Название нашей вселенной


Вселенная

Всем привет! Хочу сегодня поделится с Вами впечатлениями о Вселенной. Только представить, нет конца, всегда было интересно, а такое может быть? Из этой статьи можно узнать о звездах, их видах и жизни, о большом взрыве, о черных дырах, о пульсарах и еще о некоторых важных вещах. 

Вселенная – это все что существует: пространство, материя, время, энергия. В нее входят все планета, звезды, и другие космические тела.

Вселенная – это весь существующий материальный мир, она безгранична в пространстве и времени и разнообразна формами, которые в процессе своего развития принимает материя.


Изучаемая астрономией Вселенная – это часть материального мира, которая доступна исследованиям астрономическими способами, которые отвечают достигнутому уровню науки (эту часть Вселенной иногда называют Метагалактикой).

Метагалактика – доступна современным методам исследования часть Вселенной. Метагалактика вмещает в себя несколько миллиардов галактик.

Вселенная столь огромна, что ее размеры осознать невозможно. Давайте поговорим о Вселенной: ее часть, которая нам видима, простирается на 1,6 млн. млн. млн. млн. км, — и насколько она велика за пределами видимого, никому не ведомо.

Как вселенная приобрела свой сегодняшний вид и из чего она возникла, пытаются объяснить очень многие теории. Согласно самой популярной теории, 13 млрд. лет назад она зародилась в результате гигантского взрыва. Время, космос, энергия, материя – все это возникло вследствие этого феноменального взрыва. Что было до так называемого «большого взрыва», говорить бессмысленно, до него ничего не было.

Большой взрыв.

Большой взрывБольшой взрыв – по современным представлениям, это состояние Вселенной в прошлом (около 13 млрд. лет назад), когда его средняя плотность во много раз превышала современную. Со временем плотность Вселенной уменьшается из-за ее расширения.


Соответственно при углублении в прошлое плотность увеличивается, аж к тому моменту, когда классические представления о времени и пространстве теряют силу. За начало отсчета времени можно принять этот момент. Интервал времени от 0 до нескольких секунд условно называют периодом большого Взрыва.

Вещество Вселенной, в начале этого периода, получило колоссальные относительные скорости («взорвалось» и отсюда название).

Наблюдаемые в наше время, свидетельства большого Взрыва есть значение концентрации гелия, водорода и некоторых других легких элементов, реликтовое излучение, распределение неоднородностей во Вселенной (например, галактик).

Астрономы полагают, что Вселенная была невероятно раскалена и полна радиации после большого взрыва.

Атомные частицы – протоны, электроны и нейтроны сформировались приблизительно через 10 секунд.

Сами же атомы – атомы гелия и водорода – образовались лишь несколько сотен тысяч лет спустя, когда Вселенная остыла и значительно расширилась в размерах.

Отголоски большого взрыва.


радиошумыЕсли большой взрыв произошел 13 млрд. лет назад, к настоящему времени Вселенная должна была бы охладеть до температуры около 3 градусов по Кельвину, то есть до 3 градусов выше абсолютного ноля.

Ученные зарегистрировали фоновые радиошумы, используя телескопы. Эти радиошумы по всему звездному небу, соответствуют этой температуре и их считают до сих пор доходящими до нас отголосками большого взрыва.

Согласно одной из самых популярных научных легенд, Исаак Ньютон увидел, как на землю упало яблоко, и понял, что это случилось под действием исходящей от самой Земли силы тяжести. От массы тела зависит величина этой силы.

Сила тяжести яблока, имеющего малую массу, не влияет на движение нашей планеты, у Земли большая масса и она притягивает яблоко к себе.

На космических орбитах силы притяжения удерживают все небесные тела. По орбите Земли движется Луна и не отдаляется от нее, на околосолнечных орбитах сила притяжения Солнца удерживает планеты, а Солнце удерживает в положении по отношению к другим звездам, сила, которая намного больше гравитационной.

Наше Солнце – звезда, причем довольно обычная и самых средних размеров. Солнце, как и все остальные звезды, представляет собой из светящегося газа шар, и подобно колоссальной печи, выделяющей тепло, свет и другие формы энергии. Солнечную систему образуют планеты на солнечной орбите и конечно же само Солнце.


Другие звезды, потому что очень далеки от нас, кажутся на небе крошечными, но на самом деле, некоторые из них, в сотни раз превышают наше Солнце в диаметре.

Звезды и галактики.

созвездияМестоположение звезд астрономы определяют, располагая их в созвездия или по отношению к ним. Созвездие – это группа видимых на определенном участке ночного неба звезд, но не всегда, в действительности, находящихся поблизости.

В звездные архипелаги, именуемые галактиками, группируются звезды в безбрежных космических просторах. Наша Галактика, которая называется млечный Путь, входит Солнце со всеми его планетами. Наша галактика далеко не самая большая, но достаточно огромна, чтобы ее представить.

По отношению к скорости света во Вселенной измеряются расстояния, быстрее нее человечество ничего не знает. Скорость света равна 300 тыс. км/сек. Как световой год, астрономы пользуются такой единицей – это расстояние, прошел бы за год луч света, тот есть 9,46 млн. млн. км.


Проксима в созвездии Кентавра – ближайшая к нам звезда. Она находится на отдалении 4,3 световых года. Мы не видим ее такой, глядя на нее, какой она была более четырех лет назад. А свет Солнца до нас доходит за 8 минут и 20 секунд.

Форму гигантского вращающегося колеса с выступающей осью – ступицей, имеет Млечный путь с сотнями тысяч миллионов его звезд. В 250 тыс. световых лет от его оси – ближе к ободу этого колеса расположено Солнце. Вокруг центра Галактики Солнце оборачивается по своей орбите за 250 млн. лет.

Наша Галактика – одна из многих, и никто не знает, сколько их всего. Более миллиарда Галактик уже открыты, и многие миллионы звезд в каждой из них. В сотнях миллионов световых лет от землян находятся наиболее далекие из уже известных Галактик.

