Ничто на веру!!! ничто без доказательства!!!

3.1. Адронная эра.

При
очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной
материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе
состояло, прежде всего, из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной
называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

Через
миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10
биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hν составляла около
миллиарда эв (103 Мэв), что соответствует энергии покоя барионов. В
первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация
всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого
времени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013K
фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс
аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление
излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые
тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые
легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во Вселенной исчезла самая большая
группа барионов — гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны,
которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного
заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4
секунды.

К
моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10-4с.),
температура ее понизилась до 1012K, а энергия частиц и фотонов
представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легких
адронов — пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли
возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг 10-4
с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что
пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами.
Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во
Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную
долю секунды.

Современные сведения о возникновении Вселенной

«Средневековье Вселенной» — эра темноты, существовавшей перед появлением первых звезд и галактик.

Именно в те загадочные времена образовались первые тяжелые элементы, из которых созданы мы и весь окружающий нас мир. Теперь исследователи разрабатывают первичные модели Вселенной и методы для исследования тех явлений, которые происходили в то время. Современные астрономы говорят, что Вселенной примерно 13,7 миллиардов лет. Перед возникновением Вселенной космос был столь горячим, что все существовавшие атомы были разделены на положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Эти ионы блокировали весь свет, не давая ему распространяться. Царила Тьма, конца и края которой не было.

Эра господства излучения.

Эра господства излучения длится около 10000 лет. На начальном этапе во Вселенной практически ничего нет, кроме однородного и очень сильного электромагнитного излучения. Сложное взаимодействие частиц привело к небольшому перевесу обычного вещества над антивеществом.

Антивещество затем почти полностью проаннигилировало с веществом, а остаток вещества стал материалом для всех ныне наблюдаемых объектов Вселенной. В течение первых минут жизни Вселенной в ней произошло образование ядер атомов легких элементов – водорода, дейтерия, гелия и лития. Как только энергия ослабевающего излучения стала меньше энергии материи, окончилась радиационная эра.

Стерические факторы

Для того чтобы системы могли реагировать между собой, они не должны иметь пространственных осложнений во взаимодействии своих функциональных групп. Если пространственное расположение молекул не является термодинамически оптимальным или энергия внешней среды превышает силу связей между элементами структуры, то ее энтропия растет, и система разрушается.

Уникальную роль в поддержании стабильности сложных химических систем играет ВОДОРОД. Он имеет минимальные размеры атома и поэтому может включаться практически к любой структуры.

Существенное значение для уменьшения молекулярной энтропии приобретает и сходство некоторых размеров атомов углерода, кислорода и азота (почти одинаковые радиусы связей, внутриатомных расстоянии в молекулах, углы между связями и т.д.). Как следствие — цепи, образованные этими атомами, имеют подобную геометрию, независимо от соотношения отдельных элементов. Две таких цепи будут в определенной степени соответствовать друг другу практически при любой последовательности атомов, входящих в их состав.

Будущее Вселенной

Наше
мироздание началось с маленькой точки. Быстрое развитие и расширение границ
привело к образованию необъятных космических просторов. Но, будет ли
остановлено расширение? Возможен ли обратный вариант развития, то есть сжатия в
ту же исходную плотную точку?

В 1990-х
годах, специалисты пришли к выводу, что реальны два варианта будущего
Вселенной.

“Сжатие”
космических просторов возможно! При достижении максимальных размеров, она может
разрушиться. Плотность черной материи может достичь критических показателей,
из-за чего будет сжиматься.

Также,
существует предположение, что причиной разрушения мироздания могут стать черные
дыры. Все звездные скопления могут прекратить передачу энергии и
преобразоваться в черные дыры. Если температура космического пространства
приблизиться к нулю, возможно их испарение. В результате чего, все разрушиться
и наступит логичный конец.

Есть ли жизнь на других планетах?

