Вопрос о возникновении всего сущего человек ставил с древнейших времён. Это казалось вполне логичным: человек постоянно видел, как всё на свете зарождается, проходит период становления, достигает расцвета и в конце концов – умирает… не должен ли подчиняться этому закону мир в целом?
Древний человек, человек Средневековья не сомневался, что Вселенная имела начало: была сотворена Богом (или богами), возникла из первобытного хаоса или даже из мирового яйца, снесённого божественной птицей… Научное мировоззрение Нового времени отвергло саму идею начала Вселенной: она бесконечна во времени так же, как и в пространстве – следовательно, не может иметь и начала во времени… проще говоря, Вселенная была всегда! Человеку трудно представить такое – но в современной физике вообще много такого, что выходит за рамки обыденного сознания…
И кто бы мог подумать, что в XX веке идея начала Вселенной вернётся! Да, она вернулась – разумеется, в виде строгой научной теории – но так или иначе, наука сказала: да, Вселенная имеет начало! А уж приложил ли к её возникновению руку Творец или нет – это по-прежнему личное дело каждого – верить или не верить, это уже за рамками науки.
Первый шаг к такому представлению был сделан в 1929 г., когда американский астроном Э.Хаббл обнаружил: галактики двигаются и удаляются от нас на огромной скорости, причём чем дальше они – тем быстрее удаляются… Вселенная не статична, как считалось ранее – она расширяется! Теоретически из этого следовало, что была некая точка, из которой это расширение началось…
Вот так и родилась гипотеза Большого взрыва. Впервые этот термин употребил английский астроном (проявивший себя ещё и как писатель –фантаст) Ф.Хойл (примечательно, что этот учёный, давший имя гипотезе Большого взрыва, сам её не поддерживал, считая «неудовлетворительной). В самом общем виде она сводится к следующему: в прошлом существовал некий конечный момент времени, когда размеры Вселенной равнялись нулю, а плотность и температура были бесконечными (это состояние называется космологической сингулярностью), и из этой точки пространство-время начинает расширяться.
Скорость расширения Вселенной позволила учёным вычислить, когда это историческое событие произошло: 13 миллиардов 700 миллионов лет назад. Это был момент, когда Ничто превратилось в Нечто; и бессмысленно спрашивать, где произошёл Большой взрыв – он произошёл везде, эта точка была всей Вселенной!
Итак, перенесёмся на 13 миллиардов 700 миллионов лет назад, когда существовала бесконечно плотная, бесконечно горячая и невообразимо маленькая (меньше атома) частица чистой энергии – даже не вещество ещё. Самая ранняя эпоха, о которой можно строить какие-то теоретические положения, называется планковской эпохой (по имени немецкого физика М.Планка) – в это время плотность её составляла 10 в 97й степени кг на кубический метр, а температура – десять в 32й степени К. Как долго длилась эта эпоха? 10 в минус 43й степени секунд (такой отрезок времени называется планковским временем) – чтобы представить себе это, придётся раз за разом делить секунду на миллионы (а чтобы представить, во сколько раз за это время расширилась Вселенная, придётся так же последовательно умножать миллионы)… По окончании планковской эпохи возникают все силы, управляющие Вселенной, и первая из них – гравитация, которая поистине решила всё. В наше время учёные создают компьютерные модели гипотетических Вселенных с разной гравитацией, и выясняется, что будь гравитация чуть меньше, чем есть – ничто не смогло бы сформироваться (ни звёзды, ни галактики, ни всё остальное), была бы чуть больше – не получилось бы ничего кроме чёрных дыр… так может быть, нашу гравитацию Кто-то рассчитал? Или счастливая случайность в бесконечной череде неудачных (а может быть, и удачных) Больших взрывов? Этого мы не знаем…
Так или иначе, Вселенная расширилась от размеров меньше атома до размера примерно мячика для гольфа (это как если бы тот же мяч расширился до размеров Земли) – вы могли бы держать её на ладони. Ещё за долю секунды она расширяется до размеров Земли, ещё за долю – до размеров Солнечной системы… На что похожа Вселенная в это время? Она всё ещё представляет собой бушующую массу энергии (более плотную, чем всё, что известно нам сейчас) – даже «бурлящие котлы» звёзд не идут ни в какое сравнение с этим состоянием, температура исчисляется триллионами градусов (так что не советую отправляться туда на машине времени: сделать достаточно надёжный скафандр вам не удастся – при такой температуре будут разрушаться любые атомы… собственно, их тогда и не было).
Но расширяясь, Вселенная остывала – и снижение температуры привело к возникновению субатомных частиц: энергия перешла в вещество – первое вещество во Вселенной! Оно было ещё нестабильным – частицы появлялись и исчезали, двигаясь беспорядочно с огромной скоростью (неужели древние знали это, говоря о возникновении Вселенной из хаоса?). Но по мере снижения температуры они двигались медленнее, более упорядоченно и переставали переходить обратно в энергию – вещества становилось больше (напомним, что на этом этапе счёт времени всё ещё идёт на доли секунды). И вот тут на сцене появляется ещё одно «действующее лицо» – антивещество.
Антивещество родилось вместе с веществом – и не отличается от него ничем, кроме заряда (у антивещества он противоположный). Сегодня физики его создают в лабораториях, и ничего страшного в нём, в общем-то, нет – пока оно не вступит в контакт с веществом. Если бы вы встретились со своим двойником, состоящим из антивещества, вы бы убедились, что он ничем не отличается от вас, и ничего страшного не произошло бы, пока вы бы не вздумали пожать друг другу руки – тогда последовал бы чудовищный взрыв… нечто подобное произошло бы и со Вселенной, будь в ней количество вещества и антивещества равным – они бы уничтожили друг друга, превратившись в излучение, вещества не было бы вообще! Но случилось (или было задумано?) так, что на каждый миллиард частиц антивещества приходилась миллиард и одна частица вещества – и эти «остатки» избежали аннигиляции.
