Естествознание.ру
Краткая история Вселенной
Итак, примерно 13,8 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв, и 13,8 миллиардов световых лет — это горизонт видимости во Вселенной. Самые дальние объекты, которые астрономам уже удалось разглядеть, это несколько звездных скоплений на расстоянии 13,2 миллиардов световых лет. Таким образом, мы «получили привет» от молодой Вселенной, возраст которой был всего 600 миллионов лет!
В принципе, мы могли бы заглянуть еще чуть дальше — вплоть до возраста 379 тысяч лет после Большого Взрыва. Почему именно такая цифра? Скоро узнаем.
Современные теории позволяют описать всё, что происходило, начиная от одной сотой секунды от Большого взрыва и до сего дня. Все нужные для этого законы являются надежно установленными, поэтому получаемую с их помощью информацию можно считать вполне достоверной. Принципиальные трудности возникают лишь при попытке продвинуться еще ближе к началу мира, то есть внутрь первой сотой доли секунды. Здесь мы выходим за рамки Стандартной модели и попадаем в область гипотетических теорий. И тем не менее научные гипотезы простираются вплоть до 10 -35 с! Ещё ближе к началу мира, возможно, позволит в будущем приблизиться теория суперструн.
Давайте «прокрутим» основные события от Большого взрыва и до нашей эпохи. Итак.
Большой взрыв. По каким бы причинам ни возникла Вселенная, она начинает свою жизнь с планковского размера по всем измерениям (порядка 10 -35 м) и планковской температуры (порядка 10 32 К).
В этот начальный момент все 9 или 10 пространственных измерений свернуты в комок. Но уже через планковский квант времени (5×10 -44 с) три пространственных измерения начинают расширяться, а оставшиеся сворачиваются определенным образом (свойства свернутых измерений определяют все фундаментальные константы нашего мира, а значит, и то, какие именно частицы потом в нем родятся).
Разворачивание трех пространственных измерений подстегивается само собой и становится скачкообразным. Этот этап расширения Вселенной, называют инфляционным, оно происходит во много раз быстрее обычного хаббловского расширения. Примерно за 10 -32 секунды Вселенная раздулась в неимоверное число (10 50 ) раз.
Поначалу в горячей Вселенной бурно рождаются как частицы, так и античастицы. На каждый миллиард обычных частиц рождается почти столько же античастиц — но всё же на одну меньше. Затем частицы и античастицы аннигилируют, и вся их энергия превращается в излучение. Во Вселенной остается лишь жалкий клочок обычной материи. Из него-то и будут построены в дальнейшем все звезды и галактики.
К концу первой секунды расширения Вселенная остыла настолько, что кварки начинают группироваться в адроны, включая протоны и нейтроны. И с этого же момента начинается первичный ядерный синтез, который продолжается три минуты. Четверть всех ядер, сформировавшихся за это время — это гелий, чуточку дейтерия, а остальные три четверти — протоны. Таким и будет состав первых звезд.
Через 3 минуты Вселенная расширилась настолько, что столкновения ядер, в результате которых могли бы образовываться новые ядра, становятся огромной редкостью, и синтез ядер прекращается.
К исходу первых трёх минут Вселенная представляет собой раскаленное до миллиарда градусов море частиц — ядер и лептонов. Высокая температура не позволяет им объединиться в атомы. Это состояние раскаленной плазмы.
В следующие 379 тысяч лет ничего заметного не происходит — Вселенная спокойно расширяется и остывает. В этот период она непрозрачна для излучения, потому что фотоны постоянно рассеиваются на свободных электронах и ядрах. Это похоже на «светящийся туман».
Через 379 тысяч лет Вселенная охладилась достаточно (до 3000 градусов), чтобы из ядер и электронов могли образоваться нейтральные атомы. Среда становится прозрачной для света и остается таковой до сих пор. Говорят, что в этот момент излучение отделилось от вещества: с тех пор излучение расширяется и остывает само по себе, а вещество эволюционирует само по себе. Реликтовое тепловое излучение с характерной длиной волны около 4 см — это и есть то самое отделившееся излучение.
После отделения излучения от вещества началась тёмная эпоха — звезд еще не было, и светить было некому. На протяжении сотен миллионов лет вещество стягивалось к местам случайных первоначальных сгустков темной материи.
Через 600 миллионов лет после Большого взрыва стали формироваться галактики. Плотные и холодные облака газа сжимались, разогреваясь изнутри — и вот зажглись первые звезды. В их недрах начался синтез более тяжелых элементов, вплоть до железа. Через пару миллиардов лет Вселенная стала отдаленно напоминать то, что мы видим сегодня.
Массивные звезды первого поколения кончали свои жизни грандиозными взрывами, во время которых возникли элементы тяжелее железа. Потом из этого вещества сформировались звездные системы второго поколения, в том число и наша.
