Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

стов, основоположников великих религий мира смогли, как-то изменять человеческий менталитет только потому, что они поступали так, как рекомендовали делать другим.

Комиссары коммунистического толка потерпели крах и реформации Кальвина и Лютера и крах «мировой системы социализма» только потому, что действовали по принципу «что позволено Юпитеру, не позволено быку».

В дальнейшем я попытаюсь показать, что изменение менталитета нынешнего поколения людей, населяющего планету Земля, является едва ли не самым жизненно важным условием при решении глобальных проблем существования нашей цивилизации.

Тем не менее уже сейчас, в процессе подготовки этого курса, я встречаюсь с иронической критикой и с обвинениями в наивности.

Я не считаю свои выводы истиной в последней инстанции. В научном познании Природы есть один наиважнейший критерий — его величество опыт и воспроизводимость полученных результатов в равных условиях.

Можно исходить из любых посылок, а затем, используя силлогизмы законов формальной логики, решать средневековую задачу о том, сколько чертей может разместиться на острие одной иглы. Но если выводы нельзя проверить с помощью опыта, полученного любым числом независимых экспериментаторов, то таким идеям грош цена. Они остаются лишь гипотезой.

Далее имеет смысл начать повествование с космогонической темы. Ибо ничего нельзя сказать о том, что может случиться с нашей планетой и ее населением, не выяснив, откуда она взялась, как устроена внутри и снаружи и как на ней появился биологический вид, который так высокомерно называет себя homo sapiens — человек разумный.

2. Вселенная

В 1747-1755 гг. профессор Кенигсбергского университета Иммануил Кант разработал космогоническую гипотезу происхождения Солнечной системы из первоначальной пылевой туманности («Всеобщая естественная история и теория неба», 1755).

Вообще говоря, для начала следует сказать несколько слов о том, что такое Вселенная и откуда взялась указанная туманность.

Над этим вопросом люди задумывались уже, наверное, не одну тысячу лет и о строении Вселенной мы сейчас знаем куда больше, чем о строении нашей планеты Земля.

На примере развития представлений об окружающем нас пространстве очень отчетливо видно, что такое научная гипотеза, как она возникает и как изменяется или отбрасывается по мере накопления новой информации о предмете, подтверждающей данную гипотезу или приводящей ее к неустранимым противоречиям.

Когда я начинал изучать физику на физическом факультете МГУ, в 1947 г., нас учили, что Вселенная существовала всегда, а любая идея о сотворении Мира считалась, если не государственным преступлением, то уж наверняка «пособничеством мировому империализму и идеалистической буржуазной философии».

Хотя как раз примерно в это время Георгий Антонович Гамов, член-корреспондент АН СССР, уехавший на Запад в 1934 г. и оставшийся там навсегда, выдвинул гипотезу о Великом взрыве и начале Мира 15-20 млрд лет назад. Сейчас некоторые астрофизики говорят, что это было 13 млрд лет назад.

Эта гипотеза опиралась на космогонические идеи другого нашего соотечественника, известного ленинградского физика-теоретика Александра Александровича Фридмана, о горячей расширяющейся Вселенной.

На основе точных астрономических измерений и обработки спектров излучения большого числа удаленных от нас галактик с учетом эффекта Доплера известный американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл установил линейную зависимость между расстоянием до галактик R и скоростью их разлета V. Он показал, что V = НR.

Размерный коэффициент Н в этой зависимости носит название постоянной Хаббла, обозначается Н и составляет около 50-100 км/с • Мпс. Точно эту константу пока никто не знает.

Парсек (сокращение от параллакс и секунда) — единица длины, применяемая в астрономии. Она равна расстоянию, на котором параллакс составляет 1", и обозначается ПК (СИ), прежнее обозначение — пс. 1 пс = 206 265 астрономических единиц = 3,263 светового года = 3,086 • • 1016 м = 3,086 • 1013 км.

Результаты обобщения Хабблом экспериментальных данных, полученных разными астрономами в разных обсерваториях, подтвердили гипотезу Фридмана-Гамова о расширяющейся Вселенной и во многом изменили наши представления (в том числе и философские) «о природе вещей», как называл наши представления о мире римский философ Тит Лукреций Кар.

Экстраполяция положения галактик к прошлому (т. е. при обращении времени) приводит к удивительному результату: примерно 15-20 млрд лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. При этом плотность вещества была, как у нейтронной звезды — 1014-1015 г/ см . А еще раньше вся Вселенная представляла собой «нечто» с плотностью на много порядков выше ядерной. Сейчас мы не можем точно сказать, когда это было, так как неизвестно, была ли постоянная Хаббла всегда постоянной или нет и действуют ли аксиомы общей теории относительности при таких громадных значениях плотности материи, а проверить это экспериментально мы пока не можем.

По каким-то причинам это «нечто» потеряло устойчивость и взорвалось с огромной силой.