И вот теперь, когда вещество победило в космической битве с антивеществом – почти через секунду после Большого взрыва – пришло «время собирать камни»… т.е. собирать частицы. Температура вселенной снизилась настолько, что частицы могут объединяться – и так возникают атомы, и первыми были атомы водорода (не об этом ли времени говорит Библия: «и земля была безвидна и пуста, и дух Божий носился над водою»?). В последующие три минуты возникают ещё два элемента – гелий и литий. Размер Вселенной уже исчисляется световыми годами. А время… на то, чтобы замедлились электроны, чтобы они смогли присоединиться к новым атомам 380 тысяч лет… и послание из тех времён дошло до нас!
В 1965 г. Двое учёных в США (штат Нью-Джерси) – А.Пензиас и Р.Вильсон – отслеживали радиосигналы во Вселенной – но работе мешал непонятный фоновый шум… может, это из-за голубиного помёта на антенне? Антенну почистили – но ничего не изменилось… когда исследователи рассказали об этом в Принстонском университете, один из присутствующих ответил: «Вы обнаружили либо эффект голубиного помёта – либо создание Вселенной!» Открытое А.Пензиасом и Р.Вильсоном явление было названо реликтовым излучением – оно родилось, правда, не в самый момент большого взрыва, но в момент, когда первые электроны присоединились к атомам.
Теперь Вселенная перестала быть однородной: где-то температура была более высокой, где-то более низкой, где-то вещества было меньше – где-то больше. Там, где вещества больше, со временем возникнут звёзды и галактики, а где меньше – будет пустое пространство…
Итак, Вселенной 380 тысяч лет, в ней перемещаются облака водорода и гелия. Через 200 миллионов лет из них образуются первые звёзды, а спустя миллиард лет после Большого взрыва возникнут первые галактики…
Впрочем, это уже другая история… Рождение Вселенной состоялось!
В определённом смысле можно сказать, что Большой взрыв продолжается и по сей день – Вселенная продолжает расширяться, и расширение это не замедляется, а наоборот – набирает скорость. Теоретически это должно привести к тому, что разлетятся не только галактики, но и атомы, не будет ничего – т.о. Больший взрыв, давший начало Вселенной, её же и убьёт… Но каким будет конец Вселенной – мы не знаем. Это может быть расширение до полного остывания и отсутствия света, это может быть смена расширения сжатием… Гибель нашей Вселенной может привести к новому Большому взрыву – который породит новую Вселенную. Возможно, наша Вселенная – лишь очередная в бесконечной череде рождающихся и умирающих Вселенных…
На эти и многие другие вопросы учёным ещё предстоит ответить.
> 10 удивительных теорий о том, как появилась Вселенная
Если коротко описать современную идею, то получим: «Вначале была пустота, а потом случился взрыв». Современная наука убеждена, что происходит расширение, что доказывает наличие реликтового излучения и смещение к красному концу спектра. Но не все в это верят. Годами появлялись альтернативные истории начала всего и некоторые заслуживают вашего внимания.
Устойчивое состояние
Альберт Эйнштейн писал, что больше верит в мысли Фреда Хойла о том, что возможно нескончаемое расширение с сохранением неизменной плотности, если новое вещество прибавляется в процессе непредсказуемой генерации.
Эта идея сформировалась в 1948 году из принципа, что Вселенная кажется совершенно такой же в любом пункте. То есть, пространство лишено стартовой и финишной точки. В 1960-х гг. она обрела популярность. При появлении доказательств расширения, сторонники сообщили, что новое вещество должно формироваться спонтанно, но на небольшом ускорении. Но доводы разбились при появлении реликтового излучения.
Усталый свет
Именно Эдвину Хабблу удалось заметить, что волновые длины света, поступающие от удаленных галактик, приближаются к красному спектру. То есть, каким-то образом фотоны утратили свою энергию. Чаще всего, этот момент объясняется в теме вселенского расширения в качестве эффекта Доплера. Но те, кто придерживается мнения о стабильной Вселенной, полагают, что энергия теряется по мере продвижения фотонов по пространству и смещения к более длинной волне. В 1929 году это озвучил Фриц Цвикки.
Теория сталкивается с множеством проблем. Начнем с того, что нет ничего, что могло бы трансформировать энергию фотона без перемены импульса (привело бы к размытости). Она не может объяснить закономерностей светового свечения для расширяемого пространства. К тому же большинство подобных моделей полагаются на нерасширяющуюся Вселенную, что никак не согласуется с наблюдениями.
Бесконечная инфляция
Многие современные модели берут за основу краткий период инфляции, созданной вакуумной энергией. После этого энергия распалась на некий раскаленный плазменный бульон, сформировавший атомы, молекулы и т.д. Однако эта теория заявляет, что инфляционный процесс так и не подошел к концу. Сторонники полагают, что все наше пространство выступает единым пузырьком, расположенным среди других вселенных с постоянной инфляцией.
Если две вселенных находятся рядом, то могут привести к обоюдному сбою в пространстве-времени. Если теория верна, то мы должны заметить какие-то нарушения в реликтовом излучении. Подобные идеи связал в единую Андрей Линде и назвал «вечной хаотической экспансией». Здесь не нужен Большой Взрыв, потому что расширение способно начаться из любого пункта в скалярном пространстве.
Мираж в 4D
В привычной модели взрыв произошел из нескончаемо плотного формирования, из-за чего сложно объяснить, почему пространство обладает почти однородным температурным показателем. Есть те, кто думает, что причина заключается в неизвестной энергетической форме, приводящей к расширению. Ученые предположили, что мир может существовать в виде трехмерного миража, сформированного на горизонте 4D-звезды, трансформирующейся в черную дыру.