Процесс звёздообразования продолжается и сейчас, хотя темп его постепенно замедляется, поскольку запасы межзвездного вещества расходуются быстрее, чем пополняются.
Что касается нашего Солнца, то про его будущее можно сказать достаточно определенно. Солнце принадлежит к классу желтых карликов — спокойных долгоживущих звёзд. Уже около 5 млрд. лет оно светит, практически не меняясь. Но это может закончиться уже через 0,5 — 1 млрд. лет, когда водород в ядре звезды выгорит и зона термоядерного синтеза переместится в слои вокруг ядра. Это приведёт к «раздуванию» Солнца — оно превратится в красного гиганта. Через 4 миллиарда лет Солнце раздуется так, что поглотит Меркурий, Венеру и почти достигнет орбиты Земли. На Земле вся вода испарится, а большая часть атмосферы рассеется в космическое пространство. Ничего живого, понятное дело, не останется. А в ядре Солнца гелий начнет превращаться в углерод. Когда же и гелий «выгорит», Солнце может взорваться, сбросив свою распухшую оболочку. Оставшееся после взрыва компактное ядро (белый карлик) будет постепенно остывать, превращаясь в холодное безжизненное тело.
А что касается возможного развития Вселенной в будущем, то имеются самые разные сценарии. Теоретики, например, рассматривают гипотезу «Большого разрыва», связанного с изменением состояния вакуума, в момент которого наша Вселенная исчезнет за одно мгновение. Но это не очень скоро — через 22 млрд. лет, и не наверняка.
Если же такого не произойдет, то через сотни миллиардов лет погаснут последние звезды, и галактики погрузятся во тьму. Все планетные системы будут постепенно разрушены. Вероятно, галактики превратятся в гигантские черные дыры. В результате квантового процесса «испарения» черные дыры в конце концов тоже исчезнут, и Вселенная будет представлять собой расширяющийся нейтринно-фотонный газ. В общем, совершенно безрадостная картина.
Но история космологии уже неоднократно демонстрировала нам, что картины, нарисованные совсем недавно, неожиданно оказываются устаревшими.
Реальность бесконечно разнообразнее и интереснее наших сегодняшних представлений о ней. Работы для физиков и космологов — непочатый край!
Источник
60 удивительных фактов о Вселенной, которые вы должны знать
Наша Вселенная – удивительное и странное место. Часто очень трудно поверить в то, что говорят ученые! Поэтому сегодня, вместо того, чтобы писать о какой-то конкретную теме, мы решили написать о случайных и интересных фактах Вселенной.
Поверьте нам, это будет весело!
№1. Если вы распутаете свою ДНК, то она окажется длиной в 54,72 миллиарда километров, и будет простираться от Земли до Плутона, и обратно на Землю 13 раз!
№2. Знаете ли вы, что 99,99% обычной материи состоит из пустого пространства? Если вы удалите всё пустое пространство, вся человеческая раса (население мира) поместится в крошечный кусочек сахара.
№3. Атомы, из которых состоит наше тело, такие как кальций, железо и другие, были созданы в центре взрывающихся звезд несколько миллиардов лет назад.
№4. Фактически, атомы водорода, которые присутствуют в нашем организме, образовались в результате Большого взрыва, который произошел около 13,7 миллиардов лет назад.
№5. Одним из самых странных фактов Вселенной является то, что только 5% всей Вселенной видимы, а остальные, то есть 95%, составляют темная материя и темная энергия. Видимая Вселенная – это нечто, что очевидно видно (звезды, галактики и т. д.). Из оставшихся 95% Вселенной темная энергия составляет 68%, а темная материя – 27%. Это означает, что мы знаем только 5% всей нашей Вселенной…
Туманность Пузырь (также именуется как NGC 7635) относится к группе эмиссионных туманностей.
№6. Вы знаете, что такое нейтронная звезда? Когда взрывается огромная звезда (звезда с минимум 8 солнечными массами), ядро образует другую звезду, называемую нейтронной звездой. Вы знаете, насколько они плотны? Чайная ложка их материи или материала может перевесить Эверест!
№7. Из-за взрыва, у нейтронной звезды может быть ошеломляющая скорость вращения, способная достигать 600 оборотов в секунду.
№8. Хотите знать, сколько звезд в нашей Вселенной? Во всей нашей Вселенной существует три секстиллионов звезд, то есть 300 000 000 000 000 000 000 000. Для ленивых – 23 нуля после 3!
№9. Общее количество звезд в нашей Вселенной больше, чем общее количество песчинок, присутствующих на Земле.
№10. Солнце огромно, но насколько оно велико? Оно составляет 99,86% массы Солнечной системы.
№11 .Один день на Венере длиннее одного года Венеры! Да, вы правильно прочитали. Один год Венеры составляет 224 земных дня, а один день Венеры – 243 земных дня.
