Откуда произошла вселенная


Космологи продолжают продвигаться к окончательному постижению процессов, сотворивших и сформировавших Вселенную.

Откуда произошла вселенная

Вселенная настолько велика в пространстве и во времени, что в течение почти всей истории человечества она оставалась недоступной как для наших приборов, так и для нашего разума. Но все изменилось в XX в., когда появились новые идеи — от общей теории относительности Эйнштейна до современных теорий элементарных частиц. Успех был достигнут также благодаря мощным приборам — от 100- и 200-дюймовых рефлекторов, созданных Джорджем Эллери Хейлом (George Ellery Hale) и открыв- шем для нас галактики за пределами Млечного Пути, до космическо- го телескопа «Хаббл», перенесшего нас в эпоху рождения галактик. За последние 20 лет прогресс ускорился. Стало ясно, что темная материя состоит не из обычных атомов, что существует темная энергия. Роди- лись смелые идеи о космической инфляции и множественности все- ленных.


Сто лет назад Вселенная была проще: вечная и неизменная, состоящая из одной галактики, содер- жащей несколько миллионов видимых звезд. Современная картина намного сложнее и гораздо богаче. Космос возник 13,7 млрд лет назад в результате Большого взрыва. Через долю секунды после начала Вселенная была горячей бесформенной смесью элементарных частиц — кварков и лептонов. По мере расширения и охлаждения шаг за ша- гом возникали структуры: нейтроны и протоны, атомные ядра, атомы, звезды, галактики, скопления галактик и, наконец, сверхскопления. В наблюдаемой части Вселенной сейчас содержится 100 млрд галактик, в каждой из них около 100 млрд звезд и, вероятно, столько же планет. Сами галактики удерживаются от расширения гравита- цией загадочной темной материи. А Вселенная продолжает расширяться и даже делает это с ускоре- нием под действием темной энергии — еще более загадочной формы энергии, чья гравитационная сила не притягивает, а отталкивает.

Главная тема нашего рассказа о Вселенной — это эволюция от примитивного кваркового «супа» к нарастающей сложности галактик, звезд, планет и жизни, наблюдаемой сегодня. Эти структуры появлялись одна за другой в течение миллиардов лет, повинуясь основным законам физики. Путешествуя в прошлое, к эпохе зарождения, космологи сначала продвигаются через детально изученную историю Вселенной назад, к первой микросекунде, затем к $10^{–34}$ с от начала (об этом времени есть ясные идеи, но пока нет их четкого подтверждения) и, наконец, к самому моменту рождения (о котором существуют пока лишь догадки). Хотя мы еще не в силах до конца понять, как родилась Вселенная, у нас уже есть потрясающие гипотезы, такие как понятие о множественной вселенной, включающей в себя бесконечное число не связанных между собой субвселенных.


Расширяющаяся Вселенная

В 1924 г. с помощью 100-дюймового телескопа «Хукер» Маунт-Вилсоновской обсерватории Эдвин Хаббл обнаружил, что расплывчатые туман- ности, остававшиеся загадочными несколько столетий, — это такие же галактики, как наша. Тем самым Хаббл увеличил наше представ- ление о Вселенной в 100 млрд раз! А через несколько лет он доказал, что галактики удаляются друг от друга, подчиняясь математической закономерности, известной теперь как закон Хаббла: чем дальше галактика, тем быстрее она движется. Именно из этого закона следует, что Большой взрыв был 13,7 млрд лет назад.

Откуда произошла вселенная
КОСМИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ
Эволюция Вселенной происходит в резуль- тате расширения пространства. Поскольку пространство растягивается, как оболочка воздушного шарика, галактики удаляют- ся друг от друга, а световые волны удлиняются (краснеют).

В рамках общей теории относительности закон Хаббла толкуется так: само пространство расширяется, а галактики перемещаются вместе с ним (рис.


ерху). Свет тоже растягивается, испытывая красное смещение, а значит, теряя энергию, поэтому Вселенная при расширении охлаждается. Космическое расширение помогает по- нять, как сформировалась современная Вселенная. Если мысленно устремиться в прошлое, то Вселенная будет становиться все плотнее, горячее, необычнее и проще. Приближаясь к самому началу, мы соприкасаемся с самыми глубинными механизмами природы, используя ускоритель мощнее любого из построенных на Земле — сам Большой взрыв.

Вглядываясь через телескоп в пространство, астрономы буквально попадают в прошлое — и чем больше телескоп, тем глубже проникает их взгляд. Свет, приходящий от далеких галактик, демонстрирует нам древние эпохи, а его крас- ное смещение показывает, насколько расширилась Вселенная за про- шедшее время. Наблюдаемое сейчас рекордное красное смещение около восьми, значит, этот свет был испущен, когда размер Вселенной был в девять раз меньше нынешнего, а возраст — всего лишь несколько сотен миллионов лет. Такие приборы, как космический телескоп «Хаббл» и десятиметровые телескопы «Кек» на Мауна-Кеа, запросто переносят нас в эпоху формирования галактик, подобных нашей — через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. Свет из более ранних эпох настолько сильно смещен в красную часть спектра, что астрономы вынуждены принимать его в инфракрасном и радиодиапазонах. Строящиеся телескопы, такие как инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» диаметром 6,5 м и Большой атакамский миллиметровый комплекс (Atacama Large Millimeter Array, ALMA) — сеть из 64 радиотелескопов на севере Чили, — перенесут нас в прошлое, к эпохе рождения самых первых звезд и галактик.


Компьютерное моделирование показывает, что эти звезды и галак- тики появились, когда возраст Вселенной был около 100 млн лет. Перед этим Вселенная прошла через период, называемый темной эрой, когда она была черной как смоль. Пространство заполняла бесформенная масса из пяти частей темной материи и одной части водорода с гелием, которая разрежалась по мере расширения Вселенной. Вещество было немного неоднородным по плотности, а гравитация действовала как усилитель этих неоднородностей: более плотные области расширялись медленнее, чем менее плотные. К моменту 100 млн лет наиболее плотные области не только замедлили свое расширение, но даже начали сжиматься. Каждая из таких зон содержала около 1 млн солнечных масс вещества; они-то и стали первыми гравитационно связанными объектами в космосе.

Основную часть их массы составляла темная материя, не способная, согласно своему названию, излучать или поглощать свет. Поэтому она образовывала весьма протяженные облака. С другой стороны, водород и гелий, излучая свет, теряли энергию и сжимались к центру каждого облака. В конце концов они съеживались настолько, что превращались в звезды. Эти первые объекты были значительно массивнее современных — сотни масс Солнца. Прожив очень короткую жизнь, они взрывались, выбрасывая в прост-ранство первые тяжелые элементы. Спустя несколько миллиардов лет эти облака с массами в миллионы солнечных под действием гравитации сгруппировались в первые галактики.


Излучение от самых первых водородных облаков, испытавшее сильное красное смещение из-за расширения, можно было бы зарегистрировать с помощью огромных комплексов радиоантенн с общей приемной площадью около квадратного километра. Когда эти радиотелескопы будут созданы, станет известно, как первое поколение звезд и галактик ионизовало водород и тем самым завершило темную эру (см.: Лоеб А. Темные века Вселенной // ВМН, № 3, 2007).

Откуда произошла вселенная

Слабый отблеск горячего начала

Позади темной эры заметен отблеск горячего Большого взрыва при крас- ном смещении 1100. Это изначально видимое (красно-оранжевое) излуче- ние из-за красного смещения стало даже не инфракрасным, а микровол- новым. Заглядывая в ту эпоху, мы ви- дим лишь стену микроволнового из- лучения, заполняющего все небо — космическое микроволновое фоно- вое излучение, открытое в 1964 г. Арно Пензиасом (Arno Penzias) и Ро- бертом Уилсоном (Robert Wilson). Это слабый отсвет Вселенной, пре- бывавшей в младенческом возрас- те 380 тыс. лет, в эпоху формирова- ния атомов. До этого она была почти однородной смесью атомных ядер, электронов и фотонов. Когда Вселен- ная охладилась до температуры око- ло 3000 К, ядра и электроны начали объединяться в атомы. Фотоны пе- рестали рассеиваться на электронах и стали свободно двигаться сквозь пространство, демонстрируя, какой была Вселенная задолго до рождения звезд и галактик.