До сих пор неясно, что собой представляло тогда время, и действовали ли тогда основные постулаты общей теории относительности. С этим вопросом предстоит разбираться вам. Но тем не менее теоретики всерьез размышляют над состоянием материи в первые Ю-44 с после начала Большого взрыва, в последующие Ю-36, Ю-10, 10_6 с и т. д.

Сейчас гипотеза Большого взрыва находит все большее число сторонников среди ученых, занимающихся космогонией и пытающихся построить единую теорию поля, о которую споткнулся великий Альберт Эйнштейн.

Из-за расширения средняя плотность Вселенной и температура все время убывают с течением времени. Соответственно при удалении в прошлое плотность возрастает вплоть до момента, когда представления о пространстве и времени общей теории относительности теряют силу (космологическая сингулярность).

Этот момент принято называть Началом Большого взрыва и можно принять за начало отсчета времени развития современной Вселенной.

В самом начале этого процесса выделилась огромная энергия, вещество Вселенной приобрело колоссальные относительные скорости (отсюда название), а чем дальше находятся галактики, тем быстрее они разлетаются. Оно и понятно: то вещество, которое при взрыве приобрело большие скорости, дальше и улетело за истекшее с того момента время, а скорость их изменилась под действием всемирного тяготения пока не очень существенно.

Наблюдаемыми свидетельствами Большого взрыва в настоящее время являются не только разлетающиеся галактики, скорости разлета которых астрономы определяют по красному доплеровскому смещению в спектрах их излучения.

Еще одним подтверждением существования в прошлом горячей взрывающейся Вселенной является предсказанное в 1948 г. Г. А. Гамовым равновесное тепловое излучение, названное реликтовым.

Это излучение, имеющее электромагнитную природу и планковский спектр, из-за расширения Вселенной в настоящее время наблюдается радиоастрономами в микроволновом диапазоне и соответствует спектру излучения черного тела с температурой около 3 К. По-видимому, именно это излучение впервые наблюдалось советскими физиками Ю. Н. Парийским и Т. А. Шмаоновым, но не было ими идентифицировано. Годом позже, в 1964 г., сотрудники американской компании «Белл-телефон» Р. В. Вильсон и А. А. Панзиас измерили спектр этого излучения и дали ему правильную интерпретацию, за что в 1978 г. им была присуждена Нобелевская премия по физике. Гамов не дожил до этого несколько лет. Нобелевская премия не присуждается посмертно.

Плотность энергии этого вида излучения порядка Ю-12 эрг/см3. Вначале может показаться, что это ничтожно малая величина.

Однако если умножить эту величину на видимый объем Вселенной ~ 4 ? 1081 см3, то мы получаем 4-1069 эрг, что превышает кинетическую энергию всех звезд во Вселенной и сравнимо только с энергией аннигиляции ~ 1071 эрг.

Наша галактика движется по отношению к ближайшим к нам галактикам достаточно медленно, со скоростью всего примерно 200-1000 км/с, а далекие галактики улетают от нас тем быстрей, чем они дальше. Значит, наша галактика происходит из сравнительно холодной части материи, возникшей при ее тепловом разлете, т. е. мы находимся где-то неподалеку от эпицентра этого взрыва (по космическим масштабам, конечно). Так как самые далекие галактики улетают от нас со скоростями чуть меньше скорости света, это порядка 105 км/с, и расстояние до них не более 5 млрд световых лет (дальше мы просто ничего не видим), то получается, что наша галактика движется от эпицентра Большого взрыва со скоростью всего 600 км/с, удалившись от него на расстояние каких-то 30 млн световых лет. Расстояние до ближайшей к нам галактики — «Туманности Андромеды» — примерно 1,8 млн световых лет.

Первоначальные температуры материи, по оценкам теоретиков, были порядка 1032-1028К. При таких температурах средняя тепловая энергия частиц превышает больше чем на 10 порядков те значения энергии, которые физики могут получить на самых мощных ускорителях. Поэтому о том, что тогда происходило с веществом, пространством и временем, можно пока только строить гипотезы.

Когда рождающаяся Вселенная остыла до средней энергии частиц в 1015 эВ, стали рождаться «обычные» барионы: протон, антипротон, нейтрон и антинейтрон. Элементарные процессы при таких энергиях уже доступны для изучения с помощью ускорительной физики.

По-видимому, еще одним следствием Большого взрыва является тот факт, что мы никак не можем найти антимиры. То есть миры, где атомы состоят не из протонов, нейтронов и электронов, а из антипротонов, антинейтронов и позитронов, хотя все теории говорят, что эти частицы стабильные и исчезают только при встрече со своими античастицами. Возможно, мы не можем их найти просто потому, что в нашей Вселенной в свободном стационарном состоянии их просто нет.

Сравнение числа аннигиляционных квантов, составляющих фоновое излучение с температурой 3 К, с современным числом барионов во Вселенной показывает, что «выжило» только Ю-9 от общего числа пе

страница 4
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.07.2017)