То есть, известное нам пространство выступает лишь одной стороной внутри объемной вселенной с четырьмя измерениями. Если она вмещает 4D-звезды, то они будут вести себя также, как и остальные. Трехмерные черные дыры расположены в сферической поверхности, а форма горизонта событий – гиперсфера. Смоделировав смерть этой звезды, они выяснили, что наше пространство может оказаться всего лишь миражем, созданным на основе остатков ее внешних слоев.
Зеркальная Вселенная
Физика столкнулась с проблемой: все модели прекрасно срабатывают при характеристике пространства, не зависимо от временной направленности. В реальности мы понимаем, что время мчится только вперед, а значит это продукт энтропии, где порядок растворяется в беспорядке. Неувязка в том, что теория полагает, будто все началось с высокой организованности при низком показателе энтропии. Многие думают, что гравитация заставляет временное направление устремляться вперед.
В подтверждение, исследователи рассмотрели моделирование 1000 контактирующих точечных частичек, обусловленных гравитацией Ньютона. Оказалось, что при любом размере и количестве они трансформируются в минимальные показатели. Далее система расширяется в обе стороны, формируя противоположные «временные стрелки». То есть, Большой Взрыв произвел сразу две вселенные, которые зеркально отражают друг друга.
Не начало, а переход
Привычная для нас точка отсчета стала не началом для рождения всего, а лишь следующим шагом, потому что проходит сквозь повторяющиеся моменты. Со временем пространственная геометрия меняется и превращается в нечто более запутанное. Это именуют тензором кривизны Вейля – стартует с нуля и вырастает со временем. Физики полагают, что черные дыры сокращают вселенскую энтропию. Когда мир подойдет к концу, а дыры растеряют энергию, то пространство станет однородным и переполнится ненужным энергетическим запасом.
Здесь появляется симметрия геометрии с различными величинами, но единой формой. Эта трансформация приведет к тому, что пространственная геометрия сгладится, а деградированные частички вернутся к позиции нулевой энтропии. Далее Вселенная бы вернулась в изначальную точку, создавая новый взрыв.
Холодное начало и сжимающееся пространство
После сингулярности материя попала в плотное и раскаленное пространство, после чего начала медленно увеличиваться на миллиарды лет. Однако это не совсем сходится с общей теорией относительности и квантовой механикой. Из-за этого Кристофф Веттерих считает, что пространство могло начаться как прохладное и пустое место. Оно активировалось только из-за сокращения, а не расширения. Здесь красное смещение вызывается из-за массового увеличения. Проблема в том, что измерения нельзя доказать, потому что нам удается сравнить лишь отношение масс, а не их самих.
Живое пространство
Теория Джима Картера базируется на идее стабильных иерархичных кругов, выступающих круговыми механическими объектами. Он полагает, что все пространство представлено поколениями кругов, появляющихся из-за воспроизводства и раздела. Эта мысль пришла после наблюдения за совершенным пузырьковым кольцом. Картер считает, что синхронизация колец лучше подходит под наблюдения, чем Большой Взрыв. Живое пространство намекает на то, что существовал хотя бы один атом водорода во все времена.
Началось все с антиводорода. Частичка обладала массой нынешнего пространства представляла собою протон и антипротон. Последний расширялся быстрее первого, из-за чего терял относительную массу. Потом они сближались, пока отрицательный элемент не впитал положительный и не создался антинейтрон. Он также не отличался сбалансированностью массы, но возвратился к равновесию, распавшись на два новых нейтрона. Сформировались образования, среди которых некоторые не поддавались расщеплению. Электроны слились с протонами, формируя первые водородные атомы. Процесс дошел до появления всех известных нам космических объектов.
Плазменное пространство
Основное внимание заостряет на электромагнетизме, как движущей силе. Еще в 1946 году появился материал от Иммануила Великовского, считавшего, что гравитационная сила – электромагнитное явление. Она формируется из-за атомных и свободных зарядов, а также магнитного поля небесных тел. Теорию продолжили развивать в 1970-х гг., заменяя термоядерные процессы в звездах на электрические.
Согласно теории, все звезды питаются от перемещающихся токов, а многие небесные явления – электрические процессы. Пространство переполнено масштабными нитями электронов и ионов, скручивающихся из-за электромагнитных сил. Сторонники полагают, что у Вселенной нет границ, а теория Большого Взрыва неверно вычислила плотность главных элементов. Кроме того, она не соответствует закону энергетического сбережения, потому что все появилось из ничего.
Бинду
Мы старались не касаться религиозных историй о создании Вселенной, но затронем поверье индусов, которое может обладать научной базой. Начнем с того, что это пока единственная религия, чьи временные масштабы сходятся с научными показателями. Их верование основано на бинду, что переводится как «взрыв» или «точка». Люди верят, что бинду создал звуковые волны «ом», обозначающие Божество или Абсолютную реальность. Этот звук интерпретируют как вибрационные волны стартовой точки. Упанишады говорят, что Брахман хотел стать всем и добился этого через событие взрыва.
7 марта 2015, 18:50Вселенная - это весь окружающий нас бесконечный мир. Это другие планеты и звёзды, наша планета Земля, её растения и животные, ты и я - всё это Вселенная, в том числе и то, что находится за пределами Земли- космическое пространство, планеты, звёзды. Это материя без конца и края, принимающая самые разнообразные формы своего существования.
Вселенная - это всё существующее. От мельчайших пылинок и атомов до огромных скоплений вещества звездных миров и звездных систем. Вселенная, или космос,состоит из гигантских скоплений звёзд.
Откуда же всё это взялось?
Существует несколько теорий, самая популярная из которых - теория большого взрыва.
70 лет назад американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики располагаются в красной части цветового спектра. Это, согласно «эффекту Доплера», означало, что они удаляются друг от друга. Причем свет от более далеких галактик «краснee» света от более близких, что говорило о меньшей скорости далеких. Картина разлета огромных масс вещества поразительно напоминала картину взрыва. Тогда и была предложена теория Большого взрыва.