Откуда произошла вселенная

В 1992 г. спутник NASA «Исследователь фонового излучения» (Cosmic Background Explorer, COBE) обнаружил, что интенсивность этого излучения немного меняется — пример но на 0,001%, указывая на слабую неоднородность в распределении вещества. Степень первичной неоднородности оказалась достаточной, чтобы малые уплотнения стали «затравкой» для будущих галактик и их скоплений, которые позже выросли под действием гравитации. Распределение неоднородностей фонового излучения по небу свидетельствует о важных свойствах Вселенной: о ее средней плотности и составе, о самых ранних этапах ее эволюции. Тщательное изучение этих неоднородностей поведало нам многое о Вселенной.

Откуда произошла вселенная
КОСМИЧЕСКОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ФОНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — это изображение Вселенной в младенческом возрасте 380 тыс. лет. Слабые вариации интенсивности этого излучения (отмечены цветом) служат космическим Розеттским камнем, дающим ключ к загадкам Вселенной — ее возрасту, плотности, составу и геометрии.


Откуда произошла вселенная
СВЕРХГЛУБОКОЕ ПОЛЕ «ХАББЛА», самое чувствительное из когда-либо полученных изображений космоса, запечатлевшее более 1 тыс. галактик на ранней стадии их формирования.

Продвигаясь от этой точки назад, к началу эволюции Вселенной, мы увидим, как первичная плазма становится все более горячей и плотной. До возраста около 100 тыс. лет плотность энергии излучения была выше, чем у вещества, что и удерживало вещество от фрагментации. А в этот момент началось гравитационное скучивание всех структур, наблюдаемых сейчас во Вселенной. Еще ближе к началу, когда возраст Вселенной был менее одной секунды, не было атомных ядер, а только лишь их составляющие — протоны и нейтроны. Ядра возникли, когда Вселенной исполнилось несколько секунд, и температура и плотность стали подходящими для ядерных реакций. В этом нуклеосинтезе Большого взрыва родились только легкие химические элементы: много гелия (около 25% по массе от всех атомов Вселенной) и немного лития, дейтерия и гелия-3. Остальная плазма (около 75%) осталась в форме протонов, которые со временем стали атомами водорода. Все остальные элементы Периодической таблицы родились миллиарды лет спустя в недрах звезд и при их взрывах.

Откуда произошла вселенная
ВСЕЛЕННАЯ СОСТОИТ в основном из темной энергии и темной материи; природа обеих неизвестна. Обычное вещество, из которого сформированы звезды, планеты и межзвездный газ, составляет лишь малую долю.


Теория нуклеосинтеза точно предсказывает содержание элементов и изотопов, измеренное в наиболее древних объектах Вселенной — в самых старых звездах и газовых облаках с большим красным смещением. Содержание дейтерия, очень чувствительное к средней плотности атомов во Вселенной, играет особую роль: его измеренное значение показывает, что обычное вещество составляет (4,5 ± 0,1)% от полной плотности энергии. Остальное — темная материя и темная энергия. Это в точности согласуется с данными о составе, полученными из анализа фонового излучения. Такое соответствие — огромное достижение. Ведь это два совершенно разных измерения: первое основано на ядерной физике и относится к Вселенной в возрасте 1 с, а второе — на атомной физике и свойствах Вселенной в возрасте 380 тыс. лет. Их согласованность — важный тест не только для наших моделей эволюции космоса, но и для всей современной физики.

Ответы в кварковом супе

До возраста в одну микросекунду не было даже протонов и нейтронов; Вселенная была похожа на суп из базовых элементов природы: кварков, лептонов и переносчиков сил (фотонов, W- и Z-бозонов и глюонов). Мы уверены, что этот «суп с кварками» действительно существовал, поскольку физические условия той эпохи воспроизводятся сейчас в экспериментах на ускорителях частиц (см.: Райордэн М., Зэйц У. Первые микросекунды // ВМН, № 8, 2006)<

Источник: www.modcos.com

Креационизм: все создал Господь Бог


 

Креационизм
Креационизм

 

Среди всех теорий о происхождении Вселенной эта появилась самой первой. Очень хорошая и удобная версия, которая, пожалуй, будет иметь актуальность всегда. Кстати, многие ученые физики, несмотря на то что наука и религия часто представляются понятиями противоположными, верили в Бога. Например, Альберт Эйнштейн говорил:

«Каждый серьезный естествоиспытатель должен быть каким-то образом человеком религиозным. Иначе он не способен себе представить, что те невероятно тонкие взаимозависимости, которые он наблюдает, выдуманы не им. В бесконечном универсуме обнаруживается деятельность бесконечно совершенного Разума. Обычное представление обо мне, как об атеисте – большое заблуждение. Если это представление почерпнуто из моих научных работ, могу сказать, что мои научные работы не поняты»

 

Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн

 

Теория Большого Взрыва

Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной.


всяком случае, о ней слышал практически каждый. Что говорит нам Большой Взрыв? Однажды, лет эдак 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. В один прекрасный момент (если так можно сказать -времени-то не было) сингулярность не выдержала из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.

 

Большой Взрыв
Большой Взрыв

 

Модель расширяющейся Вселенной

Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. В 20-м веке существовало множество альтернативных теорий происхождения Вселенной. Одной из самых популярных была модель стационарной Вселенной, за которую ратовал сам Эйнштейн. Согласно этой модели, Вселенная не расширяется, а находиться в стационарном состоянии благодаря какой-то удерживающей ее силе.

Теория Большого Взрыва тверже встала на ноги после открытия космологического красного смещения и реликтового излучения.  Два этих явления —  самые весомые доводы в пользу правильности теории. Возможно, кроме этого вам будет полезна статья о том, как создать презентацию в ворде.

 

Большой взрыв
Большой взрыв

 

Красное смещение – это наблюдаемое для далеких источников понижение частот излучения, которое объясняется отдалением источников (галактик, квазаров) друг от друга. Данный факт свидетельствует о том, что Вселенная расширяется.

Реликтовое излучение – это как бы отголоски большого взрыва. Ранее Вселенная представляла собой горячую плазму, которая постепенно остывала. Еще с тех далеких времен во Вселенной остались так называемые блуждающие фотоны, которые образуют фоновое космическое излучение. Ранее при более высоких температурах Вселенной данное излучение было гораздо мощнее. Сейчас же его спектр соответствует спектру излучения абсолютно твердого тела с  температурой всего  2,7 Кельвин.

Теория струн

Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Так, например, в рамках теории струн (теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических  квантовых струн), предполагается модель множественной Вселенной. Конечно, там тоже был Большой Взрыв, но он произошел не просто так и из ничего, а, возможно, в результате столкновения нашей Вселенной с какой-то другой, еще одной Вселенной.

Собственно, кроме Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, во множественной Вселенной происходит множество других Больших Взрывов, порождающих множество других Вселенных, развивающихся по своим, отличным от известных нам законам физики.

 

Шелдон
Шелдон

 

Скорее всего мы никогда не узнаем наверняка, как, откуда и почему появилась Вселенная. Тем не менее, размышлять об этом можно очень долго и интересно, а чтобы у Вас было достаточно пищи для размышлений, предлагаем  посмотреть увлекательное видео на тему  современных теорий происхождения Вселенной.

Проблемы развития Вселенной слишком масштабны. Настолько масштабны, что, по сути, даже не являются проблемами. Предоставим физикам-теоретикам ломать над ними головы и перенесемся из глубин Вселенной на Землю, где нас, возможно, ждет неначатый курсач или диплом. Если это так, мы предлагаем свое решение этого вопроса. Закажите отличную работу у авторов Zaochnik, вздохните спокойно, и будьте в гармонии с собой и Вселенной.

Источник: Zaochnik-com.ru

Какой формы Вселенная?

Сегодня с помощью телескопа «Хаббл» мы можем увидеть более 100 миллиардов галактик, и в каждой из них, возможно, сотни миллиардов звезд. Но как все это возникло? Почему есть нечто, а не ничто? Это основной вопрос для многих религий. Кажется, что такую огромную Вселенную кто-то должен был создать, что нельзя все это получить из ничего. Я хочу рассказать, почему это не так, почему все эти галактики и звезды могут возникнуть просто благодаря законам физики.

В 1926 году Эдвин Хаббл узнал, что наша Галактика — не единственная во Вселенной. А спустя еще три года он понял, что другие галактики отдаляются от нас. После этого поразительного открытия сразу стало казаться, что мы в центре Вселенной. Однако наблюдения Хаббла говорят о другом: Вселенная расширяется — неважно, из какой галактики вы за этим наблюдаете.

