системы указывает на наличие массивного тела.
Таким образом, астрономия с давних времен способствует развитию понимания нашего мира, самих нас. Благодаря ее изучению мы развиваемся,
наша жизнь становится значительно легче. Астрономия вносит вклад не только в научную и промышленную сферы нашей жизни, но и культурную,
22
историческую, способствуя международному сотрудничеству, что особенно важно в наше время политических разногласий.
2.2. Использование информационных технологий
в преподавании астрономии
Использование информационных технологий в курсе астрономии обуславливает некоторые принципы:
систематичность;
комплексность;
технологичность;
использования информационных технологий в качестве инструмента познания;
визуализации.
Основные направления использования информационных технологий при обучении астрономии:
- использование компьютера и средств информационных технологий для визуализации различных космических явлений, процессов и объектов;
- применение программно-педагогических средств обучения;
- применение компьютерных телекоммуникаций в астрономическом образовании учащихся [13].
Разнообразие схем, таблиц, плакатов, моделей, видеороликов позволяет сделать процесс обучения астрономии наглядным. Использование технических средств в обучении делает урок интересным, познавательным и разнообразным. С помощью компьютерных программ, анимаций и видеороликов, учащиеся могут рассмотреть астрономические процессы и явления, которые нельзя продемонстрировать.
Интерактивные модели можно разделить на три группы:
демонстрационные, вычислительные и исследовательские. Наибольшего внимания, заслуживают модели по астрономии, открывающие познавательные и профессиональные возможности учащихся.
23
2.2. Использование информационных технологий
в преподавании астрономии
Использование информационных технологий в курсе астрономии обуславливает некоторые принципы:
систематичность;
комплексность;
технологичность;
использования информационных технологий в качестве инструмента познания;
визуализации.
Основные направления использования информационных технологий при обучении астрономии:
- использование компьютера и средств информационных технологий для визуализации различных космических явлений, процессов и объектов;
- применение программно-педагогических средств обучения;
- применение компьютерных телекоммуникаций в астрономическом образовании учащихся [13].
Разнообразие схем, таблиц, плакатов, моделей, видеороликов позволяет сделать процесс обучения астрономии наглядным. Использование технических средств в обучении делает урок интересным, познавательным и разнообразным. С помощью компьютерных программ, анимаций и видеороликов, учащиеся могут рассмотреть астрономические процессы и явления, которые нельзя продемонстрировать.
Интерактивные модели можно разделить на три группы:
демонстрационные, вычислительные и исследовательские. Наибольшего внимания, заслуживают модели по астрономии, открывающие познавательные и профессиональные возможности учащихся.
23
Использование информационных технологий способствует более глубокому усвоению астрономии, совершенствует методику ее преподавания,
мотивирует учащихся к активному изучению астрономии в школе.
Компьютерный планетарий RedShift представляет собой образовательный планетарий, который позволяет пользователю наблюдать небо от диапазона дат, распечатывать данные, основанные на наблюдениях, и контролировать телескоп, созданный Maris Multimedia.
INCLUDEPICTURE
"http://www.astroscope.su/files/2014/04_11/11_14/u_files_store_5_10122.jpg" \*
MERGEFORMATINET
Рис. 1. Компьютерный планетарий RedShift.
Google Earth – представляет собой компьютерную программу, которая оказывает симулятор Земли на основе спутниковых снимков. Он отображает
24
Землю по наложению изображений, полученных из спутниковых снимков,
аэрофотосъемки и географической информационной системы (ГИС) на 3D
глобус.
Google Earth показывает спутниковые изображения с различными разрешениями земной поверхности, что позволяет пользователям видеть вещи, как города и дома, глядя перпендикулярно вниз или под косым углом.
Рис. 2. Компьютерная программа Google Earth.
Celestia является 3D программой по астрономии. Программа основана на Гиппаркос Catalog (HIP) и позволяет пользователям путешествовать через обширную Вселенную, по образцу реальности, на любой скорости, в любом направлении, и в любое время в истории.
25
Рис. 3. Компьютерная программа Celestia.
KStars обеспечивает точное графическое моделирование ночного неба,
в любое время, в разных точках Земли. Дисплей включает в себя до 100
миллионов звезд, 13,000 объектов космоса, все 8 планет, Солнце и Луну, и тысячи комет и астероидов.