Согласно расчетам, это произошло примерно 13,7 миллиарда лет назад. К моменту взрыва Вселенная представляла собой «точку» размером 10-33 сантиметра. Протяженность же нынешней Вселенной оценивается астрономами в 156 миллиардов световых лет (для сравнения: «точка» во столько раз меньше протона – ядра атома водорода, во сколько раз сам протон меньше Луны).
Вещество в «точке» было чрезвычайно горячим, а значит, при взрыве появилось очень много квантов света. Конечно, со временем все остывает, а кванты разлетаются по возникающему пространству, но отзвуки Большого взрыва должны были сохраниться до наших дней.
Первое подтверждение факта взрыва пришло в 1964 году, когда американские радиоастрономы Р. Уилсон и А. Пензиас обнаружили реликтовое электромагнитное излучение с температурой около 3° по шкале Кельвина (–270° С). Это открытие, неожиданное для ученых, было расценено в пользу Большого взрыва.
Итак, из постепенно расширявшегося во все стороны сверхгорячего облака субатомных частиц начали постепенно образовываться атомы, вещества, планеты, звезды, галактики, и наконец появилась жизнь. Вселенная расширяется до сих пор, и неизвестно, как долго будет это продолжаться. Возможно, когда-нибудь она достигнет своего предела.
Теория Большого взрыва позволила ответить на многие вопросы, стоявшие перед космологией, но, к сожалению, а может, и к счастью, она же поставила и ряд новых. В частности: что было до Большого взрыва? Что привело к начальному нагреву Вселенной до невообразимой температуры более 1032 градусов К? Почему Вселенная на удивление однородна, в то время как при любом взрыве вещество разлетается в разные стороны крайне неравномерно?
Но главная загадка – это, конечно, «феномен». Неизвестно, откуда он появился, как образовался. В научно-популярных изданиях тема «феномена» обычно опускается вообще, а в специализированных научных публикациях о нем пишут как о вещи недопустимой с научной точки зрения. Стивен Хокинг, всемирно известный ученый, профессор Кембриджского университета, и Дж. Ф. Р. Эллис, профессор математики университета в Кейптауне, в своей книге «Длинная шкала структуры пространства-времени» так прямо и говорят: «Достигнутые нами результаты подтверждают концепцию, что Вселенная возникла конечное число лет назад. Однако отправной пункт теории возникновения Вселенной в результате Большого взрыва – так называемый “феномен” – находится за гранью известных законов физики».
При этом надо учитывать, что проблема «феномена» – это только часть гораздо большей проблемы, проблемы самого источника начального состояния Вселенной. Иными словами: если первоначально Вселенная была сжата в точку, то что привело ее в это состояние?
В попытках обойти проблему «феномена» некоторые ученые предлагают другие гипотезы. Одна из них – теория «пульсирующей Вселенной». Согласно ей, Вселенная бесконечно раз за разом то сжимается в точку, то расширяется до каких-то границ. Такая Вселенная не имеет ни начала, ни конца, существуют только циклы расширения-сжатия. При этом авторы гипотезы утверждают, что Вселенная существовала всегда, тем самым вроде бы снимая вопрос о «начале мира».
Но дело в том, что никто до сих пор не предоставил удовлетворительного объяснения механизма пульсации. Почему она происходит? Какими причинами вызвана? Нобелевский лауреат, физик Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты» указывает, что при каждой очередной пульсации во Вселенной неизбежно должна возрастать величина соотношения количества фотонов к количеству нуклеонов, что ведет к угасанию новых пульсаций. Вайнберг делает вывод, что, таким образом, количество циклов пульсации Вселенной конечно, а значит, в какой-то момент они должны прекратиться. Следовательно, «пульсирующая Вселенная» имеет конец, а стало быть, имеет и начало.
Еще одна теория возникновения Вселенной – это теория «белых дыр», или квазаров, которые «выплевывают» из себя целые галактики.
Любопытна также теория «пространственно-временных туннелей», или «космических каналов». Мысль о них впервые была высказана в 1962 году американским физиком-теоретиком Джоном Уилером в книге «Геометродинамика», в которой исследователь сформулировал возможность надпространственных, необыкновенно быстрых межгалактических путешествий. Некоторые версии концепции «космических каналов» рассматривают возможность перемещения с их помощью в прошлое и будущее, а также в другие вселенные и измерения.
Физик из Стэнфорда Андрей Линде задаётся вопросами, на которые теория Большого взрыва не может ответить. Некоторые из них были озвучены в 2007 г. в статье журнала Stanford Alumni magazine: «Что именно взорвалось? Почему оно взорвалось в этот конкретный момент и сразу везде? Что существовало до Большого взрыва?»
С точки зрения Линде, Большой взрыв не был единичным событием, а, скорее, беспорядочной и рассредоточенной инфляцией. Он разработал свою хаотическую теорию инфляции в 80-е годы: расширения, как после Большого взрыва, могут произойти в любом месте в космосе при достаточном количестве потенциальной энергии.
«Мы предполагали, что вся Вселенная была создана в один момент, - говорит Линде. - Но на самом деле это не так».
Исследование реликтового излучения в 90-е годы показали различную интенсивность, что даёт некоторые доказательства в поддержку хаотической теории инфляции.
Линде считает, что если смотреть с очень широкой перспективы, космос не вписывается в рамки, созданные наукой: «Вместо Вселенной, где существует один закон физики, вечная хаотическая инфляция создаёт картину самовоспроизводящейся и вечной мультивселенной, где возможно всё, - говорит Линде. - Параллельные линии могут пересечься на очень далёком расстоянии. Законы физики могут меняться… Мы просто неспособны увидеть, когда это происходит. Мы похожи на муравьёв внутри огромного шара».
