Сценарій поза аудиторнрго заходу
Сценарій поза аудиторного заходу з астрономії « Неймовірний Всесвіт» розроблений з метою розвитку інтересу в студентів до природно - наукових знань, формування наукового світогляду, удосконалення методики викладання астрономії. Методична розробка містить інформацію про науковий погляд на сучасну картину Всесвіту, його будову та еволюцію; проблеми космології та сучасні дослідження космосу. Розробка може бути корисною як для викладачів природничих дисциплін, так і для класних керівників для проведення виховних заходів.
Укладач: Козакова С.М
ЗМІСТ
3. Доповіді студентів з використанням електронних презентацій............... 6
3.1 Що таке Всесвіт? Будова Всесвіту..................................................... 6
3.2 Народження Всесвіту. Теорія Великого Вибуху................................ 9
3.3 Еволюція Всесвіту. .............................................................................
3.4 Проблеми космології....................................................................... 12
3.6 Сучасні космічні дослідження та проекти....................................... 20
4. Підсумки конференції. 23
5. Додатки. 24
6. Перелік джерел інформації. 25
ВСТУП
У сучасних умовах інтенсивного розвитку освіти в Україні надзвичайно актуальним є питання використання інформаційно-комунікативних технологій у навчальному процесі, зокрема при вивченні астрономії. У процесі сучасного навчання педагог повинен приділяти увагу не тільки передачі теоретичних знань, а й формувати у студентів системне наукове мислення і розвивати дослідницьку діяльність, таким чином скерувати електронний арсенал інформаційно-комунікаційних технологій на формування реального світосприйняття.
Системне наукове мислення виявляється у здатності студента вбачати зв’язки між науками, розуміти загальнонаукові закони, що лежать в основі їх розвитку, мати узагальнені уявлення про закономірності розвитку Всесвіту, що пов’язані з формуванням наукового світогляду.
Тому навчання має забезпечувати оптимальні передумови для самореалізації студента, розкриття його природних завдатків, його прагнення до свободи й творчості. Це вимагає переходу від директивної моделі навчання до особистісно-зорієнтованої, що спонукає до пошуку нових шляхів і засобів, які забезпечують розвиток внутрішніх можливостей студентів, їх творчих здібностей.
Відповідно до цього, при вивченні астрономії, виникає необхідність використання сучасних інноваційних технологій навчання, таких як метод проектів, використання електронних презентацій розроблених студентами, проведення студентських науково-дослідницьких конференцій тощо. Використання цих технологій, наприклад, робота над презентацією чи проектом, дає можливість не тільки всебічного вивчення даної теми, а й творчого зростання студентів розвитку їх дослідницької діяльності й формування системного наукового мислення.
Застосування даних інформативно-комунікативних технологій при вивченні астрономії дає можливість систематизувати отримані знання, робити аналіз, засвоїти основі системного проектування, комп’ютерного моделювання, використання інформаційних систем і мереж при вивченні предмету.
Проведення студентської науково-дослідницької конференції з питань формування уявлень про Всесвіт сприяє в свою чегру розумінню функціонування і призначення складних технічних систем, які все більше поширюються в сферу людської діяльності, що стає передумовою створення високорозвиненої нації.
ПЛАН проведення поза аудиторного заходу
Тема: НЕЙМОВІРНИЙ ВСЕСВІТ
Хоч і далекі від очей простори неба,
Так і не такі далекі вони від розуму людського…
Юрій Дрогобич
Всесвіт – тільки школа, де ми вчимося пізнавати…
М. Монтель
Неможливе сьогодні стане можливим завтра…
К. Е. Ціолковський
Вид заняття: студентська науково - дослідницька конференція
Мета:
- науково-методична: удосконалення методики викладання предмету та використання інноваційних технологій при викладанні астрономії;
- розвивальна: розвивати в студентів інтерес до природничих наук, формування природно-наукових знань та наукового світогляду;
- дидактична: формування уявлень про Всесвіт, його склад, еволюцію; дослідження проблем космології та шляхів їх вирішення, проблем пошуку життя у Всесвіті; ознайомлення з сучасними методами дослідження космосу.
Обладнання:
ноутбук, проектор, екран, плакати, електронні презентації. План заходу:
1. Вступне слово викладача.
2. Доповіді студентів з використанням електронних презентацій.
2.1 Що таке Всесвіт? Будова Всесвіту.
2.2 Народження Всесвіту. Теорія Великого Вибуху.
2.3 Еволюція Всесвіту.
2.4 Проблеми космології.
2.5 Життя у Всесвіті.
2.7. Сучасні космічні дослідження та проекти. 3. Підсумки конференції. Заключне слово викладача.
ІІ. НЕЙМОВІРНИЙ ВСЕСВІТ. ВСТУПНЕ СЛОВО ВИКЛАДАЧА
Сьогодні ми проводимо студентську науково-дослідницьку конференцію з астрономії на тему «Неймовірний Всесвіт». Слово «астрономія» в перекладі з грецької означає - наука, що вивчає закони зір. Зараз ми знаємо, що Всесвіт крім зір містить багато космічних об’єктив та їх комплексів – планет, астероїдів, комет, галактик, туманностей. Тому астрономія вивчає усі об’єкти, які розташовані за межами Землі, та їхню взаємодію між собою. Слово «космос» у перекладі з грецької означає порядок. Тобто ще древні греки знали, що к космосі існує певний порядок та закони. У наш час під словом «космос» ми розуміємо Всесвіт. Тож що ж таке Всесвіт? Всесвіт – це весь безмежний простір і все що його заповнює: небесні тіла (зорі, планети, метеорити, комети, тощо), галактики, газ, пил. У широкому смислі – це все суще, що розташоване на Землі і за її межами. Всесвіт – це весь матеріальний світ, що містить в собі Землю, Місяць, Сонце, інші планети Сонячної системи, мільярди зірок і весь простір між ними. За допомогою потужних телескопів, космічних апаратів та багатьох інших методів дослідження астрономи отримали чимало інформації про будову Всесвіту. Але залишилося ще чимало не розкритих таємниць.