INCLUDEPICTURE "http://zenway.ru/uploads/12_15/mini/kstars_005.jpg" \*
MERGEFORMATINET
Рис. 4. Компьютерная программа KStars.
Stellarium является открытым программным обеспечением планетария,
который использует OpenGL для визуализации реалистичной проекции ночного неба в реальном времени. Пользователи могут также отображать звезды и другие небесные объекты, отличных от Земли, например, Сатурн,
Фобос, кометы или любой другой объект, определенный в файле system.ini.
26
INCLUDEPICTURE
"http://www.galactic.name/soft/img/stellarium_08_big.jpg" \*
MERGEFORMATINET
Рис. 5. Компьютерная программа Stellarium.
Таким образом, использование информационных технологий позволяет сделать процесс обучения астрономии интересным, наглядным,
развивающим пространственное представление, а также способствует усвоению астрономических знаний и побуждает интерес к изучению предмета.
2.3. Проблемы и перспективы развития астрономии
Окончательная задача науки заключается в том, чтоб отдать миру единую теорию, которая описывает всю Вселенную. Но на практике ученые разделяют данную задачу на 2 части. В первой части составляют законы,
описывающие, как Вселенная меняется с течением времени. (Когда мы знаем состояние Вселенной в явный эпизод времени, то эти физические законы
27
скажут нам, каково станет ее состояние потом) Во второй части рассматривают вопросы, затрагивающие начального состояния Вселенной.
Как оказалось, довольно тяжело сразу изобрести теорию,
описывающую всю Вселенную. Вместо одной более общей теории мы разбиваем ее на множество малых задач и делаем огромное количество частных теории.
Каждая из этих теорий описывает и показывает некоторый ограниченный класс наблюдений, пренебрегая влиянием других соотношений или представляя их простыми наборами чисел. Стандартный пример — теория Ньютона, которая ставит гравитационное взаимодействие между двумя телами в зависимость лишь от одного их качества — массы, не принимая в расчет, из чего они сложены. Другими словами, нам не необходима теория внутреннего строения Солнца и планет для расчета их орбит.
На сегодняшний день ученые описывают Вселенную в терминах двух основных частных теорий — общей теории относительности и квантовой механики. Это величайшие достижения разума первой половины двадцатого столетия [14].
Общая теория относительности описывает объекты и поясняет происхождение такого явления как гравитация и существование частиц гравитонов.
Квантовая механика описывает законы движения микрочастиц.
Квантовая механика дала понять многие свойства твердых тел, одновременно объяснить такие явления, как ферромагнетизм, сверхтекучесть,
сверхпроводимость, понять природу таких астрофизических объектов, как белые карлики, нейтронные звезды, выяснить механизм протекания термоядерных реакций в Солнце и звездах [15].
Большой Взрыв.
Согласно общей теории относительности, Вселенная возникла с бесконечно высокой температуры и плотности в сингулярности Большого
28
Как оказалось, довольно тяжело сразу изобрести теорию,
описывающую всю Вселенную. Вместо одной более общей теории мы разбиваем ее на множество малых задач и делаем огромное количество частных теории.
Каждая из этих теорий описывает и показывает некоторый ограниченный класс наблюдений, пренебрегая влиянием других соотношений или представляя их простыми наборами чисел. Стандартный пример — теория Ньютона, которая ставит гравитационное взаимодействие между двумя телами в зависимость лишь от одного их качества — массы, не принимая в расчет, из чего они сложены. Другими словами, нам не необходима теория внутреннего строения Солнца и планет для расчета их орбит.
На сегодняшний день ученые описывают Вселенную в терминах двух основных частных теорий — общей теории относительности и квантовой механики. Это величайшие достижения разума первой половины двадцатого столетия [14].
Общая теория относительности описывает объекты и поясняет происхождение такого явления как гравитация и существование частиц гравитонов.
Квантовая механика описывает законы движения микрочастиц.
Квантовая механика дала понять многие свойства твердых тел, одновременно объяснить такие явления, как ферромагнетизм, сверхтекучесть,
сверхпроводимость, понять природу таких астрофизических объектов, как белые карлики, нейтронные звезды, выяснить механизм протекания термоядерных реакций в Солнце и звездах [15].
Большой Взрыв.