Вселенная поразительно огромна. Млечный Путь имеет более 100 миллиардов звезд, а видимая Вселенная насчитывает около триллиона галактик, составляющих крошечную часть мироздания, которое мы можем видеть, не выходя за пределы нашей планеты. Даже если обитаемые миры крайне редки, огромное количество планет во Вселенной предполагает, что космос буквально кишит жизнью. Так где же все? В этом вопросе заключается вся суть так называемого парадокса Ферми: хотя Вселенная велика, стара и огромна, у нас почему-то нет никаких доказательств того, что мы не одиноки. Быть может, все дело в разуме? Может ли он быть чем-то из ряда вон выходящим?

Общеизвестно, что эволюция иногда повторяется, придавая разным видам одинаковые черты. Ярким примером такого поведения природы могут быть представители вымершего австралийского сумчатого тилацина, очень похожего своими характеристиками на кенгуру. Так, хотя тилацины во многом выглядели как волки, их ключевой особенностью было наличие брюшного мешочка для вынашивания потомства, хотя наличие подобного качества происходит из совсем другого вида млекопитающих.

Другие яркие случаи воздействия конвергенции включают в себя дельфинов и вымерших ихтиозавров, которые развили сходные формы для того, чтобы скользить по воде. То же самое касается птиц, летучих мышей и даже птерозавров, которые конвергентно и отдельно друг от друга развивали способность к полетам.

Вымершие около 100 лет назад сумчатые волки являются отличным примером конвергенции эволюции

Большинство критических событий в нашей эволюционной истории являются по-настоящему уникальными событиями. Одним из ярких тому доказательств является существование твердого скелета у позвоночных, позволяющего животным без проблем изменять свое местоположение относительно суши. Эукариотические клетки, из которых состоят тела всех животных и растений, эволюционировали только один раз за всю историю своего существования; то же самое можно утверждать и про половое размножение, и даже про фотосинтез. Кроме того, в эту же графу можно вписать и появление у человека интеллекта и когнитивных способностей. Таким образом, согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, конвергенция, по-видимому, является универсальным правилом нашего мироздания, делая эволюцию вероятным событием. Но в момент, когда мы пытаемся отыскать некогерентные события, выясняется, что именно сложные адаптации оказываются наименее повторяемыми и даже маловероятными. Более того, эти события являются зависящими друг от друга.

Так, люди не могли эволюционировать до тех пор, пока рыбы не “придумали” развить свою костную систему, позволившую им однажды выползти на сушу. Кости не могли развиваться ровно до тех пор, пока в природе не появились сложные животные, состоящие из групп отдельных клеток, в какой-то момент времени решивших соединиться для образования еще более сложного организма. Так, шаг за шагом, постепенно можно вычислить, что абсолютно вся жизнь на Земле могла произойти лишь от одного предка, возникшего как единичное событие среди таких же случайных явлений. Выходит, жизнь могла возникнуть лишь однажды?

Могла ли случайная мутация привести к зарождению жизни на Земле?

Занимая долгие миллионы и миллиарды лет, эволюционные процессы могли создать узкую цель природных фильтров, которые сделали возможность нашего существования сходной с выигрышем в лотерею снова, и снова, и снова. При таком подходе, согласно примерным подсчетам, вероятность развития жизни и интеллекта во Вселенной составляет 1 к 10 миллионам. Если учесть, что ряд сложных адаптаций может оказаться еще менее вероятным, вероятность развития интеллекта падает до 1 к 100 триллионам. В таком случае, мы с вами вполне можем оказаться единственной разумной жизнью в галактике или даже в видимой Вселенной.

Что же, по-видимому, развитие разума зависит от цепочки невероятных событий и, по сути, невероятного везения, благодаря которому вы можете вести свою повседневную жизнь, пролистывать ленту Hi-News в Telegram и даже оставлять в нашем чате свои комментарии по поводу данной статьи. Как вы думаете, если анализ эволюционных процессов доказывает, что мы одни во Вселенной, быть может, нам стоит что-то изменить в своем отношении к планете и друг к другу? Поделитесь ниже своими идеями с единомышленниками.

