Metodika prepodavaniya astronomii

---

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Metodika provedeniya 3 uroka
"Vselennaya"

Cel': formirovanie fundamental'nogo astronomicheskogo ponyatiya "Vselennaya".

Zadachi obucheniya:

Obsheobrazovatel'nye - formirovanie ponyatii:

1) ob istorii poznaniya Vselennoi;
2) o metodah i instrumentah issledovaniya struktury Metagalaktiki i zakone Habbla;
3) ob osnovnyh harakteristikah, svoistvah, strukture, sostavu, razmerah i vozraste:
- Metagalaktiki;
- Mini-Vselennoi;
- Vselennoi.

Vospitatel'nye:

1) Formirovanie nauchnoi kartiny mira i nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya:
- v hode znakomstva s istoriei, metodami poznaniya i osnovnymi harakteristikami i svoistvami Metagalaktiki, Mini-Vselennoi i Vselennoi
- na osnove raskrytiya filosofskih polozhenii o material'nom edinstve i poznavaemosti mira pri izlozhenii materiala o prirode Metagalaktiki, Mini-Vselennoi i Vselennoi.
2) Patrioticheskoe vospitanie pri soobshenii svedenii o roli sovetskih uchenyh v izuchenii prirody Vselennoi.
3) Politehnicheskoe obrazovanie i trudovoe vospitanie pri povtorenii i uglublenii znanii o metodah i instrumentah, primenyaemyh dlya izucheniya Metagalaktiki (spektral'nyi analiz, radioastronomiya t.d.).

Razvivayushie - formirovanie umenii:

- analizirovat' i sistematizirovat' informaciyu, stroit' klassifikacionnye tablicy i shemy, ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih sistem na osnove vazhneishih fizicheskih teorii, ispol'zovat' obobshennye plany izucheniya kosmicheskih ob'ektov, delat' vyvody;
- reshat' zadachi na raschet mezhgalakticheskih rasstoyanii i harakteristik kosmicheskih ob'ektov.

Ucheniki dolzhny znat':

- osnovnye priznaki ponyatii "Metagalaktika", "Mini-Vselennaya" i "Vselennaya";
- o mezhgalakticheskih rasstoyaniyah i zakone Habbla;
- o Metagalaktike, ee razmerah, vozraste, strukture i sostave.

Ucheniki dolzhny umet': analizirovat' i sistematizirovat' uchebnyi material, ispol'zovat' obobshennye plany izucheniya kosmicheskih ob'ektov, reshat' zadachi na raschet mezhgalakticheskih rasstoyanii i harakteristik kosmicheskih ob'ektov.

Naglyadnye posobiya i demonstracii:

- fotografii, risunki galaktik, ih skoplenii i Sverhskoplenii; shema stroeniya Metagalaktiki;
- diapozitivy slaid-fil'ma "Illyustrirovannaya astronomiya": "Galaktiki, evolyuciya Vselennoi";
- diafil'my i fragmenty diafil'mov: "Metody astrofizicheskih issledovanii"; "Razvitie predstavlenii o Vselennoi"; "Kak astronomiya oprovergla religioznye predstavleniya o Vselennoi"; "Stroenie Vselennoi"; "Chto izuchaet kosmologiya";
- fragmenty kinofil'ma "Vselennaya";

Zadanie na dom:

1. Po materialu uchebnikov:

- B.A. Voroncov-Vel'yaminova: izuchit' § 30; voprosy k paragrafu.
- E.P. Levitana: izuchit' § 30; voprosy k paragrafu.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: izuchit' § 34; voprosy; upr. 34.7.

2. Vypolnit' zadaniya iz sbornika zadach Voroncova-Vel'yaminova B.A. [28]: 407; 416.

Plan uroka

Etapy uroka	Soderzhanie	Metody izlozheniya	Vremya, min
1	Povtorenie i aktualizaciya astronomicheskih znanii	Frontal'nyi opros, beseda	7-10
2	Izlozhenie novogo materiala: 1.Metagalaktika: svoistva, stroenie, struktura, sostav. 2. Mini-Vselennaya. 3. Vselennaya	Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya	22-27
3	Zakreplenie izuchennogo materiala. Reshenie zadach	Rabota u doski, samostoyatel'noe reshenie zadach v tetradi	10-12
4	Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie		3

Metodika provedeniya uroka:

Urok nachinaetsya s povtoreniya svedenii o galaktikah. V hode frontal'nogo oprosa ispol'zuyutsya zadavavshiesya uchenikam na proshlom uroke voprosy o prirode nashei Galaktiki i voprosy o drugih galaktikah:

1) Daite opredelenie ponyatiya "galaktika".
2) Kakie osnovnye klassy galaktik vy znaete? Chem oni otlichayutsya drug ot druga? Kakie priznaki lezhat v osnove ih klassifikacii?
3) Chto takoe kvazary? Aktivnye galaktiki? V chem prichina vysokoi svetimosti kvazarov i processov v yadrah aktivnyh galaktik?
4) Kakie osnovnye galakticheskie sistemy vy znaete? Chem oni otlichayutsya drug ot druga? Kakie priznaki lezhat v osnove ih klassifikacii?
5) Kak voznikli galaktiki? Ot chego zavisyat harakteristiki formiruyusheisya galaktiki?

