Эволюционирующая Вселенная. Книга для учащихся 10-11 классов. Левитан Е.П.
Е.П. Левитан – доктор педагогических наук, академик Российской академии естественных наук, Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского и Международной академии информатизации; Заслуженный работник культуры России и Академического книгоиздания. В доступной для учащихся форме в книге рассказано о развитии всех астрономических объектов и систем небесных тел, о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений микро- и мегамира, о диалектике происходящих во Вселенной процессов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
О чем же эта книга? 3
Глава I. НЕОЖИДАННАЯ ВСЕЛЕННАЯ 5
§ 1. Инструментальный арсенал современной астрономии —
Наземная и космическая астрономия . —
Наземные оптические телескопы . 9
Наземные радиотелескопы 11
Орбитальные телескопы 13
§ 2. Солнечная система 17
Планеты и их спутники —
Кометы 23
Наше обыкновенное и необыкновенное Солнце 26
§ 3. Многообразие мира звезд . . 31
«Спокойные» и взрывающиеся звезды
Радиопульсары и нейтронные звезды 36
«Обычные» черные дыры 38
Необыкновенные явления в «обыкновенных» двойных системах 39
Рентгеновские пульсары 40
Барстеры —
Новые звезды 41
Тайна Геминги —
Черные дыры в двойных системах . . . 42
Источник SS 433 43
§ 4. Активность нашей Галактики . . 44
§ 5. Галактики, непохожие на нашу . . 48
§ 6. Квазары 51
§ 7. За призрачным занавесом созвездий 54
§ 8. Даже небесные тела невечны 63
Возраст планет и их спутников . —
Возраст звезд и Солнца 64
Возраст звездных скоплений и Галактики 64
§ 9. Расширение Метагалактики . 65
Красное смещение —
Закон Хаббла 66
Постоянная Хаббла 67
Границы применимости закона Хаббла 68
Природа красного смещения . 69
Метагалактика — наша Вселенная . . 70
Характер расширения Метагалактики 71
Темп и длительность расширения . 73
Глава II. КАКОЙ БЫЛА И КАКОЙ БУДЕТ НАША ВСЕЛЕННАЯ . 74
§ 1. Что такое космология —
§ 2. Космологические модели . 78
§ 3. Можно ли доверять космологическим моделям? 81
§ 4. Сценарий далекого прошлого . . 86
§ 5. А был ли Большой Взрыв? . 89
§ 6. Прошлое галактик и звезд . 92
§ 7. Прошлое планет и малых тел Солнечной системы 97
§ 8. Сценарии далекого будущего . . 102
Вечное расширение —
Сжатие, сменяющее расширение . . . 103
Глава III. ПОЧЕМУ НАША ВСЕЛЕННАЯ ТАКАЯ 105
§ 1. Фундаментальные свойства Вселенной —
Расширение —
Средняя плотность вещества, близкая к критической 106
Крупномасштабная структура . —
Однородность и изотропность . —
Распространенность химических элементов 107
Набор элементарных частиц . 108
Асимметрия вещества и антивещества 111
Четыре типа физических взаимодействий 112
Притяжение и отталкивание . 113
Свойства пространства 114
Асимметрия прошлого и будущего («стрела времени») 115
§ 2. «Раздувающаяся Вселенная» . . 116
Что объясняет и что не может объяснить
теория «горячей Вселенной» . —
Великое объединение физических взаимодействий 118
Физический вакуум 119
Фазовые переходы первого рода . 122
Сценарий «раздувающейся Вселенной» —
Что объясняет гипотеза «раздувающейся Вселенной» 125
Подобная Афродите юная Вселенная 127
§ 3. Человек в эволюционирующей Вселенной 128
Уникальность нашей Вселенной . —
Струны мега- и микромира 134
Антропный принцип 135
§ 4. Множественность вселенных и осциллирующая Метагалактика . 139
§ 5. Вселенная и жизнь 142
Краткий словарь терминов . 150
Что читать дальше 153
О том, как читать книги в форматах pdf , djvu — см. раздел » Программы; архиваторы; форматы pdf, djvu и др. «
Источник
Как я увлёкся астрономией
На рисунке:
слева — цирк Альфонс на Луне (из учебника Б.А. Воронцова-Вельяминова по астрономии для 10 класса) [3, с. 70]
справа – фрагмент обложки книги Е.П. Левитана «Эволюционирующая Вселенная» [12]. Среди схематических изображений галактик третья справа – моя любимая радиогалактика Центавр А [8]
Задумав написать настоящее эссе, я вдруг осознал, что 17 июня 2021 года будет маленький личный юбилейчик – 30-летие моего полноценного и осмысленного увлечения астрономией.
