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
Как Бог создавал Вселенную: хроника
Вы когда-нибудь задумывались, почему мы до сих пор говорим «от Рождества Христова», если уже давно выяснилось, что он сам он наверняка родился до как минимум за четыре года до нашей эры? Большинство историков склоняется к тому, что царь Ирод I Великий умер в 4 году до н.э., а именно с этой датой связывается рождение Иисуса. То есть родиться позже он не мог. К тому же люди почему-то уже 2021 год называют время какой-то «нашей эрой». Кто назначил ее «нашей», неясно. Давайте считать время правильно – от рождения Вселенной. Поэтому объявляем 13 799 002 021 год от Рождества Вселенной.
Шутки шутками, но даже так с научной точки зрения было бы точнее. О том, сколько же на самом деле лет Вселенной, люди задумывались еще очень давно. Один из первых известных историков Иосиф Флавий пытался самостоятельно определить дату «сотворения» мира. Он проанализировал имеющиеся у него тексты и сделал предположение, что это произошло примерно за пять тысяч лет до нашей эры. Хотя сам Древний мир официально начинает свое летоисчисление в 3000 году до н.э. Спустя пару сотен лет Мар-Самуил – врач, астроном, судья и еще один любитель изучать Талмуд – выдвинул свою идею. Она заключалась в том, чтобы началом начал считать дату рождения Адама. Первый человек, как-никак. Все бы ничего, только вот когда он родился? Изучив Писание, Мар-Самуил пришел к выводу, что Адам появился на свет 7 октября 3761 года до н.э. Сказано – сделано, с тех пор иудейский календарь стал отсчитываться именно с этой даты, и по сей день ничего не изменилось.
Но есть одно «но». Рождение первого человека – это не сотворение мира. Он ведь должен появиться только на шестой день после всего остального, а куда еще пять дней делись? Можно было бы просто их прибавить и сказать, что мир появился 12 октября 3761-го до н.э. (нет, это не ошибка, до нашей эры даты исчисляются в обратную сторону).
«Сотворение Адама» — фреска Микеланджело
Однако не все так просто. Мы ведь здесь любим точность, поэтому давайте считать так, как нужно. Эти пять дней отнюдь не человеческие, ведь никаких «человеков» тогда еще не было. Апостол Петр как-то сказал: «У Господа один день как тысяча человеческих». А если Адам родился в середине шестого дня, значит к этой дате нужно накинуть еще примерно 5500 лет до нашей эры. Византийские хронологи в середине четвертого века даже каким-то образом подсчитали, что точный день его рождения: 1 сентября 5509 года до н.э. Как? Не спрашивайте, видимо, все тот же Талмуд читали. Поэтому сегодня не 2021-ый, а 7530-ый год от сотворения мира. Можете поздравить друг друга с юбилеем Вселенной.
Трудный возраст
Однако ученых такие заявления не впечатлили. Им все было мало, поэтому они сами начали считать время от появления всего и вся. Их упорными трудами была создана самая популярная на данный момент теория Большого взрыва, объясняющая вероятный процесс рождения Вселенной. И, согласно вычислениям, от этого момента до наших дней прошло как минимум 13,8 млрд лет. А знаете, что в этом самое невероятное? То, что создателем этой теории был… священник. Жорж Леметр работал в Ватикане, был астрономом при Папской академии наук, где, помимо служб, занимался космологией, математикой и астрофизикой. Основываясь на работах Александра Фридмана – не того, который бизнес-тренер – математика, в 1923 году Леметр предположил, что наша Вселенная постоянно движется. А началось это движение в результате взрыва некоего праатома – бесконечно малого и бесконечно плотного «нечто». При этом, все, что нас окружает, каждая планета, звезда, дерево и песчинка на пляже – лишь осколок того самого праатома, разорвавшегося в результате взрыва бесконечной мощности.
Теория Большого взрыва
Данную теорию позже подтвердили Хаббл и Гамов – далеко не последние люди в астрономии и физике, между прочим. Гамов даже смог привести доказательства того, что в самом начале своего развития Вселенная была еще и бесконечно горячей. Есть еще один человек, который практически пришел к той же теории еще за шесть лет до Леметра. Этим человеком был… Альберт Эйнштейн. И не говорите, что ожидали другого. Однако тогда он побоялся делать столь громкие заявления, остановившись на том, что Вселенная все-таки неподвижна. Потом Эйнштейн называл это чуть ли не самой большой ошибкой в своей жизни. Он говорил, что мог бы сделать самое грандиозное открытие в истории, если бы был чуть посмелее. Не волнуйся, Альберт, ты и так сделал для науки больше, чем кто-либо другой.
Последнее уточнение возраста мироздания случилось уже в нашем веке. Результаты исследований на основе данных, собранных космическими аппаратами показали 13,799 миллиарда лет. Погрешность в этом случае составляет всего около 21 миллиона лет в обе стороны. Если округлить и добавить наш 2021 год, то сегодня примерно 13 800 002 021-ый. Не забудьте об этом в следующую новогоднюю ночь.
Разница между тринадцатью миллиардами и семью тысячами видна невооруженным глазом. Вряд ли Бог создал мир, которому на тут момент уже было более 13 миллиардов лет. Мы, как обычно, ничего не утверждаем, и в какие данные верить, решать вам.