Chast' uchenikov vypolnyaet v eto vremya programmiruemye zadaniya:

1. Sbornik zadach G.P. Subbotina [287], zadaniya NN 325; 326.
2. Sbornik zadach E.P. Razbitnoi [244], zadaniya NN 30-1; 30-2.

Zatem v forme lekcii izlagaetsya material o Metagalaktike, Mini-Vselennoi i Vselennoi.

Sleduet obratit' vnimanie na to, chto v razlichnyh nauchno-populyarnyh knigah, teleperedachah i t.d. dazhe ser'eznye uchenye chasto vmesto termina "Metagalaktika" ispol'zuyut termin "Vselennaya", otozhdestvlyayut Metagalaktiku i Vselennuyu: govoryat o vozraste i razmerah Vselennoi, ee vozniknovenii i rasshirenii i t.d. Ucheniki dolzhny usvoit', chto eto po suti yavlyaetsya metodologicheskoi oshibkoi: Vselennaya beskonechna v prostranstve i vechna vo vremeni (hotya by potomu, chto za predelami Mini-Vselennoi nashi ponyatiya prostranstva i vremeni poprostu utrachivayut smysl). Mozhno govorit' o proishozhdenii, razmerah i rasshirenii Metagalaktiki i Mini-Vselennoi (ih vozrast prakticheski sovpadaet), no nel'zya govorit' o proishozhdenii, vozraste, razmerah i rasshirenii Vselennoi. Pravil'nomu usvoeniyu smysla ponyatii sposobstvuet ponimanie ierarhii etih kosmicheskih sverhsistem: Metagalaktiki yavlyaetsya sostavnoi chast'yu (odnim iz elementov, odnoi iz mnozhestva metagalaktik) Mini-Vselennoi, kotoraya v svoyu ochered' yavlyaetsya chast'yu Vselennoi (odnoi iz mnozhestva mini-vselennyh).

Na dannom uroke kosmologicheskie processy eshe ne rassmatrivayutsya, odnako mozhno ob'yasnit' uchenikam, chto konechnost' skorosti sveta zatrudnyaet izuchenie sovremennoi Vselennoi, no oblegchaet ee izuchenie v processe razvitiya. My dazhe ne v silah uvidet', kakoi oblik v dannyi moment vremeni imeet nasha Metagalaktika: chem dal'she nahoditsya kosmicheskii ob'ekt, tem bol'shee proshloe ob'ekta my nablyudaem. Solnce my vidim takim, kakim ono bylo 8 minut 20 sekund nazad – stol'ko vremeni ponadobilos' solnechnomu luchu, chtoby preodolet' rasstoyanie do Zemli; Proksimu Centavra my nablyudaem takoi, kakoi ona byla 4,2 goda nazad; blizhaishuyu spiral'nuyu galaktiku M 31 – takoi, kakoi ona byla okolo 2,5 millionov let nazad; kvazary i samye dalekie galaktiki "sdvinuty v proshloe" na 8-12 milliardov let.

Pod "rasshireniem Vselennoi" sleduet ponimat' ne uvelichenie lineinyh razmerov vseh material'nyh ob'ektov, a vzaimoudalenie galakticheskih sistem, kvazarov i t.d. v predelah nashei Metagalaktiki i vozmozhnoe "razbeganie" metagalaktik v predelah Mini-Vselennoi, prichem na otnositel'noe dvizhenie blizkih gravitacionno-svyazannyh elementov kosmicheskih sistem (zvezd v galaktikah, galaktik v gruppah i skopleniyah) eto yavlenie ne rasprostranyaetsya. Ucheniki dolzhny usvoit', chto nasha Galaktika ne zanimaet osobogo, central'nogo mesta v Metagalaktike – u Metagalaktiki voobshe net centra, zakon Habbla vypolnyaetsya dlya lyubogo nablyudatelya v lyuboi iz galaktik.

Metagalaktika - eto predel'naya po stepeni obshnosti i ob'emu, obladayushaya strukturnost'yu na vseh svoih urovnyah sistema kosmicheskih ob'ektov massoi okolo 10⁵² kg, razmerami okolo 10²⁶ m (18-20 milliardov sv. let) i vozrastom ot 18 do 20 milliardov let.

Krupnomasshtabnaya yacheistaya struktura Metagalaktiki sostoit iz gigantskih voloknopodobnyh elementov, obrazovannyh sverhskopleniyami galaktik i pustotami ("kavernami") mezhdu nimi razmerami do 300 Mpk, ogranichennyh "stenkami" iz galaktik tolshinoi do 10 Mpk. Naibolee bogatye galaktikami skopleniya nahodyatsya na peresechenii volokon.

