L'univers est tout le monde infini qui nous entoure. Ce sont d'autres planètes et étoiles, notre planète Terre, ses plantes et ses animaux, y compris ce qui est en dehors de la Terre- espace, planètes, étoiles. C'est une matière sans fin ni bord, prenant les formes les plus diverses de son existence.
Certains astronomes pensent qu'au début, l'Univers était un amas serré de matière très dense. Et puis, il y a environ 15 milliards d'années, ce truc a explosé. Le Big Bang s'est produit. La matière primaire a explosé et a commencé à se dilater. Beaucoup de temps a passé et des étoiles et des galaxies se sont formées à partir de ce nuage de gaz chauds. Les galaxies à ce jour s'éloignent les unes des autres, s'éloignant du centre dans toutes les directions, ce qui signifie que l'Univers continue de s'étendre. Même les outils astronomiques les plus avancés ne peuvent pas couvrir l'univers entier
Il existe une autre théorie de l'origine de l'univers. Selon elle, l'origine de l'Univers est un acte créatif raisonnable effectué par Dieu, dont la nature est incompréhensible pour l'esprit humain.
Certains scientifiques ont proposé la théorie de ce qu'on appelle "l'univers infiniment pulsant". Selon cette théorie, l'univers se dilate puis se contracte jusqu'à une singularité, puis se dilate à nouveau et se contracte à nouveau. Il n'a ni début ni fin. Cela supprime la question de l'origine de l'Univers - il ne surgit de nulle part, mais existe pour toujours.
Le principe anthropique (humain) a été formulé pour la première fois en 1960 par Iglis G.I. , mais il en est, pour ainsi dire, un auteur non officiel. Et l'auteur officiel était un scientifique nommé Carter. Le principe anthropique dit qu'au commencement de l'univers il y avait un plan de l'univers, la couronne de ce plan est l'émergence de la vie, et la couronne de la vie est l'homme. Le principe anthropique s'intègre très bien dans la conception religieuse de la programmation de la vie. Le principe anthropique stipule que l'univers est tel qu'il est parce qu'il y a un observateur ou qu'il doit apparaître à un certain stade de développement.
Hypothèses modernes sur l'origine de l'univers
Selon les concepts modernes, l'Univers que nous observons actuellement est né il y a 13,7 ± 0,2 milliards d'années d'un état singulier initial avec une température et une densité gigantesques, et depuis lors, il n'a cessé de s'étendre et de se refroidir. À Ces derniers temps les scientifiques ont pu déterminer que le taux d'expansion de l'univers, à partir d'un certain point dans le passé, augmente constamment, ce qui affine certains des concepts de la théorie du Big Bang.
L'explication réussie d'un certain nombre de phénomènes à l'aide du modèle du Big Bang a conduit au fait qu'en règle générale, il n'y a aucun doute sur la réalité de l'origine du rayonnement de fond micro-onde d'une boule de feu primaire en expansion au moment où la matière de l'Univers est devenu transparent. Il est possible, cependant, que ce soit une explication trop simple. En 1978, essayant de trouver une justification au rapport observé entre les photons et les baryons (les baryons sont "lourds" particules élémentaires, qui, en particulier, comprennent les protons et les neutrons) - 108 : 1, - M. Rees a suggéré que le rayonnement de fond pourrait être le résultat d'une "épidémie" de formation d'étoiles massives qui a commencé immédiatement après la séparation du rayonnement de la matière et avant l'âge L'univers a atteint 1 milliard d'années. La durée de vie de ces étoiles ne pouvait pas dépasser 10 millions d'années ; beaucoup d'entre eux étaient destinés à passer par le stade de la supernova et à lancer des éléments chimiques lourds dans l'espace, qui se sont partiellement rassemblés en grains solide, formant des nuages de poussière interstellaire. Cette poussière, chauffée par le rayonnement des étoiles pré-galactiques, pourrait à son tour émettre un rayonnement infrarouge, qui, en raison de son décalage vers le rouge provoqué par l'expansion de l'univers, est maintenant observé comme rayonnement de fond micro-onde.
Selon un nouveau modèle de formation de l'univers, proposé par l'astrophysicien de l'Université d'État de New York, Kenneth Lanzetta, pendant près d'un demi-milliard d'années après le Big Bang, formellement considéré comme le moment de sa naissance, tout dans le monde était plongé dans les ténèbres. Et cette obscurité a été "déchirée" par une gigantesque "explosion" stellaire, à la suite de laquelle l'univers a commencé à prendre la forme que nous observons aujourd'hui.
Cette théorie réfute complètement l'opinion déjà établie selon laquelle la formation d'étoiles s'est déroulée progressivement après le Big Bang et a atteint son apogée il y a environ 5 milliards d'années. Sur la base de l'analyse des données obtenues à la suite d'observations de zones "de l'espace lointain", Lanzetta a conclu que le processus de formation des étoiles a commencé bien avant le Big Bang et s'est déroulé très rapidement. De plus, plus le processus était intense à l'époque et se produit maintenant, plus il s'est déroulé près des hypothétiques "bords de l'univers".
Selon l'une des théories alternatives (ce que l'on appelle "l'Univers à pulsations infinies"), le monde n'a jamais surgi et ne disparaîtra jamais (ou, en d'autres termes, il naît et meurt un nombre infini de fois), mais il a une périodicité, tandis que la création du monde est comprise comme le point de départ après lequel le monde se reconstruit (elle marque aussi la fin du monde.
La structure de l'univers
L'univers nous apparaît partout le même - « continu » et homogène. Vous ne pouvez pas penser à un appareil plus simple. Je dois dire que les gens s'en doutaient depuis longtemps. Soulignant, pour des raisons de simplicité maximale du dispositif, l'homogénéité générale du monde, le remarquable penseur Pascal (1623-1662) disait que le monde est un cercle dont le centre est partout, et la circonférence nulle part. Ainsi, à l'aide d'une image géométrique visuelle, il affirme l'homogénéité du monde.
L'Univers possède également une autre propriété importante, mais elle n'a même jamais été devinée. L'univers est en mouvement - il est en expansion. La distance entre amas et superamas ne cesse d'augmenter. Ils semblent fuir l'un l'autre. Et le réseau maillé est étiré.
De tout temps, les hommes ont préféré considérer l'Univers comme éternel et immuable. Ce point de vue a prévalu jusque dans les années 1920. A cette époque, on croyait qu'elle était limitée par la taille de notre galaxie. Les chemins peuvent naître et mourir, la Galaxie reste toujours la même, tout comme une forêt reste inchangée, dans laquelle les arbres changent de génération en génération.
Une véritable révolution dans la science de l'Univers a été opérée en 1922-1924 par les travaux du mathématicien et physicien de Leningrad A. Fridman. S'appuyant sur la théorie générale de la relativité que vient de créer A. Einstein, il a mathématiquement prouvé que le monde n'est pas quelque chose de figé et d'immuable. Dans son ensemble, il vit sa vie dynamique, changeant dans le temps, se dilatant ou se contractant selon des lois strictement définies.
Friedman a découvert la mobilité de l'univers stellaire. Il s'agissait d'une prédiction théorique, et le choix entre l'expansion et la contraction doit être fait en fonction de observations astronomiques. De telles observations ont été faites en 1928-1929 par Hubble, l'explorateur de galaxies que nous connaissons déjà.
Il a découvert que les galaxies lointaines et leurs collectifs entiers se déplacent, s'éloignant de nous dans toutes les directions. Mais c'est à cela que devrait ressembler l'expansion générale de l'univers, conformément aux prédictions de Friedman.
Si l'univers est en expansion, alors les amas étaient plus proches les uns des autres dans un passé lointain. De plus, il découle de la théorie de Friedman qu'il y a quinze à vingt milliards d'années, il n'y avait ni étoiles ni galaxies, et que toute la matière était mélangée et comprimée à une densité énorme. Cette substance était alors incroyablement chaude. À partir d'un tel état spécial, l'expansion générale a commencé, ce qui a finalement conduit à la formation de l'Univers tel que nous le voyons et le connaissons maintenant.
Représentations générales sur la structure de l'univers a évolué tout au long de l'histoire de l'astronomie. Cependant, ce n'est qu'à notre siècle qu'a pu apparaître la science moderne de la structure et de l'évolution de l'univers - la cosmologie.
Première partie ASPECT ASTRONOMIQUE DU PROBLEME
1. Échelles de l'Univers et sa structure Si les astronomes professionnels imaginaient constamment et concrètement l'ampleur monstrueuse des distances cosmiques et des intervalles de temps de l'évolution des corps célestes, ils pourraient difficilement développer avec succès la science à laquelle ils ont consacré leur vie. Les échelles spatio-temporelles qui nous sont familières depuis l'enfance sont si insignifiantes par rapport aux échelles cosmiques que lorsqu'il s'agit de conscience, cela coupe littéralement le souffle. Traitant de quelque problème d'espace, un astronome soit résout un certain problème mathématique (cela est le plus souvent fait par des spécialistes de la mécanique céleste et des astrophysiciens théoriciens), soit améliore les instruments et les méthodes d'observation, soit construit dans son imagination, consciemment ou inconsciemment, des petit modèle de système spatial étudié. Dans ce cas, une compréhension correcte des dimensions relatives du système étudié (par exemple, le rapport des dimensions des détails d'un système spatial donné, le rapport des dimensions de ce système et d'autres similaires ou non, etc. .) et des intervalles de temps (par exemple, le rapport de la vitesse d'écoulement d'un processus donné au débit d'un autre). L'auteur de ce livre a beaucoup travaillé, par exemple, sur la couronne solaire et la Galaxie. Et ils lui semblaient toujours forme irrégulière corps sphéroïdaux d'environ la même taille - quelque chose d'environ 10 cm ... Pourquoi 10 cm? Cette image est née inconsciemment, tout simplement parce que trop souvent, pensant à telle ou telle question de physique solaire ou galactique, l'auteur dessinait dans un cahier ordinaire (dans un encadré) les contours des sujets de ses réflexions. Il dessine en essayant de coller à l'échelle des phénomènes. Sur une question très curieuse, par exemple, il a été possible de faire une analogie intéressante entre la couronne solaire et la Galaxie (ou plutôt, la soi-disant "couronne galactique"). Bien sûr, l'auteur de ce livre savait très bien, pour ainsi dire, "intellectuellement" que les dimensions de la couronne galactique sont des centaines de milliards de fois plus grandes que les dimensions de la couronne solaire. Mais il l'a tranquillement oublié. Et si, dans un certain nombre de cas, les grandes dimensions de la couronne galactique ont acquis une signification fondamentale (cela s'est produit), cela a été pris en compte formellement et mathématiquement. Et tout de même, visuellement, les deux "couronnes" semblaient également petites... Si l'auteur, au cours de ce travail, s'est livré à des réflexions philosophiques sur l'énormité de la taille de la Galaxie, sur la raréfaction inimaginable du gaz qui fait la couronne galactique, sur l'insignifiance de notre petite planète et de notre propre existence et sur d'autres sujets tout aussi justes, les travaux sur les problèmes des couronnes solaire et galactique s'arrêteraient automatiquement... Que le lecteur me pardonne cette "digression lyrique" . Je ne doute pas que d'autres astronomes aient eu les mêmes pensées lorsqu'ils ont travaillé sur leurs problèmes. Il me semble qu'il est parfois utile de se familiariser avec la "cuisine" du travail scientifique... Si nous voulons discuter de questions passionnantes sur la possibilité de vie intelligente dans l'Univers, alors, tout d'abord, il faudra se faire une idée correcte de ses échelles d'espace-temps. Jusqu'à une période relativement récente, le globe paraissait immense à l'homme. Il a fallu plus de trois ans aux courageux compagnons de Magellan pour réaliser le premier tour du monde il y a 465 ans au prix d'incroyables épreuves. Un peu plus de 100 ans se sont écoulés depuis l'époque où le héros ingénieux d'un roman de science-fiction de Jules Verne a fait, en utilisant les dernières avancées technologiques de l'époque, un tour du monde en 80 jours. Et seulement 26 ans se sont écoulés depuis ces jours mémorables pour toute l'humanité, lorsque le premier cosmonaute soviétique Gagarine a fait le tour du globe sur le légendaire vaisseau spatial Vostok en 89 minutes. Et les pensées des gens se sont involontairement tournées vers les vastes étendues de l'espace, dans lesquelles la petite planète Terre a été perdue ... Notre Terre est l'une des planètes système solaire. Par rapport aux autres planètes, elle est située assez près du Soleil, bien qu'elle ne soit pas la plus proche. La distance moyenne du Soleil à Pluton, la planète la plus éloignée du système solaire, est 40 fois la distance moyenne de la Terre au Soleil. On ignore actuellement s'il existe des planètes dans le système solaire encore plus éloignées du Soleil que Pluton. On peut seulement affirmer que si de telles planètes existent, elles sont relativement petites. Classiquement, la taille du système solaire peut être prise égale à 50-100 unités astronomiques*, soit environ 10 milliards de km. A notre échelle terrestre, c'est une très grande valeur, environ 1 million de plus que le diamètre de la Terre.Riz. 1. Planètes du système solaire
Nous pouvons représenter plus visuellement les échelles relatives du système solaire comme suit. Soit le Soleil représenté par une boule de billard d'un diamètre de 7 cm. Ensuite, la planète la plus proche du Soleil - Mercure est à une distance de 280 cm de celui-ci sur cette échelle. La Terre est à une distance de 760 cm, le géant la planète Jupiter est éloignée à une distance d'environ 40 m, et la planète la plus éloignée est à bien des égards l'encore énigmatique Pluton - à une distance d'environ 300 m. Les dimensions du globe à cette échelle sont légèrement supérieures à 0,5 mm, le diamètre lunaire est légèrement supérieur à 0,1 mm et l'orbite de la Lune a un diamètre d'environ 3 cm. Même l'étoile la plus proche de nous, Proxima Centauri, est jusqu'à présent loin de nous que par rapport à lui, les distances interplanétaires au sein du système solaire semblent être des bagatelles. Les lecteurs, bien sûr, savent que pour mesurer les distances interstellaires, une unité de longueur telle qu'un kilomètre n'est jamais utilisée **). Cette unité de mesure (ainsi que le centimètre, le pouce, etc.) est née des besoins des activités pratiques de l'humanité sur Terre. Elle est totalement inadaptée à l'estimation de distances cosmiques trop grandes par rapport au kilomètre. Dans la littérature populaire, et parfois dans la science, pour estimer les distances interstellaires et intergalactiques, "l'année-lumière" est utilisée comme unité de mesure. C'est la distance que la lumière, se déplaçant à une vitesse de 300 000 km / s, parcourt en un an. Il est facile de voir qu'une année-lumière mesure 9,46x10 12 km, soit environ 10 000 milliards de km. Dans la littérature scientifique, une unité spéciale est généralement utilisée pour mesurer les distances interstellaires et intergalactiques, appelée le "parsec" ;
1 parsec (pc) est égal à 3,26 année-lumière. Un parsec est défini comme la distance à partir de laquelle le rayon de l'orbite terrestre est visible sous un angle de 1 seconde. arcs. C'est un très petit angle. Qu'il suffise de dire qu'à cet angle, une pièce d'un kopeck est visible à une distance de 3 km.