Другие теории о происхождении Вселенной:
Экпиротическая теория
Приверженцы этой теории считают, что есть параллельная нашей Вселенная, которая время от времени сталкивается с "сестрой". Энергия столкновения приводит к огромным возмущениям пространства, в результате чего появляются частицы, формирующие затем газовые туманности, галактики, звезды и прочие космические тела.
После столкновения Вселенные разбегаются, но чем дальше они разбегаются, тем сильнее начинают притягиваться друг к другу (а почему бы и нет?). Постепенно они начинают снова сближаться, и к тому времени уже никаких звезд и других объектов в обеих Вселенных нет, все равномерно распределено согласно Второму Закону Термодинамики.
Вселенные снова сталкиваются, и снова энергия столкновения приводит к появлению частиц, и так далее, это бесконечный цикл.
Белые дыры
Все мы слышали о существовании черных дыр. В общем-то, на данный момент об их существовании можно догадываться только по возмущению гравитационных полей/отклонению света. Но ученые уже говорят о существовании белых дыр. Ведь если вещество поглощается черной дырой, где-то же оно должно выбрасываться, правда?
И в теории, точки, где вещество выбрасывается, а не поглощается, действительно существуют. Пока что их не удается обнаружить, однако приверженцы этой теории не оставляют надежды на обнаружение белой дыры в ближайшем будущем.
Вообще говоря, существование белых дыр, если таковые действительно будут обнаружены, нарушает сразу несколько фундаментальных законов физики. И если действительно белая дыра будет обнаружена, то придется подлатывать фундамент нынешней науки, и очень основательно (в который раз, кстати говоря).
Вселенная - порождение Черной дыры
Очень интересная теория, согласно которой черные дыры, выбрасывающие вещество непонятно куда, на самом деле, создают новые Вселенные, которые появляются даже быстрее, чем грибы после дождя. Каждая частичка, поглощенная черной дырой, может являться началом новой Вселенной, после того, как частичка, наделенная огромной энергией, взорвется. Это будет Большой Взрыв, и таких Взрывов очень много.
Каждая порожденная Вселенная, в свою очередь порождает новые черные дыры, а те - новые Вселенные. В общем, голова идет кругом, очень уж сложно себе представить всю эту бесконечную круговерть.
Квантовая теория миров
Эту теорию очень часто используют фантасты в своих произведениях. Суть ее в постоянном разветвлении вариаций. Например, сейчас вы решаете - идти в магазин, или включить ТВ. В одной инвариантности вы идете в магазин, в другой - включаете ТВ. Имеем уже две Вселенных, которые очень слабо отличаются друг от друга, но чем дальше, тем отличия сильнее.
Да и вообще - вариантности "ветвятся" в зависимости от очень многих факторов, включая поведение атомов, которые движутся в разных направлениях и прочее. В результате каждый миг появляются миллиарды миллиардов новых инвариантностей, и чем удаленнее они друг от друга, тем сильнее различаются эти Вселенные.
Образно это можно представить себе как веер, каждая лопасть которого бесконечно делится, и каждая из последующих частей снова делится, и так далее...
Сегодня мы говорим об этой, ну как ее, Вселенной. Так уж получилось, что однажды она откуда-то появилась, и вот все мы здесь. Кто-то читает эту статью, кто-то готовится к экзамену, проклиная все на свете... Самолеты летают, поезда ходят, планеты крутятся, где-то всегда что-то происходит. Людям всегда было интересно знать один сложный ответ на простой вопрос. Как же все начиналось и как это мы докатились до того, что есть? Иными словами - как родилась Вселенная?
Итак, вот они - разные версии и модели 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. В бесконечном универсуме обнаруживается деятельность бесконечно совершенного Разума. Обычное представление обо мне, как об атеисте – большое заблуждение. Если это представление почерпнуто из моих научных работ, могу сказать, что мои научные работы не поняты»
Теория Большого Взрыва
Пожалуй, самая распространенная и наиболее признанная модель происхождения нашей Вселенной. Во всяком случае, о ней слышал практически каждый. Что говорит нам Большой Взрыв? Однажды, лет эдак 14 миллиардов назад, пространства и времени не было, а вся масса вселенной была сосредоточена в крохотной точке с невероятной плотностью – в сингулярности. В один прекрасный момент (если так можно сказать -времени-то не было) сингулярность не выдержала из-за возникшей в ней неоднородности, произошел так называемый Большой Взрыв. И с тех пор Вселенная постоянно расширяется и остывает.
Модель расширяющейся Вселенной
Сейчас доподлинно известно, что Галактики и иные космические объекты удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. В 20-м веке существовало множество альтернативных теорий происхождения Вселенной. Одной из самых популярных была модель стационарной Вселенной, за которую ратовал сам Эйнштейн. Согласно этой модели, Вселенная не расширяется, а находиться в стационарном состоянии благодаря какой-то удерживающей ее силе.
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 струн
Современное изучение эволюции Вселенной невозможно без согласования его с квантовой теорией. Так, например, в рамках теории струн (теория струн основана на гипотезе о том, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн ), предполагается модель множественной Вселенной. Конечно, там тоже был Большой Взрыв, но он произошел не просто так и из ничего, а, возможно, в результате столкновения нашей Вселенной с какой-то другой, еще одной Вселенной.
Собственно, кроме Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, во множественной Вселенной происходит множество других Больших Взрывов, порождающих множество других Вселенных, развивающихся по своим, отличным от известных нам законам физики.
Скорее всего мы никогда не узнаем наверняка, как, откуда и почему появилась Вселенная. Тем не менее, размышлять об этом можно очень долго и интересно, а чтобы у Вас было достаточно пищи для размышлений, предлагаем посмотреть увлекательное видео на тему современных теорий происхождения Вселенной.
Проблемы развития Вселенной слишком масштабны. Настолько масштабны, что, по сути, даже не являются проблемами. Предоставим физикам-теоретикам ломать над ними головы и перенесемся из глубин Вселенной на Землю, где нас, возможно, ждет неначатый курсач или диплом. Если это так, мы предлагаем свое решение этого вопроса. Закажите отличную работу у , вздохните спокойно, и будьте в гармонии с собой и Вселенной.