В самое отдаленное прошлое Вселенной мы вглядываемся, изучая их. От нас и друг от друга отдаляются все Галактики. Похоже, что Вселенная все еще расширяется, а большой взрыв был ее первоначалом.

Какие бывают звезды?

размеры звездЗвезды – световые газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу. Образуются из пыльно-газовой среды (большим образом из гелия и водорода), вследствие гравитационной неустойчивости.


Звезды бывают разные, но когда-то они все возникли и через миллионы лет они исчезнут. Нашему Солнцу почти 5 млрд. лет и по подсчетам астрономов, оно еще столько же просуществует, а потом начнет умирать.

Солнце – это одинарная звезда, многие другие звезды являются бинарными, то есть, по сути, состоят из двух звезд, которые вращаются друг вокруг друга. Так же астрономам известны тройные и так называемые кратные звезды, которые состоят их многих звездных тел.

Сверхгиганты – самые крупные звезды.

Антарес, диаметром в 350 раз больше диаметра Солнца, относится к этим звездам. Впрочем, очень малая плотность у всех сверхгигантов. Гиганты – менее крупные звезды с диаметром в 10 – 100 раз больше Солнечного.

Их плотность тоже мала, но она больше чем у сверхгигантов. Большинство видимых звезд, включая Солнце, классифицируются как звезды главной последовательности, или средние звезды. Их диаметр может быть как в десять раз меньше, так и в десять раз больше диаметра Солнца.

Красными карликами называются самые малые звезды главной последовательности, а белыми карликами – называются еще меньшие тела, которые уже не относятся к звездам главной последовательности.

Белые карлики (размерами с нашу Землю) чрезмерно плотны, но очень тусклы. Их плотность во много миллионов раз больше плотности воды. До 5 млрд. белых карликов может быть только в Млечном Пути, хотя ученные до сих пор открыли лишь несколько сотен таких тел.

Давайте для примера посмотрим видео сравнения размеров звезд.


Жизнь звезды.

Каждая звезда, как упоминалось ранее, рождается из облака пыли и водорода. Вселенная полна таких облаков.

Формирование звезды начинается, когда под влиянием какой-то еще (никем не понятной) силы и под действием тяготения происходит, как говорят астрономы, коллапс, или «схлопывание» небесного тела: облако начинает вращаться, а его центр нагревается. Эволюцию звезд можно посмотреть тут.

Ядерные реакции начинаются, когда внутри звездного облака температура достигает миллиона градусов.

В ходе этих реакций ядра атомов водорода соединяются и образуют гелий. Энергия, производимая реакциями, высвобождается в виде света и тепла, и загорается новая звезда.

Звездная пыль и остаточные газы наблюдаются вокруг новых звезд. Планеты образовались вокруг нашего Солнца из этой материи. Наверняка, вокруг других звезд, образовались похожие планеты, и вероятны какие-то формы жизни на многих планетах, об открытии которых не знает человечество.


Звездные взрывы.

От массы во многом зависит судьба звезды. Когда такая звезда, вроде нашего Солнца, использует свое водородное «топливо» — сжимается гелиевая оболочка, а расширяются внешние слои.

Звезда становится красным гигантом на этом этапе своего существования. После, со временем, ее внешние слои резко отходят, и оставляют за собой лишь малое яркое ядро звезды – белого карлика. Черным карликом (огромной углеродной массой) звезда становится, постепенно охладившись.

Более драматичная судьба ожидает звезды, массой в несколько раз превышающих массу Земли.

Они превращаются в сверхгигантов, намного крупнее красных гигантов, это происходит по мере истощения их ядерного топлива из-за чего они, и расширяются, становясь такими огромными.

После, под воздействием тяготения, происходит резкое схлопывание их ядер. Звезду на куски разносит невообразимым взрывом высвобожденная энергия.

Астрономы такой взрыв называют рождением сверхновой. В миллионы раз ярче Солнца какое-то время светит сверхновая. Впервые, за последние 383 года, в феврале 1987 года, невооруженным глазом было видно сверхновую из соседней галактики с Земли.


В зависимости от исходной массы звезды, после сверхновой может остаться небольшое тело, называемое нейтронной звездой. С диаметром не более нескольких десятков километров, такая звезда, состоит из твердых нейтронов, от этого ее плотность во много раз превышает огромную плотность белых карликов.

Черные дыры.

черная дыраСила коллапса ядра в некоторых сверхновых столь велика, что сжатие материи практически не приводит к ее исчезновению. Участок космического пространства с невероятно высокой гравитацией, остается вместо материи. Такой участок называют черной дырой, ее сила настолько мощна, что втягивает все в себя.

Черные дыры не могут быть видимы в силу своей природы. Тем не менее, астрономы полагают, что установили их местонахождение.

Астрономы ищут системы двойных звезд с мощным радиационным излучением и считают, что оно возникает вследствие выхода материи в черную дыру, сопровождающегося нагреванием температур в миллионы градусов.

В созвездии Лебедя (т. н. черная дыра Лебедя Х-1) обнаружен такой источник излучения. Некоторые ученные полагают, что кроме черных дыр, ещё существуют и белые. Эти белые дыры возникают в том месте, где к образованию новых звездных тел готовится приступить собравшаяся материя.


Так же Вселенная таит в себе загадочные образования, именуемые квазарами. Наверное, это ядра далеких галактик, которые ярко светятся, а дальше них, мы ничего не видим во Вселенной.

Вскоре после образования Вселенной, в нашем направлении начал двигаться их свет. Ученные считают, что энергия, равная энергии квазаров, может происходить только от космических дыр.

Пульсары – не менее таинственны. Пульсары – это регулярно испускающие пучки энергии образования. Они, по мнению ученных, являются звездами, которые быстро вращаются, а от них исходят световые лучи, как от космических маяков.

Будущее Вселенной.

Каков удел нашей вселенной не знает никто. Похоже на то, что после изначального взрыва, оно все еще расширяется. Возможны два сценария в очень далеком будущем.