Riz. 2. Amas globulaire 47 Tucanae
Aucune des étoiles - les plus proches voisines du système solaire - n'est plus proche de nous que 1 pc. Par exemple, la Proxima Centauri mentionnée nous est retirée à une distance d'environ 1,3 pc. A l'échelle à laquelle nous avons représenté le système solaire, cela correspond à 2 000 km. Tout cela illustre bien le grand isolement de notre système solaire par rapport aux systèmes stellaires environnants, certains de ces systèmes pouvant avoir de nombreuses similitudes avec lui. Mais les étoiles qui entourent le Soleil et le Soleil lui-même ne constituent qu'une infime partie du gigantesque collectif d'étoiles et de nébuleuses, qu'on appelle la « Galaxie ». Nous voyons cet amas d'étoiles les nuits claires sans lune comme une bande de la Voie lactée traversant le ciel. La galaxie a une structure assez complexe. Dans la première approximation, la plus grossière, on peut supposer que les étoiles et les nébuleuses qui la composent remplissent un volume ayant la forme d'un ellipsoïde de révolution fortement compressé. Souvent, dans la littérature populaire, la forme de la Galaxie est comparée à une lentille biconvexe. En fait, tout est beaucoup plus compliqué et le tableau dressé est trop approximatif. En fait, il s'avère que différents types d'étoiles sont concentrées au centre de la Galaxie et dans son "plan équatorial" de manière complètement différente. Par exemple, les nébuleuses gazeuses, ainsi que les étoiles massives très chaudes, sont fortement concentrées vers le plan équatorial de la Galaxie (dans le ciel ce plan correspond à un grand cercle passant par les parties centrales de la Voie lactée). En même temps, ils ne montrent pas de concentration significative vers le centre galactique. D'autre part, certains types d'étoiles et d'amas d'étoiles (appelés "amas globulaires", Fig. 2) ne montrent presque aucune concentration vers le plan équatorial de la Galaxie, mais se caractérisent par une énorme concentration vers son centre. Entre ces deux extrêmes Distribution spatiale(que les astronomes appellent "plat" et "sphérique") sont tous des cas intermédiaires. Néanmoins, il s'avère que la majeure partie des étoiles de la Galaxie est située dans un disque géant, dont le diamètre est d'environ 100 000 années-lumière et l'épaisseur d'environ 1 500 années-lumière. Dans ce disque, il y a un peu plus de 150 milliards d'étoiles de différents types. Notre Soleil est l'une de ces étoiles, située à la périphérie de la Galaxie près de son plan équatorial (plus précisément, "seulement" à une distance d'environ 30 années-lumière - une valeur assez faible par rapport à l'épaisseur du disque stellaire). La distance entre le Soleil et le noyau de la Galaxie (ou son centre) est d'environ 30 000 années-lumière. La densité stellaire dans la Galaxie est très inégale. Elle est la plus élevée dans la région du noyau galactique, où, selon les dernières données, elle atteint 2 000 étoiles par parsec cube, ce qui est près de 20 000 fois supérieur à la densité stellaire moyenne au voisinage du Soleil *** . De plus, les étoiles ont tendance à former des groupes ou des amas séparés. Un bon exemple d'un tel amas est les Pléiades, qui sont visibles dans notre ciel d'hiver (Figure 3). La galaxie contient également des détails structurels à une échelle beaucoup plus grande. Des études récentes ont montré que les nébuleuses, ainsi que les étoiles massives chaudes, sont réparties le long des branches de la spirale. La structure en spirale est particulièrement bien vue dans d'autres systèmes stellaires - les galaxies (avec une petite lettre, contrairement à notre système stellaire - la Galaxie). L'une de ces galaxies est représentée sur la Fig. 4. Établir la structure en spirale de la Galaxie dans laquelle nous nous trouvons nous-mêmes s'est avéré extrêmement difficile.
Riz. 3. Photographie de l'amas d'étoiles des Pléiades
Riz. 4 Galaxie spirale NGC 5364
Les étoiles et les nébuleuses de la Galaxie se déplacent de manière assez complexe. Tout d'abord, ils participent à la rotation de la Galaxie autour d'un axe perpendiculaire à son plan équatorial. Cette rotation n'est pas la même que celle d'un corps rigide : diverses rubriques Les galaxies ont des périodes de rotation différentes. Ainsi, le Soleil et les étoiles qui l'entourent dans une vaste zone de plusieurs centaines d'années-lumière font une révolution complète en environ 200 millions d'années. Puisque le Soleil, avec la famille des planètes, existe apparemment depuis environ 5 milliards d'années, au cours de son évolution (de sa naissance d'une nébuleuse gazeuse à son état actuel), il a fait environ 25 révolutions autour de l'axe de rotation de la Galaxie . On peut dire que l'âge du Soleil n'est que de 25 "années galactiques", pour le dire crûment - l'âge est florissant... La vitesse du Soleil et de ses étoiles voisines dans leurs orbites galactiques presque circulaires atteint 250 km/s* ***. A ce mouvement régulier autour du noyau galactique se superposent les mouvements chaotiques et erratiques des étoiles. La vitesse de ces mouvements est beaucoup plus faible - environ 10-50 km / s, et pour les objets différents types ils sont différents. Les étoiles massives chaudes ont la vitesse la plus faible (6-8 km/s), les étoiles de type solaire ont environ 20 km/s. Plus ces vitesses sont faibles, plus la distribution de ce type d'étoiles est "plate". A l'échelle que nous avons utilisée pour visualiser le système solaire, les dimensions de la Galaxie seraient de 60 millions de km - une valeur déjà assez proche de la distance de la Terre au Soleil. Il en ressort qu'au fur et à mesure que l'on pénètre dans des régions de plus en plus reculées de l'Univers, cette échelle ne convient plus, puisqu'elle perd en visibilité. Nous prendrons donc une autre échelle. Réduisons mentalement l'orbite de la Terre à la taille de l'orbite la plus interne de l'atome d'hydrogène dans le modèle de Bohr classique. Rappelons que le rayon de cette orbite est de 0,53x10 -8 cm. Ensuite, l'étoile la plus proche sera à une distance d'environ 0,014 mm, le centre de la Galaxie - à une distance d'environ 10 cm, et les dimensions de notre système stellaire seront sera d'environ 35 cm Le diamètre du Soleil aura des dimensions microscopiques : 0,0046 A (angström est une unité de longueur égale à 10 -8 cm).
Nous avons déjà souligné que les étoiles sont séparées les unes des autres par de grandes distances, et donc pratiquement isolées. En particulier, cela signifie que les étoiles n'entrent presque jamais en collision les unes avec les autres, bien que le mouvement de chacune d'elles soit déterminé par le champ de force gravitationnelle créé par toutes les étoiles de la Galaxie. Si l'on considère la Galaxie comme une certaine région remplie de gaz, avec des étoiles jouant le rôle de molécules gazeuses et d'atomes, alors il faut considérer ce gaz comme extrêmement raréfié. Au voisinage du Soleil, la distance moyenne entre les étoiles est environ 10 millions de fois supérieure au diamètre moyen des étoiles. Pendant ce temps, dans des conditions normales dans l'air ordinaire, la distance moyenne entre les molécules n'est que quelques dizaines de fois supérieure aux dimensions de ces dernières. Pour atteindre le même degré de raréfaction relative, la densité de l'air devrait être réduite d'au moins 1018 fois ! Notez cependant que dans la région centrale de la Galaxie, où la densité stellaire est relativement élevée, des collisions entre étoiles se produiront de temps à autre. Ici, il faut s'attendre à environ une collision tous les millions d'années, alors que dans les régions "normales" de la Galaxie pendant toute l'histoire de l'évolution de notre système stellaire, qui a au moins 10 milliards d'années, il n'y a pratiquement pas eu de collisions entre étoiles. (voir chap. 9 ).
Nous avons brièvement exposé l'échelle et la structure la plus générale du système stellaire auquel appartient notre Soleil. Dans le même temps, ces méthodes n'ont pas du tout été envisagées, à l'aide desquelles pendant de nombreuses années plusieurs générations d'astronomes ont, étape par étape, recréé l'image majestueuse de la structure de la Galaxie. D'autres livres sont consacrés à ce problème important, auquel nous renvoyons les lecteurs intéressés (par exemple, B.A. Vorontsov-Velyaminov "Essais sur l'univers", Yu.N. Efremov "Dans les profondeurs de l'univers"). Notre tâche est de ne donner que l'image la plus générale de la structure et du développement des objets individuels de l'Univers. Une telle image est essentielle à la compréhension de ce livre.
Riz. 5. Nébuleuse d'Andromède avec satellites
Depuis plusieurs décennies, les astronomes étudient avec acharnement d'autres systèmes stellaires plus ou moins similaires au nôtre. Ce domaine de recherche a été appelé « astronomie extragalactique ». Il joue aujourd'hui presque un rôle de premier plan en astronomie. Au cours des trois dernières décennies, l'astronomie extragalactique a fait des progrès étonnants. Peu à peu, les contours grandioses de la Métagalaxie ont commencé à émerger, dans lesquels notre système stellaire est inclus comme une petite particule. On ne sait toujours pas tout sur la Métagalaxie. La grande distance des objets crée des difficultés très spécifiques, qui sont résolues en utilisant les moyens d'observation les plus puissants en combinaison avec une profonde recherche théorique. Pourtant, la structure globale de la métagalaxie est largement devenue claire ces dernières années. Nous pouvons définir la Métagalaxie comme une collection de systèmes stellaires - des galaxies se déplaçant dans les vastes étendues de la partie de l'Univers que nous observons. Les galaxies les plus proches de notre système stellaire sont les fameux nuages de Magellan, clairement visibles dans le ciel de l'hémisphère sud sous la forme de deux grandes taches d'environ la même luminosité de surface que la Voie lactée. La distance aux Nuages de Magellan n'est "que" d'environ 200 000 années-lumière, ce qui est tout à fait comparable à la longueur totale de notre Galaxie. Une autre galaxie "proche" de nous est une nébuleuse dans la constellation d'Andromède. Il est visible à l'œil nu sous la forme d'une faible tache lumineuse de 5e magnitude ***** . En fait, il s'agit d'un immense monde stellaire, en termes de nombre d'étoiles et de masse totale de trois fois la taille de notre Galaxie, qui à son tour est un géant parmi les galaxies. La distance à la nébuleuse d'Andromède, ou, comme l'appellent les astronomes, M 31 (ce qui signifie que dans le catalogue bien connu des nébuleuses de Messier, elle est répertoriée sous le n° 31), est d'environ 1800 mille années-lumière, soit environ 20 fois la taille de la Galaxie. La nébuleuse M 31 a une structure en spirale prononcée et, dans nombre de ses caractéristiques, est très similaire à notre Galaxie. Près de lui se trouvent ses petits satellites ellipsoïdaux (Fig. 5). Sur la fig. La figure 6 montre des photographies de plusieurs galaxies relativement proches de nous. La grande variété de leurs formes attire l'attention. Avec les systèmes en spirale (ces galaxies sont désignées par les symboles Sа, Sb et Sс selon la nature du développement structure en spirale; en présence d'une "barre" traversant le noyau (Fig. 6a), après la lettre S, la lettre B est mise) sphéroïdale et ellipsoïdale, dépourvue de toute trace d'une structure en spirale, ainsi que des galaxies "irrégulières", dont un bon exemple peut servir comme les Nuages de Magellan. Les grands télescopes observent un grand nombre de galaxies. S'il y a environ 250 galaxies plus brillantes que la magnitude visible 12, il y en a déjà environ 50 000 plus brillantes que la magnitude 16. Les objets les plus faibles qu'un télescope à réflexion avec un diamètre de miroir de 5 m peut photographier à la limite ont une magnitude de 24,5. Il s'avère que parmi les milliards de ces objets les plus faibles, la majorité sont des galaxies. Beaucoup d'entre eux sont éloignés de nous à des distances que la lumière parcourt en milliards d'années. Cela signifie que la lumière qui a causé le noircissement de la plaque a été émise par une galaxie aussi lointaine bien avant la période archéenne. histoire géologique Terre!.
Riz. 6a. Galaxie "Spirale Croisée"
Riz. 6b. Galaxie NGC 4594
Riz. 6s. Galaxies Nuages de Magellan
Parfois, des objets étonnants se rencontrent parmi les galaxies, par exemple, les "radio galaxies". Ce sont des systèmes stellaires qui émettent une énorme quantité d'énergie dans la gamme radio. Dans certaines radiogalaxies, le flux radio est plusieurs fois supérieur au flux optique, bien que dans le domaine optique leur luminosité soit très élevée - plusieurs fois supérieure à la luminosité totale de notre Galaxie. Rappelons que ce dernier est constitué du rayonnement de centaines de milliards d'étoiles, dont beaucoup, à leur tour, rayonnent beaucoup plus fort que le Soleil. Un exemple classique d'une telle radiogalaxie est le célèbre objet Cygnus A. Dans le domaine optique, il s'agit de deux taches lumineuses insignifiantes de la 17e magnitude (Fig. 7). En fait, leur luminosité est très élevée, environ 10 fois supérieure à celle de notre Galaxie. Ce système semble faible car il est éloigné de nous à une grande distance - 600 millions d'années-lumière. Cependant, le flux d'émission radio de Cygnus A aux longueurs d'onde métriques est si important qu'il dépasse même le flux d'émission radio du Soleil (pendant les périodes où il n'y a pas de taches sur le Soleil). Mais le Soleil est très proche - sa distance n'est "que" de 8 minutes-lumière; 600 millions d'années - et 8 minutes ! Mais les flux de rayonnement, comme vous le savez, sont inversement proportionnels aux carrés des distances ! Les spectres de la plupart des galaxies ressemblent au soleil ; dans les deux cas, des raies d'absorption sombres distinctes sont observées sur un fond plutôt clair. Il n'y a là rien d'inattendu, puisque le rayonnement des galaxies est le rayonnement de milliards d'étoiles qui les composent, plus ou moins semblables au Soleil. Une étude minutieuse des spectres des galaxies il y a de nombreuses années a conduit à une découverte d'une importance fondamentale. Le fait est que par la nature du décalage de la longueur d'onde de toute raie spectrale par rapport à la norme de laboratoire, on peut déterminer la vitesse de la source rayonnante le long de la ligne de visée. En d'autres termes, il est possible d'établir à quelle vitesse la source se rapproche ou s'éloigne.