Величие и многообразие окружающего мира способно поразить любое воображение. Все объекты и предметы, окружающие человека, другие люди, различные виды растений и животных, частицы, которые можно увидеть только с помощью микроскопа, а также непостижимые звездные скопления: все они объединены понятием «Вселенная».
Теории возникновения Вселенной разрабатывались человеком издавна. Несмотря на отсутствие даже начального понятия о религии или науке, в пытливых умах древних людей возникали вопросы о принципах мироустройства и о том, каково положение человека в том пространстве, которое его окружает. Сколько существует теорий возникновения Вселенной сегодня, сложно и сосчитать, некоторые из них изучаются передовыми учеными с мировыми именами, другие - откровенно фантастические.
Космология и ее предмет
Современная космология - наука о структуре и развитии Вселенной - рассматривает вопрос о ее происхождении как одну из интереснейших и до сих пор недостаточно изученных загадок. Природа процессов, способствовавших возникновению звезд, галактик, солнечных систем и планет, их развитие, источник появления Вселенной, а также ее размеры и границы: все это лишь краткий перечень изучаемых современными учеными вопросов.
Поиски ответов на основополагающую загадку об образовании мира привели к тому, что сегодня существуют различные теории возникновения, существования, развития Вселенной. Волнение специалистов, ищущих ответы, строящих и проверяющих гипотезы, оправдано, ведь достоверная теория рождения Вселенной раскроет для всего человечества вероятность существования жизни в других системах и планетах.
Теории возникновения Вселенной имеют характер научных концепций, отдельных гипотез, религиозных учений, философских представлений и мифов. Их все условно разделяют на две основные категории:
- Теории, в соответствии с которыми Вселенная создана творцом. Иначе говоря, их суть в том, что процесс создания Вселенной был осознанным и одухотворенным действием, проявлением воли
- Теории возникновения Вселенной, построенные на основе научных факторов. Их постулаты категорически отвергают как существование творца, так и возможность осознанного создания мира. Такие гипотезы зачастую основаны на том, что называется принципом заурядности. Они предполагают вероятность наличия жизни не только на нашей планете, но и на других.
Креационизм - теория создания мира Творцом
Как следует из названия, креационизм (творение) - это религиозная теория возникновения Вселенной. Это мировоззрение основано на концепции создания Вселенной, планеты и человека Богом или Творцом.
Идея длительное время являлась доминирующей, вплоть до конца XIX века, когда ускорился процесс накопления знаний в самых разных сферах науки (биология, астрономия, физика), а также широко распространилась эволюционная теория. Креационизм стал своеобразной реакцией христиан, придерживающихся консервативных взглядов на совершающиеся открытия. Доминирующая в то время идея только усилила противоречия, существующие между религиозной и другими теориями.
Чем отличаются научные и религиозные теории
Главные отличия между теориями различных категорий заключаются прежде всего в терминах, которые используют их приверженцы. Так, в научных гипотезах вместо творца - природа, а взамен сотворения - происхождение. Наряду с этим существуют вопросы, которые сходным образом освещены разными теориями или даже полностью продублированы.
Теории возникновения Вселенной, относящиеся к противоположным категориям, по-разному датируют само ее появление. Например, по данным самой распространенной гипотезы (теории большого взрыва), Вселенная образовалась около 13 млрд лет назад.
В противовес этому, религиозная теория возникновения Вселенной приводит совершенно другие цифры:
- В соответствии с христианскими источниками, возраст Вселенной, созданной Богом, на момент рождения Иисуса Христа составлял 3483-6984 лет.
- Индуизм предполагает, что нашему миру ориентировочно 155 трлн лет.
Кант и его космологическая модель
Вплоть до XX века большинство ученых придерживались мнения о бесконечности Вселенной. Этим качеством они характеризовали время и пространство. Кроме того, по их мнению, Вселенная обладала статичностью и однородностью.
Идею о безграничности Вселенной в пространстве выдвинул Исаак Ньютон. Развитием этого предположения занимался который разработал теорию об отсутствии также и временных границ. Продвинувшись дальше, в теоретических предположениях, Кант распространил бесконечность Вселенной на число возможных биологических продуктов. Этот постулат значил, что в условиях древнего и огромного мира без конца и начала может существовать неисчислимое количество возможных вариантов, в результате которых реально появление любого биологического вида.
На основании о возможном возникновении жизненных форм была позднее разработана теория Дарвина. Наблюдения за звездным небом и результаты расчетов астрономов подтвердили космологическую модель Канта.
Размышления Эйнштейна
В начале XX века Альбертом Эйнштейном была опубликована собственная модель Вселенной. Согласно его теории относительности, во Вселенной одновременно происходят два противоположных процесса: расширение и сжимание. Однако он соглашался с мнением большинства ученых о стационарности Вселенной, поэтому им было введено понятие космической силы отталкивания. Ее воздействие призвано уравновешивать притяжение звезд и прекращать процесс движения всех небесных тел для сохранения статичности Вселенной.
Модель Вселенной - по Эйнштейну - имеет определенный размер, но границы при этом отсутствуют. Такое сочетание осуществимо только при искривлении пространства таким образом, как это происходит в сфере.
Характеристиками пространства такой модели становятся:
- Трехмерность.
- Замыкание самого себя.
- Однородность (отсутствие центра и края), в которой равномерно располагаются галактики.
А. А. Фридман: Вселенная расширяется
Создатель революционной расширяющейся модели Вселенной, А. А. Фридман (СССР) построил свою теорию на основании уравнений, характеризующих общую теорию относительности. Правда, общепринятым мнением в научном мире того времени была статичность нашего мира, поэтому на его работы не было обращено должного внимания.