Сьогодні безмежний та неосяжний Всесвіт приховує дуже багато загадок та таємниць, але людина завжди прагне розгадати ці загадки та поставити свої знання на службу людства. Тож і ми з вами спробуємо доторкнутися до загадок неймовірного Всесвіту.
Мета нашою конференції – дізнатися як умова більше про наш Всесвіт частиною якого ми є. Сьогодні ми дізнаємось що таке Всесвіт, його походження, дізнаємось про теорію Великого Вибуху з якого почалося розширення Всесвіту, побачимо чи можуть існувати паралельні світи, довідаємося про можливі сценарії еволюції Всесвіту, дізнаємось, чи може існувати життя за межами Землі, про подорожі у просторі та часі, довідаємось про сучасні дослідження космосу, дізнаємось про можливі сценарії еволюції Всесвіту в майбутньому та багато іншого.
Наші студенти підготували доповіді та презентації з основних проблем та питань даної теми. Тож давайте працювати.
ІІІ. ДОПОВІДІ СТУДЕНТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ЕЛЕКТРОННИХ
ПРЕЗЕНТАЦІЙ
3.1 Що таке Всесвіт? Будова Всесвіту.
Що ж таке Всесвіт? Всесвіт – це весь безмежний простір і все те, що його заповнює: небесні тіла (планети, зорі, комети, метеори, галактики тощо), газ, пил.
Замислюючись над природою Всесвіту древні вчені вважали, що Сонце, Місяць і тисячі небесних тіл прикріплені до земної твердині. Вона обертається навколо Землі, що є центром Всесвіту. Декілька століть тому були зроблені відкриття, які змінили уяву про природу Всесвіту. Перше – Земля і всі планети обертаються навколо Сонця (польський астроном М. Коперник). Друге італійський вчений Галілео Галілей винайшов телескоп і спостерігаючи за Юпітером відкрив його супутники. Це дало змогу пояснити будову Сонячної системи, яка складається з 8 планет, їх супутників та малих тіл, що обертаються навколо нашої зірки - Сонця.
Всесвіт заселений безліччю зоряних скупчень, які називають галактиками. Наша Сонячна система розташована в галактиці, яку називають Чумацький шлях і міститься в зовнішній частині одного з його велетенських рукавів.
Найближча до нас галактика – Велика Магеланова Хмара знаходиться на відстані 1,6млд. Світових років і її можна побачити неозброєним оком. Туманність Андромеди має також спіральну структуру і знаходиться від нас на відстані 2,3млд. світових років – це найдальший об’єкт у Всесвіті, який можна побачити неозброєним оком.
Дослідження інших галактик започаткував у 17 сторіччі В. Гершель. Він відкрив понад 2500 туманностей.
Більш глибоке вивчення галактик почалося у ХХ ст. завдяки працям американського астронома Е. Габбла. Він запропонував власну класифікацію галактик та поділив їх за формою на три типи: еліптичні, спіральні, неправильні.
Еліптичні галактики мають форму кругів або еліпсів, їх яскравість плавно знижується від центра до краю.
Спіральні становлять половину всіх галактик і складаються з ядра і де’кількох спіральних рукавів. У галактиках з перемичкою – ядро перетинається поперечною смугою зір(Наша галактика).
Неправильні галактики не мають чітко вираженого ядра і структури (Велика Магеланова Хмара).
У всіх галактиках, крім найменших є центральна зона – ядро. У галактиках подібних до Молочного шляху, велика яскравість ядра пояснюється, високою концентрацією зір. Окремі галактики мають особливо яскраві ядра, з яких зі швидкістю тисячі кілометрів на секунду виривається світній газ. Так можуть вести себе чорні діри охоплені хмарою звичайних зір і газу.
Існують галактики потужного радіовипромінювання – радіогалактики. Найближча до нас – Лебідь.
Одним з най потужніших джерел радіовипромінювання є квазари. Спектральні дослідження виявили що квазари дуже віддалені об’єкти Всесвіту. Точної теорії щодо квазарів не існує. На думку астрономів вони можуть бути стадіями розвитку ядер галактик. Існують гіпотези про те що в квазарах існують масивні чорні діри.
Спостерігаючи гравітаційну взаємодію космічних тіл астрономи створили їх ієрархічну структуру:
1 Планети та їх супутники, що обертаються навколо своєї зорі.
2. Зоряні скупчення які налічують мільйон и об’єктів.
3. Галактики об’єднують в своє гравітаційне поле сотні мільярдів зір, які обертаються навколо одного ядра.
4. Скупчення галактик, які налічують мільйони об’єктів.
У Всесвіті галактики розташовані не рівномірно. Галактики трапляються або невеликими групами, або входять до скупчень з сотень і тисяч. Наша галактика входить до місцевої групи до якої належіть Туманність Андромеди, сузір’я трикутника та понад 20 неправильних та карликових галактик. У цьому напрямку ас троном и відкрили своєрідну Велику стіну, де на від стані 500 млн. світових років виявляється значна кількість галактик. Між скупченнями є гарячий газ з дуже малою густиною. Є пустоти де галактик майже немає.
Галактики у Всесвіті розміщені не хаотично, а утворюють певну структури, які нагадують величезні стінки з волокон. Ці волокна охоплюють гігантські, відносно пусті області – порожнечі. Деякі мають розмір 300 млн. світових років – на сьогодні найбільші утворення в всесвіті. Імовірнішим поясненням цього є те що галактики розташовані на поверхні величезних бульбашок, а порожнечі – їх внутрішня область. З поверхні Землі нам тільки здається, що галактики розташовані подібно намисту, яке нанизане на волокнах, бо ми їх бачимо на обідках величезних бульбашок. Просторова модель Всесвіту нагадує величезну пемзу, яка в цілому має однорідну структуру, але окремі об’єкти мають порожнечі.
3.2 Народження Всесвіту. Теорія Великого Вибуху.