Riz. 7. Radiogalaxie Cygnus A
Si la source lumineuse se rapproche, les raies spectrales se décalent vers les longueurs d'onde plus courtes, si elle s'éloigne, vers les plus longues. Ce phénomène est appelé « effet Doppler ». Il s'est avéré que dans les galaxies (à l'exception de quelques-unes les plus proches de nous), les raies spectrales sont toujours décalées vers la partie à grande longueur d'onde du spectre (le "décalage vers le rouge" des raies), et l'ampleur de ce décalage est la plus la galaxie est éloignée de nous. Cela signifie que toutes les galaxies s'éloignent de nous et que la vitesse de "l'expansion" augmente à mesure que les galaxies s'éloignent. Il atteint des valeurs énormes. Par exemple, la vitesse de recul de la radiogalaxie Cygnus A trouvée à partir du redshift est proche de 17 000 km/s. Il y a vingt-cinq ans, le record appartenait à la très faible radiogalaxie ZC 295 (en rayons optiques de magnitude 20). En 1960, son spectre a été obtenu. Il s'est avéré que la raie spectrale ultraviolette bien connue appartenant à l'oxygène ionisé est décalée vers la région orange du spectre ! De là, il est facile de constater que la vitesse de déplacement de cet incroyable système stellaire est de 138 000 km/s, soit près de la moitié de la vitesse de la lumière ! La radiogalaxie 3C 295 est à une distance de nous que la lumière parcourt en 5 milliards d'années. Ainsi, les astronomes ont étudié la lumière émise lors de la formation du Soleil et des planètes, et peut-être même "un peu" plus tôt... Depuis, des objets encore plus lointains ont été découverts (ch. 6). Les raisons de l'expansion d'un système composé d'un grand nombre de galaxies, nous n'y toucherons pas. Cette question complexe fait l'objet de la cosmologie moderne. Cependant, le fait même de l'expansion de l'univers a grande importance analyser le développement de la vie en elle (chap. 7). À l'expansion générale du système de galaxies se superposent les vitesses erratiques des galaxies individuelles, généralement égales à plusieurs centaines de kilomètres par seconde. C'est pourquoi les galaxies les plus proches de nous ne présentent pas de redshift systématique. Après tout, les vitesses des mouvements aléatoires (appelés "particuliers") pour ces galaxies sont supérieures à la vitesse normale de décalage vers le rouge. Cette dernière augmente à mesure que les galaxies s'éloignent d'environ 50 km/s, pour chaque million de parsecs. Par conséquent, pour les galaxies dont les distances ne dépassent pas quelques millions de parsecs, les vitesses aléatoires dépassent la vitesse de recul due au décalage vers le rouge. Parmi les galaxies proches, il y a aussi celles qui s'approchent de nous (par exemple, la nébuleuse d'Andromède M 31). Les galaxies ne sont pas uniformément réparties dans l'espace métagalactique, c'est-à-dire à densité constante. Ils montrent une tendance prononcée à former des groupes ou des grappes séparés. En particulier, un groupe d'environ 20 galaxies proches de nous (y compris notre Galaxie) forme ce que l'on appelle le "système local". À son tour, le système local est inclus dans un grand amas de galaxies, dont le centre est situé dans la partie du ciel sur laquelle la constellation de la Vierge est projetée. Ce cluster compte plusieurs milliers de membres et est l'un des plus importants. Sur la fig. La figure 8 montre une photographie du célèbre amas de galaxies dans la constellation de la couronne nord, comptant des centaines de galaxies. Dans l'espace entre les amas, la densité de galaxies est dix fois moindre qu'à l'intérieur des amas.
Riz. 8. Un amas de galaxies dans la constellation de la couronne nord
L'attention est attirée sur la différence entre les amas d'étoiles qui forment des galaxies et les amas de galaxies. Dans le premier cas, les distances entre les membres de l'amas sont énormes par rapport à la taille des étoiles, tandis que les distances moyennes entre les galaxies dans les amas de galaxies ne sont que plusieurs fois supérieures à la taille des galaxies. D'autre part, le nombre de galaxies dans les amas ne peut pas être comparé au nombre d'étoiles dans les galaxies. Si nous considérons la totalité des galaxies comme une sorte de gaz, où le rôle de molécules est joué par des galaxies individuelles, alors nous devons considérer ce milieu comme extrêmement visqueux.
Tableau 1
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Grosse explosion |
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Formation de galaxies (z~10) |
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La formation du système solaire |
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Formation de la Terre |
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Origine de la vie sur terre |
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La formation des roches les plus anciennes de la Terre |
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L'émergence de bactéries et d'algues bleues |
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L'émergence de la photosynthèse |
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Les premières cellules avec un noyau |
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| Dimanche | Lundi | Mardi | Mercredi | Jeudi | Vendredi | Samedi |
| L'émergence d'une atmosphère d'oxygène sur Terre | Puissante activité volcanique sur Mars | |||||
| Premiers vers | Trilobites de plancton océanique | Ordovicien Premier poisson | silure Les plantes colonisent la terre | |||
| dévonien Premiers insectes Les animaux colonisent la terre | Les premiers amphibiens et insectes ailés | Carbone Premiers arbres Premiers reptiles | permien Premiers dinosaures | Début du Mésozoïque | Trias Premiers mammifères | Yura Premiers oiseaux |
| Craie Les premières fleurs | Période tertiaire Premiers primates | Premiers hominidés | Période quaternaire Premières personnes (~22:30) |
- * unité astronomique- la distance moyenne de la Terre au Soleil, égale à 149 600 000 km.
- ** Peut-être que seules les vitesses des étoiles et des planètes en astronomie sont exprimées en unités de "kilomètre par seconde".
- *** Au centre même du noyau galactique, dans une région de 1 pc de diamètre, il y aurait apparemment plusieurs millions d'étoiles.
- **** Il est utile de rappeler une règle simple : la vitesse de 1 pc en 1 million d'années est presque égale à la vitesse de 1 km/s. Nous laissons au lecteur le soin de le vérifier.
- ***** Le flux de rayonnement des étoiles est mesuré par ce qu'on appelle les "magnitudes". Par définition, le flux d'une étoile de (i + 1)ème magnitude est 2,512 fois inférieur à celui d'une étoile i-ème valeur. Les étoiles inférieures à la magnitude 6 ne sont pas visibles à l'œil nu. Les étoiles les plus brillantes ont une magnitude négative (par exemple, à Sirius, elle est de -1,5).
Alexandre Zakharov ( [courriel protégé])"Construction" de l'Univers
(Quand j'ai écrit cet article et l'ai envoyé à Alexander Ter-Oganesyants, il s'est avéré qu'il correspondait activement avec Evgraf Duluman et
des lettres . Aussi (il s'avère!) Un article de Yuri Shelyazhenko a été publié "Chacun est libre de croire qu'il est athée ". Le thème de l'origine de l'univers est populaire J )« Les substances les plus diverses, combinées de mille manières, reçoivent et communiquent continuellement divers mouvements les unes aux autres. Diverses propriétés de ces substances, leur diverses combinaisons, leurs divers modes de fonctionnement, qui en sont les conséquences nécessaires, constituent pour nous l'essence de tout ce qui existe, et de la différence de ces essences dépendent les divers ordres, catégories ou systèmes occupés par ces substances, dont la totalité constitue ce qui existe. nous appelons la nature.
Paul Henri Holbach (1723 - 1789), "Le système de la nature".
J'ai trouvé un article curieux d'Alexander Ter-Oganesyants "La structure de l'univers". L'auteur présente son point de vue sur la structure de l'Univers et, à mon avis, tout à fait intéressant. Il écrit d'abord :
Je vous demande de trouver des erreurs dans mon raisonnement sur la structure de l'Univers.
Je ne voudrais pas "rechercher des erreurs" dans le raisonnement de l'auteur (pour cela, il faut être quelqu'un comme un dieu, et Dieu lui-même est obstinément silencieux sur ce sujet J ), très probablement je voudrais exprimer ma vision de ce difficile question comme une discussion de son article. Je ne qualifierais pas mon article de critique, car. les choses dont Dans la question- ce sont des hypothèses et ni moi, ni le respecté Alexander Karlovich, je pense, ne sommes en mesure de confirmer ou de réfuter mon propre point de vue ou celui de quelqu'un d'autre. J Avec mon article, je veux seulement discuter avec l'auteur de la structure de l'Univers (également assez schématiquement), pour ainsi dire, participer à la "construction de l'Univers" en tant qu'image intégrale dans l'esprit humain. Eh bien, en cours de route, exprimez votre opinion sur son hypothèse.
Voici ce qu'il écrit :
« L'univers est infini dans l'espace et dans le temps. Ce n'est qu'en acceptant ce postulat que nous pouvons nous débarrasser des questions bien connues : et après ? et que s'est-il passé avant ? En même temps, il faut garder à l'esprit que ce que nous appelons souvent l'Univers est en fait notre Métagalaxie, c'est-à-dire la partie de l'Univers qui fait l'objet de nos recherches.
A mon avis, l'infinité de l'Univers dans l'espace et dans le temps est, bien sûr, une sorte de postulat, mais je dirais qu'il est introduit non pas pour écarter les questions "répréhensibles", mais parce que c'est l'hypothèse la moins absurde, parce que toutes les autres options "dans la limite" ont plus de questions que de réponses. Et vous devez vous baser sur quelque chose. Et en effet, n'oubliez pas le concept d'Univers :
L'Univers est l'ensemble du monde matériel existant, illimité dans le temps et dans l'espace et infiniment divers dans les formes que la matière prend au cours de son développement. L'univers étudié par l'astronomie est une partie du monde matériel, disponible pour la recherche par des moyens astronomiques, correspondant à niveau atteint développement de la science (souvent cette partie de l'univers est appelée Métagalaxie ).
Donc, je pense, par exemple, qu'on peut parler de "l'émergence de l'Univers" par rapport à la Métagalaxie, mais cela ne s'applique pas à l'Univers par définition - il a toujours existé. Et "notre Métagalaxie" est née et continue de se développer selon ses propres lois. Et je pense qu'il sera impossible de répondre aux questions sur ce qui s'est passé avant notre métagalaxie pendant longtemps (et peut-être infiniment longtemps).
Il y a deux principes primaires dans l'Univers, ou, si vous préférez, deux réalités objectives : la Matière et la Conscience. Demandez soi-disant. "la question principale de la philosophie" - qu'est-ce qui vient en premier? - en fait, cela n'a aucun sens, puisque la Matière et la Conscience ont existé et existeront toujours. C'est comme demander qui est venu en premier, la poule ou l'œuf ? La Matière et la Conscience obéissent toutes deux à leurs propres lois de conservation : elles ne surgissent pas du néant et ne se transforment pas en néant, mais ne font que passer d'une forme à une autre. Formes d'existence et Conscience et Matière dans univers infini, bien sûr, il existe un ensemble infini.
Il me semble que l'auteur a introduit de manière transparente un autre postulat pour lui-même: " Il y a deux principes primaires dans l'Univers, ou, si l'on veut, deux réalités objectives : la Matière et la Conscience ». Pour moi, une déclaration très douteuse, tk. J'accepte la définition suivante de la matière :
La matière est substance; le substratum (base) de toutes les propriétés, connexions et formes de mouvement qui existent réellement dans le monde ; un ensemble infini de tous les objets et systèmes existant dans le monde. Un attribut intégral de la matière est le mouvement ; La matière est caractérisée par l'auto-développement, la transformation de certains états en d'autres. Les formes objectives universelles de l'existence de la matière sont l'espace et le temps. Types spéciaux systèmes matériels- la matière vivante (ensemble d'organismes capables de s'auto-reproduire) et la matière socialement organisée (la société).
Et il me semble que la « Conscience » dans le schéma proposé par l'auteur est une entité nécessaire (pour son hypothèse), mais en même temps « superflue » (c'est-à-dire que pour une explication, vous pouvez vous en passer). J Et qu'entend-on par Conscience ? Par exemple, voici la définition de ES :
La conscience est l'un des concepts de base de la philosophie, de la sociologie, désignant la capacité humaine à reproduire idéalement la réalité dans la pensée. … La conscience apparaît sous deux formes : individuelle (personnelle) et publique. La conscience publique est le reflet de la vie sociale ; formes conscience publique Mots clés : science, philosophie, art, morale, religion, politique, droit.
De plus, bien sûr, l'auteur commente ce qu'est la Conscience dans sa compréhension, mais, dans ma profonde conviction, son interprétation est incorrecte, et en plus, elle a aussi une certaine empreinte religieuse (bien que l'auteur soit athée J ).
La propriété principale de la matière est exprimée dans la deuxième loi de la thermodynamique : "Dans un système physique fermé, seule la croissance de l'entropie est possible." L'entropie est une mesure du désordre d'un système. La matière aspire toujours au désordre, à la destruction, au chaos.
Si vous philosophez. Je n'appellerais pas la propriété de la matière le désir de désordre, de destruction, de chaos. Eh bien, je considère l'application du mot « destruction » à la matière (en termes généraux), pour le moins, inappropriée (il y a, après tout, le concept de « structure » et de « transition »). De plus, l'auteur passe complètement à côté d'un contexte important : « Dans fermé physique système…", bien qu'il soit probable que l'isolement de "notre métagalaxie" ait lieu si nous la considérons du point de vue d'une personne, en tant qu'observateur et objet soumis aux lois de la métagalaxie elle-même, située en elle, c'est-à-dire il s'avère une sorte d'espace fermé d'action des lois et la matière a la capacité de passer d'un type spécifique à un autre type spécifique (et tout cela est "suspendu" dans le vide absolu J ). Nous ne pouvons pas exclure la possibilité que "notre métagalaxie" puisse avoir des "régions de transition" vers d'autres espaces avec des lois différentes. Pourquoi pas? J'ai une phrase : "Si vous pouvez changer les lois de la nature, alors la nature a des lois pour changer les lois de la nature." J
La loi (une parmi tant d'autres) de l'existence de la matière (" ne surgit pas de rien et ne se transforme pas en rien »)à mon avis, dans mon hypothèse, est redondant (à cause du mot "rien"), parce que si on parle de vide/vide, etc. des entités de "rien", alors je dirais que, par exemple, le vide (quelque chose comme l'espace interstellaire ou le vide physique ou similaire) est aussi une forme d'existence de la matière. Si pour nous, en tant que chercheurs/observateurs, le vide absolu est "rien"/"vide", alors cela signifie seulement que ce type de matière est une zone absolument inexplorée ou que nous ne voyons tout simplement rien "là" que nous pourrions voir, enlevé et obtenu un vide J C'est-à-dire la matière est, dans mon hypothèse, un concept absolument large, et je ne vois aucune raison de limiter les formes de la matière et leurs propriétés à un cadre inventé. Chaque « rien » est quelque chose ! J (Pour les amateurs d'analogies : si vous regardez à travers Verre propre- on ne le remarque pas, c'est comme s'il n'existait pas, mais ça vaut le coup de pulvériser de l'eau sur sa surface... J)
La principale propriété de la Conscience est le désir de création, d'ordre et d'harmonie. Il y a une lutte continue et éternelle entre la Matière et la Conscience, qui est la base du développement de l'Univers.
Les mots "ordre", "harmonie" sont des appréciations subjectives. Il y a une phrase "La loi de l'univers". De cette Loi découle, en général, toute "l'harmonie" et "l'ordre". Il y aurait une autre loi (la somme des lois) - il y aurait un ordre et une harmonie différents. L'ordre est l'observance d'une certaine règle, d'une loi. L'harmonie est un terme plus large, mais aussi de "ce" domaine.