Согласно общей теории относительности, Вселенная возникла с бесконечно высокой температуры и плотности в сингулярности Большого
28
взрыва. По мере расширения Вселенной, температура и интенсивность излучения убывали. Примерно через одну сотую долю секунды после
Большого взрыва, температура составляла около 100 млрд. градусов, а
Вселенная была заполнена в основном фотонами, электронами, нейтрино и их античастицами, а также некоторым количеством протонов и нейтронов.
Согласно теории Большого Взрыва, около 13,7 млрд. лет назад вся
Вселенная была сжата в точку нулевого размера, сферу с нулевым радиусом.
Расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю.
Плотность Вселенной и кривизна пространства-времени должны были тогда быть бесконечными. Этот самый момент был назван Большим Взрывом.
Одна из самых интригующих загадок - кварк-глюонная плазма. Ученые предполагают, что вещество Вселенной находилось в состоянии кварк- глюонной плазмы в первые мгновения после Большого Взрыва.
Максимальную температуру плазмы - свыше 10 триллионов градусов
Цельсия, ученые получили в ноябре 2010 года на Большом адронном коллайдере [16].
Бесконечность Вселенной
Действительно ли Вселенная бесконечна или просто очень велика?
Поскольку размеры Вселенной, время ее существования, масса вещества не могут быть выражены числовыми значениями, ученые ввели понятие бесконечности космоса. Согласно теории Фридмана, конечная Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Парадокс заключается в том, что понятие расширения или сжатия Вселенной в случае ее бесконечности не имеют смысла. Возникновение Вселенной в момент Большого Взрыва из объема в один нейтрон, опровергается ее бесконечностью.
Если исходить из того, что время - понятие векторное и не имеет обратной направленности, таким образом, до Большого Взрыва времени не существовало. Согласно теории Эйнштейна пространство и время не могут существовать друг без друга, значит, был такой момент, когда не было
29
Большого взрыва, температура составляла около 100 млрд. градусов, а
Вселенная была заполнена в основном фотонами, электронами, нейтрино и их античастицами, а также некоторым количеством протонов и нейтронов.
Согласно теории Большого Взрыва, около 13,7 млрд. лет назад вся
Вселенная была сжата в точку нулевого размера, сферу с нулевым радиусом.
Расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю.
Плотность Вселенной и кривизна пространства-времени должны были тогда быть бесконечными. Этот самый момент был назван Большим Взрывом.
Одна из самых интригующих загадок - кварк-глюонная плазма. Ученые предполагают, что вещество Вселенной находилось в состоянии кварк- глюонной плазмы в первые мгновения после Большого Взрыва.
Максимальную температуру плазмы - свыше 10 триллионов градусов
Цельсия, ученые получили в ноябре 2010 года на Большом адронном коллайдере [16].
Бесконечность Вселенной
Действительно ли Вселенная бесконечна или просто очень велика?
Поскольку размеры Вселенной, время ее существования, масса вещества не могут быть выражены числовыми значениями, ученые ввели понятие бесконечности космоса. Согласно теории Фридмана, конечная Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Парадокс заключается в том, что понятие расширения или сжатия Вселенной в случае ее бесконечности не имеют смысла. Возникновение Вселенной в момент Большого Взрыва из объема в один нейтрон, опровергается ее бесконечностью.
Если исходить из того, что время - понятие векторное и не имеет обратной направленности, таким образом, до Большого Взрыва времени не существовало. Согласно теории Эйнштейна пространство и время не могут существовать друг без друга, значит, был такой момент, когда не было
29
пространства. Этот парадокс для большинства ученых является основанием утверждать об отсутствии Бога, создавшего Вселенную [17].
Расширяющаяся Вселенная
Вселенная непрерывно расширяется и расстояния между галактиками постоянно увеличиваются. Чем дальше находится Галактика, тем быстрее она удаляется. Вселенная начала расширяться 13,75 млрд. лет назад после
Большого взрыва. В момент рождения она расширялась быстрее скорости света, сейчас расширение Вселенной продолжает стремительно ускоряться.
Популяризатор науки, физик Мичио Каку в книге «Параллельные миры» пишет, что «расширение Вселенной является длительным и вечным,
большие взрывы случаются постоянно, одни вселенные «отпочковываются»
от других вселенных. Согласно этому сценарию, вселенные могут
«распускаться бутонами» других вселенных, создавая тем самым
«Мультивселенную» - гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных вселенных, включая ту, в которой находимся мы» [18].