До 1929 года наука считала, что Вселенная статична и вечна. Но коль скоро теперь мы поняли, что она движется, то мы можем узнать, что было с ней в прошлом. У всех галактик единое начало: около 13,8 миллиарда лет назад все они были в одной точке, которую мы называем Большим взрывом. Но что станет с галактиками в будущем? Бесконечно ли расширение? Это вопрос, из-за которого я начал заниматься космологией и вообще пошел в физику.

Есть три варианта геометрии нашей Вселенной: она может быть закрытой, открытой или плоской. Имеется в виду не форма самой Вселенной, а то, как в ней выглядит плоскость, сравнимая с размером самой Вселенной. Например, если нарисовать сколь угодно большой треугольник в плоской Вселенной, то сумма его углов будет равна 180 градусам. В открытой Вселенной линии, по которым движется свет, изгибаются, поэтому сумма углов треугольника будет меньше 180 градусов. А в закрытой Вселенной сумма его углов, наоборот, будет больше 180 градусов.

Согласно теории относительности, закрытая Вселенная будет расширяться, а затем сжиматься обратно и в конце концов схлопнется, открытая Вселенная будет расширяться бесконечно, а плоская сначала будет расширяться, а затем очень постепенно замедлится и остановится. Если мы сможем определить, в какой Вселенной живем, то узнаем и наше будущее. Но как это сделать?

Темная материя

Геометрия Вселенной связана с плотностью ее вещества: если она больше определенного значения (5,5 атома водорода на кубический метр. — Прим. T&P), Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская. Соответственно, если Ω — отношение плотности Вселенной и критической плотности — больше единицы, то Вселенная закрытая, если меньше — открытая, а если равна — плоская.

В 1936 году Альберт Эйнштейн опубликовал в журнале Science статью («Линзоподобное действие звезды при отклонении света в гравитационном поле». — Прим. T&P), в которой писал, что раз пространство искривляется из-за гравитации и есть такие тяжелые объекты, как звезды, то свет, находящийся за звездой, обходит мешающие ему объекты, а пространство может выступать в роли линзы. Он пришел к этим выводам еще в 1914 году, но забыл о них, потому что считал, что это не так важно. На самом деле феномен гравитационной линзы, конечно, крайне важен.

Вследствие явления, описанного Эйнштейном, мы можем видеть на изображении выше не только отдельные галактики и их скопления, но и множественные изображения одной и той же галактики. Свет от этой галактики прошел через другую галактику, попал в гравитационную линзу и был искажен.

Мы также можем подсчитать массу галактики, которая так сильно исказила свет. Эту сложную задачу, математическую инверсию, ученые решили в конце 1990-х годов. Они получили диаграмму распределения масс, на которой галактики обозначены пиками, — но присутствуют также пики там, где галактик вроде бы не видно. Это невидимая материя, которой в 40 раз больше, чем видимой, а раз она невидима и не сияет, то ее назвали темной. Оказалось, что в галактиках гораздо больше темной материи, чем материи самих галактик.

Темная материя состоит не из обычных протонов и нейтронов, а из других элементарных частиц. Она везде, а раз так, мы можем провести эксперимент здесь, на Земле, чтобы ее найти. Можно попробовать зафиксировать взаимодействие какой-нибудь массивной темной частицы с обычной частицей. Этому мешает естественный радиационный фон, поэтому такие эксперименты проводятся глубоко под землей. В качестве мишеней используются кристаллы кремния или германия, охлажденные до 0,001°C. Такие детекторы расположены в разных частях земного шара, но пока что они не зафиксировали ничего, что можно было бы однозначно трактовать как темную материю. Можно еще попробовать создать темную материю в лабораторных условиях — для этого у нас есть Большой адронный коллайдер. Но сейчас для нас важнее не из чего состоит темная материя, а сколько она весит — коль скоро она составляет бóльшую часть массы Вселенной.

Глядя на диаграмму выше, мы можем подсчитать общую массу, массу видимых галактик и массу темной материи. Однако все обнаруженные учеными массы составляют только 30% массы, необходимой, чтобы Вселенная была плоской. Можно было бы сделать вывод, что наша Вселенная открытая и будет расширяться бесконечно. Но здесь есть подвох: все эти подсчеты касаются только галактик и их скоплений. А то, что находится между ними, мы взвесить не можем. Так что нам нужен какой-нибудь другой объект для измерения.

Геометрия Вселенной

Когда мы глядим на Вселенную, то чем дальше смотрим, тем в более глубокое прошлое заглядываем. Можно было бы предположить, что где-то там виден и Большой взрыв, — но между нами и Большим взрывом стена. В самом начале Вселенная была настолько жаркой и плотной, что свет не мог покинуть ее. Потом Вселенная постепенно охлаждалась и, когда ей было 379 тысяч лет, стала электрически нейтральной (замедлившиеся электроны начали соединяться с протонами и альфа-частицами, образуя атомы водорода и гелия. — Прим. T&P) и прозрачной. Этот момент — самая ранняя точка, которую мы видим, оглядываясь назад во времени. Вот так она выглядела (это проекция Мольвейде, которая также часто используется в картографии):

Реликтовое излучение, которое фиксируют детекторы, находящиеся на Земле, исходит от условной поверхности последнего рассеяния, которое видится нам как окружающая нас на очень далеком расстоянии сфера. На этой поверхности видны более горячие участки — там, где 379 тысяч лет назад были сгустки материи. Мы знаем их максимально возможный размер (он зависит от скорости гравитации, а ее значение равно скорости света) — 100 млн световых лет. Сравнивая эти цифры с тем, что мы наблюдаем, можно сделать вывод о том, в какой Вселенной мы живем: в закрытой Вселенной сгустки из-за искривления пространства казались бы нам меньше, чем на самом деле; в открытой — больше, а в плоской Вселенной никаких искривлений нет и сгустки выглядели бы на свои 100 млн световых лет.

Данные, полученные в ходе эксперимента BOOMERanG (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics — «Аэростат для наблюдения миллиметрового внегалактического излучения и геофизических исследований». С помощью аэростатов радиотелескоп поднимался на высоту 42 тысячи метров, где мог фиксировать реликтовое излучение без потерь, в то время как в атмосфере оно поглощается микроволнами. — Прим. T&P), соответствуют расчетам и не выявляют никакого искривления пространства. С вероятностью 99% мы живем в плоской Вселенной.

Но возникает противоречие: для плоской Вселенной, как я уже говорил, мы видим слишком мало вещества — всего 30% от необходимой массы. Где же могут быть оставшиеся 70%?

Энергия пустого пространства

В пустом пространстве, в ничто. Звучит, конечно, глупо, но пустое пространство не такое уж и пустое. Вот так выглядит то, что происходит внутри протона: постоянно что-то бурлит, появляются и исчезают различные частицы:

Мы не «видим» их, потому что они возникают на очень непродолжительное время, но при этом они составляют основную часть массы протона. А раз так, то, возможно, они появляются в открытом пространстве и дают какую-то энергию. Может быть, вакуум тоже что-то весит?

Еще когда я учился в университете, было предположение, что энергия вакуума — это единица со 120 нулями, но этого просто не может быть: будь это так, Вселенная была бы другой и нас бы просто не существовало. Мы ждали какого-то математического чуда, которое бы позволило нам сократить это число; предполагали даже, что энергия пустого пространства равна нулю. А затем решили не полагаться на теоретиков: если у пустого пространства есть энергия, ее можно измерить. Но как?

Гравитация в большинстве случаев притягивает объекты друг к другу, но вакуум создает антитяготение. Чтобы рассчитать его, необходимо понять, расширяется ли наша Вселенная с ускорением или с замедлением. Первые попытки определить это сделал Эдвин Хаббл в 1929 году, но сейчас мы знаем, что его расчеты были неверны из-за того, что, в частности, не учитывали эволюцию галактик и связанные с ней изменения светимости. Так что нам нужны были какие-то другие объекты с известной яркостью.