У 1929р. американський астроном Е. Габбл досліджував спектри галактик і звернув увагу на те, що лінії поглинання у всіх спектрах зміщені в червоний бік. Згідно з ефектом Доплера це свідчить про те, що всі галактики від нас віддаляються. Крім того за допомогою величини зміщення спектральних ліній можна визначити швидкість розлітання галактик. Виявилось, що ця швидкість розлітання галактик пропорційна відстані до цих галактик (закон Габлла). Згідно з законом Габбла – швидкість розлітання галактик збільшується на 70км/с (стала Габбла) на кожний мільйон парсеків. Згідно з законом можна визначити відстань до галактик. Найвіддаленіший об’єкт, який вдалося зареєструвати розташований на відстані 14млд. світових років і має швидкість 280000км/с. Тобто ми його бачимо в той час, коли не і снувало нашої галактики.
Якщо відстань між галактиками збільшується, то раніше вони розташовувались ближче. За допомогою сталої Габбла підрахували, що до початку розширення всі галактики перебували в одній точці, в якій густина і температура матерії досягали надзвичайно великих значень.
Моментом розширення Всесвіту був Великий Вибух коли почалося загадкове розширення космічного простору й утворення елементарних частинок, атомів і великих тіл – планет, зір, галактик.
У понятті Всесвіту, який розширюється, не йдеться про певну точку від якої йде розширення. Процес розширення Всесвіту можна змоделювати у формі повітряної кульки, яку наповнюють повітрям, відстані між будь-якими точками кульки (галактиками) будуть зростати, але жодна з них не буде центром розширення. Сингулярність – це поняття єдиного космологічного часу від якого ведеться відлік часу з моменту розширення Всесвіту.
За допомогою сталої Габбла визначили що Великий Вибух відбувся приблизно 15млд. років тому.
3.3 Еволюція Всесвіту.
Усю історію нашого Всесвіту можна розділити на чотири ери – адронна, лептонна, випромінювання та речовини.
У момент перед Великим вибухом розміри Всесвіту не перевищували 10-35м, а чотири фундаментальні сили – гравітаційна, електромагнітна, слабка і сильна були об’єднані.
Через 10-43с гравітація відділяється від інших фундаментальних сил, а вони з надзвичайно високої енергії утворюють єдину силу.
Період 10-43-10-35с – епоха великого об’єднання. До кінця цієї епохи деякі області Всесвіту переохолодились і перебувало в особливому стані названому псевдо вакуумом. У цей період гравітаційне відштовхування переважало над притяганням. Воно відбувалося настільки швидко, що одержало назву інфляція. Одна з областей вакууму, що була менша ніж протон, за мить досягла розміру 0,1м.
Стан псевдо вакууму не стійкий і з моменту 10-35с зникає, Всесвіт продовжує розширення. Псевдо вакуум виділяється у вигляді випромінювання. Температура миттєво збільшується до 1027К, сильна взаємодія відділяється від слабкої та електромагнітної. Розпочинається історія гарячого Всесвіту.
Тоді ж виника асиметрія у кількості новостворених частинок і античастинок. У момент 10-10с за температури 1015К почали утворюватися важки елементарні частинки: протони, нейтрони, антипротони, антинейтрони, причому античастинок було менше.
Деякій час Всесвіт був у стані рівноваги. Частинки народжувались, анігілювали з виділенням квантів світла. Частинки, що не знайшли пари для анігіляції стали основною речовиною Всесвіту.
Через 10-4с температура знизилася настільки, що утворення важких частинок припинилось. Енергії вистачило лише на утворення легких частинок – лептонів. Всесвіт став густим середовищем з фотонів, лептонів, протонів і нейтронів.
Через 1с температура знизилася до 109К розпочалася анігіляція електронів і позитронів з виділенням фотонів. Цей процес тривав 10с і через 9с після Великого Вибуху випромінювання переважало за речовину.
На цьому етапі почався синтез ядер гелію який тривав 200хв.
Через 1млн років під час подальшого розширення і охолодження до 3000К у результаті об’єднання протонів і електронів, утворилися атоми водню – найбільш поширеного елемента в природі. Випромінювання відділилось від речовини і поширилося в просторі – світ став прозорим, в ньому почалась ера речовини.
Випромінювання, яке виникло на ранніх етапах еволюції Всесвіту, має і нині перебувати у Всесвіті у вигляді фонового космічного, або реліктового випромінювання. Через тривале розширення Всесвіту воно стало значно холодніше і за обчисленнями має становити 3К. Існування реліктового випромінювання передбачив у 40х роках ХХст. академік Г. Гамов. у 1965р. А. Пензіас і Р. Вілсон випадково зареєстрували випромінювання інтенсивність якого не залежить від орієнтації радіотелескопа, ні від часу спостереження. Це означало, шо джерело знаходиться за межами галактики. Пізніше зробили висновок, що випромінювання і є реліктовим з температурою 2,7К. Це випромінювання підтвердило теорію гарячого Всесвіту.
Після того як випромінювання відокремилось від речовини Всесвіт був неоднорідним гарячим газом. З часом більш щільні хмари відокремились, почали дробитися на менші. З таких згустків через 109 після великого Вибуху почали утворюватися зорі та галактики. Через 1010с утворилася Сонячна система. Через 1,2 1010с після Великого Вибуху виникло життя на Землі.
Цей сценарій виникнення і розвитку Всесвіту підтверджується : наявністю реліктового випромінювання, високим умістом гелію у речовині, однорідністю і ізотропністю простору у всіх напрямках, кількісним співвідношенням між випромінюванням і речовиною.
Всіх нас хвилює питання майбутнього нашого Всесвіту. Розрахунки вчених показують, що майбутнє нашого Всесвіту залежить від значення його густини щодо густини критичної. Критична густина визначається сталої Габбла і становить 10-26кг/м3, тобто 1г речовини міститься в кубі зі стороною 40000км. Відповідно існують наступні моделі розвитку подій:
1. Якщо середня густина дорівнюватиме критичній галактики будуть розлітатися вічно і температура вічно наближатиметься до абсолютного нуля. Загальна енергія Всесвіту дорівнюватиме нулю, це означає що він виник з нічого як дивовижне збурення і з часом перетвориться на ніщо.
2. Якщо середня густина Всесвіту менше критичної галактики будуть розлітатися вічно, температура поступово знизиться до абсолютного нуля. Такий Всесвіт називають відкритим. Він не має меж у просторі і може існувати вічно.