Я прекрасно помню вечер 17 июня 1991 года, когда я вместе с мамой и бабушкой пришёл в только что купленный нами дом в городе Исилькуле, по улице Толбухина, и привели во двор собаку Пальму. Мама и бабушка, стоя посреди двора что-то обсуждали, а я смотрел на звёздное небо и думал про Туманность Андромеды, про то, что видимый нами сегодня свет начал своё движение ещё во времена существования динозавров.
Кстати, с 17 июня 1991 года и начинается мой книжный дневник, так как в тот вечер я твёрдо решил, что буду его вести. И первой записью в нём стала повесть Ивана Ефремова «Звёздные корабли» [9]. Это было первое прочитанное мной фантастическое произведение о космосе. Тогда я по-настоящему осознал, насколько интересна мне наука о небесных телах, и как она поможет мне в понимании научной фантастики.
Конечно, ещё и до 17 июня 1991 года были моменты, связывающие меня с астрономией. Например, в возрасте шести лет я играл в школу, осваивая чтение и письмо. При этом я с интересом листал учебник астрономии Б.А. Воронцова-Вельяминова для 10-го класса [3]. Особенно мне в нём запомнилась фотография лунного цирка (я тогда не понимал, отчего же цирк?) Альфонс [3, с. 70]. Мне он казался циферблатом огромных часов, только без стрелки. Это был первый объект из другого мира, привлекший моё внимание.
Изначально приоритетным чтивом для меня была именно научная фантастика. Книги я брал в Исилькульской районной библиотеке, либо мама покупала их на Исилькульском рынке, куда мы ходили каждое воскресенье. Тогда я познакомился с космическими «сагами» многих писателей-фантастов, но настоящей мечтой для меня были романы Эдмонда Гамильтона «Звёздные короли» [4] и Артура Кларка «Космическая Одиссея» [10]. Частично мечта эта сбылась довольно быстро, так как один из моих друзей выписывал журнал «Техника-молодёжи», и дал мне прочитать продолжение «Звёздных королей» — роман «Возвращение к звёздам». Он мне очень понравился, я даже написал о нём стихотворный фанфик (к сожалению, не сохранившийся). А уж когда я в кинотеатре посмотрел «Звёздные войны. Эпизод IV. Новая Надежда» — моему вдохновению в изучении космоса воистину не было конца! Позднее я прочитал и «Звёздные короли», и «Космическую Одиссею», но, интересуясь космосом уже всерьёз, от «космоопер» я стал переключаться на научно-популярную и научную литературу астрономической тематики. Источником таких книг для меня была только Исилькульская библиотека. Их я старался прочитывать полностью, реже – выборочно, но всегда с большим интересом. Конечно, не всё было доступно моему пониманию, особенно когда речь шла о сложных астрофизических процессах и явлениях. Но я успокаивал себя тем, что астрономия доступна не только профессионалам-физикам, но и любителям-гуманитариям, и всякий желающий может найти себе «место под звёздами».
Определился и я со своим «местом», найдя три наиболее близкие моей душе темы: спутники планет, мир галактик и, конечно же, поиски внеземной жизни.
По каждой из указанных тем у меня были и любимые научно-популярные книги:
— Силкин Б.И. «В мире множества лун» [14];
— Агекян Т.А. «Звезды, галактики, Метагалактика» [1];
— Хоровиц Н. «Поиски жизни в Солнечной системе» [15].
Но основной фундамент моих астрономических знаний заложила книга Н.А. Климишина «Астрономия наших дней» [11], открывшая для меня практически все грани науки о небесных телах и её методологии.
Таким образом, чтение научной фантастики хоть и было у меня в приоритете, но шло параллельно с чтением научно-популярной литературы. При этом художественные книги я фиксировал в своём дневнике, а не художественные (в том числе и научные) – нет.
Так продолжалось более трёх лет. Но к концу 1994 года приоритеты мои изменились, и я всё больше уделял внимания научной и научно-популярной литературе, причём не только астрономической. В тот период меня интересовала и география, и история, и физика, и даже уфология (ведь многие, в том числе и я считали её тогда настоящей наукой).
Но всё же астрономия по прочитанным книгам была безусловным лидером.