Это изображение галактики, расположенной в 7 млн световых лет от нас. В левом нижнем углу виден яркий объект — можно предположить, что в кадр случайно попала звезда из нашей Галактики, но нет: это сверхновая, которая светится как сто миллиардов звезд. Потом она тускнеет, но в первый месяц она светится с яркостью, которая нам известна. Сверхновые появляются в Галактике примерно раз в сто лет. Можно выдать каждому студенту по галактике, и пусть постоянно смотрит на нее — за сто лет как раз напишет диссертацию. Но на самом деле галактик очень много: если соединить пальцы в кружок размером с пятирублевую монету и посмотреть через него на небо, в этом кружочке будут сотни галактик. А значит, в небе постоянно взрываются сверхновые, так что мы легко можем использовать их, чтобы рассчитывать расстояния до отдаленных галактик и скорости, с которыми эти расстояния увеличиваются. Эти расчеты были проведены в 1998 году, и результатом стал вот такой график:

Если бы темпы расширения Вселенной были одинаковыми, то в его нижней части была бы просто прямая линия. Астрономы ожидали, что все сверхновые будут либо на этой линии, либо ниже. Но большая часть таких звезд оказалась выше линии — это могло быть только в том случае, если бы темпы расширения Вселенной увеличивались.

А чтобы Вселенная расширялась, нужно как раз столько энергии, сколько нам не хватало, — те самые 70%. Тогда все сходится. В 2011 году Нобелевскую премию по физике получили ученые, обнаружившие, что

Вселенная расширяется с ускорением, а большая часть массы находится в пустом пространстве. И мы понятия не имеем, как это возможно.

Вероятно, это как-то связано с самой природой пространства и времени и причинами возникновения Вселенной. Но теперь понятно, что ее будущее будет определяться не материей и даже не геометрией, а энергией пустого пространства.

Много шума из ничего

Что будет, если подбросить монетку? Скорее всего, она упадет, но если забросить ее достаточно далеко, она улетит и не вернется. Энергия подброшенной монетки складывается из двух величин: «положительной» кинетической энергии T = mv²/2 (где m — масса монетки, а v — скорость ее движения. — Прим. T&P) и «отрицательной» силы гравитационного притяжения U = –GMm/R (где G — гравитационная постоянная, M — масса Земли, а R — расстояние между центрами масс Земли и монетки. — Прим. T&P). В итоге все сводится к своего рода бухгалтерскому учету: если вторая величина больше первой, монетка упадет на землю, если наоборот — улетит. И если мы можем сделать подобные расчеты для монетки, значит, можем сделать их и для всей Вселенной.

На этом изображении — происхождение Вселенной:

Со всеми галактиками происходит примерно одно и то же, так что, чтобы определить их будущее, достаточно определить будущее одной из галактик — например, той, которая обозначена вопросительным знаком. Как и в случае с монеткой, энергия, с которой она движется, определяется кинетической энергией и гравитационным притяжением. Если первая больше второго, Вселенная будет расширяться бесконечно; если второе больше первой, Вселенная в конце концов схлопнется.

Оказывается, соотношение этих двух величин и есть та самая Ω, про которую мы говорили в начале (отношение плотности Вселенной к критической плотности). Мы уже знаем, что живем в плоской Вселенной, значит, Ω = 1. Следовательно, энергия, с которой Галактика удаляется от центра Вселенной, равна энергии, которая тянет ее обратно, — и это касается всех галактик во Вселенной. Получается, что их суммарная энергия равна нулю — вот что случается, если вы создаете Вселенную из ничего.

Возникнуть и не пропасть

Мы уже выяснили, что пустое пространство, которое мы сейчас наблюдаем во Вселенной, не такое уж пустое: в нем постоянно что-то бурлит, возникают и исчезают виртуальные частицы. Но откуда взялось то ничто, из которого появляются эти частицы, откуда взялось само пространство? Оказывается, при совместном действии квантовой механики и гравитации могут появляться не только частицы в пространстве, но и само пространство.

Вселенная может просто взять и появиться.

Ранее мы выяснили, что спонтанно появиться из ничего может только Вселенная, у которой общая энергия равна нулю, а это закрытая Вселенная. А еще раньше — что наша Вселенная плоская. Возникает противоречие.

Представьте себе воздушный шарик: если надуть его очень сильно, его поверхность будет казаться плоской, как кажется плоской круглая Земля (особенно если наблюдать ее где-нибудь в тундре). Если Вселенная с первых мгновений своего существования будет очень быстро расширяться, с ней произойдет то же самое — она возникнет как закрытая, а через 14 миллиардов лет станет плоской. Это резкое расширение — инфляция — описывается инфляционной моделью, которая была предложена в 1981 году физиком Аланом Гутом. Вот она на графике:

Но как доказать, что инфляция действительно имела место?

Еще в 1916 году Эйнштейн пришел к выводу, что, перемещаясь в пространстве, мы создаем гравитационные волны, так называемую рябь пространства-времени. Каждый раз, когда я двигаю рукой, появляются гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Но рябь настолько незначительна, что мы ее не замечаем. В обсерваториях в Вашингтоне и Луизиане (лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваториях LIGO. — Прим. T&P) есть специальные детекторы, позволяющие улавливать гравитационные волны. Впервые это удалось сделать в сентябре 2015 года, когда произошло слияние двух черных дыр. За это открытие в 2017 году ученые получили Нобелевскую премию по физике.

Но это значит, что такое событие, как инфляция, также должно было породить гравитационные волны, и, если мы их обнаружим, мы подтвердим и правильность инфляционной модели (их поиском занимаются ученые в рамках серии экспериментов BICEP2. — Прим. T&P). А это будет значить, что наша Вселенная действительно могла быть произведена из ничего.

Если мы действительно находимся во Вселенной, расширяющейся с ускорением, то объекты, которые мы сейчас видим, вскоре будут находиться от нас на огромном расстоянии.

Сотни миллиардов галактик, которые мы сейчас видим, будут отдаляться от нас со скоростью больше скорости света, и мы окажемся в этом темном пустом пространстве одни. В начале было ничто, и в конце тоже будет ничто.

Мы еще не доказали, что это так, но это очень вероятно. И мне нравится эта вероятность: каждый раз, когда можно избавиться от божественного вмешательства и объяснить все с точки зрения физики, мы делаем шаг вперед. Помимо нашей Вселенной, могут существовать или прямо сейчас создаваться и другие, где действуют другие законы. Мы, люди, крайне неважная часть Вселенной, мы шум, загрязнение на ее фоне. Если вам это не нравится, возможно, вас утешит высказывание Эйнштейна:

«Самая прекрасная эмоция, которую нам дано испытать, — ощущение тайны. Это основополагающая эмоция, стоящая у истоков всякого истинного искусства и науки».

Вселенная была создана не для нас, она была просто создана. Вселенной на нас наплевать. Мы сами наполняем нашу жизнь значением и смыслом.

Вопросы и ответы

— У меня вопрос об инфляции. Вы сказали, что ее предсказали физики, которые занимаются физикой частиц. А какое отношение инфляция пространства имеет к физике частиц?

— Физика частиц говорит о том, что ранняя Вселенная претерпела переход из одного фазового состояния в другое. Когда происходит этот фазовый переход, выделяется огромное количество энергии, что и привело к инфляции.

— Предположим, что темная материя окажется все-таки частицей и мы сможем ее найти. Не окажется ли тот фундамент, на котором построена вся современная физика, ложным?

— Физика элементарных частиц предсказывает наличие большого количества различных частиц. И открытие каждой новой частицы выводит стандартную модель за прежние границы. Если мы сможем найти темную материю — да, многие наши идеи окажутся неверными, и нам придется продумать и разработать новые законы. Но ученые готовы ошибаться. Многие из нас ходят на работу для того, чтобы доказать, что другие ученые ошибаются, — именно так и приходит известность.

— Понятно, какими могут быть границы у закрытой Вселенной. Но мне не совсем понятно, какие границы у плоской Вселенной, в которой мы находимся.

— У закрытой Вселенной нет границ. Возьмите воздушный шарик, нарисуйте на нем несколько точек и надувайте. Вселенная похожа на поверхность этого шарика: она не имеет границ, при этом расширяется так, что расстояние между точками постепенно увеличивается.

— У меня вопрос, который возник при чтении книг Ричарда Докинза. Наш мозг эволюционно запрограммирован не для того, чтобы понимать Вселенную, а для того, чтобы решать бытовые вопросы. Не боитесь ли вы того, что в какой-то момент наука столкнется с границами возможностей мозга?