Le mot "création" implique en quelque sorte immédiatement la présence de caractéristiques personnelles, qui à leur tour nous conduisent progressivement au concept de "dieu". J Mais cela reste « écrit avec une fourche sur l'eau », et le principal est qu'il me semble très étrange d'opposer la Matière à la Conscience. Toujours le même combat entre le bien et le mal ! « Le Bien vaincra sûrement le Mal. Mettez-le à genoux et tuez-le brutalement » J
Sur Terre, la Conscience a remporté une victoire locale, et le cours du développement du système, naturel pour la Matière, a été perturbé : la vie est apparue sur Terre, puis la vie intelligente.
Pour le dire gentiment, je ferais attention de ne pas diviser la matière vivante en rationnel et non intelligent, au contraire, elle est plus intelligente et moins intelligente.
L'esprit humain - l'une des formes d'existence de la Conscience - est inextricablement lié à la partie matérielle d'une personne - son corps - l'une des formes d'existence de la Matière. L'esprit et le corps sont en lutte constante, ce qui est à la base du développement de la civilisation humaine. Au moment de la conception, comme un embryon corporel - un œuf fécondé - apparaît un embryon de conscience, composé des éléments de l'esprit du père et de la mère et se développant selon ses propres lois. Après la mort d'une personne, comme un corps, l'esprit se désintègre en composants élémentaires, qui se dissolvent dans la Conscience du monde.
C'est beau, bien sûr, mais pour atteindre cette « beauté », il faut faire pas mal de « postulats ». J Je pense que « dans un tel cas » il ne faut pas chercher la beauté, mais la cohérence (au moins).
5. La découverte au milieu des années 1920 par l'astronome américain Hubble de la loi de "récession des galaxies" a conduit à l'émergence de la théorie du "Big Bang", selon laquelle toute notre Métagalaxie (galaxies, étoiles, planètes, et autres objets) s'est formé à la suite d'un "éclair" de supersubstance, comprimé dans un espace très limité. Certains philosophes religieux voyaient dans cette théorie une confirmation du bien connu Texte biblique sur la création du monde à partir du chaos. Je crois qu'en réalité la situation était exactement le contraire. Et le point, bien sûr, n'est pas le décalage gigantesque entre le moment de la naissance de l'Univers : il y a 7,5 mille ans selon la Bible et 18 milliards d'années selon la théorie du Big Bang.
Il me semble qu'avant le Big Bang, l'Univers était un système très harmonieux et équilibré dans lequel la Conscience régnait, et la Matière, tel un génie, était enfoncée dans une bouteille. Probablement, à un moment donné, la Conscience a perdu le contrôle de la Matière, ou la tension interne « dans la bouteille » a atteint un niveau critique. En conséquence, la libération mondiale de la matière a eu lieu, en comparaison de laquelle une hypothétique catastrophe thermonucléaire sur Terre ressemble à une piqûre de moustique.
Je ne sais pas à quel point il est raisonnable de distinguer le fait de l'émergence de "notre métagalaxie" comme "hors de l'ordinaire". Mon opinion est que de cette manière, il y a eu une renaissance - la transition d'un type de matière dans un autre. Qui sait, c'était peut-être un "processus naturel". Pourquoi est régulier entre guillemets ? Je pense juste qu'avant l'émergence de "notre métagalaxie" avec ses lois d'existence d'un certain nombre de formes de matière que nous pouvons explorer, il y avait d'autres lois et d'autres formes de matière et pas forcément celles que nous définissons comme inhérentes à " notre métagalaxie ». Ici, il est nécessaire de séparer d'une manière ou d'une autre. Plus formellement et en d'autres termes, j'exprime cela sous la forme d'une question rhétorique : « Est-il correct d'essayer de décrire ce qui était avant l'émergence de notre univers par les lois de l'existence de notre univers ? J (l'Univers signifie « notre métagalaxie »).
Pourquoi est-ce que j'insiste sur le fait que la métagalaxie est précisément « la nôtre » ? Je ne vois aucune raison de ne pas admettre (dans mon interprétation de l'existence de l'Univers) qu'il est possible (je n'aurais même pas peur de dire "très probable") l'existence d'autres formations sous forme de métagalaxies qui ont le même structure, lois internes, et aussi d'autres formes de métagalaxies avec d'autres lois, le nombre de formes de la matière, pour ainsi dire, participer à l'organisation de cet enseignement, et la matière vivante, pour laquelle un espace à dix dimensions est une « maison natale ». J Et cette matière vivante est, en quelque sorte, le résultat du processus de développement de certains types de matière déterminés par les lois de cette métagalaxie particulière. Eh bien, en parlant de matière vivante et de conscience : eh bien, l'être détermine la conscience ! Et la matière lui donne naissance. (ET après et vice versa… J )
Cependant, dans l'éternelle lutte de la Conscience et de la Matière, il est remarquable qu'aucune victoire de quelque côté que ce soit, aussi globale qu'elle puisse paraître, ne soit réellement définitive. Il est tout à fait probable que dans environ 5 à 10 milliards d'années, la "récession des galaxies" prendra fin et que le processus inverse commencera. En attendant, la Conscience fait la guerre à la Matière dans toutes les vastes étendues de la Métagalaxie, remportant des victoires locales à certains endroits (par exemple, sur Terre).
Ce qui attend « notre métagalaxie » est encore une question ouverte, mais je pense qu'elle sera résolue dans le futur… dans un futur lointain J .
Tout cela, bien sûr, est très schématique, et je serais heureux de discuter avec vous davantage de la structure de l'Univers. Je vous serais très reconnaissant si vous me répondiez.
Eh bien, voici la réponse. J'ai aussi beaucoup de schémas, mais comme l'a dit M. Lomonosov : « La nature est très simple. Tout ce qui contredit cela doit être rejeté. Et bien sûr, la « simplicité » est un terme relatif. J
En conclusion, je veux en donner une autre, à mon avis, une déclaration intéressante concernant la relation entre l'homme et la Nature (métagalaxie, univers). Je pense que dans le contexte des "batailles" entre la Conscience et la Matière, il serait approprié que l'auteur le cite :
"La nature ne se bat jamais avec une personne, c'est une calomnie religieuse vulgaire contre elle, elle n'est pas assez intelligente pour se battre, elle s'en fiche ... La nature ne peut pas contredire une personne si une personne ne contredit pas ses lois ... ”
Alexandre Ivanovitch Herzen (1812 - 1870), "Œuvres complètes".
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Que savons-nous de l'univers, à quoi ressemble le cosmos ? L'univers est un monde sans limites difficile à appréhender par l'esprit humain, qui semble irréel et immatériel. En fait, nous sommes entourés de matière, illimitée dans l'espace et dans le temps, capable de prendre diverses formes. Afin d'essayer de comprendre la véritable échelle de l'espace extra-atmosphérique, le fonctionnement de l'Univers, la structure de l'univers et les processus d'évolution, nous devrons franchir le seuil de notre propre vision du monde, regarder le monde qui nous entoure d'un autre angle, de l'intérieur.
Un regard sur les vastes étendues de l'espace depuis la Terre
La formation de l'univers : premiers pas
L'espace que nous observons à travers les télescopes n'est qu'une partie de l'univers stellaire, la soi-disant mégagalaxie. Les paramètres de l'horizon cosmologique de Hubble sont colossaux - 15 à 20 milliards d'années-lumière. Ces données sont approximatives, car dans le processus d'évolution, l'Univers est en constante expansion. L'expansion de l'univers passe par la propagation éléments chimiques et les radiations reliques. La structure de l'univers est en constante évolution. Dans l'espace, des amas de galaxies apparaissent, les objets et les corps de l'Univers sont des milliards d'étoiles qui forment des éléments de l'espace proche - des systèmes stellaires avec des planètes et des satellites.
Où est le début ? Comment l'univers a-t-il vu le jour ? Vraisemblablement, l'âge de l'Univers est de 20 milliards d'années. Il est possible que la protomatière chaude et dense soit devenue la source de matière cosmique, dont l'amas a explosé à un certain moment. Les plus petites particules formées à la suite de l'explosion se sont dispersées dans toutes les directions et continuent de s'éloigner de l'épicentre à notre époque. La théorie du Big Bang, qui domine désormais la communauté scientifique, est la description la plus précise du processus de formation de l'Univers. La substance résultant d'un cataclysme cosmique était une masse hétérogène constituée des plus petites particules instables qui, se heurtant et se dispersant, ont commencé à interagir les unes avec les autres.
Le Big Bang est une théorie de l'origine de l'univers expliquant sa formation. Selon cette théorie, il y avait initialement une certaine quantité de matière qui, à la suite de certains processus, a explosé avec une force colossale, dispersant une masse de mère dans l'espace environnant.
Quelque temps plus tard, selon les standards cosmiques - un instant, selon la chronologie terrestre - des millions d'années, le stade de la matérialisation de l'espace est arrivé. De quoi est fait l'univers? La matière dispersée a commencé à se concentrer en caillots, grands et petits, à la place desquels les premiers éléments de l'Univers ont ensuite commencé à apparaître, d'énormes masses de gaz - la pépinière des futures étoiles. Dans la plupart des cas, le processus de formation des objets matériels dans l'Univers est expliqué par les lois de la physique et de la thermodynamique, cependant, il existe un certain nombre de points qui ne peuvent pas encore être expliqués. Par exemple, pourquoi dans une partie de l'espace la substance en expansion est plus concentrée, tandis que dans une autre partie de l'univers la matière est très raréfiée. Les réponses à ces questions ne peuvent être obtenues que lorsque le mécanisme de formation des objets spatiaux, grands et petits, devient clair.
Or le processus de formation de l'Univers s'explique par l'action des lois de l'Univers. L'instabilité gravitationnelle et l'énergie dans différentes zones ont déclenché la formation de protoétoiles, qui à leur tour, sous l'influence des forces centrifuges et de la gravité, ont formé des galaxies. En d'autres termes, alors que la matière continuait et continuait à se dilater, des processus de compression ont commencé sous l'influence des forces gravitationnelles. Des particules de nuages de gaz ont commencé à se concentrer autour du centre imaginaire, formant finalement un nouveau sceau. Le matériau de construction de ce chantier gigantesque est l'hydrogène moléculaire et l'hélium.
Les éléments chimiques de l'Univers sont le matériau de construction principal à partir duquel la formation des objets de l'Univers a ensuite procédé.
De plus, la loi de la thermodynamique commence à fonctionner, les processus de décroissance et d'ionisation sont activés. Les molécules d'hydrogène et d'hélium se décomposent en atomes à partir desquels, sous l'influence des forces gravitationnelles, se forme le noyau d'une protoétoile. Ces processus sont les lois de l'Univers et ont pris la forme d'une réaction en chaîne, se produisant dans tous les coins éloignés de l'Univers, remplissant l'univers de milliards, de centaines de milliards d'étoiles.
Évolution de l'univers : Faits saillants
Aujourd'hui, dans les milieux scientifiques, il existe une hypothèse sur la cyclicité des états à partir desquels se tisse l'histoire de l'Univers. Ayant surgi à la suite de l'explosion de protomatière, les accumulations de gaz sont devenues une pépinière d'étoiles, qui à leur tour ont formé de nombreuses galaxies. Cependant, ayant atteint une certaine phase, la matière dans l'Univers commence à lutter pour son état d'origine concentré, c'est-à-dire L'explosion et l'expansion subséquente de la matière dans l'espace sont suivies d'une compression et d'un retour à un état superdense, au point de départ. Par la suite, tout se répète, la naissance est suivie de la finale, et ainsi de suite pendant plusieurs milliards d'années, à l'infini.
Le début et la fin de l'univers conformément à la nature cyclique de l'évolution de l'univers
Cependant, après avoir omis le sujet de la formation de l'Univers, qui reste une question ouverte, nous devrions passer à la structure de l'univers. Dans les années 30 du XXe siècle, il est devenu clair que l'espace extra-atmosphérique est divisé en régions - les galaxies, qui sont d'énormes formations, chacune avec sa propre population stellaire. Cependant, les galaxies ne sont pas des objets statiques. La vitesse d'expansion des galaxies à partir du centre imaginaire de l'Univers est en constante évolution, comme en témoignent la convergence de certaines et l'éloignement des autres les unes des autres.
Tous ces processus, du point de vue de la durée de la vie terrestre, durent très lentement. Du point de vue de la science et de ces hypothèses, tous les processus évolutifs se produisent rapidement. Classiquement, l'évolution de l'Univers peut être divisée en quatre étapes - ères :
- ère des hadrons ;
- ère des leptons ;
- l'ère des photons ;
- ère stellaire.
Échelle de temps cosmique et évolution de l'Univers, selon laquelle l'apparition des objets spatiaux peut être expliquée
Au premier stade, toute la matière était concentrée dans une grande goutte nucléaire, constituée de particules et d'antiparticules, combinées en groupes - hadrons (protons et neutrons). Le rapport des particules et des antiparticules est d'environ 1:1,1. Vient ensuite le processus d'annihilation des particules et des antiparticules. Les protons et les neutrons restants sont le matériau de construction à partir duquel l'Univers est formé. La durée de l'ère des hadrons est négligeable, seulement 0,0001 seconde - la période de la réaction explosive.
De plus, après 100 secondes, le processus de synthèse des éléments commence. À une température d'un milliard de degrés, des molécules d'hydrogène et d'hélium se forment lors du processus de fusion nucléaire. Pendant tout ce temps, la substance continue de se dilater dans l'espace.
A partir de ce moment commence une longue phase, de 300 000 à 700 000 ans, de recombinaison des noyaux et des électrons, formant des atomes d'hydrogène et d'hélium. Dans ce cas, une diminution de la température de la substance est observée et l'intensité du rayonnement diminue. L'univers devient transparent. L'hydrogène et l'hélium formés en quantités colossales, sous l'influence des forces gravitationnelles, transforment l'Univers primaire en un chantier de construction géant. Après des millions d'années, l'ère stellaire commence - qui est le processus de formation des protoétoiles et des premières protogalaxies.
Cette division de l'évolution en stades s'inscrit dans le modèle de l'Univers chaud, ce qui explique de nombreux processus. Les véritables causes du Big Bang, le mécanisme de l'expansion de la matière restent inexpliqués.
La structure et la structure de l'univers
Avec la formation d'hydrogène gazeux, l'ère stellaire de l'évolution de l'Univers commence. L'hydrogène sous l'influence de la gravité s'accumule dans d'énormes accumulations, des caillots. La masse et la densité de tels amas sont colossales, des centaines de milliers de fois supérieures à la masse de la galaxie formée elle-même. La répartition inégale de l'hydrogène, observée au stade initial de la formation de l'univers, explique les différences de tailles des galaxies formées. Là où il aurait dû y avoir une accumulation maximale d'hydrogène gazeux, des mégagalaxies se sont formées. Là où la concentration d'hydrogène était négligeable, des galaxies plus petites sont apparues, comme notre maison stellaire, la Voie lactée.