№12. Еще один интересный факт заключается в том, что Венера – единственная планета нашей Солнечной системы, которая вращается в обратно направлении!
№13. Если вы просто дотронетесь до двух кусков одного и того же вида металла вместе в вакууме или пространстве, они будут плавиться и объединяться.
Космическому телескопу НАСА Хабблу удалось заново взглянуть на одно из наиболее знаковых и популярных мест во Вселенной. Речь идет о Столпах Творения в туманности Орел.
№14. Мы полагаем, что вы знаете, что звуку нужна среда, чтобы путешествовать, и он не может путешествовать в вакууме. Пространство – это вакуум, и поэтому космическое пространство чрезвычайно тихо.
№15. Некоторые звезды настолько далеки от нас, что нам потребуются годы, чтобы увидеть их свет, а это значит, что мы смотрим в прошлое в нашем настоящем! Телескоп НАСА Хаббл может видеть во Вселенной события, которые произошли около 100 миллионов лет назад.
№16. Возникает некоторая статичность, если мы настраиваем телевизор между станциями. Небольшой процент этой статики, которую мы наблюдаем, — послесвечение Большого взрыва.
№17. Знаете ли вы, что наша Вселенная расширяется? Эдвин Хаббл сделал это удивительное открытие в 1920-х годах.
№18. В 1998 году космический телескоп Хаббл сделал еще одно удивительное открытие. Он изучал чрезвычайно далекие сверхновые и обнаружил, что Вселенная расширялась с ускорением. Предполагается, что темная энергия – это та сила, которая заставляет Вселенную расширяться.
№19. В том же году было также доказано, что Вселенная не только расширяется, но и ускоряется. Снова предполагается, что темная энергия разрывает таким образом космос на части. По мнению двух групп исследователей, чем дальше галактики находятся от Земли, тем быстрее они удаляются от Земли.
№20. Один из не менее удивительных фактов Вселенной – то, что форма Вселенной зависит от ее плотности. Она зависит от силы тяжести и скорости расширения. Если плотность Вселенной превышает критическое значение, Вселенная считается замкнутой, как сфера. И это означает, что Вселенная в конечном итоге прекратит расширяться и начнет взрываться. Это один из сценарий будущего и называется он – Большое Сжатие (Большой Хлопок).
№21. Если плотность Вселенной меньше критического значения, тогда Вселенная называется открытой. Вселенная бесконечна и может расширяться вечно.
№122. Если ее плотность в точности равна критической плотности, то форма Вселенной считается плоской. Даже здесь Вселенная продолжает расширяться медленнее с течением времени и в конечном итоге перестает расширяться после бесконечного периода времени.
Порой космические туманности на фото приобретают удивительные формы. Кажется, будто перед нами невиданное чудовище, поднявшее голову из малинового моря. Однако в реальности это всего лишь прекрасный столп газа и пыли, именованный туманностью Конус (NGC 2264).
№23. Если верить недавним исследованиям или измерениям, форма Вселенной плоская с погрешностью 2%.
№24. Знаете ли вы, что некоторые ученые разработали нечто, называемое теорией Мультивселенной? По их словам, когда произошел Большой взрыв, пространство и время по-разному расширялись в разных местах. Это породило нечто, называемое пузырьковыми Вселенными, которые могли функционировать независимо друг от друга, и у каждой Вселенной свой набор законов физики. Однако эта теория противоречива, и доказательств ее пока нет.
№25. Черные дыры образуются, когда очень массивные звезды сжимаются. Такой коллапс звезды также приводит к взрыву сверхновой. Гравитационная сила черных дыр настолько сильна, что ничто, буквально ничто не может вырваться из черных дыр. Даже свет.
№26. Ближайшая к Земле черная дыра находится на расстоянии около 10 000 световых лет от Земли.
№27. Скафандры, которые носят космонавты, сначала должны быть нагреты, затем охлаждены, затем герметизированы и, наконец, снабжены свежим воздухом.
№28. Астронавтам требуется шесть долгих часов, чтобы надеть эти скафандры.
№29. Луна является одной из основных причин, почему у нас есть приливы и волны на нашей планете.
№30. Как и на Венере, день на Меркурии длиннее года на Меркурии. Год на Меркурии заканчивается 88 земными днями, а день на Меркурии — 176 земными днями!
№31. С 1930 по 2006 год Плутон считался планетой, но с 2006 года он был реклассифицирован как карликовая планета. Теперь люди снова хотят, чтобы он был классифицирован, как планета.
№32. Вселенная была очень горячей, пока была молодой. В настоящее время доказано, что по мере расширения Вселенной она охлаждается и может в конечном итоге привести к так называемой Большой Заморозке. Эта большая заморозка также называется «жаркой смертью».