Точка зрения Эйнштейна

В его теории относительности пространство и время больше не были Абсолютными, привязанными к какой-то точке отсчета. Он предположил, что они способны к динамическому развитию, которое определяется энергией во Вселенной. Время по Эйнштейну настолько неопределенно, что нет особой необходимости в его определении. Это походило бы на выяснение направления к югу от Южного полюса. Довольно бессмысленное занятие. Любое так называемое «начало» Вселенной было бы искусственно в том смысле, что можно было бы попытаться рассуждать о более «ранних» временах. Проще говоря, это проблема не столько физическая, сколько глубоко философская. Сегодня ее решением занимаются лучшие умы человечества, которые неустанно думают про образование первичных объектов в космическом пространстве.

Сегодня наиболее распространен позитивистский подход. Проще говоря, мы осмысляем само строение Вселенной так, как можем его представить. Ни у кого не получится спросить, является ли используемая модель истинной, нет ли других вариантов. Ее можно считать удачной, если она достаточно изящна и органически включает в себя все накопленные наблюдения. К сожалению, мы (скорее всего) неправильно интерпретируем некоторые факты, пользуясь искусственно созданными математическими моделями, что в дальнейшем приводит к искажению фактов об окружающем нас мире. Думая о том, что такое Вселенная, мы упускаем из виду миллионы фактов, которые пока еще попросту не открыты.

1.3. Фотонная эра или эра излучения

На смену лептонной эры пришла эра излучения, как
только температура Вселенной понизилась
до 1010K , а энергия гамма фотонов
достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция
электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные
пары не могли возникать вследствие материализации,
потому, что фотоны не обладали достаточной
энергией. Но аннигиляция электронов и
позитронов продолжалась дальше, пока
давление излучения полностью не отделило
вещество от антивещества. Со времени
адронной и лептонной эры Вселенная была
заполнена фотонами. К концу лептонной
эры фотонов было в два миллиарда раз больше,
чем протонов и электронов. Важнейшей
составной Вселенной после лептонной
эры становятся фотоны, причем не только
по количеству, но и по энергии.

 Для того чтобы можно было 
сравнивать роль частиц и фотонов во
Вселенной, была введена величина плотности
энергии. Это количество энергии в 1 см3,
точнее, среднее количество (исходя из
предпосылки, что вещество во Вселенной
распределено равномерно). Если сложить
вместе энергию hν всех фотонов, присутствующих
в 1 см3, то мы получим плотность энергии
излучения Er. Сумма энергии покоя всех
частиц в 1 см3 является средней энергией
вещества Em во Вселенной.

 Вследствие расширения Вселенной 
понижалась плотность энергии 
фотонов и частиц. С увеличением 
расстояния во Вселенной в два раза, объём
увеличился в восемь раз. Иными словами,
плотность частиц и фотонов понизилась
в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения
ведут себя иначе, чем частицы. В то время
как энергия покоя во время расширения
Вселенной не меняется, энергия фотонов
при расширении уменьшается. Фотоны понижают
свою частоту колебания, словно «устают»
со временем. Вследствие этого плотность
энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем
плотность энергии частиц (Em). Преобладание
во Вселенной фотонной составной над составной
частиц (имеется в виду плотность энергии)
на протяжении эры излучения уменьшалось
до тех пор, пока не исчезло полностью.
К этому моменту обе составные пришли
в равновесие, то есть (Er=Em). Кончается эра
излучения и вместе с этим период «Большого
взрыва». Так выглядела Вселенная в возрасте
примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период
были в тысячу раз короче, чем в настоящее
время.

Происхождение и эволюция

Расширение космического пространства удаляет друг от друга звёзды, галактики и их скопления. В связи с этим существует теория, согласно которой в далёком прошлом они не просто располагались ближе друг к другу, а вообще были перемешаны и сжаты в единое вещество. Однако оно было настолько плотным и горячим, что началось общее расширение, в итоге и приведшее к образованию Вселенной.

