Невероятные факты

Задумывались ли вы когда-нибудь, насколько большой является Вселенная?

8. Однако это ничто по сравнению с Солнцем.

Фото Земли из космоса

9. А это вид нашей планеты с Луны .

10. Это мы с поверхности Марса .

11. А это вид Земли за кольцами Сатурна .

12. А это знаменитая фотография "Бледно-голубая точка ", где Земля сфотографирована с Нептуна, с расстояния почти 6 миллиардов километров.

13. Вот размер Земли в сравнении с Солнцем , которое даже не помещается полностью на фотографии.

Самая большая звезда

14. А это Солнце с поверхности Марса .

15. Как однажды сказал известный астроном Карл Саган, в космосе больше звезд, чем песчинок на всех пляжах Земли.

16. Существует множество звезд, которые гораздо больше нашего Солнца . Только посмотрите, насколько крошечным является Солнце.

Фото галактики Млечный путь

18. Но ничто не может сравниться с размерами галактики. Если уменьшить Солнце до размеров лейкоцита (белой кровяной клетки), и уменьшить Галактику Млечный путь, используя тот же масштаб, Млечный путь был бы размером с США.

19. Это потому, что Млечный путь просто огромен. Вот, где находится Солнечная система внутри него.

20. Но мы видим лишь очень малую часть нашей галактики .

21. Но даже наша галактика крошечная по сравнению с другими. Вот Млечный путь в сравнении с галактикой IC 1011 , которая находится на расстоянии 350 миллионов световых лет от Земли.

22. Задумайтесь, на этой фотографии, сделанной телескопом Хаббл, тысячи галактик , каждая из которых содержит миллионы звезд, каждая со своими планетами.

23. Вот одна из галактик UDF 423, находящаяся на расстоянии 10 миллиардов световых лет . Когда вы смотрите на эту фотографию, вы глядите на миллиарды лет в прошлое. Некоторые из этих галактик сформировались через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

24. Но помните, что эта фотография является очень, очень маленькой частью Вселенной . Это просто незначительная частица ночного неба.

25. Можно вполне уверенно предположить, что где-то есть черные дыры . Вот размер черной дыры в сравнении с орбитой Земли.

Подобные высказывания сродни тем великим идеям, которые кардинально меняют взгляд на наше место в этом мире. Один из таких переворотов в сознании произошел в 1543-м году, когда Николай Коперник показал, что Земля - не центр Вселенной. В 20-е годы XX века Эдвин Хаббл, заметив, что галактики во Вселенной отдаляются друг от друга, дал жизнь идее о том, что наша Вселенная не существовала вечно, а образовалась в результате определенного события – Большого взрыва. Теперь мы на пороге нового открытия. Если пределы Вселенной найдутся, мы столкнемся с новым еще более трудным вопросом: а что там – по ту сторону границ?

Ориентируемся по звездам

Бесконечность Вселенной подразумевает, что она должна быть бесконечна не только в пространстве, но и во времени, а значит, иметь бесчисленное количество звезд. В этом случае наше небо было бы сплошь усеянным светилами и ослепительно ярким круглые сутки. Однако небесная тьма свидетельствует о том, что космос не существовал вечно. По распространенной теории, все началось с Большого взрыва, который дал возможность самому существованию и расширению материи. Уже сама эта концепция опровергает идею вечности Вселенной, а значит, подрывает и веру в ее беспредельность. В то же время теория Большого взрыва создает определенные трудности для астрономов, ищущих границы нашего космического пространства.

«Дело в том, что путешествия на огромные расстояния занимают световые годы, а, стало быть, ученые всегда получают устаревшие данные. Пространство, проходимое светом в ранней Вселенной, выросло благодаря ее последующему расширению. Ближайшие к нам звезды относительно юны, с отдаленными объектами счет идет уже на тысячи лет, а если посмотреть на другие галактики, то на миллиарды. При этом мы видим далеко не все галактики. 13,7 млрд лет – вот доступный нам максимум», - поясняет Нил Корниш, астрофизик из Монтанского Государственного Университета. Своеобразный барьер для нашего зрения представляет собой реликтовое излучение, образовавшееся примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда Вселенная расширилась и остыла настолько, что появились атомы. Это излучение- что-то вроде детской фотографии космоса, на которой он запечатлен еще до того, как появились звезды. За ним могут существовать как границы, так и бесконечно продолжающаяся Вселенная. Но, невзирая на мощность телескопов, эта область остается невидимой.