3. Якщо в космосі виявиться значна прихована маса і середня густина буде більша критичної, тоді розширення Всесвіту через деякий час припиниться. Такий Всесвіт називають закритим – він не має межі у просторі, але має початок і кінець у часі. Через декілька мільярдів років розлітання галактик припиниться, а потім почнеться стиснення Всесвіту. Це призведе до трагічних наслідків до живих організмів, бо енергія фонового випромінювання і температура будуть зростати. Небо почне світитися спочатку червоним кольором а потом стане синім. Температура зросте настільки, що всі живі істоти загинуть. Потім зникнуть зорі, планети, елементарні частинки і Всесвіт знов перетвориться на речовину з надвисокою густиною. Такий Всесвіт нагадує казкову птицю Фенікс, яка періодично спалюється, а потім з попелу відроджується молодою. Цей сценарій вчені вважають більш імовірним.
3.4 Проблеми космології.
Космологія – наука про Всесвіт загалом, про найбільш загальні закони його будови та розвитку. Ця галузь наймолодша в астрономії. Фізичні поняття простору і часу космологія використовує також у філософському аспекті.
Загальні закони розвитку Всесвіту вивчаються за допомогою космологічних моделей, де виводиться певне рівняння, за яким визначається зміна з часом положення двох довільно взятих об’єктів Всесвіту, а також зміна з часом середньої температури і густини.
Сучасна космологія грунтується на загальній теорії відносності Ейнштейна 1916р, згідно з якою розвиток і подальша доля Всесвіту залежить від середнього значення густини речовини Всесвіту.
Існують наступні проблеми космології.
1. Проблема «темної матерії»
Якщо відокремити в околицях Сонця просторовий куб зі стороною 10пк, у ньому опиниться Сонце, кілька інших зір і міжзоряна плазма. У такому самому суміжному кубі може не виявитися жодної зорі. Це свідчити про нерівномірність заповнення світового простору речовиною. Зорі об’єднуються в галактики, галактики в скупчення, які теж розосереджені не рівномірно: середня відстань між скупченнями 30пк. Але якщо взяти просторовий куб 100Мпк, то виявиться що у середині будь-якого з таких об’єктів кількість галактик та їх скупчень приблизно однакова і однакова густина речовини. Це дає змого зробити важливий висновок: у великих масштабах Всесвіт однорідний, значення його середньої густини – найважливіша характеристика. Із спостережень та розрахунків вчених випливає, що густина всієї видимої матерії Всесвіту не перевищує 10% критичної. Це дає підстави вважати, що у Всесвіті існує прихована, або темна матерія, яка нічім крім гравітації себе не проявляє і мас а якої значно перевищує масу видимої матерії. Темна матерія утворює невидимі гало галактик і міститься у міжгалактичному просторі.
Сучасні дослідження підтверджують існування прихованої маси (темної матерії), яка зосереджена в тілах, що випромінюють незначну енергію у вигляді електромагніт них хвиль – чорні діри, пульсари, нейтринне випромінювання, гравітаційні хвилі тощо. Астрономи запропонували гіпотезу щодо існуванні нового класу елементарних частинок – слабко взаємодіючі масивні частинки (СВМЧ). Гіпотеза про приховану масу підтверджує, що середня густина Всесвіту більша за критичну і майбутнє Всесвіту відбудеться за сценарієм №2, тобто Все світ може періодично розширюватись і стискатись. Крім того виявлено, що у міжгалактичному просторі існують сильні поля невідомої природи, які не дають галактикам розбігатись і які астрономи назвали «темна енергія».
В наш час за допомогою телескопів ми спостерігаємо лише 5% матерії, а 95% припадає на загадкові поля темної матерії та темної енергії, яка не випромінює електромагнітні хвилі.
2. Проблема горизонту.
Вік Всесвіту, встановлений за допомогою сталої Габбла становить 1215млд. років. Будь-який сигнал не може поширюватись швидше за швидкість світла, тому розмір Всесвіту повинен бути скінченим. Всесвіт має форму сфери скінченого радіуса, із-за меж якого не може прийти жодна інформація. Її радіус назвали на честь Габбла – радіус Габбла, а поверхню яку він описує – абсолютним горизонтом. Радіус Габбла становить 4000Мпк, але поняття радіусу Всесвіту умовне: реальний Всесвіт безмежний і ніде не закінчується. Якщо спостерігач рухається, то горизонт, який він спостерігає віддаляється. Через скінченність швидкості світла ми спостерігаєм о галактики, якими вони були мільйони і мільярди років тому.
3. Космологічна теорія Ейнштейна.
Теорія Ейнштейна на початку ХХст. зробила переворот у космології. Вона грунтується на тому, що всі вимірювання та зміни в просторі залежать від конкретного спостерігача. Вони втрачають абсолютне значення, а сама структура простора-часу визначається розподілом мас в Всесвіті . У різних частина Всесвіту простір викривлений по різному і час минає з різною швидкістю.
У загальній теорії відносності гравітація – це не сила, а лише викривлення часу-простору. Тіла рухаються по криволінійних траєкторіях, тому, що такий шлях для них найкоротший. Матерія не занурена у незалежний від неї простір-час, а нерозривно з ним пов’язана і визначає його параметри.
3.5 Життя у Всесвіті.
Життя є однією з великих таємниць Всесвіту. Життя – це високоорганізований стан речовини, здатний до самовідтворення за допомогою закодованої певним чином інформації і до обміну з навколишнім середовищем речовиною, енергією, інформацією. Життя на Землі грунтується на вуглецевих сполуках, розчинником яких є вода. Ми бачимо на Землі різноманітні живі організми, але нічого не знаєм о про життя на інших планетах. Усі живі істоти народжуються, потім вмирають перетворюючись на неживу матерію. Але на Землі ще ніхто не спостерігав зародження живих клітин від неживих хімічних сполук. Астрономічні спостереження показують що параметри Землі найбільш сприятливі для існування життя. Навіть розширення Всесвіту теж сприяє існуванню життя, бо в фазі стиснення смертельне короткохвильове випромінювання знищило б все живе. Виникає таке враження, що все в космосі існує для того щоб на Землі жили розумні люди. Таким чином була сформульована філософська основа космології – антропний принцип – «Ми спостерігаємо Всесвіт, таким як ми його бачимо, бо ми існуємо.» Тобто може десь у космосі існують світи з іншими параметрами, але там немає розумних істот, які б могли описати своє буття і передати інформацію.