С тех пор прошло приблизительно 14 миллиардов лет. За это время совершилось такое развитие:

• сформировалось гравитационное взаимодействие;
• зародились первые фундаментальные частицы;
• материя стала прозрачной для излучения;
• образовались ядра первичных элементов;
• появились звёзды, галактики, планетарные системы.

В итоге Вселенная сформировалась такой, какой человечество знает её сейчас. Её краткая модель выглядит следующим образом:

• 4,9% обычного вещества, знакомого на Земле.
• 26,8% тёмной материи, состоящей из тяжёлых частиц. Она не испускает электромагнитное излучение, что делает её прямое наблюдение практически неосуществимым.
• 68,3% тёмной энергии, инициирующей расширение пространства.

Образованная этими компонентами структура имеет гигантскую территорию. Реальный размер Вселенной современной наукой не установлен. Многие учёные настаивают на том, что она бесконечна. Однако если за условную границу принять расстояние до самого далёкого от Земли видимого объекта, то её масштабы составляют 45,7 миллиарда световых лет. Эта величина носит название радиуса Хаббла. Он не тождественен понятию конца мироздания, а только обозначает, что при прохождении этого расстояния быстрота удаления объекта от наблюдателя начинает превышать скорость света.

Будущее Вселенной

Теория возникновения Вселенной путем Большого взрыва официально признана в научном мире. Согласно ее основным утверждениям, космическое пространство все еще продолжает эволюционировать  и на смену одним структурам приходят абсолютно новые. Существуют две противоположные версии дальнейшего развития событий:

• Большой разрыв. Если Универсум и дальше
  продолжит расширяться, то в дальнейшем гравитационное взаимодействие между его
  элементами начнет стремительно ослабевать. Произойдет распад галактик и их
  скоплений. После этого распадутся отдельные звездные системы, где гравитация
  звезды не в силах будет удержать планеты вокруг себя. Постепенно все элементы
  Вселенной разрушаться вновь до элементарных частиц, законы физики перестанут
  иметь смысл. Что произойдет дальше – предсказать невозможно.
• Большое сжатие. В этом сценарии
  описывается предположение, что космическое пространство постепенно замедлит
  свое расширение и начнет обратно сжиматься. Все его элементы образуют единое мега
  скопление, в котором будет продолжаться процессы рождения, эволюции и смерти
  галактик. Однако, вещество будет сжиматься и далее, что приведет к образованию
  одной гигантской галактики. Космическое пространство вновь начнет нагреваться,
  реликтовое излучение разрушит планеты и звезды. Все структуры перейдут в
  состояние элементарных частиц. Вселенная приобретет свой первоначальный вид до
  Большого взрыва.

Любой из основных
сценариев смерти Вселенной в нынешнем ее состоянии предполагает распад всех ее
структур до фундаментальных частиц и прекращения любых сил взаимодействия. Так
ли оно будет на самом деле, предсказать современной науке невозможно.

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».

Моделирование бран

• 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.

Инфографика конформной циклической космологии

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.

Рождение Вселенной из черной дыры

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 пытался понять природу Бога до сотворения Вселенной. И знаете, к чему он пришел? Время было частью Божьего творения и просто не было никакого «до».

Один из лучших физиков 20 века Альберт Эйнштейн пришел практически к таким же выводам в разработке своей теории относительности

Достаточно обратить внимание на влияние массы на время. Гигантская масса планеты искажает время, заставляя его течь медленнее для человека на поверхности, нежели для космонавта на орбите

Разница слишком мала, чтобы быть очевидной, но на самом деле человек, стоящий у большого камня, стареет медленнее, чем тот, кто стоит в поле. Но чтобы стать моложе на секунду, понадобится миллиард лет. Сингулярность до большого взрыва обладала всей массой вселенной, что, фактически, ставило время в тупик.

По теории относительности Эйнштейна, время появилось на свет ровно в тот момент, когда сингулярность начала расширяться и вышла за пределы сжатой бесконечности. Спустя десятилетия после смерти Эйнштейна развитие квантовой физики и множество новых теорий возобновили споры о природе Вселенной до Большого взрыва. Давайте посмотрим.