La version selon laquelle l'Univers est un point de départ et d'arrivée autour duquel gravitent des galaxies à différents stades de développement
A partir de ce moment, l'Univers reçoit les premières formations avec des limites et des paramètres physiques clairs. Ce ne sont plus des nébuleuses, des accumulations de gaz stellaires et de poussières cosmiques (produits d'explosion), des protoamas de matière stellaire. Ce sont des pays vedettes, dont la superficie est immense en termes d'esprit humain. L'univers se remplit de phénomènes cosmiques intéressants.
Du point de vue des justifications scientifiques et du modèle moderne de l'Univers, les galaxies se sont d'abord formées à la suite de l'action des forces gravitationnelles. La matière s'est transformée en un colossal tourbillon universel. Des processus centripètes ont assuré la fragmentation ultérieure des nuages de gaz en amas, qui sont devenus le berceau des premières étoiles. Les protogalaxies avec une période de rotation rapide se sont transformées en galaxies spirales au fil du temps. Là où la rotation était lente et où le processus de compression de la matière était principalement observé, des galaxies irrégulières se formaient, le plus souvent elliptiques. Dans ce contexte, des processus plus grandioses ont eu lieu dans l'Univers - la formation de superamas de galaxies, qui se touchent étroitement par leurs bords.
Les superamas sont de nombreux groupes de galaxies et amas de galaxies dans la structure à grande échelle de l'Univers. À moins d'un milliard de St. années, il y a environ 100 superamas
À partir de ce moment, il est devenu clair que l'Univers est une immense carte, où les continents sont des amas de galaxies et les pays sont des mégagalaxies et des galaxies qui se sont formées il y a des milliards d'années. Chacune des formations est constituée d'un amas d'étoiles, de nébuleuses, d'accumulations de gaz et de poussières interstellaires. Cependant, toute cette population ne représente que 1% du volume total des formations universelles. La masse et le volume principaux des galaxies sont occupés par de la matière noire, dont il est impossible de connaître la nature.
Diversité de l'Univers : classes de galaxies
Grâce aux efforts de l'astrophysicien américain Edwin Hubble, nous avons maintenant les limites de l'univers et une classification claire des galaxies qui l'habitent. La classification était basée sur les caractéristiques structurelles de ces formations géantes. Pourquoi les galaxies ont-elles forme différente? La réponse à cette question et à bien d'autres est donnée par la classification de Hubble, selon laquelle l'Univers est constitué de galaxies des classes suivantes :
- spirale;
- elliptique;
- galaxies irrégulières.
Les premiers comprennent les formations les plus courantes qui remplissent l'univers. Les traits caractéristiques des galaxies spirales sont la présence d'une spirale clairement définie qui tourne autour d'un noyau brillant ou tend vers un pont galactique. Les galaxies spirales avec un noyau sont désignées par les symboles S, tandis que les objets avec une barre centrale ont déjà la désignation SB. Cette classe comprend également notre galaxie de la Voie lactée, au centre de laquelle le noyau est séparé par une barre lumineuse.
Une galaxie spirale typique. Au centre, un noyau avec un pont des extrémités duquel émanent des bras en spirale est clairement visible.
Des formations similaires sont dispersées dans tout l'univers. La galaxie spirale la plus proche de nous, Andromède, est une géante qui se rapproche rapidement voie Lactée. Le plus grand représentant de cette classe que nous connaissons est la galaxie géante NGC 6872. Le diamètre du disque galactique de ce monstre est d'environ 522 000 années-lumière. Cet objet est situé à une distance de 212 millions d'années-lumière de notre galaxie.
La prochaine classe commune de formations galactiques sont les galaxies elliptiques. Leur désignation selon la classification de Hubble est la lettre E (elliptique). En forme, ces formations sont des ellipsoïdes. Malgré le fait qu'il existe de nombreux objets similaires dans l'Univers, les galaxies elliptiques ne sont pas très expressives. Ils se composent principalement d'ellipses lisses remplies d'amas d'étoiles. Contrairement aux spirales galactiques, les ellipses ne contiennent pas d'accumulations de gaz interstellaire et de poussière cosmique, qui sont les principaux effets optiques de la visualisation de tels objets.
Un représentant typique de cette classe, connu aujourd'hui, est une nébuleuse annulaire elliptique dans la constellation de la Lyre. Cet objet est situé à une distance de 2100 années-lumière de la Terre.
Vue de la galaxie elliptique Centaurus A à travers le télescope CFHT
La dernière classe d'objets galactiques qui peuplent l'univers sont les galaxies irrégulières ou irrégulières. La désignation de la classification Hubble est le caractère latin I. La principale caractéristique est une forme irrégulière. En d'autres termes, de tels objets n'ont pas de formes symétriques claires et un motif caractéristique. Dans sa forme, une telle galaxie ressemble à une image de chaos universel, où des amas d'étoiles alternent avec des nuages de gaz et de poussière cosmique. A l'échelle de l'univers, les galaxies irrégulières sont un phénomène fréquent.
À leur tour, les galaxies irrégulières sont divisées en deux sous-types :
- Les galaxies irrégulières du sous-type I ont une structure irrégulière complexe, une surface très dense, qui se distingue par sa luminosité. Souvent, une telle forme chaotique de galaxies irrégulières est le résultat de spirales effondrées. Un exemple typique d'une telle galaxie est le Grand et le Petit Nuage de Magellan ;
- Les galaxies irrégulières de sous-type II ont une surface basse, une forme chaotique et ne sont pas très brillantes. En raison de la diminution de la luminosité, de telles formations sont difficiles à détecter dans l'immensité de l'Univers.
Le Grand Nuage de Magellan est la galaxie irrégulière la plus proche de nous. Les deux formations, à leur tour, sont des satellites de la Voie lactée et pourraient bientôt (dans 1 à 2 milliards d'années) être absorbées par un objet plus grand.
La galaxie irrégulière Le Grand Nuage de Magellan est un satellite de notre galaxie, la Voie lactée.
Malgré le fait qu'Edwin Hubble a assez précisément placé les galaxies en classes, cette classification n'est pas idéale. Nous pourrions obtenir plus de résultats si nous incluions la théorie de la relativité d'Einstein dans le processus de connaissance de l'Univers. L'univers est représenté par une multitude de formes et de structures diverses, chacune ayant ses propres propriétés et caractéristiques. Récemment, les astronomes ont pu détecter de nouvelles formations galactiques décrites comme des objets intermédiaires entre les galaxies spirales et elliptiques.
La Voie lactée est la partie la plus connue de l'univers pour nous.
Deux branches en spirale, situés symétriquement autour du centre, constituent le corps principal de la galaxie. Les spirales, à leur tour, sont constituées de manchons qui s'emboîtent doucement les uns dans les autres. A la jonction des bras du Sagittaire et du Cygne, se trouve notre Soleil, situé du centre de la galaxie de la Voie lactée à une distance de 2,62 10¹⁷ km. Les spirales et les bras des galaxies spirales sont des amas d'étoiles dont la densité augmente à mesure qu'elles se rapprochent du centre galactique. Le reste de la masse et du volume des spirales galactiques est de la matière noire, et seule une petite partie est représentée par le gaz interstellaire et la poussière cosmique.
La position du Soleil dans les bras de la Voie lactée, la place de notre galaxie dans l'Univers
L'épaisseur des spirales est d'environ 2 000 années-lumière. Tout ce gâteau en couches est en mouvement constant, tournant à une vitesse énorme de 200 à 300 km / s. Plus on est proche du centre de la galaxie, plus la vitesse de rotation est élevée. Il faudra au soleil et à notre système solaire 250 millions d'années pour faire une révolution complète autour du centre de la Voie lactée.
Notre galaxie est composée d'un billion d'étoiles, grandes et petites, super lourdes et moyennes. Le groupe d'étoiles le plus dense de la Voie lactée est le bras du Sagittaire. C'est dans cette région que l'on observe le maximum de luminosité de notre galaxie. La partie opposée du cercle galactique, au contraire, est moins brillante et difficilement distinguable par l'observation visuelle.
La partie centrale de la Voie lactée est représentée par un noyau dont les dimensions sont vraisemblablement de 1 000 à 2 000 parsecs. Dans cette région la plus brillante de la galaxie, le nombre maximum d'étoiles est concentré, qui ont des classes différentes, leurs propres voies de développement et d'évolution. Fondamentalement, ce sont de vieilles étoiles super lourdes qui sont au stade final séquence principale. La confirmation de la présence du centre de vieillissement de la galaxie de la Voie lactée est la présence dans cette région un grand nombreétoiles à neutrons et trous noirs. En effet, le centre du disque spirale de toute galaxie spirale est un trou noir supermassif qui, tel un aspirateur géant, aspire les objets célestes et la matière réelle.
Le trou noir supermassif dans la partie centrale de la Voie lactée est l'endroit où meurent tous les objets galactiques.
Quant aux amas d'étoiles, les scientifiques sont aujourd'hui parvenus à classer deux types d'amas : sphériques et ouverts. En plus des amas d'étoiles, les spirales et les bras de la Voie lactée, comme toute autre galaxie spirale, sont composés de matière dispersée et d'énergie noire. Conséquence du Big Bang, la matière est dans un état hautement raréfié, qui est représenté par des particules de gaz et de poussière interstellaires raréfiées. La partie visible de la matière est représentée par les nébuleuses, elles-mêmes divisées en deux types : les nébuleuses planétaires et diffuses. La partie visible du spectre des nébuleuses s'explique par la réfraction de la lumière des étoiles, qui émettent de la lumière à l'intérieur de la spirale dans toutes les directions.
C'est dans cette soupe cosmique que notre système solaire existe. Non, nous ne sommes pas les seuls dans ce cas monde entier. Comme le Soleil, de nombreuses étoiles ont leur propre système planétaire. Toute la question est de savoir comment détecter des planètes lointaines, si les distances même à l'intérieur de notre galaxie dépassent la durée d'existence de toute civilisation intelligente. Le temps dans l'Univers est mesuré par d'autres critères. Les planètes avec leurs satellites sont les plus petits objets de l'univers. Le nombre de ces objets est incalculable. Chacune de ces étoiles qui se trouvent dans la gamme visible peut avoir son propre système stellaire. Il est en notre pouvoir de ne voir que les planètes existantes les plus proches de nous. Ce qui se passe dans le voisinage, quels mondes existent dans d'autres bras de la Voie lactée et quelles planètes existent dans d'autres galaxies, reste un mystère.
Kepler-16 b est une exoplanète autour de l'étoile double Kepler-16 dans la constellation du Cygne
Conclusion
N'ayant qu'une idée superficielle de la façon dont l'Univers est apparu et de son évolution, une personne n'a fait qu'un petit pas vers la compréhension et la compréhension de l'échelle de l'univers. Les dimensions et les échelles grandioses auxquelles les scientifiques doivent faire face aujourd'hui indiquent que la civilisation humaine n'est qu'un moment dans ce faisceau de matière, d'espace et de temps.
Modèle de l'Univers conforme au concept de présence de matière dans l'espace, en tenant compte du temps
L'étude de l'univers va de Copernic à nos jours. Au début, les scientifiques sont partis du modèle héliocentrique. En fait, il s'est avéré que le cosmos n'a pas de véritable centre et que toute rotation, mouvement et mouvement se produit selon les lois de l'Univers. Malgré le fait qu'il existe une explication scientifique aux processus en cours, les objets universels sont divisés en classes, types et types, aucun corps dans l'espace n'est semblable à un autre. Les tailles des corps célestes sont approximatives, ainsi que leur masse. L'emplacement des galaxies, des étoiles et des planètes est conditionnel. Le fait est qu'il n'y a pas de système de coordonnées dans l'Univers. En observant l'espace, nous faisons une projection sur tout l'horizon visible, en considérant notre Terre comme point de référence zéro. En fait, nous ne sommes qu'une particule microscopique, perdue dans les étendues infinies de l'Univers.
L'univers est une substance dans laquelle tous les objets existent en relation étroite avec l'espace et le temps
De la même manière que la liaison aux dimensions, le temps dans l'Univers doit être considéré comme le composant principal. L'origine et l'âge des objets spatiaux vous permettent de faire une image de la naissance du monde, de mettre en évidence les étapes de l'évolution de l'univers. Le système auquel nous sommes confrontés est étroitement lié aux délais. Tous les processus se produisant dans l'espace ont des cycles - début, formation, transformation et final, accompagnés de la mort d'un objet matériel et du passage de la matière à un autre état.
Les principaux éléments de la structure de l'univers : galaxies, étoiles, planètes
Galaxies (du grec. Milky, milky) - systèmes de milliards d'étoiles tournant autour du centre de la galaxie et reliés par une gravité mutuelle et une origine commune,
planètes- des corps qui n'émettent pas d'énergie, avec une structure interne complexe.
Le plus commun corps céleste dans l'univers observable se trouvent les étoiles.
Selon les concepts modernes Une étoile est un objet à plasma gazeux dans lequel la fusion thermonucléaire se produit à des températures supérieures à 10 millions de degrés. POUR.
La luminosité élevée des étoiles, maintenue pendant longtemps, indique la libération d'énormes quantités d'énergie en elles.
Les principales raisons de la forte luminosité des étoiles
- contraction gravitationnelle , conduisant à la libération d'énergie gravitationnelle (typique des jeunes étoiles)
- réactions thermonucléaires , à la suite de quoi les noyaux d'éléments plus lourds sont synthétisés à partir des noyaux d'éléments légers et une grande quantité d'énergie est libérée.
Notre Soleil est une bombe à hydrogène qui brûle lentement.
Des atomes d'éléments plus légers que le fer se forment à la suite de réactions thermonucléaires à l'intérieur des étoiles. Plus lourd que le fer dans les explosions de supernova.
L'évolution des étoiles est un changement des caractéristiques physiques, de la structure interne et composition chimiqueétoiles au fil du temps.
Le processus de formation de corps cosmiques à partir d'un environnement de gaz raréfié et de poussière de gaz sous l'influence des forces gravitationnelles est appelé condensation gravitationnelle
Protoétoile- un fragment dense d'un nuage moléculaire, dans lequel les températures nécessaires au démarrage des réactions thermonucléaires ne sont pas encore atteintes, c'est-à-dire transformer un nuage en étoile.
La fin de l'évolution d'une étoile est déterminée par sa masse.
La dernière étape de l'évolution d'une étoile de masse moyenne et faible (moins de 3-4 masses solaires) est une naine blanche .
L'évolution des étoiles de plus grande masse conduit à la formation d'étoiles à neutrons ou de trous noirs.
À la suite d'un effondrement gravitationnel, une puissante explosion d'étoile se produit, accompagnée de la libération d'une énergie colossale sous forme de rayonnement électromagnétique et de la libération dans l'espace environnant de substances représentant les éléments chimiques de l'ensemble du tableau périodique (les premières observations d'une explosion de supernova ont été faites par des astronomes chinois et japonais en 1054).
Les étoiles agissent comme une sorte de forge d'atomes.
Selon les modèles cosmologiques, la distribution des éléments chimiques dans l'univers se produit à la suite d'explosions de supernovae.