В глубоком пространстве можно отыскать настоящую драгоценность, представленную планетарной туманностью IC 418 (Спирограф).
№33. Измерения, сделанные с помощью WMAP, т. е. микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона, посвященного современной плотности и геометрии Вселенной, поддерживают теорию Большой Заморозки.
№34. Диаметр нашей Вселенной составляет ошеломляющие 150 миллиардов световых лет. Разве мы не говорили, что эта статья о Вселенских фактах поразит вас?
№35. Поскольку Вселенная расширяется – у нее нет центра. Многие когда-то думали, что Земля была центром Вселенной. Но нет.
№36. Знаете ли вы, что Луна удаляется от Земли? Луна удаляется примерно на 3,8 сантиметра от Земли каждый год.
№37. Мы дали вам общее количество звезд, присутствующих во вселенной. И удивительно то, что каждый день рождаются новые 275 миллионов звезд!
№38. Путь фотона от ядра Солнца к поверхности Солнца длится 170 000 лет.
№39. У центр нашей галактики вкус малины и запах рома. Как мы узнали? Конечно, изучая пыль из центра нашей галактики.
№40. У Марса самая большая гора во всей Солнечной системе. Чтобы вам было проще понять, гора Эверест в высоту 8 844 метра, а гора Олимп (самая высокая гора Марса) — 22 500 метров.
№41. Земля находится на расстоянии 149,67 миллионов километров от Солнца. Земле потребуется 177 лет, чтобы достичь Солнца, если ее постоянная скорость будет 60 километров в час.
№42. Люди установили на Луне зеркала, которые помогают нам рассчитать точное расстояние Луны от Земли.
Космический телескоп Хаббл предоставил новое качественное фото удивительной туманности Кошачий Глаз. Здесь она действительно выглядит как пугающее око бесплотного колдуна Саурона из «Властелина колец».
№43. Наша галактика, Млечный Путь, вращается со скоростью 250 километров в секунду, и время, необходимое для завершения одного оборота, составляет 200 миллионов лет.
№44. Знаете ли вы, что в созвездии Орла находится газовое облако, в котором содержится огромное количество алкоголя? Мы можем сделать 400 триллионов пинт пива в этом газовом облаке. Похоже, это место, где мы должны жить!
№45. Если бы звезды в любой галактике были сжаты до размера теннисного мяча, то они были бы на расстоянии 4800 километров друг от друга (в среднем).
№46. Астрономы и ученые считают, что во Вселенной около 2 триллионов галактик.
№47. У большинства галактик черные дыры в центре, и масса таких черных дыр составляет 1/1000 массы материнской галактики.
№48. Первая черная дыра, которую мы сфотографировали, находится на расстоянии 500 миллионов триллионов километров от Земли. По оценкам, она в 3 миллиона раз больше Земли.
№49. Большое Красное Пятно на Юпитере сжимается. Раньше туда могло втиснуться три Земли, но теперь он может вместить только одну.
№50. Знаете ли вы, что Плутон меньше, чем Соединенные Штаты? Диаметр экватора Плутона равен расстоянию от Лондона до Денвера.
№51. Астрономы нашли гигантское облако водяного пара во Вселенной. Оно находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет от Земли. Облако в 140 триллионов раз превышает массу воды, присутствующей в океанах Земли.
№52. Вот один из забавных фактов – скафандр NASA стоит 12 000 000 долларов. Модуль рюкзака и управления составляет 70% от общей стоимости.
№53. Астрономы обнаружили самый большой алмаз в нашей галактике. Алмаз называется BPM 37093. Это переменная звезда белого карлика, и у нее есть имя – Люси в честь известной песни Битлз «Люси в Небе с Алмазами». Ее диаметр около 40 000 километров, а вес составляет 10 миллиардов триллионов триллионов каратов.
Перед вами фото красивой туманности Яйцо (CRL2688) из космоса. Находится на удаленности в 3000 световых лет.
№54. Солнцу требуется около 225 миллионов лет, чтобы совершить оборот вокруг галактики Млечный путь.
№55. Уран вращается на боку, т.е. она одном полюсе в течение 42 земных лет длится лето, а на другом зима.
№56. Нейтронные звезды — самые быстрые вращающиеся объекты Вселенной.
№57. Вояджер-1 запечатлел самую дальнюю фотографию нашей планеты на расстоянии около 6 миллиардов километров от Земли.
№58. Только в нашей галактике 500 миллионов планет имеют потенциал или способность поддерживать жизнь! Эти планеты находятся в так называемой зоне Златовласки.
№59. Человеческий мозг — самый сложный объект, который известен в видимой Вселенной.
№60. Когда Вселенной было всего 10-43 секунды, она была меньше атома и составляла всего миллион миллиардов миллиардных размера атома.
Мы завершаем эту статью и позволим вам переварить некоторые из этих невероятных фактов.
Источник