В этой статье, вы узнаете, что такое Вселенная, из чего состоит Вселенная и погрузитесь в историю человеческого её восприятия и изучения.
Рано или поздно люди начинают интересоваться окружающим миром, задумываться о своем месте в нём. В такие моменты человек задаётся самыми разными вопросами: почему существует жизнь, как устроена Вселенная, одни ли мы в ней.
Итак, давайте мысленно суммируем знания о космосе и попытаемся понять, что нам вообще известно о Вселенной?
Вселенная - не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем.
В историческом плане для обозначения «всего пространства» использовались различные слова, включая эквиваленты и варианты из различных языков, такие как «космос», «мир», «небесная сфера». Использовался также термин «макрокосмос», хотя он предназначен для определения систем большого масштаба, включая их подсистемы и части. Аналогично, слово «микрокосмос» используется для обозначения систем малого масштаба.
Любое исследование, любое наблюдение, будь то наблюдение физика за тем, как раскалывается ядро атома, ребёнка за кошкой или астронома, ведущего наблюдения за отдалённой галактикой, - всё это наблюдение за Вселенной, вернее, за отдельными её частями. Эти части служат предметом изучения отдельных наук, а Вселенной в максимально больших масштабах, и даже Вселенной как единым целым занимаются астрономия и космология; при этом под Вселенной понимается или область мира, охваченная наблюдениями и космическими экспериментами, или объект космологических экстраполяций - физическая Вселенная как целое.
Сколько лет Вселенной?
Ученые считают, что возраст Вселенной около 1*,* миллиарда лет, именно столько времени назад произошел Большой взрыв - событие, положившее начало ее рождению с последующим ее расширением и остыванием. Как это узнали? Благодаря расширению Вселенной.
То, что космическое пространство расширяется, астрономы поняли с помощью эффекта Доплера - явления, возникающего при движении источника излучения относительно наблюдателя (или наоборот).
Разделив расстояние между галактиками на скорость удаления, учёные вычислили, как давно эти объекты находились в одной точке. Этот момент и считается началом Вселенной. По последним данным, галактики находились в одной точке 13,8 миллиардов лет назад.
В 1920-х годах астрофизик Эдвин Хаббл, измеряя расстояния до ближайших галактик, заметил, что в спектре их атомного излучения присутствует красное доплеровское смещение - эффект, при котором электромагнитное излучение увеличивает свою длину волны. Учёный сделал вывод, что галактики удаляются от нас и друг от друга. Чуть позже он обнаружил, что чем дальше от наблюдателя находится галактика, тем сильнее красное смещение, и, следовательно, тем быстрее она удаляется, а значит, Вселенная расширяется.
Из чего состоит Вселенная?
С развитием технологий учёные стали классифицировать сгустки материи по их характеристикам. Галактики, звездные скопления, планеты, карликовые планеты, планеты-изгои, спутники, кольца, кометы, астероиды все это совокупность материи, обладающей отличными друг от друга свойствами, но подчиняющейся одним и тем же законам природы.
Астрономы научились подсчитывать эти сгустки материи, и получили невероятно большие цифры. Оказалось, что наша родная галактика содержит не менее 100 миллиардов звёзд, а наблюдаемая Вселенная - более 100 миллиардов галактик. Если бы все галактики в наблюдаемой Вселенной имели один размер, то в ней находилось бы 10 секстиллионов звёзд.
Но в космосе содержатся сгустки материи и энергии, которые скрыты от глаз астрономов. Все звезды, планеты, кометы, астероиды, чёрные дыры составляют менее 5% вещества во Вселенной - видимой, барионной материи. Около 27% приходится на темную материю, а 68% - тёмную энергию, «темная» в названиях, говорит о том, что специалисты не могут наблюдать их напрямую, а значит, они вообще не изучены. По крайней мере, пока. Учёные считают, что Вселенная, в том смысле, в каком мы её понимаем, не работала бы, если бы не было ни темной материи, ни тёмной энергии.
Самый распространенный элемент в космосе - водород. Большая часть наблюдаемого вещества во Вселенной состоит из атомов водорода - простейших атомов, содержащих положительно заряженное ядро - протон, и отрицательно заряженный электрон. Если же атом содержит еще и нейтрон, то это тяжёлый водород, или иначе дейтерий. Два или более связанных химическими связями атомов образуют молекулу - электрически нейтральную частицу. Триллионы связанных друг с другом атомов образуют частицу пыли. Смешайте несколько тонн углерода, кремния, кислорода, льда и некоторых металлов вместе, и вы получите астероид. Или соберите воедино водород и гелий в количестве, превышающем массу Земли в 333.000 раза, и у вас появится звезда, подобная Солнцу.
Напомним, что по мнению специалистов, тёмная материя - это форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, а проявляет себя только через гравитационное взаимодействие. Она отвечает за движение звёзд и галактик. Тёмная энергия - форма энергии, которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной.
Как менялись наши представления о Вселенной?
Вероятно, наши предки начали интересоваться космосом, как только обрели сознание. В масштабах Вселенной с тех пор прошло относительно мало времени. Тогда у людей еще не было необходимых технологий, которые бы позволили лучше понять устройство мира. Но узнать окружающий мир для наших предков было необходимостью - это повышало шансы на выживание. Единственным инструментом познания в то время были мифы, но мифы не могли объяснить природу реальности, а были всего лишь отражением человеческих забот, надежд и страхов.
Представления людей о Вселенной, о том, как она устроена, менялись на протяжении тысяч лет.
Только несколько веков назад люди научились применять математику и новые исследовательские методы для поиска истины. Со временем эти методы, как и научные инструменты, совершенствовались, и в конечном итоге завеса тайны Вселенной стала приоткрываться. Сотни лет назад, когда люди только начали систематически исследовать природу вещей, слова «учёный» и в помине не существовало, вместо этого исследователей называли «натурфилософами». Около ста лет назад появились приборы, позволяющие астрономам наблюдать за другими галактиками, и лишь 60 лет назад люди впервые отправили космические корабли к другим планетам и их спутникам.
За каких-то полвека зонды посетили внешнюю область Солнечной системы и прислали первые снимки четырёх планет-гигантов и их спутников; марсоходы впервые прокатились по поверхности Марса; люди построили космическую станцию на околоземной орбите с постоянным экипажем; а первые космические телескопы показали нам уголки далекого космоса. Только в начале XXI века астрономы открыли тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд, впервые обнаружили гравитационные волны и получили первое изображение черной дыры.
Вселенной почти 14 миллиардов лет, нашей Солнечной системе 4,6 миллиарда лет, жизнь на Земле возникла примерно 3,8 миллиарда лет назад, а люди появились всего несколько сотен тысяч лет назад. Иными словами, Вселенная существует примерно в 56 000 раз дольше, чем наш вид. Все, что когда-либо происходило в космосе, происходило до появления людей, возможно, важные события обошли нас стороной.
Может быть, всего через одно поколение наше понимание космоса и своего места в нем изменится еще больше, изменится так, как мы сегодня не можем даже вообразить.