Браны, циклы и другие идеи
«А Бог плюнул, ушел и хлопнул дверью,
Мы были за ним — а дверей уже нет».
А. Непомнящий

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: космический микроволновый фон.

Впервые астрономы зафиксировали реликтовое излучение в 1965 году, и оно породило определенные проблемы в теории большого взрыва — проблемы, которые заставили ученых ненадолго (до 1981 года) заморочиться и вывести инфляционную теорию. 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.

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.

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.

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.

published on
according to the materials

Пять веков Вселенной

Астрономы считают, что пять этапов эволюции являются удобным способом представления невероятно долгой жизни Вселенной. Согласитесь, во времена, когда нам известно всего 5% о видимой Вселенной (остальные 95% занимает таинственная темная материя, существование которой только предстоит доказать), судить об ее эволюции довольно сложно. Тем не менее, исследователи пытаются понять прошлое и настоящее Вселенной, объединив достижения науки и человеческой мысли двух последних столетий.

Если вам посчастливилось оказаться под ясным небом в темном месте безлунной ночью, то при взгляде вверх вас ждет великолепный космический пейзаж. С помощью обычного бинокля можно увидеть умопомрачительное небесное полотно из звезд и пятен света, которые накладываются друг на друга. Свет от этих звезд достигает нашей планеты преодолевая огромные космические расстояния и пробивается к нашим глазам через пространство–время. Такова Вселенная космологической эпохи, в которой мы живем. Она называется звездная эрой, но есть еще четыре других.

Изображение составлено исследователями Принстонского университета, основываясь на снимках, полученных космическими телескопами NASA

Существует множество способов рассмотреть и обсудить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, но один из них больше других привлек внимание астрономов. Первая книга о пяти веках Вселенной была опубликована в 1999 году, под названием «Пять веков Вселенной: внутри физики вечности»

(последние обновления внесены в 2013 году). Авторы книги Фред Адамс и Грегори Лафлин дали название каждому из пяти веков:

•     Первобытная эра
•     Звездная эра
•     Дегенеративная эра
•     Эра Черных Дыр
•     Темная эра

Необходимо отметить, что далеко не все ученые являются сторонниками этой теории. Тем не менее, многие астрономы находят разделение на пять этапов полезным способом обсуждения столь необычайно большого количества времени.

Туда и обратно

Ученые-астрофизики могут описать процесс расширения Вселенной, но ответ на вопрос, почему это происходит, до сих пор не получен. Еще больше волнует исследователей другое предположение: а не сменится ли расширение Вселенной ее сжатием? Теоретически это вполне возможно, но зависит от некоторых условий. Прежде всего — от средней плотности вещества, которое сейчас продолжает разлетаться. Если эта плотность достаточно велика, то рано или поздно силы гравитации одолеют инерцию разлета галактик и начнется сжатие. Если плотность мала — «разбегание» будет продолжаться бесконечно.

Если сжатие Вселенной все-таки начнется, в конце концов она достигнет своих начальных размеров и «схлопнется». Но пока Вселенная расширяется, и сегодня мы видим ее не такой, какой она была в прошлом. 5 млрд лет назад галактики находились гораздо ближе друг к другу. Еще раньше отдельных галактик не существовало, но уже зажглись первые звезды, а 13,5 млрд лет назад не существовало даже звезд.

Для определения скорости «разбегания» галактик Э. Хаббл использовал эффект Доплера. Он заключается в следующем: если источник волн догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается, если источник удаляется — длина волны увеличивается. Сравнивая спектры таких источников, можно обнаружить смещение спектральных линий, пропорциональное скорости источника. Его называют «красным» или «фиолетовым» смещением — в зависимости от направления движения.