— Может быть. Но я не боюсь. Так же, как я не боюсь жить в этой Вселенной, у которой нет никакого назначения. Да, могут быть какие-то ограничения у человеческого мозга, но мы не узнаем наверняка до тех пор, пока не попробуем. Именно поэтому нужно постоянно пытаться. И, как я понимаю, у нас пока не получилось уткнуться в какую-то стену. Может быть, у вас будут какие-то сложности, но ваши дети и внуки смогут преодолеть их. Мы постоянно идем дальше, мы постоянно преодолеваем эти границы. Наука именно тем и занимается, что выходит за границы.

Может быть, не очень по теме, но одна из причин, по которой я занимаюсь квантовыми компьютерами и искусственным интеллектом, в том, что, может быть, они смогут объяснить нам то, что сами мы понять не можем. Многих пугает искусственный интеллект, но я думаю, что он сможет стать лучшим физиком, чем мы.

— В какой роли вы видите искусственный интеллект в вашей области?

— Понятия не имею. Я не прогнозирую ближе чем на 2 трлн лет. Каким будет будущее с искусственным интеллектом, зависит от нас. Мы должны думать о возможностях и быть готовыми к ним. Один из вариантов — что мы останемся без работы. Но зато мы сможем бесконечно ходить на научные конференции и слушать музыку. Я в данном случае пессимистически настроен, поскольку, честно говоря, не очень верю в человечество. Но посмотрим, что будет. Мы еще можем подготовиться.

— Возможно ли доказать, что мы живем в компьютерной симуляции?

— Очень многие задают этот вопрос. Ответ: скорее всего, нет.

Во-первых, компьютерная симуляция никогда не является идеальной. Есть битые пиксели, в которых не работают законы природы. Но мы такого не видим. Может быть, в голове у президента Трампа есть такие пиксели, но в большинстве остальных случаев таких пикселей не наблюдается. Все работает согласно законам природы.

Во-вторых, говоря о том, что мы внутри симуляции, мы должны задать вопрос: что нас создало? А наших создателей? Идея, что наше существование — это компьютерная симуляция, — просто еще одна версия вопроса о том, кто создал Вселенную.

Но мне как физику вообще неважно, в симуляции я или нет, — мне интересно, по каким законам она создана.

Если вы хотите доказать, что наш мир — симуляция, ищите баги в программе. Может быть, в будущем мы их найдем, пока — нет.

— Вселенная расширяется. Бесчисленное количество космических объектов отдаляются от нас все быстрее и быстрее. Значит ли это, что наши шансы найти в этой Вселенной другие цивилизации все уменьшаются и уменьшаются?

— Во-первых, до того, как другие галактики окончательно пропадут из виду, у нас еще 2 трлн лет — за это время можно найти внеземную цивилизацию. Во-вторых, даже через 2 трлн лет у нас будет наша Галактика — потому что сами галактики не расширяются.

— Если все появилось из ничего, каким образом 13 млрд лет назад это ничто решило сделать Большой взрыв? И почему Большой взрыв не происходит сейчас?

— Ответ на первый вопрос — я не знаю. Именно поэтому я занимаюсь наукой.

Что касается второго вопроса. Большие взрывы могут происходить прямо сейчас, в других пространствах. Прямо перед вами может появиться пространство, но оно очень быстро будет отделено от нашей Вселенной. В мультивселенной постоянно могут происходить большие взрывы, появляться и схлопываться вселенные.

— Не конфликтует ли то, о чем вы нам рассказали, с законом сохранения энергии?

— Честно говоря, не конфликтует. Если посмотреть на сотни миллионов звезд и галактик, то в них очень много энергии. Но нужно просто добавить в это уравнение гравитационное притяжение, и общая результирующая энергия всей нашей Вселенной, всего вещества, будет равна нулю. Таким образом, энергия сохраняется. Поразительно, да?

— Можно ли создать модель такой вселенной, законы физики в которой были бы невозможны в нашей Вселенной?

— Я именно этим чаще всего и занимаюсь. Я физик-теоретик, я постоянно создаю модели, которые описывают разные вселенные. Нужно понимать, что в большинстве случаев я ошибаюсь. У меня были потрясающе красивые, очень хорошие теории, которые оказались неверными. Но, может быть, раз в жизни я случайно окажусь прав (как это было с идеей, что Вселенная расширяется с ускорением).

Поиск важнее, чем сама реальность. Наша жизнь похожа на миф о Сизифе, у нас нет выбора. Мы можем впасть в депрессию — а можем наслаждаться поиском.

— Если в разных вселенных образуются разные законы физики, существует ли какой-то высший закон физики над ними всеми, по которому образуются эти разные законы?

— То есть метазаконы? Может быть. Кто знает… Это возможно. В каких-то теориях, например теории струн. Но сейчас нет доказательств. Может быть, там действуют законы математики. Я не знаю, чего ожидать. Но это не доказывает, конечно же, существование какого-либо бога.

— Вы живете в стране, где политику нежелательно признаваться в том, что он атеист, для того чтобы не потерять рейтинг. А мы живем в стране, где около 70–80% людей считают себя людьми религиозными, ничего не знают и знать не хотят про теорию Большого взрыва. Как вы считаете, что должно произойти, для того чтобы расстановка сил в мире поменялась?

— Честно говоря, мне без разницы, религиозны люди или нет. Когда я вижу людей, которые считают, что миру 5 или 6 тысяч лет, я не считаю, что они глупы. Мне кажется, им просто не хватает знаний. Людям старшего поколения уже поздно меняться, но я надеюсь на молодых людей. Я хочу, чтобы молодые люди думали, а не только чувствовали. И дело даже не в фактах, потому что факты вы в большом количестве найдете в своем смартфоне — но они могут быть неверными. Самое важное — научить людей задавать вопросы и отличать истинное от ложного. Я думаю, преподавание наук в школе побуждает молодых людей к этому.

— Учитель физики в школе говорил мне, что спрашивать, чтó было до Большого взрыва — это как бы моветон, потому что в точке сингулярности не действуют законы физики. Он говорил, что все будут смеяться, если я кого-то спрошу об этом. Но при этом всю лекцию вы только об этом и говорили. Поэтому у меня вопрос: ограниченны ли вообще возможности человеческого познания?

— Вопрос хороший, но ответ вам не понравится. Нет никакого «до», потому что само время возникло во время Большого взрыва. Это очень сложно представить. Но вопрос «Что было до Большого взрыва?» может просто не иметь значения. И нашему сознанию, может быть, не хватает возможностей для того, чтобы понять этот вопрос и ответить на него.

Но я бы хотел, чтобы вы продолжали задавать вопросы и поражаться Вселенной такой, какая она есть. Неважно, если вы понимаете не все. Цените ее за то, что она больше, чем вы можете понять. Нужно постоянно смотреть вперед, потому что Вселенная нас может очень многому научить.

Литература

  • Краусс Л. Все из ничего. М.: Альпина нон-фикшн, 2019.

  • Краусс Л. Страх физики. Сферический конь в вакууме. СПб.: Питер, 2016.

  • Краусс Л. Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй. М.: Альпина нон-фикшн, 2018.

  • Краусс Л. Вселенная из ничего. Почему не нужен Бог, чтобы из пустоты создать Вселенную. М.: АСТ, 2016.

  • Lens-Like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field. Albert Einstein Science, New Series, Vol. 84, No. 2188. (Dec. 4, 1936), pp. 506–507.

Благодарим Марию Ломаеву за помощь в подготовке конспекта.

Мы публикуем сокращенные записи лекций, вебинаров, подкастов — то есть устных выступлений. Мнение спикера может не совпадать с мнением редакции. Мы запрашиваем ссылки на первоисточники, но их предоставление остается на усмотрение спикера.

Источник: theoryandpractice.ru

Смысл теории

МатерияЕе основы чрезвычайно просты. Теория констатирует тот факт, что материя современная и материя, существовавшая в далекой-предалекой древности, идентичны друг другу, так как по сути своей они являются одним и тем же изучаемым объектом. Вся материя сформировалась примерно 13,8 миллиардов лет назад. В те далекие времена она существовала в виде точки, или компактно сформированного абстрактного тела в форме шара, обладающего в свою очередь бесконечной плотностью и определенной температурой. Данное состояние учеными принято называть «сингулярностью». По неизвестным причинам эта самая сингулярность внезапно начала стремительно расширяться в разные стороны, вследствие чего и появилась Вселенная.Данная точка зрения является на самом деле лишь гипотезой, причем одной из самых распространенных и популярных на сегодняшний день. Она принята наукой в качестве объяснения, касающегося возникновения материи, основных физических законов и колоссальной структуры самой Вселенной. Это связано с тем, что в теории Большого взрыва описаны причины, которые повлияли на расширение Вселенной, так же в ней содержится огромное количество прочих аспектов и феноменов, связанных с безграничным пространством.