Загальні характеристики живих істот можна описати за допомогою деяких термінів теорії складних систем, поведінку та еволюцію яких вивчає нова наука – синергетика. Усі живі істоти за допомогою генів створюють величезний об’єм інформації, яка зберігається і передається нащадкам. об’єм інформації, який зберігає тільки одна жива клітина 1022-1023біт. Для порівняння Всесвіт- об’єм інформації, яку зберігають сучасні комп’ютери у мільярд разів менший.
Імовірність життя на інших планетах Сонячної системи досить мала, то му пошуки інших цивілізацій відбуваються поблизу інших зір на так званих екзопланетах – позасонячних планетах. У серпні 2004р. була виявлена перша екзопланета схожа на Землю в системі зорі Жертовника. У наш час відомо 716 екзопланет у 584 планетних системах. Нещодавно були відкриті 2 екзопланети у сузір’ї Кита 61 Вір та НД 1461 з подібними до земних характеристиками. Контакти з іншими цивілізаціями можуть бути трьох типів: обмін інформацією за допомогою електромагнітних хвиль, обмін інформацією за допомогою АС керованих роботами, зустріч з представниками іноземних цивілізацій.
На даному етапі розвитку земної цивілізації ми можемо здійснити контакти першого роду – сучасні телескопи спроможні передавати сигнали на відстань 1000св років. У 1967р. вперше зареєстрували періодичні сигнали пульсарів. Від Землі розповсюджується своєрідна інтелектуальна хвиля, яку випромінюють радіо станції, якщо перші радіостанції почали передавати інформацію 100 років тому, то ці сигнали поширилися тільки на відстань 100св.років від Землі, а до нас вони дійдуть через 200св. Років, тобто встановлення контактів за допомогою електромагнітних хвиль відбуватиметься тривалий час.
Налагодження контактів другого типу за допомогою АС триватиме досить тривалий час. Космічні апарати «Піонер», «Вояджер» через мільйони років вийдуть за межі Сонячної системи. Перша спроба встановити контакт другого типу – на золотій пластинці викарбувані фігури людей і координати Землі в галактиці «Піонер» доставить через мільйон років.
Якщо чужа цивілізація за інтелектом і розвитком випередила землян контакти третього роду можуть відбутися і на землі. Такі контакти можуть призвести до конфліктів, своєрідних «зоряних війн» і ми маємо бути готовими до цього.
Основні причини загибелі нашої цивілізації:
1. Екологічна катастрофа.
2. Зміна клімату, парниковий ефект, збільшення озонових дір.
3. Зіткнення з астероїдом або кометою.
4. Самогубство в атомній війні.
5. Інтелектуальна деградація людства.
Питання існування інших чи паралельних Всесвітів у фізиці і космології стискається з суперечностями. Якщо існують інші Всесвіти, то їх існування підкоряється іншим фізичним законам. Це означає, що ми не можемо отримати від них жодної інформації. Щодо можливості зв’язку з іншими Всесвітами, то деякі вчені вважають, що каналами зв’язку можуть бути сингулярності, які відомі як чорні діри.
У 1934р. австрійський вчений Гедель писав, що «Жодна система не може бути пізнаною до кінця з середини поза її зв’язком з системами вищого порядку. Це означає що не можливо вичерпано описувати світ, в якому живе людина, не вийшовши за його межі, тому без концепції інших паралельних всесвітв не обійтись, оскільки вони дають змого зрозуміти наш Всесвіт.
Паралельні світи. Подорожі в просторі та часі.
Тема паралельних світів завжди викликала підвищений інтерес у широкої публіки своєю незвичністю, іноді таємничістю і одночасно близькістю кожній людині.
Ви унікальні? У вашому сприйнятті світу, відповідь проста: ви відрізняєтеся від будь-якого іншого чоловіка на цій планеті. А наш Всесвіт унікальний? Концепція множинних реальностей - або паралельних всесвітів - ускладнює цю відповідь і кидає виклик: що ми знаємо про всесвіт і про нас самих?
Навіщо шукати паралельні всесвіти, до яких ми не можемо доторкнутися? Тому, що вони зберігають головний секрет - секрет походження всього сущого.
Дивно те, що можуть існувати 4 типи паралельних всесвітів:
Перший тип може існувати в тому ж просторі, що й ми, але він так далеко, що ми не можемо його побачити, або досягти.
Для простоти фізики розподілили паралельні всесвіти на різні рівні.
Ідея паралельного всесвіту першого рівня заснована на тому, що наш Всесвіт нескінченний. Якщо ця теорія правдива, то згідно математичної ймовірності, в нескінченному просторі можуть існувати точні копії нашої сонячної системи, планети Землі і всіх людей на ній. Якщо ця неймовірна теорія вірна, то наслідок з неї неймовірний. Усередині цього всесвіту може бути нескінченна кількість інших копій нашої сонячної системи і планети Земля.
Значить десь існують копії мене, вас і інших.
Деякі експерти стверджують, що є інші, ще більш приголомшливі види паралельних всесвітів - паралельні всесвіти другого рівня, що складаються з величезних космічіскіх бульбашок, плаваючих в гіперпросторі. У кожному окремому міхурі знаходиться цілий всесвіт. Питання полягає в тому, чи живемо ми в гігантському космічному міхурі? Дивовижність полягає в тому, що під час створення наш всесвіт раптово швидко і сильно роздувся, утворивши гігантську космічну мильну бульбашку. Наш унікальний всесвіт плаває в вируючому морі інших супербульбашок, в якому бульбашки можуть стикатися і породжувати родинні всесвіти. Вони плавають в середовищі, яке деякі називають корпусом, а інші - гіперпростором. Всі разом ці бульбашки утворюють паралельний всесвіт другого рівня і всередині нього знаходяться незліченна безліч всесвітів першого рівня.