• С чего все началось: Теория большого взрыва
• Судьба Вселенной

Поделиться ссылкой

Основные элементы строения

Крупномасштабная структура Вселенной поможет определить состав и строение мироздания. В огромных вселенских просторах можно увидеть волокна и пустоты, которые образуют сверхскопления, галактики и звезды. Начальный этап структурирования мироздания начинается с образования водородного газа. Под воздействием гравитационных сил, он преобразовывается в плотные, тяжелые сгустки. Их масса в тысячи раз превышает массу любой из галактик. В тех участках, где было наибольшее скопление водородного газа сформировались мегагалактики. На участках с меньшим количеством газа образовались меньшие звездные дома, наподобие нашего Млечного пути.

Протогалактики, которые вращались слишком быстро, со временем преобразовались в спиральные звездные дома. А на тех участках, где наблюдалось медленное вращение, происходило сжатие водородного газа и сформировались неправильные, эллиптические галактики.

В этот же период, звездные дома образовывали сверхскопления, края которых соприкасались.
В каждом из таких формирований находились звезды, туманности, космическая пыль.
Но основным объектом является черная материя.

Телескоп Hubble — не самый мощный

Благодаря колоссальному объему снимков и впечатляющим открытиям, совершенным телескопом Hubble, у многих существует представление, что этот телескоп обладает самым высоким разрешением и способен увидеть такие детали, которые не увидеть с Земли. Какое-то время так и было: несмотря на то, что на Земле можно собрать большие зеркала на телескопах, существенное искажение в изображения вносит атмосфера. Поэтому даже “скромное” по земным меркам зеркало диаметром 2,4 метра в космосе, позволяет добиться впечатляющих результатов.

Однако, за годы, прошедшие с момента запуска Hubble и земная астрономия не стояла на месте, было отработано несколько технологий, позволяющих, если не полностью избавиться от искажающего действия воздуха, то существенно снизить его воздействие. Сегодня самое впечатляющее разрешение способен дать Very Large Telescope Европейской Южной обсерватории в Чили. В режиме оптического интерферометра, когда вместе работают четыре основных и четыре вспомогательных телескопа, возможно достичь разрешающей способности превышающей возможности Hubble примерно в пятьдесят раз.

К примеру, если Hubble дает разрешение на Луне около 100 метров на пиксель (привет всем, кто думает, что так можно рассмотреть посадочные аппараты Apollo), то VLT может различить детали до 2 метров. Т.е. в его разрешении американские спускаемые аппараты или наши луноходы выглядели бы как 1-2 пикселя (но смотреть не будут из-за чрезвычайно высокой стоимости рабочего времени).

Пара телескопов обсерватории Keck, в режиме интерферометра, способны превысить разрешение Hubble в десять раз. Даже по отдельности, каждый из десятиметровых телескопов Keck, используя технологию адаптивной оптики, способны превзойти Hubble примено в два раза. Для примера фото Урана:

Судьба Вселенной

Поскольку Вселенная расширяется уже миллиарды лет, законен вопрос: как долго это будет продолжаться и чем закончится? Силы гравитационного притяжения, действующие между отдельными частями Вселенной, стремятся затормозить разбегание этих частей. К чему торможение приведет, зависит от суммарной массы Вселенной. Если она достаточно велика, силы тяготения постепенно остановят расширение, и оно сменится сжатием. В результате Вселенная в конце концов опять «схлопнется» в точку, из которой когда-то начала расширяться. Если же масса меньше некоторой критической величины, то расширение будет продолжаться вечно. Обычно принято говорить не о массе, а о плотности, которая связана с массой простым соотношением: плотность есть масса, деленная на объем.

Значение концентрации частиц, усредненное по всему объему Вселенной, десятки и сотни раз измеряли, тщательно подсчитывая разными методами количество звезд и газопылевых облаков. Результаты таких измерений несколько различаются, но вывод неизменен: значение плотности Вселенной едва дотягивает до нескольких процентов от критической.

Поэтому вплоть до 70-х гг. прошлого века общепринятым был прогноз о вечном расширении нашего мира, которое неизбежно должно привести к постепенному остыванию всего вещества. Все процессы во Вселенной прекратятся, и разные ее части будут иметь одинаковую температуру. Такой финал назвали тепловой смертью.