Согласно первому из них, теории открытого пространства, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока вся энергия не израсходуется на все звезды и галактики не прекратят своего существования.

Второй – теория закрытого пространства, согласно которой, расширение Вселенной когда-нибудь прекратится, она вновь начнет сжиматься и будет сокращаться, пока в процессе не исчезнет.

Ученные назвали этот процесс по аналогии с большим взрывом — большим сжатием. В результате может произойти еще один большой взрыв, сотворивши новую Вселенную.

Вот так, всему было начало и будет конец, только какой, никто этого не знает…

Источник: o-planete.ru

Что такое Вселенная?

Один из секторов Вселенной
Один из секторов Вселенной

Вселенная появилась миллиарды лет назад, и люди до сих пор не смогли доказать истинные причины ее образования. Она представляет собой все существующее пространство. Галактики, звезды, планеты – все это часть необъятной Вселенной.

Люди стараются изучать космос, но им предстоит проделать титаническую работу, прежде чем они смогут составить полное представление о его устройстве. Ежедневно астрономы из разных стран изучают новые области, но не могут добраться до границ мира. Причем исследования ведутся в разных направлениях: изучение Солнечной системы, соседних галактик, попытки установить общий размер Вселенной, подсчет космических объектов и т.д. Даже спустя десятки лет упорной работы 100%-е изучение внеземного пространства кажется недостижимой целью.

Вселенная постоянно меняется, что усложняет процесс ее исследования и составления описаний определенных ее частей. Но одно можно сказать точно: ее границы так так велики, что недоступны для изучения.

Строение вселенной

Пример расположения галактик относительно друг друга
Пример расположения галактик относительно друг друга

Звезды, которые видит человек, являются частью галактики. Солнце тоже входит в ее состав и находится на большом расстоянии от других светил. Если взглянуть на Млечный Путь со стороны, то он будет напоминать гигантский диск с большим скоплением звезд в центральной части. И таких галактик во Вселенной большое множество.

Звезды распределены в галактиках неравномерно, в разных частях имеются плотные скопления, напоминающие шар. Также есть пространства, где на протяжении многих световых лет нет ни одного светила.

Вокруг большинства звезд находятся планеты, обладающие уникальным внешним видом, атмосферой и другими особенностями. Также вокруг некоторых имеются спутники – небольшие космические объекты, удерживаемые за счет притяжения.

Галактик во Вселенной огромное множество, и многие имеют спиралевидную форму, которую хорошо заметно благодаря расположению светил. Такой тип называется протогалактиками. Ученые предполагают, что во время своего образования они вращались по кругу с большой скоростью, и постепенно замедлились. Другие галактики из-за сильного сжатия водородного газа не начали движение вокруг центральной оси и остались в форме эллипса.

Межгалактическое пространство помимо пустоты может содержать различные объекты: пояса астероидов, кометы, карликовые планеты и т.д.

Все вышеперечисленные объекты являются частью необъятной Вселенной. Причем регулярно рождаются новые звезды и планеты, из-за чего космос постоянно меняется.

Определение Вселенной

Цицерон - оратор, популяризировавший слово "universum"
Цицерон – оратор, популяризировавший слово “universum”

В первом веке до нашей эры римский философ Цицерон использовал латинское слово “universum”, чтобы единым термином охарактеризовать все пространство вокруг. Это настолько понравилось другим мыслителям, что они позаимствовали у него выражение и начали использовать в аналогичном контексте.

Словом “universum” называли все известные объекты: Землю, Солнце, далекие звезды, планеты, живых созданий и т.д. Сейчас термин потерял латинское окончание и звучит на английском как “universe“, что означает “вселенная”.

И пока римляне придумывали, как охарактеризовать пространство вокруг, греки тоже старались от них не отставать. Они ввели термин “космос”, что переводится как “мир”. Со временем оба слова начали использоваться для описания пространства вокруг. Однако под “Вселенной” больше подразумеваются галактики, звезды и планеты, а под “космосом” пространство между ними.

Доказательства, что Вселенная имеет возраст

Эдвин Хаббл поставил финальную точку в спорах, доказав наличие границ у Вселенной
Эдвин Хаббл поставил финальную точку в спорах, доказав наличие границ у Вселенной и их увеличение

Если верить теории Большого взрыва, то отсчет жизни Вселенной начинается в ту секунду, когда сжатая до микроскопических размеров сингулярность моментально расширилась. Со временем это пространство заполнили галактики и постепенно приняли тот вид, который люди наблюдают из телескопов.

Вселенная проделала долгий путь, на который ушли даже не миллионы, а миллиарды лет. Впервые о том, что у нее есть возраст, люди начали задумываться примерно в XVIII веке. Когда Земля была достаточно изучена, они обратили внимание к звездам и начали стремиться узнать как можно больше о них.

Средневековая модель Вселенной
Средневековая модель Вселенной

Изначально полагалось, что Вселенная бесконечна и не имеет возраста, являясь вечной. Но открытие законов термодинамики как минимум опровергло отсутствие возраста. Согласно им, тепло от горячих объектов переходит к более холодным, пока между ними не установится температурное равновесие. И если бы Вселенная существовала вечно, планеты, звезды и другие космические тела были бы одной температуры. Благодаря таким умозаключениям ученые того времени установили, что пространство вокруг имеет определенный возраст.

Доказать наличие возраста у Вселенной иным способом удалось в XX веке. Астроном Леметр выдвинул гипотезу, что пространство вокруг не бесконечно, имеет границы и постоянно увеличивается. Эдвин Хаббл поддержал его, поскольку заметил, что соседние галактики постепенно отдаляются от Млечного Пути. И если перемещаться назад во времени, можно оказаться во мгновении, когда размеры Вселенной были минимальными и еще не начали расти. Именно в этот момент и произошло ее рождение, соответственно она имеет возраст.

Сколько вселенной лет?