Коли в вісімдесятих роках двадцятого століття вченим прийшла в голову лірична ідея теорії струн, здавалося, що вона допоможе вирішити всі загадки всесвіту. Ідея полягає в тому, що всі частинки не є точками, як раніше стверджувала наука, натомість ці частинки виявляються крихітними об'єктами, схожими на струни, кожна з яких коливається по-різному. При більш детальному дослідженні теоріїї струн вчені зробили дивовижні відкриття. Ми виявили, що стосування до фізики мають не тільки струни, але також мембрани і інші протяжні об'єкти, які можуть коливатися.
Якщо ви сидите на верхівці гори і дивитесь униз, перед вами різні села, які нічим не пов'язані, але з вершини гори ви спостерігаєте цілу гармонійну картину. Ем-теорія також передбачає, що ми живемо на величезній енергетичній мембрані. Ці мембрани дуже близькі одна до одної. Гігантські матерії плавають пліч-о-пліч в космосі, або гіперпросторі як величезні листи.
Паралельні всесвіти третього рівня формуються ще більш фантастичним способом. У цих всесвітах наші копії живуть тут і зараз, в тому ж самому часі і просторі. Вони відокремлені від нас, так як знаходяться в іншому вимірі того ж простору. І щоб ми зовсім з'їхали з глузду - їх нескінченна кількість. Найменша квантова відмінність може відокремлювати мене від зовсім іншого всесвіту, де у мене є безліч копій, що проживають безліч інших життів. У паралленьному всесвіті третього рівня навіть у кота життів набагато більше дев'яти.
Проблема в тому, що в деяких з світів кіт може бути мертвий. Ще більше шокує те, що в деяких з цих світів невелика квантова відмінність в думках може змінити весь світ. Це як помах крила метелика, який створює ураган. Дрібні події можуть змінити хід історії. В одному всесвіті нацисти виграли другу Світову війну. У цьому випадку ми зараз говоримо по-німецьки. В іншому світі ніколи не траплялося нічого страшного, другої Світової війни не було і близько 50 млн. Людей не померли.
Всесвіти четвертого рівня створюються або квантовими коливаннями, або зіткненням мембран. У паралельних всесвітах цього типу немає звичних нам правил. Можливо навіть те, що описана математиками і фізиками реальність відрізняється там від того, до чого ми звикли в нашому всесвіті.
Якщо у всесвітів четвертого рівня закони фізики відрізняються, тамошній простір може складатися з газу і частинок. При цьому не формуються галактики, зірки і планети, не існує життя в звичному нам вигляді. Подорожі у просторі.
У багатьох фільмах і книгах людей утримували в стані сну, щоб доставити на тривалиу відстань. В такому стані люди не старіють, або ж старіють дуже повільно, це такий своєрідний «режим сну». На жаль, теломери і тут представляють проблему.
Наші тіла містять невелику кількість радіоактивних елементів. Вони випромінюють невеликі порції радіації, яка нешкідлива для нас, оскільки нові клітини постійно замінюють пошкоджені. Якщо людина не старіє під час анабіозу, його теломери зменшаться, а клітини не діляться. Будь-які радіоактивні елементи в такому стані будуть наносити довготривалу шкоду тілу, що в кінцевому підсумку призведе до смерті. Навіть повільне старіння не врятує від радіації протягом тривалих періодів часу. Потрібно, щоб клітини ділилися в звичайному темпі.
Якщо подорож швидше за швидкість світла неможлива, ми можемо побудувати кораблі поколінь. Світло досягає найближчої до нас зірки за чотири роки, але для важкого об'єкту знадобиться набагато більше часу. До більшості зірок доведеться летіти мінімум сотні років. На кораблях поколінь населення може народжуватися і вмирати, поки, через багато років, не досягне пункту призначення. Але у таких кораблів є ряд проблем.
Нащадки можуть забути про початковоу мету місії, оскільки вона перетвориться в легенду за сотні років. Розумна комп'ютерна система могла б навчати людей, які народжуються на кораблі, щоб уникнути подібного провалу, але все одно - дуже важко передбачити, що трапиться за той час, поки покоління зміниться іншим поколінням. Якщо з кораблем що-небудь трапиться, чи зможуть люди, загубивші знання інженерного ремесла за довгі роки, чимось допомогти.
Класична телепортація мае на увазі людину, якиа актівує пристрій и зникає, щоб з'явитися в пункті призначення. Однак в реальності телепортація працює куди складніше, ніж показано у фільмах. Навіть якщо допустити можливість такого принципу, треба задуматись: людина розбирається на атоми в машині для телепортації, фізично переноситься в пункт призначення і збирається заново.
Збірка атомів нам поки недоступна, але цілком можлива. Потрібно просто відправити атоми до іншої зірки, це явно швидше, ніж відправляти тіло, але все одно займе роки. Інший варіант - зібрати на тому кінці точну копію людини, а попереднього знищити. Але такий варіант навряд чи кого влаштує.
Альтернативою кораблю поколінь може стати генетична модифікація людей, які зможуть жити протягом сотень або тисяч років і здійснити подорож в ході свого життя. Довголіття і безсмертя ретельно вивчаються наукою, однак найбільшою перешкодою в цих питаннях залишаються теломери - кінцеві ділянки хромосом, які стають коротшими кожен раз, коли ваші клітини діляться. Зрештою довжина теломерів буде з'їдена геть, а клітини почнуть пошкоджувати свою власну життєздатну ДНК у міру поділу. Це означає, що в саму ДНК закладено кількість поділів клітин, яке може статися. Здавалося б, відповідь проста: потрібно зберігати довжину теломерів.
Щоб усунути максимальну кількість невизначеностей в кораблях поколінь, можна використовувати кораблі яйцеклітин. Вони будуть везти заморожені запліднені людські яйцеклітини, які будуть вирощені і виховані ретельно продуманими машинами, ті виступлять їх батьками і педагогами. Проблеми, з якими доведеться зіткнутися людству.
Навіть якщо людські проблеми подорожей до інших зірок будуть вирішені, залишаться проблеми руху. Звичайні системи включають спалювання палива або реактивної маси, але щоб дістатися до іншої зірки, знадобляться неймовірні запаси палива, що вкрай неефективно. Як рішення - можна набирати паливо на шляху.