Ris. 77. Yacheistoe raspredelenie galaktik v prostranstve
(v razreze, prohodyashem cherez sverhskoplenie v Volosah Veroniki)

Obshee chislo galaktik v Metagalaktike mozhet sostavlyat', predpolozhitel'no, bolee 10¹⁰ –10¹² ob'ektov, vklyuchayushih v svoi sostav svyshe 10 ²¹ –10²⁴ zvezd.

V mezhgalakticheskom prostranstve obnaruzheny ogromnye oblaka "goryachego" i "holodnogo" (T < 2× 10⁶ K) gaza (veroyatno, ostatki protogalakticheskih tumannostei), sharovye zvezdnye skopleniya i otdel'nye gruppy zvezd.

Krome veshestva, vhodyashego v sostav vysheperechislennyh kosmicheskih ob'ektov, vo vsei Metagalaktike rasseyany chasticy ionizirovannogo i neitral'nogo gaza, pylinki; prostranstvo Metagalaktiki pronizyvayut kosmicheskie luchi, magnitnye polya i reliktovoe izluchenie. Vozmozhno sushestvovanie i neizvestnyh nam poka ob'ektov.

V horosho issledovannoi oblasti Metagalaktiki razmerami do 1500 Mpk naschityvaetsya neskol'ko milliardov galaktik. Skopleniya galaktik gravitacionno vzaimodeistvuyut na rasstoyaniyah do 50 Mpk, no na bol'shih (svyshe 100 Mpk) rasstoyaniyah gravitacionnoe vzaimodeistvie prakticheski otsutstvuet.

Astronomicheskie nablyudeniya pokazyvayut, chto vse oni nahodyatsya v dvizhenii, udalyayas' drug ot druga i ot nashei Galaktiki so skorost'yu , gde N - postoyannaya Habbla, r - rasstoyanie do ob'ekta.

Skorost' dvizheniya opredelyaetsya po "krasnomu smesheniyu" spektral'nyh linii, voznikayushemu blagodarya effektu Doplera (esli ob'ekt udalyaetsya ot nablyudatelya, linii v ego spektre budut ravnomerno smeshat'sya na velichinu z v krasnuyu, dlinnovolnovuyu chast' spektra):

.

Postoyannaya Habbla opredelyaetsya iz sootnosheniya dlya blizhaishih galaktik, rasstoyanie do kotoryh my mozhem opredelit' neskol'kimi nezavisimymi sposobami (po dannym nablyudeniya cefeid i t.d.), odnako tochnost' izmerenii uhudshaetsya s udaleniem ob'ektov nablyudeniya. Razlichnye metody opredeleniya rasstoyanii do blizhaishih galaktik dayut 20% rashozhdenie v ocenke znacheniya postoyannoi Habbla.

Poetomu znachenie postoyannoi opredeleno lish' priblizitel'no: 75 £ N £ 100 km/s× Mpk (73 km/s× Mpk po dannym 1996 g.). Sushestvovanie "krasnogo smesheniya" svidetel'stvuet o rasshirenii Metagalaktiki; po ego velichine mozhno opredelit' rasstoyanie do udalennyh kosmicheskih ob'ektov i ih vozrast: .

Nizkaya tochnost' izmereniya mezhgalakticheskih rasstoyanii vedet k vozniknoveniyu kosmologicheskogo paradoksa: dannye raschetov na osnove razlichnyh astronomicheskih nablyudenii ne vpolne soglasuyutsya mezhdu soboi i s vyvodami kosmologicheskih i kosmogonicheskih teorii (vozrast Metagalaktiki, vychislennyi na osnove vysheupomyanutogo znacheniya postoyannoi Habbla (11-14 mlrd. let) prakticheski sovpadaet s vozrastom stareishih zvezd Galaktiki (11-12 mlrd. let) i t.d.). Utochnit' mezhgalakticheskie rasstoyaniya, razmery i vozrast Metagalaktiki pomogut novye, bolee moshnye sredstva astronomicheskih nablyudenii.

Soglasno poslednim dannym, naibolee udalennoe iz nablyudaemyh skoplenii galaktik MS 1054-0321 massoi 10¹⁶ M¤ nahoditsya na rasstoyanii 8 mlrd. sv. let ot Zemli; otdel'nye naibolee dalekie galaktiki imeyut vozrast do 18 milliardov let i s udaleniem ih chislo vozrastaet v toi zhe proporcii, chto i v blizkih oblastyah Metagalaktiki. S uchetom vremeni, neobhodimogo dlya formirovaniya etih ob'ektov (1-2 milliarda let) sleduet predlozhit', chto vozrast Metagalaktiki blizok k 20 milliardam let.

Metagalaktika imeet granicu - "gorizont sobytii". On opredelyaetsya maksimal'noi skorost'yu dvizheniya lyubyh material'nyh ob'ektov - skorost'yu sveta. Lyubye ob'ekty Metagalaktiki mogut byt' prichinno svyazany mezhdu soboi lish' pri uslovii, chto rasstoyanie mezhdu nimi , gde t_M - vremya sushestvovaniya Metagalaktiki, poskol'ku lyubomu, dazhe dvizhushemusya so skorost'yu sveta signalu iz-za granicy "gorizonta sobytii" na preodolenie rasstoyaniya do Zemli trebuetsya bol'she vremeni, chem sushestvuet Metagalaktika.

