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
Строение Вселенной. Теории. Интересные факты
Вселенная (лат. universum) — весь мир который нас окружает, бесконечный во времени и пространстве и бесконечно различный по формам вечно движущейся материи. В современной астрономии наблюдаемая нами Вселенная называется Метагалактикой. Ее основными объектами являются звезды. Звездные скопления образуют галактики. Название нашей галактики — Млечный путь — содержит сотни миллиардов звезд, а в нашей Вселенной насчитывается сотни миллиардов галактик.
Галактики
Что такое галактика? – Основная структурная единица во Вселенной, галактика содержит — 150 — 200 миллиардов звезд; звездные системы разного вида, которые состоят из звезд, газовых и пылевых туманностей и межзвездного рассеянного вещества.
Есть одиночные галактики, но обычно они предпочитают располагаться группами. Как правило это 50 галактик, которые занимают в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает больше 40 галактик.
Скопления – это область с 50-1000 галактиками, которые могут достигать размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно заметить, что их скорости невероятно большие, а значит, должны преодолевать гравитацию. Однако они все же держатся вместе.
Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений.
Порой группы объединяются, тем самым формируя сверхскопление. Это одни из крупнейших вселенских структур. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, которая растянулась на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.
Черные дыры
Что такое Черные дыры? – Космические объекты, существование которых предсказано теорией тяготения Эйнштейна (общая теория относительности), как результат эволюционных изменений в крупных массивных звездах на последних стадиях их жизни, завершающихся неограниченным гравитационным сжатием (гравитационный коллапс).
По мнению американского физик Никодима Поплавского, они ведут в другие вселенные. Эйнштейн считал, что упавшее в черную дыру вещество сжимается в сингулярность. Согласно уравнениям ученого, с другой стороны черной дыры находится белая дыра — объект, из которого материя и свет только исторгаются. В паре они образуют кротовую нору, и все, что попадает туда с одной стороны и выходя с другой, образует новый мир. В начале 90-х годов XX века, физик Ли Смолин предложил похожую и в чем-то более странную гипотезу: он также верил во вселенные с той стороны черной дыры, но полагал, что они подчиняются закону наподобие естественного отбора: воспроизводятся и мутируют в ходе эволюции.
Поплавский со своей теорией может прояснить некоторые «темные» места в современной физике: к примеру, откуда могла взяться космологическая сингулярность до Большого взрыва и гамма-всплески на краю нашей Вселенной, или почему Вселенная не сферическая, а, как видно, плоская. Даже скептикам не кажется, что теория Поплавского менее правдоподобна, чем догадка Эйнштейна насчет сингулярности.
Размерность Вселенной
Проблема размерности Вселенной интенсивно рассматривается уже больше 100 лет. Ряд явлений и уникальных экспериментов показывает, что видимый физический мир, может быть, является только подпространством Гиперпространства и образует в нем сложное «геометрическое образование». О том, что наша Вселенная – многомерный объект, писалось в «Тайной Доктрине» и Е. Блаватской.
Еще ученые в Древней Греции для описания физических процессов нашего мира, в частности движения небесных тел, использовали понятия взаимовложенных концентрических сфер. На базе их представлений Аристотель создал теорию так называемых гомоцентрических сфер и дал ей «физическое» обоснование. По его теории, небесные тела считаются жестко прикрепленными к комбинации скрепленных между собой жестких сфер с общим центром, при этом движение от каждой внешней сферы передается внутренним. В последствии эта теория не нашла распространения и была отброшена (удивительно, но эта теория полностью совпадает с предложенным процессом!).
Плотность материального вещества в космическом пространстве в окрестностях Солнца составляет 0,88·10-22 кг/м3. Это больше чем в тысячу миллиардов миллиардов раз меньше плотности воды. Что же может удерживать в таком практически пустом пространстве структуры звезд и галактик на четко обозначенных траекториях?