Le système solaire fait partie de l'univers.
Le système géocentrique du monde est une idée qui existait dans l'Antiquité (Aristote et Ptolémée), selon laquelle la Terre repose immobile au centre du monde, et tous les corps célestes se déplacent autour d'elle.
Dans la première moitié du XVIe siècle - 17 scientifiques N. Copernic, G. Galileo, J. Bruno ont développé le système héliocentrique du monde - la doctrine selon laquelle la Terre, comme les autres planètes, tourne autour du Soleil et, en plus , tourne autour de son axe.
système solaire - système planétaire voie Lactée, qui comprend : le Soleil, huit planètes classiques (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), plusieurs planètes naines (Pluton, Xena, etc.), des satellites planétaires, des comètes, des météoroïdes, des poussières cosmiques.
Le corps central du système solaire, dans lequel la grande majorité de sa masse (environ 99,9 %) est concentrée, est le Soleil.
Selon les concepts modernes, le système solaire s'est formé à la suite de la compression d'un nuage de gaz et de poussière il y a environ 5 milliards d'années.
On pense que l'évolution du disque protoplanétaire s'est déroulée sur 1 million d'années. Il y a eu une adhésion de particules dans la partie centrale de ce disque, ce qui a conduit par la suite à la formation d'amas de particules, d'abord petits, puis plus gros.
Dans les années 40 du 20ème siècle. L'académicien O.Yu.Schmidt a avancé l'hypothèse généralement acceptée sur la formation de la Terre et d'autres planètes à partir de corps préplanétaires solides et froids. Ces corps sont appelés planétésimaux.
Ce concept est confirmé par les résultats de simulations informatiques.
Cependant, il existe également d'autres modèles.
Des données suffisamment précises sur l'âge de la Terre sont obtenues en analysant les transformations radioactives des éléments terrestres et des météorites.
CONTENU CONCEPTUEL DES SCIENCES DE LA TERRE.
La structure de la terre.
La Terre est la troisième planète du système solaire.
La terre représente solide, entouré de coquilles d'eau et de gaz - l'hydrosphère et l'atmosphère.
La terre n'est pas une sphère parfaite. Il est aplati aux pôles et élargi vers l'équateur. La forme de la Terre est un sphéroïde ou un ellipsoïde de révolution. Avec une grande précision, la forme de la Terre n'a été déterminée qu'au XXe siècle. à l'aide d'appareils installés sur des satellites artificiels.
Le rayon moyen de la Terre est de 6370 km.
La surface de la Terre est de 510 millions de km². Environ 71% de la surface de la Terre est occupée par l'océan mondial (361 millions de km 2), 29% est la terre (149 millions de km 2)
Distinguer interne croûte terrestre, manteau, noyau) et externe ( hydrosphère, atmosphère)
coquilles de la terre. Les entrailles de la Terre sont tout aussi inaccessibles à l'étude directe que les galaxies. Les matériaux qui composent la Terre solide sont opaques et denses. Leur étude directe n'est possible qu'à des profondeurs qui constituent une partie insignifiante du rayon terrestre (la plus puits profond environ 12 km sur la péninsule de Kola).
Le problème de la structure de la Terre est résolu, principalement uniquement par des méthodes indirectes.
Les informations les plus fiables sur la structure interne de la Terre nous donnent sismographie- enregistrement des vibrations sismiques lors des tremblements de terre.
la croûte terrestre - la coquille extérieure solide de la Terre.
Son épaisseur est inégale: sur les continents 30-40 km, sous les montagnes (Pamir, Andes) - jusqu'à 70 km, sous les océans - 5-10 km.
La moitié de la masse totale de la croûte est constituée d'oxygène (à l'état lié).
Les caractéristiques géologiques de la croûte terrestre sont déterminées par les actions combinées de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la biosphère sur celle-ci. La composition de l'écorce et des coquilles externes est continuellement mise à jour.
Manteau (traduit du grec "voile, manteau)
Sous la croûte terrestre, plus près du centre de la terre, il y a une couche de près de 2900 km d'épaisseur, appelée le manteau. Le manteau est la coquille la plus puissante de la Terre.
Les scientifiques suggèrent que le manteau se compose principalement de composés de silicium.
Le manteau existe sous la forme de deux couches sphériques - le manteau inférieur et supérieur. L'épaisseur de la partie inférieure du manteau est de 2000 km, la partie supérieure est de 900 km.
Lithosphère - formé par la croûte terrestre et la partie solide supérieure du manteau (environ 100 km d'épaisseur).
Asthénosphère - la partie inférieure du manteau supérieur est à l'état fondu. La lithosphère, pour ainsi dire, "flotte" en elle. L'asthénosphère contient les foyers des volcans. Les processus qui se produisent dans le manteau déterminent le mouvement tectonique, la formation de magma et l'activité volcanique.
Noyau terrestre. Sous le manteau se trouve le noyau de la terre avec un rayon d'environ 3500 km. Le coeur est constitué d'une enveloppe externe à l'état liquide (2200 km d'épaisseur) et d'une sous-coeur interne solide (1250 km).
L'état liquide du noyau externe est associé à des idées sur la nature du magnétisme terrestre.
Lors de la transition du manteau au noyau, les propriétés physiques substances, apparemment à la suite d'une pression élevée. Le noyau de la Terre est encore un mystère pour la science. Avec une certaine certitude, on ne peut parler que de son rayon et de sa température ~ 4000-5000 0 C.
La composition chimique du noyau est le fer et le nickel.
Théorie des plaques lithosphériques.
L'influence des processus internes sur l'évolution des structures géologiques de la Terre est actuellement expliquée par la théorie des plaques lithosphériques.
Selon cette théorie, toute la lithosphère est divisée par des zones actives étroites - des failles profondes - en blocs rigides séparés flottant dans la couche plastique du manteau supérieur (asthénosphère).
Tous les changements qui se produisent à la surface de la planète sont associés au mouvement de ces plaques sur celle-ci. Les plus grandes des plaques sont l'Antarctique, l'Australie, l'Amérique du Sud, le Pacifique, l'Amérique du Nord et l'Eurasie. Le nombre et la position des plaques changeaient d'époque en époque. Les plaques peuvent avancer, se retourner, se heurter et diverger. La naissance des plaques et leur retour dans le manteau ont lieu dans les océans.
Le long des limites des plaques lithosphériques, il existe des zones d'activité tectonique accrue (par exemple l'arc insulaire Kourile-Kamtchatka).
Quelle est la force motrice des « continents flottants » ? Comme le montrent les données des mesures thermodynamiques et sismiques, il existe des variations de température et de densité à l'intérieur du manteau, à la suite desquelles la circulation de la matière se produit: chaude et moins matériau dense monte, se refroidit et, avec une augmentation de densité, s'enfonce dans les profondeurs. Une petite différence de température suffit pour que le manteau en plastique commence à se déplacer lentement et force les blocs de la lithosphère à se déplacer.
Presque tous ces mouvements de plaques sont maintenant confirmés par des mesures directes à l'aide de méthodes de géodésie astronomique et satellitaire de haute précision. Maintenant, leurs vitesses ont été mesurées, qui vont de quelques mm à 10-18 cm par an.
La théorie des plaques lithosphériques tectoniques a considérablement modifié la vision du monde et les idées sur l'évolution de notre planète. Il a aussi des aspects pratiques. Nous avons une meilleure compréhension de la nature des tremblements de terre et avons pu améliorer leur prédiction. Connaissant les lignes de faille de la croûte terrestre, le long desquelles se produit le déplacement des plaques, il est possible d'observer ce déplacement. S'il ralentit ou s'arrête, cela indique la probabilité d'un choc sismique imminent ou d'une série de tels chocs. La théorie des plaques lithosphériques a rendu la distribution des minéraux plus compréhensible.
En général, les dimensions de la Terre sont constantes, en raison des champs géophysiques agissant sur la Terre (gravitationnels, magnétiques, électriques et thermiques.)
Hydrosphère
L'hydrosphère est comprise comme la totalité de toutes les eaux de la Terre, qui sont à l'état solide, liquide et gazeux.
C'est l'océan eau fraiche rivières et lacs, eaux glaciaires et souterraines.
Fonctions de l'hydrosphère terrestre :
- régule la température de la planète,
- assure la circulation des substances,
- fait partie intégrante de la biosphère.
Atmosphère - une coquille gazeuse qui entoure la Terre et tourne avec elle dans son ensemble.
Selon la composition chimique, l'atmosphère terrestre est un mélange de gaz, composé principalement d'azote (78 % vol.) et d'oxygène (21 % vol.).
L'atmosphère terrestre est divisée en couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère et exosphère.
Troposphère - C'est la couche inférieure de l'atmosphère qui détermine le temps qu'il fait sur notre planète. Son épaisseur est de 10 (aux latitudes polaires) -18 km (sous les tropiques). La pression et la température diminuent avec l'altitude jusqu'à -55°C.
La troposphère contient plus de 80 % de la masse de l'atmosphère et presque toute la vapeur d'eau.
Stratosphère- jusqu'à 50-55 km d'altitude.
La partie inférieure de la stratosphère a une température constante, dans la partie supérieure il y a une augmentation de la température. La stratosphère contient la couche d'ozone, qui absorbe les rayons ultraviolets agressifs.
La stratosphère est caractérisée par un air exceptionnellement sec. Les processus dans la stratosphère n'affectent pratiquement pas le temps.
Mésosphère - une couche située au-dessus de la stratosphère à des altitudes de 55 à 85 km.
Thermosphère (ionosphère) est située au-dessus de la mésosphère à des altitudes d'environ 85 à 800 km de la surface de la Terre. Les principaux processus d'absorption et de conversion des rayons solaires ultraviolets et X s'y déroulent.
L'ionosphère se compose principalement de particules ionisées (plasma) qui ont la capacité de réfléchir les ondes radio courtes. Dans la thermosphère, les météorites ralentissent et brûlent. Ainsi, la thermosphère remplit la fonction de couche protectrice de la Terre et permet également des communications radio à longue portée.
L'exosphère est la partie la plus externe de la haute atmosphère terrestre avec une faible concentration d'atomes neutres.
CONCEPTS CHIMIQUES
Les sciences naturelles en tant que science des phénomènes et des lois de la nature comprennent l'une des branches les plus importantes - la chimie.
Chimie - la science de la composition, de la structure interne et de la transformation des substances, ainsi que les mécanismes de ces transformations.
Les phénomènes qui s'accompagnent de la transformation d'une substance en une autre sont appelés chimiques.
La principale tâche pratique de la chimie est d'obtenir des substances ayant les propriétés souhaitées (science appliquée).
La science fondamentale cherche des moyens de contrôler les propriétés de la matière, en créant base théorique connaissances chimiques.
Il y a quatre étapes principales dans le développement de la chimie :
- La doctrine de la composition de la matière (depuis le XVIIe siècle).
- Chimie structurale (depuis le 19ème siècle).
- La doctrine des procédés chimiques (depuis le milieu du XXe siècle).
- Chimie évolutive (depuis 70 ans du XXe siècle).
En même temps, chaque nouvelle étape surgissait à partir de la précédente et l'incluait sous une forme transformée.
Robert Boyle en 1660 donne la définition d'un élément chimique : x élément chimique – c'est un corps simple, limite de la décomposition chimique d'une substance, passant sans changement de la composition d'un corps complexe à la composition d'un autre.
Vers le milieu du 19ème siècle. les scientifiques avaient déjà des connaissances sur 63 éléments chimiques. L'analyse comparative a montré que de nombreux éléments ont des propriétés physiques et chimiques similaires et qu'ils peuvent être combinés en groupes, créant ainsi une classification des éléments chimiques.
DI. Mendeleev en 1869 a découvert la loi périodique des éléments chimiques. C'est l'une des lois fondamentales des sciences naturelles.
Mendeleïev pensait que la base de la classification des éléments chimiques était leur poids atomiques. La loi périodique dans son interprétation était formulée comme suit: " Les propriétés des corps simples, ainsi que les formes et les propriétés des composés d'éléments, dépendent périodiquement de la valeur des poids atomiques des éléments».
La signification physique de la loi périodique D.I. Mendeleïev ouvert à la création théorie moderne structure de l'atome et se compose dans le changement périodique des propriétés des éléments chimiques en fonction de la charge du noyau.
Atome
- la plus petite unité structurelle d'un élément qui conserve ses propriétés chimiques.
Le diamètre d'un atome est égal à plusieurs angströms (A \u003d 10 -8 cm ou 10 -10 m)
Un atome est constitué d'une charge positive noyaux et chargé négativement coquille d'électrons.
noyau d'atome se compose de particules de deux types : chargées positivement protons et non facturé neutrons.
Élément chimique Un type d'atome avec la même charge nucléaire. Dans les transformations chimiques, l'atome conserve la charge du noyau et, par conséquent, son individualité. Les atomes de nouveaux éléments ne peuvent pas être formés dans des réactions chimiques.
Pour respecter la règle de l'électroneutralité des atomes, il faut que le nombre de neutrons et de protons dans un atome soit le même. Mais le nombre de neutrons dans le noyau d'un atome peut varier.
isotopes - atomes du même élément, ayant un nombre différent de neutrons dans le noyau et, par conséquent, des masses différentes.
Lors de l'étude des isotopes, il a été constaté qu'ils ne diffèrent pas dans propriétés chimiques, qui, comme on le sait, sont déterminés par la charge des noyaux et ne dépendent pas de la masse du noyau.
Exemples d'isotopes: isotopes de l'uranium - 235 U et 238 U (radioactif - se transforme en un isotope stable du plomb 206 Pb.)
isotopes de l'hydrogène - 1 H - protium (le noyau est constitué d'un proton)
2 D - deutérium, (le noyau est constitué d'un proton et d'un neutron)
3 T - tritium, (le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons).
Chlore-35 et Chlore-37 sont des isotopes du chlore
La variété des objets étudiés dans le cadre de la chimie ne se limite nullement aux isotopes et aux atomes. Les éléments chimiques sont combinés dans des systèmes plus complexes appelés composés chimiques.
Composé chimique
- c'est une substance constituée d'atomes d'un ou plusieurs éléments qui sont combinés en particules - molécules, complexes, cristaux ou autres agrégats.
liaison chimique
- une liaison entre les atomes d'une molécule ou d'un composé moléculaire, résultant soit du transfert d'un électron d'un atome à un autre ( ionique), ou la socialisation des électrons par une paire (ou un groupe) d'atomes ( covalent).
Le développement des connaissances sur les phénomènes chimiques a permis d'établir que non seulement sa composition chimique, mais aussi la structure des molécules ont une grande influence sur les propriétés d'une substance.
En 1861, l'éminent chimiste russe A.M. Butlerov a créé et justifié théorie de la structure chimique des composés organiques. La portée pratique de cette théorie qui était elle a donné lieu au développement synthèse organique . Il y avait une opportunité pour une transformation qualitative ciblée des substances, la création d'un schéma pour la synthèse de tout composants chimiques, y compris ceux jusqu'alors inconnus.