Poetomu dlya bol'shinstva lyudei i dlya mnogih uchenyh ponyatiya "Metagalaktika" i "Vselennaya" stali sinonimami, hotya na samom dele Metagalaktika yavlyaetsya nichtozhno maloi chast'yu beskonechnoi Vselennoi.

Sushestvovanie i svoistva Metagalaktiki obuslovleny vsei sovokupnost'yu ee fizicheskih zakonomernostei, vklyuchaya razmernost' prostranstva. Ee struktura i harakteristiki opredelyayutsya unikal'nym naborom znachenii fundamental'nyh fizicheskih postoyannyh.

Osnovnye svoistva Metagalaktiki:

1. Rasshirenie po zakonu .

2.. Odnorodnost' i izotropnost' prostranstva Metagalaktiki proyavlyaetsya v tom, chto v lyuboi moment ee evolyucii vse napravleniya dvizheniya materii ravnopravny, a plotnost' materii pochti neizmenna (samye krupnye neodnorodnosti v sotni i tysyachi raz men'she razmerov Metagalaktiki).

3. Odnorodnost' i anizotropnost' (napravlennost' ot proshlogo k budushemu) vremeni.

4. Princip fundamental'nosti veroyatnostnyh zakonomernostei i princip simmetrii, zaklyuchayushiisya v vyyavlenii i sohranenii obshego v ob'ektah i yavleniyah, ogranichenii chisla vozmozhnyh variantov struktur i povedeniya sistem, proyavlyayushii sebya v zakonah sohraneniya massy, energii, impul'sa, elektricheskogo zaryada i spina, v neizmennosti zakonov fiziki pri perehode iz odnoi inercionnoi sistemy v druguyu.

Sushestvovanie lyuboi simmetrii (v prostranstve-vremeni, stepenyah svobody elementarnyh chastic i fizicheskih polei i t.d.) obuslovlivaet sushestvovanie sootvetstvuyushih zakonov sohraneniya i struktury sohranyayusheisya velichiny (teorema A.-E. Neter).

Sledstviem simmetrii 4-mernogo prostranstvenno-vremennogo kontinuuma yavlyaetsya vzaimosvyaz' energii i massy material'nyh ob'ektov, vyrazhaemaya znamenitoi formuloi Einshteina: E = m × c². Invariantnost' otnositel'no sdviga vo vremeni (sdvigovaya simmetriya, proyavlyayushayasya v odnorodnosti vremeni) obuslovlivaet zakon sohraneniya energii; invariantnost' otnositel'no prostranstvennyh sdvigov (odnorodnost' prostranstva) – zakon sohraneniya impul'sa; invariantnost' otnositel'no prostranstvennogo vrasheniya (osevaya simmetriya, proyavlyayushayasya v izotropnosti prostranstva) - zakon sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya i t.d.

Vozmozhno sushestvovanie ideal'noi simmetrii sluchainosti (haosa), yavlyayusheisya aksiomatikoi klassicheskoi termodinamiki i kvantovoi mehaniki, i naibolee obshei simmetrii neravnovesnyh processov, kolichestvennym vyrazheniem kotoroi yavlyayutsya entropiinye zakony sohraneniya.

Glubina i vseobshnost' etih principov pozvolyaet govorit' o nashem mire kak "simmetricheskom, postroennom na veroyatnosti".

Hod evolyucii Metagalaktiki zavisit ot "barionnoi asimmetrii": pochti polnom otsutstvii antichastic i antiveshestva (yadra antiatomov sostoyat iz antiprotonov i neitronov i imeyut otricatel'nyi zaryad; rol' elektronov igrayut polozhitel'no zaryazhennye pozitrony).

4. Nasha epoha, "zvezdnyi etap" evolyucii Metagalaktiki, obladaet sleduyushimi chertami:
- zvezdy yavlyayutsya osnovnym, naibolee rasprostranennym tipom kosmicheskih tel;
- okolo 95% vidimogo veshestva Metagalaktiki sosredotocheno v zvezdah;

5. Himicheskii sostav Metagalaktiki: 77,4% vodoroda; 20,8% geliya; 1,8% drugih elementov (kislorod - 0,85%; uglerod - 0,38%; neon - 0,15%; zhelezo - 0,14%; azot - 0,093% i t.d.). Bolee podrobnye svedeniya soderzhatsya v tabl. 17.

Rasprostranennost' (srednee soderzhanie) himicheskih elementov i ih izotopov v kosmicheskom prostranstve opredelyaetsya na osnove astrofizicheskih i kosmohimicheskih issledovanii: izucheniya sostava kosmicheskih luchei, himicheskogo analiza prob grunta kosmicheskih tel i meteoritov, dannyh geofiziki i geohimii, raschetov vnutrennego stroeniya kosmicheskih tel, issledovaniya spektrov kosmicheskih ob'ektov i ih sistem.