Космическая музыка

Реликтовое излучение мешает ученым вглядеться в самые дальние дали космоса, но в то же время оно несет в себе весьма ценную информацию, заключающуюся в микроволновом фоне. Ученые предполагают: будь Вселенная неограниченных размеров, в ней можно было бы найти волны всех вероятных длин. Однако фактически волновой спектр космоса очень узок: по-настоящему крупных волн аппарат NASA WMAP, предназначенный для изучения реликтового излучения, ни разу не обнаружил. «Вселенная обладает свойствами музыкального инструмента, внутри которого длина волн не может превосходить его длину. Мы поняли, что Вселенная не вибрирует на длинных волнах, что стало подтверждением ее конечности», - говорит Жан Пьер Люмине из Парижской обсерватории во Франции.

Дело за малым – определить ее границы и форму. Глен Старкманн, физик из Канады, работающий в Кливлендском университете Кейс Вестерн, полагает, что нашел способ определить границы Вселенной, даже если они дальше зоны нашей видимости. Это можно сделать опять-таки с помощью волн. «Звуковые волны, распространившиеся по Вселенной во времена ее молодости, могут поведать многое. От формы Вселенной, как, например, от формы барабана, зависит, какого типа вибрации в ней возникнут», - говорит Глен. Его команда планирует применить спектральный анализ к нашей Вселенной, чтобы на основе издаваемых ею звуков определить ее форму. Правда, эти исследования долгосрочные, и на поиски ответа могут уйти годы.

Мы живем в бублике...

Впрочем, выяснить, есть ли у Вселенной границы, можно и другим способом. Им сейчас как раз занимается Жанна Левин, теоретик из Кэмбриджского университета. Она объясняет принцип построения Вселенной на примере старой доброй компьютерной игры «Астероиды». Если управляемый игроком космический корабль уйдет вверх, за пределы экрана, он тут же появится снизу. Такой странный маневр становится понятным, если мысленно свернуть экран в трубу, как журнал: получится, что аппарат просто движется по окружности.
«Так же и мы, живя внутри Вселенной, не можем выбраться наружу. Нам недоступно измерение, с которого мы могли бы взглянуть на нашу трехмерную Вселенную со стороны. Взять, к примеру, бублик – это, кстати, вполне подходящая в данном случае форма для Вселенной – хотя его поверхность четко очерчена, никто из живущих внутри не наткнется на его пределы: им кажется, что никаких границ не существует», - рассказывает Жанна.

Впрочем, шанс распознать эти пределы все же есть, хоть и мизерный – нужно следить за тем, как ведет себя свет. Представим себе, что Вселенная – это комната, а вы, вооружившись фонарем, стоите в ее центре. Свет от фонаря достигнет стены за вашей спиной, а затем отразится от стены напротив. и вы увидите в ней отражение собственной спины. Те же правила могут работать и в ограниченном космосе. «Световые портреты» могут отражаться от предполагаемых космических стен и таким образом многократно дублироваться, но с некоторыми изменениями. И будь Вселенная чуть больше Земли, свет мгновенно облетел бы ее, и искривленные образы планеты появились бы по всему небосводу. Но космос настолько огромен, что свету понадобятся миллиарды лет, чтобы его облететь и выдать отражение.

Но вернемся к нашим «баранкам». Жанна Левин со своей теорией о Вселенной в виде бублика нашла поддержку в лице Френка Штайнера из университета Ульма в Германии. Проанализировав данные, полученные с помощью WMAP, этот ученый сделал вывод, что наибольшее совпадение с наблюдающимся реликтовым излучением дает именно Вселенная-пончик. Его команда также попыталась угадать вероятный размер Вселенной – согласно исследованиям, он может достичь 56 миллиардов световых лет в поперечнике.