Поскольку эволюция Вселенной происходит не однородно, а скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, учёные выдвинули гипотезу существования гипотетических параллельных миров и параллельных Вселенных.
Фрактальная Вселенная
Сегодня не существует одной математической модели или теории,
которая могла бы описать каждый аспект Вселенной. Теория бесконечной вложенности материи - фрактальная теория – это альтернативная теория, не входящая в стандартные академические области науки. В настоящее время теории фрактальной Вселенной не существует. Если академическая наука признает, что материя во Вселенной распределена в виде фрактала,
потребуется пересмотр практически всех существующих моделей Вселенной.
Большинство учёных признают, что Вселенная имеет фрактальную структуру: планетарные системы объединены в галактики, галактики в
30
Расширяющаяся Вселенная
Вселенная непрерывно расширяется и расстояния между галактиками постоянно увеличиваются. Чем дальше находится Галактика, тем быстрее она удаляется. Вселенная начала расширяться 13,75 млрд. лет назад после
Большого взрыва. В момент рождения она расширялась быстрее скорости света, сейчас расширение Вселенной продолжает стремительно ускоряться.
Популяризатор науки, физик Мичио Каку в книге «Параллельные миры» пишет, что «расширение Вселенной является длительным и вечным,
большие взрывы случаются постоянно, одни вселенные «отпочковываются»
от других вселенных. Согласно этому сценарию, вселенные могут
«распускаться бутонами» других вселенных, создавая тем самым
«Мультивселенную» - гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных вселенных, включая ту, в которой находимся мы» [18].
Поскольку эволюция Вселенной происходит не однородно, а скорость, с которой сверхновые звёзды движутся от нас, увеличивается, учёные выдвинули гипотезу существования гипотетических параллельных миров и параллельных Вселенных.
Фрактальная Вселенная
Сегодня не существует одной математической модели или теории,
которая могла бы описать каждый аспект Вселенной. Теория бесконечной вложенности материи - фрактальная теория – это альтернативная теория, не входящая в стандартные академические области науки. В настоящее время теории фрактальной Вселенной не существует. Если академическая наука признает, что материя во Вселенной распределена в виде фрактала,
потребуется пересмотр практически всех существующих моделей Вселенной.
Большинство учёных признают, что Вселенная имеет фрактальную структуру: планетарные системы объединены в галактики, галактики в
30
кластеры, кластеры в суперкластеры и так далее. Ранее учёные полагали, что распределение материи можно считать непрерывным, начиная с объектов размером около 200 миллионов световых лет. Данные о более чем 900
тысячах галактик и квазаров показали, что непрерывность отсутствует и при масштабе в 300 миллионов световых лет [19].
Полученные выводы противоречат основам теории Большого Взрыва,
согласно которой в первые моменты после рождения Вселенной материя была распределена равномерно и непрерывно.
Мультивселенная
Расширяющаяся вокруг нас Вселенная - не единственная, нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира - гипотетического множества всех возможных параллельных вселенных. Существуют гипотезы, что вселенные Мультимира могут быть с разными законами физики и разным количеством пространственных измерений.
Путем моделирования на суперкомпьютере, исследователи впервые продемонстрировали, как в нашей Вселенной образовалось три пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Полученные результаты продемонстрировали, что привычное для нас трехмерное пространство,
первоначально состояло из девяти измерений, как и предсказывает теория суперструн [20].
Темная материя
«Тёмная материя» - гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. В
нашей и других галактиках содержится большое количество «темной материи», которую мы не можем наблюдать непосредственно, но, о существовании которой мы знаем благодаря её гравитационному воздействию на орбиты звёзд в галактиках.
31
тысячах галактик и квазаров показали, что непрерывность отсутствует и при масштабе в 300 миллионов световых лет [19].
Полученные выводы противоречат основам теории Большого Взрыва,
согласно которой в первые моменты после рождения Вселенной материя была распределена равномерно и непрерывно.
Мультивселенная
Расширяющаяся вокруг нас Вселенная - не единственная, нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира - гипотетического множества всех возможных параллельных вселенных. Существуют гипотезы, что вселенные Мультимира могут быть с разными законами физики и разным количеством пространственных измерений.