В 1995 году интерес к художественным произведениям, особенно к фантастике, для меня сошёл на нет. Один из моих друзей открыто возмущался этому обстоятельству, справедливо объясняя происходящие трансформации переключением на научно-популярную литературу. Но ничего не поделаешь – всех нас затягивала новая, взрослая и ответственная жизнь, в которой развлекательному чтению практически не было места.
Но книги не были единственной сферой моих астрономических поисков. Космическую тематику я пытался найти на телевидении. Но, увы, за все годы так и не нашёл там ничего существенного. Конечно, были телепередачи типа «НЛО: необъявленный визит» (подробнее о ней – в отдельном эссе [7]), «Непознанная Вселенная» и «Аэрокосмический салон», но они скорее вдохновляли. Да и какие знания могли они дать, кроме уфологических псевдотеорий? Помнится, я мечтал о ежемесячной телепрограмме, освещавшей новости космоса, наподобие той, что сейчас каждую субботу выходит на Ютуб-канале «Альфа Центавра» [2]. В поисках приходилось даже вдохновения смотреть астрологические прогнозы на канале РТР. Мне они нравились своей атмосферой: пожилой ведущий учёного вида в чёрной мантии и академической шапочке с кисточкой, «космическая» музыка, сопровождающая «плывущие» на заставке созвездия… Меня это очень вдохновляло на размышления о космосе.
Особое место в моей подростковой астрономической жизни сыграл журнал «Земля и Вселенная». Мы выписывали его на дом, и, получив свежий номер, я читал и перечитывал из него все астрономические статьи. У меня было много вопросов по поднимаемым в журнале темам, поскольку мои базовые знания состояли из представлений о космосе 1970-х – 1980-х годов, а на дворе уже были 1990-е. Я понимал, что многое из того, что я читал ранее, серьёзно устарело. Многое приходилось домысливать, или, просто напросто, ждать 11-го класса, когда астрономия будет изучаться отдельным предметом.
Но больше всего привлекало в журнале обилие цветных фотографий. Их мне раньше сильно не хватало, и я с любопытством рассматривал изображения далёких миров.
Теоретическое изучение астрономии сподвигло меня и на собственные наблюдения за звёздным небом. Во многих научно-популярных книгах авторы прямо советовали читателю безотлагательно взяться за телескопы, или иные оптические приборы. А при отсутствии таковых – просто смотреть на звёзды невооружённым глазом.
Я последовал данному совету, и, когда с приятелями, а когда самостоятельно, проводил ночные часы в созерцании звёздного неба. Об этом я подробно писал в отдельном эссе [5], повторяться не буду.
Но была у меня и другая идея — завязать общение с астрономами. В те времена некоторые астрономы-любители, публикуя заметки в журналах, печатали свои адреса для отзывов. И вот одному астроному я написал письмо с вопросом: может ли, по его мнению, быть внеземная жизнь у планет, вращающихся вокруг двойных звёзд? Ведь некоторые фантасты писали в своих рассказах, что жизнь там невозможна. Ответ пришёл сравнительно быстро. Астроном мне отвечал, что во Вселенной всё возможно, но в отношении художественной литературы не следует быть столь критичным. Так же он посоветовал мне после окончания школы поступить на физико-математическое отделение Новосибирского государственного университета, чтобы потом заниматься астрономией профессионально.
Важной вехой моей астрономической деятельности являлся систематический информационный поиск. Я завёл несколько тетрадей, куда записывал заинтересовавшие меня сведения о небесных телах и космических аппаратах. Особая тетрадь у меня была для физико-математических расчётов по задачам из учебника А.Д. Марленского для факультатива «Основы космонавтики» [13]. Большую часть задач я сумел решить самостоятельно, хотя до разработки проекта какой-нибудь космической миссии, о чём я очень мечтал, дело так и не дошло.
К сожалению, периодически в эти записи проникали устаревшие данные. Вот один характерный пример.
Году в 1993-м в какой-то астрономической книге я увидел таблицу с основными характеристиками спутников Нептуна. До этого момента я читал, что у этой планеты всего два спутника: Тритон и Нереида. Но тут я увидел данные по его третьему спутнику, обозначенному как N 1 (сейчас он называется Ларисса). Меня это несказанно обрадовало, ведь Нептун всегда был для меня интересен! Но, с другой стороны, я был разочарован тем, что не знал об этом раньше. Сейчас найти такую информацию – дело нескольких секунд. Достаточно просто включить свой мобильный телефон, чтобы увидеть, что Ларисса была открыта ещё в 1981 году. А в 1989-м году космический аппарат «Вояджер-2» открыл в системе Нептуна ещё шесть спутников. Всего же к настоящему время их известно целых 14! Да ещё и не менее пяти колец!