Распределение материи во Вселенной
В 1970-е годы группа советских и американских ученых под началом академика Зельдовича предприняла попытку построить объемную модель распределения материи во Вселенной. Для этой цели в компьютер были введены данные расстояний до многих тысяч галактик. Результат получился ошеломляющим – галактики, объединенные в метагалактики, располагались в пространстве как бы на гранях некой ячеистой структуры с шагом порядка 100 млн. световых лет. Внутри этих ячеек наблюдалась относительная пустота. Говоря по другому, пространственно-временной континуум оказался структурированным! Это сильно ослабило авторитет теории Большого Взрыва и сторонников фридмановской модели Вселенной.
Вероятно, кроме нашей метагалактики существует еще множество метагалактик, совокупность которых образует систему огромных размеров – так называемую терагалактику («террас» означает «чудовище»); множество терагалактик образует систему еще более колоссальных размеров и т. д.
Еще гипотезы
1908 год – ученый Шарлье (Франция) выдвинул гипотезу, по которой Вселенная представляет из себя последовательность систем все больших размеров. Звезды образуют звездные скопления, объединяющиеся в галактики. В свою очередь галактики образуют скопления галактик, составляющих метагалактику. И таким образом размеры этих огромных звездных систем должны нарастать до бесконечности. Это так называемая дискретная самоподобная космологическая парадигма, подчеркивающая иерархическую организацию систем природы от наименьших наблюдаемых элементарных частиц до наибольших видимых кластеров галактик.
Гипотезы Шарлье в то время не имела особой популярности. Это объясняется тем, что одновременно появилась общая теория относительности, которая поразила умы своей необычной идеей о конечной, но неограниченной Вселенной. Но результаты наблюдений пока не дали убедительных доказательств в пользу выводов теории относительности и конечности Вселенной. Гипотеза бесконечной Вселенной кажется в большей степени правдоподобной. В такой ситуации модель Шарлье приобретает особый интерес.
Действительно, предложенный в монографии подход о пространстве, состоящем из взаимовложенных друг в друга сфер, совпадает как с гипотезой Шарлье, так и с дискретной самоподобной космологической парадигмой. Причем, как отмечает профессор Г. Альвен, гипотеза Шарлье объясняет парадокс Ольберса, по которой, если галактики равномерно распределены во Вселенной, то общая интенсивность их излучения будет необычайно велика, чего на самом деле не наблюдается. Кроме этого, гипотеза Шарлье позволяет избежать еще одной неприятности, связанной с тем, что при однородном распределении вещества во Вселенной необычно нарастает сила тяготения, обусловленная удаленными областями пространства.
Потому, по мнению автора монографии, Вселенную необходимо рассматривать, в соответствии с гипотезой Шарлье как последовательность концентрических сфер все больших размеров. К тому же «вопрос о том, что представляет из себя Вселенная без указания размерности пространства, из которого производится наблюдение, лишен смысла».
Недавно этому появилось научное подтверждение.
Новые гипотезы строения Вселенной
Английский физик Роджер Пенроуз из Оксфорда и его коллега Ваган Гурзадян из Ереванского физического института после тщательного изучения т.н. реликтового излучения – микроволнового фона, который остался после Большого взрыва и сохраняющий информацию о зарождении Вселенной и ее развитии, обнаружили во Вселенной странные неоднородности в виде концентрических кругов.
По мнению ученых, Вселенные возникают чередой – одна за другой. И конец предыдущей становится началом последующей.
«В будущем наша Вселенная возвратиться в то состояние, в котором она была в момент Большого взрыва, – говорит Пенроуз, – станет однородной. И из бесконечно большой снова превратится в бесконечно малую». Кстати, аналогичного мнения придерживаются и астрофизики Пол Стейнхардт из Принстона и Нейл Турок из Кембриджа.
В наше время появляется много новых теорий и гипотез о строении Вселенной, в частности, ученые приходят к выводу, что «наша Вселенная существует внутри Вселенной с бОльшим числом измерений пространства».