Pour obtenir de nouveaux matériaux, la connaissance de la composition et de la structure des composés n'était manifestement pas suffisante. Il fallait aussi tenir compte des conditions réactions chimiques qui a amené la chimie à un niveau qualitativement nouveau de son développement.
La science des conditions, des mécanismes et des taux de réactions chimiques s'appelle cinétique chimique.
Dans les années 60-70. 20ième siècle est apparu chimie évolutive comme le plus haut niveau de développement des connaissances chimiques. C'est la science de l'auto-organisation et de l'auto-développement. systèmes chimiques. Il est basé sur des idées sur le processus général d'évolution dans l'Univers et sur la sélection des éléments chimiques.
Sous processus évolutifs en chimie comprendre les processus de synthèse spontanée de nouveaux composés chimiques, qui sont des produits plus complexes et hautement organisés par rapport aux substances d'origine.
Le début de la chimie évolutive a été posé avec le développement de la théorie de l'évolution biochimique, qui explique l'origine de la vie sur terre à la suite de processus obéissant à des lois physiques et chimiques.
La chimie évolutive est à juste titre considérée comme de la prébiologie.
À la suite de l'évolution biochimique à partir d'un minimum d'éléments chimiques et de composés chimiques, un complexe complexe hautement organisé s'est formé - un biosystème.
La base des systèmes vivants sont six éléments - organogènes: (C, H, O, N, P, S), carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore et soufre. La fraction pondérale totale de ces éléments dans les organismes est d'environ 97,4 %.
Ils sont suivis de 12 autres éléments qui participent à la construction de nombreux composants physiologiquement importants des biosystèmes : sodium, potassium, calcium, magnésium, aluminium, fer, silicium, chlore, cuivre, zinc, cobalt, nickel. Leur fraction pondérale dans les organismes est d'environ 1,6 %.
Nouvelle chimie évolutive - imitation de la nature vivante. Un réacteur chimique apparaît comme une sorte de système vivant, qui se caractérise par l'auto-développement et certains traits comportementaux.
IMAGE BIOLOGIQUE DU MONDE
Actuellement, la science qui se développe le plus dynamiquement est la biologie - la science de la vie et de la faune.
Dans la structure des connaissances biologiques, il existe aujourd'hui plus de 50 sciences spéciales, ce qui est principalement dû à la complexité de l'objet principal de la recherche biologique - la matière vivante.
Les tâches principales de la biologie sont de donner une définition scientifique de la vie, de souligner la différence fondamentale entre les êtres vivants et non vivants, de découvrir les spécificités de la forme biologique de l'existence de la matière.
La vie est très complexe, diversifiée, multicomposante et multifonctionnelle. A ce jour, la science ne dispose pas d'une définition suffisamment précise de la vie.
Vie représente forme supérieure existence et mouvement de la matière avec deux traits caractéristiques : autoreproduction et métabolisme régulé avec l'environnement.
Différences fondamentales entre vivant et non-vivant :
Sur le plan matériel: la composition du vivant comprend nécessairement des biopolymères - protéines et acides nucléiques (ADN et ARN).
Structurellement : Les êtres vivants diffèrent des êtres non vivants par leur structure cellulaire.
Fonctionnellement : les corps vivants sont caractérisés par la reproduction d'eux-mêmes sur la base du code génétique.
Les propriétés les plus importantes des systèmes vivants qui les distinguent de la nature inanimée (inerte) comprennent :
- échange de matière, d'énergie et d'information avec l'environnement (systèmes ouverts) ;
- auto-reproduction ( la reproduction);
- structure complexe et organisation systémique;
- régulation active de sa composition et de ses fonctions (homéostasie);
- maintenir son propre ordre aux dépens de l'énergie de l'environnement extérieur;
- mobilité;
- irritabilité;
- adaptabilité;
- capacité à grandir et à se développer;
- chiralité moléculaire (asymétrie miroir).
Cependant, une distinction strictement scientifique entre vivant et non-vivant se heurte à certaines difficultés. Les virus sont une forme de transition du non-vivant au vivant. Ce sont les plus petits organismes acellulaires, 2 ordres de grandeur plus petits que les bactéries. En dehors des cellules d'un autre organisme, elles ne possèdent aucun des attributs d'un organisme vivant. Ils ont un appareil héréditaire, mais ils ne possèdent pas les enzymes nécessaires au métabolisme. Par conséquent, ils ne peuvent croître et se multiplier qu'en pénétrant dans les cellules de l'organisme hôte.
Cellule possède toutes les propriétés de base d'un système vivant : métabolisme et énergie (métabolisme), reproduction et croissance, réactivité et mouvement. C'est la plus petite structure et unité fonctionnelle vivant.
La structure cellulaire de tous les organismes vivants, la similitude de la structure des cellules et de leur composition chimique sert de preuve de l'unité du monde organique.
La diversité des organismes vivants peut être ordonnée selon les niveaux de leur complexité et de leur spécificité de fonctionnement.
Les niveaux classiques de la biologie moderne sont :
- Génétique moléculaire(sur lequel les problèmes de génétique, de génie génétique et de biotechnologie sont résolus).
- Cellulaire(reflétant les caractéristiques de fonctionnement et de spécialisation des cellules, caractéristiques intracellulaires).
- ontogénétique(organismique) (tout sur les individus individuels : structure ; physiologie, comportement).
- population-espèce(formé par le croisement libre d'individus de la même espèce).
- biosphère(biogéocénotique) (considérant l'intégrité de tous les organismes vivants et de l'environnement, générant l'écologie globale de la planète).
Chaque niveau précédent est inclus dans le suivant, formant un tout unique d'un système vivant.
L'homme s'est toujours intéressé à la naissance de la vie sur Terre et à toute la diversité existante du monde animal et végétal.
Par conséquent, en biologie, comme dans aucune autre science, les méthodes d'analyse, de systématisation et de classification du matériel empirique ont joué et jouent un rôle important.
Comme toute science naturelle, la biologie a commencé à se développer en tant que science descriptive (phénoménologique) des diverses formes, types et relations du monde vivant.
Systématique - science biologique sur la diversité de tous les organismes existants et disparus, sur les relations et la parenté entre leurs différents groupes (taxons).
Les bases de la systématique ont été posées à la fin du XVIIe - la première moitié du XVIIIe siècle dans les travaux de J. Ray (1693) et C. Linnaeus (1735).
Évolution
en biologie, il représente le développement d'organismes complexes à partir d'organismes plus simples. Évolution - changements historiques dans les caractéristiques héréditaires des organismes, développement historique irréversible de la faune.
La victoire de l'idée évolutionniste au XIXe siècle. mettre fin à la science par la foi en la création divine des êtres vivants et de l'homme.
Les premières théories évolutionnistes ont été créées par deux grands scientifiques du 19ème siècle - J. B. Lamarck et C. Darwin.
La véritable révolution de la biologie est liée à l'avènement de en 1859. La théorie de l'évolution de Ch. Darwin, exposée par lui dans le livre " Origine des espèces par sélection naturelle».
théorie de l'évolution Darwin est construit sur trois postulats : variabilité, hérédité et sélection naturelle.
C'est la variabilité qui est le premier et principal maillon de l'évolution.
Variabilité est la capacité des organismes à acquérir de nouvelles propriétés et caractéristiques.
Darwin a identifié deux formes de variabilité :
- défini ( modification adaptative). C'est la capacité de tous les individus d'une même espèce, sous certaines conditions environnementales, à répondre de la même manière à ces conditions (climat, sol) ; pas hérité
- indéfini ( mutation). Son caractère est indirectement lié aux changements des conditions extérieures, il est hérité.
Hérédité - c'est la propriété des organismes de répéter dans un certain nombre de générations des types similaires de métabolisme et de développement individuel en général.
Sélection naturelle - est le résultat de la lutte pour l'existence et signifie la survie et la reproduction réussie des organismes les plus adaptés.
L'essence du processus évolutif est l'adaptation continue des organismes vivants à diverses conditions environnementales et l'émergence d'organismes de plus en plus complexes.
L'émergence de la génétique.
Gène - une unité de matériel héréditaire responsable de la formation de tout trait élémentaire, est une section de la molécule d'ADN.
Chromosomes - ce sont les éléments structurels du noyau cellulaire, qui consistent en une molécule d'ADN et des protéines, contiennent un ensemble de gènes contenant des informations héréditaires.
En 1944, des biochimistes américains (O. Avery et autres) ont découvert que le porteur de la propriété de l'hérédité est ADN (acide désoxyribonucléique) acide)
Depuis ce temps, le développement rapide de la biologie moléculaire a commencé.
Biologie moléculaire - une science qui étudie les principales manifestations de la vie au niveau moléculaire.
La biologie moléculaire étudie comment et dans quelle mesure la croissance et le développement des organismes, le stockage et la transmission de l'information héréditaire, la conversion de l'énergie dans les cellules vivantes et d'autres phénomènes sont déterminés par la structure et les propriétés des molécules biologiquement importantes (principalement les protéines et les molécules nucléiques). acides).
En 1953, la structure de l'ADN a été déchiffrée (F. Crick, D. Watson).
Riz. Double hélice d'ADN
Le rôle biologique de l'ADN est de stocker et de reproduire des informations génétiques, et ARN (ribonucléique acide) dans sa mise en œuvre.
L'ADN et l'ARN fournissent au nouvel organisme des informations sur la façon dont il devrait être construit et comment il devrait fonctionner.
La propriété de duplication (réplication) de l'ADN fournit le phénomène de l'hérédité.
Code génétique - il s'agit d'un système unique "d'enregistrement" des informations héréditaires inhérentes aux organismes vivants sous la forme d'une séquence de nucléotides. L'unité du code génétique est un triplet de nucléotides.
Universalité du code génétique - dans tous les organismes de la Terre, les mêmes triplets de nucléotides codent pour les mêmes acides aminés
Génome - un ensemble de gènes contenus dans un même ensemble de chromosomes d'une cellule animale ou végétale donnée.
Génotype - l'ensemble de tous les gènes contenus dans les molécules d'ADN d'un organisme donné. C'est un système qui contrôle le développement, la structure et l'activité vitale du corps.
Phénotype - l'ensemble de toutes les caractéristiques d'un organisme. Le phénotype est le résultat de l'interaction entre le génotype et l'environnement.
pool génétique - l'ensemble des gènes d'une population, d'un groupe d'individus ou d'une espèce donnée.
Le nombre de gènes dans le corps humain est de 20 000 à 25 000 et le génome entier compte plus de 3 milliards de paires de nucléotides (selon les résultats du Human Genome Project).
mutation sont des changements dans la séquence des nucléotides dans les molécules d'ADN. Les mutations sont un phénomène extrêmement rare de transmission inexacte d'informations génétiques, lorsque les chromosomes d'une nouvelle cellule ou de nouveaux gènes ne sont pas tout à fait similaires aux anciens.
Théorie moderne (synthétique) de l'évolution est une synthèse de la génétique et du darwinisme. Il est apparu vers la fin des années 1920. XXe siècle et considère la population comme une structure élémentaire de l'évolution.
population - un ensemble d'individus d'une même espèce, occupant longtemps un certain espace et se reproduisant sur un grand nombre de générations.
Le changement héréditaire d'une population dans une direction particulière s'effectue sous l'influence de facteurs évolutifs tels que le processus de mutation, les vagues de population, l'isolement, la sélection naturelle.
Ontogénèse - un ensemble de transformations qui se produisent dans le corps de la naissance à la fin de la vie, c'est-à-dire le développement individuel du corps.
Ainsi, dans la théorie synthétique de l'évolution, ce n'est pas l'ontogenèse qui est mise en avant, mais le développement des populations.
Biocénose - ensemble de populations cohabitantes différents types les organismes vivants.
Autotrophes - des organismes capables de synthétiser indépendamment de la matière organique à partir de composés inorganiques.
Hétérotrophes - les organismes qui utilisent pour l'alimentation des substances organiques produites par d'autres organismes.
Les plantes et les micro-organismes autotrophes représentent le milieu de vie des hétérotrophes. Un complexe biogéocénotique se forme qui peut exister pendant des siècles.
Biosphère - l'espace, y compris l'atmosphère proche de la Terre et l'enveloppe externe de la Terre, maîtrisée par les organismes vivants et sous l'influence de leur activité vitale. La nature et son habitat.
Concepts d'origine de la vie
L'émergence de la vie sur Terre et sa biosphère est l'un des principaux problèmes des sciences naturelles modernes.
Concepts de base de l'origine de la vie sur terre :
1) créationnisme(lat. création "création") la vie a été créée par le Créateur à un certain moment;
2) notion d'état stable(la vie a toujours existé);
3) panspermie(la vie a été amenée sur Terre depuis l'espace);
4) abiogenèse- Génération spontanée. Selon cette théorie, la vie est née et surgit à plusieurs reprises de la matière inanimée. Cette théorie a été diffusée dans La Chine ancienne, Babylone, Égypte. Aristote, qui est souvent appelé le fondateur de la biologie, développant les déclarations antérieures d'Empédocle sur l'évolution des êtres vivants, a adhéré à la théorie de la génération spontanée de la vie.
5) biogenèse Tous les êtres vivants proviennent d'êtres vivants. Le principe « La vie naît uniquement des êtres vivants » a reçu en science le nom de Principe de Redi. C'est ainsi que s'est développé le concept de biogenèse selon lequel la vie ne peut naître que d'une vie antérieure. Au milieu du XIXe siècle, L. Pasteur réfute définitivement la théorie de la génération spontanée et prouve la validité de la théorie de la biogenèse.
6) évolution biochimique(le modèle dominant actuel). La vie est née spontanément de la matière non vivante dans les conditions spécifiques de l'ancienne Terre à la suite de processus obéissant à des lois physiques et chimiques.
Il convient de souligner que l'une des différences les plus importantes entre la théorie de l'évolution biochimique et la théorie de la génération spontanée (spontanée) est que, selon la théorie de l'évolution, la vie est apparue dans des conditions inadaptées au biote moderne !
- haute température, environ 400 ° C;
- une atmosphère constituée de vapeur d'eau, CO 2 , CH 4 , NH 3 ;
- la présence de composés soufrés (activité volcanique) ;
- activité électrique élevée de l'atmosphère;
- rayonnement ultraviolet du Soleil, qui atteint librement les couches inférieures de l'atmosphère et la surface de la Terre, puisque la couche d'ozone ne s'est pas encore formée.
La plupart des scientifiques sont d'avis que sur Terre, l'évolution chimique a conduit à l'origine spontanée de la vie dans l'intervalle de temps entre 4,5 et 3,8 milliards d'années. La dernière hypothèse dans les années 20 du XXe siècle a été exprimée par le scientifique russe A.I. Oparin et l'Anglais J. Haldane. Il a formé la base des idées modernes sur l'origine de la vie sur Terre.
L'hypothèse de l'académicien A. I. Oparin sur l'origine de la vie sur Terre (1924) repose sur l'idée d'une complication progressive de la structure chimique et de l'apparition morphologique des précurseurs de la vie (probiontes) sur le chemin des organismes vivants.