У космосі між зірок немає звичайних астероїдів або планет, на які можна сісти і добути палива. На щастя, космос - це далеко не вакуум, в ньому є безліч розсіяних крихітних атомів, переважно водню. Якщо рухатися з великою швидкістю, ці атоми можна зібрати і використовувати як паливо (зрозуміло, якщо ми доберемося до нього). Щоб зібрати водень, потрібний потужний «совок», за попередніми розрахунками в 2000 квадратних кілометрів площею.
Найближча до нас зірка - це Альфа Центавра. Вона знаходиться в чотирьох світлових роках від Землі. Якщо добиратися до неї на звичайному автомобілі зі швидкістю 60 км / год, знадобиться 72 мільйони років. Навіть якщо допустити, що такий автомобіль буде створений, за цей термін закінчаться всі періоди розпаду і природного зносу, не кажучи вже про майже нульову ймовірність прибуття через такий тривалий час. Потрібна швидкість, навіть якщо вона буде обмежена швидкістю світла.
Через крихітних атомів, розкиданих по всьому космосу, будь-яке судно на великій швидкості буде бомбардувати ними з такою силою, що вони проб'ють навіть найміцнішу сталь.
Є два варіанти: люди або машини будуть постійно латати дірки і лагодити пошкодження, а значить знадобиться величезна кількість матеріалів для ремонту, які доведеться везти з собою, або корабель буде зроблений з еластичних матеріалів, які будуть лагодити себе самостійно. Саме такі матеріали зараз і розробляються в космічних агентствах. Погана новина полягає в тому, що вчені не вірять в можливість існування таких матеріалів.
Будова нашого тіла залежить від гравітації. Коли люди не живуть в умовах звичайної земної гравітації, їх організм починає страждати. Через кілька тижнів або місяців кістки стають ламкими, м'язи - слабкими, а довгострокові наслідки взагалі фатальні. Люди можуть боротися з такими наслідками шляхом різних вправ і дієт, але через кілька років або десятиліть в космосі людське тіло буде необоротно пошкоджено. Навіть протягом коротких польотів жахливо погіршується зір. Саме цю проблему, до речі, хоче вирішити NASA, перш ніж відправляти людей на Марс.
Замість того, щоб жити в невагомості, можна створити штучну гравітацію шляхом обертання космічного об'єкта. На жаль, на це буде потрібно величезна кількість енергії і палива, а саме обертання неминуче буде викликати нудоту - в короткострокові періоди. Що буде в довгострокові періоди - поки невідомо, чи не вивчалося.
Людям, що живуть на кораблі протягом тривалого періоду, знадобиться система життєзабезпечення. Їм потрібно буде їсти, пити, дихати, випорожнюватися, митися і спати. Багато що з цього вже можна робити в космосі з поточними технологіями. Але в разі тривалих поїздок кількість води і їжі стане занадто великим, щоб його можна було взяти з собою.
У 2009 році британський фізик Стівен Хокінг провів вечірку для мандрівників у часі — виверт полягав у тому, що запрошення на вечірку він розіслав роком пізніше (ніхто з гостей не з'явився).
Подорож в минуле, найімовірніше, неможлива. Навіть якби ця можливість існувала, Хокінг та інші стверджують, що ви ніколи не зможете потрапити в точку часу до того моменту, коли була побудована ваша машина часу.
У 2010 році фізики з Національного інституту стандартів і технологій США (NIST) розмістили двоє атомних годинників на полицях, одна з яких на 33 см вище за іншу, і виміряли різницю у швидкості їх цокання. Годинники, що знаходилися на полиці нижче, цокали повільніше, тому що вони трохи сильніше були схильні до гравітації.
Щоб опинитися в далекому майбутньому, все, що нам потрібно, це місце з надзвичайно сильною гравітацією, наприклад, чорна діра. Чим ближче ви до кордону, тим повільніше рухається час — але це ризиковано, оскільки перетинаючи межу, можна вже ніколи не повернутися.
Найпростіший і найбільш практичний спосіб дістатися до далекого майбутнього — рухатися дуже швидко. Відповідно до теорії відносності Ейнштейна, коли ви подорожуєте зі швидкістю, близькою до швидкості світла, час сповільнюється для вас по відношенню до зовнішнього світу.
У випадку з повітряним судном ефект мінімальний. Але якби ви перебували на борту космічного корабля, що рухається зі швидкістю 90% від швидкості світла, час для вас проходило б в 2,6 рази повільніше, ніж на Землі. І чим ближче ваша швидкість наближається до швидкості світла, тим більш екстремальною стає подорож у часі.
Щоб використовувати машину часу на основі циліндра Тіплер, вам потрібно покинути Землю на космічному кораблі і відправитися в космос до циліндра, який там обертається. Коли ви досить наблизитеся до поверхні циліндра (простір навколо нього буде здебільшого « варпнуто », деформовано ), вам потрібно буде кілька разів обігнути його і повернутися на Землю. Ви прибудете в минуле.
Чорна діра надає неймовірний вплив на час, сповільнюючи його так, як ніщо інше в галактиці. По суті, це природна машина часу. Якби місією обльоту навколо чорної діри управляло наземне агентство, для них обліт орбіти зайняв би 16 хвилин. Але для сміливих людей на борту корабля, який знаходиться близько до масивного об'єкту, час йшов би дуже повільно. Куди повільніше, ніж на Землі. Час для команди сповільнилося б удвічі. За кожні 16 хвилин вони переживали б тільки 8.
3.6 Сучасні космічні дослідження та проекти.
Дослідження космосу-відкриття та розвідка космічного простору за допомогою космічних технологій. Фізичні дослідження космосу ведуться за допомогою пілотованих космічних польотів так й автоматичних космічних апаратів. Технічному дослідженню космосу передував розвиток астрономії та створення великих і відносно ефективних ракет на початку 20 століття. Освоєння космосу було одним з напрямків суперництва між СРСР та США в холодній війні. Початком епохи освоєння космосу можна вважати запуск першого штучного супутника Землі – Супутник-1, запущеного Радянським Союзом 4 жовтня 1957 року. Радянська космічна програма була на передових позиціях.
Чим сильніше розвиваються сучасні технології, тим більше відкривається можливостей для того, щоб більше дізнатися про наш Всесвіт. Останнім часом стало можливим підтвердити такі факти про Всесвіт, про яких раніше ми могли тільки здогадуватися.