Эдвин Хаббл, прекрасно понимая, что пространство вокруг расширяется, вычислил константу, характеризующую скорость этого процесса. В 1958 году ученый Сэндидж использовал эту величину в своих расчетах и установил, что Вселенной должно быть примерно 20 миллиардов лет.

Позже астрономы открыли реликтовое излучение – свет от Большого взрыва, который до сих пор заметен на границах пространства. Это помогло выявить более точные размеры космоса. На основе полученных данных ученые смогли подсчитать примерный возраст Вселенной. Он оказался равен 13,824 млрд. лет.

Как возникла Вселенная

Момент Большого взрыва
Момент Большого взрыва

На данный момент теория Большого взрыва является наиболее логичным предположением о том, как возникла Вселенная. Она объясняет появление объектов, физических законов, материй и всего того, что находится в космосе.

Предположительно, все началось с небольшой сингулярности огромной плотности, для которой не существовало времени. В определенный момент она начала расти с огромной скоростью, порождая пространство, физические законы, гравитацию и т.д. Долгое время температура внутри была настолько высокой, что образование каких-либо частиц было невозможным.

Через 380 тыс. лет она снизилась до 3000К, и тогда начали формироваться субатомные частицы, которым на смену вскоре пришли полноценные атомы. А через миллиарды лет из пылевых облаков они превратились в звезды, планеты, астероиды.

Эволюция Вселенной

Временная хронология формирования Вселенной
Временная хронология формирования Вселенной

Спустя миллиарды лет, когда в пространстве появились атомы и молекулы, под действием гравитации они начали перемещаться относительно друг друга. Этот период ученые назвали Структурной Эпохой.

Уже в первые мгновения после расширения, в пространстве появились простейшие частицы, имеющие световую природу. Примерно через год начинает появляться темная материя. А еще через 380 тыс. лет после снижения температур появляются молекулы, способные образовывать разные вещества.

Эволюция Вселенной
Эволюция Вселенной

Постепенно частицы сбились в газовые облака огромных масштабов, а еще через некоторое время начали формироваться звезды и планеты, которые обладают взаимным притяжением. Первые галактики образовались спустя 300 млн. лет с момента Большого взрыва. Однако современный вид они приобрели лишь через 10 млрд. лет.

На данный момент Вселенной примерно 13,82 млрд. лет, и ее эволюция далека от завершения. Ученые не сомневаются, что галактики и общая карта пространства еще не раз поменяются, пока не придут к своей конечной форме.

Доказательством того, что эволюция Вселенной еще далека от завершения, является реликтовое излучение. Если оно заметно на границах пространства, значит, еще не иссякла энергия, выделенная в момент Большого взрыва. Соответственно, космос продолжает расширяться.

Структура и форма Вселенной

Возможные формы Вселенной
Возможные формы Вселенной

Утверждение того, что реликтовое излучение находится на самом краю Вселенной, довольно спорное. Доказано, что пространство расширяется быстрее скорости света, поэтому реальные края космоса уходят дальше мест, куда успела добраться световая энергия от Большого взрыва. По предварительным оценкам, сейчас размер Вселенной составляет примерно 91 миллиард световых лет, и это число постоянно растет.

Ученые со всего мира пытаются определить точную структуру пространства вокруг. Совершенно ясно, что космос состоит из галактик, между которыми находится пустота, пылевые облака, скопления астероидов и прочие объекты. Однако какую он имеет форму и структуру?

Пространство в четырех измерениях
Пространство в четырех измерениях

Вселенная подвластна четырем измерениям: координатам XYZ и времени. На основе этого ученые составили три варианта структур, которым может подчиняться пространство вокруг:

  • Открытая по форме похожа на седло и не имеет границ, такая структура не может растягиваться в пространстве бесконечно и должна обязательно остановиться;
  • Плоская представляет собой квадрат, который может увеличиваться бесконечно;
  • Закрытая похожа на замкнутую сферу, которая не может расти бесконечно, однако исследователи отмечают, что это может произойти через “неограниченное” количество времени.

Ученые пока не решили, какая структура Вселенной является достоверной. Однако все три варианта позволяют спрогнозировать ее форму.

Будущее Вселенной

Возможные варианты будущего Вселенной
Возможные варианты будущего Вселенной

Если Вселенная имеет возраст, и миллиарды лет назад произошло ее рождение, то значит, наступит время, когда ее не станет. Еще с 90-х ученые, изучающие космос, пытаются прогнозировать его будущее и установить, что произойдет, когда он перестанет существовать.

Все предположения строятся на обязательном условии, что теория Большого взрыва верна. Это дает начальные данные о вселенной, помогает построить представление об устройстве пространства и спрогнозировать, что произойдет дальше.

Пример большого сжатия и рождения новой Вселенной
Пример большого сжатия и рождения новой Вселенной

Сейчас существует три теории будущего Вселенной:

  1. Большое сжатие. После того, как пространство расширится до определенного размера, оно начнет сжиматься. Это возможно, если плотность пространства будет выше допустимого. Тогда границы Вселенной начнут уменьшаться, ровно как и расстояние между объектами. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока она не превратится в небольшую сингулярность, существовавшую до Большого взрыва.
  2. Большое замораживание. Если плотность не привысит максимальную, то Вселенная продолжит расширяться до неограниченных размеров. Однако постепенно в ней израсходуется запас энергии и газа. Нейтронные звезды превратятся в черные дыры, остальные, потратив все тепло, станут белыми карликами. Постепенно температура в пространстве начнет падать, пока не установится на отметке абсолютного нуля.
  3. Большой разрыв. Все объекты во Вселенной притягиваются, но это не мешает галактикам постепенно отодвигаться друг от друга. Ученые полагают, что при определенных обстоятельствах объекты в пространстве смогут отдалиться на такие расстояния, что сила притяжения станет равна нулю.

Каким в итоге окажется будущее Вселенной, пока неизвестно. Поскольку она еще не закончила процесс формирования, конец для нее наступит через миллиарды лет.

Сколько звезд во Вселенной?

