(расшифровка подкаста)
Сегодня я хотел бы кратко рассказать о том, как зародилась Вселенная, ставшая нашим миром и подарившая нам жизнь, как и почему она расширяется, и что такое темная материя и темная энергия.
Вселенная. Как много в этом слове. По сути, в этом слове есть все что нам дорого, или что мы ненавидим, все к чему мы стремимся. В этом слове вся наша история и все наше будущее. Вся наша жизнь определяется наличием этого слова. Обозначает оно абсолютно все. Вселенная является нашим домом в широком смысле этого слова, шире чем планета Земля, чем Солнечная Система или даже наша галактика Млечный Путь. Познавать Вселенную, значит познавать нас самих. В этом смысле человек является инструментом Вселенной в познании самой себя.
Этот подкаст по теме космоса будет пробным, поэтому сегодня я хотел бы кратко рассказать о том, как зародилась Вселенная, ставшая нашим миром и подарившая нам жизнь, как и почему она расширяется, и что такое темная материя и темная энергия.
Ну, начнем с азов. Я хочу, чтобы вы слушали мой голос и включили свое воображение, как можете.
Все из ничего.
Изначально ничего не было. Ни времени, ни пространства, в привычном для нас понимании. Согласно господствующей на данный момент теории, а именно теории Большого Взрыва, была лишь точка, сингулярность, сжатая бесконечно высоким давлением. Эта сингулярность находилась в мета стабильном состоянии, пока 13 миллиардов 800 миллионов лет назад что-то не вызвало взрыв колоссальной силы, и эта точка начала расширяться. Доказательствами этой теории служит постоянное расширение вселенной, а также реликтовое излучение (но об этом мы поговорим в другом подкасте).
В период времени от нуля до 10−43 секунд после Большого взрыва происходили процессы рождения Вселенной из сингулярности. Считается, что при этом температура и плотность вещества Вселенной были близки к планковским значениям. Законченная физическая теория этого этапа отсутствует. По окончании этого этапа гравитационное излучение отделилось от вещества.
Самое ранее состояние нашей вселенной, о котором можно и имеет смысл говорить, это этап Инфляции, который длился мельчайшие доли секунды. Приблизительно через 10−42 секунд после момента Большого взрыва фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период и получил название Космической инфляции и завершился через 10−36 секунд после момента Большого взрыва.
После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии некоторого времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в электромагнитное излучение.
Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).
И вот тут начинается самое интересное. Темное вещество. Скрепляющий все сущее клей, заполняющий 95% нашей Вселенной. Матрица, по которой распределилась вся материя. Согласно тому, что мы знаем про гравитацию, она не могла на данном этапе собрать большие скопления материи. Где-то происходили флуктуации, поэтому где-то было больше, где-то меньше вещества. Но эти отклонения от плотности не моли расти, поскольку излучение мешало веществу, пока вселенная не стала прозрачной. Согласно тому, что мы знаем, для темного вещества излучение не является проблемой, поскольку данная материя не взаимодействует ни с чем, ее просто много, очень много. В молодой Вселенной начали расти и развиваться структуры темного вещества, через 380 тысяч лет, обычное вещество стало присоединяться и скапливаться на этих структурах. Это можно сравнить с морской пеной. В темную ночь, в зоне видимости наших глаз, кажется будто бы тот небольшой отрезок воды с морской пеной является чем-то самостоятельным и единственным в своем роде, когда же на самом деле, это часть огромного океана. В итоге на этой структуре из темного вещества начали формироваться галактики из обычного, понятного нам вещества, которое можно наблюдать, которое можно измерить и зафиксировать. Если бы не темная материя, сейчас бы у нас не было ни галактик, ни нас, тех кто мог бы эти галактики изучать.
Еще одно подтверждение тому, что темная материя существует, это как раз-таки наблюдение за движением галактик. Галактики слишком быстро двигаются в больших скоплениях, из-за чего непонятно, почему они еще не разлетелись. Нужна какая-то дополнительная масса, которая бы удерживала галактики вместе, в больших сверх скоплениях. Найти и обнаружить темную материю, на данном этапе развития наших технологий не представляется возможным, по причине того, что она ни с чем, кроме как гравитационно, не взаимодействует. Структуры темного вещества продолжают развиваться, и соответственно обычная материя собирается там, где ее больше, за счет гравитационного притяжения. Две силы действуют во Вселенной и определяют ее будущее, бесконечное расширение пространства, и гравитация. Они находятся в постоянном сопротивлении друг другу, но в итоге, тем галактикам в сверх скоплениях, которые находятся на задворках всей этой галактической семьи, придется отправиться в дальнее и одинокое плавание. Тогда как те галактики, которые находятся ближе к центру сверх скоплений, за счет гравитации станут еще ближе друг к другу.