Через несколько лет астрономом Эдвином Хабблом было сделано открытие, давшее подтверждение идеям Фридмана. Было обнаружено удаление галактик от находящегося рядом Млечного пути. Вместе с тем неопровержимым стал факт сохранения пропорциональности скорости их движения расстоянию между ними и нашей галактикой.
Это открытие объясняет постоянное «разбегание» звезд и галактик по отношению друг к другу, что приводит к выводу о расширении мироздания.
В конечном счете выводы Фридмана были признаны Эйнштейном, впоследствии он упоминал о заслугах советского ученого как основателя гипотезы о расширении Вселенной.
Нельзя сказать, что существуют противоречия между этой теорией и общей теорией относительности, однако при расширении Вселенной должен был быть изначальный импульс, спровоцировавший разбегание звезд. По аналогии со взрывом, идея получила название «Большой взрыв».
Стивен Хокинг и антропический принцип
Результатом расчетов и открытий Стивена Хокинга стала антропоцентричная теория возникновения Вселенной. Ее создатель утверждает, что существование планеты, настолько хорошо подготовленной для жизни человека, не может быть случайным.
Теория возникновения Вселенной Стивена Хокинга предусматривает также постепенное испарение черных дыр, потерю ими энергии и испускание излучения Хокинга.
В результате поиска доказательств были выделены и проверены более 40 характеристик, соблюдение которых необходимо для развития цивилизации. Американским астрофизиком Хью Россом была произведена оценка вероятности подобного ненамеренного совпадения. Результатом оказалась цифра 10 -53 .
Наша Вселенная включает триллион галактик, по 100 миллиардов звезд в каждой. По произведенным учеными расчетам, общее количество планет должно составлять 10 20 . Эта цифра на 33 порядка меньше рассчитанной ранее. Следовательно, ни одна из планет во всех галактиках не может сочетать условия, которые подошли бы для самопроизвольного возникновения жизни.
Теория большого взрыва: возникновение Вселенной из ничтожно малой частицы
Ученые, поддерживающие теорию большого взрыва, разделяют гипотезу, в соответствии с которой мироздание является последствием грандиозного взрыва. Главным постулатом теории становится утверждение о том, что до этого события все элементы нынешней Вселенной были заключены в частице, имевшей микроскопические размеры. Находясь внутри нее, элементы характеризовались сингулярным состоянием, при котором такие показатели, как температура, плотность и давление не могут быть измерены. Они бесконечны. На материю и энергию в этом состоянии не воздействуют законы физики.
Происшедшего 15 миллиардов лет назад, называют возникшую внутри частицы нестабильность. Разлетевшиеся мельчайшие элементы положили начало тому миру, который мы знаем сегодня.
Вначале Вселенная была туманностью, образованной мельчайшими частицами (мельче атома). Затем, соединяясь, они сформировали атомы, которые послужили основой звездных галактик. Ответ на вопросы о том, что было до взрыва, а также, что стало его причиной, являются важнейшими из задач этой теории возникновения Вселенной.
Таблица схематически изображает этапы формирования мироздания после большого взрыва.
| Состояние Вселенной | Временная ось | Предполагаемая температура |
| Расширение (инфляция) | От 10 -45 до10 -37 секунд | Больше 10 26 К |
| Появляются кварки и электроны | 10 -6 с | Больше 10 13 К |
| Образованы протоны и нейтроны | 10 -5 с | 10 12 К |
| Возникают ядра гелия, дейтерия и лития | От 10 -4 с до 3 мин | От 10 11 до 10 9 К |
| Образованы атомы | 400 тыс. лет | 4000 К |
| Газовое облако продолжает расширяться | 15 млн лет | 300 К |
| Зарождаются первые звезды и галактики | 1 млрд лет | 20 К |
| Взрывы звезд провоцируют формирование тяжелых ядер | 3 млрд лет | 10 К |
| Прекращается процесс рождения звезд | 10-15 млрд лет | 3 К |
| Энергия всех звезд истощается | 10 14 лет | 10 -2 К |
| Черные дыры истощаются и рождаются элементарные частицы | 10 40 лет | -20 К |
| Завершается испарение всех черных дыр | 10 100 лет | От 10 -60 до 10 -40 К |
Как следует из приведенных выше данных, Вселенная продолжает расширяться и охлаждаться.
Постоянное увеличение расстояния между галактиками - основной постулат: то, чем отличается теория большого взрыва. Возникновение Вселенной таким способом может быть подтверждено найденными доказательствами. Также существуют и основания для ее опровержения.
Проблематика теории
Учитывая то, что теория большого взрыва не является доказанной на практике, не вызывает удивления то, что существует несколько вопросов, на которые она не в состоянии дать ответ:
- Сингулярность. Этим словом обозначено состояние Вселенной, сжатой до одной точки. Проблемой теории большого взрыва становится невозможность описания процессов, происходящих в материи и пространстве в таком состоянии. Общий закон относительности здесь неприменим, поэтому составить математическое описание и уравнения для моделирования нельзя.
Принципиальная невозможность получения ответа на вопрос об изначальном состоянии Вселенной дискредитирует теорию с самого начала. Ее научно-популярные изложения предпочитают замалчивать или упоминать лишь вскользь эту сложность. Однако для ученых, работающих над тем, чтобы подвести математическую базу под теорию большого взрыва, такое затруднение признано главным препятствием. - Астрономия. В этой сфере теория большого взрыва сталкивается с тем, что не может описать процесс происхождения галактик. Исходя из современных версий теорий, возможно предсказать то, как появляется однородное облако газа. При этом его плотность к нынешнему времени должна составлять около одного атома на кубический метр. Для получения чего-то большего не обойтись без корректировки исходного состояния Вселенной. Недостаток информации и практического опыта в этой сфере становятся серьезными препятствиями на пути дальнейшего моделирования.
Также существует несоответствие в показателях расчетной массы нашей галактики и теми данными, которые получены при изучении скорости ее притяжения к Судя по всему, вес нашей галактики в десять раз больше, чем предполагали ранее.