Звездное небо
Звездное небо

Любой, кто интересуется космосом, рано или поздно задумывается: а сколько звезд во Вселенной? Она состоит из галактик, внутри которых может быть огромное количество светил, причем для наблюдения некоторых требуется специальное оборудование. Поскольку звезды делятся на белых гигантов, красных карликов и т.д., они обладают определенными свойствами и видимостью.

Пример наблюдения космических объектов в телескоп
Пример наблюдения космических объектов в телескоп

Если для наблюдения за звездным небом использовать бинокль, то количество звезд, доступных взгляду, существенно возрастет и станет равно 200 тысячам. А если под рукой окажется телескоп средней мощности, то общая численность светил на небе увеличится до 15 миллионов. Более того, с помощью этого устройства человек сможет наблюдать отдаленные галактики, которые выглядят как небольшие пятна.

Нетрудно догадаться, что с использованием подручных средств человек способен увидеть звезды в относительной близости. Но сколько их существует во Вселенной?

Во Млечном Пути, где расположена Солнечная система, находится примерно 400 млрд. звезд. Данная цифра является очень большой, но она невелика по отношению ко Вселенной. Существуют спиральные галактики, насчитывающие 100 триллионов светил.

По подсчетам, минимальное количество звезд во Вселенной равно септиллиону (10 в 24-й степени). Все они находятся в пределах 46 млрд. световых лет относительно Земли. Именно такая область поддается наблюдению. Однако дальше этого расстояния могут находиться и другие галактики, скрытые от глаз человека. Соответственно, общее количество звезд во Вселенной может быть гораздо больше септиллиона.

Есть ли у Вселенной конец?

Изображение реликтового излучения
Изображение реликтового излучения

Пока ученые не могут с уверенностью ответить на данный вопрос. Человечество не обладает достаточными технологиями, чтобы заглянуть в бесконечную даль и убедиться в наличии или отсутствии краев у пространства. Однако некоторые обсерватории непрерывно работают в этом направлении. У ответа на этот вопрос может быть два варианта: Вселенная конечна, либо она бесконечна.

Если принимать за действительность первый вариант, то установить теоретические края мироздания помогает реликтовое излучение. Свет, оставшийся после Большого взрыва, протянулся на расстоянии примерно в 93 млрд. лет. Это и можно считать за границу Вселенной.

Вольное изображение границ Вселенной
Вольное изображение границ Вселенной

Второй вариант указывает на то, что космос бесконечен. Тогда, если человек отправится в любом направлении на большой скорости, то ему встретится бесконечное количество галактик, звезд и планет. Более того, ученые убеждены, что в этом случае где-то может существовать идентичная Солнечная система с Землей, которую населяют точно такие же люди. Ведь если пространство безгранично, и в нем существует неограниченное количество планет, вероятность того, что где-то существует клон Земли, стремится к бесконечности.

Возможно, в будущем люди смогут узнать наверняка, имеет ли Вселенная конец. Но на данный существуют лишь теории.

Гипотезы происхождения Вселенной

Изображение религиозной теории создания Вселенной
Изображение религиозной теории создания Вселенной

Помимо Большого взрыва существует масса теорий появления Вселенной. Вот наиболее интересные:

  • религиозная уверяет, что все вокруг создал Бог, в каждой вере процесс творения Вселенной описывается по разному;
  • стационарная говорит, что Вселенная не меняется в размерах и была всегда;
  • циклическая – космос находится в непрерывном цикле, рождаясь и уничтожаясь бесконечное количество раз;
  • космологическая утверждает, что Вселенная бесконечна;
  • теория струн гласит, что внутри уже имеющейся вселенной может образоваться новая за счет квантовых колебаний и достаточного количества энергии.

Несмотря на большое количество теорий, объясняющих происхождение Вселенной, ученые отдают предпочтение Большому взрыву. Эта гипотеза поясняет образование веществ и материи и содержит в себе гораздо меньше белых пятен. Из-за этого ученым легче с ней работать и делать логические заключения.

История изучения Вселенной

Солнечная система
Солнечная система

Четыре тысячи лет назад люди уже пытались изучать Вселенную. Карты созвездий и рисунки звездного неба составлялись еще в Древнем Вавилоне. Вплоть до 16 века астрономы считали Землю центром мироздания, но Галилео Галилей после изобретения телескопа сумел доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Также ученый обнаружил на небе множество галактик, подобных Млечному Пути. Это расширило представление людей о Вселенной.

На протяжении нескольких веков астрономы изучали космические объекты, а в 1929 году Хаббл подтвердил, что галактики отдаляются друг от друга, а пространство расширяется. Сейчас люди используют современные технологии, чтобы получать о космосе как можно больше данных.

Источник: kipmu.ru

Так что же такое Вселенная?

Некоторые даже не понимают, насколько сложным и масштабным выглядит вопрос: «Что такое Вселенная?». Можно потратить десятилетия на исследования и рассекретить лишь верхушку айсберга. Возможно, мы говорим не просто об огромном мире, но бесконечном. Поэтому нужно быть энтузиастом своего дела, чтобы погрузиться во все эти загадки, на расшифровку которых может уйти вся жизнь.

Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала. Но исследования выдвигают множество теорий и пазл за пазлом собирают картинку.

Определение Вселенной

Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.

Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все». В современном понятии вмешают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:


Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

Происхождение Вселенной

Как появился космос и все, что мы знаем? Вселенная берет свое начало 13.8 лет назад с Большого Взрыва. Это не единственное предположение (теория колеблющейся Вселенной или устойчивого состояния), но только ему удается объяснить появление всей материи, физических законов и прочих формирований.  Теория также способна рассказать, почему происходит расширение, что такое реликтовое излучение и прочие известные явления.

Ученые начали рассматривать Вселенную с настоящего момента и постепенно возвращались к стартовой точке. Отсюда выплыло предположение, что все началось с бесконечной плотности и исчисляемого времени, запустивших процесс расширения. После первого этапа температурные показатели упали, что помогло сформироваться субатомным частицам, а после них – простые атомы. Позже гигантские облака этих формирований соединились с гравитационными силами, порождая звезды и галактики.