Dans le processus d'émergence de la vie sur Terre, il y a plusieurs étapes principales:
Évolution chimique :
- synthèse abiogénique de composés organiques de bas poids moléculaire à partir de composés inorganiques
- synthèse de biopolymères proches des acides nucléiques et des protéines ;
- la formation de coacervats (systèmes déphasés de composés organiques séparés du milieu extérieur par des membranes) capables d'échanger de la matière et de l'énergie avec le milieu. L'absorption des métaux par les coacervats conduit à la formation d'enzymes qui accélèrent les processus biochimiques ;
- la formation de probiontes (précurseurs de la vie). Développement au cours de l'évolution dans les coacervats des processus d'autorégulation, d'autoreproduction et de la capacité d'effectuer les fonctions vitales les plus importantes - grandir et subir la sélection naturelle.
évolution biologique
- L'émergence des procaryotes à partir des probiontes
- amélioration de la structure et des fonctions de la cellule (eucaryotes, organismes multicellulaires, etc.)
La partie la plus difficile du problème de l'émergence de la vie est la transition des biopolymères aux premiers êtres vivants. À la suite de l'interaction des acides nucléiques et des protéines, de l'émergence de membranes à perméabilité sélective, des probiontes se forment capables de s'auto-reproduire. En termes d'évolution, les probiontes étaient les prédécesseurs des procaryotes (organismes unicellulaires non nucléaires).
L'évolution biologique correcte commence avec la formation organisation cellulaire et suit en outre la voie de l'amélioration de la structure et des fonctions de la cellule, la formation d'une organisation multicellulaire, la division du vivant dans les règnes des plantes, des animaux, des champignons, avec leur différenciation ultérieure en espèces.
Développement de la vie sur terre
catarchéen - l'ère géologique de la Terre depuis sa formation jusqu'à l'origine de la vie (il y a 4,6 à 3,5 milliards d'années).
archée - l'ère géologique la plus ancienne, distinguée dans la géochronologie de la Terre (il y a 3,5 à 2,6 milliards d'années).
A l'époque de l'Archéen, l'apparition des premiers procaryotes(bactéries et algues bleu-vert) - organismes qui, contrairement aux eucaryotes, n'ont pas de noyau cellulaire formalisé et d'appareil chromosomique typique ( informations héréditaires réalisé et transmis par l'ADN).
La première période de développement du monde organique sur Terre (archaea) est caractérisée par le fait que Les organismes vivants primaires étaient anaérobies(vécu sans oxygène) et hétérotrophe celles. nourris et reproduits à partir de la "soupe organique" issue de systèmes inorganiques.
Le passage à la photosynthèse et à la nutrition autotrophe a été un grand bouleversement révolutionnaire dans l'évolution du vivant (il y a environ 3 milliards d'années).
Elle s'est terminée il y a environ 1,8 milliard d'années ( Protérozoïque) et a conduit à d'importantes transformations sur Terre. Le sol se forme. Dans l'atmosphère, la teneur en méthane, ammoniac, hydrogène diminue et l'accumulation de dioxyde de carbone et d'oxygène commence. L'atmosphère primaire de la Terre a été remplacée par une secondaire, l'oxygène ; une couche d'ozone est apparue, ce qui a réduit l'exposition aux rayons ultraviolets, et donc arrêté la production d'une nouvelle « soupe bio » ; la composition de l'eau de mer a changé, elle est devenue moins acide. De cette façon, conditions modernes sur Terre ont été en grande partie créés par l'activité vitale des organismes.
Protérozoïque - une étape énorme du développement historique de la Terre (il y a 2,6 milliards - 570 millions d'années).
Dans l'ère protérozoïque la plus ancienne de l'histoire de la Terre, l'étape initiale de l'émergence de la biosphère est réalisée. Il n'y a pratiquement aucune information fiable sur la biosphère de cette époque. Il semble qu'à cette époque seules les formes de vie les plus primitives pouvaient exister.
Protérozoïque(du grec "vie primaire") - une ère géologique au cours de laquelle les formes unicellulaires et coloniales ont été remplacées par des formes multicellulaires. La fin du Protérozoïque est parfois appelée "l'âge des méduses" - des représentants des cavités intestinales, qui étaient très courantes à cette époque.
Paléozoïque (du grec "vie ancienne") - ère géologique (570-230 millions d'années). Au Paléozoïque, la terre a été conquise par des plantes et des animaux multicellulaires.
Mésozoïque (du grec "milieu de la vie") est une ère géologique (230 - 67 millions d'années)
L'ère mésozoïque est caractérisée par l'apparition de nombreuses espèces d'animaux grands et géants, notamment des reptiles et des reptiles.
Le Mésozoïque est appelé à juste titre l'ère des reptiles.
L'ère géologique dans laquelle nous vivons est appelée Cénozoïque.
Cénozoïque (du grec. " nouvelle vie”) est l'ère (67 millions d'années - notre époque) des plantes à fleurs, des insectes, des oiseaux et des mammifères.
Origines humaines
Homo sapiens - une personne raisonnable appartient à l'ordre des primates, au sous-ordre des grands singes, à la famille - les gens.
Les premiers primates sont apparus il y a environ 70 millions d'années, les premiers grands singes - il y a 34 millions d'années.
La comparaison de l'ADN des humains et des animaux vous permet d'établir le degré de relation entre leurs organismes. Il s'est avéré que l'ADN du gorille et du chimpanzé diffère de l'humain de moins de 3 %, tandis que les différences avec les singes inférieurs dépassent 10 %.
Actuellement, la plupart des experts pensent que le prédécesseur le plus proche de l'homme est les australopithèques- mammifères dressés. Des restes osseux d'australopithèques, dont l'âge varie de 5 à 2,5 millions d'années, ont été découverts pour la première fois en 1924 en Afrique du Sud. Les australopithèques fabriquaient des outils de pierre, utilisaient peut-être même le feu, mais ni la parole ni structure sociale ils ne l'avaient pas - c'est une branche sans issue de l'évolution.
Des vestiges retrouvés en Afrique homme habile"- Zinjantrop, qui a vécu il y a 2 millions d'années. Il possédait déjà des caractéristiques humaines telles que la marche droite et un développement notable de la main. En même temps, le nom "habile" lui a été donné pour la capacité de fabriquer et d'utiliser des outils de pierre primitifs. De plus, le développement de l'homme moderne peut être tracé plus clairement: Pithécanthrope(il y a 1,9 à 0,65 millions d'années); synanthrope(il y a 400 mille ans), Néandertal, qui est apparu selon diverses sources il y a 200 à 150 mille ans, et, enfin, Cro Magnon, notre ancêtre immédiat, né il y a 200 à 40 mille ans.
Donc la séquence de nos ancêtres est :
homme qualifié(Homo habilis)
l'homo erectus(L'homo erectus)
- Pithécanthrope
- synanthrope
homme raisonnable(Homo sapiens)
- Néandertal (branche sans issue),
- Cro Magnon,
Il convient de noter que l'anthropogenèse ne doit pas être présentée comme un processus linéaire. Il convient de garder à l'esprit que l'évolution s'effectue dans le processus d'émergence constante de nouvelles branches (bifurcations), dont la plupart disparaissent très rapidement. Dans chaque période, il existe de nombreuses lignes évolutives parallèles descendant d'un ancêtre commun.
SCIENCES NATURELLES POST-NON-CLASSIQUES (INTÉGRALES).
À la fin du XXe et au début du XXIe siècle, les sciences naturelles sont entrées dans une nouvelle phase historique de leur développement - au niveau science post-non classique(sciences naturelles intégrales).
La science moderne est basée sur le concept évolutionniste-synergique : le mécanisme principal de l'origine et du développement de l'Univers est l'évolutionnisme universel et l'auto-organisation.
L'image moderne des sciences naturelles du monde est évolutive.
Le concept et les principes de la synergie.
Les sciences naturelles classiques et non classiques sont unies par un trait commun : le sujet de la connaissance pour elles est des systèmes simples, clos, isolés, réversibles dans le temps).
Distinguer les systèmes simples des systèmes complexes.
Systèmes simples consistent en un petit nombre de variables indépendantes, dont les relations sont décrites par des équations linéaires, susceptibles de traitement mathématique et soumises à des lois universelles.
Systèmes complexes se composent d'un grand nombre de variables indépendantes et d'un grand nombre de relations entre elles. Plus il est grand, plus difficile est l'étude de l'objet, la dérivation des lois de son fonctionnement. Les systèmes complexes sont décrits par des équations non linéaires qui peuvent avoir plusieurs solutions. De plus, plus le système est complexe, plus les soi-disant propriétés émergentes , c'est-à-dire des propriétés que ses parties n'ont pas, et qui sont une conséquence de l'effet de l'intégrité du système.
Selon le type d'interaction avec l'environnement, tous les systèmes sont divisés en:
- ouvrir
- fermé.
Les systèmes ouverts sont des systèmes du monde réel qui échangent de la matière, de l'énergie ou des informations avec l'environnement. Ceux-ci incluent par ex. systèmes biologiques et sociaux.
Les systèmes fermés n'échangent pas de matière, d'énergie ou d'informations avec l'environnement. Le concept de "système fermé" est une abstraction de haut niveau. En réalité, aucun système ne peut être complètement isolé des effets des autres systèmes.
Cependant, c'est par rapport aux systèmes fermés que deux principes (lois) de la thermodynamique ont été formulés :
- Dans un système fermé, l'énergie est conservée, bien qu'elle puisse prendre différentes formes (loi de la conservation de l'énergie).
- Les processus se produisant dans les systèmes fermés se développent dans le sens d'une entropie croissante et conduisent à l'établissement d'un état d'équilibre.
En d'autres termes, selon la deuxième loi de la thermodynamique, l'approvisionnement en énergie de l'Univers s'épuise et l'Univers entier approche inévitablement de la "mort thermique".
En même temps, déjà dans la seconde moitié du XIXe siècle, et surtout au XXe siècle, la biologie (et surtout la théorie de l'évolution de Darwin) a montré de manière convaincante que l'évolution de l'Univers ne conduit pas à une diminution de la niveau d'organisation et appauvrissement de la diversité des formes de la matière.
Au contraire, au contraire: l'histoire et l'évolution de l'Univers le développent dans le sens opposé - du simple au complexe, des formes d'organisation inférieures aux plus élevées, du moins organisé au plus organisé.
Dans les années 70 du 20ème siècle est apparu nouvelle science « Synergétique», essayant de répondre à la question de savoir ce qui cause l'évolution dans la nature. Le développement est compris en synergétique comme le processus de devenir qualitativement nouveau, quelque chose qui n'existe pas encore dans la nature et qui est impossible à prévoir.
Synergétique un- science qui étudie principes généraux, sous-tendant tous les phénomènes d'auto-organisation dans les systèmes complexes (en physique, chimie, biologie, en technologie et théorie des ordinateurs, en sociologie et économie).
L'idée principale de la synergie - c'est l'idée de la possibilité fondamentale de l'émergence spontanée de l'ordre et de l'organisation à partir du désordre et du chaos à la suite du processus d'auto-organisation.
Les principales dispositions de la théorie de la synergétique ont été développées dans les travaux de G. Haken, G. Nicolis, I. Prigogine.
Concepts de base de la synergie
auto-organisation - le processus de commande du système, qui se produit en raison des facteurs internes du système lui-même.
fluctuation - déviations aléatoires du système par rapport à une position moyenne, par rapport à son état naturel.
Bifurcation - l'acquisition d'une nouvelle qualité dans les mouvements d'un système dynamique avec un petit changement dans ses paramètres.
points de bifurcation - les tournants de l'auto-organisation, les points critiques pour choisir la voie du développement du système.
À l'heure actuelle, le concept d'auto-organisation se répand non seulement dans les sciences naturelles, mais aussi dans les sections sociales et humanitaires des sciences. La plupart des sciences étudient les processus d'évolution des systèmes et elles sont contraintes d'analyser les mécanismes de leur auto-organisation.
Les systèmes d'auto-développement et d'autorégulation comprennent, par exemple :
- dans la technologie - systèmes automatiques et régulateurs.
- dans l'économie - le mécanisme du marché de la libre concurrence.
- en physiologie, les mécanismes d'homéostasie qui régulent les fonctions vitales de l'organisme : température corporelle, rythme respiratoire, tension artérielle, etc.
L'ensemble du système des organismes vivants est basé sur la synergie, c'est-à-dire un système de vie organisé a été fondé à partir du système initial de chaos en cours d'évolution.
La synergie est également présente dans les systèmes non vivants. Selon cette théorie, les corps cosmiques se sont formés à partir du vide physique à la suite d'une fluctuation - un écart temporaire par rapport à la moyenne. Ainsi, un système organisé de l'Univers a été créé à partir du chaos.
En plus de la thermodynamique hors équilibre, de nouvelles idées et résultats apparus dans différentes régions physique et chimie - en hydrodynamique, physique des lasers, dans l'étude des réactions autocatalytiques et de certains autres phénomènes.
Le processus d'auto-organisation devient possible sous la présence d'un certain nombre de conditions : le système doit être ouvert, hors d'équilibre, non linéaire et composé d'un grand nombre d'éléments.
L'auto-organisation des systèmes se déroule comme suit:
- période de développement évolutif régulier, accumulation de fluctuations, point de bifurcation (état critique) ;
- sortie de l'état critique en un seul saut en raison de la restructuration rapide du système et passage à un nouvel état stable (structure dissipative) avec un plus grand degré de complexité et d'ordre.
- à la fin du processus d'auto-organisation, le système passe à nouveau dans un état évolutif.
Le principe de l'évolutionnisme global - la reconnaissance de l'impossibilité de l'existence de toutes les structures nées dans l'univers en dehors du développement, en dehors de l'évolution générale.
Il s'agit de l'identification des lois générales de la nature, liant en un tout unique l'origine de l'Univers (cosmogenèse), l'émergence du système solaire et de notre planète Terre (géogenèse), l'émergence de la vie (biogenèse) et, enfin, l'émergence de l'homme et de la société (anthroposociogenèse).
Du point de vue de l'évolutionnisme global, toute l'histoire connue de l'Univers en tant que système auto-organisé - du Big Bang à l'émergence de l'humanité - est présentée comme un processus unique avec une continuité génétique et structurelle de 4 types d'évolution - cosmique, chimique, biologique et social.
L'évolutionnisme global reflète le lien universel entre la matière inanimée, vivante et sociale, l'unité fondamentale du monde matériel.
L'évolutionnisme global est confirmé par le modèle du Big Bang et la thermodynamique hors équilibre en physique, les hypothèses d'évolution prébiologique en chimie, la théorie des plaques lithosphériques en géologie, la génétique évolutive et la biologie, ainsi que d'autres constructions théoriques. Il s'agit essentiellement d'une des formes de mise en œuvre du principe dialectique du développement.
Les concepts modernes d'évolutionnisme global et de synergétique (paradigme évolutif-synergétique) nous permettent de décrire le développement de la nature comme un changement successif de structures nées du chaos, gagnant temporairement en stabilité, puis recherchant des états chaotiques.