Тетрадки с записями я сохранил и пользовался ими для своих рассказов о космосе. Но всё-таки актуальные научные знания для меня были важнее даже самых смелых фантазий.
В начале лета 2021 года, ещё не подозревая о приближающемся юбилее моих астрономических увлечений, я решил прочитать книгу Е.П. Левитана «Эволюционирующая Вселенная» [12]. Мама мне купила её в Исилькульском книжном магазине в 1994 году, как раз в тот период, когда я стал меньше читать. В связи с этим данное издание стало для меня справочником, и обращался я к нему лишь при необходимости.
А необходимость такая была.
Во-первых, в ней я впервые увидел цветное фото одной из своих самых любимых галактик – радиогалактики Центавр А (о ней можно почитать в моём эссе [8]); а во-вторых, брал из неё краткое описание Большого Взрыва при подготовке к лекциям о строении Вселенной (особенно данные об «эрах»: адронов, лептонов, радиации и вещества [12, с. 87-89]).
Но теперь, прочитав книгу целиком, я просто ошеломлён удивительными моментами, которые в ней содержатся. И это касается в первую очередь тех граней астрономической науки, которые мне интересны сегодня.
Например, я привык считать, что первым орбитальным телескопом в истории человечества был знаменитый «Хаббл». Но это не совсем так, ведь ещё до него на орбиту выводились телескопы для наблюдения источников рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и гамма-излучений [12, с. 13].
Так же Левитан хорошо описывает ячеистую структуру Вселенной, состоящую из скоплений и сверхскоплений галактик, упоминает имеющиеся между ними «чёрные области» (то есть сверхпустоты, именуемые в настоящее время «войдами») [12, с. 60].
Но главное: он прямо пишет о Великом Аттракторе! Поразительно, но об этом необыкновенном месте в космическом пространстве, скрытом от нас ядром Нашей Галактики, уже знали в начале 1990-х годов!
Не могу не процитировать информацию о нём, содержащуюся в данной книге: «Считается, что вся Местная группа галактик движется в пространстве со скоростью 600 км/с. По мнению ряда американских и английских астрономов, не только Местная группа, но и скопления в сверхскопления галактик (Девы, Гидры-Кентавра) несутся к гипотетическому Великому Аттрактору (Эттрэктору). Роль такого центра притяжения может играть сверхмассивное скопление вещества, содержащегося в десятках тысяч галактик, образующих Великий Эттрэктор» [12, с. 62]. Очень здравое объяснение! И вполне себе укладывающееся в современную картину мироздания.
Любопытное видение излагает Е.П. Левитан и в отношении проблемы «скрытой массы» галактик, которое мы уже привыкли ассоциировать с гипотетической «тёмной материей». Речь идёт о скоплениях галактик. Каждое из таких скоплений «включает довольно большое количество невидимого вещества («скрытая масса»), гравитация которого обеспечивает устойчивость скопления, удерживает галактики в скоплении. … Предполагают, что в скоплениях галактик могут находиться и невидимые погасшие звёзды, и чёрные дыры, и «массивные» нейтрино» [12, с. 56-57]. Лично мне очень нравится идея «тёмной материи» и «тёмной энергии», но, согласитесь, что и с вышесказанным также нельзя не считаться.
Но особенно поразительны изложенные у Левитана представления о множественности вселенных, «стенками» для которых служат магнитные монополи.
«… магнитные монополи – поясняет автор книги – гипотетические частицы, несущие изолированные магнитные заряды. Теория предсказывает, что если эти частицы существуют, то они должны быть очень тяжёлыми (примерно в десять в семнадцатой степени тяжелее протона) и их должно быть очень много» [12, с. 141].
Очень интересно! Как раз в тему одного из моих недавних астрономических эссе [6]!
С одной стороны, досадно, что я не обратил внимание на информацию о Великом Аттракторе и множественности вселенных много лет назад. А с другой – такое личностно-значимое открытие, обнаружение новых вариантов ответов на животрепещущие вопросы мироздания – прекрасный подарок на столь значимый юбилей. Как и весь мой тридцатилетний астрономический путь – от кратера Альфонс на «Звёздных кораблях» к Великому Аттрактору и мультивселенной.
Не так ли?
Источник