Официальный возраст Вселенной – 13.8 миллиардов лет. Проводя тесты с ускорителями частиц, теоретическими принципами, а также исследуя небесные объекты, ученым удалось воссоздать этапы событий, чтобы вернуть нас с современности в мгновение начала всего.

Но наиболее отдаленный период Вселенной (от 1043 до 1011 секунд) все еще вызывает споры. Стоит учитывать, что современные физические законы к тому времени еще не применимы, поэтому никто не может понять, как повела себя Вселенная. Но все же есть сторонники некоторых теорий, которые помогли выделить главные временные промежутки вселенской эволюции: сингулярность, инфляция и охлаждение.

Сингулярность (эпоха Планка) – самый ранний период Вселенной. На этом этапе материя была собрана в одной точке бесконечной плоскости, где царствовали экстремальные температурные режимы. В физическом плане доминирует исключительно сила гравитации.

Это время длилось от 0 до 1043 секунд. Свое второе название эпоха получила в честь Планка, потому что лишь эта обсерватория способна проникнуть в такой промежуток. Вселенная была лишенной устойчивости, потому что вещество было не просто невероятно накаленным, но и сверхплотным. По мере расширения и снижения накаленности, возникли физические законы. С 1043 до 1036 секунды запустился температурный переход.

Начали выделяться фундаментальные силы, отвечающие за вселенские механизмы. Первой была гравитация, затем электромагнетизм и первая ядерная сила. С 1032 и до сегодня длится инфляция. Моделирование демонстрирует, что Вселенная была наполнена однородной энергией с высокой плотностью. Расширение заставило ее терять температуру.

Это началось с 1037 секунд, когда выделение сил привело к экспоненциальному росту. В этот промежуток стартует барионегез – гипотетическое событие, характеризующееся настолько высокими температурными показателями, что случайные движения частиц осуществлялись на релятивистских скоростях. При столкновениях они создавались и уничтожались. Полагают, что именно из-за этого материя преобладает над антиматерией.

Когда инфляция подошла к концу, пространство представляло собою кварк-глюонную плазменную структуру и прочие элементарные частички. С остыванием материя сливалась и формировала новые структуры. Период охлаждения наступил с уменьшением температуры и плотности. В этом процессе элементарные частички и фундаментальные силы приобрели современный вид.

Есть мнение, что через 1011 секунд энергия стремительно снизилась. Еще спустя 106 секунд кварки и глюоны объединились в барионы, что привело к их переизбытку. Температура больше не достигала необходимой отметки, поэтому у протонов-антипротонов исчезла возможность формировать новые пары. Произошла массовая аннигиляция, оставившая лишь 1010 изначального их количества. То же самое случилось и для электронов и протонов спустя секунду.

Оставшиеся протоны, электроны и нейтроны оставались статичными, поэтому вселенская плотность обеспечивалась только фотонами и нейтрино. Прошло еще несколько минут, и начался нуклеосинтез.

Температура остановилась на отметке в миллиард кельвинов, а плотность уменьшилась. Поэтому протоны и нейтроны начали сливаться, формируя изотоп водорода (дейтерий) и атомы гелия. Но большая часть протонов все же оставалась «одиночной».

Проходит 379000 лет и электроны, объединенные с ядрами водорода, создали атомы, а отделенное излучение продолжило расширяться. Сейчас мы знаем его как реликтовое (древнейший вселенский свет). По мере расширения, его плотность и энергия терялись. Современная температура –  2.7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C) и плотность энергии 0,25 эВ/см3. Вы можете посмотреть в любую сторону и повсюду натолкнетесь на остатки этого излучения.

Вселенная до горячей стадии

Физик Валерий Рубаков о реликтовом излучении, зарождении неоднородностей и гравитационных волнах:

Эволюция Вселенной

Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты. Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).

Ранняя Вселенная

Физик Валерий Рубаков о расширении Вселенной, Большом взрыве и инфляционной модели:


Инфляционная стадия ранней Вселенной

Физик Алексей Старобинский о самой ранней стадии развития Вселенной, пространстве де Ситтера и метрике пространства-времени:

Если говорить о деталях процесса, то они зависят количества и разновидности материи. Можно выделить 4 типа темной: холодная, теплая, горячая и барионная. Из них стандартной считается Лямбда-CDM (холодная темная материя). В ней частички перемещаются со скоростью, уступающей скорости света.

Она составляет 23% вселенской материи, а барионная достигает лишь 4.6%. Лямбда дает отсылку к космологической константе, созданной Альбертом Эйнштейном. Она доказывала, что равновесие массы-энергии остается в статике.

Также связана с темной энергией, послужившей причиной ускорения Вселенной и оставляющей ее структуру однородной. Темную энергию нельзя увидеть напрямую, но ее наличие доказывают многочисленные теории. Считается, что 73% пространства насыщено ею.

Гравитация преобладала над всеми процессами еще на ранних этапах, когда барионное вещество располагалось ближе. Но темная энергия росла и стала доминирующей силой. Это привело к ускорению всех процессов и старту Эпохи Ускорения.

Считают, что это время началось 5 миллиардов лет назад. Этот период описывает в своих уравнениях Эйнштейн, хотя все же настоящая природа темной материи еще не раскрыта. Кроме того, все еще не придумали схем, способных объяснить, что произошло во Вселенной до 1015 секунд после возникновения всего.

Однако ученые не теряют надежды и экспериментируют с Большим адронным коллайдером, пытаясь воссоздать необходимые условия для Большого Взрыва. Прорыв в этой области поможет понять, как гравитация взаимодействует со слабой и сильной ядерными силами, а также электромагнетизмом.

Структура Вселенной

Хотя старейший свет достигает 13.8 миллиардов световых лет (реликтовое излучение) это не реальные размеры Вселенной. Не будем забывать, что вот уже миллиарды лет пространство расширяется со скоростью выше скорости света. Именно из-за этого нам не удается увидеть край (если он есть).

