Происхождение Вселенной: теории и гипотезы. Часть 1>>>
Теория устойчивого состояния.
Теория «Большого взрыва» - не единственная предложенная теория происхождения нашей вселенной. В 1940-х возникла конкурирующая гипотеза, названная теорией устойчивого состояния. Некоторые астрономы обратились к этой идее просто потому, что в то время не было достаточно информации для проверки теории «Большого взрыва». Британский астрофизик Фред Хойл и другие утверждали, что вселенная была не только однородной во всем пространстве, но также неизменной во времени и размерах. Эта теория не зависела от конкретного события, такого как Большой взрыв. Согласно теории устойчивого состояния, звезды и галактики могут меняться, но в целом вселенная всегда выглядела так, как сейчас, и так будет всегда.
Большой взрыв предсказывает, что, когда галактики отдаляются друг от друга, пространство становится все более пустым. Теоретики Steady State признают, что вселенная расширяется, но предсказывают, что новая материя постоянно появляется в пространствах между отступающими галактиками. Астрономы предполагают, что этот новый материал состоит из атомов водорода, которые медленно сливается в открытом космосе, образуя новые звезды, системы, галактики.
Естественно, непрерывное создание материи из пустого пространства встретило критику. Как вы можете получить что-то из ничего? Идея нарушает фундаментальный закон физики: сохранение материи. Согласно этому закону, материя не может быть ни создана, ни разрушена, но может быть преобразована только в другие формы материи или в энергию. Но скептическим астрономам было трудно опровергнуть непрерывное создание материи, потому что количество вещества, образованного в соответствии с теорией установившегося состояния, очень мало: в среднем около атома каждые миллиард лет на несколько кубических метров пространства.
Тем не менее, теория устойчивого состояния терпит неудачу. Если вся материя постоянно создается повсюду, то средний возраст звезд в любой части Вселенной должен быть одинаковым. Но астрономы обнаружили, что это далеко не так.
Астрономы могут выяснить, сколько лет галактике или звезде, измерив расстояние от Земли. Чем дальше от Земли находится объект, тем дольше от этого объекта свет путешествует по космосу к Земле. Это означает, что самые отдаленные объекты, которые мы можем видеть, также являются самыми старыми.
Например, возьмем квазары, маленькие яркие источники света, которые испускают огромное количество радио энергии. Поскольку свет от квазаров смещен так далеко к красному концу спектра, астрономы используют закон Хаббла, чтобы вычислить, что эти объекты находятся на большом расстоянии от Земли и, следовательно, очень стары. Но квазары существуют только на этих больших расстояниях - ни один не найден ближе. Если теория устойчивого состояния верна, то должны быть и молодые, и старые квазары. Поскольку астрономы не обнаружили квазаров, которые образовались в последнее время, они приходят к выводу, что Вселенная со временем изменилась. Открытие квазаров поставило теорию устойчивого состояния под вопрос.
Плазменная вселенная и маленькие взрывы.
Если вы не в восторге ни от «Большого взрыва», ни от «устойчивого состояния»? Существует группа астрономов, которая формулируют свои взгляды на создание вселенной. Одна из моделей предложена нобелевским лауреатом Ханнеса Альфвена, шведского физика. Его модель, получившая название «Плазменная Вселенная», начинает с того, что 99 процентов наблюдаемой Вселенной (включая звезды) состоят из плазмы. Плазма, ионизированный газ, который проводит электричество, иногда называется четвертым агрегатным состоянием материи. Эта теория утверждает, что «Большого взрыва» никогда не было, и что вселенная пересекается гигантскими электрическими токами и огромными магнитными полями.
Согласно этой точке зрения, вселенная существует вечно, главным образом под воздействием электромагнитных сил. Такая вселенная не имеет четкого начала и предсказуемого конца. В плазменной Вселенной галактики медленно собираются вместе в течение гораздо большего промежутка времени, чем это описано в теории «Большого взрыва», возможно, на протяжении 100 миллиардов лет.
Мало доказательств в пользу теории плазменной Вселенной вытекает из прямых наблюдений за космосом. Вместо этого ищут подтверждение в лабораторных экспериментах. Компьютерное моделирование плазмы, которую подвергают воздействию полей высоких энергий, выявляет закономерности, похожие на моделируемые галактики. Используя фактические электромагнитные поля в лаборатории, исследователи также смогли воспроизвести образцы плазмы, наблюдаемые в галактиках. Хотя сторонники теории Плазменной вселенной все еще остается в меньшинстве, она завоевывает популярность среди более молодых, астрономов, работающих в лабораториях, которые ценят твердые эмпирические данные вместо математических доказательств и наблюдений в телескоп.
Между тем, другая группа астрономов разрабатывает стационарную теорию, которая фактически соответствует астрономическим наблюдениям. Как и ее предшественник, эта теория стационарного состояния предлагает вселенную без начала и без конца. Скорее материя непрерывно создается посредством последовательности «Маленьких взрывов», возможно, связанных с таинственными квазарами и черными дырами. В этой новой теории галактики будут формироваться со скоростью, определяемой скоростью, с которой расширяется Вселенная. Эти теоретики могут даже объяснить космическое реликтовое излучение: они утверждают, что микроволны на самом деле исходят из облаков крошечных железных частиц - и излучение не являются остаточным эффектом какого-то изначального взрыва.
Конец Вселенной.
Будет ли Вселенная продолжать расширяться? Или просто остановится или даже начнет сокращаться и вернется в сингулярность? Ответ зависит от количества массы, содержащейся во вселенной. Если масса вселенной превышает определенное критическое значение, то гравитация должна в конечном итоге остановить расширение.
Обладая достаточной массой, Вселенная в конечном итоге уступит непреодолимой силе гравитации и снова рухнет в одну точку - теория, часто называемая Большим Хрустом. Но без достаточного количества массы вселенная продолжит расширяться. По состоянию на 2018 г. абсолютное большинство ученых пришли к выводу, что последняя гипотеза представляется наиболее вероятной.
В 1998 году астрономы обнаружили еще более удивительную загадку: кажется, что вселенная ускоряется при расширении, как будто ее толкает какая-то сила "антигравитации". С тех пор астрономы многократно подтвердили это открытие, используя различные методы, и почти подтвердили существование этой загадочной «темной энергии».