Preobladanie vodoroda svidetel'stvuet o tom, chto on yavlyaetsya ishodnym elementom termoyadernyh reakcii sinteza tyazhelyh elementov. Soglasno raschetam uchenyh, 20-30% pervichnogo vodoroda prevratilos' v gelii eshe v nachale stadii kosmologicheskogo rasshireniya Metagalaktiki.

Ochen' malo v Metagalaktike yader elementov litiya, berilliya, bora i deiteriya (), poskol'ku oni obrazuyutsya sravnitel'no redko v osobyh usloviyah (pri "holodnyh" termoyadernyh reakciyah (T £ 10⁷ K), vzaimodeistvii neitrino s veshestvom zvezd i t. d.) i legko razrushayutsya v hode termoyadernyh reakcii s T > 10⁷ K.

Rasprostranennost' elementov bystro padaet s vozrastaniem atomnoi massy. Yadra elementov s chetnym massovym chislom A ot ugleroda do kal'ciya imeyut bolee shirokuyu rasprostranennost', nezheli s nechetnym, poskol'ku mogut byt' sostavleny iz celogo chisla yader geliya (a -chastic) i obrazuyutsya v rezul'tate termoyadernyh reakcii v nedrah zvezd-gigantov i pri termoyadernyh vzryvah zvezd.

Sravnitel'no mnogo v Metagalaktike elementov kriptona, ksenona, bariya, platiny i svinca. Shirokaya rasprostranennost' zheleza obuslovlena osobennostyami termoyadernyh reakcii, predshestvuyushih vspyshkam Sverhnovyh.

S dal'neishem rostom atomnoi massy A rasprostranennost' tyazhelyh elementov rezko umen'shaetsya, poskol'ku dlya ih vozniknoveniya trebuetsya specificheskie, ochen' redko voznikayushie usloviya (sverhvysokie temperatury i davleniya, sverhmoshnye istochniki neitronov i t. d.).

Tablica 17

N/N po tablice Mendeleeva	Nazvanie i simvol elementa	Rasprostranennost' po chislu atomov (pri Si=106)	Koncentraciya po masse (v 1 g kosmicheskogo veshestva)
1	Vodorod, N	2,66× 1010	0,774
2	Gelii, Ne	1,80× 109	0,208
6	Uglerod, S	1,11× 107	3,8× 10-3
7	Azot, N	2,31× 106	9,3× 10-4
8	Kislorod, O	1,48× 107	8,5× 10-3
10	Neon, Ne	2,60× 106	1,5× 10-3
11	Natrii, Na	6,0× 104	4,0× 10-5
12	Magnii, Mg	1,06× 106	7,4× 10-4
13	Alyuminii, Al	8,5× 104	6,6× 10-5
14	Kremnii, Si	1,00× 106	8,1× 10-4
16	Sera, S	5,0× 105	4,6× 10-4
18	Argon, Ar	1,06× 105	1,1× 10-4
20	Kal'cii, Ca	6,25× 104	7,2× 10-5
24	Hrom, Cr	1,27× 104	1,9× 10-5
25	Marganec, Mn	9,3× 103	1,5× 10-5
26	Zhelezo, Fe	9,0× 105	1,4× 10-3
28	Nikel', Ni	4,78× 106	8,1× 10-5

6. Himicheskaya evolyuciya Metagalaktiki nerazryvno svyazana s evolyuciei kosmicheskih ob'ektov i protekaet v napravlenii umen'sheniya koncentracii legkih himicheskih elementov(vodoroda i geliya) s odnovremennym uvelicheniem srednego soderzhaniya tyazhelyh himicheskih elementov (zvezdy I pokoleniya, obrazovavshiesya 12-11 milliardov let nazad soderzhali 0,1 %; zvezdy II pokoleniya, obrazovavshiesya 6 - 5 milliardov let nazad - 2-3%; formiruyushiesya seichas zvezdy Sh pokoleniya soderzhat 3-4% tyazhelyh elementov).

7. "Antropnyi princip" obuslovlivaet zakonomernost' i neizbezhnost' vozniknoveniya i razvitiya zhizni na Zemle i, veroyatno, na mnogih drugih zemlepodobnyh planetah Metagalaktiki. Podrobnee ob "antropnom principe" budet rasskazano na sleduyushem uroke.

Gigantskaya Metagalaktika, v kotoroi my zhivem i kotoraya dostupna nablyudeniyam nashih priborov, yavlyaetsya otdel'nym krohotnym uchastkom Mini-Vselennoi.

Mini-Vselennaya - chast' Vselennoi, obladayushaya sobstvennoi unikal'noi sovokupnost'yu fizicheskih zakonomernostei; prostranstvenno-obosoblennaya, predel'naya po stepeni obshnosti i ob'emu sistema metagalaktik massoi 10⁷⁵ do 10¹⁰⁰ kg, razmerami otm do m, obrazovavshayasya v rezul'tate fluktuacii energeticheskoi plotnosti fizicheskogo vakuuma 18 - 20 milliardov let nazad. Prostranstvo Mini-Vselennoi yavlyaetsya edinoi prichinno-svyazannoi oblast'yu.