Начало начал
Леметр, к сожалению, так и не смог выяснить, что же это был за праатом, послуживший точкой отсчета для Вселенной. Современные ученые тоже все еще сомневаются, но они попытались дать ему более научное название, которое могло бы хоть что-то объяснить, – сингулярность. Это некоторая единственная в своем роде точка, бесконечно малая, плотная и горячая, которая «породила» весь наш мир. Пространство-время, не существовавшее до Большого взрыва, согласно теории, вырвалось из сингулярности и начало расширяться с неимоверной скоростью, примерно в сто миллиардов раз больше скорости света.
Рождение вселенной
Проще говоря, Вселенная появилась мгновенно. Из бесконечно малого ничего появилось бесконечное большое все. Но за эту миллиардную долю секунды произошло столько разных процессов, что им даже дали отдельное название – эпоха инфляции.
До инфляции происходило зарождение и разделение фундаментальных сил, отделение гравитации. А еще раньше – появление первых элементарных частиц, которые все эти процессы и запустили. Но как именно они появились, и кто вообще «сдетонировал» сингулярность, чтобы это произошло? Что было между началом и появлением первых квантовых процессов? Что было до начала и почему оно вообще случилось? На эти вопросы теория Большого взрыва ответов не дает и вряд ли когда-нибудь даст. Этот период также называют «актом творения», подразумевая, что кнопку на детонаторе нажал тот самый демиург.
Материалы для образования Вселенной
Все наше мироздание состоит из элементарных частиц. Планеты, звезды, мы с вами – все. Они являлись чем-то вроде кирпичиков для построения Вселенной, и сегодня все так же продолжают ее строить.
- Нейтрино. Считается, что нейтрино были одними из первых частиц, которые появились в мире. Они не имеют заряда и практически не обременены массой, поэтому называются самыми легкими. Эти частицы весят так мало, что их массой всегда пренебрегают.
- Нейтрон. Это самая тяжелая частица в противовес нейтрино. У нее так же отсутствует заряд. По своим характеристикам нейтрон очень похож на протон и может даже переходить в него.
- Протон. Имеет положительный заряд, в большом количестве содержится в радиации Солнца. Она почти полностью состоит из этих частиц.
- Электрон. Второй с конца по массе после нейтрино. Отрицательный заряд. Первая частица, обнаруженная человеком.
- Фотон. Постоянно пребывает в движении на скорости света, является его носителем.
Образование Вселенной
Электроны, протоны и нейтроны собираются в атомы. Название частицы означает «неделимый», так как раньше считалось, что меньше ее уже ничего быть не может. Помимо всего прочего, существуют фундаментальные частицы: кварки, лептоны и бозоны.
Календарь сотворения мира
А теперь давайте взглянем на то, ради чего мы все здесь собрались, – забавные совпадения. Удивительно, но две совершенно разные теории сотворения мира все-таки похожи друг на друга больше, чем многим кажется. Смотрите сами.
Календарь сотворения мира
- Начало
Бог: сотворил небо и землю, пока бесплодную и пустую.
Наука: запустился процесс большого взрыва из сингулярности.
Бог: да будет свет! Ну, он и стал.
Наука: началась планковская эпоха, появились фундаментальные силы, которые пока еще представляли собой единое целое. Затем от этого отделилась гравитация, начала появляться первая материя. Вселенная стала остывать, появилась материя, кварки стали превращаться в протоны. Вместе со всем этим появились и фотоны, а значит – свет. Прошла всего миллиардная доля секунды от начала времен.
Бог: и создал он твердь, а потом разделил воду на ту, что под твердью и над ней.
Наука: тоже создала свою стабильную твердь, а именно материю и атомы.
Бог: собирает воду в одно место, отделяя место для суши.
Наука: создает свою «сушу» путем закручивания газовых облаков в галактики. Таким же образом появился и Млечный Путь. От начала времен прошло около 200 миллионов лет.
Бог: создает светила на небе, чтобы они освещали Землю. А заодно решает разделить день и ночь, каждому из которых предоставив свой «светильник»: Солнце и Луну. Одно светило сделал большим, чтобы днем все было видно, а второе – маленьким, чтобы ночью не мешало. А еще добавил к нему звезд, чтобы они тоже подсвечивали и помогали ориентироваться.
Наука: появились звезды первого поколения, затем второго, третьего. Родилось Солнце, а за ним и Земля. От начала времен прошло около 9 млрд лет.
Бог: создал животных. В воде появились рыбки, в воздухе – птицы. Пресмыкающиеся так и не определились, где им комфортнее.
Наука: жизнь на Земле зародилась примерно через 10 млрд лет после Большого взрыва.
Бог: и сотворил он по образу и подобию своему… его. А потом из ребра его сотворил ее.
Наука: Первые люди на Земле появились примерно 2,8 млн лет назад.
Бог: к седьмому дню он, как известно, все дела свои доделал и почил от всех дел своих, которые делал. И прошло от начала мироздания по меркам человеческим чуть больше семи тысяч лет.
Наука: отдыхать некогда, ей нужно вычислить настоящий возраст Вселенной, который в итоге оказывается 13,8 млрд лет.
Источник