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
Топ-25: ложь про космос, в которую мы верили с самого детства
А вам нравится, когда собеседник откровенно врет или говорит о вещах, о которых не имеет ни малейшего понятия? К сожалению, большинство людей давно стало жертвами ошибочных или намеренно лживых стереотипов о космосе. Вдобавок наши знания о Вселенной постоянно меняются, и разобраться в новой информации бывает непросто даже самим ученым. Но какие именно из распространенных убеждений на самом деле не имеют ничего общего с реальностью? Узнай об этом прямо сейчас из подборки 25 самых ярких заблуждений о космосе!
25. Астронавты на орбите пребывают в условиях полной невесомости 
Ну почти, но не совсем… На записях с видеокамер на орбитальных станциях мы часто наблюдаем за тем, как по кабине плавают предметы, а сами астронавты кажутся легче пушинки. Специалисты из НАСА попробовали объяснить это самым простым образом, чтобы не загружать вас сложными терминами. Внутри орбитального шаттла все незакрепленные предметы словно не имеют веса потому, что сам космический корабль находится в свободном падении, а астронавты внутри него испытывают пониженную гравитацию. Почему же тогда МКС никак не упадет на Землю? Дело в том, что аппарат движется так быстро, что все время промахивается. Другими словами, космонавты все время падают за горизонт.
24. Солнце желтое 
Вообще-то оно белое. Нам оно кажется желтым из-за искажения солнечного излучения во время его прохождения через нашу атмосферу.
23. Ваш мобильный телефон работает благодаря спутникам 
Обычно 99% всех сигналов проходит по обычным кабелям. Только очень небольшая часть коммуникаций связана со спутниками.
22. Полет через пояс астероидов смертельно опасен 
Если вы смотрели Звездные войны, вы уже успели представить себе эту страшную картину. Однако правда заключается в том, что если бы вы на самом деле пролетели сквозь пояс астероидов, вы бы этого даже не заметили. Плотность небесных тел в этой зоне настолько низка, что не представляет почти никакой опасности для космических путешественников, но Голливуд был вынужден лгать, чтобы снять как можно более зрелищное кино.
21. Великая Китайская стена – единственное видимое из космоса рукотворное строение 
И снова мимо, потому что Великая Китайская стена не такая уж и уникальная. С МКС на расстоянии примерно 400 километров можно рассмотреть и другие здания и строения, причем некоторые из них намного заметнее, чем легендарное китайское укрепление.
20. Земля – это идеально круглая сфера 
Из-за постоянного вращения наша планета в районе экватора немного выпуклая, и она представляет собой скорее эллипс, чем идеально округлый шар.
19. Меркурий – самая жаркая планета Солнечной системы 
Вы, наверное, думали, что раз уж Меркурий ближе остальных планет к Солнцу, то там наверняка жарче всего. Однако такое мнение – очередное заблуждение. Благодаря атмосферным условиям вторая планета Солнечной системы, Венера, может похвастать средней температурой в 480 °C, в то время как на Меркурии этот показатель находится в районе 167 °C.
18. Солнце – это огромный огненный шар 
Нет там никакого огня. Для огня в привычном для нас понимании необходим кислород, а Солнце состоит в основном из гелия и водорода. Источник солнечного жара кроется в процессе термоядерной реакции. Давление и температура внутри солнечного ядра так велики, что атомы водорода вступают в реакцию и преобразуются в атомы гелия. Этот процесс и обеспечивает нас столь необходимым теплом и светом.
17. У Луны есть «темная сторона» 
Существуют легенды о той стороне Луны, которая якобы вечно объята тьмой и хранит какие-то жуткие секреты. Знайте, на самом деле не существует ничего подобного. Зато есть обратная (или дальняя) сторона Луны, которую с Земли обычно не видно из-за вращения и нашей планеты, и нашего естественного спутника. Чтобы увидеть эту сторону надо просто облететь Луну вокруг. Всего лишь.