Sleduet oznakomit' uchashihsya s vazhneishimi harakteristikami i svoistvami Mini-Vselennoi:

1. Universal'nost' zakonov fiziki. Zakony fiziki ediny dlya vsei Mini-Vselennoi.
2. Princip simmetrii: vyyavlenie i sohranenie obshego v ob'ektah i yavleniyah, ogranichenie chisla vozmozhnyh variantov struktur i povedeniya sistem. Proyavlyaetsya v zakonah sohraneniya massy, energii, impul'sa, elektricheskogo zaryada i t.d. i v neizmennosti zakonov fiziki pri perehode iz odnoi inercionnoi sistemy v druguyu.
3. Odnorodnost' i izotropnost' Mini-Vselennoi: v lyuboi moment ee evolyucii vse napravleniya dvizheniya materii ravnopravny, a plotnost' materii pochti neizmenna. Proyavlyaetsya v svoistvah (odnorodnosti i izotropnosti) prostranstva i anizotropnosti vremeni (napravlennosti iz proshlogo v budushee).

Nasha Mini-Vselennaya v svoyu ochered' yavlyaetsya lish' nebol'shoi chast'yu neob'yatnoi vechnoi Vselennoi.

Ponyatie "Vselennaya" - kategorial'noe, predel'no shirokoe, neopredelimoe cherez rod i vidovoe otlichie; opredelenie podobnyh ponyatii daetsya na osnove opisaniya osnovnyh svoistv i harakteristik ob'ekta. Zhelatel'no, chtoby v opredelenii ponyatiya "Vselennaya" (pervoi ego poloviny) prinyali uchastie, pod rukovodstvom uchitelya, sami ucheniki:

Vselennaya - eto sovokupnost' mnozhestva mini-Vselennyh. Po nekotorym ocenkam, nasha Vselennaya mozhet vklyuchat' do 10⁵⁰ Mini-Vselennyh! Vozmozhno odnovremennoe sushestvovanie Mini-Vselennyh, nahodyashihsya na raznyh stadiyah svoego razvitiya. Vozmozhno, na opredelennyh stadiyah svoego razvitiya kazhdaya mini-Vselennaya polnost'yu preobrazuetsya, porozhdaya mini-Vselennuyu novogo pokoleniya.

Vselennaya - ves' ob'ektivno sushestvuyushii mir; vse sushee; vse, chto my mozhem nablyudat' i vse, chto my mozhem predstavit' sebe na osnove sovremennyh nauchnyh teorii. Vselennaya ne imeet ni nachala, ni konca, ona vsegda sushestvovala i budet sushestvovat'; ona beskonechna v prostranstve i vechna vo vremeni. Vselennaya nepreryvno izmenyaetsya, razvivaetsya, evolyucioniruet.

Povtorenie, rasshirenie i uglublenie obshenauchnyh ponyatii o materii, ee osnovnyh formah sushestvovaniya, zakonah dvizheniya, prostranstve, vremeni, veshestve, pole, fizicheskom vakuume i vidah fundamental'nyh fizicheskih vzaimodeistvii ne tol'ko sposobstvuet formirovaniyu ponyatiya "Vselennaya" i "profilaktike" vernogo ispol'zovaniya etogo termina, no i ukreplyaet mezhpredmetnye svyazi kursov fiziki, astronomii i obshestvovedeniya, a takzhe yavlyaetsya svoeobraznoi propedevtikoi materiala po osnovam kosmologii, kotoryi budet izuchat'sya na sleduyushem uroke. Etot etap uroka luchshe vsego provodit' v forme besedy, v kotoruyu nuzhno vovlech' ves' klass.

Vselennaya material'na. Termin "materiya" oznachaet vse, chto real'no sushestvuet v okruzhayushem mire. "Materiya - eto ob'ektivnaya real'nost', dannaya nam v oshushenii" (V.I. Lenin).

Material'ny elektromagnitnye, gravitacionnye i drugie fizicheskie polya, elementarnye chasticy, atomy, molekuly, lyubye veshestva i makroskopicheskie tela, zhivye sushestva i kosmicheskie ob'ekty.

Materiya nesotvorima i neunichtozhima: ona vsegda byla, est' i budet. Vidimoe ischeznovenie materii vsegda oznachaet lish' ee perehod v kachestvenno inoe sostoyanie. Materiya postoyanno izmenyaetsya, evolyucioniruet, perehodit v kachestvenno inye, bolee vysokie i slozhnye formy.

Materiya nahoditsya v nepreryvnom dvizhenii.