Космология и квантовая физика
Сегодня нет космологических теорий, которые не опирались бы на квантовую механику. Ведь она занимается описанием поведения атомных и Отличие квантовой физики от классической (излагаемой Ньютоном) в том, что вторая наблюдает и описывает материальные объекты, а первая предполагает исключительно математическое описание самого наблюдения и измерения. Для квантовой физики материальные ценности не представляют предмета исследований, здесь сам наблюдатель выступает частью исследуемой ситуации.
Исходя из этих особенностей, квантовая механика испытывает затруднения с описанием Вселенной, ведь наблюдатель - это часть Вселенной. Однако, говоря о возникновении мироздания, невозможно представить посторонних наблюдателей. Попытки разработать модель без участия постороннего наблюдателя были увенчаны квантовой теорией возникновения Вселенной Дж. Уилера.
Ее суть в том, что в каждый момент времени происходит расщепление Вселенной и образование бесконечного количества копий. В итоге каждая из параллельных Вселенных может быть наблюдаема, а наблюдатели могут видеть все квантовые альтернативы. При этом изначальный и новые миры реальны.
Инфляционная модель
Основной задачей, которую призвана решить теория инфляции, становится поиск ответа на вопросы, оставшиеся неосвещенными теорией большого взрыва и теорией расширения. А именно:
- По какой причине Вселенная расширяется?
- Что представляет собой большой взрыв?
С этой целью инфляционная теория возникновения Вселенной предусматривает экстраполяцию расширения на нулевой момент времени, заключение всей массы Вселенной в одной точке и образование космологической сингулярности, которая часто именуется большим взрывом.
Очевидной становится неактуальность общей теории относительности, которая не может быть применена в этот момент. В результате для разработки более общей теории (или «новой физики») и решения проблемы космологической сингулярности можно применить только теоретические методы, вычисления и выводы.
Новые альтернативные теории
Несмотря на успешность модели космической инфляции, есть ученые, которые выступают против, называя ее несостоятельной. Их основным аргументом становится критика предлагаемых теорией решений. Противники утверждают, что полученные решения оставляют некоторые детали упущенными, иначе говоря, вместо решения проблемы начальных значений, теория лишь искусно их драпирует.
Альтернативой становятся несколько экзотических теорий, идея которых основана на формировании начальных значений до большого взрыва. Новые теории возникновения Вселенной кратко можно описать следующим образом:
- Теория струн. Ее приверженцы предлагают, кроме привычных четырех измерений пространства и времени, ввести дополнительные измерения. Они могли бы играть роль на ранних этапах Вселенной, а в данный момент находиться в компактифицированном состоянии. Отвечая на вопрос о причине их компактификации, ученые предлагают ответ, гласящий, что свойством суперструн является Т-дуальность. Поэтому струны «наматываются» на дополнительные измерения и их размер ограничивается.
- Теория бран. Ее также называют М-теорией. В соответствии с ее постулатами, в начале процесса образования Вселенной существует холодное статичное пятимерное пространство-время. Четыре из них (пространственные) имеют ограничения, или стены - три-браны. Наше пространство выступает одной из стен, а вторая является скрытой. Третья три-брана размещена в четырехмерном пространстве, ее ограничивают две граничные браны. Теория рассматривает столкновение третьей браны с нашей и высвобождение большого количества энергии. Именно эти условия становятся благоприятными для появления большого взрыва.
- Циклические теории отрицают уникальность большого взрыва, утверждая, что Вселенная переходит из одного состояния в другое. Проблемой подобных теорий становится возрастание энтропии, согласно второму закону термодинамики. Следовательно, длительность предыдущих циклов была меньшей, а температура вещества - существенно выше, чем при большом взрыве. Вероятность этого чрезвычайно мала.
Независимо от того, сколько существует теорий возникновения Вселенной, только две из них выдержали проверку временем и преодолели проблему всевозрастающей энтропии. Они были разработаны учеными Стейнхардтом-Тюроком и Баум-Фрэмптоном.
Эти относительно новые теории возникновения Вселенной выдвинуты в 80-х годах прошлого века. Они имеют немало последователей, которые разрабатывают модели на ее основе, занимаются поиском доказательств достоверности и работают над устранением противоречий.
Теория струн
Одна из наиболее популярных среди теории возникновения Вселенной - Прежде чем перейти к описанию ее идеи, необходимо разобраться с понятиями одного из ближайших конкурентов, стандартной модели. Она предполагает, что материю и взаимодействия можно описать как определенный набор частиц, делящихся на несколько групп:
- Кварки.
- Лептоны.
- Бозоны.
Эти частицы являются, по сути, кирпичиками мироздания, так как они настолько малы, что их нельзя разделить на составляющие.
Отличительной чертой теории струн становится утверждение о том, что такие кирпичики являются не частицами, а ультрамикроскопическими струнами, совершающими колебания. При этом, колебаясь на различной частоте, струны становятся аналогами различных частиц, описанных в стандартной модели.
Для понимания теории следует осознать, что струны не являются никакой материей, это энергия. Следовательно, теория струн заключает, что все элементы Вселенной состоят из энергии.
Хорошей аналогией может служить огонь. При взгляде на него создается впечатление его материальности, однако его нельзя осязать.
Космология для школьников
Теории возникновения Вселенной коротко изучают в школах на уроках астрономии. Учащимся описывают основные теории о том, как был образован наш мир, что происходит с ним теперь и как он будет развиваться в дальнейшем.
Целью уроков становится ознакомление детей с природой формирования элементарных частиц, химических элементов и небесных тел. Теории возникновения Вселенной для детей сводят к изложению теории большого взрыва. Преподаватели используют наглядный материал: слайды, таблицы, постеры, иллюстрации. Их основной задачей становится пробуждение у детей интереса к миру, который их окружает.