…или в футбольном мяче?

Жан Пьер Люминэ при всем своем уважении к бублику г-жи Левин все же уверен, что Вселенная представляет собой сферический додекаэдр или, проще говоря, футбольный мяч: двенадцать пятиугольных округлых поверхностей, расположенных симметрично. По сути, теория французского ученого не особо противоречит научным изысканиям Жанны Левин с ее игрой в «Астероиды». Тут работает та же схема - покидая одну из сторон, Вы оказываетесь на противоположной. Например, полетев на какой-нибудь «сверхскоростной» ракете по прямой, можно, в конце концов, вернуться к точке старта. Не отрицает Жан-Пьер и принципа зеркальных отражений. Он уверен, что если бы существовал супермощный телескоп, можно было бы увидеть в разных сторонах космоса одни и те же объекты, только на разных стадиях жизни. Но когда края додекаэдра находятся на расстоянии миллиардов световых лет, слабые отражения на них не могут заметить даже самые наблюдательные астрономы.

Отметим, и у Люмине с его концепцией футбольного мяча нашелся союзник – математик Джеффри Уикс. Этот ученый утверждает, что волны в космическом микроволновом фоне выглядят точно так же, как они должны выглядеть, возникнув внутри правильной геометрической фигуры с двенадцатью пятиугольными гранями.

Инфляция вселенских масштабов

Первое мгновение жизни Вселенной сыграло огромную роль в ее дальнейшей эволюции. Ученые до сих пор строят сложные гипотезы относительно инфляции – очень короткого промежутка времени, намного меньше секунды, за который размер Вселенной увеличился в сотню триллионов раз. Большинство ученых склоняется к тому, что расширение Вселенной продолжается до сих пор. И, казалось бы, теория бесконечности космоса является логичным продолжением идеи инфляции.

" alt="Компьютерная модель Вселенной " src="/sites/default/files/images/millenium-bare.jpg">

Компьютерная модель Вселенной

Однако у Энди Олбрахта, физика-теоретика Калифорнийского университета в Девисе, на этот счет другое мнение: хоть расширение Вселенной продолжается и по сей день, у этого процесса все же есть пределы. Чтобы пояснить свою теорию, Энди подобрал Вселенной метафору мыльного пузыря. Традиционная теория инфляции допускает бесконечное увеличение этого пузыря, но даже детсадовцы знают, что рано или поздно мыльный шар должен лопнуть. Энди считает, что, достигнув своего максимума, инфляция должна остановиться. И этот максимум не так уж велик, как нам кажется. По мнению Олбрахта, Вселенная лишь на 20% больше видимого нами пространства. «Конечно, неимоверно сложно от бесконечности прийти к такому крошечному размеру – всего на каких-то 20% больше! У меня даже началась клаустрофобия», - шутит ученый. Безусловно, умозаключения Олбрахта весьма спорны и требуют фактического подтверждения, а пока большинство астрономов полагает, что инфляция затухнет еще очень нескоро.

Темный поток и другие Вселенные

Расширение Вселенной, кстати, является лучшим объяснением движения галактик на видимой нами территории. Правда, некоторые особенности этого галактического перемещения вызывают недоумение. Группа специалистов NASA под руководством астрофизика Александра Кашлинского, изучая микроволновое и рентгеновское излучение, обнаружила, что около восьмисот отдаленных галактических скоплений дружно направляются в одну сторону со скоростью в тысячу километров в секунду, словно их притягивает некий магнит. Это вселенское перемещение было названо «темным потоком». По последним данным, он охватывает уже 1400 галактик. Они устремлены в район, расположенный более чем в трех миллиардах световых лет от Земли. Ученые предполагают, что как раз где-то там, за пределами, недоступными наблюдениям, располагается огромная масса, которая и притягивает материю. Однако по существующей теории, вещество после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, распределилось более-менее равномерно, а значит, и концентраций масс, обладающих столь фантастической силой, быть не может. Тогда что там?