Osnovnye svoistva i priznaki dvizheniya materii:

1. Dvizhenie – sposob (forma) sushestvovaniya materii: lyubye izmeneniya, proishodyashie s materiei. "Dvizhenie, rassmatrivaemoe v samom shirokom smysle slova, … obnimaet soboi vse proishodyashie vo vselennoi izmeneniya i processy, nachinaya s prosteishego peremesheniya i zakanchivaya myshleniem" (F. Engel's). Pod dvizheniem materii sleduet ponimat' ne tol'ko mehanicheskoe peremeshenie material'nyh ob'ektov v prostranstve, no i lyubye proishodyashie v nih i s nimi processy: fizicheskie, himicheskie, biologicheskie, social'nye...
2. Dvizhenie nerazryvno svyazano s materiei. Net, i ne mozhet byt' dvizheniya bez materii, kak net, i ne mozhet byt' materii bez dvizheniya.
3. Kazhdomu vidu materii prisushi specificheskie formy i vidy dvizheniya.
4. Vse vidy dvizheniya vzaimosvyazany, vzaimoobuslovleny drug drugom.
5. Vse vidy dvizheniya vzaimno prevrashayutsya drug v druga.
6. Obobshennyi zakon sohraneniya dvizheniya, obuslovlivayushii sushestvovanie vseh 10 zakonov sohraneniya fiziki: pri vseh prevrasheniyah odnogo vida dvizheniya v drugoi v kolichestvennom otnoshenii dvizhenie ostaetsya neizmennym. Dvizhenie vechno, ono ne voznikaet iz nichego i ne ischezaet bessledno.
7. Dvizhenie materii proishodit v prostranstve i vo vremeni. Materiya, prostranstvo i vremya nerazryvno svyazany mezhdu soboi i okazyvayut vzaimnoe vliyanie drug na druga.

Prostranstvo vyrazhaet poryadok sosushestvovaniya otdel'nyh ob'ektov. Vydelyaemaya chast' prostranstva ogranichivaet, a inogda i obrazuet otdel'nye ob'ekty prirody.

Prostranstvo Mini-Vselennoi obladaet svoistvami:

• nepreryvnosti (pri D r >10^-33 m);
• trehmernosti v dekartovoi sisteme koordinat;
• izotropnosti: lyubye napravleniya ekvivalentny, ravnopravny; fizicheskie zakony invariantny otnositel'no vybora napravlenii osei koordinat sistemy otscheta; sledstvie – zakon sohraneniya momenta impul'sa;
• odnorodnosti (simmetrii): vse ego mesta ekvivalentny, fizicheski odinakovy: pri parallel'nom perenose v prostranstve zamknutoi sistemy tel kak celogo ee fizicheskie svoistva i zakony dvizheniya ne izmenyayutsya; sledstvie – zakon sohraneniya impul'sa.

Vremya vyrazhaet posledovatel'nuyu smenu yavlenii i sostoyanii material'nyh ob'ektov, prodolzhitel'nost' ih sushestvovaniya. Obladaet svoistvami:

• nepreryvnosti (pri D t >10^-41 s);
• odnomernosti;
• odnorodnosti (invariantnosti fizicheskih zakonov otnositel'no vybora nachala otscheta vremeni), sledstvie – zakon sohraneniya energii;
• anizotropnosti (napravlennosti hoda iz proshlogo v budushee);
• neobratimosti; sledstvie – neobratimost' teplovyh processov, zakon vozrastaniya entropii.

Princip invariantnosti otnositel'no sdvigov v prostranstve i vo vremeni: smeshenie vo vremeni i prostranstve ne vliyaet na protekanie fizicheskih processov.

Glavnymi vzaimosvyazannymi harakteristikami material'nyh ob'ektov yavlyayutsya: energiya - obshaya kolichestvennaya mera razlichnyh form dvizheniya materii, opisyvayushaya sostoyanie ob'ektov i ih sposobnost' k vzaimodeistviyu mezhdu soboi; i massa - mera gravitacionnyh i inertnyh svoistv i polnoi energii ob'ektov.

Zakon sohraneniya materii - odin iz fundamental'nyh zakonov Vselennoi: obshee kolichestvo materii vo Vselennoi nikogda ne izmenyaetsya: materiya ne ischezaet bessledno i ne poyavlyaetsya iz "niotkuda", a lish' perehodit iz odnogo sostoyaniya v drugoe.

Izvestny 4 vida fundamental'nyh fizicheskih vzaimodeistvii:

1. Gravitacionnoe vzaimodeistvie - dal'nodeistvuyushee proporcional'no massam ob'ektov sistemy i harakterizuemoe uchastiem gravitacionnogo polya. Sila ego opredelyaetsya zakonom Vsemirnogo tyagoteniya; intensivnost' opredelyaetsya bezrazmernoi postoyannoi gravitacionnogo vzaimodeistviya a _g.

, gde m - harakteristicheskaya massa. Pri m = m_p a _g » 10^-38.

