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
Для кого создана Вселенная?
Некоторые энтузиасты и философы космоса утверждают — Вселенная идеально настроена для поддержания жизни. Физические константы, свойства материи и пространства, химия и гравитация — их параметры имеют самые подходящие значения. Но так ли это на самом деле? Проведем анализ.
Планета Земля
Для начала давайте проигнорируем наличие на нашей планете всех львов, медведей, тигров и акул, которые могут нас съесть. Давайте то же самое сделаем в отношении всех бактерий и вирусов, которые могут заразить нас. Давайте проигнорируем всех ядовитых змей, рыб, растения и грибы, которые могут нас убить. Добавим, если вы не против, в этот список лесные пожары, метели, торнадо, цунами, ураганы, лавины, землетрясения, оползни и вулканы, которые также могут убить вас. Давайте проигнорируем тот факт, что падение с высоты более 10 метров, вероятно, убьет человека. Или что погружение под воду более чем на 10 минут может быть смертельным.
Да, давайте забудем про все это. И предположим, что Земля — идеальное место для поддержания жизни. Давайте ненадолго обернемся в одеяло невежества и высокомерия. И предположим, что Земля и Вселенная были созданы исключительно для нас.
Увы, реальность такова, что большая часть Земли непригодна для человеческой жизни. Поднимите человека выше 8000 метров над уровнем моря — и он медленно умрет от низкого давления и недостатка кислорода. Опустите его на глубину 2000 метров ниже уровня моря — и он будет медленно гореть из-за адской жары недр Земли. На самом деле менее половины 1 процента (0,46%) от общего объема Земли способно поддерживать человеческую жизнь. Это означает, что даже если нам кажется что Земля — это Эдем, то это заблуждение. Более 99,54% мест нашей планеты неизбежно убили бы вас.
Солнечная система
Ну ладно, скажете вы. Это касается Земли. Но, возможно, в Солнечной системе есть что-то более подходящее для нас? Ответ — нет. Покиньте атмосферу Земли — и вы быстро умрете в космическом вакууме. И если даже нулевое давление не убьет вас, палящая жара на Солнце, мороз в тени или космические излучения прикончат вас все равно.
Хм. А как обстоят дела на других планетах? В общем, так. Вы бы сгорели или замерзли на Меркурии. Просто замерзли бы на Плутоне. Или задохнулись, и только потом замерзли бы на Марсе. На Сатурне, Юпитере, Нептуне или Уране вообще нет поверхности. А их спутники смертельно холодны. А как же Венера? На этой планете нельзя замерзнуть. Можно только сгореть и быть раздавленным чудовищным атмосферным давлением.
В целом ясно, что остальная часть Солнечной системы не выглядит слишком хорошим местом для человеческой жизни. Ладно. Но что там — в дальнем космосе?
Где-то далеко
Давайте предположим, что каждая звезда в каждой галактике имеет планету, похожую на Землю, вращающуюся вокруг нее. Ученые подсчитали, что даже с самыми грубыми допущениями, для жизни человека пригодно менее 0,0000000000000000000000000000000000073% из них. Другими словами, 99,99999999999999999999999999999999999927% Вселенной непригодны для жизни.
Если бы Вселенная была хорошо отрегулирована специально для нас, наверняка немного больше ее планет могли бы поддерживать жизнь. Приведенные выше цифры настолько абсурдны, что не поддаются пониманию. Их порядок эквивалентен тому, что если бы человек после изучения 1.6 миллиардов тел, подобных нашей Луне, обнаружил одну единственную бактерию только на одном из этих тел, начал утверждать, что все они настроены для жизни. Или представьте шесть МИЛЛИОНОВ олимпийских бассейнов. И в одном из этих бассейнов найдена капля воды. Но при этом утверждается, что бассейны хорошо приспособлены для хранения воды.
Вы, конечно, можете сказать, что эти примеры являются нелепыми. Но согласитесь — мысль о том, что Вселенная построена для нас, не менее нелепа. Не нужно быть гением, чтобы понять, насколько абсурдным и ошибочным является этот аргумент. Если это лучшее, что могло бы быть, если это лучшая среда, использующая естественные законы Вселенной, которые могли бы позволить появиться человеческой жизни, то получается, что Создатель не так уж и всесилен.
О материи
Давайте также поразмышляем о материи. В космосе невообразимое количество материи. Несколько триллионов галактик, каждая из которых имеет порядка ста миллиардов звезд, состоят в основном из «атомной материи», то есть химических элементов. Та ее часть, которая светится, то есть видимая для глаз и оптических телескопов, составляет только половину одного процента всей массы Вселенной. Еще 3,5 процента вещества в галактиках тоже имеет атомную природу, только не светится. Всего 2 процента массы Вселенной составляют элементы, которые тяжелее, чем гелий. Половина 1 процента из этого вещества — это углерод, основной элемент жизни. То есть 0,0007 массы Вселенной — это углерод. И мы продолжаем думать, что Бог специально создал такую Вселенную, которая позволяет производить в звездах углерод, необходимый для жизни?
Так может быть Создатель создал эту Вселенную не для нас?
Источник