Ответ на этот вопрос дала физик-теоретик Лаура Мерсини-Хофтан, руководитель группы из университета Северной Каролины. Она всерьез рассматривает существование другой Вселенной, расположенной по соседству с нашей. Ее умозаключения, кажущиеся на первый взгляд невероятными, вполне сочетаются с озвученной Энди Олбрахтом теорией инфляции и «мыльного пузыря», а также с «темным потоком» Александра Кашлинского. Теперь изыскания этих ученых сложись в единую картину как пазлы. Темный поток, наблюдающийся в нашем космическом пространстве, может быть спровоцирован одним из соседних «пузырей» - другой Вселенной.

Множественность вселенных Хофтан объясняет теорией вероятности. Она считает зарождение нашего мира чудом, он мог запросто и не появиться: шансы на его возникновение ничтожно малы и составляют 1 к 10133.

«Задавать вопрос о происхождении Вселенной можно тогда, когда у нас есть множественная структура, в которой она сформировалась, - такие места, условия в которых благоприятны для ее зарождения. Другими словами, можно предположить множество Больших взрывов и множество вселенных», - отмечает Хофтан. Для наглядности она сравнивает эти благоприятные места с комнатами в отеле. Вселенная может зародиться лишь в свободном «номере» и существовать там в одиночестве. Однако это не значит, что в «номер» через стенку не сможет вселиться еще один такой космомир. Но если наша Вселенная – комната в отеле, должны ли мы слышать своих соседей? В 2007-м году аппарат WMAP зафиксировал необычную область существенно пониженного фона реликтового излучения, что говорит об отсутствии в ней материи. По словам ученой дамы, единственным объяснением для такой холодной и абсолютной пустоты является то, что там действуют какие-то другие силы, возможно, наличие другой Вселенной, огромная масса которой притягивает соседнюю материю. И хотя эти «чужие» объекты неподвластны нашему зрению, наша соседка все же дает о себе знать посланиями в виде холодного пятна и потока галактических кластеров.

Конечно, в научном сообществе реакция на выводы о множественных вселенных неоднозначна. Однако ученые, пытающиеся дать характеристику космическому пространству, готовы к свершению новых революций в науке. Наша Вселенная, ранее считавшаяся бесконечной, может перестать быть таковой и занять должное место в пространстве, среди такого количества вселенных, которое невозможно даже представить.

> Структура Вселенной

Изучите схему структуры Вселенной : масштабы пространства, карта Вселенной, сверхскопления, скопления, группы галактик, галактики, звезды, Великая Стена Слоуна.

Мы живем в бесконечном пространстве, поэтому всегда интересно узнать, как выглядят структура и масштабы Вселенной. Глобальная вселенская структура представляет собою пустоты и волокна, которые можно разбить на , скопления, галактические группы, а уже в конце и сами . Если снова уменьшать масштабы, то рассмотрим и (Солнце – одна из них).

Если вы осознаете, как выглядит эта иерархия, то можете лучше понять, какую роль играет каждый названый элемент в структуре Вселенной. К примеру, если мы проникнем еще дальше, то заметим, что молекулы делятся на атомы, а те на электроны, протоны и нейтроны. Последние два также трансформируются в кварки.

Но это маленькие элементы. А что делать с гигантскими? Что собою представляют сверхскопления, пустоты и волокна? Будем двигаться от маленького к большому. Внизу можете посмотреть, как выглядит карта Вселенной в масштабе (здесь хорошо просматриваются нити, волокна и пустоты пространства).

Существуют одиночные галактики, но большинство предпочитают располагаться группами. Обычно это 50 галактик, занимающих в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает более 40 галактик.

Скопления – это области с 50-1000 галактиками, достигающих размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно отметить, что их скорости невероятно велики, а значит, должны преодолевать гравитацию. Но они все же держатся вместе.

Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений. Полагают, что она создает ту силу, которая не позволяет галактикам разойтись в разные стороны.

Иногда группы также объединяются, чтобы сформировать сверхскопление. Это одни из крупнейших структур Вселенной. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, растянувшаяся на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.

Современные приборы все еще недостаточно мощные, чтобы увеличивать изображения. Сейчас мы можем рассмотреть два компонента. Нитевидные структуры – состоят из изолированных галактик, групп, скоплений и сверхскоплений. А также пустоты – гигантские пустые пузыри. Посмотрите интересные видео, чтобы узнать больше информации о структуре Вселенной и свойствах ее элементов.

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:

Вселенная! Курс выживания [Среди черных дыр. временных парадоксов, квантовой неопределенности] Голдберг Дэйв

II. Как выглядит край Вселенной?

Разговор о Тентакулюсе VII наталкивает нас на важные размышления. Если бы у нас были такие мощные телескопы, что в них можно было бы разглядеть родную планету доктора Калачика, мы бы увидели не то, что там происходит сегодня, а то, что было примерно миллиард лет назад. А если бы мы поглядели на другую, еще более отдаленную галактику, то заглянули бы в еще более отдаленное прошлое. Именно так ученые и изучают ранние стадии развития Вселенной – они смотрят, что происходит в очень далеких галактиках.

Однако за самыми дальними галактиками существует предел, за который мы заглянуть не в силах. На Земле мы называем этот предел горизонтом, но точно такой же горизонт существует и у Вселенной в целом. Заглянуть за горизонт мы не можем, так как свет распространяется с постоянной скоростью. А поскольку Вселенная существует относительно недавно, всего каких-то 13,7 миллиарда лет, все, что расположено дальше, чем 13,7 миллиарда световых лет, еще некоторое время не будет доступно нашему глазу.

А откуда, собственно, взялась эта дата «начала Вселенной»? Начнем с конца. Если все галактики во Вселенной удаляются друг от друга, значит, когда-то в прошлом был момент, когда они (или по крайней мере атомы, которые их составляют) сидели друг у друга на голове. Это «событие» мы называем Большим взрывом, который стал причиной крупных заблуждений, всяческой путаницы и написания следующей главы.

Оценить, когда произошел Большой взрыв, мы сумеем, если вспомним, что скорость – это отношение расстояния ко времени. Предположив (ошибочно, как выясняется, но пока что такая погрешность нас устраивает), будто скорость удаления галактики, где расположен Тентакулюс, с начала времен постоянна, мы можем вычислить скорость Вселенной при помощи простых магоматематических выкладок. Только подумайте: чем дальше от нас галактика находится сегодня, тем старше наша Вселенная, поскольку все разбегается друг от друга в известном нам темпе. Подставим в это простенькое линейное уравнение переменные, справедливые для нашей Вселенной, и прикинем, что возраст Вселенной – около 13,8 миллиарда лет: смотрите, результат почти такой же, как если бы вы проделали все вычисления точно и с нужными поправками.

Если бы у нас был достаточно мощный телескоп, смогли бы мы своими глазами увидеть зарождение Вселенной? Почти, но не совсем. Нынешний рекордсмен по дальности, объект по прозвищу A 1689-zD1, находится от нас на таком расстоянии, что его изображение, видное в космический телескоп «Хаббл», относится к тому времени, когда Вселенная насчитывала всего 700 миллионов лет от роду (около 5?% ее нынешнего возраста), когда ее размер составлял меньше / 8 нынешнего.

Хуже того, A 1689-zD1 удаляется от нас со скоростью, примерно в 8 раз превышающей скорость света. (Мы подождем, а вы перелистайте книжку назад, на главу 1, где мы четко и недвусмысленно заявили, что это невозможно.) Загадка мгновенно разрешится, если мы вспомним, что это Вселенная расширяется, а не галактика движется. Галактика стоит на месте.

Вам все еще кажется, что мы жульничаем? Вовсе нет. Специальная теория относительности не говорит, что предметы не могут удаляться друг от друга со скоростью больше скорости света. А говорит она следующее: если я отправлю в небо Бэт-сигнал, Бэтмен не сумеет перегнать его на Бэтплане, как бы ни пыжился. В более общем смысле это означает, что никакая информация (например, частица или сигнал) не может двигаться быстрее света. Это абсолютная правда, даже если Вселенная очень быстро расширяется. Мы не в состоянии использовать расширение Вселенной, чтобы обогнать луч света.

На самом деле мы способны заглянуть в прошлое даже дальше, чем A 1689-zD1, но для этого нам нужны радиоприемники. Мы можем заглянуть в то время, когда Вселенной было всего-навсего 380 тысяч лет от роду и она состояла всего лишь из бурлящей смеси водорода, гелия и крайне высокоэнергичного излучения.

Дальше все в тумане – буквально. Поскольку Вселенная на ранних стадиях своего развития была туго набита материей, это все равно что пытаться заглянуть за соседкины шторы. Что за ними, не видно, но мы знаем, как выглядит Вселенная сейчас и как она выглядела в каждый момент времени с ранних стадий до сегодняшнего дня, поэтому можем догадаться, что находится за этой космической шторой. Так и подмывает за нее заглянуть, правда?

Так вот, хотя заглянуть за горизонт мы не в силах, зато видим достаточно много, чтобы удовлетворять собственное и чужое любопытство за государственный счет. Самое прекрасное – чем дольше мы ждем, тем старше становится Вселенная и тем дальше отодвигается горизонт. Иначе говоря, существуют далекие уголки Вселенной, чей свет доходит до нас только сейчас.

А что же находится за горизонтом? Этого никто не знает, но мы вправе делать обоснованные догадки. Помните, что Коперник и его последователи ясно показали нам: «Когда куда-нибудь идешь, то все равно куда-нибудь придешь», поэтому можно предположить, что за горизонтом Вселенная выглядит примерно так же, как и здесь. Конечно, там будут другие галактики, но их окажется примерно столько же, что и вокруг нас, и выглядеть они будут примерно так же, как и наши соседки. Но это не обязательно правда. Мы выдвигаем такое предположение, поскольку у нас нет причин думать иначе.

Из книги Черные дыры и молодые вселенные автора Хокинг Стивен Уильям

9. Происхождение Вселенной Вопрос о происхождении Вселенной немного схож с самой древней проблемой: что появилось сначала – курица или яйцо? Другими словами, какая сила создала Вселенную и что создало эту силу? Или, возможно, Вселенная или создавшая ее сила существовали

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Тайны пространства и времени автора Комаров Виктор

Из книги Вселенная. Руководство по эксплуатации [Как выжить среди черных дыр, временных парадоксов и квантовой неопределенности] автора Голдберг Дэйв

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

Из книги Достучаться до небес [Научный взгляд на устройство Вселенной] автора Рэндалл Лиза

Из книги Твиты о вселенной автора Чаун Маркус

Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип Стивен

II. Как выглядит край Вселенной? Разговор о Тентакулюсе VII наталкивает нас на важные размышления. Если бы у нас были такие мощные телескопы, что в них можно было бы разглядеть родную планету доктора Калачика, мы бы увидели не то, что там происходит сегодня, а то, что было

Из книги Быть Хокингом автора Хокинг Джейн

Как выглядит тепловое движение Взаимодействие между молекулами может иметь большее или меньшее значение в «жизни» молекул.Три состояния вещества – газообразное, жидкое и твердое – различаются одно от другого той ролью, которую в них играет взаимодействие

Из книги автора

МАСШТАБЫ ВСЕЛЕННОЙ Наше путешествие начинается в привычном нам масштабе - том самом, в котором мы живем, пользуемся разными вещами, видим и трогаем их. Неслучайно именно один метр - не одна миллионная его доля и не десять тысяч метров - лучше всего соответствует размеру

Из книги автора

ЭКСКУРСИЯ ПО ВСЕЛЕННОЙ Книга и фильм «Степени десяти» (Powers of Ten) - одно из классических путешествий по далеким мирам и измерениям - начинаются и заканчиваются изображением пары людей, сидящих на травке в парке в Чикаго; надо сказать, что это место подходит для начала

Из книги автора

134. Как выглядит микроволновое небо? Если посмотреть на ночное небо, вы увидите отдельные звезды. Но самое удивительное, что ночное небо в основном черное.Видимый свет - это только малая часть «электромагнитного спектра». Другие виды света (невидимого) включают

Из книги автора

136. Как выглядит ультрафиолетовое небо? Ультрафиолетовый (УФ) свет имеет длину волны от 10 до 400 нанометров (нм). Невидимый для человеческого глаза, но некоторые животные, например такие как пчелы, видят в этом диапазоне.УФ фотоны несут в себе гораздо больше энергии, чем

Из книги автора

Как выглядит черная дыра Мы, люди, принадлежим нашей бране. Мы не можем покинуть ее и попасть в балк (разве что какая-нибудь сверхразвитая цивилизация переправит нас туда в тессеракте или ином устройстве, как это произошло с Купером, см. главу 29). Следовательно,

Из книги автора

Как выглядит проходимая червоточина Как выглядит проходимая червоточина для нас с вами, для людей этой Вселенной? Я не могу ответить наверняка. Если червоточину возможно удерживать открытой, точный способ это сделать остается загадкой, поэтому про форму

Из книги автора

5. Расширение вселенной Тем временем в конце 1960-х нас снова ожидал кризис, хотя и гораздо менее драматичный, чем злополучное знакомство Роберта с эффектами лекарств. Членство Стивена в колледже в качестве научного сотрудника подходило к концу, и так как один раз срок уже

Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. Прежде всего следует рассмотреть основные свойства Вселенной, которые должна описываться в рамках космологической модели:

• Модель должна учитывать наблюдаемые расстояния между объектами, а также скорость и направление их движения. Подобные расчеты основываются на законе Хаббла: cz = H 0 D , где z – красное смещение объекта, D – расстояния до этого объекта, c – скорость света.
• Возраст Вселенной в модели должен превышать возраст самых старых в мире объектов.
• Модель должна учитывать первоначальное обилие элементов.
• Модель должна учитывать наблюдаемую .
• Модель должна учитывать наблюдаемый реликтовый фон.

Рассмотрим кратко общепризнанную теорию возникновения и ранней эволюции Вселенной, которая поддерживается большинством ученых. Сегодня под теорией Большого взрыва подразумевают комбинацию модели горячей Вселенной с Большим взрывом. И хотя данные концепции сперва существовали независимо друг от друга, в результате их объединение удалось объяснить первоначальный химический состав Вселенной, а также наличие реликтового излучения.

Согласно данной теории, Вселенная возникла около 13,77 млрд лет назад из некоторого плотного разогретого объекта — , плохо поддающееся описанию в рамках современной физики. Проблема космологической сингулярности, помимо всего прочего, в том, что при ее описании большинство физических величин, вроде плотности и температуры, стремятся к бесконечности. При этом, известно, что при бесконечной плотности (мера хаоса) должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.

• • Первые 10 -43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.

• Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10 -43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись , вроде планковской температуры (около 10 32 К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
• Стадия . Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает .
• Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
• Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

• Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

• Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
• Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

• Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
• Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Итоги

Несмотря на то, что циклические и другие модели отвечают на ряд вопросов, ответы на которые не может дать теория Большого Взрыва, в том числе проблема космологической сингулярности. Все же в комплекте с инфляционной теорией Большой Взрыв более цельно объясняет возникновение Вселенной, а также сходится с множеством наблюдений.

Сегодня исследователи продолжают интенсивно изучать возможные сценарии зарождения Вселенной, однако, дать неопровержимый ответ на вопрос «Как появилась Вселенная?» — вряд ли удастся в ближайшем будущем. На это есть две причины: прямое доказательство космологических теорий практически невозможно, лишь косвенное; даже теоретически нет возможности получить точную информацию о мире до момента Большого Взрыва. По этим двум причинам ученым остается лишь выдвигать гипотезы и строить космологические модели, которые максимально верно будут описывать природу наблюдаемой нами Вселенной.