Elektromagnitnoe vzaimodeistvie - dal'nodeistvuyushee, harakterizuemoe uchastiem elektromagnitnogo polya, izluchaemom, pogloshaemom ili perenosyashem vzaimodeistvie mezhdu telami. Otvechaet za vzaimodeistvie zaryazhennyh chastic. Intensivnost' opredelyaetsya bezrazmernoi postoyannoi:

3. Sil'noe vzaimodeistvie - korotkodeistvuyushee na rasstoyaniyah okolo 10^-15 m. Proyavlyaet sebya v yadernyh reakciyah i vzaimodeistvii elementarnyh chastic (sistem kvarkov, iz kotoryh sostoyat chasticy). Intensivnost' opredelyaetsya postoyannoi a _s. Pri m = m_p a _s » 1.

4. Slaboe vzaimodeistvie - korotkodeistvuyushee na rasstoyaniyah okolo 10^-18 m. Proyavlyaet sebya v yadernyh reakciyah i vzaimodeistvii elementarnyh chastic. Intensivnost' opredelyaetsya postoyannoi a _w » 10^-5, opredelyaemym sootnosheniem: , gde g_F = 10^-49 erg× sm³ - postoyannaya Fermi; m = m_p.

Vydelyayut tri vzaimosvyazannye formy sushestvovaniya materii: veshestvo, pole i fizicheskii vakuum.

Veshestvo - vid materii, obladayushei massoi pokoya i diskretnoi strukturoi, obrazuemoi vzaimodeistvuyushimi sistemami elementarnyh chastic.

Fizicheskie polya ne obladayut massoi pokoya i imeyut nepreryvnuyu strukturu.

fizicheskii vakuum v nastoyashee vremya predstavlyaet soboi materiyu (nevozbuzhdennoe (osnovnoe) sostoyanie fundamental'nyh silovyh polei) v samom nizkom energeticheskom sostoyanii. Termin "vakuum" - sinonim pustoty, odnako kosmicheskoe prostranstvo, dazhe v otdalenii ot lyubyh kosmicheskih ob'ektov, - ne pusto. Eta sreda sostoit iz mnozhestva vzaimodeistvuyushih mezhdu soboi virtual'nyh ("veroyatnyh") chastic, vremya sushestvovaniya kotoryh mnogo men'she vremeni, neobhodimogo dlya ih registracii. Virtual'nyi elektron "zhivet" menee 10^-21 s, virtual'nyi proton - 10^-24 s, a zatem raspadayutsya, prevrashayas' v stol' zhe korotkozhivushie chasticy. Sushestvovanie virtual'nyh chastic podtverzhdayut mnogochislennye kosvennye dannye ob ih vzaimodeistvii s "real'nymi" chasticami i yavlenie polyarizacii vakuuma.

Pri vzaimodeistvii mezhdu soboi otdel'nye virtual'nye chasticy mogut priobresti energiyu, vo mnogo raz uvelichivayushuyu vremya ih sushestvovaniya. Dlya vneshnego nablyudatelya eto sobytie vyglyadit kak poyavlenie "niotkuda", iz pustoty, pary chastica - antichastica.

Plotnost' potencial'noi energii fizicheskogo vakuuma sostavlyaet okolo10⁹¹ Dzh/sm³

Predpolagaetsya, chto kogda-to v nashei chasti Vselennoi "energeticheskaya plotnost'" vakuuma byla nesravnimo vyshe sovremennoi. Kolebaniya energeticheskoi plotnosti "lozhnogo vakuuma" mogli porozhdat' ob'ekty s neveroyatno vysokoi massoi, soprovozhdavshiesya sootvetstvuyushim chudovishnym vydeleniem energii vakuuma.

V nastoyashee vremya edinaya teoriya proishozhdeniya i razvitiya Metagalaktiki i Vselennoi eshe ne sozdana.

Fiziki i astronomy sovmestno razrabatyvayut kvantovuyu teoriyu gravitacii i teoriyu fizicheskogo vakuuma, izuchayut proishozhdenie fundamental'nyh postoyannyh, prirodu i razmernost' fizicheskogo prostranstva i vremeni. Fizika elementarnyh chastic i kosmologiya tesno vzaimosvyazany mezhdu soboi. Sozdanie obshei fizicheskoi teorii i teorii vozniknoveniya i razvitiya Metagalaktiki - dva raznyh aspekta odnoi problemy.

Poznanie Vselennoi osushestvlyaetsya na osnove sistemy idei sovremennoi fizicheskoi kartina mira.

V zavershenie uroka mozhno predlozhit' uchenikam reshit' 2-3 zadaniya iz uprazhneniya 18.

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha Publikacii so slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha

Sm. takzhe: Illyuziya odinakovyh cvetov Ochnye kursy dopolnitel'nogo obrazovaniya "Astronomiya v sovremennoi shkole" Zagadochnye zelenye pyatna v oblakah Asteroidno-kometnaya opasnost' – grozit li nam "Armageddon" ? Lektorii Planetariya otkryvaet dveri Syfy Poehali Party v Politehnicheskom muzee Issledovanie komety 2010 goda po nablyudeniyam s kosmicheskoi orbital'noi observatorii SOHO. Vse publikacii na tu zhe temu >>