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
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