Экскурс в историю

Большой взрывТематика Большого взрыва стала актуальна для науки с самого начала прошлого столетия. В 1912 году астроном из США по имени Весто Слайфер в течение некоторого времени провел ряд наблюдений за спиральными галактиками (раннее принимались за туманности), в ходе которых ученому удалось измерить допплеровское красное смещение этих самых галактик. Он пришел к выводу, что объект его исследования на протяжении определенного временного интервала все дальше и дальше удаляется прочь от Млечного Пути.Наука на месте долго не стояла, и уже в 1922-м году советский космолог и математик А. Фридман, опираясь на труды Эйнштейна, смог из уравнений, относящихся к теории относительности, вывести свои уравнения. Именно он стал первым ученым, кто смог заявить ученому обществу о расширении Вселенной, высказав одно только личное предположение.

Эдвин Хаббл в 1924-м году измерил дистанцию от Земли до ближайшей к ней спиральной туманности, чем доказал, что рядом могут находиться другие галактические системы. Проводя свои эксперименты при помощи мощного телескопа, ученый установил взаимосвязь, образованную между расстоянием галактик и скоростью, с которой те друг от друга удалялись.

Церковь всегда навязывала людям то мнение, что Бог сотворил мир практически за неделю, то есть за 6 дней. Это догмата христианской религии активно поддерживается и по сей день. Однако не все церковные канонники убеждены в данной точке зрения.

Отцом-основателем концепции теории Большого взрыва принято считать священнослужителя, Жоржа Леметра. Он стал первым человеком, который поставил перед обществом вопрос о происхождении такого мирового безграничного пространства, как Вселенная. Он занимался исследованием первобытного атома и его превращения многочисленных осколков в небесные тела – звезды с галактиками. В 1927 году священник опубликовал собственные доводы в газете. Бог сотворил мирКогда с размышлениями Леметра ознакомился великий Эйнштейн, он отметил, что священник абсолютно все правильно рассчитал, однако познания святого отца в области физики мэтра не удовлетворили. Теория Большого взрыва была принята только в 1933 году, когда сам Эйнштейн сдался под напором тезисов и фактов научного открытия, признав версию Леметра одной из самых убедительных из всех тех, с которыми ему только доводилось сталкиваться.Над тайной происхождения Вселенной работал и сам Эйнштейн. Ученый в 1931 году написал рукопись, в которой он изложил свой вариант событий, отличный от версии Жоржа Леметра. Точно в таком же направлении была в 1940-х годах написана работа еще одного выдающегося ученого Альфреда Хойла, который работал независимо от других знаменитых исследователей.

Эйнштейн скептически относился к одному факту, имевшему быть в теории Большого взрыва, а именно к сингулярности материи, в которой она пребывала до взрыва. Он попытался высказать свое собственное суждение, относящееся к бесконечному расширению космического пространства. Согласно его убеждениям, материя во Вселенной возникла и вовсе неоткуда, она нужна была для поддержания космической плотности в условиях постоянного расширения. Согласно мнению Эйнштейна, данный процесс можно описать, используя теорию относительности, однако позднее ученый осознал, что совершил в своих расчетах ошибку и отказался от своего открытия.

Подобной этой теории придерживался всемирно известный писатель-фантаст Эдгар Аллан По, который размышлял над происхождением Вселенной в далеком 1848 году. Физиком этот человек не был, следовательно, все его размышления никакой научной ценности не несли вследствие того, что не были закреплены никакими вычислениями. К тому же в те далекие времена не были изобретены необходимые математические аппараты, позволяющие рассчитывать исследования такого рода. По мог воплотить свою идею только лишь в литературном произведении, что он и сделал с большим успехом, написав поэму «Эврика», в которой уже рассказывается о таком явлении, как черная дыра, и доступно объясняется парадокс Олберса. Сам фантаст называл свое литературное творение откровением, о котором прежде человечество даже и не слышало. Теория относительности ЭйнштейнаПарадокс Олберса являет собой косвенное подтверждение теории Большого взрыва, он заключается в следующем: если в ночное время суток поднять голову и увидеть какую-нибудь звезду (акцентируя на ней свое пристальное внимание), то мысленно прочерченная линия, имеющая начало на земле на этой самой звезде и закончится. По в своей «Эврике» написал о первобытной частице, которая по его словам являлась совершенно уникальной и индивидуальной. Его литературный труд был подвергнут жестокой критике, поэма оказалась разнесенной буквально в пух и прах, она оказалась неудачной работой с художественной точки зрения. Современные ученые же, наоборот, повергнуты в смятение, они не могут до сих пор понять, как человек, не имеющий научного образования, мог прогнозировать такие факты. По их словам Эдгар Аллан По своей книгой намного опередил официальные научные познания.Открытия физиков и астрономов 20-х – 30-х годов прошлого столетия взбудоражили научный мир, так как большинство ученых придерживались той точки зрения, что Вселенная находится в стационарном положении.

Уже после окончания Второй Мировой войны в обществе ученых вновь стали говорить о теории Большого взрыва и размышлять над ее концептуальностью. Именно этот вариант происхождения Вселенный с каждым годом набирал обороты популярности, отставляя позади другие вариации, которые время от времени предлагались неутомимыми исследователями космоса и объектов ему принадлежащих.

Время шло, а теория Большого взрыва все прочнее занимала свою нишу на научном Олимпе, стационарность же Вселенной стала и вовсе ставиться под сомнение. В 1965-м году было обнаружено реликтовое излучение: открытие подобного рода, ставшее фундаментальным, окончательно укрепило Большой взрыв, и связанное с ним рождение Вселенной в науке. С 60-х по 90-е годы XX века огромное количество космологов и астрономов проводили целые серии исследовательских работ, касающихся знаменитой теории, вследствие чего ими было обнаружено множество проблем теоретического характера и соответственно их решений, которые относились к предмету возникновения огромной Вселенной из одной точки. СингулярностьО том, что сингулярность – есть неоспоримое начальное состояние общей относительности, а также космологического состояния самого взрыва, высказался всемирно известный физик, имя которого на сегодняшний день знает каждый человек, Стивен Хокинг.1981 год ознаменовался появлением теории, описывающей период стремительного расширения космического пространства: она в свою очередь позволила решить огромное количество проблемных вопросов, на которые ранее никто не мог дать конкретного ответа.

К концу XX века у многих ученых появился неподдельный интерес, сопровождающийся любопытством, к такому объекту исследования, как темная энергия. Она была рассмотрена в качестве ключа, позволяющего раскрыть важность многих космологических проблем. Ученых интересовало, по какой причине происходит потеря веса Вселенной, а также, почему теряет свою массу и темная энергия. Гипотеза такого рода была создана давно ученым Яном Оортом, еще в 1932 году.

В последнее десятилетие прошлого столетия интенсивно создавались телескопы, усовершенствованные и позволяющие проводить четкое обследование космического пространства. Спутники, напичканные компьютерным оборудованием, позволяют современным ученым исследовать буквально каждый миллиметр Вселенной, и передавать через спутниковую систему данные прямиком в исследовательские центры различных государств.

Откуда взялось название

Большой Взрыв - с точки зрения наукиАвтором названия для теории Большого взрыва явился ее противник Альфред Хойл, английский физик. Именно он придумал фразу «Big Bang», но сделал это физик не чтобы возвысить суждение Леметра, а чтобы наоборот его унизить, объявив абсурдом, а не величайшим феноменом в области космологии, физики и астрономии.