Путем моделирования на суперкомпьютере, исследователи впервые продемонстрировали, как в нашей Вселенной образовалось три пространственных измерений из десяти, девять из которых относились к пространству, а одно ко времени. Полученные результаты продемонстрировали, что привычное для нас трехмерное пространство,
первоначально состояло из девяти измерений, как и предсказывает теория суперструн [20].
Темная материя
«Тёмная материя» - гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. В
нашей и других галактиках содержится большое количество «темной материи», которую мы не можем наблюдать непосредственно, но, о существовании которой мы знаем благодаря её гравитационному воздействию на орбиты звёзд в галактиках.
31
Количество «темной материи» во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества. Наша Вселенная состоит из: 74% «темной энергии», 22 % - «темной материи», 3,6% - межгалактического газа и 0,4% - звёзды.
Недавно команда астрофизиков чилийского исследовательского института под руководством Кристиана Мони Бидина провела исследование передвижения более чем 400 звезд на удалении до 13 тыс. световых лет от
Солнца. Вычислив массу вещества в форме звезд, пыли и газа в околосолнечной области, астрономы не нашли темную материю?! Результаты исследований противоречат принятым моделям, тайна темной материи стала еще загадочнее [21].
Антиматерия
Долгие годы для ученых оставалось загадкой - где во Вселенной находится антиматерия? Если есть антиматерия и антимир, параллельный нашему, то в нем есть антипространство и антивремя. Возможно, существуют целые антимиры и антилюди, состоящие из античастиц. Согласно научным теориям, каждый вид материи во Вселенной, созданной после Большого взрыва, должен сопровождаться равным количеством антиматерии,
идентичной по структуре, но с прямо противоположными свойствами [22].
Где во Вселенной находится антиматерия? Учёные задаются вопросом:
если наблюдаемый нами мир кроме материи состоит и из антиматерии, то где эта антиматерия находится и почему не происходит повсеместной аннигиляции? Это порождает главную загадку Вселенной – почему же при таком раскладе вещей мы существуем?
Может быть, детектор частиц, созданный учеными Европейского центра ядерных исследований, сможет найти доказательства существования антимира. Если антимир, который находится за границей известной нам
Вселенной, реален, то можно будет найти доказательства его существования.
Черные дыры
32
Необычность чёрных дыр связана с тем, что у них нет поверхности, а есть так называемый «горизонт событий» - внешняя граница черной дыры,
из-под которой ничто не может попасть обратно в нашу Вселенную. Согласно общей теории относительности в далеком прошлом должно было существовать состояние Вселенной с бесконечной плотностью - Большой
Взрыв. Если Вселенная снова сожмется, то в будущем ее должно ожидать другое состояние бесконечной плотности - «большое схлопывание». Даже если Вселенная в целом не сожмется, сингулярности должны возникнуть в ограниченных ее областях, что приведет к образованию черных дыр.
Астрофизики считают, что чёрные дыры являются коридорами времени. Вокруг чёрной дыры образуется гравитационное поле, в котором объекты достигают скорости света. Внутри чёрных дыр, время и пространство перестают функционировать и меняются местами, в результате чего путешествие в пространстве становится перемещением во времени.
Американский физик-теоретик Никодем Поплавски из Университета
Индианы - автор теоретической модели, согласно которой наша Вселенная представляет собой внутренности чёрной дыры, расположенной где-то в родительской пра-Вселенной. Поплавски полагает, что другой конец кротовой норы чёрной дыры соединён с белой дырой. При этом внутри кротовой норы возникают условия, напоминающие расширяющуюся Вселенную,
аналогичную наблюдаемой нами. Из этого следует, что и наша Вселенная может оказаться просто внутренней частью какой-то кротовой норы [23].
Недавно группа физиков из Германии и Греции представила принципиально новый взгляд на проблему кротовых нор. По их мнению,
после Большого взрыва Вселенная состояла из квантовой пены, и в каждый момент времени в ней возникали не только черные дыры, но и кротовые норы. Причем, в отличие от черной дыры, газ, попавший в кротовую нору (у которой нет горизонта событий) продолжает испускать рентгеновское излучение. Подобное поведение газа было недавно зафиксировано
«Хабблом» в окрестностях объекта Стрелец A, который считается массивной
33