16. Плутон – планета Солнечной системы 
В школе нас учили, что в Солнечной системе есть 9 планет, и что Плутон – одна из них. Но наука не стоит на месте, и терминология постоянно меняется. С 2006 года по постановлению Международного астрономического союза (МАС) Плутон разжалован и признан карликовой планетой. Но почему? Все дело в том, что в 2006 году тот самый МАС дал новое определение термину «планета», и Плутон, как оказалось, не обладает всеми необходимыми качествами. Вы наверняка слышали, что дальше Нептуна находится пояс Койпера. По сути это огромный астероидный пояс, и Плутон – не самый крупный объект в его пределах.
15. Загадочная девятая планета (или планета 9) 
Плутон больше не считается девятой планетой Солнечной системы, но ученые все же полагают, что некая девятая планета существует. Это гипотетическое транснептуновое небесное тело вполне может оказаться реальным. Ученые пришли к такому выводу на основании наблюдений за орбитами нескольких других космических объектов из пояса Койпера, на которые явно оказывается некое постороннее гравитационное влияние. Вероятно, планета 9 находится очень далеко от нас, и она намного крупнее Земли.
14.Черные дыры – это воронки 
В кино и мультфильмах черные дыры обычно изображают в виде огромных воронок, засасывающих все вокруг себя. В реальности черные дыры больше похожи на гигантские сферы. По сути это скорее невероятно плотные звезды с мощнейшей гравитацией.
13. В Средневековье люди думали, что Земля плоская 
Почти любой ученый тех лет знал, что наша родная планета шарообразная. Именно по этой причине европейцы и принялись совершать героические плавания – чтобы добраться до Запада через Восток и найти новый морской путь. Вдобавок о форме Земли знали еще древние греки. Упоминание об этом есть в записях 300 года до нашей эры.
12. Космос холодный 
Не совсем. Измерить температуру космоса не так уж и легко. Наверное, потому что измерять просто нечего. Высокие температуры обычно значат, что атомы субстанции находятся в возбужденном состоянии. Однако космический вакуум явно не отличается подвижностью атомов. Правильнее было бы сказать, что в космосе нет никакой температуры.
11. В открытом космосе вы замерзнете до смерти 
Как мы уже убедились, с температурой в космосе не все так просто. Более того, если человек внезапно окажется в открытом космосе и без скафандра, он скорее перегреется. Почему? Потому что тепло, производимое нашим телом, будет лишено возможности покинуть организм. На Земле мы с легкостью охлаждаемся — потеем, обмениваемся температурами с окружающей средой и так далее. В космосе же такие способы уже не сработают, ведь обмениваться там попросту не с чем.
10. В космосе человеческая кровь вскипает 
Это утверждение тоже ошибочно. Да, при условии более низкого давления жидкости вскипают на более низких температурах (если это давление не позволяет жидкости преобразоваться в газ), но с вашей кровью такого не произойдет. Почему? Потому что ваша кровь находится в закрытой системе, и эффект нулевого давления не окажет такого скоротечного влияния. Конечно, жидкости, открытые для внешней среды (слюна, внешняя оболочка глаз) вскипят почти тотчас. А вот кровь – нет. Вдобавок, не путайте кипение с нагревом. Слюна не станет горячей, из-за пониженного давления она просто перейдет в газообразное состояние.
9. В открытом космосе ваше тело взорвется 
Эта яркая картинка не раз представала перед взором любителей научно-фантастических фильмов. И да, это очередная ложь, придуманная для драматизации и кассовых сборов. Человеческое тело слегка распухнет, но уж точно не разлетится на части. В 1966 году один ученый из Хьюстона испытывал скафандр в условиях искусственного вакуума, эквивалентного пребыванию на высоте 37 километров. Защитный костюм оказался неисправен, и техник пережил опаснейшую декомпрессию. Давление было восстановлено в течение 30 секунд, поэтому мужчина не испытал никаких губительных для здоровья последствий, и позже ученый даже вспоминал, что перед потерей сознания он почувствовал, как у него вскипела слюна.