Хронология событий

ГалактикаСовременные исследователи, имеющие достоверные сведения о состоянии положения дел во Вселенной, сводятся к единому мнению, согласно которому все создалось из точки. Постоянно увеличивающиеся бесконечная плотность и конечное время, непременно должны были иметь свое собственное начало в определенной точке. Когда произошло первоначальное расширение, согласно уже вышеупомянутой теории, Вселенная смогла пройти фазу охлаждения, ставшую соавтором создания субатомных частиц, а немного позднее и самых простых атомов. Спустя некоторое время, огромных размеров облака, состоящие из первоначальных древних элементов, благодаря исключительно лишь гравитации, стали формировать звезды, которые теперь каждой ночью может лицезреть абсолютно любой человек, и галактики, где, по мнению уфологов, могут находиться параллельные миры и сосредотачиваться высокоразвитые цивилизации инопланетных существ. Весь этот механизм, по предположению исследователей, запустился как раз 13,8 миллиардов лет назад: следовательно, данную отправную точку можно указывать в качестве возраста Вселенной. В ходе исследования огромного количества теоретической информации, проведения многочисленных экспериментов, которые базировались на привлечении ускорителей частиц и всевозможных высокоэнергетических состояний, обследования при помощи телескопа дальних потаенных углов космического пространства, была установлена хронологическая событийность, начавшаяся с момента Большого взрыва и приведшая Вселенную к современному виду, или как его иначе называют физики и астрономы — к «состоянию космической эволюции».
Космическое пространствоСреди ученых бытует мнение о том, что первоначальные периоды формирования космического пространства могли длиться от 10-43 до 10-11 секунды от взрыва; однако на этот счет однозначного мнения на сегодняшний день не существует. Стоит иметь в виду, что все известные современному обществу физические законы в далеком прошлом просто-напросто еще не существовали в полном наборе, который известен человечеству, следовательно, сам процесс формирования молодой Вселенной остается непонятным. Эту таинственность подкрепляет и тот факт, что до настоящего времени, включая также и его, ни в одном развитом государстве не был проведен ни один эксперимент, относящийся к исследованию тех видов энергии, которые существовали в момент создания безграничного космического пространства. В одном только сходятся мнения ученых мужей: некогда существовала точка, ставшая опорной, вот с нее-то и все началось.

Эпохальный период становления

Эпоха сингулярности1. Эпоха сингулярности (планковская). Ее принято считать первичной, в качестве раннего эволюционного периода Вселенной. Материя была сосредоточена в одной точке, имеющей свою температуру и бесконечную плотность. Ученые утверждают, что эта эпоха характерна для доминирования квантовых эффектов, принадлежащих гравитационному взаимодействию над физическими, причем ни одна физическая сила из всех существовавших в те далекие времена по своей силе не была идентична гравитации, то есть не была ей равна. Время продолжительности планковской эры сосредотачивается в интервале от 0 до 10-43 секунды. Она получила такое название по причине того, что полноценно измерить ее протяженность смогло лишь планковское время. Этот временной интервал считается очень нестабильным, что в свою очередь тесным образом связано с экстремальной температурой и безграничной плотностью материи. Следом за эпохой сингулярности произошел период расширения, а вместе с ним и охлаждения, приведшие к формированию основных физических сил.

С периода с 10-43 до 10-3 секунды в безграничном пространстве происходит новое событие в виде столкновения переходных температур, это, в свою очередь, отображается на их состоянии. Бытует мнение, что фундаментальные силы, ныне главенствующие в современной космическом безграничном пространстве, в данный момент начали стремительно удаляться друг от друга. Следствием этого процесса стало формирование слабых гравитационных сил, такого состояния, как электромагнетизм, а вместе с тем слабых, наряду с сильными, ядерных взаимодействий.

С 10-36 до 10-32 секунды от Большого взрыва во Вселенной устанавливается очень низкая температура, равная 1028К, этот факт в свою очередь становится причиной разделения электромагнитных сил, что происходит в процессе сильного взаимодействия со слабым (ядерным). Эпоха инфляции2. Эпоха инфляции. С появлением на безграничных просторах Вселенной первых сил, названных учеными не иначе, как фундаментальными, начинается новая эпоха, длившаяся с 10-32 секунды (согласно планковскому времени) до абсолютно никому неизвестному времени.Огромное количество космологических моделей устанавливают, что в данный временной интервал Вселенная могла пребывать в состоянии бариогенезиса – очень высокая температура влияет на хаотичное движение частиц в пространственной среде, происходящее с запредельной скоростью.

Это время характерно для столкновения и отталкивания античастиц – разрушающихся пар частиц. Исследователи склонны считать, что именно тогда произошло доминирование материи над ее антиподом, антиматерией, что является на сегодняшний день характерной особенностью Вселенной, имеется в виду доминант. К моменту завершения эпохи инфляции Вселенная сформировалась на основе кварк-глюоновой плазмы и прочих элементарных частиц. Она стала постепенно остывать, а материя в свою очередь начала активное образование и соединение. Эпоха охлаждения3. Эпоха охлаждения. С момента понижения уровня плотности и температуры в самой Вселенной стали происходить существенные изменения каждой частицы – у них стала снижаться энергия. Состояние подобного рода закончилось лишь тогда, когда к своему современному виду пришли элементарные частицы, а вместе с ними и фундаментальные силы. Энергия частиц стала опускаться до тех параметров, которые на сегодняшний день удается получить исключительно лишь в рамках лабораторных условий, в ходе проведения многочисленных опытов и наряду с ними экспериментов.Ученые ни на секунду не сомневаются, что данный временной интервал существовал в истории формирования Вселенной. Они отмечают, что сразу же после Большого взрыва энергия частиц постепенно уменьшилась, в результате чего она приобрела значительные размеры. На 10-6 секунде барионы в виде протонов и нейтронов стали образовываться из глюонов и кварков. Вместе с этим появился диссонанс в форме преобладания кварков над антикварками, барионов над антибарионами. Вследствие понижения температуры началось прекращение выработки протонно-нейтронных пар и соответственно, их антиподов, протоны и нейтроны стали стремительно исчезать, а их античастицы и вовсе прекратили свое существование. Подобный процесс вновь произошел спустя некоторое время. Однако на этот раз действие коснулось позитронов и электронов.

Вследствие стремительного уничтожения частицы прекратили свое хаотичное движение, а энергетическую плотность, относящуюся к Вселенной, стали интенсивно заполнять фотоны.

С момента расширения безграничного пространства формируется процесс запуска нуклеосинтеза. Благодаря низкой температуре и понижению плотности энергии нейтрон и протон своим симбиозом создали первый в мире дейтерий (изотоп водорода), также они приняли непосредственное участие в формировании атомов гелия. Огромное количество протонов в свою очередь стали базой для создания ядра водорода.

Через 379 000 лет ядра водорода соединятся с электронами, вследствие чего появятся уже атомы все того же водорода. В данный момент времени происходит отделение радиации от материи, она отныне самостоятельно заполняет все вселенское пространство. Эта радиация получила название реликтового излучения, ее принято считать самым древнейшим источником света из всех существующих. Эпоха структуры4. Эпоха структуры. В течение последующего временного интервала, насчитывающего пару миллиардов лет, материя уже смогла распространиться по всей Вселенной, а ее наиболее плотные регионы стали активней притягиваться друг к другу, становясь плотнее. Вследствие такого действия начали возникать облака, состоящие из газа, галактики, звезды и прочие космические объекты, которые можно увидеть и сегодня. Данный период известен еще под одним названием, его принято именовать «Иерархической эпохой».Этот временной период связан с тем, что Вселенная удалось обрести определенную форму. Материя начала образовываться в разнообразные структуры, имеющие разнообразные размеры:
— звезды,
— галактики,
— планеты,
— галактические скопления и сверхскопления, разделенные между собой при помощи межгалактических перемычек и включающие в себя несколько галактик.

 

Прогнозы на будущее

Конец ВселеннойВследствие того, что Вселенная имеет собственную точку начала, у ученых периодически создаются гипотезы относительно того, что когда-нибудь появится и та точка, которая прекратит ее существование. Также физиков и астрономов интересует вопрос, касающийся расширения Вселенной всего из одной точки, они даже строят прогнозы на предмет того, что она может расширяться еще больше. Или же и вовсе однажды может произойти обратный процесс, в безграничном пространстве по неизвестным причинам может прекратить действовать экспансивная сила, вследствие чего может произойти обратный процесс, заключающийся в сжатии.В 1990-х годах в качестве основной модели развития Вселенной была принята теория Большого взрыва, именно тогда же примерно и были разработаны два основных пути дальнейшего существования космического безграничного пространства.

1. Большое сжатие. В один момент Вселенная может достигнуть максимального пика в виде огромного размера, а потом начнется ее разрушение. Подобный вариант развития станет возможным только в том случае, когда плотность массы Вселенной будет больше, чем ее критическая плотность.