Все эти примеры убедительно показывают, что эволюция любой системы от микро- до мега размеров осуществляется развертыванием первичноцелостной монады на составляющие ее координаты материи. Указанное развертывание происходит путем последовательного усложнения системы с троичным переходом от более простой системы к более сложной с образованием трех взаимовложенных миров. Причем каждая следующая ось имеет свое пространство, в котором находится предшествующая ось со своим собственным пространством. К примеру, трехмерный объект, движущийся в пространстве оси у, в то же время совершает движение в пространстве собственной оси развития х.
Таким образом, теория связанных пространств лежит в основе строения человека, Земли и Вселенной. При этом выстраивается иерархическая структура всего пространства, состоящего из вложенных друг в друга иерархических сфер системы пространства. Отсюда становится понятной иерархическая система структур Вселенной.
Значит, в Природе существует подобие форм и свойств структур независимо от их пространственного масштаба, а Вселенная определяется как многомерная система в виде иерархии структур.
Имеет ли Вселенная границы
Отсюда также следует ответ на вопрос, есть ли у Вселенной границы. При рассмотрении развития Вселенной согласно предлагаемой теории связанных пространств ответ будет однозначный – у Вселенной, как и всего в нашем мире, есть границы. Только эти границы до такой степени велики, что человек не в состоянии охватить их своим умом. Это совпадает с мнением А. Эйнштейна: по его мнению, Вселенная представляет из себя замкнутую оболочку гиперсферы. Современная наука считает Вселенную многомерной, в которой наша «местная» трехмерная Вселенная является только одним из ее слоев, что также совпадает с теорией связанных пространств.
Эта теория дает возможность также объяснить парадокс, возникший с движением двух космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11», которые первые в истории человечества вышли за пределы Солнечной системы. По непонятной причине произошло их торможение, хотя казалось бы, они движутся в безвоздушном пространстве и торможения быть не должно. Исходя из предложенной в монографии гипотезы, выйдя за пределы Солнечной системы космические аппараты оказались в другом пространстве, в котором вектор развития направлен перпендикулярно, потому новое пространство имеет абсолютно другие характеристики по сравнению с предыдущим.
Новая научная парадигма уже возникает на основе тех знаний, которые накоплены человечеством. Многомерное строение Вселенной постепенно становится понятным и объяснимым фактором. Это дает основание утверждать, что найдены общие закономерности в иерархии систем.
Интересные факты о Вселенной
• Самым отдаленные звезды, которые нам видны, выглядят так-же, как выглядели 14 000 000 000 лет назад. Свет от этих звезд доходит до нас сквозь пространства через многие миллиарды лет, причем имеет скорость 300 000 км/сек.
• Таинственные Черные дыры – одни из самых любопытных и малоизученных объектов Вселенной. Они обладают до такой степени громадным притяжением, что выйти за пределы Черный дыры ничто не может, даже свет.
• Во Вселенной имеется гигантский пузырь, в составе которого имеется только газ. Появился он, по вселенским меркам, не так давно, только через два миллиарда лет после Большого Взрыва. Длинной пузырь – 200 миллионов космических лет, а расстояние от Земли до него – 12 миллиардов космических лет.
• Квазары – невероятно яркие объекты (намного ярче Солнца).
• В Солнечной Системе существует тело, похожее на Землю. Это спутник Сатурна, Титан. На его поверхности есть реки, вулканы, моря, а атмосфера имеет высокую плотность. Расстояние от Сатурна до его спутника приблизительно равно расстоянию от Земли до Солнца, соотношение массы тел примерно такое же. Однако разумной жизни на Титане, скорей всего не будет из-за водоемов – состоящих из метана и пропана.
• Невесомость в космосе, плохо влияет на здоровье человека. Одним из самых значительных изменений в организме человека в невесомости являются потеря кальция костями, перемещение жидкостей вверх и ухудшение работы кишечника.
Источник