8. Хвост кометы зависит от траектории пути этого небесного тела 
Нет, все опять не так, ведь хвост кометы образуется под воздействием тепла и солнечного ветра, а не от трения или какого-то другого механического влияния. Это значит, что хвост всегда направлен от солнца, вне зависимости от направления движения кометы.
7. В космосе можно услышать взрывы 
В космосе невозможно услышать ровным счетом ничего, потому там нет среды, по которой могли бы передаваться звуковые сигналы.
6. Мы не можем летать слишком быстро, потому что современные двигатели недостаточно мощные 
В космосе нет практически никакого сопротивления, так что даже самый скромный двигатель может разогнать огромный корабль до невероятных скоростей. НАСА сейчас как раз экспериментирует над ионными двигателями малой тяги. Однако главная проблема заключается в запасах топлива. Чтобы длительное время разгонять столь крупный объект, двигателю необходим серьезный источник питания. Когда космолет все же достигнет своей максимальной скорости, его двигатель можно будет отключить, ведь теперь судно достигнет другого конца Вселенной без каких-либо проблем. Другое дело, что когда-то вам захочется и остановить корабль, а для этого нужна будет уже обратная тяга. На остановку судна пригодится столько же топлива, сколько и на разгон, так что ученым есть еще над чем поломать свои светлые умы.
5. Взрывы в космосе сопровождаются пламенем 
Звездные войны – все же плохой источник информации. Как мы уже выяснили на примере Солнца, огню необходим кислород. Поскольку в космосе нет воздуха, взрывы там будут выглядеть совсем иначе, то есть далеко не как в голливудских фильмах. Что касается ракетных двигателей, они производят пламя, но только лишь потому, что в танкере с топливом есть заодно и запас кислорода.
4. Астронавты в открытом космосе летают с помощью маленьких реактивных моторчиков 
Почти, но не совсем. Скафандры, действительно, оснащены чем-то похожим, но только на всякий случай, и в таких системах недостаточно топлива для полетов в стиле голливудских фильмов.
3. Нет ничего быстрее скорости света 
Это относительно верно, но ученые стали все чаще приходить к выводу, что квантовая механика не всегда следует собственным же правилам. Например, квантовая запутанность и другие подобные феномены могут привести к открытию возможности путешествовать на скоростях, превышающих скорость света. Это станет чрезвычайно важным прорывом не только для космических полетов, но и для сферы вычислительных устройств.
2. НАСА потратило миллионы долларов на разработку ручки, которая бы писала в космосе 
Этот миф часто рассказывают, когда вспоминают про космическую гонку 60-х годов, разгоревшуюся между агентствами США и СССР. Народ посмеивался, что НАСА потратило миллионы долларов на разработку шариковой ручки, которая писала бы в условиях относительной невесомости, в то время как советские космонавты проявили знаменитую русскую смекалку и взяли с собой обычные карандаши. Однако правда заключается в том, что оба государства использовали сначала карандаши и фломастеры, а потом перешли на специальную ручку, но ее разработка не стоила никому никаких миллионов долларов. Письменная принадлежность для космонавтов была создана по собственной инициативе частной компании Fisher Pen Company, которая потом стала продавать свои ручки по 6 долларов за штуку.
1. Земля вращается вокруг Солнца 
А вот и самая невероятная ложь! Теперь вам будет, чем щегольнуть перед друзьями в праздной беседе, и удивить всех не на шутку. Каждый объект воздействует на любое другое тело, и это значит, что не только гравитация Солнца влияет на Землю, но и гравитация нашей планеты влияет на движение Солнца. Технически оба этих небесных тела вращаются вокруг так называемого барицентра. В случае Земли эта условная точка так близка к центру Солнца, что ее стали попросту игнорировать. Однако в случае Юпитера барицентр находится в 48 280 километрах от поверхности Солнца. В каком-то смысле все мы вращаемся вокруг друг друга…
Все фотографии: pixabay (public domain)
Источник