2. В данном случае будет происходить иная картина действий: плотность приравняется или даже станет ниже критический. Итог – замедление расширения, которое никогда не остановится. Этот вариант был назван тепловой смертью Вселенной. Расширение будет длиться до тех времен, пока звездообразованиями не перестанет активно потребляться газ, находящийся внутри близлежащих галактик. В таком случае произойдет следующее: от энергии и материи просто-напросто прекратится передача от одного космического объекта к другому. Всех звезд, которые невооруженным взглядом можно лицезреть каждые вечер и ночь на небосводе, постигнет одна и та же печальная участь: они станут не чем иным, как белым карликом, черной дырой либо же нейтронной звездой. Черная дыраЧерные дыры всегда представляли неприятность не только для космологов. Новообразованные дыры будут соединяться с собой, образовывая себе подобные же объекты гораздо большего размера. Между тем показатель средней температуры в безграничном пространстве может достичь отметки в 0. Следствием данной ситуации станет абсолютное испарение черных дыр, которые напоследок начнут выдавать в окружающую среду излучение Хокигнга. Завершающим этапом в данном случае будет тепловая смерть.Современные ученые проводят огромное количество исследований, касающихся не только существования темной энергии, но и ее непосредственного влияния на расширение космического пространства. В ходе проведения своих исследований они в свою очередь установили, что расширение Вселенной происходит настолько быстрыми темпами, что скоро человечество даже не будет и знать, насколько безграничным на самом деле является безграничное пространство. Конечно же, по какому именно дальнейшему пути развития может пойти планета, умы ученых мужей даже и представить себе не могут. Они лишь прогнозируют результат, обосновывая свой выбор теми или иными критериями. Однако, многие из светил предрекают безграничному пространству такой конец, как тепловая смерть, считая его наиболее вероятным.

Также в научной среде бытует мнение, что все планеты, ядра атомов, атомы, материя и звезды будут в далеком будущем сами собой разрываться, что приведет к большому разрыву. Это еще один вариант гибели Вселенной, однако, он формируется на расширении.

Другие варианты

Возникновение ВселеннойКонечно же, теория Большого Взрыва единственной не является, о чем было не раз указано выше. Человечество на протяжении всего своего существования имело право на свою версию возникновения Вселенной.

1. В очень глубокой древности люди задумывались о том, в каком мире они живут и существуют. Еще не установилась религиозное мировоззрение, а человек уже задумывался над тем, как устроен мир, какое именно место он сам занимает в окружающем его пространстве.
Древние развитые народы связывали свою жизнь тесным образом с религиозными догмами. Кто, как не божество могло создать дерево, человека, огонь? А огда ему это все под силу, следовательно, весь мир тоже создан каким-нибудь богом. Жизнь и смертьЕсли сделать обзор жизни одной из самых древних цивилизации, проживающей некогда на территории Междуречья (современные земли Ирака, Ирана, Сирии, Турции), то можно на примере антагонистов добра и зла – Ахурамазды и Ахримана увидеть, что именно эти боги, согласно древним письменным источникам, являются непосредственными творцами Вселенной. Каждый древний народ связывал образование космического пространства с деятельностью какого-нибудь божества (чаще всего верховного).Великие мыслители древности пытались понять происхождение Вселенной, они понимали, что боги не имеют к ней абсолютно никакого отношения. Космологией занимался Аристотель, который пытался доказать, что Вселенная имеет собственную эволюцию. На Востоке всем известно имя врача Авиценны, но не только медицина довлела над его пытливым разумом. Авиценна был одним из первых исследователей, который попытался при помощи разума и собственной логики опровергнуть божественное образование Вселенной. Планета Земля2. Время неумолимо движется вперед, а вместе с ним происходит стремительное развитие человеческой мысли. Исследователи Средневековья (те люди, которые прятались от Святой Инквизиции) и Нового времени, идя наперекор авторитарной религиозной власти, доказали не только, что из себя представляет планета Земля, но и заложили методики астрологического исследования, а немного позже и астрофизиеского.Над вопросами космогонии ломали свои светлые головы многие философы, среди которых следует выделить француза Рене Декарта. Декарт предпринял попытку при помощи теории разобраться в происхождении небесных тел, объединив при этом все математические, физические и биологические знания, которыми обладал этот талантливый человек. Успехов он на своем поприще не добился. Бесконечная Вселенная3. Вплоть до начала XX века люди считали, что Вселенная четких границ в ни пространстве, ни во времени не имеет, да к тому же в добавок к этому является статичной и однородной.О том, что космическое пространство безгранично посмел высказаться Исаак Ньютон. Немецкий философ Эммануил Кант прислушался к его доводам и на основе ньютоновских рассуждений выдвинул собственную теорию, о том, что Вселенная не имеет своего времени и совсем не имеет начала. Все процессы, имевшие место быть во Вселенной, он относил к законам механики.

Свою теорию Кант развивал, подкрепив знаниями из биологии. Ученый говорил о том, что в просторах Вселенной может существовать огромное количество возможностей, которые дают жизнь биологическому продукту. Подобным утверждением позднее заинтересуется не менее знаменитый ученый – Чарльз Дарвин.

Кант создал свою теорию, опираясь на опыт исследователей-астрономов, являющихся практически его современниками. Она считалась единственной верной и непоколебимой вплоть до того момента, покуда не возникла теория Большого взрыва.
Теория относительности4. Автор знаменитой теории относительности Альберт Эйнштейн тоже не остался в стороне от проблематики сотворения Вселенной. В 1917 году он представил обществу свой проект.Эйнштейн также думал, что Вселенная стационарна, он стремился доказать, что космическое безграничное пространство не должно ни сжиматься, ни расширяться. Однако его собственные мысли шли наперекор его главному труду (теории относительности), согласно которому Вселенная одновременно у Эйнштейна и расширялась, и сжималась.

Ученый поспешил установить, что Вселенная является статической, это он обосновал тем, что космическая сила отталкивания влияет на уравновешивание притяжения звезд и тем самым прекращает движение небесных тел в пространстве.

У Эйнштейна Вселенная обладала конечными размерами, однако четких границ он вместе с этим не устанавливал: это становится возможным лишь в случае искривления пространства. Сотворение мира и человека5. Отдельной теорией сотворения Вселенной стоит Креационизм. Она в свою очередь основана на том, что человечество и Вселенная основаны творцом. Конечно же, речь идет о христианской догматике.Теория эта возникла в XIX веке, ее сторонники утверждали, что создание космического пространства записано в Ветхом Завете. В это время в единое научное течение складывались знания из области биологии, физики, астрономии. Теория эволюции Дарвина занимала весомое место в жизни общества. Вследствие этого наука пошла против религии: знания против божественной концепции сотворения мира. Креационизм стал своеобразным протестом против новшества. Консервативные христиане выступали против научных открытий. Креационизм и ЭволюцияКреационизм был известен публике в виде двух направлений:

  1. Младоземельный (буквалистский). Бог трудился над созданием мира ровно 6 дней, как это указано в Библии. Они утверждают, что мир был создан около 6 000 лет назад.

  2. Староземельный (метафорический). Описанные в Библии 6 дней – есть не что иначе, как метафора, которая была понятна исключительно лишь людям, жившим в глубокой древности. На самом деле такое христианское понятие, как «день» может не включать в себя установленные 24 часа, оно сосредоточено в неопределенном отрезке времени (то есть не имеющим фиксированных четких границ), который в свою очередь может исчисляться миллионами лет.

Староземельный креационизм принимает некоторые научные идеи и открытия, его последователи соглашаются с астрофизическим возрастом небесных тел, но существование теории эволюции вместе с естественным отбором они напрочь отрицают, утверждая, что только лишь Бог может оказывать влияние на появление и исчезновение биологических видов.

 

Итог

ВселеннаяИстория создания Вселенной на протяжении всего человеческого существования не раз претерпевала изменения, которые диктовались религиозными верованиями или научными исследованиями.На сегодняшний день существует одна версия, удовлетворяющая ученые умы. Теория Большого взрыва является наиболее удачным вариантом, точно описывающим, как именно происходило рождение безграничного пространства, какие эпохи оно проживало. На ее основе ученые прогнозируют дальнейшее развитие Вселенной.

Однако, как показывает предыдущий опыт, не всегда теория, даже если она и весьма популярна в человеческом обществе, верна. Наука на одном месте не стоит, она постоянно прогрессирует, находя все новые и новые источники пополнения знаний.

Не исключено, что однажды в научной среде появится очередной физик, космолог или астроном, который представит свою собственную теорию сотворения Вселенной, которая, быть может, окажется вернее, чем теория Большого взрыва.

Похожие статьи:

Источник: mostinfo.su


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.