Пока что не ясно, чем является темная материя, из чего она состоит, как взаимодействует друг с другом и с обычным веществом, но понятно одно – без темной материи нашего мира бы не было.
А что такое темная энергия? Связана ли она как-то с темной материей? И да, и нет. Как появилась гипотеза о существовании темной энергии?
В 98 году было обнаружено ускоренное расширение вселенной. Самое странное в этом было то, что 7 миллиардов лет истории вселенной расширение вселенной замедлялось, но следующие 7 миллиардов лет это расширение ускорилось. Нечто, имеет положительный вклад в плотность, при этом давление этого нечто на все окружающее – отрицательное, в уравнении общей теории относительности Эйнштейна, это будет как некий антипод гравитации. Главное отличие от темной материи в том, что темная энергия не собирается в кучи, она всегда однородна, и ее везде одинаковое количество. Темной материи же в одних областях космоса много – из-за чего там мы можем наблюдать скопления галактик, а в каких-то областях ее нет почти совсем, из-за чего в карте обозримой вселенной ученые находят так называемые Войды, темные пятна без всякого скопления обычного вещества. Темная энергия в свою очередь ведет себя почти как вакуум. Если представить кубический метр пространства, и он будет заполнен чем угодно, хоть той же темной материей, и из-за расширения вселенной он увеличился в два раза, то объем увеличивается в 8 раз, при этом плотность уменьшается тоже в 8 раз. Вещества не становится больше при расширении пространства, масса остается та же. А вот темной энергии станет в 8 раз больше. При расширении вселенной плотность обычного вещества уменьшается, а вклад темной энергии в единицу объема пространства остается тем же. Что и дает увеличение скорости расширения Вселенной. Но на данный момент все эти рассуждения, касаемо того, что такое темная энергия или темная материя, являются не более чем гипотезами. Но вспомните, еще совсем недавно, в масштабах существования человечества, люди не знали, что наш мир простирается дальше солнечной системы, или нашей галактики, пока Эдвин Хаббл в начале прошлого века основательно не изменил понимание Вселенной, подтвердив существование других галактик, а не только нашей, и также рассмотрев идею о том, что величина эффекта Доплера (в данном случае называемого «Красное смещение»), наблюдаемого в световом спектре удалённых галактик, возрастает пропорционально расстоянию до той или иной галактики от Земли, а значит так образом стало возможно узнать возраст той или иной галактики, зная при этом скорость света, который движется от источника к наблюдателю. Эта пропорциональная зависимость стала известна как Закон Хаббла.
Теперь вы видите, что Вселенная может преподнести нам гораздо больше, чем способно создать наше воображение. Мы прошли долгий путь от простейших, до homo sapience, обзавелись неокортексом - областью коры головного мозга, отвечающие за высшую нервную деятельность: мышление, сенсорное восприятие, моторные команды, у человека — речь. Одна лишь мутация в гене у наших предков, и миллионы лет последующей эволюции привели нас к порогу мироздания. Там, за дверью есть все ответы на все вопросы. Но до того момента, когда мы будем готовы открыть эту дверь еще немалый путь. Но начало положено. Рано или поздно человечество узнает главный секрет – секрет творения. Наука является достоянием всех живущих разумных существ на нашей планете. Она не должна быть в руках ограниченного количества людей, или использоваться во вред самой жизни. Мы – лишь крохотная песчинка в океане бесконечности. Но и мыслим мы этими же вселенскими масштабами. Мы стремимся к вечности, стремимся обратно к звездам. Туда, откуда мы пришли в виде звездной пыли, из которой и произошла наша планета и все то многообразие жизни ее населяющее.
Всем спасибо за прослушивание данного подкаста из образовательного цикла «Папуг Вещает».
Буду рад вашему фидбеку, вашим вопросам и пожеланиям, а также любым донатам или любой другой помощи, чтобы жить и делать больше для вас и для мира в целом. Хорошего вам настроения, и чаще поднимайте голову вверх, к звездам. Ведь только они и имеют значение.