Полагают, что Вселенная простирается на 91 миллиардов лет (29 миллиардов парсек) в диаметре. А это значит, что в любую сторону от нашей системы нам доступно 46 миллиардов световых лет наблюдения. Однако, мы все еще не знаем истинного размера космического пространства, так что есть вариант, что Вселенная не имеет границы.

Вещество распределяется в соотношении со структурами. Если брать галактические пределы, то мы видим планеты, звезды и туманности, чередующиеся с пустыми участками. Даже если увеличивать картинку, то сама суть остается той же. Галактики отделены газовыми и пылевыми участками. На высшем уровне мы видим сверхскопления, формирующиеся в нити, разделенные гигантскими космическими пустотами.

Пространство-время способно существовать в одной из трех конфигураций: положительно-изогнутая, отрицательно-изогнутая и плоская. Подобные виды основываются на 4 измерениях (координаты x, y, z и время) и зависят от космического расширения (повлияет бесконечность или конечность пространства).

Положительно-изогнутая представляет собою четырехмерную сферу. У нее есть конец, но не виден резкий край. Отрицательно-изогнутую еще называют открытой, потому что напоминает седло, у которого нет границ. Нижний рисунок демонстрирует возможные варианты форм Вселенной.

В первом случае, расширение Вселенной должно было остановиться из-за огромного количества энергии. Во втором ее слишком мало, чтобы остановить его. А в последнем – критическое число энергии заставило бы расширение остановиться, но через бесконечное время.

Аккреция

Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:


Измерение расстояний до небесных тел

Астроном Владимир Сурдин о цефеидах, вспышках сверхновых звезд и скорости расширения Вселенной:

Что ждет Вселенную?

Если мы знаем о наличии стартовой точки, то нас должен волновать и финиш. Что же нас ждет? Вечное расширение? Или же возвращение в компактный первородный шарик? Как умрет Вселенная? Эти вопросы возродились, когда велись дискуссии об истинной модели Вселенной. В 1990-х годах научное сообщество определилось с Большим Взрывом, создав два возможных варианта конца.

Познакомьтесь с Большим Сжатием. Вселенная продолжит разрастаться до максимального объема, а затем запустит процесс саморазрушения. Это возможно, если массовая плотность превышает критическую. Если же это значение такое же или ниже, тогда в игру вступает Большое Замораживание. Пространство также продолжит расширяться, пока звезды не смогут поддерживать процесс формирования (израсходуется весь газ). Все уже существующие звезды сгорели бы и трансформировались в белых карликов, а нейтронные – в черные дыры.

Конечно, черные дыры стали бы притягиваться, порождая настоящих гигантских монстров. Средняя температура пространства достигла бы абсолютного нуля, и черные дыры испарились. Энтропия вырастет до такой степени, что запустит сценарий тепловой смерти, когда уже просто невозможно извлечь никакой организованной формы энергии.

Есть также теория фантомных энергий. Она полагает, что галактические скопления, планеты, звезды, ядра и даже материя разорвутся из-за расширения. Такой исход называют Большим разрывом.

История изучения Вселенной

Если говорить в общем, то природу вещей изучают еще с начала времен. Наиболее ранние известия о Вселенной представлены в мифах и передавались устно. По большей части все начинается с момента творения, за которое ответственен Бог или боги.

Астрономия появилась в Древнем Вавилоне. Созвездия и календари фигурируют у них еще 2000 лет до н.э. Более того, им даже удалось создать предсказания на последующую тысячу лет. Греческие и индийские ученые подходили к вопросам Вселенной с философской стороны, сосредотачиваясь не на божественном вмешательстве, а на причине и следствии. Можно вспомнить Фалеса и Анаксимандра, утверждавших, что все появилось из первозданной материи.

Эмпедокл (5-й век до н.э.) стал первым в западном мире, кто предположил, что Вселенная представлена землей, воздухом, водой и огнем. Эта система стала очень популярной среди философов, так как сильно походила на китайскую: металл, дерево, вода, огонь и земля.

Только с Демокритом приходит теория о неразделимых частицах (атомов), из которых и состоит пространство. Ее продолжил философ из Индии по имени Канада, считавший, что свет и тепло являются одним веществом, просто представленным в разных формах. Буддийский философ Дигнана еще более продвинулся, заявив, что вся материя – энергия.

Идея о конечности времени вошла в христианство, иудаизм и ислам. Они верили, что у Вселенной есть начало и конец. Космология продолжала развиваться, и греки выдвигают геоцентрическую модель, которая гласит, что в центре всего стоит Земля, вокруг которой вращаются небесные тела. Детальнее всего это описано в «Альмагесте» Птолемеем. Это станет каноном и продлится до Средневековья.

Еще до периода научной революции (16-18 века) появлялись ученые, считавшие, что в основе всего должна стоять гелиоцентрическая модель, где в центре нашей системы расположено Солнце. Среди них фигурируют Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.) и Селевк (190-150 гг. до н.э.).

Хотя в индийские, персидские и арабские философы развивали идеи Птолемея, находились и революционеры. Например, Ас-Сиджизи или Ариабхата. В 16-м веке появляется Николай Коперник. Его заслуга в том, что он выдвинул концепцию гелиоцентрической модели и обосновал доказательства ее верности. Они основывались на 7 принципах:

  • Небесные тела не совершают вращение вокруг одной точки.
  • Луна вращается вокруг Земли, а все сферы совершают оборот вокруг Солнца, расположенного возле вселенского центра.
  • Дистанция Земля-Солнце – это лишь незначительная часть расстояния от Солнца к другим звездам, поэтому мы не видим параллакс.
  • Звезды пребывают в неподвижном состоянии – кажущееся движение вызвано земным осевым вращением.
  • Земля двигается по орбитальному пути, поэтому кажется, что Солнце мигрирует.
  • У Земли наблюдается больше одного движения.
  • Орбитальный земной проход создает впечатление, что другие планеты движутся в обратном направлении.