Астрономи відкрили 715 нових планет, що обертаються навколо своєї зірки, за межами Сонячної системи. Всі ці інопланетні світи були виявлені за допомогою космічного телескопа Кеплер. Загальне число відомих і підтверджених екзопланет тепер становить більше 1700, а ще 3500 планет кандидатів чекають підтвердження.
Нові 715 планет обертаються навколо 305 зірок, тобто в середньому по дві екзопланети на зірку. Проте астрономи знайшли і приклади зоряних систем з безліччю планет, схожих на нашу Сонячну систему. Крім того, 95 відсотків нових планет менші ніж Нептун або в 4 рази менші, ніж розмір Землі. До цих пір вважалося, що в інших зоряних системах спостерігаються переважно планети, які більші, ніж Юпітер і Сатурн, а також «супер-Землі».
Підтвердження існування інших планет збільшує ймовірність життя в інших місцях нашої галактики.
Також було виявлено безліч подібностей між зоряними системами в межах Чумацького шляху і нашої Сонячної системи. У багатьох системах безліч планет оберталися навколо батьківської зірки по плоскій і круговій орбіті, як Земля, Марс, Меркурій і Венера.
Чотири планети з ново виявлених перебувають у так званій «зоні населеності». Це означає, що вони обертаються на відстані, яка дозволила б воді існувати в рідкій формі, що вважається сприятливим для існування життя. Останні результати підтверджують, що галактика Чумацький шлях, яка є лише однією з мільярдів галактик, містить планети, багато з яких схожі на нашу.
Астрономи виявили прямий доказ існування води на карликовій планеті Церера. Команда вчених з Європейського космічного агентства помітила стовпи водяної пари, що вивергаються з двох областей Церери, яка є найбільшим астероїдом в Сонячній системі. Джерело води залишається загадкою, але є припущення що вона, швидше за все, виходить з крижаних вулканів.
Дослідження допоможуть зрозуміти, як формувалася Церера, вказуючи на те, що планети, можливо, багато разів переміщалися в межах Сонячної системи під час свого формування.
Церера – карликова планета або гігантський астероїд – це найбільший об’єкт в поясі астероїдів в межах Сонячної системи, яка обертається на відстані 2,8 астрономічних одиниць (відстань від Землі до Сонця). Вчені підозрювали про наявність великої кількості води на цьому космічному об’єкті протягом останніх 30 років. У 1991 році там було виявлено натяки на воду у формі водню, але наявність води не було підтверджено.
Одним з можливих джерел води називають крижані вулкани, або лід з поверхні випаровується переходячи з твердого стану в газ, захоплюючи за собою пил, як це відбувається з кометами.
Одне з найбільш затяжних в астрономії досліджень, нарешті, прийшло до довгоочікуваного висновку: астрономи виявили в космосі молекулярний кисень.
У той час як до цього знаходили окремі атоми кисню або ті, що були включені в інші молекули, молекули кисню, саме ті, якими ми дихаємо, не були виявлені. Космічний телескоп “Гершель” виявив молекули в екваторіальному сузір’ї Оріона.
Кисень – це третій найпоширеніший елемент у Всесвіті після водню і гелію. Його молекулярна форма, з двома атомами, приєднаними подвійним зв’язком, робить життя на Землі можливим. Але ця форма ніколи остаточно не була вперше виявлена в безмежному космічному просторі.
У 2017 році, в дослідженні шведського телескопа, стверджувалося про відкриття кисню в сусідній області зоре утворення, але відкриття не було підтверджено незалежними джерелами інформації.
Одним з можливих місцезнаходжень кисню є місце в пилових частинках і водяному льоді. Команда вчених вибрала область зоре утворення сузір’я Оріона, вважаючи, що кисень з’явиться через лід і пил в теплішій, турбулентній частині космосу.
Одне з найбільш затяжних в астрономії досліджень, нарешті, прийшло до довгоочікуваного висновку: астрономи виявили в космосі молекулярний кисень. У той час як до цього знаходили окремі атоми кисню або ті, що були включені в інші молекули, молекули кисню, саме ті, якими ми дихаємо, не були виявлені. Космічний телескоп “Гершель” виявив молекули в екваторіальному сузір’ї Оріона. Кисень – це третій найпоширеніший елемент у Всесвіті після водню і гелію. Його молекулярна форма, з двома атомами, приєднаними подвійним зв’язком, робить життя на Землі можливим.
ІV. ПІДСУМКИ КОНФЕРЕНЦІЇ. ЗАКЛЮЧНЕ СЛОВО
ВИКЛАДАЧА
Отже добігає кінця наша конференція. Сьогодні ми дізнатися дуже багато про наш Всесвіт, про його склад, будову, теорію народження, розглянули сценарії майбутнього Всесвіту, спробували відповісти на питання чи існують паралельні Всесвіти, чи існує життя за межами нашої планети, дізналися про сучасні космічні дослідження та проекти та ще багато цікавого. Я дуже сподіваюся, що сьогодні ви дізналися багато нового та цікавого про наш Всесвіт і це підштовхе кожного до вивчення фізики та астрономії. Всім дуже дякую за роботу.
V. ДОДАТКИ
ЕЛЕКТРОННІ ПРЕЗЕНТАЦІЇ СТУДЕНТІВ З ТЕМИ «НЕЙМОВІРНИЙ
ВСЕСВІТ»
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ
1. М.П. Пришляк. Астрономія. 11кл.. – Х.: Вид-ство «Ранок», 2012р.160с
2. Ю. Мирошниченко. Розвиток дослідницької діяльності засобами ІКТ на уроках астрономії. - Газета для вчителів фізики. №14, 2014р.
3. Б. Кремінський. Матеріали до уроків астрономії. – Газета для вчителів фізики №24, 2014р, №1, №4, №7, №8, 2015р.
4. http://www/youtub/com/watch?v=vIAmInrbg&fature=relfted;
5. http: //www. Yotub/com/watch?=ZIZIAn2RVul&fature=relfted; 6. http://rutube/ru/tancks/5133513/htnl;
7. http://rutube/ru/trecks/3482364.htnl.
8. http://kievplanetrium. Blogspot.com/2011/10/15.html.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку