Как образовалась Вселенная
Что же такое Вселенная? Если емко, то это сумма всего существующего. Это все время, пространство, материя и энергия, образовавшиеся и расширяющиеся вот уже 13.8 миллиардов лет. Никто не может точно сказать, насколько обширны просторы нашего мира и пока нет точных предсказаний финала.
Определение Вселенной
Само слово «Вселенная» происходит от латинского «universum». Впервые его использовал Цицерон, а уже после него оно стало общепринятым у римских авторов. Понятие обозначало мир и космос. На тот момент люди в этих словах видели Землю, все известные живые существа, Луну, Солнце, планеты (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и звезды.
Иногда вместо «Вселенная» используют «космос», которое с греческого переводится как «мир». Кроме того, среди терминов фигурировали «природа» и «все».
В современном понятии вмещают все, что существует во Вселенной – наша система, Млечный Путь и прочие структуры. Также сюда входят все виды энергии, пространство-время и физические законы.
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.
Теории происхождения Вселенной
Креационизм: все создал Господь Бог
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.»
Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Отвечает на вопрос — каким образом образовались химические элементы и почему распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается.
Согласно этой теории, около 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. Однажды из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Теория Большого взрыв
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.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон.
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.
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.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется.
Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае не рассматривается, когда и почему Вселенная начала расширяться. В основе большинства моделей лежит общая теория относительности и её геометрический взгляд на природу гравитации.
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 эволюции крупномасштабных структур
Как показывают данные по реликтовому фону, в момент отделения излучения от вещества Вселенная была фактически однородна, флуктуации вещества были крайне малыми, и это представляет собой значительную проблему.
Вторая проблема — ячеистая структура сверхскоплений галактик и одновременно сфероподобная — у скоплений меньших размеров. Любая теория, пытающаяся объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, в обязательном порядке должна решить эти две проблемы.
Современная теория формирования крупномасштабной структуры, как впрочем и отдельных галактик, носит названия «иерархическая теория».
Суть — вначале галактики были небольшие по размеру (примерно как Магеллановы облака ), но со временем они сливаются, образуя всё большие галактики.
В последнее время верность теории поставлена под вопрос.
Теория струн
Эта гипотеза в некоторой степени опровергает Большой взрыв в качестве начального момента возникновения элементов открытого космоса.
Согласно теории струн, Вселенная существовала всегда. Гипотеза описывает взаимодействие и структуру материи, где существует определенный набор частиц, которые делятся на кварки, бозоны и лептоны. Говоря простым языком, эти элементы являются основой мироздания, поскольку их размер настолько мал, что деление на другие составляющие стало невозможным.
Отличительной чертой теории о том, как образовалась Вселенная, становится утверждение о вышеупомянутых частицах, которые представляют собой ультрамикроскопические струны, которые постоянно колеблются. Поодиночке они не имеют материальной формы, являясь энергией, которая в совокупности создает все физические элементы космоса.
Примером в данной ситуации послужит огонь: глядя на него, он кажется материей, однако он неосязаем.
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
Эта теория достаточно известна и 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.
Эволюция Вселенной
Как происходил процесс развития и эволюции Вселенной? В течение следующих миллиардов лет гравитация заставила более плотные области притягиваться. В этом процессе формировались газовые облака, звезды, галактические структуры и прочие небесные объекты.
Этот период именуют Структурной Эпохой, так как именно в этот временной отрезок зарождалась современная Вселенная. Видимое вещество распределялось на различные формирования (звезды в галактики, а те в скопления и сверхскопления).
Что было до появления Вселенной
Сложно представить время за 13,7 миллиардов лет до сегодняшнего дня, когда вся Вселенная представляла собой сингулярность. Согласно теории Большого взрыва, один из главных претендентов на роль объяснения того, откуда появилась Вселенная и вся материя в космосе — все было сжато в точку, меньшую, чем субатомная частица. Но если это еще можно принять, задумайтесь вот о чем: что же было до того, как случился Большой взрыв?
Этот вопрос современной космологии уходит корнями еще в четвертое столетие нашей эры. 1600 лет назад теолог Августин Блаженный как и один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пытались понять природу до сотворения Вселенной. Они пришли к выводу , что просто не было никакого «до».
В настоящее время человеком выдвигаются различные теории.
Теория Мультивселенной
Что если наша Вселенная является потомком другой, старшей Вселенной? Некоторые астрофизики полагают, что пролить свет на эту историю поможет реликтовое излучение, оставшееся от большого взрыва.
Согласно этой теории, в первые мгновения своего существования Вселенная начала чрезвычайно быстро расширяться. Также теория объясняет температуру и плотность флуктуаций реликтового излучения и подсказывает, что эти флуктуации должны быть одинаковыми.
Но, как выяснилось, нет. Последние исследования дали понять, что Вселенная на самом деле однобока, и в некоторых областях флуктуаций больше, чем в других. Некоторые космологи считают, что это наблюдение подтверждает, что у нашей Вселенной была «мать»(!)
В теории хаотической инфляции эта идея приобретает размах: бесконечный прогресс инфляционных пузырьков порождает обилие вселенных, и каждая из них порождает еще больше инфляционных пузырьков в огромном количестве Мультивселенных.
Теория белых и черных дыр
Тем не менее, существуют модели, которыми пытаются объяснить образование сингулярности до большого взрыва. Если вы думаете о черных дырах как о гигантских мусоросборниках, они являются главными кандидатами первоначального сжатия, поэтому наша расширяющаяся Вселенная вполне может быть белой дырой — выходным отверстием черной дыры, и каждая черная дыра в нашей Вселенной может вмещать в себя отдельную вселенную.
Большой скачок
Другие ученые считают, что в основе формирования сингулярности лежит цикл под названием «большой скачок», в результате которого расширяющаяся вселенная в итоге коллапсирует сама в себя, порождая другую сингулярность, которая, опять же, порождает другой большой взрыв.
Этот процесс будет вечным, и все сингулярности и все схлопывания не будут представлять собой ничего другого, кроме как переход в другую фазу существования Вселенной.
Теория циклической Вселенной
Последнее объяснение, которое мы рассмотрим, использует идею циклической Вселенной, порожденной теорией струн. Она предполагает, что новая материя и потоки энергии появляются каждые триллионы лет, когда две мембраны или браны, лежащие за пределами наших измерений, сталкиваются между собой.
Что было до Большого взрыва? Вопрос остается открытым. Может быть, ничего. Может, другая Вселенная или другая версия нашей. Может, океан Вселенных, в каждой из которых — свой набор законов и констант, диктующих природу физической реальности.
Проблемы современных моделей рождения и эволюции Вселенной
Многие теории, касающиеся Вселенной в последнее время сталкиваются с проблемами, как теоретического, так и, что более важно, наблюдательного характера:
- Вопрос о форме Вселенной является важным открытым вопросом космологии. Говоря математическим языком, перед нами стоит проблема поиска трёхмерного пространственного сечения Вселенной, то есть такой фигуры, которая наилучшим образом представляет пространственный аспект Вселенной.
- Неизвестно, является ли Вселенная глобально пространственно плоской, то есть применимы ли законы Евклидовой геометрии на самых больших масштабах.
- Также неизвестно, является ли Вселенная односвязной или многосвязной. Согласно стандартной модели расширения, Вселенная не имеет пространственных границ, но может быть пространственно конечна.
- Существуют предположения, что Вселенная изначально родилась вращающейся. Классическим представлением о зарождении является идея об изотропности Большого взрыва, то есть о распространении энергии одинаково во все стороны. Однако появилась и получила некоторое подтверждение конкурирующая гипотеза о наличии изначального момента вращения Вселенной.
Видео
Источник
10 невероятных гипотез, объясняющих странные астрономические наблюдения
Вселенная полна загадок, и объяснения порой бывают безумнее наблюдений. И если порой кажется, что решения буквально извлекаются из шляпы, гипотезы и теории всегда опираются на холодную, твердую науку. Особенно сложно приходится астрономическим наблюдениям — ведь мы не можем, грубо говоря, дотянуться до звезды. В лучшем случае наша картина космического мира является теоретической. Как эта теория помогает на практике — другой вопрос.
Космос таинственен и загадочен.
Когда-то темная материя была «посговорчивее»
Звезды очень таинственны
Темная материя остается раздражающе загадочной из-за своего отказа взаимодействовать с другими частицами и силами. Группа из восемнадцати ученых сформулировали идею, объясняющую застенчивую природу загадочного вещества. Они предположили, что темная материя не всегда была космическим отшельником. Когда Вселенная была моложе, в своем горячем плазменном состоянии, темная материя с удовольствием смешивалась с обычной материей, благодаря окружающему ее горячему безумию. Но по мере остывания Вселенной темная материя успокоилась и потеряла свою способность влиять на электромагнитные силы.
Такое поведение темной материи может быть объяснено игрой кварков, элементарных частиц, которые связываются вместе и образуют полезные для нас адроны, такие как нейтроны и протоны. При низких температурах кварки коагулируют в вышеупомянутые крупные единицы, но при высоких температурах они могут без разбора взаимодействовать с другими частицами. Интересно то, что конгрегации обычной и темной материи настолько похожи по размерам, что на ранних стадиях между ними могло быть достигнуто некое равновесие.
Галактические червоточины
Ученые говорят, что червоточины не так уж и невозможны — нужно только достать немного экзотической материи. К сожалению, ингредиентов нам крайне не хватает, и непонятно, может ли такая материя существовать и не взорваться. К счастью, есть второй способ обзавестись удобной червоточиной. По мнению ученых Индии, Италии и Северной Америки, нужна лишь колоссальная масса… как в центрах галактик типа Млечного Пути, например.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Мы живем в галактике Млечный Путь, так что можно предположить, что наш галактический центр, который находится всего в 25 000 световых годах от нас, соблюдает необходимые для червоточины условия. Эта область плотно упакована материей не только звезд, но и газовых облаков и гигантской черной дыры Sagittarius A*, а также скрытой черной материи. Вся эта масса сосредоточена в относительно небольшом галактическом центре, и, возможно, ее будет достаточно, чтобы свернуть пространство-время само в себя, создав короткий путь к удаленной части Вселенной.
Эта идея родилась на стыке тайных знаний об общей теории относительности и карты плотности галактической темной материи. Может быть, что бесчисленные галактики тайно служат червоточинами, соединяя Вселенную невидимой «системой галактического транспорта».
Вулканические астероиды
Есть и такие астероиды
Улов из более 600 космических камней, известный как метеориты Альмахата-Ситта, отделился от астероида 2008 TC3 и упал в Нубийскую пустыню в Судане в 2008 году. И открыл перед нами неожиданную картинку ранней Солнечной системы: спустя всего 6,5 миллиона лет после образования первых твердых тел Солнечной системы, окрестности Земли могли быть наполнены пылающими вулканическими астероидами.
Уникальные образцы Альмахата-Ситта обладают различными минеральными веществами, которые никогда ранее не встречались в одном куске, в том числе и богатые кремнием урелиты. По словам астрономов, они рождаются в процессе почти мгновенной кристаллизации в процессе бурного вулканического события, что исключает возможность того, что эти редкие породы образовались в результате взрывных сил, сопровождающих метеоритные удары.
Астрономы предполагают, что в юной Солнечной системе был хотя бы один вулканически активный астероид. Но как астероид стал вулканическим? Миллиарды лет назад, когда у Солнечной системы только прорезались молочные зубы, она была кипящим бульоном сталкивающихся твердых тел. Этот эффект космического бильярда и остаточная энергия, оставшаяся от катастрофических падений, превратили астероид 2008 TC3 (и многие другие) в расплавленный ад.
Волосатая темная материя
Несмотря на то, что мы никогда не наблюдали непосредственно темную материю, моделирования и наблюдения выявили некоторые ее особенности. Загадочное вещество не только является электромагнитно апатичным, но и слегка ленивым, редко вылезая из своей гравитационной постели. Поэтому предложение Гари Презо из NASA JPL может показаться странным: он считает, что частицы темной материи могут организовываться в космические вереницы.
Гигантские потоки упорядоченных частиц темной материи — если темная материя действительно состоит из частиц — расползаются по нашей Солнечной системе, как шоколадные полосы в йогурте. Когда волокна темной материи сталкиваются с большим и твердым объектом (как Земля), они обволакивают его как волосы. Если бы темную материю можно было увидеть, Земля была бы похожа на планетарного дикобраза.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
И подобно тому, как волосы произрастают из наших голов, каждое волокно темной материи начинается с плотного и толстого корня и заканчивается острым кончиком. Если эта гипотеза подтвердится, нам представится прекрасный шанс изучить темную материю. Предположительно, эти волосы вытягиваются на треть расстояния до Луны.
Голодное Солнце
Изучая другие солнечные системы, астрономы обнаружили много планетарных тел, которые вращаются возле своих звезд гораздо ближе, чем Меркурий к Солнцу. В нашей же Солнечной системе в окрестностях Солнца нет никаких значительных объектов. Чего?
Недавнее исследование, проведенное Ребеккой Мартин и Марио Ливио из UNLV, говорит о том, что давным-давно планетарные тела были в этом ныне пустом регионе пространства. Они сформировались после того, как собрали обломки внутренней Солнечной системы, а после были трагически сожраны голодным Солнцем, которое подобно титану Хроносу пожрало своих же детей.
Наблюдения далеких солнечных систем и подозрительная пустота между нашей родной звездой и самой маленькой планетой, привели ученых к выводу, что Меркурий, Венера, Земля и Марс когда-то делили манеж с пятым планетарным собратом. По мнению ученых, толстый диск космического мусора, расположенный между Солнцем и Меркурием, просуществовал достаточно долго, чтобы остыть и собраться в плотную суперземлю. Но этой планете пришлось недолго существовать в пределах Солнца и очень скоро она поддалась неумолимой гравитации и аппетиту светила.
Время назад
Время кажется достаточно простым, но если задуматься, оно бесконечно сложное и постоянно смущает даже самые светлые умы. С чего началось время? Почему оно течет только вперед? Если направление времени определено, почему фундаментальные законы прекрасно работают, когда физики вводят в них обратный ход времени? Одна из гипотез предлагает хотя бы частичный ответ на эту головоломку: наша Вселенная не одинока.
Время в нашей Вселенной идет вперед из-за энтропии. С самого начала Вселенной, когда все было собрано в одну точку, сформировались такие условия, что все должно идти в сторону дезорганизации, и так время получило направленность. Такова текущая интерпретация, во всяком случае. Одна из гипотез предполагает, что в «момент» Большого Взрыва родилась сестринская вселенная, странное место со странным временем, которое действует в соответствии с действием гравитации, а не термодинамики. Кроме того, в этом параллельном существовании стрела времени обращена вспять, чтобы компенсировать наши прогрессивные секунды, минуты и часы.
В рамках очень маломасштабного частичного представления Вселенной на 1000 частиц, физики наблюдали, что гравитация, по всей видимости, может влиять на организацию частиц в любом временном направлении. Другое теоретическое исследование показало, что частицы могут испытывать обратную энтропию. В конечном итоге, исследователи предположили первичный раскол, который разделил время на два противоположных направления.
Орбитальный наклон Земли
Земля имеет свои параметры
Земля странная. Это единственная известная нам планета, которая населена неблагодарными формами жизни, и ее орбита неожиданно наклонена по отношению к экватору Солнца. Но орбитальная странность — далеко не местная загадка: такое наблюдали и у других тел. Во всей Вселенной астрономы наблюдали множество газовых гигантов, орбиты которых странным образом наклонены относительно их родительских звезд.
Такого быть не должно, если предположить, что планеты сформировались из дисков обломков вокруг своих звезд, как обычно образуются планеты. Астроном из Калтеха Константин Батыгин полагает, что эти сдвиги вызваны мягкими (а иногда и не очень) гравитационными толчками звезд-партнеров. Поскольку большинство звездных систем бинарны, это может объяснить множество наклонных орбит.
Что примечательно, это может косвенно указывать на то, что Солнце когда-то имело честь кружится в танце с другой звезды. Она давно улетела, но оставила живое наследие — странную орбиту Земли.
Самые первые звезды
Когда Большой Взрыв внезапно изрыгнул себя на свет почти 14 миллиарда лет назад, он пришел в форме водорода, гелия и лития. Тяжелые элементы, к которым мы привыкли, появились лишь с самыми первыми звездами.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
В поисках самых первых протагонистов Вселенной, астрономы пытаются вынюхивать объекты с дефицитом наиболее сложных элементов. Один из безусловных победителей был недавно замечен Очень Большим Телескопом Европейской южной обсерватории на севере Чили. Из глубин космоса извлекли очень тусклые фотоны галактики CR7, реликта возрастом 13 миллиардов лет и самой яркой галактикой из всех, что когда-либо наблюдались.
CR7 означает не Криштиану Роналду, а COSCOM Redshift 7, идентификатор того, насколько интенсивно вытянулся свет за время своего мучительно длинного пути из ранней Вселенной к астрономам телескопа. Таким образом, его покраснение выдает его возраст. CR7 находится в крайне заполненном регионе космоса в созвездии Секстант.
Эта древняя галактика полна гелия, но, как ни странно, не имеет тяжелых элементов. Такой расхождение может указывать на то, что астрономы наблюдают самое первое поколение звезд. Так называемые звездные населения III являются прародителями более тяжелых элементов, которые конденсируются в планеты, другие звезды и в мешки с мясом.
Мегакольца
Молодой газовый гигант, вращающийся вокруг молодой звезды J1407, которая находится всего в 434 световых годах от Земли, поставил астрономов в тупик своей аномальной кривой света. Ожидается, что такая планета, гораздо больше даже Юпитера, должна отражать огромное количество света своей звезды. Но вместо этого она демонстрирует периодические затмения, не похожие ни на что совершенно.
Виновник? Гигантская кольцевая система в 200 раз больше, чем у Сатурна, окружающая планету J1407b. Только эта особенность может объяснить природу затмений, которые иногда сохраняются на несколько недель, но позволяют проскользнуть случайному фотону, что было бы невозможно в случае затмения твердым телом. Это имеет смысл, учитывая зернистый характер колец.
Каждое массивное кольцо растянуто на десятки миллионов километров в диаметре, и J1407b окружена по крайней мере 30 такими ледяными каменистыми кольцами. Кроме того, астрономы обнаружили пробелы в этих кольцах, вызванные, скорее всего, тем, что экзолуны сметают мусор по мере вращения. К сожалению, все эти кольца носят лишь временный характер и однажды превратятся в спутники.
Астероиды и темная материя
Несколько астероидов и последующее вымирание проложило наш эволюционный путь по костям могучих существ, которые никогда не согласились бы на текущее господство человека. Почему эти падения происходят с завидной периодичностью? Инопланетяне поставили нас на космический счетчик?
Ответ, по мнению гарвардских астрофизиков Лизы Рэндалл и Мэтью Риса, кроется в темной материи: толстый слой темной материи в 35 световых лет толщиной направляет в сторону Земли космические ракеты. Расположившись в центральной плоскости Млечного Пути, этот слой стягивает всевозможные астероиды и кометы и направляет их на нашу беззащитную планету. Основываясь на том, что падения крупных метеоритов случаются приблизительно каждые 30 миллионов лет, астрофизики полагают, что их гипотеза более чем вероятна в качестве объяснения вымираний на Земле.
Источник