Более расширенная версия его идей появилась в 1532 году, когда дописал «О вращении небесных сфер». В рукописи фигурировали те же аргументы, но уже подкрепленные научными доводами и примерами. Но автор переживал, что его начнут преследовать со стороны церкви и работа увидела свет лишь в 1542 году после его смерти.

За его идеи взялись ученые 16-17-х веков. Особой заслуги достоин Галилео Галилей. При помощи своего нового изобретение (телескоп) он впервые взглянул на Луну, Солнце и Юпитер, которые не вписывались в геоцентрическую модель, зато соответствовали гелиоцентрической.

В начале 17-го века его записи опубликовали. Интересными были наблюдения кратерной поверхности Луны, а также детализация крупнейших спутников Юпитера и выявление солнечных пятен. Не обошел он стороною и Млечный Путь, который до этого считался туманностью. Галилей увидел, что перед ним множество плотно расположенных звезд.

В 1632 году он выступил за гелиоцентрическую модель в трактате «Диалог о двух системах мира». Его аргументы разбили верования Птолемея и Аристотеля. Дальнейшему укреплению способствовала теория Иоганна Кеплера об эллиптических орбитах планет. Дальше появляется Исаак Ньютон, создавший теорию всемирного тяготения. В трактате 1687 года он описал три закона движения:

  • При наблюдении в инерциальной системе, объект пребывает в покое или двигается с постоянной скоростью, пока на него не повлияет внешняя сила.
  • Векторная сумма внешних сил (F) равняется массе (m) объекта, умноженной на вектор ускорения (a): F = ma.
  • Когда первое тело прикладывает силу ко второму, то второе одновременно прикладывает силу, равную по величине и противоположную по направлению к первому.

Все вместе эти принципы описывали связь между объектом, воздействующими силами и движением. Это стало основой для классической механики. С их помощью Ньютон определил массы планет, выравнивание Земли на полюсах и выпуклость на экваторе, а также то, что сила тяжести между Солнцем и Луной создает приливы на Земле.

Следующий прорыв произошел в 1755 году. Иммануил Кант выдвигает идею, что Млечный Путь – огромная звездная коллекция, скрепленная общей гравитацией. Звезды вращаются, формируя сплющенный диск, а Солнечная система расположена внутри него.

В 1785 году Уильям Гершель хотел вычислить форму галактики, но он не догадался, что большая ее часть скрыта за пылью и газом. Пришлось ждать 20-го века и появления Эйнштейна с его Специальной и Общей теориями относительности. Началось с того, что он просто хотел решить законы ньютоновской механики законами электромагнетизма. В 1905 году появилась Специальная теория относительности.

Она утверждала, что скорость света одинакова для всех инерциальных систем координат. Но это вступало в противоречие с предыдущим мнением (свет, проходящий сквозь движущуюся среду, будет следовать вдоль среды, то есть, скорость света равняется сумме скорости прохода сквозь среду и скорость самой среды).

Получается, что эта теория сделала так, что среда вообще оказалась лишней. В 1907-1911х гг. Эйнштейн думал, как применить теорию к гравитационным полям. В итоге, он создал Общую теорию относительности (время относится к наблюдателю и зависит от его расположения в гравитационном поле).

Здесь же появляется принцип эквивалентности – гравитационная масса равняется инерционной массе. Он также предсказал замедление гравитационного времени, существование черных дыр и расширение Вселенной.

В 1915 году появляется радиус Шварцшильда – точка, в которой масса сферы будет так сильно сжата, что скорость ухода с поверхности приравнивается к скорости света (является результатом решения уравнение поля Эйнштейна). В 1931 году Субраманьян Чандрасекар использовал наработки Эйнштейна, чтобы понять, что если масса не вращающегося тела вырожденного электрона выше определенной отметки, то оно само рухнет.

В 1929 году Эдвин Хаббл подтвердил, что Вселенная расширяется. Для этого он замерил красное смещение, в котором галактики отходили от Млечного Пути. Кроме того, сумел продемонстрировать, что чем дальше галактика, тем быстрее скорость отдаления.

В 1931 году Жорж Леметр независимо подтвердил расширение и предположил, что Вселенная началась с маленького объекта (зарождение теории Большого Взрыва). То есть, в определенный момент вся масса была сконцентрирована в одной крошечной точке. Эта идея вызвала бурные споры в 1920-1930-х годах, так как все еще были сторонники статичной Вселенной.

Но споры разрешились в 1965 году, когда обнаружили реликтовое излучение. В это же время появляется предположение, что темная материя является недостающей массой Вселенной. Расширили понимание Вселенной наработки Стивена Хокинга и остальных физиков, подтвердивших вариант Большого Взрыва.

В 1990-х годах все силы тратились на попытку разобраться в темной энергии. Ее появление помогло объяснить, почему пространство продолжает ускоряться. Естественно, эпоха новых телескопов позволила впервые заглянуть в глубины космоса, а значит и в прошлое (определение возраста и плотности материи).

Результаты 2016 года показывают, что скорость расширения Вселенной выше, чем полагали ранее, а значит, и постоянная Хаббла увеличилась на 5-9%. Появление телескопа нового поколения Джеймс Уэбб позволит совершить дальнейшие прорывы в изучении Вселенной.

Кажется, что человечество серьезно продвинулось в исследовании мира. Но проблема в том, что мы лишь приоткрыли дверь и с удивлением смотрим на все эти чудеса, многим из которых все еще нет объяснения. Поэтому нас ожидает еще множество открытий и сюрпризов.

Космический рентгеновский фон

Астрофизик Михаил Ревнивцев о поиске источников фона, сверхмассивных черных дырах и рентгеновских обсерваториях:


Поиск первичных гравитационных волн

Физик Алексей Старобинский о перспективах открытия гравитационных волн, инфляционной теории ранней Вселенной и скалярных возмущениях:

Источник: v-kosmose.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.